Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2015. ISBN: 978-604-82-1710-5
317
THẾ OXI HÓA KHỬ VÀ ĐỘNG THÁI CỦA LƯU HUỲNH
TRONG ĐẤT LÚA PHÙ SA SÔNG HỒNG KHÔNG ĐƯỢC BỒI
HÀNG NĂM VÙNG TIÊN LỮ - TỈNH HƯNG YÊN
Đinh Thị Lan Phương, Trần Viết Ổn
Đại học Thủy lợi, email: dinhlanphuong@tlu.edu.vn
1. GIỚI THIỆU CHUNG
Lưu huỳnh là nguyên tố dinh dưỡng quan
trọng đối với cây trồng. Trong đất, lưu huỳnh
tồn tại phổ biến ở các dạng như HS-, H2S, S2-,
SO42-. Sự tồn tại các dạng hợp chất của lưu
huỳnh phụ thuộc nhiều vào thế ôxi hóa khử
(Eh) của đất. Trong điều kiện đất lúa ngập
nước lâu ngày, khí oxi bị ngăn cản khuếch
tán vào trong đất, làm cho thế oxi hóa khử
giảm. Do đó lưu huỳnh thường ở dạng độc tố
(HS-, S2-) làm thối rễ, ảnh hưởng đến sinh
trưởng và năng suất của lúa. Trong điều kiện
đất thoáng khí, mặt ruộng được rút nước sẽ
làm Eh tăng, lưu huỳnh chủ yếu ở dạng
sunfat (SO42-) lại là thành phần dinh dưỡng
quan trọng đối với cây lúa.
Thực tế hiện nay, canh tác lúa ở vùng đồng
bằng sông Hồng, kỹ thuật tưới ngập truyền
thống vẫn đang được áp dụng phổ biến. Lớp
nước chính là nguyên nhân ngăn cản khí oxi
khuếch tán vào trong đất làm tăng sự phân
hủy yếm khí các chất hữu cơ trong đất, tạo
khí nhà kính CH4 (Nguyễn Việt Anh, 2009),
làm phát sinh các hợp chất độc tố HS-, S2-,
Fe2+ và Mn2+ ảnh hưởng đến năng suất lúa
(S.Yoshida và M.R. Chaudhry, 1979).
Một số nghiên cứu đã chỉ ra kỹ thuật tưới
rút nước phơi ruộng làm cho đất có thể tiếp
xúc trực tiếp với không khí, dẫn đến Eh tăng
lên đã làm giảm được các độc tố Fe và Mn
cũng như hạn chế phát thải khí nhà kính CH4
(Nguyễn Việt Anh, 2009 và Trần Minh
Nguyệt, 2013). Quá trình chuyển hóa lưu
huỳnh từ dạng độc tố thành dạng dinh dưỡng
SO42- trong điều kiện canh tác lúa ở Việt Nam
chưa được công bố ở bất kỳ nghiên cứu nào.
Nghiên cứu này đề cập đến ảnh hưởng của
thế oxi hóa khử đến động thái của lưu huỳnh
trong đất lúa vùng đất phù sa sông Hồng
không được bồi hàng năm huyện Tiên Lữ,
Hưng Yên (tính chất đất trung tính), thông
qua thí nghiệm phân tích hàm lượng SO42-
trong đất tại các thế oxi hóa khử khác nhau.
2. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP
NGHIÊN CỨU
2.1. Đối tượng và địa điểm nghiên cứu
Đối tượng và địa điểm nghiên cứu là đất
ruộng chuyên canh tác lúa của xã An Viên,
huyện Tiên Lữ, tỉnh Hưng Yên.
Tính chất lý hóa của đất nghiên cứu được
tóm tắt như sau: đất phản ứng trung tính (pH
trong khoảng 6,5 ÷ 6,9); dung tích hấp phụ
CEC tương đối lớn (14mЭg/L); giàu hàm
lượng hữu cơ (1,1%) và giàu hàm lượng nitơ
(0,9%); thành phần cơ giới đất thịt trung bình.
2.2. Phương pháp nghiên cứu
Mẫu đất sau khi phơi khô tự nhiên được
nghiền nhỏ và tiến hành thí nghiệm trong
chậu bao gồm 2 công thức: ngập nước
thường xuyên (kí hiệu là CT1) và rút nước
định kỳ (kí hiệu là CT2). Mỗi công thức lặp
lại 3 lần. Thời gian thí nghiệm thực hiện từ
tháng 2/2015 đến tháng 6/2015.
Công thức ngập thường xuyên (CT1),
được thực hiện trong điều kiện đất ngập nước
khoảng 4 ÷ 5cm.
Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2015. ISBN: 978-604-82-1710-5
318
Công thức rút nước định kỳ (CT2) được
thực hiện trong điều kiện đất ngập nước
4÷5cm, sau đó để cạn tự nhiên.
Thế Eh và giá trị pH được đo hàng ngày
bằng máy đo điện cực ORP hãng Toledo.
Theo dõi khi thế Eh ổn định, lấy đất đem
phân tích dạng tồn tại SO42- của lưu huỳnh.
Bao gồm 6 đợt lấy mẫu đất phân tích trong
thời gian thí nghiệm cho cả CT1 và CT2,
tổng số mẫu phân tích là 36 mẫu.
Phương pháp phân tích hàm lượng SO42-
trong đất áp dụng phương pháp đo độ đục
dựa trên sự hình thành BaSO4 dạng keo sau
khi đưa BaCl2 10% với chất đệm là axit citric
vào mẫu, sau đó thực hiện so màu trên máy
quang phổ DR 2700.
Các thí nghiệm được thực hiện tại Phòng
thí nghiệm Đất, Nước, Môi trường và
Phòng thí nghiệm Hóa học - Trường Đại học
Thủy lợi.
3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU, THẢO LUẬN
pH đất có giá trị trong khoảng 6,5 ÷ 6,9,
đặc trưng cho đất phản ứng trung tính. Hầu
hết các kết quả thí nghiệm đều cho thấy: khi
thế oxi hóa khử của đất tăng lên thì hàm
lượng SO42- cũng tăng lên và ngược lại thế
oxi hóa khử của đất giảm xuống thì hàm
lượng SO42- cũng giảm xuống.
Cụ thể là đợt lấy mẫu lần 1, thế oxi hóa
khử Eh trung bình của cả 2 công thức (CT) là
-203mV, hàm lượng SO42- trung bình là
11,26mg/100g đất (mg/100g).
Với CT1, đợt lấy mẫu lần 2, thế oxi hóa
khử trung bình là -215mV; hàm lượng
SO42- trung bình là 11,20mg/100g. Thế Eh
giảm dần khi thời gian ngâm nước tăng lên,
cho đến đợt phân tích cuối cùng Eh giảm
mạnh (-256,7mV), hàm lượng SO42- cũng
giảm đáng kể xuống còn 10,89mg/100g.
Điều này là do trong điều kiện ngập nước
lâu ngày, lượng oxi trong đất suy giảm (do
tham gia vào phản ứng oxi hóa các chất
hữu cơ trong đất) tạo điều kiện cho quá
trình phân hủy yếm khí diễn ra, trong môi
trường khử SO42- chuyển hóa thành các
dạng HS-, S2-.
Hình 1. Hàm lượng SO42- phụ thuộc
vào Eh đất của CT1
Đồ thị hình 1 biểu diễn nồng độ SO42- giảm
khi thế Eh giảm dần. Hệ số tương quan
Pearson dao động trong khoảng 0,78 ÷ 0,92
cho thấy mối tương quan giữa diễn biến thế oxi
hóa khử Eh và hàm lượng sunfat khá chặt chẽ.
Với các thí nghiệm của CT2, do đất tiếp
xúc với không khí làm thế Eh tăng lên. Cụ
thể, ở đợt lấy mẫu lần 2 là -138mV, hàm
lượng ion SO42- đạt 11,53mg/100g. Đến đợt
lấy mẫu lần 6, thế oxi hóa khử tăng đến -
111,7mV, hàm lượng SO42- cũng tăng
(12,02mg/100g).
Hình 2. Hàm lượng SO42- phụ thuộc
vào Eh đất của CT2
Đồ thị hình 2 cho thấy mối tương quan
dương giữa hàm lượng sunfat và Eh đất. Hệ
số tương quan Pearson khá cao, trong
khoảng 0,83 ÷ 0,92. Điều này chứng tỏ thế
oxi hóa khử trong đất tăng thì hàm lượng
sunfat cũng tăng.
2-
2-
Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2015. ISBN: 978-604-82-1710-5
319
Hình 3. Đồ thị so sánh hàm lượng SO42-
phụ thuộc vào Eh đất của CT1 và CT2
Khi so sánh nồng độ SO42- của cả hai công
thức trên cùng một đồ thị, cho thấy thế oxi
hóa khử trong đất thấp thì hàm lượng SO42-
giảm và ngược lại.
Thế oxi hóa khử là yếu tố quan trọng để
quyết định dạng tồn tại của các nguyên tố hóa
học trong đất. Trong canh tác lúa, lưu huỳnh
được bổ sung dưới dạng phân bón, tuy nhiên
khi vào trong đất, chỉ một phần SO42- được
cây trồng hấp thụ, phần còn lại trong môi
trường khử (vùng đất ngập nước) bị chuyển
hóa thành các độc tố HS-, S2-. Thậm chí ở
những vùng đất chua có giá trị pH thấp, SO42-
còn có thể chuyển hóa thành độc tố H2S
(Shouichi Yoshida & M.R. Chaudhry, 1979).
Vì vậy, tạo điều kiện cho đất thoáng khí sẽ
hạn chế được môi trường khử, nhằm giảm
phát thải khí nhà kính CH4, giảm các độc tố
đối với cây trồng và có thể tăng hàm lượng
dinh dưỡng SO42- trong đất.
4. KẾT LUẬN
Từ các kết quả nghiên cứu cho thấy:
- Thế Eh tăng lên khi đất chuyển từ ngập
nước sang rút cạn nước (-198mV ÷ -111mV).
- Đất thoáng khí sẽ làm tăng hàm lượng
dinh dưỡng SO42- (11,06 ÷ 12,02mg/100g),
giảm các độc tố HS-, S2- trong đất lúa.
- Trong đất canh tác lúa, thế oxi hóa khử
Eh và hàm lượng SO42- có quan hệ tỷ lệ
thuận. Khi Eh tăng thêm 10,73mV thì hàm
lượng SO42- trong đất tăng 0,07mg/100g.
Từ các kết quả thí nghiệm thu được cho
thấy đất ngập nước liên tục dẫn đến thế oxi
hóa khử giảm mạnh, làm ảnh hưởng đến
thành phần dinh dưỡng SO42- trong đất. Vì
vậy, điều tiết hợp lý lượng nước trên mặt
ruộng (tạo điều kiện cho đất tiếp xúc với
không khí) làm tăng thế oxi hóa khử trong
đất có ý quan trọng không những về tiết kiệm
nước, giảm thiểu phát thải khí metan mà còn
làm tăng nguồn dinh dưỡng SO42- trong đất
cho cây lúa.
5. TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Nguyễn Việt Anh (2009), “Nghiên cứu chế
độ nước mặt ruộng hợp lý để giảm thiểu
phát thải khí metan trên ruộng lúa vùng đất
phù sa trung tính ít chua vùng đồng bằng
sông Hồng”, Luận án Tiến sỹ kỹ thuật, Đại
học Thủy Lợi.
[2] Trần Minh Nguyệt (2013), “Nghiên cứu ảnh
hưởng của chế độ tưới nông lộ phơi đến
chuyển hóa Mn và Fe trong đất lúa ngập
nước”, luận án tiến sỹ, Đại Học Khoa học
Tự nhiên.
[3] Shouichi Yoshida & M.R. Chaudhry
(1979), “Sulfur nutrition of rice”,
Soil Science and Plant Nutrition, 25(1),
121-134.
[4] Nguyễn Việt Anh (2011), “Sổ tay hướng
dẫn quy trình tưới lúa tiết kiệm nước giảm
phát thải khí nhà kính”, NXB Khoa học và
Kỹ thuật.