KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 88 (3/2024)
43
BÀI BÁO KHOA HỌC
ĐỘNG THÁI TÍCH LŨY P TRONG ĐẤT LÚA VÀ NƯỚC NGẦM NÔNG
DƯỚI ẢNH HƯỞNG CỦA NƯỚC TƯỚI Ô NHIỄM TÍCH HỢP PHÂN BÓN
Đinh Thị Lan Phương
1
, Nguyễn Phan Việt
2
Tóm tắt: Trong bài báo này, tác động của nước tưới ô nhiễm tích hợp phân bón lên Photpho (P)
trong
nước ngầm nông và các tầng đất ở các độ sâu 35 cm, 70 cm, 120 cm được nghiên cứu. Thí nghiệm gồm
03 công thức (CT): ớc tưới ô nhiễm ch hợp phân bón (CT1), ớc tưới không ô nhiễm (CT2)
nước tưới ô nhiễm không bón phân (CT 3). Kết quả cho thấy mặc dù hàm lượng P trong nước tưới cao,
nhưng không hiện tượng thấm P xuống các tầng đất sâu. Cụ thể là, nồng độ PO
43-
trong tất cả các
CT giảm dần theo chiều sâu của đất. Riêng CT1 có hiện tượng thấm PO
43-
xuống tầng 35 cm hơn so với
CT2 CT3 từ 10 - 15%. Tuy nhiên PO
43-
bị cố định ngay trong tầng đất này ngăn cản sự thấm xuống
các tầng sâu hơn. Không có sự khác biệt đáng kể giữa nồng độ PO
43-
của các tầng 70 cm và 120 cm của
cả ba công thức. Về tích lũy P trong đất, hàm lượng P tổng số ở tầng 35 cm của CT1 cao hơn 0,01%
hàm lượng P dtiêu cao hơn từ 0,01 0,02 mg P
2
O
5
/100g so với các CT2 CT3. Các tầng 70 cm
120 cm cho kết quả tương tự nhau về hàm lượng P tổng số và P dễ tiêu.
Từ khóa: Tích lũy photpho, đất lúa, nước tưới ô nhiễm, phân bón.
1. ĐẶT VẤN ĐỀ
*
Trong những thập kgần đây, phân n a
học chứa photpho (P) đã được sdng phổ biến
để tăng ng suất y trng. Châu Á khu vực
tiêu thụ phân n nhiều nhất so với thế giới,
trong đó c c điển hình nTrung Quốc và
Ấn Độ. Riêng tại Trung Quốc, lượng phân n
hóa học P đạt đến 12,3 triệu tấn năm 2019,
chiếm 27,09% mức tiêu thụ pn bón P a học
toàn cầu. Lượng phân bón P được s dụng ngày
ng nhiều cho ng nghiệp do P chất dinh
ỡng đa lượng cần thiết, đảm bo sinh trưởng
phát triển ti ưu cho cây trồng. Tuy nhn,
y trng chỉ hấp thu P dưới dạng
orthophosphate (PO
43-
), trong đất tính hữu dụng
của P thường bị hạn chế do đặc tính c định
trong đt vi các kim loại hoặc bc định trong
c oxit của sắt nhôm trong đó c ln
kết y rất n định, bền trong i tng
(Dieter et al., 2010, Maranguit et al., 2017). Kết
qu P trong hầu hết các loại đất tng b
thiếu cho quá trình hấp thu dinh dưỡng của thực
1
Khoa Hóa và Môi trường, Trường Đại học Thủy lợi
2
Trường Đại học Phòng cháy chữa cháy; Nghiên cứu sinh
Trường Đại học Thủy lợi
vật nên pn bón P được s dụng rất nhiều đ
lại lượng lớn bị tích y cố định trong đất.
ợng P di động trong dung dịch đất ph
thuộc o đặc điểm của đất, bao gồm: m
lượng oxit Fe khả ng kết tủa của cng,
hàm lượng chất hữu cơ trong đất (SOM), các vi
sinh vật đất đóng vai trò nguồn cung cấp điện
tử, hàm lượng P tổng s đpH. điều kiện
đất axit pH thấp thường có m ợng P di
động cao bi ion H
+
làm gia tăng sa tan của
c hợp chất Fe-P Al-P (Amarawansha et al.,
2015). Trong đất có hàm lượng sét cao, s
chiếm ưu thế của oxit nhôm (Al) sắt (Fe) cả
dạng tinh thể định hình làm giảm khả
ng a tan của P cơ thông qua quá trình c
định chúng trên bmặt ch điện ơng đồng
thời hình tnh các kết tủa Al Fe không hòa
tan. Trong đất kiềm, P ddàng phản ng với Ca
để tạo tnh Ca
3
(PO
4
)
2
ít tan. Kết quả của phản
ứng này làm P chất dinh dưỡng hạn chế nhất
trong sản xuất y trng. Một t lệ lớn P được
n bliên kết a học cđnh trong đt, trong
khi chỉ một phần nhP trong dung dịch đt
dng d tiêu cho cây trồng hấp thu. Cơ chế
y dn đến ng n P cho y trng kcao
KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 88 (3/2024)
44
nhưng hiệu qus dng lại mức thấp, chỉ đt
khoảng 20 30% (Gang Xu et al., 2016, Zhu
L. et al., 2012).
Tuy nhn, một lượng nhP thể được giải
hấp ra khỏi b mặt oxit sắt dưới điều kiện ngập
(Rakotoson et al., 2016). Trong điều kiện ngập,
i tờng đất trạng ti khử thun lợi cho
c vi sinh hấp kkhoạt động. Vi sinh vật
s dng các chất nhận điện tử thay thế n
NO
3
, Mn
4+
, Fe
3+
SO
42
để duy t quá trình
trao đổi chất của chúng. Các vi sinh vật n
Geobacter sulfurreducens sử dng Fe
3+
làm chất
nhận điện tử dn đến Fe
3+
bị khử tnh Fe
2+
,
giải phóng một ợng P liên kết đáng kể. Kết
qunồng đP trong dung dịch đất s tăng n
ng với Fe
2+
hòa tan (Amarawansha et al.,
2015). Cơ chế y dn đến tăng khả năng hòa
tan P Fe trong quá trình hấp yếm khí,
được gọi quá trình hòa tan oxit Fe
3+
qua trung
gian vi sinh vật.
Trong c ngm nồng đ P hòa tan t
nhn thưng thấp do P di đng (đin nh là
dạng orthophosphate - PO
43-
) tng được hấp
ph o đất trầm tích trong ng vadose
(vùng tiếp giáp với gương c ngầm) hoặc
ng bão a (Qi, D. L. et al., 2020). Hơn na,
c P hữu cơ a tan đưc khoáng a tnh
PO
43-
tng qua c quá trình sinh hóa (Peng S.
et al., 2011). ng giống n Trung Quốc,
canh c lúa c ta hot đng ng
nghiệp lớn nhất và tu thnhiều phân n nhất
với hơn 60% lưng P s dng pn bón a
học. Hơn nữa, hầu hết các hệ thống tưới b ô
nhiễm bi ớc thải sinh hot chăn nuôi
chưa qua xử dn đến m lưng P trong
c i khá cao. Trong điều kin khan hiếm
c tưới vào a khô, nhiều hthống thủy li
s dng c ô nhim không ngun nước
sạch pha loãng để tưới cho a. Mặc dù, P
không gây nguy hiểm cho sc khỏe của con
ngưi nng đ P trong ớc ngầm kng
trong quy chun về chất ng nước ngầm của
c ta. Tuy nhn, mức đ thm P xung các
tầng đt dưi từ c tưi ô nhim ln tc kết
hợp phân bón theo khuyến o P đi o
c ngầm tng ng hay kng s đưc m
trong nghiên cứu y.
2. BỐ TRÍ THÍ NGHIỆM
2.1. Các công thức thí nghiệm
Thí nghim được thực hiện trên cánh đồng lúa
Học viện Khoa học Nông nghiệp Việt Nam tọa
độ 21
o
00’00 N - 106
o
55’54 E. Thời gian thc hiện
2 năm từ 6/2021 5/2023 với 02 v xuân hè và 02
vhè thu. Bao gồm 03 công thức (CT):
CT 1: ớc tưới ô nhiễm tích hợp phân bón.
Nước tưới từ sông Cầu Bây với tỉ lệ phân bón 120
kg N : 90 kg P
2
O
5
: 90 kg K
2
O/ha theo khuyếno
của Viện Nông nghiệp Việt Nam. CT được thực
hiện trên toàn b ruộng lúa diện tích 960 m2.
CT 2: Nước tưới sạch, bón phân. Sử dụng nước
tưới nước y không ô nhiễm P với tỉ lệ phân
bón 120 kg N : 90 kg P
2
O
5
: 90 kg K
2
O/ha.
CT 3: Nước tưới ô nhiễm, không bón phân.
Nước tưới dẫn từ hệ thống sông Cầu Bây.
CT1 được thực hiện theo đại trà, riêng các CT 2
và CT 3 kiểm soát nước tưới và phân bón nên được
thực hiện trên các ô thí nghiệm kích thước 3*3
m. Các ô được chắn tôn, làm thành 02 hào bao
nilon 02 lớp ngăn thấm ngang đến độ sâu 2,2 m để
đảm bảo ở độ sâu từ 0 – 2,2 m không có nước thấm
ngang. Bờ bao cao 40 cm đảm bảo không nước
tràn mặt ruộng trong những đợt mưa lớn.
Mẫu ớc tưới nước dưới đất được thu theo
chu kì 7 ngày/lần tại các độ sâu 35 cm, 70 cm, 120
cm sau đó mang ngay về phòng thí nghiệm phân
tích. Thực hiện lấy mẫu và bảo quản mẫu theo
TCVN 6663-11:2011.
Quá trình thu mẫu nước được thực hiện như
sau: các ống nhựa thu mẫu được gắn đáy kín
đáy, phía trên nắp thể tháo rời để hút mẫu.
Ống được đục các lỗ xung quanh tại các độ sâu
trên đthu nước, phân tích P tổng sP hòa tan
ngay sau ly mẫu. Mẫu nước trong các ống được
hút bỏ đi trước khi ly mẫu 24 h bằng bơm hút. Sử
dụng các chai nhựa sạch, rửa trong bể rửa siêu âm
và tráng rửa bằng nước cất trước khi đựng mẫu.
Mẫu đất được lấy tại các độ sâu 0-35 cm, 35
70 cm, 70 120 cm cho phân tích các chỉ tiêu P
tổng sP dễ tiêu tại thời điểm thu hoạch. Lấy
mẫu đất và bảo quản theo TCVN 7538 - 2 : 2005.
KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 88 (3/2024)
45
Hình 1. Bố trí thí nghiệm, lấy mẫu nước và mẫu đất
2.2. Nước tưới, giống lúa, phân bón và thuc
trừ sâu
Nước tưới cho lúa của các công thức được lấy
từ sông Cầu Bây có pH từ 7,5 – 7,8, hàm lượng P
tổng stừ 0,64 - 0,89 mg/L, P hòa tan từ 1,03
2,14 mg/L.
Giống lúa sử dụng trong thí nghiệm là giống
bắc thơm số 7 nguồn gốc Trung Quc được
trồng phổ biến miền bắc. Đây giống lúa sinh
trưởng khỏe mạnh, chống hn rét, thời gian
sinh trưởng 125 - 135 ngày vđông xuân, 105 -
110 ngày vụ hè thu.
Phân bón áp dụng theo khuyến cáo của Viện
Khoa học Nông nghiệp Việt Nam: 120 kg N : 90
kg P
2
O
5
: 90 kg K
2
O/ha, sử dụng phân NPK Việt
Nhật, n thúc vào thời bén rễ hồi xanh. Thuốc
trừ sâu Nouvo3.6EC phun phòng bệnh trong thời
kỳ lúa đẻ nhánh và làm đòng.
2.3. Hóa chất và phân tích
P tổng s trong đất được xác định theo TCVN
8940:2011; P dễ tiêu trong đất được xác định theo
TCVN 8661 : 2011 theo phương pháp Olsen.
P tổng số trong nước sau khi oxy hóa
peroxodisulfat và được xác định theo TCVN
6202:2008; P hòa tan trong nước được xác định
theo TCVN 6202:2008.
2.4. Xử lý số liệu
Dữ liệu thí nghiệm được phân tích trên
Microsoft Excel về xác định giá trị trung nh, đ
lệch chuẩn, vẽ đồ thị. Các kết quả thu được
trung bình của 03 lần phân ch. Sử dụng phần
mềm ANOVA đánh gsự khác bit ý nghĩa
của số liệu trong các công thức (P < 0,05).
3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. Đặc tính đất hàm lượng P hòa tan, P
tổng số trong nước mặt ruộng
Tính chất đất nghiên cứu thuộc nhóm phù sa
sông Hồng không được bồi hàng năm, phn
ứng ít chua đến trung tính (pH
H2O
từ 6,2 - 7,1;
pH
KCl
t 5,4 - 6,6). Hàm lượng chất hữu
đạm tổng slớp đất mặt khá cao, trong đó hàm
lượng chất hữu cơ tầng mặt t 1,5 2,0%, hàm
lượng N từ 0,18 - 0,25% và có xu hướng gim dần
theo chiều sâu phẫu diện. Hàm lượng cation Ca,
Mg trao đổi và dung tích hấp thu cation mức
trung bình, Ca trao đổi bằng 7,5 15,5 meq/100g
đất, Mg trao đổi bằng 1,9 – 5,8 meq/100g đất.
Đất có thành phần cơ giới từ thịt trung bình vi
21,5 30,5% sét, 54,5 57,25% limon, 15,0
21,5% cát. P tổng stừ 0,08 0,12% P
2
O
5
, P dễ
tiêu từ 12,0 – 15,0 mg P
2
O
5
/100g đất. K tổng số từ
1,71 2,11% K
2
O. K dễ tiêu từ 14 - 23 mg
K
2
O/100g đất. Hàm lượng một s nguyên t vi
lượng dễ tiêu (ppm): Mn = 49,0, Cu = 11,0, Zn =
22,0, Co = 4,9, Mo = 0,14, B = 0,2.
Phẫu diện đất tầng 0 35 cm có màu nâu ti
(màu ẩm: 7,5YR 3/3). Tính cht thịt trung bình,
rất ẩm, tảng khối lớn, ít chặt xốp, nhiều rễ lúa
(kích thước từ nhỏ đến trung bình. Chuyển lớp
về đ chặt, chuyn lớp từ từ về màu sắc.
Tầng 35 70 cm, màu nâu đỏ xỉn (màu ẩm:
5YR 5/3). Tính chất thịt nặng, ẩm, chặt, ít xốp có
ít rễ cây rất nhỏ. Chuyển lớp rõ ràng về màu sắc.
Tầng 70 – 120 cm màu nâu vàng xám (màu ẩm:
10YR 6/2). Tính chất sét, ẩm, chặt, dẻo, dính,
nhiều kết von màu nâu đen, tròn, mền, đường kính
1-2 mm (chiếm từ 5-10% thể tích), có nhiều vệt sét
xám hơi xanh. Chuyển lớp từ từ về màu sắc.
KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 88 (3/2024)
46
Hình 2. Phẫu diện đất nghiên cứu và kênh dẫn nước tưới
Nhìn chung, hàm lượng PO
43-
dao động trong
nước mặt ruộng của CT 1 từ 0,91 3,05 mg/L.
Giá trị pH của nước mặt ruộng dao động từ 7,4
7,8. Hàm ợng P tổng s dao động từ 0,36 – 0,93
mg/L. Trong CT 2, hàm lượng PO
43-
trong ớc
mặt ruộng dao động từ 0,15 0,25 mg/L, pH từ
7,5 7,7, P tổng số từ 0,11 0,17 mg/L. CT 3
hàm lượng PO
43-
trong nước mặt ruộng dao đng
từ 0,82 2,97 mg/L, pH từ 7,3 7,8, P tổng số từ
0,29 – 0,79 mg/L.
Hình 3. Hàm lượng PO
43-
trong nước mặt ruộng của CT 1
3.2. Hàm lượng PO
43-
trong nước ngầm nông
Trong điều kiện tích hợp nước tưới ô nhiễm
phân bón, hàm ợng PO
43-
của CT 1 được xác
định tại ba độ sâu cho thấy tại tầng 35 cm, hàm
lượng PO
43-
dao động từ 0,32 0,87 mg/L, trung
bình 0,52 mg/L, không sự khác biệt đáng kể
giữa các vụ (P > 0,05). Tại tầng 70 cm, HL PO
43-
xu hướng giảm nhẹ so với tầng 70 cm, trung
bình là 0,34 mg/L, dao động từ 0,35 0,49 mg/L
thấp hơn khoảng 1,52 ln so với tầng 35 cm. Tầng
120 cm HL PO
43-
dao động từ 0,06 0,14
mg/L, trung bình 0,11 mg/L thấp hơn các tầng
35 cm và 70 cm lần lượt là 4,85 và 3,15 lần.
Kiểm soát nước tưới (sử dụng nước tưới sạch)
của CT 2 cho kết quả giảm nhHL PO
43-
tầng
35 cm trung bình t10,12 15,24% so vi CT 1.
Tuy nhiên, tầng 70 cm và tầng 120 cm không có sự
kc biệt đáng kể so với c tầng tương ứng của CT
1. Không sdụng phân bón trong điều kiện nước
tưới ô nhiễm của CT 3 cũng cho kết quả diễn biến
HL PO
43-
tương tự như CT1 (P > 0,05), cụ th là
tầng 35 cm hàm lượng PO
43-
dao động từ 0,29 – 0,82
mg/L, cao n tầng 70 cm khoảng 3,2 lần cao
hơn tầng 120 cm khoảng 4,72 lần. Dưới điều kiện
nước tưới ô nhiễm tuy không s dụng phân bón
nhưng kết quả hàm lượng PO
43-
ở cả ba tầng 35 cm,
70 cm 120 cm lại tương đồng n CT 1.
Các kết quả thí nghiệm chỉ ra sự tích hợp nước
tưới ô nhiễm phân bón P làm hàm lượng PO
43-
tầng 35 cm cao hơn so với các công thức kiểm
soát nước tưới từ 10 15%, tuy nhiên, mức đ
thấm PO
43-
chỉ dừng lại tầng 35 cm. Không có
sự khác biệt đáng kể giữa nồng độ PO
43-
c
tầng 70 cm 120 cm của cả ba công thức. Kết
quả y thể được giải thích bởi nước ta khí
hậu nhiệt đới thường xuất hiện rửa trôi các cation
bazơ dẫn đến sự tích tụ các oxit và hidroxit ca
nhôm và sắt trong đất. Các oxit sắt hidroxit của
nhôm và sắt và gi lại PO
43-
trên bề mặt hình
thành các kết tủa AlPO
4
FePO
4
không hòa tan.
Bên cạnh đó, PO
43-
n bcđịnh trong các kết
tủa như Mn
3
(PO
4
)
2
, Zn
3
(PO
4
)
2
, Ca
3
(PO
4
)
2
,
Mg
3
(PO
4
)
2
… trong đất lúa.
Kết quả tnghiệm n chỉ ra nồng đPO
43-
trong các tầng nước ngầm nông 35 cm, 70 cm,
120 cm giảm dần theo chiều sâu của đất với hs
giảm trung bình từ 1,54 3,14 ln. Kết quả này
khá phợp với tính chất của phẫu diện đất kho
sát ban đầu v hàm lượng chất hữu và đạm
tổng số lớp đất mặt khá cao nhưng li xu
hướng gim dần theo chiều sâu của phẫu diện.
KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 88 (3/2024)
47
Chất hữu trong đất hoc n các nhóm
carboxylic, enolic phenolic phản ng đóng vai
trò như các axit yếu. Trong quá trình phân ly gii
phóng H
+
làm tăng hàm lượng P di động nhờ các
quá trình hòa tan của c hợp chất Fe-P và Al-P
bởi ion H
+
.
Các kết quả p hợp với c nghiên cứu của
(Dieter et al., 2010, Maranguit et al., 2017) về
hàm ợng P hòa tan trong đất và dch đất thấp khi
hàm lượng sét tăng lên. Trong đất hàm lượng
sét cao, sự chiếm ưu thế của oxit nhôm (Al) và sắt
(Fe) cả dạng tinh thđịnh hình làm giảm
kh năng hòa tan của P thông qua quá trình
cố định trên bề mặt tích điện dương hình thành
các kết tủa Al và Fe không hòa tan.
Kết quả kho sát phẫu diện đất khu vực nghiên
cứu đã cho thấy sự kết von sắt ng dần theo
chiều sâu của đất, tăng mạnh từ tầng 35 70 cm
trở xuống (hình 2). Hiện tượng kết von sắt chính
sự hình thành các oxit sắt, gơtit (HFeO
2
)
hidroxit sắt do quá trình phong hóa đất, kết quả
của kết von dẫn đến PO
43-
bị cđịnh trên bề mặt
của chúng. c kết quả nghiên cứu phù hợp với
các nghiên cứu của (Qi, D. L. et al., 2020) về hàm
lượng PO
43-
trong nước ngầm thường thấp hoặc
rất thấp.
Hình 4. Hàm lượng PO
43-
trong nước ngầm nông của CT 1 tại các tầng khảo sát
3.3. Hàm lượng P tíchy trong các tầng đất
Các kết quả phân ch vch lũy P trong đất của
CT 1 cho thy hàm lượng P tổng sốtầng 35 cm là
0,08-0,09% P
2
O
5
, tại tầng 70 cm là 0,11-0,12%
P
2
O
5
, tại tầng 120 cm là 0,09 0,11% P
2
O
5
. m
lượng P d tiêu tại tầng 35 cm 14 15 mg
P
2
O
5
/100g, tại tầng 70 cm là 11 – 12 mg P
2
O
5
/100g,
tại tầng 120 cm 10 11 mg P
2
O
5
/100g.
CT 2 cho kết quả hàm lượng P tổng số tầng
35 cm là 0,07-0,08% P
2
O
5
, tầng 70 cm 0,11-
0,12% P
2
O
5
, tại tầng 120 cm 0,09 0,11%
P
2
O
5
. Hàm lượng P dễ tiêu tầng 35 cm 12 13
mg P
2
O
5
/100g, tầng 70 cm 11 12 mg
P
2
O
5
/100g, tầng 120 cm là 10 – 11 mg P
2
O
5
/100g.
CT 3 cho kết quả hàm lượng P tổng số tầng
35 cm là 0,08-0,09% P
2
O
5
, tầng 70 cm 0,11-
0,12% P
2
O
5
, tầng 120 cm là 0,09 0,11% P
2
O
5
.
Hàm lượng P dễ tiêu tại tầng 35 cm là 13 – 14 mg
P
2
O
5
/100g, tại tầng 70 cm 11 12 mg
P
2
O
5
/100g, tại tầng 120 cm 10 11 mg
P
2
O
5
/100g.
Nhìn chung, các kết quả phân tích chỉ ra sự tích
hợp nước tưới ô nhiễm phân n m tích lũy
hàm lượng P tổng s tầng 35 cm hơn 0,01%
P
2
O
5
hàm ợng P dễ tiêu cao hơn từ 0,01
0,02 mg P
2
O
5
/100g so với kiểm soát nước tưới ô
nhiễm. c tầng n lại bao gồm tầng 70 cm
tầng 120 cm cho kết quả tương tự nhau về cả hàm
lượng P tổng số và P dễ tiêu.
c kết qu pn ch p hợp vi đặc tính
đất p sa trung tính ng đng bằng sông
Hồng trong các công bca Hi Khoa hc Đất
Việt Nam, trong đó đất dung trong t0,8
1,2 tng mặt, 1,23 1,30 tng i. T
trọng ca đt t2,53 2,80, đxốp của đt t
60 64% tng mt, 50 53% tng dưi.
nh chất đt chật dn hàm ng sét ng
dần, m ng chất hữu cơ giảm dần khi đi
xung c tng dưi.
c kết qu nghn cứu kphợp với c
kết qu nghn cứu của (Nguyễn Tử Siêm
cộng s, 1996), c thể đt giàu hàm lượng