Bài giảng Phân bón và độ phì - Chương 8: Chất hữu cơ trong đất và phân bón hữu cơ

Chia sẻ: Vi Đinh | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:33

Thêm vào BST

Báo xấu

162
lượt xem 46
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng Phân bón và độ phì - Chương 8: Chất hữu cơ trong đất và phân bón hữu cơ trình bày nội dung về chất hữu cơ trong đất, phân hữu cơ. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Phân bón và độ phì - Chương 8: Chất hữu cơ trong đất và phân bón hữu cơ

CHƯƠNG 8 CHẤT HỮU CƠ TRONG ĐẤT VÀ PHÂN BÓN HỮU CƠ BÀI 1: CHẤT HỮU CƠ TRONG ĐẤT I Chất hữu cơ trong đất Chất hữu cơ có ảnh hưởng rất lớn đến cấu trúc đất do thực vật và động vật chứa chủ yếu là C, H, O. Chất hữu cơ phân hóa dưới tác dụng của vi sinh vật đất, dần dần biến thành mùn. 1.1 Thành phần các chất hữu cơ trong đất Chất hữu cơ có 3 thành phần chính Hydrate carbon Các chất này dưới tác dụng của vi sinh vật trong đất phân hủy thành những chất đơn giản hơn để cuối cùng cho ra H2O, CO2, CH4, . . . Hợp chất lignin Khi cây bắt đầu sinh trưởng, màng tế bào làm bằng cellulose, hemicellulose. Khi cây lớn, màng tế bào hình thành chất lignin làm cho cây cứng chắc hơn, rất khó bị phân hóa. Hợp chất chứa N Các vi sinh vật, các amino acid, các hợp chất protein từ thực vật và động vật phân hủy. 1.2 Các hiện tượng mùn hóa và khoáng hóa 1.2.1 Hiện tượng mùn hóa Trong điều kiện ẩm độ cao, yếm khí chất hữu cơ phân hủy biến thành mùn, bền, chịu đựng được sự phân hóa của vi sinh vật, cuối cùng biến thành keo mùn. 1.2.2 Hiện tượng khoáng hóa Trong điều kiện thoáng khí, các chất hữu cơ bị phân hủy thành những chất đơn giản ở thể khí hay ở thể hòa tan: NH3, CO2, SO3, H2O, NH4+, NO3, . . . Sự khoáng hóa trong đất thoáng khí có 2 giai đoạn : Ammonium hóa. Nitrat hóa: Oxid hóa amon thành NO2, NO3 Nếu đất bị ngập nước, điều kiện trở nên yếm khí, chỉ có giai đoạn amon hóa xảy ra. Ở đất phèn, pH thấp = 2 – 3, nước ngập lâu dài, hiện tượng mùn hóa và khoáng hóa không thể xảy ra. 2 Chất hữu cơ trong đất 2.1 Sơ lược về chất hữu cơ trong đất Chỉ nghiên cứu các tính chất vi sinh vật học sẽ không đầy đủ nếu không chú ý chất hữu cơ trong đất. Chúng ta biết rằng thành phần hữu cơ có ảnh hưởng rất lớn đến cấu trúc của đất và sự thoái hóa về mặt cấu trúc của đất do cường độ canh tác cao có thể luôn được giảm thiểu trong các loại đất có hàm lượng chất hữu cơ cao. 1
Khả năng hấp thụ và giữ nước, khả năng dự trữ các nguyên tố bases, khả năng cung cấp đạm (N), lân (P), lưu huỳnh (S), và nhiều nguyên tố vi lượng, và các tính chất khác của đất tất cả đều phụ thuộc vào thành phần chất hữu cơ trong đất. Theo Broadbent (1953), mặc dù hàm lượng chất hữu cơ trong các loại đất khoáng rất thấp nhưng ảnh hưởng của chúng đến các tính chất hóa học, lý học của đất là vô cùng to lớn so với tỉ lệ trọng lượng của chúng có trong đất. Vì vậy, có nhiều nghiên cứu đã nhấn mạnh đến tầm quan trọng của thành phần này đến sản xuất nông nghiệp. Chất hữu cơ trong đất bao gồm tất cả các sản phẩm hữu cơ ở các giai đoạn khác nhau, từ thực vật chưa phân giải và các mô động vật cho đến các sản phẩm phân giải vô định hình bền vững, màu nâu hay đen (mùn) không còn vết tích cấu trúc của các vật liệu hình thành nên chúng (Russell, 1961), sản phẩm đó được gọi là mùn. Mùn không phải là một hợp chất đơn giản. Thành phần của chúng phụ thuộc vào loại đất chúng được trích ra và phụ thuộc vào cả phương pháp được sử dụng để trích. Nhưng sự hiểu biết của chúng ta về thành phần và động thái của chất hữu cơ trong các loại đất nhiệt đới còn rất nhiều hạn chế. Tổng hàm lượng cacbon hữu cơ trong tầng đất mặt thường chứa khoảng 1525 % các chất không phải là hợp chất mùn, chúng là các cacbonhydrats, các hợp chất đạm, lipids, và phần còn lại (75 – 85 %) là các hợp chất mùn. 2.2 Thành phần chất hữu cơ trong đất 2.2.1 Carbohydrates Tổng hàm lượng carbohydrates của chất hữu cơ trong đất thay đổi từ 5 – 20 %. Thành phần này bao gồm polysacchrides và các đường đơn như glucose, galactosoe, arabinose… 2.2.1 Đạm Hàm lượng đạm của chất hữu cơ trong đất biến thiên từ 3 – 6 %. Sự thủy phân acid sẽ giải phóng các amino acids, amino đường và ammonia. Có khoảng 20 amino acids đã được định danh và 2 amino đường là glucosamine và galactosamine, được nhận biết là chiếm tỉ lệ cao trong thành phần đạm của chất hữu cơ. Một nghiên cứu trên các loại đất khác nhau cho thấy có khoảng hơn 1/2 đạm tồn tại dưới dạng nối của các amino acids và amino đường. 2.2.3 Lân (P) Chất hữu cơ trong đất chứa nhiều dạng lân hữu cơ, khoảng 15 – 80 % tổng lượng P trong đất. Các hợp chất lân hữu cơ được tìm thấy trong chất hữu cơ của đất bao gồm inosilo hexaphosphate (đây là hợp chất chính), phospholipids và một số nucleotides. 2.2.5 Các thành phần khác 2
Phần còn lại của chất hữu cơ trong đất được xác định dựa trên sự hợp nhất của các vòng polyphenol có thể chứa các quinines và có rất nhiều hợp chất N được cho là được liên kết trong các hợp chất này. Các chất này phần lớn bắt nguồn từ các sản phẩm của quá trình trao đổi chất của vi sinh vật (Kononova, 1966), nhưng chúng cũng có thể có nguồn gốc từ sự phân giải thành phần lignin của thực vật. 2.3 Hợp chất mùn Mùn là hợp chất được dùng để chỉ các vật liệu hữu cơ được phân giải, mịn, có màu tối, hợp chất này được hình thành do quá trình phân giải vi sinh vật xảy ra trong đất. Khi mùn được trích bằng dung dịch base, các chất có màu tối sẽ hòa tan vào dung dịch. Các chất hòa tan này bao gồm các humic acid (thành phần hòa tan trong base, nhưng không hòa tan trong acids) và fulvic acids (phần tan trong acids). H O C N Hình 8.1 Cấu trúc một phân tử của humic acid Hợp chất mùn là chất chính gây nên ảnh hưởng tốt đối với khả năng sản xuất của đất. Hàm lượng N, P và S của hợp chất mùn sẽ được phân giải bởi vi sinh vật và cung cấp dần dần cho cây trồng (quá trình này khá chậm), và chúng chỉ cung cấp một phần chất dinh dưỡng khi ta không sử dụng phân bón hóa học. Phân nửa các amino acids và polysacharides còn lại không thể tách ra khỏi các hợp chất thơm nên tính chất và thành phần cấu tạo của nhóm này chỉ có thể suy luận từ sự nghiên cứu tổng thể thành phần mùn. Nhưng thành phần thơm này là thành phần tạo cho chất hữu cơ hay mùn có màu sậm và có thể hình thành nên nhiều tính chất khác của chất hữu cơ. 3
2.3.1 Trích và phân lập các thành phần của mùn Hàm lượng chất hữu cơ có thể biến đổi từ
hình thành đất. Ví dụ, sự tích lũy chất hữu cơ trong tầng Spodic của đất Spodosols là do sự tích lũy Al các phức chất Al và Fe với fulvic acids. Humic acid thể hiện mức độ mùn hóa cao, tính ngưng tụ cao hơn fulvic acids trong đất, chúng ít di động hơn, nhưng liên kết chặt hơn với các sét silicate có cấu trúc dạng lớp. Vì những lý do này và do trọng lượng phân tử cao hơn, nên humic acid được xem là thành phần chính tạo sự ổn định của các hạt kết của đất và thành phần ít nhạy cảm với sự phân giải của vi sinh vật. Việc xác định trọng lượng tương đối của humic acid và fulvic acid (tỉ lệ FA/HA) trong đất được dùng để phân loại đất. Ngoài ra, chúng cũng có thể giúp ta xác định động thái của hợp chất mùn trong đất. Có 1 một số nghiên cứu về vấn đề này trên các loại đất nhiệt đới cho thấy rằng có sự tương quan giữa khí hậu và tỉ lệ của hai dạng acids này trong hợp chất mùn. Trong điều kiện rửa trôi mạnh sẽ có khuynh hướng hình thành fulvic acid. Fulvic acid có thể được tích lũy trong điều kiện nhiệt đới gió mùa hơn là điều kiện khí hậu ẩm. Spodosols và Oxisols có tỉ lệ FA/HA tối thiểu trong những mùa khô, tỉ lệ này gia tăng trong mùa mưa, nhưng sau đó sẽ thấp trở lại khi đất bị ngập nước. pH và hàm lượng sét vô định hình (sesquioxides các oxides Si, Fe, Al của đất cũng góp phần vào làm tăng mức độ polymer hóa các hợp chất mùn như diễn biến trong đất Andisols. 2.3.2 Đặc điểm của mùn Dựa trên các phương pháp phân tích hóa học, các gốc chức năng có chứa Oxygen của dịch trích FA và HA từ các loại đất được hình thành trong các điều kiện khác nhau được trình bày trong bảng sau: Gốc chức năng Vùng ôn đới Vùng á nhiệt đới Vùng nhiệt đới HA FA HA FA HA FA Tổng độ chua 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 OCH3 0,4 0,3 0,4 0,3 0,5 0,8 0,9 0,6 0,8 0,9 1,2 Tổng độ chua của hợp chất mùn thể hiện tổng lực phản ứng của mùn. Tổng độ chua bao gồm chức năng mang tính acid như carboxyls (COOH) và phenolicOH. Các gốc chức năng khác như alcoholicOH, carbonyl (=CO), và methoxyl (OCH3), mặc dù không góp phần vào tổng độ chua, nhưng chúng góp phần vào sự hình thành các phức chất bằng cách tạo các nối giữa chất hữu cơ với các nguyên tố cation kim loại và các khoáng silicates. 5
Do các loại đất nhiệt đới thường có tính kiềm tương đối thấp (Oxisols và Ultisols), nên các hợp chất mùn trong thành phần hữu cơ của đất là nguồn chủ yếu duy trì độ phì nhiêu của đất. Các biện pháp kỹ thuật quản lý đất phải là các biện pháp hướng trực tiếp đến hướng cải thiện hàm lượng chất hữu cơ của đất. Chất hữu cơ trong đất thực tế không hòa tan được trong nước, mặc dù có một phần rất nhỏ có thể tạo huyền phù trong nước nguyên chất. Chất hữu cơ có khả năng hòa tan mạnh trong dung dịch kiềm loãng, và một phần có thể phân ly trong acid loãng. Một trong những tính chất quan trọng của chất hữu cơ là hàm lượng đạm chứa trong chất hữu cơ, hàm lượng N này thường biến động từ 3 – 6 %, tuy nhiên hàm lượng N có thể thấp hay cao hơn hàm lượng trung bình này. Nhưng hàm lượng carbon thì ít biến động hơn và thường chiếm khoảng 58 %. Vì vậy, để tính toán hàm lượng hữu cơ trong đất, chúng ta có thể xác định % carbon (C %), và hàm lượng chất hữu cơ là %C*1,724. Tỉ lệ giữa C và N (C\N) trong đất thường là 1012. Tỉ lệ này thay đổi tùy thuộc và nguồn gốc của các thành phần hữu cơ, giai đoạn phân giải của chất hữu cơ, tính chất và độ sâu của đất, và các điều kiện khí hậu và môi trường khác nơi đất được hình thành. Chất hữu cơ của đất cũng là nơi dự trữ lân và lưu huỳnh hữu cơ. Cũng như đạm hữu cơ, lân và lưu huỳnh hữu cơ sẽ được giải phóng trong quá trình khoáng hóa chất hữu cơ. Cả hai chất lân và lưu huỳnh hữu cơ đều trải qua quá trình khoáng hóa và hấp thụ sinh học tùy thuộc vào điều kiện thời tiết và tỉ lệ tương đối của chúng với carbon cao hay thấp. Một tính chất quan trọng khác của chất hữu cơ là khả năng trao đổi cation cao của chúng (200 meq/100 g). Khả năng trao đổi cation thường có liên quan đến gốc chức năng như carboxyl (COOH) và phenolicOH. Phản ứng trao đổi cation của mùn được trình bày như phương trình sau: RCOH + KCl  RCOK + HCl Phương trình cho thấy KCl hòa tan trong nước phản ứng với các gốc chức carboxyl của chất hữu cơ. Ion K trao đổi ion H với gốc carboxyl. Ion K hấp phụ với 1 lực đủ mạnh để làm hạn chế sự mất ion này do quá trình rửa trôi trong đất, nhưng lực giữa ion K này vẫn còn đủ yếu để rễ cây trồng có thể hấp thu trao đổi được. Chất hữu cơ trong đất có khả năng hấp thụ một lượng nước rất lớn nên chúng có tính co ngót và trương nở mạnh. Tuy nhiên, nếu chúng bị mất nước hoàn toàn, thì lực hấp thu nước bị giảm mạnh. Chất hữu cơ của đất còn là một yếu tố quan trọng trong việc hình thành các hạt kết nên chúng sẽ làm tăng tốc độ thấm nước ban đầu của đất sẽ giảm được nguy cơ xói mòn của đất. Ngoài ra hàm lượng các gốc chức năng cao sẽ tạo điều kiện dễ dàng cho sự hình thành các 6
phức chất với các nguyên tố dinh dưỡng vi lượng, làm cho các nguyên tố này có thể di chuyển dễ dàng trong suốt phẫu diện đất, nhất là khi chúng kết hợp chất mùn có trọng lượng phân tử thấp và di động cao. 2.4 Sự hình thành chất hữu cơ trong đất Chất hữu cơ trong đất là một hỗn hợp của rất nhiều hợp chất hữu cơ khác nhau. Tuy nhiên, hai loại hợp chất, hợp chất mùn và các hợp chất polysaccharides hình thành nên hơn 80 % tổng chất hữu cơ trong đất. 2.4.1 Hợp chất mùn Hợp chất mùn trong chất hữu cơ trong đất là một polymer của các đơn vị phenolic phức tạp được nối với các amino acids, peptides, amino đường, và các thành phần hữu cơ khác. Tham gia vào quá trình mùn hóa có protein, lipid, lignin, tanan và các sản phẩm khác của quá trình phân giải chất hữu cơ. Từ các vật liệu hữu cơ ban đầu được phân giải thành các sản phẩm trung gian và các hợp chất trung gian này lại liên kết với nhau tạo thành những hợp chất phức tạp và các hợp chất phức tạp này lại nối với nhau một lần nữa để tạo thành các đại phân tử lớn hơn và ổn định hơn. Sau khi được nối với nhau, các phân tử phenolic nhạy cảm có thể bị oxi hóa trở lại và trải qua quá trình liên kết khác. Các phản ứng polymer hóa cũng có thể bao gồm sự hình thành nên các gốc chức năng cơ bản. Các gốc phenolic được hình thành thông qua tác động của phenolases và peroxidases có thể sẽ được ổn định thông qua các nối này. Các hợp chất mùn có thể khác nhau rất lớn về thành phần cấu tạo liên quan đến các đơn vị cấu trúc hiện diện trong một vi môi trường nhất định trong quá trình hình thành. Tuy nhiên, tất cả đều có những tính chất chung như chúng có rất nhiều các gốc chức năng, chủ yếu là các gốc COOH, phenolicOH. Một số vi sinh vật, nhất là nấm Streptomyces, tổng hợp các vật liệu có màu sậm tương tự như các hợp chất mùn. Chúng có thể được hình thành trong môi trường nuôi cấy, trong tế bào, hay trong cả hai môi trường. Chúng là các polymer phenolic kết hợp với các peptides và các chất khác như althraquynones và cũng có thể là các hợp chất napthelenic. Hàm lượng peptides hay phenolic có thể thay đổi rất lớn phụ thuộc vào hàm lượng và loại nguồn đạm và các điều kiện khác. Các polymer do nấm hình thành này có tính chất tương tự như humic acid trong đất về mặt CEC, tổng độ chua, hàm lượng carbon các gốc phenolic. Các phenolic đơn trong đất không bị phân giải hoàn toàn như những chất hữu cơ dễ phân giải: glucose, acetic acid, amino acid, proteins, và polysacchrides. Các phenolic có hoạt tính thấp, 7
nếu các vòng thơm bị phá vỡ, thì carbon của phenol sẽ bị mất tương tự như sự mất carbon trên các hợp chất dễ dàng phân giải khác. Điều này cho thấy là một phần của vòng phenolic nằm trong cấu trúc của mùn trong đất, được bảo vệ bởi sự hiện diện của mùn hay sét, hay sự liên kết thành các polymer phenolic bởi một số loại vi sinh vật đất. Các nghiên cứu với các hợp chất hữu cơ bằng C14 đánh dấu cho thấy rằng các chất mùn mới, mặc dù tương đối bền đối với sự phân giải của vi sinh vật, vẫn tiếp tục phân giải với tốc độ cao hơn tốc độ phân giải của mùn đã được hình thành lâu đời. Điều này có thể là do một phần các phân tử mới nhạy cảm với sự phá vỡ của vi sinh vật hơn. Các polymer có cùng dạng humic acid do nấm tạo thành có thể bị phân giải 5 – 30 % trong thời gian 3 6 tháng. Mô phỏng các polymer phenolase được thực hiện với các hợp chất có chứa C 14 đánh dấu cho thấy là các đơn vị amino acid, peptides, amino đường được liên kết với nhau thành các polymer phân giải với tốc độ nhanh hơn các carbon trong vòng của các đơn vị phenolic, carboxyl, các chuỗi nhánh, và các carbon của OCH3 của các đơn vị phenolic dễ bị phá vỡ hơn các C trong phenolic vòng. Khi tăng lượng các gốc carboxyl trong các polymer phenolic có thể làm giảm sự hữu hiệu của các chuỗi nhánh, amino đường, các carbon của amino acid của các polymers đối với các vi sinh vật. Theo thời gian, các carbon dễ hữu dụng sẽ được sử dụng và phần dư thừa sẽ trở nên bền vững hơn đối với sự phân giải của vi sinh vật. 8
Sự hình thành mùn Lignin và các hợp chất Các dư thừa thực vật polyphenolic khác hữu cơ thông thường Phân giải của các vi sinh Phân giải của các vi sinh vật vật Đường, acid hữu cơ và Các đơn vị polypenolic nhỏ các hợp chất hữu cơ khác hơn, phenol trung gian Sự oxy hóa các chuỗi nhánh Hydroxyl hóa vòng Tổng hợp của các vi sinh Khử carbonyl vật Tổng hợp và chuyển hóa của vi sinh vật Phân giải của các vi sinh vật CO2, H2O, NH3 Sinh khối vi sinh Các hợp chất vô cơ vật khác Khoáng hóa và tách vòng Mono, di, Giải phóng và tổng hợp trihydroxyphenols, các polymer của vsv Benzoic acid …. Phản ứng oxy hóa, enzyme Các gốc phenolic và Hydroxybenzoquinones… Peptides, amino acid, amino đường… Polymer hóa Polymer hóa Acid fulvic Phân giải tổng hợp Acid humic 9
2.4.2 Polysaccharides Polysacchrides là thành phần cấu tạo hay là các sản phẩm trao đổi chất của các sinh vật chủ yếu trong đất. Hầu hết polysaccharides của thực vật, động vật và vi sinh vật là các chất rất dễ phân giải, nhưng cũng có một số ít khá bền với sự phân giải này, và có từ 10 – 30 % chất hữu cơ trong đất chứa polysaccharides, thành phần khá bền đối với sự phân giải của vi sinh vật. Phần lớn các polysacchrides của thực vật và các vi sinh vật có 12 đơn vị cấu trúc (hay cao hơn). Tất cả các phương pháp hiện đại dùng để tách các phân tử hữu cơ trong tổng hợp mùn được áp dụng đối với polysaccharide của đất, nhưng tất cả các thành phần thu được chỉ chứa khoảng 10 đơn vị cấu trúc. Do đó người ta kết luận rằng có thể các quy trình sử dụng tách polysaccharides không đúng, nhưng cũng có thể là thành phần polysaccharides được hình thành trong trạng thái tương tự như humic acid. Các đơn vị polysaccharides của thực vật và vi sinh vật trong tất cả các giai đoạn phân giải có thể tác dụng như là những khung hình thành nên những polymer riêng biệt đối với môi trường đất. Các kết hợp của các chất tương đối bền vững thông qua sự hình thành các mối hay các phức chất với các ion kim loại hay các sét có thể hình thành các thành phần polysaccharides bền vững của chất hữu cơ trong đất. Polysaccharides với các đơn vị amino đường có thể bền vững do sự liên kết thông qua các gốc amino tự do với các phân tử humic acid. Các thành phần cấu tạo có dạng polysaccharides của màng tế bào vi sinh vật bao gồm rất nhiều đơn vị cấu trúc, bao gồm nhiều amino đường và amino acids. Một số các chất này, hay một phần của các phân tử phức tạp, sẽ trải qua quá trình liên kết với các polymer phenolic trong đất thông qua các gốc amoni và vì vậy chúng trở nên bền vững hơn. 2.5 Vai trò chất hữu cơ trong đất 2.5.1 Cải thiện các tính chất vật lý đất Nếu các thành phần cấp hạt cát, thịt và sét của đất có tính phân tán cao làm cho nước không thể xâm nhập vào đất và rễ cây trồng không thể xuyên phá lớp váng cứng vào trong đất, thì năng suất cây trồng sẽ bị giảm nghiêm trọng, ngay cả khi các chất dinh dưỡng hiện diện đầy đủ trong đất (Harric và cộng tác viên, 1966). Trên quan điểm vật lý học, một loại đất tốt là đất trong đó có hạt đất nhỏ được liên kết thành những hạt kết bền vững với tác động của nước. Những loại đất không hình thành lớp váng cứng như thế, sẽ có tốc độ thấm ban đầu rất nhanh khi mưa hay sau khi tưới, làm giảm được sự xói mòn, đất có thể được canh tác dễ dàng hơn độ 1
thoáng sẽ tăng cao hơn, và sẽ tăng cường được khả năng hô hấp của rễ cây và các hoạt động của vi sinh vật trong đất (Russell, 1961) đã cho rằng trong một loại đất nông nghiệp tốt nhất trên thế giới thì các chất liên kết trong tự nhiên phần lớn là các chất hữu cơ và chúng được hình thành trong quá trình phân giải vi sinh vật của các dư thừa hữu cơ trong đất. Thông thường các dư thừa hữu cơ chứa một tỷ lệ tương đối cao các thành phần hữu dụng có tác động tạo nối nhanh nhất và lớn nhất trong đất, nhưng ảnh hưởng đến sự hình thành các hạt kết chỉ kéo dài trong một thời gian ngắn nhất. Các vật liệu càng bền vững yêu cầu thời gian càng lâu dài để hình thành các hạt kết, nhưng tác động đến việc hình thành hạt kết kéo dài theo thời gian. Bón nhiều chất hữu cơ cho đất sẽ có hiệu quả hơn trong việc hình thành các hạt kết, và sự tạo hạt kết thường tăng nhanh trong trường hợp đất có hàm lượng hạt kết thấp. Sự sinh trưởng của cây trồng, nhất là các đồng cỏ, có thể làm tăng sự hình thành hạt kết trong đất (Jonsonton, 1942). Điều này có thể là do một khối lượng rễ cỏ rất lớn được để lại trong đất, các vi sinh vật đất sẽ sử dụng, và cũng có thể do rễ cỏ phân bố khá đều trong toàn bộ thể tích đất. Sau khi bón các dư thừa hữu cơ vào trong đất, hay cày vùi các đồng cỏ, các hạt kết trong đất sẽ giảm. Để duy trì cấu trúc đất tốt, cần thiết phải bón các dư thừa hữu cơ theo chu kỳ hay luân canh cây trồng. Nhiệt độ thấp sẽ thích hợp cho việc kéo dài thời gian hình thành hạt kết, trong khi nhiệt độ cao sẽ nhanh chóng làm hủy hoại các chất liên kết các hạt đất (Harros, 1966). Trong thời gian hoạt động của vi sinh vật xảy ra mạnh mẽ sau khi bón các dư thừa hữu cơ, các tế bào và hệ sợi nấm có thể liên kết cơ học với các hạt đất với nhau (Aspiras, 1971), nhưng các chất được tổng hợp bởi các sinh vật đất thường được xem là có tầm quan trọng hơn. Các thành phần khác nhau của chất hữu cơ trong đất có liên quan chặt đến quá trình hình thành hạt kết trong đất nhưng thành phần polysaccharide cũng có thể có tầm quan trọng đặc biệt. Tác động cement hóa cao của các keo polysaccharides do (i) chiều dài và cấu trúc thẳng của chúng cho phép chúng tiếp xúc được với nhiều hạt đất, (ii) bản chất uyển chuyển cho phép chúng tiếp xúc được với nhiều điểm trên bề mặt các hạt đất, (iii) với số lượng lớn các gốc OH, tạo được nối hydrogen, và (iv) các gốc COOH cho phép tạo nối thông qua các cation. 2.5.2 Hàm lượng và sự phân bố chất hữu cơ trong đất Trong quá trình hình thành và phát triển đất, chất hữu cơ được tích lũy từ các dư thừa thực vật sinh trưởng trên đất tại chỗ. Chất hữu cơ trong đất được tích lũy liên tục cho đến khi đạt được sự cân bằng giữa tốc độ tích lũy và tốc độ phân giải chất hữu cơ. 1
Chất hữu cơ thường hiện diện với hàm lượng cao ở tầng đất mặt và giảm dần theo độ sâu của đất. Sự phân bố chất hữu cơ theo độ sâu của đất luôn tương ứng với hàm lượng N trong đất. Thông thường, khi bón nhiều dư thừa hữu cơ, hàm lượng chất hữu cơ trong đất sẽ tăng. Do đó, chúng ta có thể hiểu được là đất trong các sa mạc sẽ chứa hàm lượng hữu cơ thấp. Khi lượng mưa tăng, kèm theo sự gia tăng sản xuất chất khô của thực vật nên hàm lượng chất hữu cơ trong đất sẽ gia tăng. Trong một phạm vi nhất định, nhiệt độ bình quân hàng năm tăng có thể làm giảm hàm lượng chất hữu cơ trong đất. Một nguyên nhân chính là khi nhiệt độ tăng tốc độ hoạt động của vi sinh vật và sự phân giải chất hữu cơ sẽ tăng. Tuy nhiên, điều này không hoàn toàn đúng với vùng nhiệt đới ẩm, trong những vùng này, hàm lượng chất hữu cơ trong đất đôi khi cao hơn so với các loại đất vùng ôn đới. Điều này có thể do trong vùng nhiệt đới không có băng giá nên thích hợp cho sự phát triển của thực vật, nên làm tăng hàm lượng chất hữu cơ trong đất. Nhiều loại đất trong vùng nhiệt đới có hàm lượng khoáng sét cao và chứa nhiều loại khoáng sét vô định hình (allophanes), khoáng này tương tác với chất hữu cơ và bảo vệ chống lại sự phân giải chất hữu cơ. Trong cùng một điều kiện khí hậu, người ta nhận thấy đất đồng cỏ thường có hàm lượng chất hữu cơ trong tầng đất mặt và các tầng đất sâu bên dưới cao hơn so với đất rừng. Điều này, có thể là do sự khác nhau về mặt sinh trưởng của thực vật và dư thừa thực vật được vùi lại trong đất. Rễ của thực vật đồng cỏ có chu kỳ sinh trưởng ngắn, và hàng năm đều có sự phân giải các rễ chết, góp phần vào hàm lượng chất hữu cơ được mùn hóa trong đất. Ngoài ra, hàm lượng rễ cũng tăng dần theo độ sâu của đất. Ngược lại, trong đất rừng, rễ cây có chu kỳ sống lâu dài hơn và sự bổ sung các dư thừa hàng năm chủ yếu thông qua các lá rụng và phần gỗ chết rơi trên tầng đất mặt. Các nghiên cứu cho thấy rằng trong mỗi hệ sinh thái, tổng hàm lượng chất hữu cơ tương tự nhau, nhưng trong đất rừng phần lớn các chất hữu cơ được liên kết chặt trong phần cây sống (đang sinh trưởng). Trong khi đó, đối với đất đồng cỏ có đến 90 % chất hữu cơ lại hiện diện trong đất. Khi con người khai hoang trong rừng, họ đốt hay khai thác gỗ, họ lấy đi ½ chất hữu cơ trong hệ sinh thái rừng. Nhưng khi cày vỡ đất đồng cỏ, toàn bộ chất hữu cơ sẽ được bỏ lại trong đất, ngay cả khi người ta đốt cỏ làm đất. Những khác biệt về hàm lượng và sự phân bố chất hữu cơ là một trong những lý giải tại sao năng suất cây trồng trên đất đồng cỏ cao hơn đất phát triển trên thảm thực vật rừng. 1
Hàm lượng chất hữu cơ có thể bị giảm do quá trình canh tác, nhưng nếu canh tác có sự bổ sung liên tục các loại dư thừa hữu cơ có thể làm tăng hàm lượng chất hữu cơ trong đất. Ngay cả khi đất không bị xói mòn, nếu canh tác liên tục, hàm lượng chất hữu cơ có thể bị mất nhanh chóng. Người ta nhận thấy rằng tốc độ mất chất hữu cơ của đất xảy ra rất nhanh khi đất mới được khai phá đưa vào sản xuất nông nghiệp, sau đó tốc độ mất giảm dần và hàm lượng chất hữu cơ đạt tới mức cân bằng mới. Các loại đất vùng khô hạn chứa hàm lượng chất hữu cơ rất thấp. Nhưng nếu vùng đất khô hạn được canh tác và có tưới thì hàm lượng chất hữu cơ trong đất sẽ đạt mức cân bằng mới cao hơn mức cân bằng trước đó. 2.5.3 Tính bền vững về mặt sinh học của các chất hữu cơ trong đất Khi chúng ta dùng thuật ngữ “tính bền vững sinh học”, không có nghĩa là chất hữu cơ của đất hoàn toàn kháng lại sự phân giải bởi các vi sinh vật. Nghĩa của tính bền vững sinh học ở đây là một khái niệm, trong đó chất hữu cơ tương đối ổn định đối với sự tấn công về mặt sinh hóa bởi các tác nhân sinh học trong đất. Nguyên nhân tạo tính bền vững chất hữu cơ trong đất hay mùn chưa được hiểu biết rõ ràng. Những nguyên nhân được nhận biết là: (a) tính bền vững của một số thành phần hóa học của các dư thừa thực vật, động vật đối với sự tấn công của vi sinh vật; (b) tính bền vững về mặt sinh học của các hợp chất sinh học của các hợp chất mùn; (c) sự bảo vệ của chất hữu cơ chống lại sự tấn công sinh hóa thông qua sự tương tác của chúng với sét, và (d) các yếu tố sinh học và/ hay các môi trường sinh học nhất định hiện diện ở các điểm có sự tích lũy chất hữu cơ. Ngoài các yếu tố nhiệt độ và ẩm độ, yếu tố địa hình ảnh hưởng rất lớn đến hàm lượng chất hữu cơ trong đất. Chất hữu cơ có xu hướng tích lũy nhiều trong đất ngập nước hay các vùng đầm lầy so với các vị trí có khả năng tiêu nước tốt và chất hữu cơ được tích lũy trong đất sét nhiều hơn so với đất cát. Tuy nhiên, trong đất ngập nước, hay đất than mùn, đầm lầy, xu hướng tích lũy chất hữu cơ có thể chịu ảnh hưởng bởi (a) hàm lượng dư thừa thực vật sản xuất hàng năm, (b) chất lượng hay bản chất hóa học các dư thừa thực vật, hay (c) tốc độ và thời gian phân giải trong môi trường yếm khí. Các loại đất có sa cấu mịn thường sản xuất với khối lượng thực vật cao hơn so với đất cát do độ phì nhiêu thường cao hơn và các quan hệ về nước đất trong môi trường này thích hợp hơn cho sự phát triển của thực vật. Ngoài ra, trong môi trường này sự phân giải chất hữu cơ bị chậm hơn do tác động bảo vệ của các khoáng sét chiếm ưu thế trong đất có sa cấu mịn so với đất có sa cấu thô. 1
2.5.4 Duy trì chất hữu cơ trong đất Vấn đề chính mà nông dân ngày nay thường phải đối đầu đó là việc duy trì sự cung cấp đầy đủ chất hữu cơ cho đất. Kinh nghiệm cho thấy rằng rất khó làm tăng hàm lượng hữu cơ trong đất. Thực tế, tốc độ giảm hàm lượng chất hữu cơ trong đất bị mất do quá trình canh tác thường rất chậm, thường từ 3 đến 5 % mỗi năm, trong khi đó các tính chất khác của đất ảnh hưởng đến năng suất cây trồng như cấu trúc đất, bị giảm với tốc độ nhanh hơn rất nhiều. Vì vậy, chỉ khi hàm lượng chất hữu cơ thấp hơn một ngưỡng nào đó thì đất sẽ không còn khả năng sản xuất nữa. Nhiều loại đất canh tác cây trồng cạn của chúng ta có thể hàm lượng chất hữu cơ gần đạt mức ngưỡng này nên cần thiết phải có các biện pháp ngăn chặn sự mất chất hữu cơ trên các loại đất này. Mặc dù có sự kiệt quệ chất hữu cơ nhanh chóng trong các loại đất ngay sau khi khai phá để sản xuất nông nghiệp trong các vùng khí hậu ẩm, nhưng tốc độ này thường không kéo dài quá lâu. Trong quá trình canh tác lâu dài, chất hữu cơ trong đất sẽ đạt đến mức độ ổn định. Mức độ ổn định này được quyết định bởi các điều kiện môi trường kết hợp với một loại đất nhất định. Một lần nữa, khi hàm lượng chất hữu cơ giảm đến mức độ thấp, muốn nâng hàm lượng này lên mức độ như nguyên thủy, cần thiết phải thiết lập lại thảm thực vật nguyên thủy trên đất này. Trong thời kì của mức độ cân bằng mới của chất hữu cơ trong đất phải đạt được mức độ bằng với mức độ trước khi đất này được sử dụng cho sản xuất nông nghiệp. Khi đất được canh tác, chúng hoàn toàn có thể nhưng rất tốn kém để duy trì hàm lượng chất hữu cơ đạt đến mức độ như trạng thái nguyên thủy. Do đó, nếu duy trì hàm lượng chất hữu cơ trong đất cao hơn mức độ thích hợp cho năng suất cây trồng cao sẽ là biện pháp không kinh tế. Vì vậy, nên chú ý đến chu kỳ bón chất hữu cơ cho đất, có thể là bón thường xuyên các vật liệu hữu cơ tươi, mỗi lần bón một lượng nhỏ, thay vì duy trì chất hữu cơ trong đất bằng biện pháp bón chất hữu cơ không theo chu kỳ với một khối lượng lớn trong một lần bón. Do có nhiều ảnh hưởng của chất hữu cơ trong đất có liên quan đến các tính chất biến động của chúng, nên có thể ta cần chú ý tập trung việc duy trì cung cấp đầy đủ các dư thừa hữu cơ dạng phân giải trong đất hơn là cố gắng làm tăng hàm lượng các chất hữu cơ đã phân giải hoàn toàn (ổn định). Các biện pháp kỹ thuật canh tác duy trì việc cung cấp các chất hữu cơ thường có xu hướng duy trì hơn là hoàn thiện mức độ sản xuất cây trồng. 3 Sự cần thiết phải duy trì chất hữu cơ trong đất Ảnh hưởng của hệ thống cây trồng 1
Hệ thống cây trồng và tập quán canh tác ảnh hưởng lớn đến sự biến đổi chất hữu cơ trong đất: Canh tác du canh, du mục: Khai thác đất đai của đồng bào thiểu số: làm rẫy, chặt, đốt rừng và dùng tro có các chất dinh dưỡng Ca, Mg, K và chất hữu cơ có sẵn trong đất để trồng trọt, đất rẫy trơ ra ánh sáng, chất mùn chịu tác dụng của nhiệt độ cao và ẩm độ lớn vào mùa mưa sẽ biến đổi, khoáng hóa nhanh chóng. Canh tác định canh: Trên đất cao thoáng khí vùng nhiệt đới, cây rừng có rễ ăn sâu, hấp thu nước và các chất dinh dưỡng ở dưới sâu, cây quang hợp thành chất hữu cơ như cành, lá; khi rụng lại cung cấp chất hữu cơ cho đất, dinh dưỡng trong đất sẽ được duy trì. Hệ thống cây trồng: . Luân canh: cây trồng sử dụng chất dinh dưỡng hợp lý. Ảnh hưởng của việc bón phân vô cơ và hữu cơ: Bón phân vô cơ ở dạng dễ tiêu, dễ hòa tan v.v . . . sẽ phát sinh ra những sự mất cân bằng trong dinh dưỡng, các chất dinh dưỡng được bón vào đất sẽ đẩy các ion hấp phụ trên bề mặt keo đất ra dung dịch đất. Bón phân hữu cơ, làm tăng độ hấp phụ của đất. 1
BÀI 2 : PHÂN HỮU CƠ I Phân chuồng 1 Vai trò của phân chuồng trong sản xuất nông nghiệp Phân chuồng là một khâu trong chu kỳ luân chuyển chất dinh dưỡng, những chất dinh dưỡng mà cây trồng lấy đi từ đất và từ các loại phân đã được bón vào đất, một phần lớn được gia súc sử dụng và làm các nguyên liệu độn chuồng rồi từ đấy trở ra đồng ruộng theo phân gia súc. Phân chuồng không những có tác dụng làm tăng năng suất cây trồng mà còn có khả năng tăng cường hiệu lực của phân hóa học. Phân chuồng tăng cường khả năng quang hợp (trong quá trình phân hủy chất hữu cơ thải ra nhiều khí CO2). Cung cấp một lượng lớn mùn và các chất dinh dưỡng vô cơ trong đất. 2 Đặc điểm 2.1 Ưu điểm Phân chuồng là một loại phân toàn diện, chứa đầy đủ các chất dinh dưỡng đa lượng, vi lượng, chậm tiêu và dễ tiêu. Vì phân chuồng là những chất mà cây hút từ đất lên thông qua sự tiêu hóa của gia súc lại trở về bón cho đất nên chứa đủ những yếu tố mà cây cần dùng. Ngoài ra trong phân chuồng còn chứa nhiều loại hợp chất có khả năng tác động tích cực đến dinh dưỡng của cây và hoạt động của vi sinh vật trong đất như auxin, vitamin C, B12… Các chất dinh dưỡng trong phân chuồng thường ở dạng dễ tiêu đồng thời cũng có những chất dự trữ ở dạng khó tiêu nhưng dưới tác động phân giải của vi sinh vật sẽ khoáng hóa dần cho cây sử dụng. Do đó, bón phân chuồng với lượng phân dẫu có thừa đi cũng không đến nỗi tác hại, không gây hiện tượng héo lá, sốt rễ hoặc đổ lốp như phân vô cơ. Đất được bón phân chuồng độ phì đất tăng lên, tăng độ xốp, cải tạo chế độ nước và không khí, dễ cày, tăng khả năng trao đổi cation, tỷ lệ keo đất tăng lên, tạo điều kiện cho đất có thể chịu đựng được những lượng phân hóa học cao và ít bị rửa trôi chất dinh dưỡng. Đối với những vùng lạnh, ít ánh sáng, bón phân chuồng nhờ vi sinh vật hoạt động mạnh, có khả năng tăng nhiệt độ, quá trình phân giải chất hữu cơ trong đất sinh ra nhiều khí CO2, tăng cường khả năng quang hợp. 2.2 Khuyết điểm Phân chuồng ẩm độ cao 75 %, dinh dưỡng thấp, tốn công chuyên chở, bảo quản khó, tác dụng chậm. Thành phần phân chuồng không ổn định tùy thuộc vào thức ăn, tuổi, sức khoẻ gia súc, loại gia súc, kỹ thuật chế biến và bảo quản. Phân chuồng là một nguồn ô nhiễm cho môi trường sống của người và gia súc (quá trình phân giải trong điều kiện yếm khí sinh ra CH4, NH3 tạo mùi hôi). Phân chuồng là môi trường tốt cho vi sinh vật hoạt động, quá trình này dễ mất N, hàm lượng chất dinh dưỡng luôn thay đổi. 2.3 Thành phần phân chuồng Phân nguyên: thực vật chưa phân giải: cellulose, hemicellulose, lignin, protein, amino acid, và lipid. Nước phân: nước tiểu và nước rửa chuồng: Đạm trong nước phân ở 3 dạng: ure, acid uric và acid hyppuric. Acid hữu cơ: acid benzoic, acid propionic.. . . Muối khoáng ở dạng carbonat, acetate, sulfat, phosphat, . . . 1
Chất kích thích thuộc dạng indolacetic có khả năng kích thích rễ cây phát triển. Kháng sinh: penicillin, aureomycine, tetracillin, . . . Vitamin: C, B12, . . . Vi sinh vật. Rác độn Muốn tăng số lượng và chất lượng phân chuồng và giữ cho chuồng sạch cần thiết phải độn chuồng. Chất độn chuồng hút đạm NH3 và nước tiểu, giảm tỷ lệ mất đạm. Muốn rác độn hút nhiều nước, rác độn phải có những tiêu chuẩn sau : Thật khô và băm nhỏ. Có khả năng hút nước và giữ nước tốt. Có khả năng hoai mục nhanh. Có tỷ lệ dinh dưỡng cao. Bảng 8.1Thành phần hóa học và khả năng giữ nước của rác độn Nguyên liệu Giữ nước % N% P2O5% K2O% Rơm rạ 400 0,30 0,15 0,70 Mạc cưa 400 0,12 0,30 0,70 Trấu 155 0,45 0,25 0,45 Thân lá bắp 334 0,48 0,38 1,16 Thân lá cây Đậu 445 1,50 0,35 0,50 Than bùn 400 2,00 0,10 0,10 Phân xanh 300 1,00 0,20 0,3 2.4 Hàm lượng dinh dưỡng trong phân chuồng Thành phần nguyên tố đa lượng Do loại phân thông qua biện pháp kỹ thuật chế biến khác nhau nên thành phần phân chuồng cũng rất khác nhau nên thành phần của phân chuồng hình thành sẽ rất khác nhau. Thông thường 1 tấn phân chuồng có độn rơm rạ bình quân : Chất hữu cơ 25 % và 75 % H2O, 4,5 kg N, 2,3 kg P2O5, 4,5 kg K2O Vì vậy nước phân chuồng là sản phẩm có giá trị, giàu N, K nhưng thiếu P. Bảng 8.2Thành phần nguyên tố đa lượng trong phân chuồng Loại gia súc H2O% N% P2O5% K2O% Ngựa 74 0,5 0,4 0,3 Bò 84 0,3 0,2 0,2 Heo 82 0,6 0,6 0,2 Gà 50 1,6 0,2 0,2 Thành phần nguyên tố vi lượng Nguyên tố vi lượng trong phân chuồng thay đổi phụ thuộc vào thức ăn : B = 5 – 7 ppm; Mn = 30 – 75 ppm; Co = 0,2 – 0,5 ppm; Cu = 4 – 8 ppm; Zn = 20 – 45 ppm; Mo = 0,8 – 1,0 ppm. Trong quá trình bảo quản, vi sinh vật công phá những nguyên liệu này và giải phóng ra những chất khoáng hòa tan, dễ tiêu cho cây trồng. Về mặt hóa học, tất cả những chất trong phân chuồng đều có thể xếp vào 1 trong 2 nhóm chính: Hợp chất có N ở dạng hòa tan trong nước phân và không hòa tan trong phân nguyên và chất độn chuồng. 1
Hợp chất không có đạm: hemicellulose, cellulose, lignin, lipid chiếm tỷ lệ cao nhất (60 – 70 % trong phân nguyên và 70 – 90 % trong chất độn). Tỷ lệ C/N có vai trò quyết định đối với quá trình phân giải và tốc độ phân giải. Tỷ lệ C/N thích hợp nhất trong phân chuồng vào khoảng 35 – 40, nếu cao hơn đống phân tiến hành phân giải chậm và nếu thấp hơn thì quá trình phân giải kết thúc nhanh chóng. Phân nguyên gia súc có tỷ lệ C/N từ 20 đến 25. Chất độn có tỷ lệ C/N cao: Bảng 8.3 Tỷ lệ C/N của một số nguyên liệu độn chuồng Tên nguyên liệu C% N% C / N Phân bò nguyên 6,5 0,31 21 Rơm rạ lúa nước 40,8 0,36 113 Lúa mì 40,0 0,33 124 Thân lá bắp 44,2 0,84 53 Cỏ họ đậu 26,6 1,37 19 Cỏ họ hòa thảo 40,2 0,64 62 Bèo hoa dâu 42,1 4,2 10 Thân lá muồng sợi 47,6 0,62 60 Thân lá quỳ dại 53,6 3,83 14 Mùn cưa 56,2 0,11 511 Bã mía 39,4 0,35 113 Vỏ đậu phộng 18,7 1,20 15 2.5 Ủ phân chuồng Trong khi ủ phân có rất nhiều vi sinh vật tiến hành công phá các chất cellulose, glucose, protein, lipid có trong thành phần phân chuồng. Nội dung của quá trình phân giải gồm 2 sự kiện chủ yếu: sự phá vỡ các hợp chất hydratcarbon, chất béo và sự khoáng hóa các hợp chất có N. Do sự phân giải này thành phần phân chuồng luôn luôn biến đổi, có nhiều loại khí H 2, CH4, CO2, NH3 và hơi nước thoát ra làm cho đống phân chuồng càng ngày càng giảm khối lượng. Các giai đoạn biến đổi của quá trình ủ: 4 giai đoạn: Giai đoạn phân tươi: phân còn nguyên rác độn, nước phân có màu vàng. Giai đoạn phân hoại dang dở: phân và rác độn đã mềm, nước phân chuyển màu vàng đen, nâu đậm, t0 trong đống phân cao, trọng lượng giảm còn 70 – 80 %. Giai đoạn phân hoại: vật liệu trong đống phân mất hình dáng cũ, màu đen, xốp, nước phân trong, trọng lượng còn 50 %. Giai đoạn phân biến thành mùn: phân giống đất đen tơi xốp, trọng lượng còn 25 %. Các cách ủ phân: 3 cách: Ủ nóng = ủ tơi = Phân đổ thành từng đống tơi xốp, thoáng khí, giữ ẩm 50 % 60 %, ở ẩm độ này nhiệt độ lên cao 60 – 70 0C, phân mau hoai, diệt cỏ dại, mầm bệnh nhưng mất nhiều N. Ủ nguội = ủ chặt = Phân nén chặt đảm bảo đống phân tiến hành ủ trong điều kiện yếm khí, ở ẩm độ 50 % 60 % nhiệt độ đống phân không lên cao quá 350C. Trong điều kiện này, CO2 thoát ra kìm hãm hoạt động của vi sinh vật, phân lâu hoai, không diệt được mầm bệnh và cỏ dại nhưng ít mất N. 1
Ủ hỗn hợp: ủ trước nóng sau nguội: đối với phân chuồng có nhiều rác độn, hạt cỏ dại, mầm bệnh cần ủ tơi xốp 5 – 7 ngày để nhiệt độ lên cao 60 700C, phân mau phân hủy, sau đó nén chặt lại, nhiệt độ hạ, hạn chế mất N. Thường để ủ phân người ta thường cho vào Super P để giữ NH3: Ca(H2PO4)2 + 4NH3 + H2O 2( NH4)2HPO4 + Ca(OH)2 Có thể dùng tro trấu vì có chứa SiO2 có khả năng giữ NH3 Không nên dùng tro bếp trong quá trình ủ phân: CaO, K2O + H2O Ca(OH)2 , KOH là những chất kiềm mạnh. 2.5.1 Ủ phân chuồng nhân tạo Qua 3 cách ủ căn bản trên, trong thực tế sản xuất, lượng phân chuồng không đủ đáp ứng nhu cầu cho cây trồng, do đó, hiện nay người ta phải ủ phân chuồng nhân tạo, nếu ủ đúng kỹ thuật có thể tăng được 4 lần phân chuồng nguyên với chất lượng tương đương. Người ta thường thêm: rơm rạ, than bùn hoặc các phế phẩm thực vật khác (thân lá cây đậu, cây bắp, bùn đáy ao, cây phân xanh hoang dại, ...) với phân chuồng tươi để cung cấp vi sinh vật, phân vô cơ để tăng cường chất lượng phân. Nguyên liệu Phân chuồng tươi: 25 % được coi như chất mồi cung cấp vi sinh vật giúp sự phân hủy chất hữu cơ tốt, giàu dinh dưỡng. Rác độn: 73 % gồm dư thừa thực vật, phân xanh, bùn đáy ao, . . . Vôi: 1,5 – 2 % để duy trì pH = 7. Phân lân: 1 – 2 % super P hay 2 –3 % apatid, phosphorit để làm thức ăn cho vi sinh vật và để giữ N. Ca(H2PO4)2 + 2NH3 NH4H2 PO4 + CaHPO4 (NH4)2H PO4 + CaHPO4 Phân N : 0,5 – 1 % urea, SA nếu rác độn là rơm rạ để hạ tỷ số C/N, . . . Hố ủ Tùy điều kiện địa hình nơi ủ phân, hố ủ sẽ được đào khác nhau :          Ủ chìm Ủ nổi Ủ trung gian Cách ủ Sau khi đào hố ủ, cho rác độn thành từng lớp dày 20 – 30 cm, nén chặt, tưới nước giữ ẩm độ 50 – 60%, cho một lớp phân chuồng tươi, rắc vôi và phân vô cơ. Tiếp tục xếp thành từng lớp tương tự như vậy cho đến khi đầy hố ủ. Tùy theo hố ủ lớn hay nhỏ, giữa hố phân người ta chọc vào những cây tre đã thông các mắt và khoét nhiều lỗ nhỏ với mục đích cho nhiệt kế vào để biết nhiệt độ đống phân và cho nước vào giữ ẩm độ. 1
Sau 1 tháng ủ, đảo phân và nén chặt lại. Độ 2 tháng đến 2,5 tháng phân hoại có thể đưa ra bón. Trước khi bón 10 –15 ngày, có thể kết hợp khi đảo phân nên rắc thêm phân 1 – 1,5% P2O5. Sau khi ủ 1 tháng nếu nhiệt độ không lên được 60 – 700C có thể do các nguyên nhân: . Phân chuồng quá hoai, lượng vi sinh vật trong phân không đủ để phân giải chất hữu cơ trong phân. . Không đủ ẩm. . Môi trường chua vi sinh vật không hoạt động. Ủ phân chuồng để lấy khí đốt = phân khí biogas Khi các nguyên liệu thực vật giàu cellulose như phế phẩm nông nghiệp, phân gia súc được phân giải trong điều kiện yếm khí sẽ sinh ra CH4, H2, … Điều kiện Ủ phân cần đáp ứng 4 điều kiện: Nhiệt độ cao và ổn định 320C. Môi trường phải hoàn toàn yếm khí, không có oxy lọt vào. Môi trường có đủ thức ăn khoáng cho vi sinh vật hoạt động. Môi trường trung hòa, hơi kiềm, không chua. Hầm phân Hầm ủ phân gồm 2 bộ phận: ủ và chứa khí. Túi ủ phân chuồng để lấy khí đốt bằng nylon, kích thước như sau: Chiều dài: 10m (có thể dài hơn hoặc ngắn hơn tùy lượng phân). Chiều ngang: 2m. Chiều sâu: 0,8m. Lượng phân và nước rửa chuồng theo tỷ lệ 1:1, cứ 50 kg phân ủ sau 7 đến 10 ngày thì hỗn hợp này bắt đầu lên men và có khí thoát ra mỗi ngày cho từ 2,5 đến 2,8 m 3 khí đốt. Với phân chuồng lỏng sau khi ủ rất giàu N vì không bị mất N, chất hữu cơ mất không đáng kể. Lổ thoát gas Đầu ra Gas ( 20 – 30%) Nước + phân ( 70 – 80%) Hồ lắng Hồ chứa Đầu vào Túi ủ Hình 8.1 Sơ đồ hố ủ biogas 2.6 Sự phân giải của phân chuồng Trong khi ủ phân, có rất nhiều loại vi sinh vật tiến hành công phá cellulose, các hợp chất đường, bột, các loại protid, lipid trong thành phần của phân chuồng. Vì vậy, trong quá trình ủ phân thành phần phân chuồng luôn luôn biến đổi, có nhiều loại khí và hơi nước thoát ra làm cho khối lượng phân ngày càng giảm trọng lượng. 2.6.1 Chất đường bột Hydratcarbon CnH2nOn Monosaccharid (Đường đơn): chủ yếu gồm có pentose và hexose. 2