I chất hữu cơ trong đất

Các hợp chất mùn cũng có thể được tách, phân đoạn thành những thành phần cấu tạo nhỏ hơn nữa bằng cách lợi dụng mức độ hòa tan khác nhau của chúng trong những dung môi khác nhau. Phương pháp phân lập được sử dụng rộng rãi là kết tủa humic acids từ dung dịch trích, khi dung dịch này được làm chua hóa đến pH = 1. Thành phần còn lại trong dung dịch này (không kết tủa) được gọi là fulvic acid.

Fulvic acid thường ngưng tụ kém hơn, nhưng có tính oxi hóa cao hơn humic acid (có nhiều gốc chức năng chứa oxygen hơn), và có trọng lượng phân tử thấp hơn là humic acid. Fulvic acid được coi là hợp chất trẻ nhất, có tính di động nhất và là thành phần hoạt động nhất của hợp chất mùn trong đất và vì vậy chúng được xem là thành phần có ý nghĩa nhất trong các tiến trình hình thành đất. Ví dụ, sự tích lũy chất hữu cơ trong tầng Spodic của đất Spodosols là do sự tích lũy Al các phức chất Al và Fe với fulvic acids.

Humic acid thể hiện mức độ mùn hóa cao, tính ngưng tụ cao hơn fulvic acids trong đất, chúng ít di động hơn, nhưng liên kết chặt hơn với các sét silicate có cấu trúc dạng lớp. Vì những lý do này và do trọng lượng phân tử cao hơn, nên humic acid được xem là thành phần chính tạo sự ổn định của các hạt kết của đất và thành phần ít nhạy cảm với sự phân giải của vi sinh vật.

Việc xác định trọng lượng tương đối của humic acid và fulvic acid (tỉ lệ FA/HA) trong đất được dùng để phân loại đất. Ngoài ra, chúng cũng có thể giúp ta xác định động thái của hợp chất mùn trong đất. Có 1 một số nghiên cứu về vấn đề này trên các loại đất nhiệt đới cho thấy rằng có sự tương quan giữa khí hậu và tỉ lệ của hai dạng acids này trong hợp chất mùn. Trong điều kiện rửa trôi mạnh sẽ có khuynh hướng hình thành fulvic acid. Fulvic acid có thể được tích lũy trong điều kiện nhiệt đới gió mùa hơn là điều kiện khí hậu ẩm. Spodosols và Oxisols có tỉ lệ FA/HA tối thiểu trong những mùa khô, tỉ lệ này gia tăng trong mùa mưa, nhưng sau đó sẽ thấp trở lại khi đất bị ngập nước. pH và hàm lượng sét vô định hình (sesquioxides - các oxides Si, Fe, Al- của đất cũng góp phần vào làm tăng mức độ polymer hóa các hợp chất mùn như diễn biến trong đất Andisols.
2.3.2 Đặc điểm của mùn

Dựa trên các phương pháp phân tích hóa học, các gốc chức năng có chứa Oxygen của dịch trích FA và HA từ các loại đất được hình thành trong các điều kiện khác nhau được trình bày trong bảng sau:

Tổng độ chua của hợp chất mùn thể hiện tổng lực phản ứng của mùn. Tổng độ chua bao gồm chức năng mang tính acid như carboxyls (-COOH) và phenolic-OH. Các gốc chức năng khác như alcoholic-OH, carbonyl (=CO), và methoxyl (-OCH₃), mặc dù không góp phần vào tổng độ chua, nhưng chúng góp phần vào sự hình thành các phức chất bằng cách tạo các nối giữa chất hữu cơ với các nguyên tố cation kim loại và các khoáng silicates.

Do các loại đất nhiệt đới thường có tính kiềm tương đối thấp (Oxisols và Ultisols), nên các hợp chất mùn trong thành phần hữu cơ của đất là nguồn chủ yếu duy trì độ phì nhiêu của đất. Các biện pháp kỹ thuật quản lý đất phải là các biện pháp hướng trực tiếp đến hướng cải thiện hàm lượng chất hữu cơ của đất.

Chất hữu cơ trong đất thực tế không hòa tan được trong nước, mặc dù có một phần rất nhỏ có thể tạo huyền phù trong nước nguyên chất. Chất hữu cơ có khả năng hòa tan mạnh trong dung dịch kiềm loãng, và một phần có thể phân ly trong acid loãng.

Một trong những tính chất quan trọng của chất hữu cơ là hàm lượng đạm chứa trong chất hữu cơ, hàm lượng N này thường biến động từ 3 – 6 %, tuy nhiên hàm lượng N có thể thấp hay cao hơn hàm lượng trung bình này. Nhưng hàm lượng carbon thì ít biến động hơn và thường chiếm khoảng 58 %. Vì vậy, để tính toán hàm lượng hữu cơ trong đất, chúng ta có thể xác định % carbon (C %), và hàm lượng chất hữu cơ là %C*1,724. Tỉ lệ giữa C và N (C\N) trong đất thường là 10-12. Tỉ lệ này thay đổi tùy thuộc và nguồn gốc của các thành phần hữu cơ, giai đoạn phân giải của chất hữu cơ, tính chất và độ sâu của đất, và các điều kiện khí hậu và môi trường khác nơi đất được hình thành.

Chất hữu cơ của đất cũng là nơi dự trữ lân và lưu huỳnh hữu cơ. Cũng như đạm hữu cơ, lân và lưu huỳnh hữu cơ sẽ được giải phóng trong quá trình khoáng hóa chất hữu cơ. Cả hai chất lân và lưu huỳnh hữu cơ đều trải qua quá trình khoáng hóa và hấp thụ sinh học tùy thuộc vào điều kiện thời tiết và tỉ lệ tương đối của chúng với carbon cao hay thấp.

Một tính chất quan trọng khác của chất hữu cơ là khả năng trao đổi cation cao của chúng (200 meq/100 g). Khả năng trao đổi cation thường có liên quan đến gốc chức năng như carboxyl (-COOH) và phenolic-OH.

Phản ứng trao đổi cation của mùn được trình bày như phương trình sau:

R-C-OH + KCl  R-C-OK + HCl

Phương trình cho thấy KCl hòa tan trong nước phản ứng với các gốc chức carboxyl của chất hữu cơ. Ion K trao đổi ion H với gốc carboxyl. Ion K hấp phụ với 1 lực đủ mạnh để làm hạn chế sự mất ion này do quá trình rửa trôi trong đất, nhưng lực giữa ion K này vẫn còn đủ yếu để rễ cây trồng có thể hấp thu trao đổi được.

Chất hữu cơ trong đất có khả năng hấp thụ một lượng nước rất lớn nên chúng có tính co ngót và trương nở mạnh. Tuy nhiên, nếu chúng bị mất nước hoàn toàn, thì lực hấp thu nước bị giảm mạnh. Chất hữu cơ của đất còn là một yếu tố quan trọng trong việc hình thành các hạt kết nên chúng sẽ làm tăng tốc độ thấm nước ban đầu của đất sẽ giảm được nguy cơ xói mòn của đất. Ngoài ra hàm lượng các gốc chức năng cao sẽ tạo điều kiện dễ dàng cho sự hình thành các phức chất với các nguyên tố dinh dưỡng vi lượng, làm cho các nguyên tố này có thể di chuyển dễ dàng trong suốt phẫu diện đất, nhất là khi chúng kết hợp chất mùn có trọng lượng phân tử thấp và di động cao.
2.4 Sự hình thành chất hữu cơ trong đất

Chất hữu cơ trong đất là một hỗn hợp của rất nhiều hợp chất hữu cơ khác nhau. Tuy nhiên, hai loại hợp chất, hợp chất mùn và các hợp chất polysaccharides hình thành nên hơn 80 % tổng chất hữu cơ trong đất.

Hợp chất mùn trong chất hữu cơ trong đất là một polymer của các đơn vị phenolic phức tạp được nối với các amino acids, peptides, amino đường, và các thành phần hữu cơ khác. Tham gia vào quá trình mùn hóa có protein, lipid, lignin, tanan và các sản phẩm khác của quá trình phân giải chất hữu cơ. Từ các vật liệu hữu cơ ban đầu được phân giải thành các sản phẩm trung gian và các hợp chất trung gian này lại liên kết với nhau tạo thành những hợp chất phức tạp và các hợp chất phức tạp này lại nối với nhau một lần nữa để tạo thành các đại phân tử lớn hơn và ổn định hơn.

Sau khi được nối với nhau, các phân tử phenolic nhạy cảm có thể bị oxi hóa trở lại và trải qua quá trình liên kết khác. Các phản ứng polymer hóa cũng có thể bao gồm sự hình thành nên các gốc chức năng cơ bản. Các gốc phenolic được hình thành thông qua tác động của phenolases và peroxidases có thể sẽ được ổn định thông qua các nối này. Các hợp chất mùn có thể khác nhau rất lớn về thành phần cấu tạo liên quan đến các đơn vị cấu trúc hiện diện trong một vi môi trường nhất định trong quá trình hình thành. Tuy nhiên, tất cả đều có những tính chất chung như chúng có rất nhiều các gốc chức năng, chủ yếu là các gốc COOH, phenolic-OH.

Một số vi sinh vật, nhất là nấm Streptomyces, tổng hợp các vật liệu có màu sậm tương tự như các hợp chất mùn. Chúng có thể được hình thành trong môi trường nuôi cấy, trong tế bào, hay trong cả hai môi trường. Chúng là các polymer phenolic kết hợp với các peptides và các chất khác như althraquynones và cũng có thể là các hợp chất napthelenic. Hàm lượng peptides hay phenolic có thể thay đổi rất lớn phụ thuộc vào hàm lượng và loại nguồn đạm và các điều kiện khác. Các polymer do nấm hình thành này có tính chất tương tự như humic acid trong đất về mặt CEC, tổng độ chua, hàm lượng carbon các gốc phenolic.

Các phenolic đơn trong đất không bị phân giải hoàn toàn như những chất hữu cơ dễ phân giải: glucose, acetic acid, amino acid, proteins, và polysacchrides. Các phenolic có hoạt tính thấp, nếu các vòng thơm bị phá vỡ, thì carbon của phenol sẽ bị mất tương tự như sự mất carbon trên các hợp chất dễ dàng phân giải khác. Điều này cho thấy là một phần của vòng phenolic nằm trong cấu trúc của mùn trong đất, được bảo vệ bởi sự hiện diện của mùn hay sét, hay sự liên kết thành các polymer phenolic bởi một số loại vi sinh vật đất.

Các nghiên cứu với các hợp chất hữu cơ bằng C¹⁴ đánh dấu cho thấy rằng các chất mùn mới, mặc dù tương đối bền đối với sự phân giải của vi sinh vật, vẫn tiếp tục phân giải với tốc độ cao hơn tốc độ phân giải của mùn đã được hình thành lâu đời. Điều này có thể là do một phần các phân tử mới nhạy cảm với sự phá vỡ của vi sinh vật hơn. Các polymer có cùng dạng humic acid do nấm tạo thành có thể bị phân giải 5 – 30 % trong thời gian 3 - 6 tháng.

Polysacchrides là thành phần cấu tạo hay là các sản phẩm trao đổi chất của các sinh vật chủ yếu trong đất. Hầu hết polysaccharides của thực vật, động vật và vi sinh vật là các chất rất dễ phân giải, nhưng cũng có một số ít khá bền với sự phân giải này, và có từ 10 – 30 % chất hữu cơ trong đất chứa polysaccharides, thành phần khá bền đối với sự phân giải của vi sinh vật. Phần lớn các polysacchrides của thực vật và các vi sinh vật có 12 đơn vị cấu trúc (hay cao hơn).

Tất cả các phương pháp hiện đại dùng để tách các phân tử hữu cơ trong tổng hợp mùn được áp dụng đối với polysaccharide của đất, nhưng tất cả các thành phần thu được chỉ chứa khoảng 10 đơn vị cấu trúc. Do đó người ta kết luận rằng có thể các quy trình sử dụng tách polysaccharides không đúng, nhưng cũng có thể là thành phần polysaccharides được hình thành trong trạng thái tương tự như humic acid.

Các đơn vị polysaccharides của thực vật và vi sinh vật trong tất cả các giai đoạn phân giải có thể tác dụng như là những khung hình thành nên những polymer riêng biệt đối với môi trường đất. Các kết hợp của các chất tương đối bền vững thông qua sự hình thành các mối hay các phức chất với các ion kim loại hay các sét có thể hình thành các thành phần polysaccharides bền vững của chất hữu cơ trong đất. Polysaccharides với các đơn vị amino đường có thể bền vững do sự liên kết thông qua các gốc amino tự do với các phân tử humic acid.

Các thành phần cấu tạo có dạng polysaccharides của màng tế bào vi sinh vật bao gồm rất nhiều đơn vị cấu trúc, bao gồm nhiều amino đường và amino acids. Một số các chất này, hay một phần của các phân tử phức tạp, sẽ trải qua quá trình liên kết với các polymer phenolic trong đất thông qua các gốc amoni và vì vậy chúng trở nên bền vững hơn.
2.5 Vai trò chất hữu cơ trong đất

2.5.1 Cải thiện các tính chất vật lý đất

Nếu các thành phần cấp hạt cát, thịt và sét của đất có tính phân tán cao làm cho nước không thể xâm nhập vào đất và rễ cây trồng không thể xuyên phá lớp váng cứng vào trong đất, thì năng suất cây trồng sẽ bị giảm nghiêm trọng, ngay cả khi các chất dinh dưỡng hiện diện đầy đủ trong đất (Harric và cộng tác viên, 1966). Trên quan điểm vật lý học, một loại đất tốt là đất trong đó có hạt đất nhỏ được liên kết thành những hạt kết bền vững với tác động của nước. Những loại đất không hình thành lớp váng cứng như thế, sẽ có tốc độ thấm ban đầu rất nhanh khi mưa hay sau khi tưới, làm giảm được sự xói mòn, đất có thể được canh tác dễ dàng hơn độ thoáng sẽ tăng cao hơn, và sẽ tăng cường được khả năng hô hấp của rễ cây và các hoạt động của vi sinh vật trong đất (Russell, 1961) đã cho rằng trong một loại đất nông nghiệp tốt nhất trên thế giới thì các chất liên kết trong tự nhiên phần lớn là các chất hữu cơ và chúng được hình thành trong quá trình phân giải vi sinh vật của các dư thừa hữu cơ trong đất.

Thông thường các dư thừa hữu cơ chứa một tỷ lệ tương đối cao các thành phần hữu dụng có tác động tạo nối nhanh nhất và lớn nhất trong đất, nhưng ảnh hưởng đến sự hình thành các hạt kết chỉ kéo dài trong một thời gian ngắn nhất. Các vật liệu càng bền vững yêu cầu thời gian càng lâu dài để hình thành các hạt kết, nhưng tác động đến việc hình thành hạt kết kéo dài theo thời gian. Bón nhiều chất hữu cơ cho đất sẽ có hiệu quả hơn trong việc hình thành các hạt kết, và sự tạo hạt kết thường tăng nhanh trong trường hợp đất có hàm lượng hạt kết thấp. Sự sinh trưởng của cây trồng, nhất là các đồng cỏ, có thể làm tăng sự hình thành hạt kết trong đất (Jonsonton, 1942). Điều này có thể là do một khối lượng rễ cỏ rất lớn được để lại trong đất, các vi sinh vật đất sẽ sử dụng, và cũng có thể do rễ cỏ phân bố khá đều trong toàn bộ thể tích đất.

Sau khi bón các dư thừa hữu cơ vào trong đất, hay cày vùi các đồng cỏ, các hạt kết trong đất sẽ giảm. Để duy trì cấu trúc đất tốt, cần thiết phải bón các dư thừa hữu cơ theo chu kỳ hay luân canh cây trồng. Nhiệt độ thấp sẽ thích hợp cho việc kéo dài thời gian hình thành hạt kết, trong khi nhiệt độ cao sẽ nhanh chóng làm hủy hoại các chất liên kết các hạt đất (Harros, 1966).

Trong thời gian hoạt động của vi sinh vật xảy ra mạnh mẽ sau khi bón các dư thừa hữu cơ, các tế bào và hệ sợi nấm có thể liên kết cơ học với các hạt đất với nhau (Aspiras, 1971), nhưng các chất được tổng hợp bởi các sinh vật đất thường được xem là có tầm quan trọng hơn. Các thành phần khác nhau của chất hữu cơ trong đất có liên quan chặt đến quá trình hình thành hạt kết trong đất nhưng thành phần polysaccharide cũng có thể có tầm quan trọng đặc biệt. Tác động cement hóa cao của các keo polysaccharides do (i) chiều dài và cấu trúc thẳng của chúng cho phép chúng tiếp xúc được với nhiều hạt đất, (ii) bản chất uyển chuyển cho phép chúng tiếp xúc được với nhiều điểm trên bề mặt các hạt đất, (iii) với số lượng lớn các gốc OH, tạo được nối hydrogen, và (iv) các gốc COOH cho phép tạo nối thông qua các cation.
2.5.2 Hàm lượng và sự phân bố chất hữu cơ trong đất

Trong quá trình hình thành và phát triển đất, chất hữu cơ được tích lũy từ các dư thừa thực vật sinh trưởng trên đất tại chỗ. Chất hữu cơ trong đất được tích lũy liên tục cho đến khi đạt được sự cân bằng giữa tốc độ tích lũy và tốc độ phân giải chất hữu cơ.

Chất hữu cơ thường hiện diện với hàm lượng cao ở tầng đất mặt và giảm dần theo độ sâu của đất. Sự phân bố chất hữu cơ theo độ sâu của đất luôn tương ứng với hàm lượng N trong đất.

Thông thường, khi bón nhiều dư thừa hữu cơ, hàm lượng chất hữu cơ trong đất sẽ tăng. Do đó, chúng ta có thể hiểu được là đất trong các sa mạc sẽ chứa hàm lượng hữu cơ thấp. Khi lượng mưa tăng, kèm theo sự gia tăng sản xuất chất khô của thực vật nên hàm lượng chất hữu cơ trong đất sẽ gia tăng.

Trong một phạm vi nhất định, nhiệt độ bình quân hàng năm tăng có thể làm giảm hàm lượng chất hữu cơ trong đất. Một nguyên nhân chính là khi nhiệt độ tăng tốc độ hoạt động của vi sinh vật và sự phân giải chất hữu cơ sẽ tăng. Tuy nhiên, điều này không hoàn toàn đúng với vùng nhiệt đới ẩm, trong những vùng này, hàm lượng chất hữu cơ trong đất đôi khi cao hơn so với các loại đất vùng ôn đới.

Điều này có thể do trong vùng nhiệt đới không có băng giá nên thích hợp cho sự phát triển của thực vật, nên làm tăng hàm lượng chất hữu cơ trong đất. Nhiều loại đất trong vùng nhiệt đới có hàm lượng khoáng sét cao và chứa nhiều loại khoáng sét vô định hình (allophanes), khoáng này tương tác với chất hữu cơ và bảo vệ chống lại sự phân giải chất hữu cơ.

Trong cùng một điều kiện khí hậu, người ta nhận thấy đất đồng cỏ thường có hàm lượng chất hữu cơ trong tầng đất mặt và các tầng đất sâu bên dưới cao hơn so với đất rừng. Điều này, có thể là do sự khác nhau về mặt sinh trưởng của thực vật và dư thừa thực vật được vùi lại trong đất. Rễ của thực vật đồng cỏ có chu kỳ sinh trưởng ngắn, và hàng năm đều có sự phân giải các rễ chết, góp phần vào hàm lượng chất hữu cơ được mùn hóa trong đất. Ngoài ra, hàm lượng rễ cũng tăng dần theo độ sâu của đất. Ngược lại, trong đất rừng, rễ cây có chu kỳ sống lâu dài hơn và sự bổ sung các dư thừa hàng năm chủ yếu thông qua các lá rụng và phần gỗ chết rơi trên tầng đất mặt.

Các nghiên cứu cho thấy rằng trong mỗi hệ sinh thái, tổng hàm lượng chất hữu cơ tương tự nhau, nhưng trong đất rừng phần lớn các chất hữu cơ được liên kết chặt trong phần cây sống (đang sinh trưởng). Trong khi đó, đối với đất đồng cỏ có đến 90 % chất hữu cơ lại hiện diện trong đất. Khi con người khai hoang trong rừng, họ đốt hay khai thác gỗ, họ lấy đi ½ chất hữu cơ trong hệ sinh thái rừng. Nhưng khi cày vỡ đất đồng cỏ, toàn bộ chất hữu cơ sẽ được bỏ lại trong đất, ngay cả khi người ta đốt cỏ làm đất. Những khác biệt về hàm lượng và sự phân bố chất hữu cơ là một trong những lý giải tại sao năng suất cây trồng trên đất đồng cỏ cao hơn đất phát triển trên thảm thực vật rừng.

Hàm lượng chất hữu cơ có thể bị giảm do quá trình canh tác, nhưng nếu canh tác có sự bổ sung liên tục các loại dư thừa hữu cơ có thể làm tăng hàm lượng chất hữu cơ trong đất. Ngay cả khi đất không bị xói mòn, nếu canh tác liên tục, hàm lượng chất hữu cơ có thể bị mất nhanh chóng. Người ta nhận thấy rằng tốc độ mất chất hữu cơ của đất xảy ra rất nhanh khi đất mới được khai phá đưa vào sản xuất nông nghiệp, sau đó tốc độ mất giảm dần và hàm lượng chất hữu cơ đạt tới mức cân bằng mới.

Các loại đất vùng khô hạn chứa hàm lượng chất hữu cơ rất thấp. Nhưng nếu vùng đất khô hạn được canh tác và có tưới thì hàm lượng chất hữu cơ trong đất sẽ đạt mức cân bằng mới cao hơn mức cân bằng trước đó.

Khi chúng ta dùng thuật ngữ “tính bền vững sinh học”, không có nghĩa là chất hữu cơ của đất hoàn toàn kháng lại sự phân giải bởi các vi sinh vật. Nghĩa của tính bền vững sinh học ở đây là một khái niệm, trong đó chất hữu cơ tương đối ổn định đối với sự tấn công về mặt sinh hóa bởi các tác nhân sinh học trong đất. Nguyên nhân tạo tính bền vững chất hữu cơ trong đất hay mùn chưa được hiểu biết rõ ràng. Những nguyên nhân được nhận biết là: (a) tính bền vững của một số thành phần hóa học của các dư thừa thực vật, động vật đối với sự tấn công của vi sinh vật; (b) tính bền vững về mặt sinh học của các hợp chất sinh học của các hợp chất mùn; (c) sự bảo vệ của chất hữu cơ chống lại sự tấn công sinh hóa thông qua sự tương tác của chúng với sét, và (d) các yếu tố sinh học và/ hay các môi trường sinh học nhất định hiện diện ở các điểm có sự tích lũy chất hữu cơ.

Ngoài các yếu tố nhiệt độ và ẩm độ, yếu tố địa hình ảnh hưởng rất lớn đến hàm lượng chất hữu cơ trong đất. Chất hữu cơ có xu hướng tích lũy nhiều trong đất ngập nước hay các vùng đầm lầy so với các vị trí có khả năng tiêu nước tốt và chất hữu cơ được tích lũy trong đất sét nhiều hơn so với đất cát. Tuy nhiên, trong đất ngập nước, hay đất than mùn, đầm lầy, xu hướng tích lũy chất hữu cơ có thể chịu ảnh hưởng bởi (a) hàm lượng dư thừa thực vật sản xuất hàng năm, (b) chất lượng hay bản chất hóa học các dư thừa thực vật, hay (c) tốc độ và thời gian phân giải trong môi trường yếm khí. Các loại đất có sa cấu mịn thường sản xuất với khối lượng thực vật cao hơn so với đất cát do độ phì nhiêu thường cao hơn và các quan hệ về nước đất trong môi trường này thích hợp hơn cho sự phát triển của thực vật. Ngoài ra, trong môi trường này sự phân giải chất hữu cơ bị chậm hơn do tác động bảo vệ của các khoáng sét chiếm ưu thế trong đất có sa cấu mịn so với đất có sa cấu thô.
2.5.4 Duy trì chất hữu cơ trong đất

Vấn đề chính mà nông dân ngày nay thường phải đối đầu đó là việc duy trì sự cung cấp đầy đủ chất hữu cơ cho đất. Kinh nghiệm cho thấy rằng rất khó làm tăng hàm lượng hữu cơ trong đất. Thực tế, tốc độ giảm hàm lượng chất hữu cơ trong đất bị mất do quá trình canh tác thường rất chậm, thường từ 3 đến 5 % mỗi năm, trong khi đó các tính chất khác của đất ảnh hưởng đến năng suất cây trồng như cấu trúc đất, bị giảm với tốc độ nhanh hơn rất nhiều. Vì vậy, chỉ khi hàm lượng chất hữu cơ thấp hơn một ngưỡng nào đó thì đất sẽ không còn khả năng sản xuất nữa. Nhiều loại đất canh tác cây trồng cạn của chúng ta có thể hàm lượng chất hữu cơ gần đạt mức ngưỡng này nên cần thiết phải có các biện pháp ngăn chặn sự mất chất hữu cơ trên các loại đất này.

Mặc dù có sự kiệt quệ chất hữu cơ nhanh chóng trong các loại đất ngay sau khi khai phá để sản xuất nông nghiệp trong các vùng khí hậu ẩm, nhưng tốc độ này thường không kéo dài quá lâu.

Trong quá trình canh tác lâu dài, chất hữu cơ trong đất sẽ đạt đến mức độ ổn định. Mức độ ổn định này được quyết định bởi các điều kiện môi trường kết hợp với một loại đất nhất định. Một lần nữa, khi hàm lượng chất hữu cơ giảm đến mức độ thấp, muốn nâng hàm lượng này lên mức độ như nguyên thủy, cần thiết phải thiết lập lại thảm thực vật nguyên thủy trên đất này. Trong thời kì của mức độ cân bằng mới của chất hữu cơ trong đất phải đạt được mức độ bằng với mức độ trước khi đất này được sử dụng cho sản xuất nông nghiệp.

Khi đất được canh tác, chúng hoàn toàn có thể nhưng rất tốn kém để duy trì hàm lượng chất hữu cơ đạt đến mức độ như trạng thái nguyên thủy. Do đó, nếu duy trì hàm lượng chất hữu cơ trong đất cao hơn mức độ thích hợp cho năng suất cây trồng cao sẽ là biện pháp không kinh tế. Vì vậy, nên chú ý đến chu kỳ bón chất hữu cơ cho đất, có thể là bón thường xuyên các vật liệu hữu cơ tươi, mỗi lần bón một lượng nhỏ, thay vì duy trì chất hữu cơ trong đất bằng biện pháp bón chất hữu cơ không theo chu kỳ với một khối lượng lớn trong một lần bón.

Do có nhiều ảnh hưởng của chất hữu cơ trong đất có liên quan đến các tính chất biến động của chúng, nên có thể ta cần chú ý tập trung việc duy trì cung cấp đầy đủ các dư thừa hữu cơ dạng phân giải trong đất hơn là cố gắng làm tăng hàm lượng các chất hữu cơ đã phân giải hoàn toàn (ổn định). Các biện pháp kỹ thuật canh tác duy trì việc cung cấp các chất hữu cơ thường có xu hướng duy trì hơn là hoàn thiện mức độ sản xuất cây trồng.

Ảnh hưởng của hệ thống cây trồng

Hệ thống cây trồng và tập quán canh tác ảnh hưởng lớn đến sự biến đổi chất hữu cơ trong đất:

- Canh tác du canh, du mục:

Khai thác đất đai của đồng bào thiểu số: làm rẫy, chặt, đốt rừng và dùng tro có các chất dinh dưỡng Ca, Mg, K và chất hữu cơ có sẵn trong đất để trồng trọt, đất rẫy trơ ra ánh sáng, chất mùn chịu tác dụng của nhiệt độ cao và ẩm độ lớn vào mùa mưa sẽ biến đổi, khoáng hóa nhanh chóng.

- Canh tác định canh:

Trên đất cao thoáng khí vùng nhiệt đới, cây rừng có rễ ăn sâu, hấp thu nước và các chất dinh dưỡng ở dưới sâu, cây quang hợp thành chất hữu cơ như cành, lá; khi rụng lại cung cấp chất hữu cơ cho đất, dinh dưỡng trong đất sẽ được duy trì.

- Hệ thống cây trồng:

. Luân canh: cây trồng sử dụng chất dinh dưỡng hợp lý.

Ảnh hưởng của việc bón phân vô cơ và hữu cơ:

- Bón phân vô cơ ở dạng dễ tiêu, dễ hòa tan v.v . . . sẽ phát sinh ra những sự mất cân bằng trong dinh dưỡng, các chất dinh dưỡng được bón vào đất sẽ đẩy các ion hấp phụ trên bề mặt keo đất ra dung dịch đất.

- Bón phân hữu cơ, làm tăng độ hấp phụ của đất.

Phân chuồng là một khâu trong chu kỳ luân chuyển chất dinh dưỡng, những chất dinh dưỡng mà cây trồng lấy đi từ đất và từ các loại phân đã được bón vào đất, một phần lớn được gia súc sử dụng và làm các nguyên liệu độn chuồng rồi từ đấy trở ra đồng ruộng theo phân gia súc.

Phân chuồng không những có tác dụng làm tăng năng suất cây trồng mà còn có khả năng tăng cường hiệu lực của phân hóa học.

Phân chuồng tăng cường khả năng quang hợp (trong quá trình phân hủy chất hữu cơ thải ra nhiều khí CO₂)_­.

Cung cấp một lượng lớn mùn và các chất dinh dưỡng vô cơ trong đất.
2 Đặc điểm

2.1 Ưu điểm

- Phân chuồng là một loại phân toàn diện, chứa đầy đủ các chất dinh dưỡng đa lượng, vi lượng, chậm tiêu và dễ tiêu.

Vì phân chuồng là những chất mà cây hút từ đất lên thông qua sự tiêu hóa của gia súc lại trở về bón cho đất nên chứa đủ những yếu tố mà cây cần dùng. Ngoài ra trong phân chuồng còn chứa nhiều loại hợp chất có khả năng tác động tích cực đến dinh dưỡng của cây và hoạt động của vi sinh vật trong đất như auxin, vitamin C, B₁₂…

- Các chất dinh dưỡng trong phân chuồng thường ở dạng dễ tiêu đồng thời cũng có những chất dự trữ ở dạng khó tiêu nhưng dưới tác động phân giải của vi sinh vật sẽ khoáng hóa dần cho cây sử dụng. Do đó, bón phân chuồng với lượng phân dẫu có thừa đi cũng không đến nỗi tác hại, không gây hiện tượng héo lá, sốt rễ hoặc đổ lốp như phân vô cơ.

- Đất được bón phân chuồng độ phì đất tăng lên, tăng độ xốp, cải tạo chế độ nước và không khí, dễ cày, tăng khả năng trao đổi cation, tỷ lệ keo đất tăng lên, tạo điều kiện cho đất có thể chịu đựng được những lượng phân hóa học cao và ít bị rửa trôi chất dinh dưỡng.

- Đối với những vùng lạnh, ít ánh sáng, bón phân chuồng nhờ vi sinh vật hoạt động mạnh, có khả năng tăng nhiệt độ, quá trình phân giải chất hữu cơ trong đất sinh ra nhiều khí CO₂, tăng cường khả năng quang hợp.

- Phân chuồng ẩm độ cao 75 %, dinh dưỡng thấp, tốn công chuyên chở, bảo quản khó, tác dụng chậm.

- Thành phần phân chuồng không ổn định tùy thuộc vào thức ăn, tuổi, sức khoẻ gia súc, loại gia súc, kỹ thuật chế biến và bảo quản.

- Phân chuồng là một nguồn ô nhiễm cho môi trường sống của người và gia súc (quá trình phân giải trong điều kiện yếm khí sinh ra CH₄, NH₃ tạo mùi hôi).

- Phân chuồng là môi trường tốt cho vi sinh vật hoạt động, quá trình này dễ mất N, hàm lượng chất dinh dưỡng luôn thay đổi.
2.3 Thành phần phân chuồng

Phân nguyên: thực vật chưa phân giải: cellulose, hemicellulose, lignin, protein, amino acid, và lipid.

Nước phân: nước tiểu và nước rửa chuồng:

• 
  Đạm trong nước phân ở 3 dạng: ure, acid uric và acid hyppuric.
  
• 
  Acid hữu cơ: acid benzoic, acid propionic.. . .
  
• 
  Muối khoáng ở dạng carbonat, acetate, sulfat, phosphat, . . .
  
• 
  Chất kích thích thuộc dạng  - indolacetic có khả năng kích thích rễ cây phát triển.
  

• 
  Vitamin: C, B₁₂, . . .
  
• 
  Vi sinh vật.
  

Muốn tăng số lượng và chất lượng phân chuồng và giữ cho chuồng sạch cần thiết phải độn chuồng. Chất độn chuồng hút đạm NH₃ và nước tiểu, giảm tỷ lệ mất đạm. Muốn rác độn hút nhiều nước, rác độn phải có những tiêu chuẩn sau :

• 
  Thật khô và băm nhỏ.
  
• 
  Có khả năng hút nước và giữ nước tốt.
  
• 
  Có khả năng hoai mục nhanh.
  
• 
  Có tỷ lệ dinh dưỡng cao.