CH NG 8ƯƠ
CH T H U C TRONG ĐT VÀ PHÂN BÓN H U CẤ Ữ Ơ Ấ Ữ Ơ
BÀI 1: CH T H U C TRONG ĐTẤ Ữ Ơ Ấ
I Ch t h u c trong đtấ ữ ơ ấ
Ch t h u c có nh h ng r t l n đn c u trúc đt do th c v t và đng v t ch a chấ ữ ơ ả ưở ấ ớ ế ấ ấ ự ậ ộ ậ ứ ủ
y u là C, H, O. Ch t h u c phân hóa d i tác d ng c a vi sinh v t đt, d n d n bi n thànhế ấ ữ ơ ướ ụ ủ ậ ấ ầ ầ ế
mùn.
1.1 Thành ph n các ch t h u c trong đtầ ấ ữ ơ ấ
Ch t h u c có 3 thành ph n chínhấ ữ ơ ầ
Hydrate carbon
Các ch t này d i tác d ng c a vi sinh v t trong đt phân h y thành nh ng ch t đnấ ướ ụ ủ ậ ấ ủ ữ ấ ơ
gi n h n đ cu i cùng cho ra Hả ơ ể ố 2O, CO2, CH4, . . .
H p ch t ligninợ ấ
Khi cây b t đu sinh tr ng, màng t bào làm b ng cellulose, hemicellulose. Khi cây l n,ắ ầ ưở ế ằ ớ
màng t bào hình thành ch t lignin làm cho cây c ng ch c h n, r t khó b phân hóa.ế ấ ứ ắ ơ ấ ị
H p ch t ch a Nợ ấ ứ
Các vi sinh v t, các amino acid, các h p ch t protein t th c v t và đng v t phân h y.ậ ợ ấ ừ ự ậ ộ ậ ủ
1.2 Các hi n t ng mùn hóa và khoáng hóaệ ượ
1.2.1 Hi n t ng mùn hóaệ ượ
Trong đi u ki n m đ cao, y m khí ch t h u c phân h y bi n thành mùn, b n, ch uề ệ ẩ ộ ế ấ ữ ơ ủ ế ề ị
đng đc s phân hóa c a vi sinh v t, cu i cùng bi n thành keo mùn.ự ượ ự ủ ậ ố ế
1.2.2 Hi n t ng khoáng hóaệ ượ
Trong đi u ki n thoáng khí, các ch t h u c b phân h y thành nh ng ch t đn gi n ề ệ ấ ữ ơ ị ủ ữ ấ ơ ả ở
th khí hay th hòa tan: NHể ở ể 3, CO2, SO3, H2O, NH4+, NO3-, . . .
S khoáng hóa trong đt thoáng khí có 2 giai đo n :ự ấ ạ
- Ammonium hóa.
- Nitrat hóa: Oxid hóa amon thành NO2, NO3
N u đt b ng p n c, đi u ki n tr nên y m khí, ch có giai đo n amon hóa x y ra. ế ấ ị ậ ướ ề ệ ở ế ỉ ạ ả Ở
đt phèn, pH th p = 2 – 3, n c ng p lâu dài, hi n t ng mùn hóa và khoáng hóa không th x yấ ấ ướ ậ ệ ượ ể ả
ra.
2 Ch t h u c trong đtấ ữ ơ ấ
2.1 S l c v ch t h u c trong đtơ ượ ề ấ ữ ơ ấ
Ch nghiên c u các tính ch t vi sinh v t h c s không đy đ n u không chú ý ch t h u cỉ ứ ấ ậ ọ ẽ ầ ủ ế ấ ữ ơ
trong đt.ấ
Chúng ta bi t r ng thành ph n h u c có nh h ng r t l n đn c u trúc c a đt và sế ằ ầ ữ ơ ả ưở ấ ớ ế ấ ủ ấ ự
thoái hóa v m t c u trúc c a đt do c ng đ canh tác cao có th luôn đc gi m thi u trongề ặ ấ ủ ấ ườ ộ ể ượ ả ể
các lo i đt có hàm l ng ch t h u c cao.ạ ấ ượ ấ ữ ơ
1
Kh năng h p th và gi n c, kh năng d tr các nguyên t bases, kh năng cung c pả ấ ụ ữ ướ ả ự ữ ố ả ấ
đm (N), lân (P), l u hu nh (S), và nhi u nguyên t vi l ng, và các tính ch t khác c a đt t tạ ư ỳ ề ố ượ ấ ủ ấ ấ
c đu ph thu c vào thành ph n ch t h u c trong đt.ả ề ụ ộ ầ ấ ữ ơ ấ
Theo Broadbent (1953), m c dù hàm l ng ch t h u c trong các lo i đt khoáng r t th pặ ượ ấ ữ ơ ạ ấ ấ ấ
nh ng nh h ng c a chúng đn các tính ch t hóa h c, lý h c c a đt là vô cùng to l n so v i tư ả ưở ủ ế ấ ọ ọ ủ ấ ớ ớ ỉ
l tr ng l ng c a chúng có trong đt. Vì v y, có nhi u nghiên c u đã nh n m nh đn t mệ ọ ượ ủ ấ ậ ề ứ ấ ạ ế ầ
quan tr ng c a thành ph n này đn s n xu t nông nghi p.ọ ủ ầ ế ả ấ ệ
Ch t h u c trong đt bao g m t t c các s n ph m h u c các giai đo n khác nhau, tấ ữ ơ ấ ồ ấ ả ả ẩ ữ ơ ở ạ ừ
th c v t ch a phân gi i và các mô đng v t cho đn các s n ph m phân gi i vô đnh hình b nự ậ ư ả ộ ậ ế ả ẩ ả ị ề
v ng, màu nâu hay đen (mùn) không còn v t tích c u trúc c a các v t li u hình thành nên chúngữ ế ấ ủ ậ ệ
(Russell, 1961), s n ph m đó đc g i là mùn. Mùn không ph i là m t h p ch t đn gi n.ả ẩ ượ ọ ả ộ ợ ấ ơ ả
Thành ph n c a chúng ph thu c vào lo i đt chúng đc trích ra và ph thu c vào c ph ngầ ủ ụ ộ ạ ấ ượ ụ ộ ả ươ
pháp đc s d ng đ trích.ượ ử ụ ể
Nh ng s hi u bi t c a chúng ta v thành ph n và đng thái c a ch t h u c trong cácư ự ể ế ủ ề ầ ộ ủ ấ ữ ơ
lo i đt nhi t đi còn r t nhi u h n ch . T ng hàm l ng cacbon h u c trong t ng đt m tạ ấ ệ ớ ấ ề ạ ế ổ ượ ữ ơ ầ ấ ặ
th ng ch a kho ng 15-25 % các ch t không ph i là h p ch t mùn, chúng là các cacbonhydrats,ườ ứ ả ấ ả ợ ấ
các h p ch t đm, lipids, và ph n còn l i (75 – 85 %) là các h p ch t mùn.ợ ấ ạ ầ ạ ợ ấ
2.2 Thành ph n ch t h u c trong đtầ ấ ữ ơ ấ
2.2.1 Carbohydrates
T ng hàm l ng carbohydrates c a ch t h u c trong đt thay đi t 5 – 20 %. Thànhổ ượ ủ ấ ữ ơ ấ ổ ừ
ph n này bao g m polysacchrides và các đng đn nh glucose, galactosoe, arabinose…ầ ồ ườ ơ ư
2.2.1 Đm ạ
Hàm l ng đm c a ch t h u c trong đt bi n thiên t 3 – 6 %. S th y phân acid sượ ạ ủ ấ ữ ơ ấ ế ừ ự ủ ẽ
gi i phóng các amino acids, amino đng và ammonia. Có kho ng 20 amino acids đã đc đnhả ườ ả ượ ị
danh và 2 amino đng là glucosamine và galactosamine, đc nh n bi t là chi m t l cao trongườ ượ ậ ế ế ỉ ệ
thành ph n đm c a ch t h u c . M t nghiên c u trên các lo i đt khác nhau cho th y cóầ ạ ủ ấ ữ ơ ộ ứ ạ ấ ấ
kho ng h n 1/2 đm t n t i d i d ng n i c a các amino acids và amino đng. ả ơ ạ ồ ạ ướ ạ ố ủ ườ
2.2.3 Lân (P)
Ch t h u c trong đt ch a nhi u d ng lân h u c , kho ng 15 – 80 % t ng l ng P trongấ ữ ơ ấ ứ ề ạ ữ ơ ả ổ ượ
đt. Các h p ch t lân h u c đc tìm th y trong ch t h u c c a đt bao g m inosiloấ ợ ấ ữ ơ ượ ấ ấ ữ ơ ủ ấ ồ
hexaphosphate (đây là h p ch t chính), phospholipids và m t s nucleotides.ợ ấ ộ ố
2.2.5 Các thành ph n khác ầ
2
Ph n còn l i c a ch t h u c trong đt đc xác đnh d a trên s h p nh t c a các vòngầ ạ ủ ấ ữ ơ ấ ượ ị ự ự ợ ấ ủ
polyphenol có th ch a các quinines và có r t nhi u h p ch t N đc cho là đc liên k t trongể ứ ấ ề ợ ấ ượ ượ ế
các h p ch t này. Các ch t này ph n l n b t ngu n t các s n ph m c a quá trình trao đi ch tợ ấ ấ ầ ớ ắ ồ ừ ả ẩ ủ ổ ấ
c a vi sinh v t (Kononova, 1966), nh ng chúng cũng có th có ngu n g c t s phân gi i thànhủ ậ ư ể ồ ố ừ ự ả
ph n lignin c a th c v t.ầ ủ ự ậ
2.3 H p ch t mùn ợ ấ
Mùn là h p ch t đc dùng đ ch các v t li u h u c đc phân gi i, m n, có màu t i,ợ ấ ượ ể ỉ ậ ệ ữ ơ ượ ả ị ố
h p ch t này đc hình thành do quá trình phân gi i vi sinh v t x y ra trong đt. Khi mùn đcợ ấ ượ ả ậ ả ấ ượ
trích b ng dung d ch base, các ch t có màu t i s hòa tan vào dung d ch. Các ch t hòa tan này baoằ ị ấ ố ẽ ị ấ
g m các humic acid (thành ph n hòa tan trong base, nh ng không hòa tan trong acids) và fulvicồ ầ ư
acids (ph n tan trong acids).ầ
H p ch t mùn là ch t chính gây nên nh h ng t t đi v i kh năng s n xu t c a đt.ợ ấ ấ ả ưở ố ố ớ ả ả ấ ủ ấ
Hàm l ng N, P và S c a h p ch t mùn s đc phân gi i b i vi sinh v t và cung c p d n d nượ ủ ợ ấ ẽ ượ ả ở ậ ấ ầ ầ
cho cây tr ng (quá trình này khá ch m), và chúng ch cung c p m t ph n ch t dinh d ng khi taồ ậ ỉ ấ ộ ầ ấ ưỡ
không s d ng phân bón hóa h c.ử ụ ọ
Phân n a các amino acids và polysacharides còn l i không th tách ra kh i các h p ch tử ạ ể ỏ ợ ấ
th m nên tính ch t và thành ph n c u t o c a nhóm này ch có th suy lu n t s nghiên c uơ ấ ầ ấ ạ ủ ỉ ể ậ ừ ự ứ
t ng th thành ph n mùn. Nh ng thành ph n th m này là thành ph n t o cho ch t h u c hayổ ể ầ ư ầ ơ ầ ạ ấ ữ ơ
mùn có màu s m và có th hình thành nên nhi u tính ch t khác c a ch t h u c .ậ ể ề ấ ủ ấ ữ ơ
N
O
C
H
Hình 8.1 C u trúc m t phân t c a humic acidấ ộ ử ủ
3
2.3.1 Trích và phân l p các thành ph n c a mùnậ ầ ủ
Hàm l ng ch t h u c có th bi n đi t < 0,1 % trong các lo i đt vùng sa m c cho đnượ ấ ữ ơ ể ế ổ ừ ạ ấ ạ ế
g n 100 % trong đt h u c và b i vì ch t h u c luôn k t h p v i các thành ph n vô c , nênầ ấ ữ ơ ở ấ ữ ơ ế ợ ớ ầ ơ
h p ch t mùn ph i đc trích ra kh i đt tr c khi chúng ta xác đnh tính ch t c a chúng. Dungợ ấ ả ượ ỏ ấ ướ ị ấ ủ
d ch NaOH loãng th ng đc s d ng đ trích h p ch t mùn này nh ng do kh năng bi n ch tị ườ ượ ử ụ ể ợ ấ ư ả ế ấ
c a các polymers mùn r t d dàng, nên c n chú ý là quá trình trích nên th c hi n trong đi u ki nủ ấ ễ ầ ự ệ ề ệ
kín, không có tác đng c a áp l c không khí (dùng khí nitrogen). M t ph ng pháp thích h pộ ủ ự ộ ươ ợ
khác là dùng dung d ch 0,1M sodium pyrophosphate trung tính (pH = 7). Ph ng pháp này hi nị ươ ệ
đang ph bi n trong vi c trích các h p ch t mùn. Nhi u ph ng pháp khác cũng đã đc đổ ế ệ ợ ấ ề ươ ượ ề
ngh s d ng, nh ng v i hai ph ng pháp dùng NaOH và sodium pyrophosphate đc nhi uị ử ụ ư ớ ươ ượ ề
phòng phân tích ch p nh n và tính hi u qu c a chúng cũng nh d th c hi n nên hi n nayấ ậ ệ ả ủ ư ễ ự ệ ệ
ng i ta không c n nghiên c u thêm các ph ng pháp khác đ trích mùn trong đt.ườ ầ ứ ươ ể ấ
Hình 8.2 C u t o phân t c a m t acid humicấ ạ ử ủ ộ
Các h p ch t mùn cũng có th đc tách, phân đo n thành nh ng thành ph n c u t o nhợ ấ ể ượ ạ ữ ầ ấ ạ ỏ
h n n a b ng cách l i d ng m c đ hòa tan khác nhau c a chúng trong nh ng dung môi khácơ ữ ằ ợ ụ ứ ộ ủ ữ
nhau. Ph ng pháp phân l p đc s d ng r ng rãi là k t t a humic acids t dung d ch trích, khiươ ậ ượ ử ụ ộ ế ủ ừ ị
dung d ch này đc làm chua hóa đn pH = 1. Thành ph n còn l i trong dung d ch này (không k tị ượ ế ầ ạ ị ế
t a) đc g i là fulvic acid.ủ ượ ọ
Fulvic acid th ng ng ng t kém h n, nh ng có tính oxi hóa cao h n humic acid (có nhi uườ ư ụ ơ ư ơ ề
g c ch c năng ch a oxygen h n), và có tr ng l ng phân t th p h n là humic acid. Fulvic acidố ứ ứ ơ ọ ượ ử ấ ơ
đc coi là h p ch t tr nh t, có tính di đng nh t và là thành ph n ho t đng nh t c a h pượ ợ ấ ẻ ấ ộ ấ ầ ạ ộ ấ ủ ợ
ch t mùn trong đt và vì v y chúng đc xem là thành ph n có ý nghĩa nh t trong các ti n trìnhấ ấ ậ ượ ầ ấ ế
4
hình thành đt. Ví d , s tích lũy ch t h u c trong t ng Spodic c a đt Spodosols là do s tíchấ ụ ự ấ ữ ơ ầ ủ ấ ự
lũy Al các ph c ch t Al và Fe v i fulvic acids.ứ ấ ớ
Humic acid th hi n m c đ mùn hóa cao, tính ng ng t cao h n fulvic acids trong đt,ể ệ ứ ộ ư ụ ơ ấ
chúng ít di đng h n, nh ng liên k t ch t h n v i các sét silicate có c u trúc d ng l p. Vì nh ngộ ơ ư ế ặ ơ ớ ấ ạ ớ ữ
lý do này và do tr ng l ng phân t cao h n, nên humic acid đc xem là thành ph n chính t oọ ượ ử ơ ượ ầ ạ
s n đnh c a các h t k t c a đt và thành ph n ít nh y c m v i s phân gi i c a vi sinh v t.ự ổ ị ủ ạ ế ủ ấ ầ ạ ả ớ ự ả ủ ậ
Vi c xác đnh tr ng l ng t ng đi c a humic acid và fulvic acid (t l FA/HA) trong đtệ ị ọ ượ ươ ố ủ ỉ ệ ấ
đc dùng đ phân lo i đt. Ngoài ra, chúng cũng có th giúp ta xác đnh đng thái c a h p ch tượ ể ạ ấ ể ị ộ ủ ợ ấ
mùn trong đt. Có 1 m t s nghiên c u v v n đ này trên các lo i đt nhi t đi cho th y r ngấ ộ ố ứ ề ấ ề ạ ấ ệ ớ ấ ằ
có s t ng quan gi a khí h u và t l c a hai d ng acids này trong h p ch t mùn. Trong đi uự ươ ữ ậ ỉ ệ ủ ạ ợ ấ ề
ki n r a trôi m nh s có khuynh h ng hình thành fulvic acid. Fulvic acid có th đc tích lũyệ ử ạ ẽ ướ ể ượ
trong đi u ki n nhi t đi gió mùa h n là đi u ki n khí h u m. Spodosols và Oxisols có t lề ệ ệ ớ ơ ề ệ ậ ẩ ỉ ệ
FA/HA t i thi u trong nh ng mùa khô, t l này gia tăng trong mùa m a, nh ng sau đó s th pố ể ữ ỉ ệ ư ư ẽ ấ
tr l i khi đt b ng p n c. pH và hàm l ng sét vô đnh hình (sesquioxides - các oxides Si, Fe,ở ạ ấ ị ậ ướ ượ ị
Al- c a đt cũng góp ph n vào làm tăng m c đ polymer hóa các h p ch t mùn nh di n bi nủ ấ ầ ứ ộ ợ ấ ư ễ ế
trong đt Andisols.ấ
2.3.2 Đc đi m c a mùnặ ể ủ
D a trên các ph ng pháp phân tích hóa h c, các g c ch c năng có ch a Oxygen c a d chự ươ ọ ố ứ ứ ủ ị
trích FA và HA t các lo i đt đc hình thành trong các đi u ki n khác nhau đc trình bàyừ ạ ấ ượ ề ệ ượ
trong b ng sau:ả
G c ch c năngố ứ Vùng ôn điớVùng á nhi t điệ ớ Vùng nhi t điệ ớ
HA FA HA FA HA FA
T ng đ chuaổ ộ 5,7 - 8,9 8,9 -14,2 6,3 - 7,7 6,1 - 12,3 6,2 - 7,5 8,2 -10,3
Carboxyl COOH 1,5 - 5,7 6,1 - 8,5 4,2 - 5,2 5,2 - 9,6 6,2 - 7,5 7,2 -11,2
Phenolic – OH 3,2 - 5,7 2,8 - 5,7 2,1 - 2,5 1,2 - 2,7 2,3 - 3,0 0,3 - 2,5
Alcolholic – OH 2, 7- 3,5 3,4 - 4,6 2,9 6,9 - 9,5 0,2 - 1,6 2,6 - 5,2
Carbonyl C = O 0,1 - 1,8 1,7 - 3,1 0,8 - 1,5 1,2 - 2,6 0,3 - 1,4 1,6 - 2,7
Methoxyl OCH30,4 0,3 - 0,4 0,3 - 0,5 0,8 - 0,9 0,6 - 0,8 0,9 - 1,2
T ng đ chua c a h p ch t mùn th hi n t ng l c ph n ng c a mùn. T ng đ chua baoổ ộ ủ ợ ấ ể ệ ổ ự ả ứ ủ ổ ộ
g m ch c năng mang tính acid nh carboxyls (-COOH) và phenolic-OH. Các g c ch c năng khácồ ứ ư ố ứ
nh alcoholic-OH, carbonyl (=CO), và methoxyl (-OCHư3), m c dù không góp ph n vào t ng đặ ầ ổ ộ
chua, nh ng chúng góp ph n vào s hình thành các ph c ch t b ng cách t o các n i gi a ch tư ầ ự ứ ấ ằ ạ ố ữ ấ
h u c v i các nguyên t cation kim lo i và các khoáng silicates.ữ ơ ớ ố ạ
5