Luận văn Thạc sĩ Khoa học Lâm nghiệp: Nghiên cứu sử dụng một số cây họ đậu trong việc thúc đẩy quá trình phục hồi độ phì nhiêu của đất nương rẫy thoái hóa ở xã Châu Khê - huyện Con Cuông - tỉnh Nghệ An

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:86

Thêm vào BST

Báo xấu

24
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Đề tài nghiên cứu nhằm các mục tiêu: Xác định được 2 – 3 loài cây có khả năng thúc đẩy quá trình phục hồi độ phì của đất trên nương rẫy cố định bỏ hóa; xác định được mật độ thích hợp của các loài cây thí nghiệm trên đất rẫy bỏ hóa; đánh giá khả năng cải tạo một số tính chất lý, hóa của đất sau khi trồng cây họ đậu phủ đất trên đất rẫy bỏ hóa ở Châu Khê - Con Cuông.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Khoa học Lâm nghiệp: Nghiên cứu sử dụng một số cây họ đậu trong việc thúc đẩy quá trình phục hồi độ phì nhiêu của đất nương rẫy thoái hóa ở xã Châu Khê - huyện Con Cuông - tỉnh Nghệ An

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP ------------------- TRẦN XUÂN MINH NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG MỘT SỐ LOÀI CÂY HỌ ĐẬU TRONG VIỆC THÚC ĐẨY QUÁ TRÌNH PHỤC HỒI ĐỘ PHÌ NHIÊU CỦA ĐẤT NƯƠNG RẪY THOÁI HÓA TẠI XÃ CHÂU KHÊ – HUYỆN CON CUÔNG – TỈNH NGHỆ AN Chuyên ngành: LÂM HỌC Mã số: 60.62.60 e LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC LÂM NGHIỆP Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. Phạm Xuân Hoàn Hà Nội - 2010
1 ĐẶT VẤN ĐỀ Ở các vùng núi của Việt Nam nói chung và ở Nghệ An nói riêng, nơi có các cộng đồng dân tộc ít người sinh sống, du canh luân hồi với giai đoạn bỏ hóa bị rút ngắn, đất ngày càng bị suy thoái đang là vấn đề phổ biến. Một trong những vấn đề chính đang có tác động xấu đến sản xuất nông lâm nghiệp ở những vùng đất dốc của nước ta là quá trình suy thoái đất đang diễn ra rất mạnh mẽ. Có nhiều nguyên nhân dẫn đến quá trình này, song tựu trung lại là do chưa có giải pháp quản lý độ phì của đất hợp lý. Việc sử dụng đất hầu như đang tập trung vào việc bóc lột sức sản xuất của đất, mới chú trọng đến các biện pháp bón phân hoá học mà chưa chú ý đúng mức đến việc duy trì và tăng cường lượng chất hữu cơ cho đất. Hiện trạng đất dốc của Việt Nam (trong đó có đất nương rẫy) đang sử dụng trong nông lâm nghiệp phân bố trên các dộ dốc khác nhau, trong đó đất bị thoái hoá nghiêm trọng chiếm 5,5 triệu ha, bị thoái hoá trung bình chiếm 4,6 triệu ha và đất thoái hoá nhẹ chiếm khoảng 4,6 triệu ha. [18] Tổng diện tích tự nhiên toàn tỉnh Nghệ An 1649,1 nghìn ha, trong đó có 915,9 nghìn ha đất lâm nghiệp và hơn 300 nghìn ha đất chưa sử dụng, trong số đất chưa sử dụng phần lớn là đất lâm nghiệp (Cục thống kê Nghệ An, 2009). Theo Sở Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn Nghệ An, hiện nay trên toàn miền núi Nghệ An có khoảng 200 nghìn ha đất nương rẫy cố định. Do chính sách giao đất giao rừng được tiến hành khá triệt để và sự quản lý chặt chẽ của các Hạt kiểm lâm huyện, người dân miền núi Nghệ An chỉ sản xuất lúa nương và cây hoa màu ngắn ngày trong phần diện tích đất rẫy được giao. Sau một thời gian canh tác trên diện tích đất được giao này, hiện nay sức sản xuất của đất đã bị suy thoái và người dân đang phải đối mặt với khó khăn là có trồng trọt mà không có hoa lợi. Từ thực tiễn trên, trong các nghị quyết của Tỉnh ủy, Uỷ ban Nhân dân tỉnh Nghệ An, định hướng khoa học và công
2 nghệ Tỉnh Nghệ An đã đưa vấn đề này vào chương trình trọng tâm cần được giải quyết. Hiện đã có một số nghiên cứu về việc sử dụng các loại cây trồng xen hay trồng luân canh nhằm tăng cường bảo vệ đất, chống xói mòn và tăng cường độ phì nhiêu của đất. Phần lớn các nghiên cứu này lại hướng đến các loài cây nhập nội, mới được triển khai nghiên cứu ở vùng núi phía Bắc, hoặc mới dừng lại các khuyến nghị mà chưa đưa ra các quy trình cụ thể. Vùng núi tỉnh Nghệ An, về yếu tố tự nhiên, có những nét đặc thù chung cho vùng núi Bắc Trung Bộ và cũng có những nét riêng biệt. Ngoài ra, với sự đa dạng về dân tộc, đây là vùng kinh tế sinh thái đặc thù và có vai trò rất lớn trong nền kinh tế của tỉnh Nghệ An. Do vậy, việc xây dựng được quy trình phù hợp với những yếu tố trên là cần thiết và có ý nghĩa rất lớn không chỉ về mặt môi trường mà còn có ý nghĩa to lớn về mặt xã hội. Xuất phát từ cơ sở khoa học và thực tiễn trên, chúng tôi tiến hành đề tài: “Nghiên cứu sử dụng một số cây họ đậu trong việc thúc đẩy quá trình phục hồi độ phì nhiêu của đất nương rẫy thoái hóa ở xã Châu Khê - huyện Con Cuông - tỉnh Nghệ An”
3 Chương 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU NGHIÊN CỨU 1.1. Những vấn đề của canh tác nương rẫy trên đất dốc Với bình quân 0,5 ha đất tự nhiên hoặc dưới 1.000m2 đất canh tác cho 1 người, Việt Nam là một trong những nước hiếm đất nhất thế giới. Trữ lượng đất vùng châu thổ đã khai thác gần như đến mức tới hạn nên việc tiếp tục phát triển nông nghiệp trong những thập kỷ tới phần lớn phải phụ thuộc vào việc phục hồi và sử dụng hợp lý tài nguyên đất vùng cao có độ dốc và mức độ phì nhiêu khác nhau [15]. Việc sử dụng đất dốc gặp phải hàng loạt trở ngại như xói mòn, rửa trôi bề mặt, rửa trôi theo chiều sâu, thiếu độ ẩm, đất chua, nghèo kiệt dinh dưỡng và độ dễ tiêu thấp. Nhưng nương rẫy là phương thức canh tác không thể thiếu được trong sinh kế của nhiều cộng đồng dân tộc vùng cao. Tuy nhiên, nó ngày càng không phù hợp với xu hướng phát triển kinh tế - xã hội. Hiện nay, cả nước ta có hơn 1,2 triệu đất nương rẫy được canh tác theo phương thức truyền thống “chọc lỗ, trỉa hạt”, hiệu quả sản xuất thấp và thiếu bền vững, đi ngược lại với xu hướng phát triển bền vững đang ngày càng được chú trọng. Canh tác nương rẫy là nguyên nhân gây ra 60 – 70% số vụ cháy rừng và khoảng gần 60% tổng diện tích rừng bị chặt phá hàng năm. Do đó, chính phủ đã có nhiều chương trình nhằm mục tiêu đảm bảo quản lý và sử dụng có hiệu quả dạng đất này. [6] Để chấn chỉnh tình trạng phát nương làm rẫy quảng canh, thiếu quy hoạch và sự quản lý thiếu chặt chẽ, giảm thiểu nạn cháy rừng và phá rừng bừa bãi, đồng thời hướng dẫn cho người dân nâng cao hiệu quả canh tác nương rẫy; Bộ nông nghiệp và phát triển nông thôn đã ra Chỉ thị 15/2007/CT – BNN về việc tăng cường công tác quản lý canh tác nương rẫy. Theo đó, các địa
4 phương có rừng phải chỉ đạo và tổ chức thực hiện việc thống kê, xác định cụ thể hiện trạng diện tích, loại hình canh tác và đối tượng canh tác nương rẫy; rà soát, quy hoạch nương rẫy đảm bảo sự thống nhất với quy hoạch ba loại rừng và quy hoạch sử dụng đất đai của địa phương, chú trọng những khu vực có khả năng canh tác ổn định thì quy hoạch nương rẫy cố định; tổ chức kiểm soát chặt chẽ các hoạt động canh tác nương rẫy,…Tổ chức tuyên truyền, vận động đồng bào “du canh du cư” hoặc “du canh định cư”, đốt rừng làm nương rẫy chuyển sang canh tác nương rẫy cố định. Việc phát rừng làm nương rẫy trên đất dốc đã làm tăng tổng số và tốc độ dòng chảy bề mặt. Đây là nguyên nhân chính gây ra xói mòn đất. Theo tính toán của một số nhà khoa học thì lượng nước chảy mặt trên đất dốc canh tác nương rẫy tăng gấp 1,35 lần so với rừng tái sinh. Khả năng phục hồi chất dinh dưỡng trong đất nương rẫy phụ thuộc vào thời gian bỏ hoá. Thời gian bỏ hoá tối thiểu để lập lại cân bằng dinh dưỡng, bù lại được lượng dinh dưỡng đã mất đi cần 11 – 20 năm. Bên cạnh đó còn phụ thuộc và phương thức quản lý nương rẫy khác nhau của người dân. Theo nghiên cứu của Hoàng Văn Sơn (1998) [17], trên các nương rẫy bỏ hoá ở Nghệ An, nếu không có tác động của con người, trong những năm đầu các loại cây bụi và cây gỗ nhỏ sẽ phát triển. Thành phần loài và mật độ của các loại cây này phụ thuộc vào nguồn gieo giống, hay nói cách khác là phụ thuộc vào số năm và số lần canh tác nương rẫy đã trải qua. Cũng theo nghiên cứu của tác giả, trong thời kỳ rẫy bỏ hóa, có sự gia tăng đồng thời cả thành phần loài thực vật và dinh dưỡng đất, song tốc độ gia tăng không đồng đều. Trong hai năm đầu của giai đoạn bỏ hóa, thành phần loài thực vật tăng nhanh song sự tích lũy hữu cơ và các chất dinh dưỡng trong đất vẫn diễn ra chậm. Đến năm thứ 3 trở đi, khi tầng thảm mục của xác thực vật xuất hiện thì hàm lượng mùn tăng nhanh.
5 Ở vùng đồi núi Nghệ An, với khoảng 200.000 ha đất nương rẫy cố định. Mỗi hộ gia đình chỉ được một phần diện tích canh tác nhỏ. Từ đó dẫn đến tình trạng rút ngắn thời gian bỏ hoá xuống 1 – 2 năm, thậm chí không còn thời gian bỏ hoá, tuỳ từng vùng. Với khoảng thời gian ít ỏi này, đất chưa kịp phục hồi phần lớn độ phì đã cung cấp cho cây trồng. Hậu quả nghiêm trọng là quá trình thoái hoá đất Các nhà khoa học dự tính rằng, trong điều kiện tự nhiên, để hình thành một lớp đất mặt dày khoảng 2,5cm từ đá biến thành đất trồng trọt mất khoảng 300 năm. Trong quá trình canh tác, đất được xáo trộn thoáng hơn nên thời hạn hình thành đất có thể rút ngắn 30 năm. Như vậy, ngưỡng đất bị xói mòn có thể chấp nhận được là khoảng 1,8 tấn/ha/năm (N.Hudson, 1985). Thế mà chỉ trong một thời gian ngắn, chỉ vài năm mưa lớn đã làm cuốn trôi lớp đất mặt đó, quả thật là một sự hoang phí của cải thiên nhiên ban tặng cho con người. Lượng đất xói mòn thường phụ thuộc vào chế độ canh tác. Trong một thời gian dài, chế độ du canh của các đồng bào dân tộc thiểu số ở nước ta nói riêng và ở Nghệ An nói chung đã để lại hậu quả nặng nề. Đất rừng bị khai phá trồng cây lương thực, cây ngắn ngày, chu kỳ đất bỏ hoá rút ngắn, tầng đất mặt cứ mỏng dần trong quá trình canh tác. Tình trạng chung trên đất dốc, nhất là ở vùng núi cao, khoảng 1/3 diện tích phía trên dốc thường có lớp đất mỏng dưới 10 – 30 cm. Qua thời gian canh tác không hợp lý, lớp đất mặt bị trôi xuống phía chân đồi núi làm cho độ phì nhiêu không đồng đều, năng suất cây trồng trên dốc giảm sút. Ngay từ những năm 90 của thế kỷ XX, đã có nhiều kết quả nghiên cứu theo dõi nhằm “số liệu hoá” sự mất mát trên, góp phần nêu rõ hơn tầm quan trọng của đất đồi núi thoái hoá rửa trôi. Hàm lượng mùn trong đất là chỉ tiêu độ màu mỡ của đất, khi mới khai hoang được xác định là 3,5%. Sau 5 năm trồng chè còn 2,5%; trồng sắn còn 0,9%. Chè tuy là cây lâu năm chống xói mòn tốt vẫn mất
6 1% mùn, trồng sắn mất tới 2,6%. Nhiều chỉ tiêu khác về độ màu mỡ của đất cũng diễn biến theo chiều hướng xấu đi như khả năng giữ chất dinh dưỡng trong đất giảm, kết cấu kém đi. [4] Hãy làm một con tính ước lượng về tổn thất về xói mòn trên đất dốc. Nếu lấy lượng xói mòn tối thiểu bình quân là 10 tấn/ha/năm với hàm lượng chất dinh dưỡng trung bình theo lượng đất trôi là C 2%; N 0,18%; P2O5 0,08%; K2O 0,05% để quy ra lượng phân bón tương đương thì thiệt hại do xói mòn là rất lớn. [4] Bảng 1.1. Ước tính thiệt hại tối thiểu do xói mòn trên đất dốc Tính ra phân bón Chất mất đi Thành tiền (đồng/ha/năm) (kg/ha/năm) Chất hữu cơ 200 kg phân chuồng 20.000 N 20 kg phân Urê 40.000 P205 8 kg super Lân 80.000 K20 5 kg phân Kali 10.000 Cộng 60.000 Nguồn: Hội khoa học Đất Việt Nam, 2000 Giả sử, ở nước ta chỉ có 10 triệu ha đất bị xói mòn với lượng đất mất bình quân như trên thì hàng năm đã mất đi một lượng dinh dưỡng cho cây trồng tương đương giá trị phân bón phải mua là: 10 triệu ha x 60.000 đồng/ha = 600 tỉ đồng. Đó là chưa kể lượng dinh dưỡng mất đi do rửa trôi, do nước thấm theo chiều sâu. Trong thực tế, giá trị mất đi còn lớn hơn nhiều vì lượng đất và dinh dưỡng mất đi đó chẳng thể nào và chẳng bao giờ bù lại được. Cái nút của vấn đề là xói mòn đất Xói mòn luôn làm đất canh tác bị thu hẹp dẫn đến mất rừng. Xói mòn làm đất nhanh bạc màu, cây trồng không phát triển được dẫn tới suy giảm độ
7 che phủ của cây xanh trên bề mặt trái đất. Người ta không nhìn thấy trực diện khối lượng đất mất đi trong mỗi cơn mưa. Lượng đất mất đi đã hoà tan vào nước và cuốn trôi theo mưa lũ. Đây chính là nút bí hiểm gây nên sự trì trệ về nhận thức đối với công tác chống xói mòn cũng như cách nhìn nhận về sự việc này. Nếu khối lượng đất màu và dinh dưỡng chứa trong đất không hoà vào nước mà trôi đi thành từng khối theo mưa, mắt thường nhìn thấy được thì tới nay công việc chống xói mòn đã không phải bàn tới. Khi đó con người đã nhìn thất trực diện sự thiệt hại to lớn của xói mòn mà từ đó tìm mọi cách để ngăn chặn từ lâu. Cái khó ở đây không phải hoàn toàn ở cách làm mà còn khó cả trong nhận thức, cách nhìn nhận, cùng cách đặt vấn đề. Hàng năm thiệt hại của xói mòn không có những số liệu cụ thể đo lường được về sản lượng, về diện tích như lũ lụt, sâu bệnh, hạn hán,… Ngược lại, cũng không có những số liệu cụ thể về năng suất, chất lượng để so sánh hiệu quả trực tiếp của từng sự việc, từng mô hình mang tính thuyết phục. Ví dụ: những phát minh về giống, về cải tiến máy móc thiết bị thì năng suất sẽ cân, đong, đo, đếm bằng những số liệu chính xác để so sánh bằng những số liệu chính xác để so sánh giữa hiệu quả và tính hơn hẳn của từng phát minh, từng sáng kiến. Biểu hiện của xói mòn chỉ là sự đục trong của nước lũ cứ ngày đêm trôi đi một cách êm đềm, đất mất đi một cách nhẹ nhàng. Đây là vấn đề khách quan cơ bản tác động xấu nhất tới nhận thức, cách nhìn nhận không đầy đủ, thiếu chính xác dẫn đến những quyết định chậm trễ trong việc chống xói mòn. Theo kết quả điều tra của Viện quy hoạch và thiết kế nông nghiệp năm 1992, toàn vùng khu IV cũ có 1.800.000 ha đất trống, đồi núi trọc trong đó có khoảng 40% là tầng đất mỏng, nghèo kiệt, khô hạn, chặt rắn ít có khả năng sản xuất. Tình hình sử dụng không có hoặc ít có hiệu quả đất dốc khiến chúng ta lo ngại, chính vì vậy có nhiều công trình nghiên cứu sử dụng hợp lý đất đồi núi ở nước ta. Nguyễn Vỹ, Nguyễn Trọng Thọ cùng nhiều tác giả khác đã đề
8 cập đến một số giải pháp sử dụng đất dốc nhằm chuyển từ canh tác du canh, quảng canh sang thâm canh như: ruộng bậc thang, canh tác theo đường đồng mức, hệ thống cây che phủ đất. Đất là tài nguyên vô cùng quý giá và có hạn, là tư liệu sản xuất đặc biệt không thể thay thế được. Trong thực tế sản xuất, nhiều năm qua đã chỉ ra rằng con người chỉ khai thác đất phục vụ cho nhu cầu của mình mà chưa thực sự đứng trên quan điểm sản xuất một nền nông nghiệp lâu bền, đáp ứng được cho hiện tại mà không ảnh hưởng đến các thế hệ tương lai. Do đó việc trả lại “chiếc áo khoác” cho đất là một giải pháp tiên quyết cho một nền nông nghiệp bền vững trên đất dốc. Sự suy thoái tầng đất canh tác và nhu cầu cải thiện chất hữu cơ trong đất Nhiều nghiên cứu đã khẳng định mùn đất là yếu tố hạn chế đối với độ phì nhiêu đất ở Việt Nam. Hàm lượng, dự trữ, trạng thái và bản chất hữu cơ trong đất có tương quan tỉ lệ thuận với các chỉ tiêu quyết định độ phì nhiêu tự nhiên và độ phì nhiêu thực tế của đất. Về bản chất, thoái hóa đất là sự suy giảm mức năng lượng hàm chứa trong chất hữu cơ đất và được chuyển hóa bởi quần thể vi sinh vật đất. Cho nên tốc độ phục hồi độ phì nhiêu đất dốc thoái hóa sẽ phụ thuộc rất lớn vào việc sản xuất liên tục và cung cấp cho đất lượng vật chất hữu cơ đủ lớn để bù lại lượng chất hữu cơ bị khoáng hóa và rửa trôi khỏi phẫu diện đất. Chỉ khi có được một cân bằng dương về mùn thì độ phì nhiêu đất mới có thể duy trì lâu bền và các biện pháp nông học mới có thể phát huy tác dụng. Đối với các huyện miền núi như ở Nghệ An, vấn đề lại càng nổi bật do chất hữu cơ phân giải nhanh, mùn tích lũy ít, cân bằng mùn là âm trong phần lớn các trường hợp. Dự trữ mùn thấp và hàm lượng mùn thường giới mức yêu cầu tối thiểu cho cây trồng. [10]
9 Nhiều tác giả đã kết luận rằng cần phải có một lượng chất hữu cơ lớn để cải tạo đất thoái hóa vùng đồi núi. Trong mấy chục năm qua, chúng ta đã có nhiều nỗ lực tìm kiếm nguồn hữu cơ tại chỗ bổ sung trên đất dốc, mục đích nhằm tìm ra các cây phân xanh họ đậu có khả năng thích ứng cao, sinh khối lớn, đáp ứng nhu cầu che phủ đất, hạn chế xói mòn, đồng thời có ác dụng cải tạo đất tốt. Những nghiên cứu trước đây (V.M.Fridland [3]) đã khẳng định sự đa dạng về bản chất và sự biến động về hàm lượng và thành phần của chất hữu cơ đất nhiệt đới ẩm Việt Nam, nhất là đất đồi núi. Đất Việt Nam nghèo mùn, đặc biệt là đất canh tác. Tầng mùn mỏng, lượng mùn dự trữ trong đất không lớn và giảm đột ngột theo chiều sâu. Dưới thảm thực vật tự nhiên, nhiều loại đất giàu chất hữu cơ và đạm. Đất alit trên núi cao và đất feralit có mùn trên núi có chứa trong lớp 20 cm đất mặt từ 234 – 282 tấn mùn và 7,4 – 9,4 tấn N, tương đương với đất nhiều vùng ôn đới. Tuy nhiên một khi đất được đưa vào canh tác nông nghiệp thì dự trữ mùn và đạm giảm đi nhanh chóng. Hàm lượng mùn giảm rất nhanh trong đất có thành phần cơ giới nhẹ. Việc để mất thảm rừng là nguy cơ lớn nhất đối với việc duy trì dự trữ mùn đất. So sánh hàm lượng mùn đất châu thổ và đất đồi cho thấy đất phù sa phì nhiêu có hàm lượng mùn ổn định khoảng 2,5% trong khi đất đồi chỉ có khoảng 2,2% và dao động khá mạnh. Suy thoái hữu cơ kéo theo hàng loạt hệ quả tai hại: Làm năng suất và độ phì nhiêu đất giảm nhanh, vì có tương quan chặt chẽ giữa hàm lượng hữu cơ và hàng loạt chỉ tiêu quy định độ phì nhiêu của đất đồi, đặc biệt là đạm, lân, kali, dung tích hấp thu cố định lân là trở ngại lớn nhất trên đất dốc (Nguyễn Tử Siêm, Thái Phiên, 1999) [15]. Yếu tố này không thể khắc phục được bằng cách bón phân khoáng đơn thuần mà nếu có khắc phục được một phần thì cần một lượng phân rất lớn, rất tốn kém về kinh tế mà hiệu quả không cao.
10 Đứng trước tình trạng môi trường sinh thái đang bị suy thoái nghiêm trọng, diện tích đất thoái hóa ngày càng gia tăng, việc nghiên cứu và sử dụng tập đoàn cây họ đậu cố định đạm cải tạo đất đang là vấn đề thu hút sự quan tâm của các nhà khoa học trên phạm vi toàn thế giới. Sau đây có thể điểm qua một số công trình nghiên cứu có liên quan đến giải pháp này cũng như liên quan đến nội dung đề tài. 1.2. Tình hình nghiên cứu cây cố định đạm trên thế giới Về bản chất cố định đạm sinh học và khả năng cải tạo đất của các loài cây họ đậu đã được nhiều nhà khoa học quan tâm, nhất là các nước Đông Nam Á. Điểm quá một số công trình nghiên cứu có thể phân chia các kết quả đã đạt được ở các lĩnh vực sau: 1.2.1. Phát hiện và xác định các loài cây cố định đạm Vấn đề nghiên cứu khả năng cố định đạm của một số loài cây họ đậu được nhiều tác giả quan tâm như Van Romburgh (1900) [40] đã quan sát và phát hiện loài Peltophorum dasyrrhachis có khả năng cố định đạm và vật rơi rụng đã làm tăng lượng mùn cũng như hàm lượng N trong đất. Năm 1914, Matthews [35] phát hiện sử dụng loài leucaena leucocephala trồng rừng để lấy củi. Philippines đã làm tăng độ phì của đất thông qua hệ thống nốt sần ở bộ rễ. Rant A. (1916) [36] đã nghiên cứu mô tả để xác định được những loài cây cố định đạm trên những dãy núi ở Java ... Đây là những nghiên cứu đầu tiên đã có công phát hiện các hiện tượng cố định đạm sinh học ở một số loài cây. Bên cạnh đó, có một số nhà khoa học khác cho rằng không có khả năng cố định đạm sinh học như Coster (1921) [33] khi nghiên cứu loài Casuarina và Porasponia, tác giả đã phát hiện có nốt sần ở rễ nhưng ông cho rằng đó là một kiểu của nấm rễ cộng sinh chứ không phải hiện tượng cố định đạm cộng sinh của các vi khuẩn nốt sần. Ding và cộng sự (1986) [32] khi nghiên cứu loài Tamarindus indica đã khẳng định không có hiện tượng cố định đạm sinh
11 học. Balasandaran (1987) [28] đã không tìm thấy nốt sần ở rễ của loài Cassia nodosa và Tamarindus indica. Đó là những loài cây không có khả năng cố định đạm nhưng tác giả lại giải thích là trong đất thiếu vắng những vi khuẩn thích hợp. Sở dĩ lúc đầu chưa có sự thống nhất vì các nhà khoa học như đã nhắc đến ở trên nghiên cứu ở các khía cạnh khác nhau, trên những điều kiện lập địa và loài cây khác nhau. Mặc dù đó là những loại cây họ đậu nhưng bản thân chúng không có khả năng cộng sinh với các vi khuẩn cố định đạm sinh học. Mặt khác, các nghiên cứu chưa có sự kế thừa và chưa hệ thống nên gây ra nhiều tranh luận gay gắt, và từ đó có nhiều công trình nghiên cứu khác được bổ sung. Cuối cùng các nhà khoa học cũng đã thống nhất quan điểm là có sự cố định đạm sinh học ở một số loài cây họ đậu chứ không phải là tất cả. Các công trình nghiên cứu của Allen và Allen (Kenneth G.Mac Dicken (1994) [34], Hallidday và Nakao (1982) [33], Brewbaker (1990) [30] đã phát hiện ra khoảng 640 loài cây họ đậu có khả năng cố định đạm cộng sinh. Họ đã kiểm tra nhiều loài cây họ đậu và đưa ra một kết luận rất đáng quan tâm: họ phụ Papilionoideae có tới 98% số loài có khả năng cố định đạm sinh học, họ phụ Mimosoideae cũng có tới 90% và họ phụ Casesalpinoideae chỉ có 28%. Như vậy, những kết quả này đã làm thỏa mãn được những tranh luận trước đây và đặt nền tảng cho các nghiên cứu và ứng dụng tiếp theo. 1.2.2. Nghiên cứu sinh khối và hàm lượng Nitơ trong sinh khối Các công trình điển hình về sinh khối và hàm lượng Nitơ (N) trong sinh khối bao gồm các nghiên cứu của Silvester (Kenneth G.Mac Dicken, 1994) [34] khi nghiên cứu sinh khối và hàm lượng N trong sinh khối của các cây cố định đạm so sánh với cây không cố định đạm, tác giả đã chỉ ra rằng hàm lượng N chưa trong bộ phận lá cao hơn các bộ phận khác của cây, đặc biệt là hàm lượng N chưa trong lá rụng của rừng cây cố định đạm thuần loài cao hơn trong lá rụng của rừng cây hỗn giao có cả cây không cố định đạm.
12 Stewart và cộng sự (1990) [39] đã phát hiện hàm lượng N trong lá của các loài cây cố định đạm cao hơn trong lá các loài cây không cố định đạm, tác giả còn khẳng định hàm lượng N trong lá cây thay đổi tùy thuộc vào điều kiện môi trường sống của chúng . Sprent J.L và Sprent P. (1990) [38] đã định lượng năng suất sinh khối, trọng lượng nốt sần và hàm lượng N mà quá trình cố định đạm cộng sinh chuyển hóa được từ không khí vào trong đất thông qua một rừng cây họ Đậu trên đất tốt rừng nhiệt đới. Tác giả đã chỉ ra khả năng cung cấp đạm thông qua việc cố định đạm là sự chết và phân hủy các nốt sần, ông đã đưa ra những dẫn liệu để chứng minh là trồng cây cố định với mật độ cao trên đất tốt vùng nhiệt đới có thể đạt tổng sinh khối tới 20 tấn/ha/năm, sau 5 năm có thể đạt được 100 tấn sinh khối trên mặt đất, ngoài ra có thể thu được từ 1 – 4 tấn nốt sần ở trong đất, trong đó chưa khoảng 40 – 240 kg Nitơ. 1.2.3. Ảnh hưởng của cây họ đậu đến các tính chất lý, hóa đất Ngay từ những năm 1920, người Pháp đã tiến hành thí nghiệm trồng các loại cây phân xanh phủ đất cho vùng đồi núi, phục vụ trước hết cho việc mở mang các đồn điền trồng cây công nghiệp, cây ăn quả. Theo thí nghiệm của Benecke (1970) [29] cho rằng các cây cố định đạm có ảnh hưởng rất tốt đến ẩm độ, nhiệt độ, và hàm lượng dinh dưỡng trong đất. Sprent (1990) [38] đã đưa ra những dẫn liệu chứng minh rằng trồng cây cố định đạm trên đất nhiệt đới có thể đạt tổng sinh khối 20 tấn/ha/năm, sau 5 năm có thể đạt 100 tấn sinh khối trên mặt đất, ngoài ra có thể thu được 40 - 240 kgN. Đây là nguồn dinh dưỡng hữu cơ quý giá cho đất dốc thoái hóa. Các nghiên cứu về sinh khối và hàm lượng đạm như Silvester (Kenneth G.Mac Dicken, 1994) [34] đã khẳng định rằng nhờ chức năng cộng sinh với Rhizobium mà cây họ đậu có khả năng chuyển hóa đạm tự do thành chất dễ tiêu, cải thiện được hàm lượng mùn và chế độ vi sinh vật trong đất.
13 Andrew (1976) [27] cho rằng cây cố định đạm có khả năng cải thiện tốt độ pH và hàm lượng đạm trong đất. Roughley.R.S (1987) [37] nhận xét chất hữu cơ của các cây phân xanh rất giàu hydrat cacbon, nhóm chức cacboxylic và các hợp chất đạm. Các thành phần này xúc tiến sự hình thành axit humic, fulvic, nhất là các hợp chất tự do và liên kết với phần khoáng của đất. Việc vùi phân xanh vào đất làm cho đất giàu vật chất mùn, bền vững hơn đối với xói mòn và rửa trôi. Cấu trúc đất cũng được cải thiện rõ rệt xét về độ tơi xốp và giữ nước. Cây cố định đạm và hiệu lực của đạm để sản xuất ngũ cốc đã được nghiên cứu bởi các nhà khoa học người Australia như D.F.Herrdge, H.Marcellos, W.Felton, M.B.Feoples (1995), v.v... 1.2.4. Thảo luận Điểm qua những vấn đề nghiên cứu ở trên thế giới có liên quan tới khả năng cải tạo các đặc tính lý, hóa đất cho thấy nhiều công trình nghiên cứu rất công phu, đi sâu vào giải quyết nhiều nội dung cơ bản để làm sáng tỏ bản chất của vấn đề cố định đạm sinh học. Đồng thời thông qua một số nghiên cứu thực nghiệm để kiểm chứng một số loài cây trong những điều kiện lập địa cụ thể. Những kết quả nghiên cứu này đã cung cấp nhiều thông tin bổ ích để làm cơ sở cho những nghiên cứu tiếp theo cũng như cho việc ứng dụng trong những trường hợp cụ thể ở mỗi địa phương, mỗi quốc gia. Đồng thời những kết quả nghiên cứu đạt được trên đây cũng như cũng là những dẫn liệu và định hướng quan trọng của đề tài. 1.3. Tình hình nghiên cứu cây cố định đạm trong nước 1.3.1. Phát hiện, sưu tầm và đánh giá tập đoàn cây họ đậu cố định đạm Từ thời xưa, nhân dân ta đã biết sử dụng một số cây họ đậu thân thảo như: đậu, lạc,... để trồng xen canh gối vụ với các loài cây lương thực, thực phẩm ngắn ngày khác, sản phẩm chính thu được dùng để làm thực phẩm cho
14 sinh hoạt hàng ngày, các sản phẩm phụ như thân cây, lá và vỏ quả dùng làm phân bón ruộng. Công trình nghiên cứu điển hình trong giai đoạn này như Trần An Phong (1978) [12] nghiên cứu về khả năng sinh sản vô tính ở cây Điền thanh (Sesbania paludosa). Thử nghiệm trồng cây cốt khí (Tephrosia candia) để cải tạo đất đồi trọc và sử dụng làm phân xanh ở Trạm cải tạo đất bạc màu (1978) [25] Nguyễn Đăng Khôi (1979) [9] đã mô tả được 155 loài, tu chỉnh chuyển tên cho 2 loài cây họ Đậu và xác định đúng đắn danh pháp cho 21 loài họ Đậu khác. Qua việc điều tra phân loại tác giả đã thống kê được hơn 100 loài họ Đậu có giá trị làm phân xanh và một số loài khác có khả năng cố định đạm và cải tạo đất. Cũng theo Nguyễn Đăng Khôi, những cây chọn trồng làm cây phân xanh phủ đất vùng đồi núi, ngoài tiêu chuẩn thông thường của một cây phân xanh như dễ trồng, cho năng suất chất xanh cao; chất xanh mềm, nhanh phân hủy, tỷ lệ chất dinh dưỡng cao, phủ đất nhanh, chống chịu hạn tốt, ngoài ra còn là nguồn thức ăn cho gia súc. Đối với đất dốc thoái hoá hoặc bỏ hoá, trong nhiều trường hợp không thể canh tác được do độ phì quá thấp, canh tác không bón phân bổ sung mà dựa hoàn toàn vào độ phì tự nhiên của đất hoặc cỏ dại lấn át như nhiều vùng đồi núi Nghệ An, thì trồng cây phân xanh tiên phong sản xuất chất xanh tại chỗ là cách làm hiệu quả và kinh tế nhất. Một số cây được xác định là thích hợp cho mục đích này như: đậu mèo, cốt khí, muồng lá dài, muồng lá tròn, muồng sợi. Trung bình có thể sản xuất 10 – 15 tấn/ha chất hữu cơ. Các loài này có thể chịu hạn tốt, cố định đạm cao, kiểm soát được cỏ dại, đặc biệt là cỏ tranh. Các tác giả Hoàng Xuân Tý, Nguyễn Nghĩa Thìn (1995) [20] đã xác định được 73 loài họ Đậu có khả năng cố định đạm, trong đó có 20 loài rất có ý nghĩa kinh tế, các tác giả đã đề nghị được tiếp tục nghiên cứu và phát triển.
15 Về vấn đề khảo nghiệm, đánh giá tập đoàn cây họ Đậu cũng đã có nhiều tác giả quan tâm nghiên cứu. Hoàng Xuân Tý, Nguyễn Đức Minh, Nguyễn Huy Sơn (1992 – 1995) [19] đã tiến hành khảo nghiệm tại 12 địa điểm khác nhau, chủ yếu ở các tỉnh phía Bắc với 14 loài cây họ Đậu, kết quả đã chỉ cho thấy có 4 loài có triển vọng nhất, trong đó có 3 loài đều là những loài cây cải tạo đất rất phù hợp cho mô hình luân canh rừng – rẫy ở các tỉnh phía Bắc. Nguyễn Đức Kháng (1991) [7] đã trồng thử nghiệm một số loài cây họ Đậu thân gỗ trên vùng đồi núi trọc ở Hà Nội nhằm cải thiện môi trường sinh thái, bước đầu cũng đã có những kết quả rất đáng quan tâm. Nguyễn Hữu Thọ (1997) [22] đã nêu rõ kinh nghiệm phong phú của nông dân miền núi về thu nhập, gieo trồng, đánh giá và sử dụng các cây cải tạo đất. Các dân tộc sống lâu đời ở vùng đồi núi đã có nhiều kinh nghiệm trong việc trồng xen một số cây họ đậu với ngô như đậu nho nhe (đậu Cao Bằng), đậu trắng, đậu “tê”, khi nương rẫy đã bị bỏ hóa thì trồng thuần cây đậu nho nhe, đậu mèo,..hoặc bỏ hóa cho cỏ mọc một số năm nhằm khôi phục chất dinh dưỡng cho đất. Theo Thái Phiên và Nguyễn Tử Siêm (1999) [11], trên đồi núi có rất nhiều cây trồng và cây hoang dại có thể sử dụng làm cây phân xanh cải tạo đất. Ở miền Bắc Việt Nam có tới 120 loài, trong đó có 102 loài thuộc họ Đậu, chưa kể cây họ đậu ăn hạt. Tác giả cũng đã liệt kê 22 loài được sử dụng phổ biến, trong đó đáng lưu ý là các loài muồng, đậu mèo và quỳ dại, những loài cho sinh khối lớn và phù hợp với tiêu chuẩn của cây làm phân xanh. Tại những vùng có khí hậu nóng và mưa nhiều như vùng Khu 4 cũ vào đến Tây Nguyên, cây muồng chủng Crotalaria được người dân rất ưa trồng vì mọc khỏe, tái sinh mạnh, thân mền, nhiều hạt (tr. 131). Kết quả nghiên cứu của học viện nông lâm 1960 đã nêu một số cây phân xanh họ Đậu có triển vọng cho vùng đồi núi phía Bắc là: đậu nho nhe, cốt khí,
16 đậu lông, đậu mèo đen, hồng đáo, muồng lá tròn, đậu triều, cỏ stylo, thua cooc. Đối với vùng đồi Phủ Quỳ Nghệ An, trên đất bazan, Lê Đình Định (1999) [2] nêu các cây triển vọng nhất là: cốt khí, muồng dùi đục, muồng lá tròn, đậu mèo, đậu lông, cỏ stylo. Tóm lại, các tài liệu cho tới nay về sưu tầm, thu thập, gieo trồng và đánh giá tập đoàn cây phân xanh cho vùng đồi núi nước ta là rất phong phú, nêu được nhiều dẫn liệu có giá trị qua hơn 70 năm hoạt động, nghiên cứu và triển khai các cây phân xanh phủ đất vùng đồi núi. 1.3.2. Nghiên cứu sinh khối và hàm lượng Nitơ trong sinh khối Nguyễn Xuân Quát và các cộng sự (1990) [13] đã nghiên cứu mô hình trồng xem cây Đậu tràm (Indigofera teysmanii) để phù trợ cho rừng Tếch (Tectona grandis) trên đất xám granit ở Kontum. Kết quả cho thấy cây Đậu tràm sinh trưởng đạt 10 tấn sinh khối/ha/năm, chưa kể sinh khối bộ rễ, trong đó chứa 135 kgN; 27,8 kgP và 1,5 kgK. Hoàng Xuân Tý và các cộng sự (1995) [19] cũng đã nghiên cứu sinh khối và hàm lượng các chất dinh dưỡng trong cây Đậu tràm ở miền Đông Nam Bộ, kết quả cho thấy cây Đậu tràm sinh trưởng sau 27 tháng trồng dưới tán Bạch đàn, sinh khối tươi trên mặt đất đạt 22 tấn/ha/năm và có khoảng 3,4 – 4,0 tấn rễ tươi/ha. Trần Hậu Huệ (1996) [5] đã nghiên cứu khả năng sinh trưởng và sinh khối của Keo lá tràm để so sánh với sinh khối cây Bạch đàn làm cơ sở kinh doanh nguyên liệu giấy ở Đồng Nai. Tác giả đã kết luận sinh khối Keo lá tràm cao hơn hẳn sinh khối của Bạch đàn ở cuối kỳ kinh doanh. Hơn nữa, sinh khối cành và lá Keo lá tràm cũng lớn hơn, vì vậy khả năng bồi hoàn chất dinh dưỡng cho đất thông qua lượng cành khô lá rụng cũng cao hơn Bạch đàn. Nguyễn Huy Sơn (1999) [18] khi nghiên cứu khả năng cải tạo đất của một số loài cây họ Đậu trên đất bazan thoái hóa ở Tây Nguyên, tác giả kết
17 luận sinh khối của Keo tai tượng (96,231 tấn/ha) lớn hơn Keo lá tràm 4,2 lần; trong 3 loài cây bụi là Cốt khí, Muồn vàng và Đậu triều thì Cốt khí là cây tích lũy sinh khối lớn nhất (12,309 tấn/ha). Khả năng tích lũy Nitơ trong sinh khối của Keo tai tượng (980,01 kg/ha) nhiều hơn gấp 3 lần Keo lá tràm; Cốt khí (305,55 kg/ha) cũng là cây có khả năng tích lũy N lớn hơn 2 loài cây còn lại. 1.3.3. Ảnh hưởng của cây họ đậu đến đặc tính lý hóa của đất Với điều kiện khí hậu nóng ẩm, thực vật sinh trưởng nhanh và tốc độ hoạt động sinh học mạnh là những nhân tố chủ yếu xúc tiến sản xuất sản sinh chất hữu cơ nhanh chóng và chuyển hóa chúng với tốc độ nhanh hơn hàng chục lần so với điều kiện ôn đới. Những ưu thế này cần được tận dụng trong khi phục hồi độ phì nhiêu hữu hiệu của các đất dốc đã rất nghèo kiệt của nước ta. Về mặt này thì cây phân xanh đóng vai trò hết sức trọng yếu, như một công cụ hữu hiệu để kiểm soát xói mòn, tăng cường độ xốp, sức chứa ẩm tối đa đồng ruộng, dự trữ dinh dưỡng, cải thiện mức độ dễ tiêu các nguyên tố dinh dưỡng, tạo ra môi trường thích hợp cho hoạt động của bộ rễ cây trồng. Bởi vậy, phát triển cây phân xanh họ Đậu, bao gồm các cây đa mục tiêu, cần phải được xem như một hợp phần không thể thiếu được của chiến lược quốc gia về phục hồi cải tạo đất thoái hóa và sử dụng bền vững đất dốc. Trong các biện pháp trên, phủ đất bằng các loài cây họ đậu cố định đạm ở những vùng đất dốc, đất trống đồi núi trọc đang là lựa chọn tối ưu, mang lại hiệu quả rất cao, làm giảm đáng kể hiện tượng xói mòn đất, đồng thời cải thiện cấu trúc, lý - hoá tính của đất: - Trồng cây phân xanh họ Đậu kiểm soát được xói mòn và rửa trôi: Xói mòn đất ít nhất ở đất còn thảm rừng, khi mặt đất được thực vật và thảm rụng che phủ. Khi đưa đất vào sử dụng nông nghiệp, nhất là trồng cây ngắn ngày và giai đoạn cây lâu năm mới trồng, đất bị rửa trôi và xói mòn mạnh mẽ. [14]
18 Bảng 1.2. Hiệu quả chống xói mòn của cây phân xanh trên đá phiến thạch dốc 200 Đất mất Nước trôi bề mặt Nước trôi (% so Công thức 3 (t/ha/năm) (m /ha) với lượng mưa) Dưới rừng thứ sinh 16,5 158,0 9,5 Đất trống 147,4 860,5 55,5 Sắn độc canh 113,6 780,3 45,0 Sắn trồng xen cốt khí 80,2 458,8 27,4 Nguồn: Nguyễn Tử Siêm, 1999 Trồng phân xanh họ Đậu bằng cây phủ đất hoặc trồng xen tạo băng chắn làm giảm đáng kể xói mòn mặt đất, ngăn ngừa trượt đất, gột rửa dinh dưỡng. - Cải thiện tính chất vật lý của đất: Đối với cây trồng cạn, việc tạo ra môi trường thích hợp cho bộ rễ phát triển là điều kiện tiên quyết vì thoái hóa vật lý đất là khó khắc phục hơn nhiều so với sự sửa chữa những suy thoái về dinh dưỡng bằng việc bón phân để bổ cứu. Trong mọi trường hợp, nương trồng bị bỏ hóa do độ phì nhiêu cạn kiệt đều theo dõi thấy tính chất vật lý đất bị thoái hóa trầm trọng, đất trở nên chặt cứng, kém tơi xốp, độ ẩm cây héo cao. Trong tình hình đó cây phân xanh, đặt biệt là các cây họ đậu có thể giúp phục hồi nhanh chóng trạng thái vật lý đất. [14] Bảng 1.3. Trồng cây phân xanh cải tạo tính chất vật lý đất Tính chất đất Đất trống Sau 3 năm trồng cốt khí Độ xốp (%) 46,4 55,7 Sức chứa ẩm tối đa (%) 35,8 41,1 Độ ẩm đất (%) 41,1 35,5 Đoàn lạp > 1mm (%) 31,0 38,5 Nguồn: Nguyễn Tử Siêm, 1999
19 - Cải thiện chế độ nước: Trên đất dốc rửa trôi bề mặt rất nghiêm trọng. Với độ dốc 10 – 20%, lượng nước trôi trên bề mặt chiếm 35% tổng lượng mưa, trên độ dốc 25%, con số này lên tới 45 – 60%, tùy theo loại đất và cường độ mưa. - Cải thiện tình trạng chất hữu cơ trong đất: Chất hữu cơ của các cây phân xanh họ đậu rất giàu hydrat cacbon, nhóm chức cacboxylic và các hợp chất đạm. Các thành phần này xúc tiến sự hình thành axit humic, fulvic, nhất là các hợp chất tự do và liên kết với phần khoáng của đất. Việc vùi phân xanh vào đất làm cho đất giàu vật chất mùn, bền vững hơn đối với xói mòn và rửa trôi. Cấu trúc đất cũng được cải thiện rõ rệt xét về mặt hình thành đoàn lạp, độ tơi xốp và giữ nước. [14] Bảng 1.4. Hiệu quả sử dụng cây phân xanh họ Đậu đối với vật chất mùn C% Axit humic C% axit Tỉ lệ Công thức C% H-Ca H-R2O3 fulvic C ah/C af Đất trống 1,75 0,0 0,12 0,93 0,30 Cốt khí 2,81 0,06 0,04 0,60 0,67 Muồng sợi 2,75 0,04 0,06 0,73 0,51 Đậu hồng đáo 2,62 0,06 0,06 0,81 0,44 Cỏ stylo 2,71 0,05 0,0 0,62 0,61 Nguồn: Nguyễn Tử Siêm, 1999 - Tăng nguồn dinh dưỡng và cải thiện hiệu lực phân bón: Khối lượng dinh dưỡng phân xanh đem lại là rất đáng kể, đặc biệt là dạm và kali. Trung bình 1ha phân xanh trồng dày có thể đưa lại 500kg N và 500kg K Vật liệu hữu cơ phân xanh có thể ngăn ngừa rất hiệu quả sự kết tủa lân do Fe và Al di động, duy trì khá lâu nồng độ lân dễ tiêu trong dung dịch đất. Việc vùi phân xanh có thể duy trì lân dễ tiêu ở mức thoả đáng cho cây trồng (trên 10mg/100g đất) trong nhiều tháng, trong khi bón phân lân khoáng (đạm tecmo phôtphat) chỉ duy trì được lân dễ tiêu trong vài ngày.