Luận án Tình hình chất hữu cơ, mùn và các biện pháp cải thiện chất hữu cơ trong đất xám tỉnh Bắc Giang

í hậu. Hiện nay thị trường các bon được xem là công cụ chính để giảm phát thải CO2. Việt Nam là một trong số những nước tích cực nhất hưởng ứng giải quyết vấn đề này. Trong những năm tới cần có các cơ chế, chính sách và giải pháp hợp lý giúp cho việc quản lý các bon có hiệu quả cả về kinh tế, xã hội và môi trường. 1.2. Đặc điểm nhóm đất xám Việt Nam 1.2.1. Khái niệm về đất xám Theo phân loại của FAO-UNESCO đất xám (Acrisols) là nhóm đất có tầng tích sét (tầng argic), có hoạt tính và khả năng hấp phụ thấp (CEC < 24 ldl/100g sét), có độ no bazơ thấp (BS<50%) trong lớp đất từ 25 đến 100 cm (FAO-UNESCO,1990; FAO, ISRIC and ISSS, 1998, 2006). Do vậy, phần lớn diện tích đất đỏ vàng, đất mùn vàng đỏ trên núi, đất xám bạc màu có tầng B tích sét điển hình cùng nằm trong nhóm Acrisols. 1.2.2. Quá trình hình thành Nhóm đất xám được hình thành do sự tác động của một số quá trình: rửa trôi, tích luỹ Fe, Al; tích luỹ chất hữu cơ và mùn, chua hoá; bạc màu hóa. 1.2.3. Phân bố Đất xám (Acrisols) ở Việt Nam có diện tích lớn nhất, với khoảng 20 triệu ha, chiếm hơn 60% diện tích đất tự nhiên, nhóm đất này rất phổ biến ở vùng đồi núi, ngoài ra còn gặp ở vùng giáp ranh giữa đồi núi với đồng bằng (vùng bán sơn địa) và vùng phù sa cũ, tập trung chủ yếu ở Đông Nam bộ, Tây Nguyên, Trung du Bắc bộ, Bắc Trung bộ và Nam Trung bộ. 1.2.4. Phân loại và tính chất các đơn vị đất Nhóm đất xám trong bảng phân loại 1996 có nguồn gốc từ các nhóm: đất xám bạc màu, đất đỏ vàng (Feralit), đất mùn vàng đỏ trên núi (feralit - mùn trên núi) trong bảng phân loại đất 1976. Theo đó, nhóm đất xám có 5 đơn vị: Ðất xám bạc màu điển hình (Haplic Acrisols); Ðất xám có tầng loang lổ (Plinthic Acrisols); Ðất xám glây (Gleyic Acrisols); Ðất xám feralit (Ferralic Acrisols) và Ðất xám mùn trên núi (Humic Acrisols). 1.3. Các biện pháp cải thiện chất hữu cơ và mùn trong đất xám Việt Nam Các biện pháp cải thiện chất hữu cơ và mùn trong đất xám là: Bảo vệ đất; Tăng cường tuần hoàn chất hữu cơ trong đất; Sử dụng phân hữu cơ; Biện pháp công trình; Biện pháp bón vôi và Biện pháp canh tác. 6 CHƯƠNG 2. NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Nội dung nghiên cứu - Đánh giá điều kiện tự nhiên, kinh tế, xã hội của vùng nghiên cứu. - Nghiên cứu các đặc điểm của nhóm đất xám huyện Lạng Giang. - Nghiên cứu ảnh hưởng của các loại hình sử dụng đất đến diễn biến chất hữu cơ và mùn trên các địa điểm nghiên cứu. - Nghiên cứu tốc độ phân hủy tàn dư thực vật trên đất xám điển hình. - Xác định các biện pháp canh tác thích hợp nhằm duy trì và nâng cao hàm lượng chất hữu cơ trong đất. - Đề xuất các giải pháp cải thiện chất hữu cơ trên đất xám. 2.2. Phương pháp nghiên cứu 2.2.1. Phương pháp điều tra thu thập số liệu thứ cấp Thu thập số liệu, tài liệu, bản đồ từ các phòng, ban chức năng có liên quan: Phòng NN&PTNT, Phòng TN&MT, Phòng Thống kê, Phòng Khuyến nông huyện Lạng Giang, UBND xã Quang Thịnh, Phòng Thổ nhưỡng, Viện QH & TKNN. 2.2.2. Phương pháp điều tra thu thập số liệu sơ cấp Tiến hành phỏng vấn nông hộ về hiệu quả kinh tế, xã hội và môi trường theo mẫu phiếu điều tra. Số hộ được điều tra là 15. Tiêu chí chọn hộ: toàn bộ các hộ trong thôn Ngọc Sơn tham gia mô hình thực nghiệm. 2.2.3. Phương pháp điều tra, lấy mẫu đất ngoài thực địa Điều tra lấy mẫu đất theo tầng phát sinh dựa theo Quy phạm điều tra lập bản đồ đất tỷ lệ lớn của Bộ Nông nghiệp năm 1984 (10 TCN 68-84). Tiến hành đào 17 phẫu diện để nghiên cứu các tính chất của đất cũng như đánh giá chất hữu cơ trong đất. Thông tin chung về phẫu diện được được thể hiện trong bảng 2.1. Bảng 2.1. Thông tin chung về các phẫu diện nghiên cứu Đơn vị đất LUT Phẫu diện Địa điểm Đất xám điển hình (ACh) LM LG10 Thôn Ngọc Sơn, xã Quang Thịnh CM LG13 Thôn Ngọc Sơn, xã Quang Thịnh LG16 Thôn Yên Lại, xã Yên Mỹ CAQ LG07 Thôn Ngọc Sơn, xã Quang Thịnh LG15 Thôn Ngọc Sơn, xã Quang Thịnh Đất xám có tầng loang lổ CM LG01 Thôn Yên Lại, xã Yên Mỹ LG09 Thôn Yên Lại, xã Yên Mỹ 7 (ACp) CL LG03 Thôn Yên Lại, xã Yên Mỹ LG08 Thôn Yên Lại, xã Yên Mỹ LM LG02 Thôn Yên Lại, xã Yên Mỹ LG18 Thôn Ngọc Sơn, xã Quang Thịnh LG19 Thôn Ngọc Sơn, xã Quang Thịnh Đất xám feralit (ACf) CAQ LG11 Thôn Ngọc Sơn, xã Quang Thịnh LG12 Thôn Ngọc Sơn, xã Quang Thịnh RSX LG04 Thôn Cần Cốc, xã Hương Sơn LG14 Thôn Ngọc Sơn, xã Quang Thịnh LG17 Thôn Ngọc Sơn, xã Quang Thịnh 2.2.4. Phương pháp phân tích đất Các mẫu đất được xử lý, phân tích theo các phương pháp phân tích thông dụng của ISRIC và phổ biến tại Việt Nam: TPCG: phương pháp pipet; Dung trọng: phương pháp ống trụ kim loại; Tỷ trọng: phương pháp Picnomet; pHH2O, pHKCl: đo bằng máy đo pH, tỷ lệ chiết đất: nước (dung dịch muối trung tính) = 1:5; Độ xốp: P(%) = (1 - D/ d) x 100. Trong đó: P - độ xốp của đất (%); D - Dung trọng đất; d - Tỷ trọng đất; N(%): Mẫu được công phá bằng axit H2SO4 đặc với hỗn hợp chất xúc tác. N trong dịch công phá được định lượng bằng phương pháp Kjeldahl; Ca++, Mg++, CEC trong đất: phương pháp Amon axetat (pH=7); Chất hữu cơ (OM): phương pháp Walkley-Black; Mùn được xác định bằng phương pháp Tiurin; Thành phần mùn (CF, CH): Phương pháp Kononova - Beltricova; Độ ẩm đất (W%): phương pháp khối lượng; P2O5 tổng số: phương pháp so màu trên máy phổ quang kế (spectrophotometer), công phá mẫu bằng hỗn hợp H2SO4 + HClO4; P2O5 dễ tiêu: phương pháp Olsen, xác định lân trong dung dịch bằng máy quang phổ; K2O tổng số: Công phá mẫu bằng hỗn hợp HF và HClO4, xác định K trong dung dịch công phá bằng quang kế ngọn lửa; K2O dễ tiêu: Chiết K bằng amon axetat 1M (pH =7), xác định K trong dung dịch bằng quang kế ngọn lửa; Al3+ di động: phương pháp Xocolov; Trữ lượng chất hữu cơ và mùn: Tính theo công thức: Trữ lượng chất hữu cơ = M x OM (%), Trữ lượng mùn = M x Mùn (%), trong đó: M là khối lượng đất: M = S.h.D, S: diện tích đất (m2); h: độ dày tầng đất (m); D: dung trọng của đất (g/cm3); Đánh giá chất lượng mùn: theo tỷ lệ C/N và Ca.h/Ca.f. 2.2.5. Phương pháp phân tích cây Độ ẩm: xác định bằng phương pháp khối lượng (sấy thực vật ở nhiệt độ 75oC đến khối lượng không đổi); N% trong mẫu thực vật: mẫu được công phá ướt với axit H2SO4 đặc với hỗn hợp chất xúc tác. N trong dịch công pháp được xác định bằng phương pháp Kjeldahl; Để phân tích lân và kali, mẫu thực vật được tro hóa khô ở nhiệt độ 500oC trong 8 hai giờ rồi hòa tan bằng HCl 6M. Lân tổng số: xác định lân trong dung dịch công phá bằng máy quang phổ, kali tổng số: bằng máy quang kế ngọn lửa. 2.2.6. Phương pháp bố trí thí nghiệm theo dõi tốc độ phân hủy tàn dư hữu cơ (Thí nghiệm trong chậu) Đất được sử dụng là đất xám điển hình (ACh). Đất ruộng lúa nước (trồng lúa khi ngập nước) lấy ở tầng mặt (0-13 cm), dung trọng D = 1,2 g/cm3; Đất ruộng cạn (đất canh tác cây trồng cạn: đất chuyên rau màu và đất trồng cây ăn quả) lấy ở tầng mặt (0-15 cm), dung trọng D = 1,1 g/cm3. Thí nghiệm tiến hành trong chậu với 3 lần nhắc lại. Lượng đất sử dụng là 10 kg/chậu. Chậu nhựa có kích thước: cao 50 cm, đường kính 30 cm. Đáy chậu có lỗ thoát nước. Chậu được đặt trên nền trong nhà lưới, có mái che để khống chế độ ẩm đất theo yêu cầu của các thí nghiệm. Thí nghiệm không trồng cây, chỉ để đất trống. Đối với đất ruộng lúa nước duy trì lớp nước ngập 5 cm (đất ngập nước). Đối với đất ruộng cạn (đất khô) duy trì độ ẩm đất dao động trong khoảng 14-20% (giống như trạng thái ẩm đất tự nhiên của đất xám điển hình). Khi độ ẩm <14% thì tưới nước để nâng độ ẩm lên đến 20%. Trong các thí nghiệm sử dụng chế phẩm Streptomyces hygroscopicus có khả năng phân giải xenlulo và phân giải tinh bột, mật độ VSV 109 CFU/g. Chế phẩm VSV được tưới đều vào đất ở CT3 và CT4. Vôi tán nhỏ, trộn đều vào đất thí nghiệm ở CT2 và CT4. Bón vôi, chế phẩm VSV vào túi chứa tàn dư thực vật theo liều lượng nghiên cứu ở CT1, CT2, CT3 của các thí nghiệm. Các tàn dư thực vật được vùi vào đất với liều lượng 5 tấn khô/ha/vụ. Lượng chất hữu cơ này tương đương với lượng tàn dư thực vật thu được trong 1 vụ/ha ở vùng đất bạc màu. Tàn dư thực vật được cắt nhỏ 3 - 5 cm, cho vào túi vải màn, vùi xuống đất sâu 5 cm. * Thí nghiệm 1: Đánh giá tốc độ phân hủy rơm rạ trong đất ngập nước CT1 (ĐC): Bón vùi rơm rạ (5 tấn khô/ha – 32,05 g/chậu); CT2: ĐC + vôi (1 tấn CaO/ha – 6,41 g/chậu); CT3: ĐC + Chế phẩm vi sinh vật (1.100 lít/ha – 7,05 ml chế phẩm/chậu); CT4: ĐC + Chế phẩm vi sinh vật (như CT3) + vôi (như CT2) * Thí nghiệm 2: Đánh giá tốc độ phân hủy của dây lạc trong ngập nước CT1 (ĐC): Vùi dây lạc (5 tấn khô/ha – 32,05 g/chậu); CT2: ĐC + vôi (1 tấn CaO/ha – 6,41 g/chậu); CT3: ĐC + Chế phẩm vi sinh vật (1.100 lít/ha – 7,05 ml chế phẩm/chậu); CT4: ĐC + Chế phẩm vi sinh vật (như CT3) + vôi (như CT2) * Thí nghiệm 3: Đánh giá tốc độ phân hủy của rơm rạ ngập nước CT1 (ĐC): Vùi rơm rạ (5 tấn khô/ha – 30,30 g/chậu); CT2: ĐC + vôi (1 tấn CaO/ha – 6,06 g/chậu); CT3: ĐC + Chế phẩm vi sinh vật (1.100 lít/ha – 6,67 ml chế phẩm/chậu); CT4: ĐC + Chế phẩm vi sinh vật (như CT3) + vôi (như CT2) 9 * Thí nghiệm 4: Đánh giá tốc độ phân hủy của dây lạc trong đất khô CT1 (ĐC): Vùi dây lạc (5 tấn khô/ha – 30,30 g/chậu); CT2: ĐC + vôi (1 tấn CaO/ha – 6,06 g/chậu); CT3: ĐC + Chế phẩm vi sinh vật (1.100 lít/ha – 6,67 ml chế phẩm/chậu); CT4: ĐC + Chế phẩm vi sinh vật (như CT3) + vôi (như CT2) * Thí nghiệm 5: Đánh giá tốc độ phân hủy của cúc dại Thái Lan trong đất khô CT1 (ĐC): Vùi cúc dại Thái Lan (5 tấn khô/ha – 30,30 g/chậu); CT2: ĐC + vôi (1 tấn CaO/ha – 6,06 g/chậu); CT3: ĐC + Chế phẩm vi sinh vật (1.100 lít/ha – 6,67 ml chế phẩm/chậu); CT4: ĐC + Chế phẩm vi sinh vật (như CT3) + vôi (như CT2). Theo dõi thí nghiệm: Định kỳ 30-60 ngày lấy túi vải màn lên rửa sạch đất, đem sấy khô chất hữu cơ còn lại, cân để xác định khối lượng bị phân hủy; Đối với thí nghiệm vùi rơm rạ tiến hành trong 1 năm từ 4/2011 đến 3/2012, cả trong điều kiện ruộng nước và ruộng cạn; Đối với thí nghiệm vùi lạc và cúc dại Thái Lan chỉ tiến hành trong giai đoạn từ 4-10/2011, riêng cúc dại Thái Lan chỉ tiến hành thí nghiệm trên đất ruộng cạn vì cúc dại Thái Lan là loại cây phát triển trên đất trồng cạn. 2.2.7. Phương pháp thí nghiệm đồng ruộng Địa điểm thực hiện các thí nghiệm 1, 2, 3 và 4: Thôn Ngọc Sơn, xã Quang Thịnh, huyện Lạng Giang, tỉnh Bắc Giang. * Thí nghiệm 6: Mô hình trồng cây che phủ dưới tán vải trên đất xám feralit: Thí nghiệm được tiến hành trên đồi trồng vải 15 năm tuổi. Công thức thí nghiệm như sau: CT1: Đối chứng - không trồng cây phủ đất; CT2: Trồng lạc dại dưới tán vải; CT3: Trồng chè khổng lồ dưới tán vải; CT4: Trồng cúc dại Thái Lan dưới tán vải. Thí nghiệm được tiến hành từ 5.2008 đến 12.2010 trên các ô lớn diện tích 144 m2. Chế độ bón phân cho vải: 10 kg phân chuồng hoai, 0,1 kg phân supe phốt phát đơn và 0,1 kg kali clorua (cây/năm); Trong đó: Phân chuồng hoai hàm lượng trung bình: N = 0,34%, P2O5 = 0,38%, K2O = 0,45%; Phân urê (46% N), phân supe phốt phát đơn (16% P2O5), phân kali clorua (60% K2O). Cúc dại, lạc dại, chè khổng lồ được trồng theo băng đường đồng mức, không bón phân, chỉ tưới nước đảm bảo độ ẩm khi trồng. Cách thức xác định năng suất các cây che phủ đất: trên mỗi công thức, chọn 18 ô, mỗi ô 1m2, lần lượt cắt mỗi lần 3 ô và xác định năng suất trung bình cho 1 ô theo thứ tự các thời gian cần cắt (6 thời điểm) để theo dõi biến động về năng suất. * Thí nghiệm 7: Mô hình trồng cây che phủ dưới tán vải trên đất xám điển hình: CT1: Đối chứng - không trồng cây phủ đất dưới tán vải; CT2: Trồng lạc chịu hạn (giống MD9) dưới tán vải; CT3: Trồng đỗ tương chịu hạn (giống DT 2008) dưới tán vải; CT4: Trồng lạc trên đất trồng màu (giống MD6) ; CT5: Trồng đỗ tương trên đất trồng màu (giống DT96). 10 Chế độ bón phân cho vải: 10 kg phân chuồng hoai, 0,1 kg phân supe phốt phát đơn và 0,1 kg kali clorua (cây/năm). Chế độ bón phân cho lạc MD6 và lạc chịu hạn MD9: Phân chuồng 8 tấn + vôi bột 500 kg + 90 kg N + 120 kg P2O5 + 60 kg K2O /ha/vụ. Chế độ bón phân cho đỗ tương DT96 và đỗ tương chịu hạn DT2008: 8 tấn phân chuồng + 300 kg vôi bột + 60 N + 90 P2O5 + 60 K2O /ha/vụ. Thời gian tiến hành thí nghiệm: Trồng lạc MD6 và lạc chịu hạn MD9: Vụ thu đông năm 2008, vụ xuân năm 2009, vụ thu đông năm 2009 và năm 2010. Trồng đỗ tương DT96 và đỗ tương chịu hạn DT2008: vụ xuân năm 2009, vụ hè thu năm 2009 và vụ đông năm 2009. Diện tích ô thí nghiệm: 144 m2. Số lần lặp lại: 3. * Thí nghiệm 8: Đánh giá ảnh hưởng của bón phân hữu cơ và cày vùi tàn dư thực vật tới chất lượng đất lúa nước. Thí nghiệm được tiến hành trên đất xám có tầng loang lổ, đất trồng 2 vụ lúa/năm; CT1: Đối chứng - Đất chỉ bón phân khoáng, không vùi tàn dư thực vật + trồng lúa; CT2: Bón phân khoáng + phân hữu cơ + cày vùi tàn dư thực vật + trồng lúa. Trong đó: Vụ xuân: Phân khoáng: bón phân NPK (100 kg N + 80 kg P2O5 + 80 kg K2O) /1 ha. Phân hữu cơ: bón phân chuồng 8 tấn/ha. Cày vùi tàn dư thực vật: cày vùi 12,5 tấn tươi/ha thân rơm rạ của vụ lúa trước, tương đương với 5,0 tấn khô không khí/ha. Cày vùi lật gốc rơm rạ 15-20 cm; Vụ mùa: Phân khoáng: bón phân NPK (90 kg N + 60 kg P2O5 + 60 kg K2O) /1 ha. Phân hữu cơ: bón phân chuồng 8 tấn/ha. Cày vùi tàn dư thực vật: cày vùi 11,0 tấn tươi/ha thân rơm rạ của vụ lúa trước, tương đương với 5,0 tấn khô không khí/ha. Cày vùi lật gốc rơm rạ 15-20 cm; Thí nghiệm được tiến hành trong 2 năm với 3 vụ: Vụ mùa 2009, vụ xuân 2010 và vụ mùa 2010. Giống lúa được gieo trồng là Khang Dân; Thí nghiệm được thực hiện trên các ô lớn có diện tích 360 m2. * Thí nghiệm 9: Đánh giá ảnh hưởng của bón phân hữu cơ và cày vùi tàn dư thực vật tới chất lượng đất trồng cạn. Thí nghiệm được tiến hành trên đất xám có tầng loang lổ gồm 6 CT: CT1: Đối chứng - Đất chỉ bón phân khoáng, không vùi tàn dư thực vật, trồng lạc. CT2: Bón phân khoáng + phân hữu cơ + cày vùi tàn dư thực vật, trồng lạc. CT3: Đối chứng - Đất chỉ bón phân khoáng, không vùi tàn dư thực vật, trồng ngô. CT4: Bón phân khoáng + phân hữu cơ + cày vùi tàn dư thực vật, trồng ngô. CT5: Đối chứng - Đất chỉ bón phân khoáng, không vùi tàn dư thực vật, trồng đỗ tương. CT6: Bón phân khoáng + phân hữu cơ + cày vùi tàn dư thực vật, trồng đỗ tương. Thí nghiệm được tiến hành trong 2 năm với 4 vụ: Vụ đông 2009, vụ xuân 2010, vụ hè thu 2010 và vụ đông 2010. Các giống được gieo trồng: lạc MD6, đỗ tương DT96, ngô LVN10; Liều lượng bón phân cho từng cây như sau: + Lạc MD6: vụ xuân và vụ hè thu bón 8 tấn phân chuồng + 500 kg vôi bột + 90 N + 100 P2O5 + 60 K2O /ha; Vụ đông: 8 tấn phân chuồng + 500 kg vôi bột + 90 N + 120 P2O5 + 60 K2O/ ha 11 + Đỗ tương DT96: vụ xuân và vụ hè thu bón 8 tấn phân chuồng + 300 kg vôi bột + 50 N + 90 P2O5 + 70 K2O / ha; vụ đông bón 8 tấn phân chuồng + 300 kg vôi bột + 60 N + 90 P2O5 + 60 K2O/ ha + Ngô LVN10: vụ xuân và vụ hè thu bón 8 tấn phân chuồng + 120 N + 90 P2O5 + 60 K2O / ha; Vụ đông bón 8 tấn phân chuồng + 150 N + 90 P2O5 + 90 K2O/ ha; ở các vụ đều tiến hành vùi tàn dư thực vật: Thân tàn ngô được cày vùi 16,5 tấn tươi/ha tương đương với 5,0 tấn khô không khí/ha; Thân đỗ tương và lạc được cày vùi 12,5 tấn tươi/ha tương đương với 5,0 tấn khô không khí/ha. Thí nghiệm được thực hiện trên các ô lớn có diện tích 360 m2. 2.2.8. Phương pháp theo dõi sinh trưởng, phát triển và năng suất cây Chọn 5 khóm cây theo phương pháp đường chéo trên mỗi ô thí nghiệm để theo dõi các chỉ tiêu sinh trưởng, phát triển. Chiều cao cây được đo từ gốc đến phần cao nhất của cây; Năng suất chất xanh: Chọn 3 ô (kích thước 1 x 1 m) dọc theo chiều dài của ô thí nghiệm, cắt toàn bộ cách đất 3 cm rồi cân sinh khối tươi, tính năng suất trung bình cho 1 m2. 2.2.9. Phương pháp thống kê Xử lý các số liệu nghiên cứu bằng thủ công và các phần mềm chuyên dụng như Excel, IRRISTAT 5.0. 2.2.10. Phương pháp tính hiệu quả kinh tế Tổng chi phí (C): Bao gồm tổng các loại chi phí phục vụ cho canh tác một loại cây trồng/vụ (tính cả lao động gia đình). C = IE+Dp+LĐg trong đó IE: Chi phí trung gian (không tính LĐ gia đình); Dp: Khấu hao tài sản cố định; LĐg: Lao động gia đình; Trong đó: IE = VC+DVP+LĐt+LV. VC: Chi phí vật chất (giống, phân bón, thuốc BVTV); DVP: Dịch vụ phí (làm đất, thủy lợi, BVTV, vận tải, khuyến nông,...); LĐt: Lao động thuê; LV: Lãi vay ngân hàng. Tổng thu nhập (Giá trị sản xuất - GO): được quy ra bằng tiền mặt, tính theo sản l- ượng thu được của các loại cây trồng, so với giá sản phẩm tại thời điểm điều tra. GO = SL x GB trong đó SL: Sản lượng thu được; GB: Giá bán sản phẩm. Thu nhập thuần (Lợi nhuận - Pr): Tổng thu nhập – Tổng chi phí (bao gồm cả chi phí công lao động). Pr = GO – C hoặc Pr = MI – LĐg. MI: Thu nhập hỗn hợp (không tính LĐ gia đình). 12 CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 3.1. Điều kiện tự nhiên, kinh tế, xã hội của vùng nghiên cứu 3.1.1. Điều kiện tự nhiên Lạng Giang là huyện miền núi có vị trí là cửa ngõ nối liền các tỉnh phía Đông Bắc với thành phố Bắc Giang. - Địa hình, địa mạo: Huyện có hướng dốc chính nghiêng từ Đông sang Tây và từ Bắc xuống Nam, được chia thành ba vùng địa hình chính là: vùng cao, vùng đồng bằng và vùng thấp. - Khí hậu: Nhiệt độ bình quân cả năm 23,30C, tổng tích ôn đạt trên 8.5000C; Lượng mưa bình quân hàng năm 1.476 mm nhưng phân bố không đều tập trung vào các tháng 7, 8, 9 nên thường gây úng ngập cục bộ ở các vùng thấp trũng. Tuy nhiên tháng 10 năm 2010 lại có lượng mưa lớn bất thường, gây úng ngập ở một số vùng trong huyện; Lượng bốc hơi bình quân của vùng 1.034 mm/năm, bằng 70% lượng mưa trung bình hàng năm; Độ ẩm không khí bình quân cả năm khoảng 81%, tuy nhiên trong mùa khô, độ ẩm trung bình giảm còn khoảng 77%; Bão ảnh hưởng có 2 - 3 cơn trong một năm, bão thường đi kèm mưa lớn 200 - 300 mm. - Tài nguyên đất: Tài nguyên đất của Lạng Giang được hình thành do hai nguồn gốc phát sinh gồm: Đất hình thành tại chỗ do phong hoá đá mẹ và đất hình thành do phù sa sông bồi tụ, do đó có thể chia đất của huyện thành các nhóm đất chính sau: Nhóm đất phù sa; nhóm đất thung lũng; nhóm đất xám bạc màu và nhóm đất đỏ vàng. Theo phân loại của FAO- UNESCO đất của huyện Lạng Giang được chia thành 2 nhóm đất chính là: Đất xám (Acrisoils) và Đất phù sa (Fluvisoils). - Tài nguyên nước: Tài nguyên nước mặt của huyện bao gồm các con sông chính như sông Thương, ngòi Bừng, ngòi Quất Lâm và hệ thống các hồ ao khác. - Tài nguyên rừng: Diện tích đất lâm nghiệp của huyện có 1.541,71 ha, chiếm 6,23% diện tích tự nhiên. 3.1.2. Thực trạng phát triển kinh tế, xã hội Trong giai đoạn 2005 - 2010 kinh tế của huyện liên tục tăng trưởng khá, năm sau cao hơn năm trước. Tốc độ phát triển kinh tế của các ngành kinh tế ước đạt 13,5%; trong đó: nông lâm thủy sản tăng 5,45%; công nghiệp - TTCN và XD tăng 18,65%; thương mại dịch vụ tăng 20,8%. Cơ cấu kinh tế chuyển dịch theo hướng tích cực, tỷ trọng giá trị sản xuất nông lâm thủy sản giảm từ 47,27% (năm 2005) xuống còn 39,71% năm 2010; công nghiệp - TTCN và XD từ 34,4% (năm 2005) xuống 30,28%; thương mại dịch vụ tăng từ 18,33% (năm 2005) lên 30,01%. 13 3.2. Đặc điểm nhóm đất xám huyện Lạng Giang, tỉnh Bắc Giang 3.2.1. Phân loại đất xám của huyện Lạng Giang Theo kết quả nghiên cứu của Viện QH&TKNN, ở địa bàn huyện Lạng Giang năm 2010 có 16.884,20 ha đất xám (Acrisols) với các đơn vị đất sau: Đất xám điển hình (ACh) với diện tích 3.824,00 ha; Đất xám có tầng loang lổ (ACp) với diện tích 8.296,50 ha và Đất xám feralit (ACf) với diện tích 4.763,70 ha. 3.2.2. Một số tính chất lý, hóa học của đất nghiên cứu Kết quả đánh giá các tính chất lý, hóa học chính của đất xám ở huyện Lạng Giang được thể hiện ở bảng 3.1 cho thấy: a. Đất xám điển hình (ACh): có độ phì nhiêu ở mức thấp với các hạn chế cơ bản cho sản xuất nông nghiệp: Thành phần cơ giới nhẹ, đất chua; hàm lượng hữu cơ, CEC, dinh dưỡng tổng số và dễ tiêu đều ở mức thấp. Trong canh tác người dân thường sử dụng đơn vị đất này để trồng cây hàng năm: chuyên lúa, lúa màu, chuyên màu và một ít diện tích trồng vải. b. Đất xám có tầng loang lổ (ACp): có độ phì nhiêu ở mức thấp. Các yếu tố hạn chế chính trong sản xuất nông nghiệp là: đất chua, OM% thấp, dinh dưỡng dễ tiêu từ trung bình đến thấp; CEC, Ca và Mg trao đổi thấp. Đơn vị đất này chủ yếu phân bố ở những nơi có địa hình cao, gặp khó khăn về nước tưới, đã dẫn đến hiện tượng thoái hóa hóa học, tạo kết von trong đất. Hiện nay người dân sử dụng chủ yếu để trồng các cây hàng năm như chuyên lúa, lúa-màu và chuyên màu. c. Đất xám feralit (ACf): có độ phì nhiêu trung bình với các hạn chế chính trong sản xuất nông nghiệp là: TPCG từ nhẹ đến trung bình, đất chua; CEC, OM% và lân dễ tiêu biến động từ thấp đến trung bình; Ca và Mg trao đổi trong đất rất thấp. Hiện tại trên loại đất này được người dân trồng cây lâu năm như vải, rừng sản xuất nhưng cho hiệu quả chưa cao. 3.3. Nghiên cứu ảnh hưởng của các loại hình sử dụng đất đến diễn biến chất hữu cơ và mùn ở vùng nghiên cứu 3.3.1. Các loại hình sử dụng đất trên đất xám huyện Lạng Giang, tỉnh Bắc Giang Qua điều tra ở địa bàn huyện Lạng Giang trên 3 đơn vị đất nghiên cứu có các loại hình sử dụng đất chủ yếu là chuyên lúa, chuyên màu, lúa màu, cây ăn quả và rừng sản xuất. 3.3.2. Một số đặc điểm trạng thái chất hữu cơ và mùn của đất 3.3.2.1. Hàm lượng chất hữu cơ và mùn trong đất Hàm lượng chất hữu cơ và mùn trong đất huyện Lạng Giang nhìn chung không cao. Ở tầng đất mặt, hàm lượng chất hữu cơ dao động từ 1,85 đến 3,89%, hàm lượng mùn dao động từ 1,48 đến 3,45%. 14 Bảng 3.1. Kết quả phân tích các phẫu diện đất điển hình Tên đơn vị đất Phẫu diện đất LUT Độ sâu (cm) Tỷ lệ cấp hạt (%) pHH2o pHKCl Hàm lượng tổng số (%) Hàm lượng dễ tiêu (mg/100g đất) Cation trao đổi (ldl/100g đất) CEC (ldl/ 100g đất) Cát Limon Sét OM N P2O5 K2O P2O5 K2O Ca2+ Mg2+ Al3+ K+ Đất xám điển hình (ACh) LG10 2 lúa- màu 0-25 58,08 34,38 7,55 6,3 5,3 2,58 0,15 0,06 0,51 7,77 2,55 6,62 0,26 0,04 0,05 10,12 25-40 50,33 35,28 14,40 5,7 4,1 1,22 0,05 0,04 0,38 0,76 1,08 7,64 0,90 - 0,02 8,82 40-90 22,75 39,33 37,93 4,6 3,7 0,26 0,04 0,03 0,40 0,50 1,91 7,58 0,17 - 0,04 8,32 LG13 Chuyên màu 0-25 58,35 26,08 15,58 7,2 7,0 2,00 0,14 0,10 1,05 15,30 8,93 9,88 0,19 - 0,19 10,44 25-45 25,63 33,08 41,30 4,3 3,7 0,89 0,09 0,03 1,25 0,99 2,37 3,98 0,09 2,58 0,05 13,47 45-90 34,58 27,58 37,85 4,3 3,9 0,58 0,03 0,04 1,16 0,67 2,86 4,78 0,41 1,85 0,06 12,61 LG07 Vải 0-12 66,09 19,57 14,34 5,3 4,1 1,94 0,17 0,18 1,45 10,81 10,24 1,98 1,35 0,82 0,08 6,78 12-41 68,72 17,08 14,20 5,1 4,1 1,08 0,14 0,05 2,06 0,87 2,85 1,92 1,57 0,75 0,05 4,98 41-120 66,20 17,80 16,00 5,8 4,1 0,79 0,09 0,03 1,98 0,75 1,98 1,15 1,02 0,69 0,03 4,85 Đất xám có tầng loang lổ (ACp) LG02 Lúa – màu 0- 20 25,68 34,04 40,28 5,8 5,6 2,22 0,28 0,04 0,38 10,76 1,18 9,87 0,19 0,02 0,19 10,32 20- 30 16,52 33,30 50,18 5,5 5,1 1,27 0,07 0,03 0,40 5,50 1,97 3,92 0,17 2,58 0,05 7,56 30- 120 10,47 27,31 62,22 5,0 4,7 0,89 0,05 0,10 1,05 4,30 1,93 4,77 0,47 1,85 0,06 7,15 LG03 Chuyên lúa 0-20 40,32 38,09 21,59 5,8 5,3 2,39 0,21 0,05 0,62 7,12 2,27 4,14 0,13 0,02 0,06 9,86 20-31 50,61 21,02 28,37 5,5 4,8 1,31 0,10 0,03 0,41 0,92 1,12 2,67 0,26 0,01 0,03 9,75 31-120 26,42 39,70 33,88 4,9 4,2 0,69 0,06 0,03 0,36 0,57 1,82 2,18 0,18 - 0,02 9,71 LG09 Chuyên màu 0 - 20 57,10 15,05 27,85 6,7 5,4 2,43 0,16 0,13 0,57 9,36 3,14 10,10 0,98 0,05 0,07 13,91 20 - 32 50,43 23,75 25,82 6,5 6,1 0,52 0,10 0,03 0,49 1,31 3,79 7,00 0,59 - 0,08 10,56 32 - 80 36,70 27,50 35,80 5,0 4,4 1,08 0,06 0,02 0,58 0,87 3,71 7,00 0,93 1,20 0,16 13,14 Đất xám feralit (ACf) LG11 Vải 0-19 51,78 32,58 15,65 4,8 4,2 3,41 0,24 0,07 1,44 14,8 12,20 6,87 0,38 0,21 0,26 14,55 19-70 66,03 5,20 28,78 4,3 3,7 0,84 0,15 0,04 2,26 0,90 2,91 4,34 0,75 3,63 0,06 12,71 LG12 Vải 0-18 55,05 28,63 16,33 4,2 3,6 2,56 0,15 0,07 0,69 9,41 5,14 1,42 0,31 1,80 0,11 12,22 18-40 48,78 30,33 20,90 4,1 3,8 0,96 0,10 0,04 0,70 1,25 2,10 1,28 0,39 2,45 0,04 10,72 40-85 67,38 0,43 32,20 4,1 3,6 0,33 0,08 0,03 0,84 1,10 2,46 2,06 0,08 4,65 0,05 12,16 LG17 Rừng sản xuất 0 - 12 65,03 19,57 15,40 5,3 4,2 1,94 0,12 0,08 0,60 1,23 3,14 2,03 0,08 1,62 0,06 6,78 12- 40 67,12 17,26 15,62 5,1 4,1 1,03 0,11 0,09 0,71 1,02 3,32 0,85 1,17 2,90 0,06 4,98 40- 120 34,25 28,16 37,59 4,8 4,0 0,77 0,09 0,11 0,86 0,81 3,53 1,08 0,71 3,01 0,05 4,85 1 4 15 Hàm lượng chất hữu cơ và mùn giảm dần theo chiều sâu phẫu diện. Hàm lượng mùn chiếm từ 68,42 đến 90,84% lượng chất hữu cơ của đất. Với cả 3 đơn vị đất, sự chênh lệch về tỷ lệ mùn/OM giữa các tầng đất của các loại hình sử dụng đất và giữa các loại hình sử dụng đất với nhau là không đáng kể. 3.3.2.2. Trữ lượng mùn trong đất nghiên cứu Trữ lượng chất hữu cơ và mùn trong tầng mặt của đất xám vùng nghiên cứu đều thấp, dao động tương ứng từ 26,31 đến 80,86 tấn/ha và 20,07 đến 71,76 tấn/ha, trong đó trữ lượng cao nhất là ở đất xám feralit và thấp nhất là ở đất xám điển hình. Trong toàn phẫu diện, trữ lượng chất hữu cơ và mùn dao động từ 90,08 đến 189,95 tấn/ha và 71,33 đến 163,37 tấn/ha, cao nhất là ở đất xám có tầng loang lổ và thấp nhất là đất xám feralit. Trên cùng loại hình sử dụng đất lúa - màu: đất xám điển hình có trữ lượng chất hữu cơ và mùn ở tầng mặt lớn nhất, thấp nhất là đất xám có tầng loang lổ. Trên cùng loại hình sử dụng đất cây ăn quả: ở tầng mặt đất xám feralit có có trữ lượng chất hữu cơ và mùn lớn nhất, thấp nhất là đất xám điển hình. Trong toàn phẫu diện thì đất xám điển hình lại có trữ lượng chất hữu cơ và mùn lớn nhất, thấp nhất là đất xám feralit. Theo Lê Thái Bạt (1991), trữ lượng mùn trong đất xám Acrisols (ở độ cao < 300 m) chưa bị thoái hóa ở độ sâu 0-20 cm là 74 tấn/ha, ở độ sâu 0-100 cm là 189 tấn/ha. So sánh với trữ lượng mùn trong đất nghiên cứu cho thấy đất xám ở Lạng Giang đều có trữ lượng mùn thấp hơn, chứng tỏ đã diễn ra tình trạng thoái hóa hữu cơ ở trên toàn bộ diện tích đất xám của huyện. 3.3.2.3. Thành phần mùn của đất nghiên cứu Trong tất cả các phẫu diện nghiên cứu đều có hàm lượng axit fulvic lớn hơn axit humic. Do trong điều kiện nhiệt độ, ẩm độ cao, hàm lượng Ca++ thấp đã hạn chế việc hình thành và tích lũy axit humic. Đồng thời, quá trình chuyển hóa chất hữu cơ thành mùn fulvic thuận lợi hơn, vì vậy lượng axit fulvic tích lũy trong đất nhiều hơn axit humic. Axit humic ở loại sử dụng đất chuyên lúa trên đất xám có tầng loang lổ là cao nhất (0,32%), thấp nhất là loại sử dụng đất lúa màu (0,16%). Trong thành phần của hợp chất mùn, ở tầng mặt của hầu hết tất cả các mẫu đất nghiên cứu có hàm lượng humin cao hơn hàm lượng axit humic và axit fulvic, hàm lượng humin dao động từ 0,27 đến 1,00% và cao hơn so với tầng dưới. Nguyên nhân do trong điều kiện chua, các axit mùn liên kết với các phân tử vô cơ của đất (gồm các cation kim loại, khoáng sét) và phần tàn dư hữu cơ chưa phân giải được bổ sung hàng năm làm tăng hàm lượng humin trong thành phần mùn. 3.3.2.4. Chất lượng mùn trong đất nghiên cứu Chất lượng mùn thể hiện qua 2 chỉ tiêu là tỷ lệ C/N và CH/CF. Kết quả được thể hiện ở bảng 3.2. 16 Bảng 3.2. Chất lượng mùn trong đất nghiên cứu Loại đất LUT Phẫu diện Tầng (cm) OC (%) N (%) C/N CH/CF ACp Chuyên màu LG01 0-20 1,28 0,25 5,12 0,57 20-31 1,12 0,10 11,20 0,53 31-120 0,59 0,08 7,38 0,59 LG09 0-20 1,41 0,16 8,81 0,51 20-32 0,30 0,10 3,00 0,63 32-80 0,63 0,06 10,50 0,63 Chuyên lúa LG03 0-20 1,39 0,21 6,62 0,48 20-31 0,76 0,10 7,60 0,56 31-120 0,40 0,06 6,67 0,42 LG08 0-20 1,46 0,21 6,95 0,60 20-40 0,66 0,12 5,50 0,56 40-120 0,50 0,08 6,25 0,60 LM LG02 0-20 1,29 0,28 4,61 0,52 20-30 0,74 0,07 10,57 0,52 30-120 0,52 0,05 10,40 0,50 LG18 0-20 1,42 0,20 7,10 0,53 20-40 0,67 0,08 8,38 0,58 40-120 0,61 0,06 10,17 0,56 ACf Cây ăn quả LG11 0-19 1,98 0,24 8,25 0,44 19-70 0,49 0,15 3,27 0,50 LG12 0-18 1,49 0,15 9,93 0,41 18-40 0,56 0,10 5,60 0,53 40-85 0,19 0,08 2,38 0,33 Rừng sản xuất LG04 0-12 2,26 0,22 10,27 0,61 12-45 0,59 0,12 4,92 0,47 45-120 0,55 0,08 6,88 0,57 LG14 0-25 1,80 0,21 8,57 0,47 25-100 0,68 0,11 6,18 0,57 LG17 0-12 1,13 0,12 9,42 0,47 12-40 0,60 0,11 5,45 0,40 40-120 0,45 0,09 5,00 0,50 17 Tỷ lệ C/N của đa số các mẫu đất nghiên cứu không cao, dao động từ 2,38 đến 14,20. Ở tầng mặt dao động từ 4,61 đến 10,27 (trung bình bằng 7,74), ở tầng dưới cùng từ 2,38 đến 11,33 (trung bình bằng 6,74) cho thấy tàn tích hữu cơ khó bị phân hủy hơn. Phần lớn các mẫu có tỷ lệ C/N < 10, điều này phản ánh quá trình phân hủy nhanh các hợp chất hữu cơ trong đất, sự phân giải chất hữu cơ và mùn mạnh, khả năng cung cấp đạm từ chất hữu cơ và mùn cao, bên cạnh đó nó cũng cho biết sự suy giảm nhanh chất hữu cơ và mùn trong đất nghiên cứu. Trên loại hình sử dụng đất lúa màu và chuyên màu ở đất xám có tầng loang lổ có tỷ lệ C/N ở tầng đất mặt là thấp nhất. Trên đất xám có tầng loang lổ dưới loại hình sử dụng đất rừng sản xuất, cây ăn quả, trên đất xám điển hình ở loại hình sử dụng đất lúa màu, ở loại hình sử dụng đất chuyên màu có tỷ lệ C/N ở tầng đất mặt nằm trong khoảng 8 - 12, điều này cho thấy chất lượng chất hữu cơ trong đất khá tốt, mùn ổn định. Với cùng loại hình sử dụng đất lúa màu, tỷ lệ C/N trên đất xám điển hình cao hơn trên đất xám có tầng loang lổ. Cùng loại hình sử dụng đất cây ăn quả, tỷ lệ C/N trên đất xám feralit cao hơn trên đất xám điển hình. Tất cả mẫu đất nghiên cứu đều có hàm lượng axit fulvic lớn hơn hàm lượng axit humic, do đó tỷ lệ CH/CF < 1 (dao động từ 0,33 đến 0,63) chứng tỏ mùn trong đất chủ yếu là mùn chua. Theo chiều sâu phẫu diện tỷ lệ CH/CF giảm dần do càng xuống sâu hàm lượng axit fulvic càng tăng cao do bản chất của axit fulvic dễ tan, dễ di chuyển theo chiều sâu hơn so với axit humic, do đó axit humic tập trung nhiều ở tầng đất mặt hơn. 3.3.3. Đánh giá trạng thái mùn của đất nghiên cứu Ở tất cả các loại hình sử dụng đất hàm lượng và trữ lượng mùn trong đất đều đạt mức từ rất thấp đến thấp so với tiêu chuẩn của Grishina và Orlov, từ thấp đến trung ACh Lúa – màu LG10 0-25 1,50 0,15 10,00 0,50 25-40 0,71 0,05 14,20 0,52 40-90 0,15 0,04 3,75 0,50 Chuyên màu LG13 0-25 1,16 0,14 8,29 0,63 25-45 0,52 0,09 5,78 0,50 45-90 0,34 0,03 11,33 0,60 LG16 0-20 1,24 0,18 6,89 0,52 20-40 0,55 0,10 5,50 0,35 40-120 0,48 0,09 5,33 0,58 Cây ăn quả LG07 0-12 1,13 0,17 6,65 0,48 12-41 0,63 0,14 4,50 0,62 41-120 0,46 0,09 5,11 0,46 LG15 0-20 1,08 0,17 6,35 0,59 20-40 0,49 0,07 7,00 0,61 40-120 0,44 0,06 7,33 0,59 18 bình so với tiêu chuẩn của Hội Khoa học Đất Việt Nam. Hàm lượng mùn tầng mặt cao nhất ở loại hình sử dụng đất rừng sản xuất (2,76 - 3,45%) và thấp nhất ở loại hình sử dụng đất cây ăn quả (1,48 - 1,53%). Tỷ lệ C/N tầng mặt dao động từ 4,61 đến 10,27, ở mức trung bình đến rất cao. Khả năng cung cấp N của mùn ở mức cao, mùn dễ dàng bị khoáng hóa. Đây cũng chính là nguyên nhân góp phần làm suy giảm trữ lượng mùn trong đất; Tất cả các mẫu đất có tỷ CH/CF nằm trong khoảng 0,41 - 0,63, mùn của đất thuộc nhóm mùn fulvat- humat và mùn fulvat (mùn chua). 3.4. Nghiên cứu tốc độ phân hủy tàn dư thực vật trên đất xám điển hình 3.4.1. Hàm lượng dinh dưỡng N, P, K,OC trong các phụ phẩm Kết quả phân tích cho thấy, dây lạc có hàm lượng OC%, N%, P2O5% cao hơn so với rơm rạ và cúc dại Thái Lan. Hàm lượng K2O trong rơm rạ lại cao hơn so với dây lạc và cúc dại Thái Lan. Hàm lượng các chất dinh dưỡng trong các loại tàn dư là tương đối cao. 3.4.2. Kết quả phân tích tốc độ phân hủy tàn dư thực vật 3.4.2.1. Tốc độ phân hủy tàn dư thực vật trong điều kiện đất ngập nước Trong giai đoạn từ tháng 4 đến tháng 10/2011 sau 150 ngày vùi, tỷ lệ tàn dư bị phân hủy ở công thức 4 là 81,1% với rơm và 90,0% với dây lạc trong khi tỷ lệ này ở công thức đối chứng là 71,5 và 71,7%. Trong giai đoạn từ tháng 01 đến tháng 3/2012 sau 90 ngày vùi tốc độ phân hủy của rơm rạ ở CT4 đạt 47,3%, trong khi đó công thức đối chứng CT1 mới đạt 35,6%. Như vậy cho thấy chính vì đất có phản ứng chua nên bón vôi làm tăng hiệu quả hoạt động của VSV phân hủy hữu cơ lên rất nhiều. Kết quả cũng cho thấy tốc độ phân hủy của các loại tàn dư khác nhau trong cùng điều kiện đất ngập nước cũng khác nhau. Tốc độ phân hủy của dây lạc nhanh hơn nhiều tốc độ phân hủy của rơm rạ vì C/N của thân lạc thấp nhất (17,29) so với rơm rạ (43,92) và cúc dại Thái Lan (38,08). 3.4.2.2. Tốc độ phân hủy tàn dư thực vật trong điều kiện đất ẩm Nghiên cứu cho thấy, trong vụ hè thu tốc độ phân hủy của dây lạc dại là mạnh nhất, sau đó tới cúc dại Thái Lan và rơm bị phân hủy chậm nhất. Trong các thí nghiệm, CT4 là công thức có tốc độ phân hủy mạnh nhất, sau đó tới CT3, CT2 và thấp nhất là công thức đối chứng CT1. Trong giai đoạn từ tháng 4 đến tháng 10/2011 độ phân hủy của rơm rạ sau 150 ngày đạt 78,3%, với dây lạc dại là 87,2%, trong khi đó cúc dại Thái Lan phân hủy được 79,1%. Ở công thức đối chứng tỷ lệ này đạt tương ứng là 70,1%, 76,7% và 73,1%. Trong giai đoạn từ tháng 01 đến tháng 3/2012 sau thời gian 90 ngày vùi, rơm rạ phân hủy được 39,9%, còn ở công thức đối chứng chỉ phân hủy được 29,3%. Toàn bộ các tàn dư thực vật đều bị phân hủy hết trong thời gian 180 ngày. Như vậy, cho thấy cùng một loại tàn dư thực vật ở những điều kiện khác nhau thì tốc độ phân hủy cũng khác nhau. Trên đất xám điển hình, rơm rạ và dây lạc phân hủy nhanh hơn trong điều kiện ruộng ngập nước. 19 3.4.3. Chất lượng đất trước và sau thí nghiệm 3.4.3.1. Chất lượng đất ngập nước Qua thí nghiệm cho thấy, hàm lượng OM% và N% tăng lên ở tất cả các công thức, CT4 là công thức có hàm lượng OM% tăng lên nhiều nhất lần lượt là 2,32% đối với rơm và 2,22% đối với dây lạc, sau đó đến CT3, CT2, cuối cùng là CT1 tăng lên ít nhất và không có ý nghĩa thống kê. Hàm lượng N% ở công thức CT4 tăng nhiều nhất là 0,16% đối với rơm và 0,13% đối với dây lạc dại. Tỷ lệ C/N của đất sau thí nghiệm đối với thí nghiệm vùi rơm rạ giảm từ 12,38 (CT1) xuống còn 8,43 (CT4), đối với thí nghiệm vùi dây lạc giảm từ 13,44 (CT1) xuống còn 9,93 (CT4). Như vậy tỷ lệ C/N trong các công thức CT4 đều thấp nhất, cho thấy chất hữu cơ và mùn ở đây đều được phân giải nhanh và mạnh, chất hữu cơ ở đây có chất lượng tốt nhất, mùn càng nhuyễn. 3.4.3.2. Chất lượng đất khô Trong các thí nghiệm công thức có hàm lượng OM% tăng lên nhiều nhất là CT4 lần lượt là 2,17% đối với rơm rạ, 2,15% với dây lạc dại và 1,98% với cúc dại Thái Lan, sau đó đến CT3, CT2, cuối cùng là CT1 tăng lên chậm nhất. Hàm lượng N% tăng lên cao nhất ở CT4 với rơm là 0,15% và đều tăng đến 0,12% đối với dây lạc và cúc dại Thái Lan. Tỷ lệ C/N của đất sau thí nghiệm đối với thí nghiệm vùi rơm rạ giảm từ 12,72 (CT1) xuống còn 8,41 (CT4), đối với thí nghiệm vùi dây lạc giảm từ 14,97 (CT1) xuống còn 10,42 (CT4), đối với thí nghiệm vùi cúc dại Thái Lan giảm từ 14,04 (CT1) xuống còn 9,59 (CT4). Đồng thời ở tất cả các thí nghiệm, CT4 đều có kết quả xử lý thống kê lớn hơn LSD0,05, ở các công thức còn lại các kết quả xử lý thống kê đều nhỏ hơn LSD0,05, cho thấy chất lượng chất hữu cơ ở CT4 đều là tốt nhất. 3.4.3.3. pH đất Sau khi tiến hành thí nghiệm pH của đất có sự thay đổi đáng kể, đặc biệt là pHKCl trước thí nghiệm thấp (4,1-4,8), sau thí nghiệm pHKCl tăng lên từ phản ứng chua lên phản ứng ít chua và trung tính, đối với những công thức có bổ sung thêm vôi và vi sinh vật, pHKCl tăng lên cao nhất là 6,50, đây là điều kiện thuận lợi giúp quá trình phân hủy diễn ra tốt hơn. Như vậy khi bón vôi và chế phẩm VSV, các tàn dư thực vật ở dạng hữu cơ thô đã được chuyển hóa thành hữu cơ của đất mà không bị khoáng hóa tận cùng. Vì vậy để nâng cao việc sử dụng các phụ phẩm nông nghiệp tại chỗ thì cần phân loại các loại tàn dư để sử dụng cho phù hợp: nếu muốn cung cấp dinh dưỡng nhanh cho cây trồng thì dùng loại phân hủy nhanh là dây lạc, còn nếu muốn giữ lại hàm lượng hữu cơ trong đất lâu giúp cải tạo tính chất đất thì sử dụng loại có tốc độ phân hủy chậm là rơm rạ. 3.5. Xác định các biện pháp canh tác thích hợp nhằm duy trì và nâng cao hàm lượng chất hữu cơ trong đất 3.5.1. Thí nghiệm trồng vải có cây che phủ trên đất đồi 3.5.1.1. Tốc độ sinh trưởng, phát triển và năng suất của các loại cây che phủ đất a) Tỷ lệ cây sống và thời gian bén rễ hồi xanh 20 Qua thực nghiệm cho thấy các cây phủ đất đều sinh trưởng và phát triển tốt, thời gian bén rễ hồi xanh và tỷ lệ cây sống được đánh giá là rất tốt. b) Diễn biến phát triển chiều cao thân của các cây phủ đất Cả ba loại cây đều phát triển tốt với tốc độ tăng trưởng chiều cao cây cùng với tốc độ đẻ nhánh, phân cành tương đối tốt. c) Năng suất các cây che phủ đất Trong 3 loại cây được trồng thử nghiệm, cây chè khổng lồ cho năng suất chất xanh trung bình cao nhất 273,02 tấn chất xanh/năm (tương ứng 52,80 tấn chất khô), thứ hai là cúc dại Thái Lan và cho năng suất thấp nhất là cây lạc dại với 46,40 tấn chất xanh/năm (tương ứng 4,97 tấn chất khô). 3.5.1.2. Mức độ ảnh hưởng của các cây che phủ đến chất lượng đất Với lượng chất xanh lớn, nếu không sử dụng làm thức ăn chăn nuôi mà đem vùi toàn bộ phần sinh khối thu hoạch được vào đất thì trong một năm các cây che phủ có thể hoàn trả lại cho đất từ 142,64 - 1.003,20 kg N/ha, 47,22 - 464,64 kg P2O5/ha, 88,47 - 897,60 kg K2O/ha. Lượng dinh dưỡng trả lại cho đất lớn nhất ở cây chè khổng lồ, kế tới là cây cúc dại Thái Lan và thấp nhất là lạc dại. Đối với các loại cây chịu hạn có thể hoàn trả lại cho đất 53,16 - 67,28 kg N/ha, 12,89 - 15,02 kg P2O5/ha, 32,58 - 43,88 kg K2O/ha. Lạc chịu hạn có lượng dinh dưỡng trả lại cho đất lớn hơn đỗ tương chịu hạn, thể hiện chi tiết tại bảng 3.3. Bên cạnh khả năng cung cấp dinh dưỡng, chất hữu cơ và cải thiện độ xốp đất, các cây phủ đất còn có khả năng giữ ẩm cho đất. Nghiên cứu cho thấy trồng cây phủ đất độ ẩm đất tăng lên từ 9,92% đến 32,29% so với đất để trống, không phủ đất. Dưới tán cây được phủ đất bằng cúc dại Thái Lan đất giữ ẩm cao nhất, tăng đến 32,29% so với đối chứng. Bảng 3.3. Thành phần dinh dưỡng và khả năng trả lại dinh dưỡng cho đất của lạc dại, cúc dại Thái Lan, chè khổng lồ, lạc chịu hạn và đỗ tương chịu hạn Tên cây Hàm lượng dinh dưỡng trong thân lá (%) Lượng dinh dưỡng trả lại cho đất (kg/ha) N P2O5 K2O N P2O5 K2O Lạc dại 2,87 0,95 1,78 142,64 47,22 88,47 Chè khổng lồ 1,90 0,88 1,70 1.003,20 464,64 897,60 Cúc dại Thái Lan 2,01 1,09 3,52 233,56 126,66 409,02 Lạc chịu hạn 3,45 0,77 2,25 67,28 15,02 43,88 Đỗ tương chịu hạn 2,97 0,72 1,82 53,16 12,89 32,58 Năm 2010, kết quả phân tích cho thấy khi trồng các cây che phủ đất tính chất lý, hóa học của đất được cải thiện theo chiều hướng có lợi cho cây trồng: chất hữu cơ, 21 đạm, lân, kali tổng số, độ ẩm, độ xốp có tăng lên đáng kể, riêng pHKCl thì có tăng nhưng không đáng kể, vẫn ở mức rất chua, pHKCl đều < 5. 3.5.2. Thí nghiệm xác định biện pháp bón phân hữu cơ, cày vùi tàn dư thực vật đối với cây hàng năm (chuyên lúa, lúa-màu và chuyên màu) Kết quả thí nghiệm cho thấy trồng lúa, trồng màu bón phân hữu cơ, phân vô cơ, kết hợp với cày vùi tàn dư thực vật đã làm chất lượng đất thay đổi đáng kể theo hướng thuận lợi cho cây trồng phát triển. 3.5.3. Hiệu quả kinh tế, xã hội và môi trường của các thí nghiệm đồng ruộng 3.5.3.1. Hiệu quả kinh tế Kết quả thí nghiệm cho thấy mới trồng có 1 năm cây cúc dại đã có khả năng giữ ẩm tốt, làm năng suất vải tăng một cách có ý nghĩa thống kê. Khi áp dụng các biện pháp bón phân hữu cơ, cày vùi tàn dư thực vật, năng suất của các cây trồng tăng từ 20,99% đến 31,36% so với đối chứng, tăng nhiều nhất là ở công thức trồng lạc thu đông có bón phân khoáng, phân hữu cơ và cày vùi thân lá sau khi thu hoạch (CT2, TN9), tăng thấp nhất là ở công thức trồng lúa mùa có bón phân khoáng, phân hữu cơ, cày vùi rơm rạ sau khi thu hoạch (CT2, TN8). Việc áp dụng các biện pháp bón phân hữu cơ, cày vùi tàn dư thực vật đối với đất lúa, chuyên màu và trồng các loại cây chịu hạn trên vùng đồi sẽ làm tăng thêm lợi nhuận cho người dân từ 272.000 đồng lên 4.435.000 đồng/ha so với đối chứng. Tính theo thu nhập thuần: Cao nhất là công thức 2 lúa có bón phân khoáng, phân phân hữu cơ, cày vùi rơm rạ sau khi thu hoạch (CT2, TN8) cho thu nhập thuần 21.712.000 đồng/ha và thấp nhất là công thức lạc chịu hạn thu đông trồng trên đồi vải (CT2, TN7) chỉ cho thu nhập thuần 6.869.000 đồng/ha. Tính theo mức độ lãi tăng so với công thức đối chứng: Cao nhất là công thức trồng 2 lúa có bón phân khoáng, phân phân hữu cơ, cày vùi rơm rạ sau khi thu hoạch (CT2, TN8) tăng 4.435.000 đồng/ha và thấp nhất là công thức Đỗ tương chịu hạn hè thu trồng trên đồi vải (CT3, TN7) chỉ tăng 272.000 đồng/ha. Đối với các cây trồng màu, công thức trồng cây lạc thu đông có bón phân khoáng, phân hữu cơ, vùi thân lá sau khi thu hoạch (CT2, TN9) cho lãi tăng so với đối chứng là cao nhất (2.617.000 đồng/ha). 3.5.3.2. Hiệu quả xã hội Qua phỏng vấn 15 hộ gia đình trong thôn Ngọc Sơn ở khu vực bố trí thí nghiệm, cả 15 hộ gia đình (100%) đều mong muốn được chuyển giao kỹ thuật để trồng các cây phủ đất trên vùng đồi trồng vải vì ngoài tác dụng che phủ đất đây còn là nguồn thức ăn xanh tốt cho gia súc và cá trắm cỏ. Các hộ nông dân ở đây rất muốn được áp dụng việc phủ đất cho vườn vải, song gặp khó khăn về giống. Khi áp dụng các cây che phủ đất sẽ tạo ra thêm việc làm cho người nông dân, bình quân trồng 1 ha cây 22 che phủ tạo thêm việc làm cho 5 - 8 lao động. Việc chuyển giao KHKT trong việc sử dụng các loại cây che phủ không gặp các khó khăn gì từ phía người nông dân của xã. 3.5.3.3. Hiệu quả môi trường Trong tất cả các thí nghiệm, đất được che phủ đều có ẩm độ cao hơn, đặc biệt trong thời mùa khô vào tháng 11 năm 2009 và năm 2010, độ ẩm đất ở các công thức có che phủ tăng lên rõ rệt. Ở các thí nghiệm môi trường sinh thái được cải thiện, sức khoẻ cộng đồng sẽ được đảm bảo. Việc phát triển cây phủ đất không chỉ nhằm vào mục đích kinh tế trực tiếp mà còn tôn tạo cho cảnh quan khu vực đẹp hơn. Trồng cây phủ đất góp phần tạo ra thảm cây xanh có một ý nghĩa nhân văn sâu rộng hơn là so với mục đích đa dạng sinh học thuần túy. 3.6. Đề xuất các giải pháp cải thiện chất hữu cơ trên đất xám 3.6.1. Đề xuất các mô hình cải thiện chất hữu cơ trên đất xám tỉnh Bắc Giang Qua kết quả các thí nghiệm đồng ruộng chúng tôi đề xuất các mô hình canh tác nhằm cải thiện chất hữu cơ trong đất xám tỉnh Bắc Giang như sau: Đối với đất đồi trồng vải: trồng các loại cây che phủ đất là lạc dại, cúc dại Thái Lan và chè khổng lồ; Đối với đất chuyên lúa, lúa màu, chuyên màu: tiến hành cày vùi tàn dư thực vật sau khi thu hoạch kết hợp với bón phân hữu cơ và vôi. Trên đất lúa màu, chuyên màu nên trồng các loại cây bộ đậu cho nhiều chất xanh như lạc, đậu tương,... sau khi thu hoạch nên vùi rễ, thân, lá lại đồng ruộng hoặc gặt lúa xong nên cày vùi thân rơm rạ lại đồng ruộng. Có thể sử dụng chế phẩm vi sinh vật Streptomyces hygroscopicus, mật độ VSV 109 CFU/g (bón 1.100 lít/ha) để đẩy nhanh tốc độ phân hủy tàn dư thực vật trong đất. 3.6.2. Các giải pháp cải thiện chất hữu cơ trên đất xám tỉnh Bắc Giang Các biện pháp cải thiện chất hữu cơ và mùn trên đất xám tỉnh Bắc Giang là: Biện pháp tăng cường tuần hoàn hữu cơ cho đất; Biện pháp bón phân hữu cơ; Biện pháp bón vôi và Biện pháp canh tác. 23 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 1. Kết luận 1) Theo phân loại đất của FAO-UNESCO năm 2010 huyện Lạng Giang có 16.884,20 ha đất xám với 3 đơn vị đất là: đất xám điển hình (ACh) 3.824,00 ha, đất xám có tầng loang lổ (ACp) 8.296,50 ha và đất xám feralit (ACf) 4.763,70 ha. Ba đơn vị đất xám này có độ phì từ trung bình đến thấp, với các tính chất cơ bản là: Thành phần cơ giới đất tầng mặt từ thịt pha cát đến sét; đất có phản ứng chua với lượng Al3+ di động cao, Ca và Mg trao đổi thấp; hàm lượng hữu cơ tổng số từ thấp đến trung bình; CEC từ dao động từ 6,78 đến 14,55 lđl/100g đất; đạm lân, kali tổng số dao động từ nghèo đến trung bình; Các dinh dưỡng dễ tiêu đều ở mức trung bình đến nghèo. 2) Hàm lượng chất hữu cơ (OM%) và mùn ở tầng mặt trên 3 đơn vị đất xám đều từ thấp đến trung bình (tương ứng từ 1,85 - 3,89% và 1,48 - 3,45%). Trên đất xám có tầng loang lổ loại hình sử dụng đất chuyên lúa có hàm lượng mùn ở tầng mặt cao nhất (2,23%), thấp nhất là loại hình lúa màu và chuyên màu (1,98%). Trên đất xám feralit loại hình sử dụng đất rừng sản xuất có hàm lượng mùn ở tầng mặt cao nhất (3,45%) và thấp nhất là ở cây ăn quả (2,92%). Trên đất xám điển hình loại hình sử dụng đất lúa màu có hàm lượng mùn ở tầng mặt cao nhất (2,21%) và thấp nhất ở loại hình cây ăn quả (1,53%). Trữ lượng chất hữu cơ và mùn trên đất xám (tầng mặt) dưới các loại hình sử dụng đất đều thấp, dao động tương ứng từ 26,31 đến 80,86 tấn/ha và 20,07 đến 71,76 tấn/ha: Trữ lượng mùn cao nhất là ở loại hình rừng sản xuất trên đất xám feralit và thấp nhất là ở loại hình cây ăn quả trên đất xám điển hình, tuy nhiên loại hình sử dụng đất rừng sản xuất lại có chất lượng chất hữu cơ và mùn thấp nhất, chất lượng khá tốt là loại hình sử dụng đất chuyên màu, chuyên lúa và lúa – màu. Tỷ lệ C/N trong 3 đơn vị đất dao động trong khoảng 4,61-10,27. Tỷ lệ CH/CF < 1, dao động trong khoảng 0,41 đến 0,61, mùn thuộc nhóm fulvat (mùn chua) chiếm ưu thế. 3) Tốc độ phân hủy của tàn dư thực vật trên đất xám điển hình có sự khác nhau: Trong điều kiện ruộng nước tốc độ phân hủy của dây lạc nhanh hơn tốc độ phân hủy của rơm rạ, trong thời gian 150 ngày dây lạc đã phân hủy tới 90% trong khi tốc độ phân hủy của rơm chỉ đạt 81,1%. Trong giai đoạn từ tháng 4 đến tháng 10/2011 ở điều kiện ruộng cạn tốc độ phân hủy của dây lạc cũng nhanh hơn tốc độ phân hủy của rơm rạ và cúc dại Thái Lan, trong 150 ngày vùi tốc độ phân hủy lần lượt là 87,2%, 78,3% và 79,1%, toàn bộ tàn dư thực vật được vùi đều phân hủy hết trong vòng 180 ngày. Bổ sung thêm vôi và chế phẩm vi sinh vật đã đẩy nhanh tốc độ phân hủy các tàn dư thực vật và làm giảm tỷ lệ C/N ở mức thấp nhất (8,41). 4) Đỗ tương chịu hạn, lạc chịu hạn, lạc dại, cúc dại Thái Lan và chè khổng lồ rất thích hợp với việc phủ đất ở vùng đồi trồng vải ở huyện Lạng Giang. Khi vùi toàn bộ phần sinh khối thu hoạch được vào đất thì lượng dinh dưỡng tương ứng hoàn trả lại cho đất là 142,64 - 1.003,20 kg N/ha, 47,22 - 464,64 kg P2O5/ha, 88,47 - 897,60 kg K2O/ha. Lượng dinh dưỡng trả lại cho đất lớn nhất ở cây chè khổng lồ, tiếp theo là cây 24 cúc dại Thái Lan và thấp nhất là lạc dại. Các cây che phủ, đặc biệt là cúc dại Thái Lan còn làm tăng lượng hữu cơ trong đất, tăng độ xốp đất và giữ ẩm đất vào mùa khô. 5) Trồng cây che phủ đất dưới tán vải, sử dụng phân hữu cơ kết hợp cày vùi tàn dư thực vật ở đất chuyên lúa, lúa màu và chuyên màu đã cho hiệu quả cao về kinh tế, xã hội và môi trường. Thu nhập thuần trên đất tăng từ 6.869.000 đồng/ha ở công thức Lạc chịu hạn vụ thu đông (CT2, TN7) đến 21.712.000 đồng/ha ở công thức 2 lúa có bón phân khoáng, phân phân hữu cơ, cày vùi rơm rạ sau khi thu hoạch (CT2, TN8). Theo mức độ lãi tăng so với đối chứng: Cao nhất là công thức 2 lúa có bón phân khoáng, phân phân hữu cơ, cày vùi rơm rạ sau khi thu hoạch (CT2, TN8) tăng 4.435.000 đồng/ha và thấp nhất là công thức Đỗ tương chịu hạn hè thu trồng trên đồi vải (CT3, TN7) chỉ tăng 272.000 đồng/ha. Mức độ chấp nhận của người dân về các thí nghiệm đồng ruộng là rất cao (100%). Các thí nghiệm đồng ruộng được đánh giá đều có hiệu quả cao về môi trường. 6) Để nâng cao hàm lượng chất hữu cơ và độ phì của đất xám huyện Lạng Giang, tỉnh Bắc Giang cần phải tiến hành tổng hợp nhiều biện pháp đã đề xuất, trong đó trọng tâm là biện pháp canh tác và tăng cường tuần hoàn chất hữu cơ trong đất. Cụ thể là: - Trồng các loại cây che phủ đất là lạc dại, cúc dại Thái Lan, lạc chịu hạn và đỗ tương chịu hạn dưới tán vải và một số cây lâu năm khác. - Đối với đất cây hàng năm: cày vùi tàn dư thực vật kết hợp bón phân hữu cơ và bón vôi. Đưa cây họ đậu (lạc và đỗ tương) vào cơ cấu cây trồng trên đất lúa màu và chuyên màu ít nhất 1 vụ/năm. Có thể sử dụng chế phẩm VSV có khả năng phân giải xenlulo để đẩy nhanh tốc độ phân hủy tàn dư thực vật trong đất. 2. Kiến nghị 1) Để việc bảo vệ, cải thiện và nâng cao chất lượng hữu cơ, bảo vệ môi trường, cải tạo chất lượng đất, nâng cao hiệu quả sử dụng đất, nâng cao thu nhập cho người nông dân, làm cơ sở xây dựng cho một nền nông nghiệp phát triển bền vững đề nghị chỉ đạo thực hiện đồng bộ các giải pháp đã đề xuất trên. 2) Tăng cường các hoạt động khuyến nông, khuyến lâm, hỗ trợ về cơ chế, chính sách để người nông dân có ý thức trong việc sử dụng, bảo vệ và cải tạo chất lượng đất. Các phòng ban chức năng cần tuyên truyền phổ biến cho bà con nông dân nhận thức được vai trò của việc bảo vệ chất lượng đất, tăng cường các biện pháp duy trì độ ẩm, đặc biệt là tăng lượng chất hữu cơ cho các loại hình sử dụng đất. DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN 1. Vũ Thị Hòa, Luyện Hữu Cử, Nguyễn Hữu Thành và Lê Thái Bạt (2009). Nghiên cứu tình hình chất hữu cơ dưới một số loại hình sử dụng đất ở huyện Lạng Giang, tỉnh Bắc Giang, Tạp chí Khoa học Đất, (31): 14 - 19. 2. Luyện Hữu Cử, Cao Việt Hà và Vũ Hữu Yêm (2011). Đánh giá chất lượng đất xám ở huyện Lạng Giang, tỉnh Bắc Giang, Tạp chí Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn (21): 35 - 40. 3. Luyện Hữu Cử, Bùi Thị Hoàn và Cao Việt Hà (2013). Đánh giá tốc độ phân hủy tàn dư thực vật trong đất xám bạc màu huyện Lạng Giang, tỉnh Bắc Giang, Tạp chí Khoa học và Phát triển, 11(4): 525 - 531.