Bài giảng Khoa học đất - Chương 7: Chất hữu cơ trong đất

Chương 7 bài 2. chất hữu cơ trong đất

Đất này tốt không?

Còn đất này?

CHAÁT HÖÕU CÔ &

A. Chaát höõu cô

taàm quan troïng?

• Döï tröû chaát dinh döôõng cho caây troàng • Nguoàn thöùc aên cuûa sinh vaät ñaát • Cung caáp CEC cuûa ñaát • Taêng khaû naêng giöõ nöôùc cuûa ñaát • Giaûm ñoäc toá Al khi pH ñaát thaáp • Caûi thieän caáu truc ñaát (nhöng khoâng thay

ñoåi sa caáu!)

Sôïi naám

Ñoaøn laïp ñaát ñöôïc lieân keát vôùi nhau bôûi:

seùt

1. 2.

caùt

Sôïi naám “chaát keo” do vi sinh vật tieát ra 3. Chaát höõu cô

thòt

Xaï khuaån

Vi khuaån

O.M

OK, toâi ñoàng yù, chaát höõu cô raát quan troïng…

Nhöng chaát höõu cô laø gì?!

II. Chaát höõu cô trong ñaát:

(hôïp chaát ñang soáng vaø/hay ñaõ moät laàn soáng))

Chaát höõu cô trong ñaát

muøn

Sinh vaät ñang soáng: sinh khoái

Moâ sinh vaät cheát vaø chaát thaûi: Xaùc baõ

Oe

1-8%

Sun Maët trôøi

Saûn xuaát

Phaân giaûi Tieâu thuï

muøn

thành phần chaát höõu cô trong ñaát

Chaát höõu cô trong ñaát

muøn

Sinh khoái

Dö thuøa, xaùc baõ

Coù theå nhaän daïng ñöôïc, nhöõng phaân töû höõu cô coù troïng löôïng phaân töû thaáp

Hôïp chaát humic

Hôïp chaát khaùc

Chaát höõu cô hoøa tan

Chaát höõu cô khoâng hoøa tan

Trích vôùi NaOH

Xöû lyù vôù acid

Keát tuûa

Hoøa tan

Humin, ñaäm ñaëc cao, taïo phöùc vôùi seùt

Acid fulvic, vaøng-ñoû, troïng löôïng phaân töû thaáp hôn, 2.000-50.000

Acid humic, naâu saäm-ñen, troïng löôïng phaân töû cao (ñeán 300.00)

Maët trôøi Sun

Ghi chuù: muøn khoâng ñoàng nghóa vôùi chaát höõu cô • Thaønh phaàn töông ñoái beàn cuûa chaát höõu cô toàn taïi trong ñaát, sau khi caùc thaønh phaàn chính cuûa dö thöøa thöïc vaät, xaùc baõ ñoäng vaät ñaõ phaân giaûi.

Producers Saûn xuaát

Phaân giaûi Decomposers

Tieâu thuï Consumers

Humus muøn

Phaân giaûi OM

Phaân giaûi = chuyeån hoùa chaát höõu cô trong ñaát (neân nhôùr, vaán ñeà khoâng phaûi laø hình thaønh hay phaù huõy) CO2, naêng löôïng

Vi sinh vaät (sinh khoái)

muøn

Thöïc vaät (sinh khoái) Xaùc baõ (töôi)

Kyù hieäu caùc yeáu toá kieåm soaùt: thöôøng laø nhieät ñoä, aåm ñoä, haøm löôïng seùt, haøm löôïng lignin . . .

Phaân giaûi chaát höõu cô: Chu kyø

Maät ñoä daân soá, Nhieät ñoä, aåm ñoä

Naêng löôïng + CO2 + H2O “chaùy chaäm”

Chaát höõu cô

Sinh khoái (sinh vaät)

Cô theå vi sinh vaät trôû thaønh 1 phaàn cuûa nguoàn chaát höõu cô trong ñaát

Kyù hieäu caùc yeáu toá kieåm soaùt

Toác ñoä phaân giaûi chaát höõu cô phuï thuoäc:

• Tính chaát vaät lyù, hoùa hoïc cuûa vaät lieäu höõu cô • Nhieät ñoä, aåm ñoä ñaát • Ñoä thoaùng khí cuûa ñaát • Loaïi vaø löôïng sinh vaät ñaát

Tính chaát vaät lyù cuûa chaát höõu cô

• Kích thöôùc caøng nhoû, toác ñoä phaân giaûi caøng

nhanh – Dieän tích beà maët lôùn – Vai troø “ñoäng vaät caén phaù”

Thaønh phaàn hoùa hoïc cuûa chaát höõu cô

nhanh

• Ñöôøng , tinh boät, proteins ñôn giaûn • Proteins thoâ • Hemicellulose • Cellulose • Chaát beùo, saùp • Lignin

chaäm

Ñöôøng– chaát ñöôïc phaân giaûi ñaàu tieân vaø nhanh nhaát caáu truùc cuûa Glucose

• C6H12O6

Caáu truùc cuûa Cellulose (vaø töông töï ñoái vôùi tinh boät

• Ñôn giaûn, caáu truùc laäp laïi

– Caùc ñôn vò glucose noái thaønh chuoåi – “deã ” phaân giaûi

cellulose (caáu truùc phaân töû)

Tinh boät

Caáu truùc cuûa Lignin

• Phöùc taïp, caáu truùc

khoâng laäp laïi – Khoù phaân giaûi – Caàn nhieáu loaïi

enzymes ñeå phaân giaûi

Toác ñoä phaân giaûi phuï thuoäc:

• Lyù, hoùa tính cuûa vaät lieäu höõu cô • Nhieät ñoä, aåm ñoä ñaát • Ñoä thoaùng khí cuûa ñaát • Loaïi vaø löôïng ñoäng vaät ñaát

“chaát löôïng” hoùa hoïc cuûa chaát höõu cô ban ñaàu

• Tæ leä cuûa carbon vaø nitrogen

– Töông töï carbohydrates (carbon) vaø protein (nitrogen) trong

thöïc phaåm cuûa chuùng ta

– Nhöng vi sinh vaät xöû lyù chaát höõu cô toát hôn

Tæ leä C:N

• C luoân ñöôïc neâu leân ñaàu tieân, gC / gram N

– vd. 25:1, thöôøng ñöôïc vieát laø 25

• Tæ soá caøng thaáp: toác ñoä phaân giaûi chaát höõu cô

caøng nhanh, vaø ngöôïc laïi

Caùc ngöôõng cuûa C:N

• C:N < 25:1, N giaûi phoùng cho caây troàng (khoaùng hoùa N) • C:N > 25:1, N ñöôïc haáp thu sinh hoïc

– Vi Sinh vaät söû duïng taát caû N ñöôïc giaûi phoùng – Coù theå haáp thu caû N coù saún trong ñaát

“chaát löôïng” cuûa caùc vaät lieäu höõu cô

Vaät lieäu höõu cô

C/N

5.0

10-5.0 3.0

50 40

2.1

0.7

5-10 13 20 57

0.5

OM trong ñaát Vi sinh vaät Coû 3 laù Phaân chuoàng Cuøi baép Rôm raï Muøn cöa

0.05

600

Aûnh höôûng cuûa C:N ñeán toác ñoä phaân giaûi chaát höõu cô

Toác ñoä phaân giaûi chaát höõu cô phuï thuoäc:

• Tính chaát vaät lyù, hoùa hoïc cuûa vaät lieäu • Nhieät ñoä, aåm ñoä ñaát

– 1-3 naêm ñeå phaân giaûi heát raùc ôû vuøng oân ñôùi – 1-4 thaùng: vuøng nhieät ñôùi

• Ñoä thoaùng khí • Soá löôïng vaø loaïi ñoäng vaät ñaát

Vuøng reã

Vuøng reã, nôi coù hoaït ñoäng sinh hoïc vaø phaûn öùng hoùa hoïc cuûa ñaát, reã vaø vi sinh vaät cao nhaát

B – vi khuaån A – xaï khuaån My – naám vuøng reã H – naám N – tuyeán truøng CP – FP – ñoäng vaät nguyeân sinh (truøng roi)

M – moái

< 1mm

1/10 mm

Vi thöïc vaät** • nguoàn cung caáp naêng löôïng: hoùa & quang toång hôïp • nguoàn cung caáp carbon: dò döôõng & töï döôõng (CO2)

• phaân giaûi sô caáp • giaûi phoùng chaát dinh döôõng höõu duïng cho caây troàng

• oån ñònh ñoaøn laïp ñaát

Vi khuaån trong ñaát Naám trong ñaát

** naám ñöôïc chia thaønh 1 “vöông quoác” rieâng: dò döôõng, coù RNA gioáng ñoäng vaät hôn laø thöïc vaät!

Sôïi naám

Ñoaøn laïp ñaát ñöôïc lieân keát vôùi nhau bôûi:

seùt

1. 2.

caùt

Sôïi naám “chaát keo” do vi khuaån tieát ra 3. Chaát höõu cô

thòt

Xaï khuaån

Vi khuaån

O.M

Naám – 10.000 loaøi.

• Taùc nhaân chính phaân giaûi chaát höõu cô trong moâi tröôøng

chua

• Maïng löôùi cuûa sôïi naám: caûi thieän caáu truùc ñaát • Phaân giaûi cellulose!!! • Coù theå caïnh tranh N caây troàng

Maët trôøi Sun

Saûn xuaát Producers

Tieâu thuï Consumers

Phaân giaûi Decomposers

• dò döôõng – naêng löôïng vaø carbon ñöôïc cung caáp töø sinh vaät khaùc (baét tuyeán truøng!) hay chaát höõu cô • 3 nhoùm, men, moác, naám • naám vuøng reã – quan heä coäng sinh, lieân keát côùi 1 soá loaøi thöïc vaät • saûn sinh 1 soá chaát gaây ñoäc (hay ngöôïc laïi…)

Humus muøn

Xaï khuaån – gioáng naám & vi khuaån), soá löôïng tronng ñaát; chæ sau vi khuaån

• Tröôùc ñaây ñöôïc phaân loaïi vaøo nhoùm naám • Gioáng vi khuaån (ñôn baøo, khoâng coù maøng nhaân teá baøo) • Haûo khí, dò döôõng – phaân giaûi OM, quan heä kyù sinh/coäng

sinh vôùi 1 soá thöïc vaät

• Saûn sinh caùc hôïp chaát khaùng sinh ñeå laøm giaûm söï caïnh tranh… (lôïi ích khaùc – thuoác khaùng sinh, vd. streptomycin) • Coá ñònh N2 thaønh ammonium (daïng höõu duïng cho caây troàng) • Choáng chòu ñieàu kieän moâi tröôøng baát lôïi cao

Vi khuaån – 1 tæ -1 tæ tæ/g ñaát (vôùi> 20,000 loaøi.)

• Hieän dieän trong taát caû caùc loaïi ñaát • Haùo khí, yeám khí, vaø khoâng baét buoäc • Töï döôõng & dò döôõng • Phaàn lôùn phaùt trieån toát nhaát trong moâi tröôøng coù Ca2+

cao, pH cao

Maët trôøi Sun

• Nhieät ñoä @ 20-40oC (68-100oF) nhöng ít khi bò cheát bôûi nhieät ñoä quaù cao hay quaù

Saûn xuaát Producers

thaáp.

Consumers

Phaân giaûi Decomposers

Tieâu thuï

Humus muøn

Naám-vi khuaån

Naám

Vi khuaån

Daïng sôïi

Ñôn baøo, coù theå hình thaønh taäp ñoaøn

Haùo khí, yeám khí, khoâng baét buoäc

Chæ haùo khí

Toác ñoä phaùt trieån thöôøng thaáp hôn vi khuaån

Thôøi gian sinh saûn raát nhanh (giôø); coù theå phaûn öùng nhanh vôùi caùc chaát dinh döôõng boå sung vaøo ñaát

Aûnh höôûng cuûa khaû naêng tieâu nöôùc cuûa ñaát ñeán haøm löôïng OM

Phaân giaûi haùo khí & yeám khí

Ñieàu kieän haùo khí (coù O2) Ñieàu kieän yeám khí (khoâng coù O2)

OM tích luõy ôû vuøng laïnh OM tích luõy vuøng ranh oân ñôùi

Aûnh höôûng cuûa nhieät ñoä ñeán toác ñoä ...

cao

Vi sinh vaät hoaït ñoäng keùm

Ña daïng sinh hoïc röûa troâi maïnh/thieáu nöôùc Phaân giaûi

thaáp

20 30 40

Nhieät ñoä ºC

Aûnh höôûng cuûa aåm ñoä ñaát ñeán phaân giaûi...

cao

Khoâ, hoaït ñoäng VSV thaáp

Röûa troâi, C:N thaáp

Phaân giaûi

thaáp

25 36 40

Phaân giaûi yeám khí – thieáu O2 trong ñaát , vi sinh vaät yeám khí. Phaân giaûi chaäm, khoâng hoaøn toaøn, giaûi phoùng ít naêng löôïng, tích luõy cao. 1 phaàn saûn phaåm vaãn coøn chöùa naêng löôïng

Aåm ñoä(v, %)

Toác ñoä phaân giaûi phuï thuoäc vaøo:

• Lyù-hoùa tính cuûa chaát höõu cô • Nhieät ñoä-aåm ñoä moâi tröôøng ñaát • Ñoä thoaùng khí/yeám khí • Loaïi/maät soá ñoäng vaät ñaát

Aûnh höôûng cuûa ñoäng vaät

• Caøng ña daïng, caøng phaân giaûi nhanh

Chất hữu cơ trong đất

• Chất hữu cơ trong đất bao gồm tất cả các thành phần hữu cơ của đất: – Dư thừa thực vật

tươi

– Chất hữu cơ đang

phân giải

– Chất hữu cơ ổn

định

– Sinh vật đang

sống

Chất hữu cơ trong đất

– Tất cả sinh vật (vi sinh vật, giun

đất, vv),

– Dư thừa thực vật tươi/chưa phân giải (rễ cây già, cành lá rụng, phân hữu cơ tươi vừa bón…), – chất hữu cơ phân giải hòan tòan,

ổn định (mùn).

• Hàm lượng chất hữu cơ chứa trong lớp đất mặt (đất nông nghiệp): 1- 6%.

Citizen Science – Kansas State

• Đây là kết quả của quá trình bổ sung và mất chất hữu cơ trong 1 thời gian dài.

• Chất hữu cơ trong đất -

Dư thừa thực vật tươi

• Chiếm đến 15% tổng chất

hữu cơ trong đất

• Bao gồm chủ yếu là lá

rụng

Chất hữu cơ đang phân giải

• Dư thừa thực vật chuyển dạng từ hợp chất hữu cơ thành các dạng hợp chất khác, thực hiện bởi sinh vật đất

• Sinh vật hình thành các sản

phẩm trung gian, chất thải, và hình thành cơ thể chúng

• Các hợp chất là chất thải của lòai sinh vật này, có thể là thức ăn của các lòai khác

Chất hữu cơ trong đất

• Chất hữu cơ trong đất không ổn định-dễ biến đổi –có thể giảm nhanh nếu môi trường đất thay đổi và hình thành hợp chất mới –có thể được bổ sung làm tăng hàm lượng.

lý,

– Luân canh cây trồng, và kỹ thuật làm đất – Trả lại dư thừa cây trồng cho đất.

• Hàm lượng chất hữu cơ trong đất có thể được duy trì: – Bón phân hợp

•

• •

manure, lime and phosphorus (MLP)

•

Tại sao có sự khác nhau về hàm lượng chất hữu cơ giữa các lọai đất

Các yếu tố kiểm sóat chất hữu cơ trong đất 1) lọai mẫu chất (chủ yếu là sa cấu), khí hậu, độ dốc, biện pháp quản lý. 2) khí hậu: rửa trôi , thảm thực vật. 3) Biện pháp quản lý ảnh hưởng đến khả năng sản xuất sinh khối (năng suất và dư thừa) (nước, phân bón, giống), duy trì dư thừa cây trồng. 4) khi khả năng sản xuất chất khô của cây trồng tăng, chất hữu cơ trong đất tăng. 5) tuy nhiên, chỉ khi nào các dư thừa cây trồng và sinh khối rễ bỏ lại trong đất sau khi thu họach mới ảnh hưởng lâu dài đến hàm lượng chất hữu cơ trong đất.

Xác định chất hữu cơ trong đất như thế nào?

Chất hữu cơ trong đất được xác định trong phòng phân tích bằng cách xác định hàm lượng carbon hữu cơ,

chất hữu cơ chứa 58% carbon hữu cơ phần còn lại 5% N, 0.5% P và 0.5% S).

Chất hữu cơ trong đất = C hữu

cơ X 1.72 (1.00/0.58). Vậy, đất có 2% chất hữu cơ =

1.2% C hữu cơ.

Thành phần họat động của chất hữu cơ

• 10 - 30% chất hữu cơ trong đất họat động (phân giải bởi vi sinh vật-vi sinh vật sử dụng).

• Thành phần này rất nhạy cảm với điều kiện quản lý (không họat động= mùn)

ACTIVE

Bổ sung chất hữu cơ tươi

• Nếu đất không có đủ chất hữu cơ, khi bổ sung chất hữu cơ tươi vào: • ngay lập tức vi khuẩn, nấm, xạ khuẩn sẽ phân giải chất hữu cơ tươi này và phát triển mật số,

• .

ADDED

Chất hữu cơ tươi

• Khi sử dụng hết nguồn năng lượng từ chất hữu cơ tươi, vi sinh vật sẽ giảm khả năng họat động,

• Để lại 1 hổn hợp có

màu sậm, gọi là mùn – một phức chất hữu cơ bền vững

Chất hữu cơ bền vững -mùn

• Vì vậy, các hợp chất hữu cơ trong đất trở nên bền vững và “kháng” lại sự phân giải tiếp theo của vi sinh vật

• Mùn có tác dụng như là 1 miếng xốp và có khả năng hấp phụ nước gấp 6 lần trọng lượng chúng. acts like a sponge and

Mùn

Leaf Humus • Mùn mới hình thành = •

a) kết hợp với các thành phần bền trong mô thực vật (lignin, hemicellulose-khó phân giải),

• b) các hợp chất được tổng hợp như là các thành phần của cơ thể vi sinh vật- xác bã vi sinh vật. (Fluvic và Humic Acid)

• Mùn tương đối bền đối với sự phân giải của vi sinh vật - N và P hòa tan trong dung dịch thấp.

Vai trò của mùn

• Giữ nước & dinh dưỡng; • Liên kết chặt & tăng cường sự ổn định cấu trúc của đất & nên giảm xói mòn đất.

• Cung cấp 1 số chất dinh dưỡng (N & P) khi phân giải bởi sinh vật (tốc độ phân giải rất chậm),

• Khả năng đệm cao ( giữ độc

chất)

• Tốc độ phân giải mùn: 2-

4%/năm

• Hình thành tầng đất canh tác

“tốt”

• Bao phủ các hạt cát, thịt sét – tạo màu sậm. Màu càng sậm, hàm lượng mùn càng cao.

mùn = cao trung bình thấp

Chất hữu cơ: duy trì chất lượng đất

• Tăng cường

tính thấm ban đầu của đất, khuếch tán các khí

• Tăng khả năng

giữ nước

• Giảm xói mòn

BMI

Chất hữu cơ trong đất= chất lượng đất

• Hàm lượng chất hữu cơ là 1 chỉ tiêu đánh giá chất lượng đất -

Thử : đất tốt (trái), vẫn giữ nguyên trạng thái trong nước , đất “xấu” (phai, rã ra khi cho vào nước.

• xác định hàm lượng và chất lượng chất hữu cơ. • Xác định trạng thái sinh

vật đất.

• Xác định tính bền của cấu

trúc đất

Chất lượng đất

NatureWatch

• 1) quản lý không thích hợp sẽ giảm chất lượng đất và hệ sinh thái. • 2) thiết lập 1 cơ sở về chất lượng đất để nhận biết sự thay đổi về chất lượng đất.

• 3) thoái hóa, ổn định hay

dược cải thiện.

• Vì vậy chất lượng đất là 1 chỉ thị tốt trong quản lý đất.