- CHẤT LƯỢNG CHẤT HỮU CƠ VÀ KHẢ NĂNG CUNG CẤP ĐẠM CỦA ĐẤT THÂM CANH LÚA BA VỤ VÀ. - LUÂN CANH LÚA - MÀU. - Keywords: soil organic matter. - Thí nghiệm được thực hiện nhằm mục đích đánh giá hiệu quả của luân canh cây màu trên đất ruộng lúa thâm canh ba vụ tại cai Lậy, Tiền Giang đối với chất lượng chất hữu cơ, khả năng cung cấp đạm (N) hữu dụng của đất và năng suất lúa trồng sau vụ luân canh.. - Kết quả thí nghiệm ghi nhận năng suất lúa cao khác biệt có ý nghĩa khi đất lúa được luân canh với bắp rau hoặc đậu xanh. - Giai đoạn cuối vụ màu đầu vụ canh tác lúa, đất luân canh cây trồng cạn có sự gia tăng sự tích lũy thành phần chất mùn trẻ, dễ di động MHA (mobile humic acid) và N hữu cơ dễ phân hủy. - Khả năng khoáng hóa N cũng tăng cao ở đất luân canh so với đất thâm canh ba vụ lúa liên tục. - Kết quả sử dụng đồng vị 15 N cho thấy tổng lượng N được lúa hấp thu từ đất sau bắp rau hoặc đậu xanh đều cao hơn nghiệm thức canh tác lúa liên tục. - Tốc độ khoáng hóa và khả năng cung cấp N hữu dụng từ đất cao trong mô hình luân canh này.. - Từ khóa: chất hữu cơ, chất đạm, lúa ba vụ. - Thâm canh lúa ba vụ là cách giúp tăng thu nhập của người dân, đảm bảo yêu cầu an toàn lương thực và xuất khẩu. - Tuy nhiên, các bất lợi về mặt phì nhiêu đất do đất ngập nước liên tục trong canh tác lúa đã ảnh hưởng đến tính bền vững của hệ thống này. - Trên đất thâm canh lúa nước ba vụ, sự phân hủy thường xuyên các dư thừa thực vật có thể đưa đến sự gia tăng tích lũy các hợp chất phenolic, lignin và các chất khó phân hủy khác vào thành phần mùn của đất (Dijkstra et al., 1998, Huang et al., 1998. - Các hợp chất này có thể kết hợp với dưỡng chất trong đất, đặc biệt là đạm (N) gây ra bất động N không sinh học (abiotic immobilization) làm giảm khả năng khoáng hóa và cung cấp N hữu dụng từ đất cho những vụ kế tiếp (Olk và Cassman, 2002. - Schmidt et al., 2004) và dẫn đến suy giảm năng suất lúa (Olk et al., 2004). - Các giả thuyết được đặt ra để hạn chế ảnh hưởng bất lợi của thời gian ngập liên tục trong canh tác lúa ba vụ đến độ phì nhiêu đất là luân canh cây trồng cạn giữa các vụ lúa để đất có thời gian thoáng khí, do đó hạn chế sự bất động N không sinh học thông qua sự phân hủy chất hữu cơ trong điều kiện háo khí. - Biện pháp này có thể giúp nâng cao năng suất lúa do được cung cấp nhiều N hữu dụng từ đất.. - Các thí nghiệm được thực hiện trên các biểu loại đất trồng lúa khác nhau và ở các vùng sinh thái khác nhau. - Một số mô hình cây trồng cạn được thiết lập trong hệ thống luân canh lúa ba vụ để đánh giá khả năng cải thiện độ phì nhiêu đất, năng suất lúa và hiệu quả kinh tế của các mô hình luân canh lúa và cây màu. - Trong phạm vi bài báo cáo này, chúng tôi trình bày một số kết quả nghiên cứu về hiệu quả của luân canh cây trồng cạn đến chất lượng chất hữu cơ đất, khả năng cung cấp N khoáng và năng suất lúa vụ Thu Đông 2005 tại Cai Lậy. - Điểm thí nghiệm nằm trong khu vực bao đê ngăn lũ và có lịch sử canh tác lúa ba vụ lâu đời tại Đồng bằng Sông Cửu Long.. - 2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Bố trí thí nghiệm đồng ruộng. - Ruộng thí nghiệm thuộc loại đất phù sa, không ngập lũ, đã được canh tác lúa ba vụ trên 20 năm, thuộc biểu loại đất Mollic Endoaquept (phân loại theo USDA). - Thí nghiệm được thực hiện tiếp tục trên nền thí nghiệm luân canh cây trồng liên tục từ năm 2001. - Cây trồng cạn được luân canh là bắp rau và đậu xanh được gieo trồng vào vụ Hè Thu mỗi năm. - Lượng phân bón sử dụng cho mỗi vụ tính theo N-P 2 O 5 - K 2 O/ha là 100-60-30 cho lúa cho bắp rau và 40-30-60 cho đậu xanh.. - Thí nghiệm gồm 3 nghiệm thức với 4 lặp lại, được bố trí theo khối hoàn toàn ngẫu nhiên (Bảng 1). - Đặc tính đất thí nghiệm được trình bày ở bảng 2.. - Ứng dụng kỹ thuật đồng vị 15 N để tính toán tổng lượng N lúa hấp thu được từ đất, qua đó đánh giá khả năng cung cấp N khoáng của đất sau khi luân canh với cây trồng cạn. - Phân Urea- 15 N được bón vào các “micro-plot” được bố trí trong các lô thí nghiệm. - Lượng N bón cho micro-plot chỉ khoảng 2/5 tổng lượng N của cả vụ dựa trên giả thuyết rằng sự thiếu hụt N thường xảy ra vào giai đoạn cuối vụ do bởi sự cố định hóa học giữa N và các hợp chất phenol tích lũy trong môi trường yếm khí (Olk, 2002), nên với liều lượng N và thời gian bón như trên sẽ giúp đánh giá khả năng cung cấp N khoáng của đất và khả năng hấp thu N từ đất của lúa trên các mô hình thâm canh và luân canh với cây trồng cạn.. - Bảng 1: Bố trí lịch thời vụ và các nghiệm thức. - Nghiệm thức 1 (NT 1) Lúa Lúa Lúa. - Nghiệm thức 2 (NT 2) Lúa Bắp rau Lúa. - Nghiệm thức 3 (NT 3) Lúa Đậu xanh Lúa. - Bảng 2: Đặc tính hóa, lý của tầng đất mặt 0-15 cm của ruộng thí nghiệm tại Cai Lậy - Tiền Giang trước thí nghiệm bố trí luân canh cây trồng vào năm 2001. - C hữu cơ. - 2.2 Phương pháp lấy mẫu đất, thực vật và các đặc tính đất được phân tích 2.2.1 Đánh giá chất lượng chất hữu cơ giữa các mô hình. - Mẫu đất được phơi khô không khí trong phòng thí nghiệm, nghiền mịn và bảo quản cho phân tích.. - Phân tích hàm lượng MHA (mobile humic acid) và N hữu cơ dễ phân hủy để so sánh sự thay đổi đặc tính của chất hữu cơ đất giữa các mô hình thâm canh lúa ba vụ và luân canh lúa với cây trồng cạn. - MHA là hợp chất mùn trẻ được hình thành sớm trong quá trình mùn hóa chất hữu cơ, dễ phân hủy và dễ biến đổi trong số lượng và chất lượng theo điều kiện môi trường (Olk et al., 1999). - MHA giàu N (22-42% N), nhiều S, H và có hàm lượng amino acid thủy phân, carbohydrate cao (Olk et al., 1999. - Mahieu et al., 2002). - So với các thành phần khác của chất hữu cơ như calcium humate (CaHA), MHA trẻ hơn và có vai trò đối với chu trình và độ hữu dụng của N trong đất (Scott và Martin, 1990). - Đạm hữu cơ dễ phân hủy gồm các acid amin đơn giản, dễ được vi sinh vật phân hủy và cung cấp N khoáng cho đất (Curtin và Wen, 1999).. - 2.2.2 Đánh giá khả năng cung cấp N khoáng của đất, khả năng hấp thu N và năng suất lúa giữa các mô hình. - Sau vụ Hè Thu 2005, giai đoạn 10 ngày trước khi thu hoạch, lấy mẫu đất đại diện cho các lô thí nghiệm tương tự như trên. - Mẫu đất sử dụng cho thí nghiệm này được. - bảo quản trong thùng giữ lạnh, mang nhanh về phòng thí nghiệm, phân tích hàm lượng NH 4 -N và tiến hành ủ yếm khí theo phương pháp của Keeney (1982). - Để đánh giá khả năng cung cấp N khoáng của đất, phân tích hàm lượng NH 4 -N được khoáng hóa và tích lũy vào và 8 tuần sau khi ủ.. - Đánh giá năng suất thực tế từ trọng lượng hạt thu trên 5 m 2 . - 2.2.3 Phương pháp phân tích. - Các đặc tính hóa học của đất được phân tích theo các phương pháp sau: Hàm lượng chất hữu cơ trong đất được phân tích theo phương pháp Walkley – Black (Nelson &. - Hàm lượng N hữu cơ dễ phân hủy trong đất được phân tích theo phương pháp của Curtin và Wen (1999). - Hàm lượng MHA trong thành phần mùn của đất được xác định theo phương pháp của Olk et al. - Đạm tổng số trong cây được xác định theo phương pháp chưng cất Kjeldahn sau khi vô cơ hóa mẫu bằng hỗn hợp sulfuric-salicylic và H 2 O 2 (Walinga et al., 1989).. - 2.2.4 Xử lý kết quả thí nghiệm. - 3.1 Ảnh hưởng luân canh lúa – cây trồng cạn đến chất lượng chất hữu cơ và khả năng cung cấp N của đất. - Luân canh cây trồng có ảnh hưởng một cách ý nghĩa đến sự tạo thành MHA, do hàm lượng và chất lượng MHA chủ yếu bị chi phối bởi các yếu tố về chất lượng và số lượng của các dư thừa thực vật để lại sau mỗi mùa vụ (Legorreta et al., 2004).. - Sau vụ luân canh, hàm lượng MHA trong đất lúa luân canh với đậu xanh hoặc bắp rau cao khác biệt có ý nghĩa thống kê so với đất canh tác lúa ba vụ liên tục. - Đậu xanh và bắp rau là các vật chất hữu cơ dễ phân hủy hơn so với rơm rạ (vật liệu chứa chủ yếu là các hợp chất lignin khó phân hủy), có thể là nguyên nhân chính dẫn đến sự khác biệt trong hàm lượng MHA giữa các mô hình canh tác. - Tuy vậy, kết quả thí nghiệm chưa thấy rõ sự tích lũy khác nhau của hợp chất mùn khó phân hủy CaHA trong đất thâm canh lúa liên tục và đất lúa được luân canh với cây trồng cạn (Bảng 3).. - Bảng 3: Hàm lượng MHA và CaHA trong đất (g kg-1) ở nghiệm thức thâm canh lúa 3 vụ và các nghiệm thức luân canh với cây trồng cạn. - Nghiệm thức MHA CaHA. - 0.30) Lúa - Bắp rau - Lúa 4,30 b. - 1.84) Lúa - Đậu xanh - Lúa 5,29 a. - Hàm lượng N hữu cơ dễ phân hủy biến động từ 7 đến 10 mg N kg -1 , có khuynh hướng cao ở các nghiệm thức luân với cây trồng cạn nhưng không khác biệt ý nghĩa giữa hai mô hình luân canh và với mô hình canh tác lúa ba vụ (Hình 1).. - Hình 1: Hàm lượng N hữu cơ dễ phân hủy (mg N kg -1 ) trong đất sau vụ Hè Thu 2005. - Các nghiên cứu dài hạn về thâm canh lúa nước đã chứng minh sự phân hủy chất hữu cơ yếm khí trong đất ruộng canh tác lúa ba vụ đã đưa đến gia tăng tích lũy các hợp chất phenolic liên kết đạm, gây ra sự tích lũy N không sinh học, làm giảm khả năng khoáng hóa và cung cấp N hữu dụng từ đất của những vụ kế tiếp (Olk và Cassman, 2002. - Schmidt et al., 2004). - Khi đất lúa được luân canh với cây trồng cạn, hàm lượng mùn di động MHA gia tăng và xu hướng tích lũy cao N hữu cơ dễ phân hủy có thể xem là dấu hiệu tốt cho sự phân hủy mùn và cung cấp N hữu dụng cho vụ kế tiếp. - Kết quả phân tích hàm lượng N khoáng tích lũy theo thời gian cho thấy đất lúa sau vụ luân canh với bắp rau hoặc đậu xanh đã cung cấp N khoáng cho vụ sau cao khác biệt so với đất canh tác lúa liên tục (Hình 2). - Kết quả này đã chứng minh rằng luân canh cây màu trong hệ thống thâm canh lúa giúp cho sự phân hủy chất hữu cơ và khoáng hóa N tốt hơn so với canh tác lúa ba vụ. - Điều kiện khô - ngập luân phiên suốt chu kỳ luân canh đã hạn chế sự hình thành các hợp chất hữu cơ khó phân hủy và bất động N không sinh học (Dijkstra et al., 1998. - Huang et al., 1998. - Mahieu et al., 2002. - Cassman, 2002) đồng thời giúp gia tăng sự khoáng hóa N từ các nguồn chất hữu cơ khó phân hủy trong đất (Inubushi và Wada, 1987. - NT1: Lúa - Lúa - Lúa NT2: Lúa - Bắp rau - Lúa NT3: Lúa - Đậu xanh - Lúa. - Lúa - Lúa - Lúa Lúa - Bắp rau - Lúa Lúa - Đậu xanh - Lúa. - Hình 2: Hàm lượng NH 4 -N (mg N kg -1 ) tích lũy theo thời gian ủ yếm khí trong đất cuối vụ Hè Thu 2005. - 3.2 Hiệu quả của luân canh trên năng suất lúa. - Sau vụ canh tác màu (Hè Thu 2005), năng suất lúa đạt cao ở nghiệm thức lúa luân canh với đậu xanh (4,6 tấn ha -1 ) và lúa luân canh với bắp rau (4 tấn ha -1. - khác biệt có ý nghĩa so với nghiệm thức canh tác ba vụ lúa liên tục (3 tấn ha -1. - Tương ứng với sự gia tăng năng suất lúa, sinh khối rơm và hạt lúa trong các micro-plot ở các nghiệm thức luân canh màu cũng cao khác biệt có ý nghĩa thống kê so với canh tác lúa ba vụ liên tục (Bảng 4).. - Bảng 4: Năng suất lúa thực tế và tổng sinh khối rơm và trọng lượng hạt thu hoạch từ microplot. - Nghiệm thức Năng suất lúa (tấn ha -1. - Lúa - Bắp rau - Lúa 4,0 b 80,7ª. - Lúa - Đậu xanh - Lúa 4,6 a 83,3 a. - Kết quả sử dụng kỹ thuật đồng vị 15 N cho thấy năng suất lúa gia tăng ở các nghiệm thức luân canh lúa với cây trồng cạn có thể là do luân canh đã cải thiện khả năng cung cấp N hữu dụng từ đất cho sự hấp thu của cây. - Lượng N lúa hấp thu được từ đất luân canh bắp rau (105 kg N ha -1 ) hoặc luân canh đậu xanh (98 kg N ha -1 ) cao hơn có ý nghĩa thống kê so với nghiệm thức chuyên lúa (69 kg N ha -1 ) (Hình 3).. - Kết quả này giúp khẳng định khả năng cải thiện độ phì nhiêu tự nhiên của đất, đặt biệt là chất lượng chất hữu cơ khi có sự luân canh với cây màu. - Lượng MHA, các thành phần N hữu cơ dễ phân hủy tích lũy suốt vụ màu và dư thừa thực vật sau thu hoạch bắp và đậu xanh có thể đã cung cấp nguồn nguyên liệu cho tiến trình khoáng hóa N cung cấp cho lúa ở vụ sau.. - Hình 3: Lượng N lúa hấp thu từ đất lúa thâm canh ba vụ và luân canh với bắp rau hoặc đậu xanh. - Luân canh đất lúa ba vụ với cây trồng cạn dài hạn đã giúp cải thiện năng suất lúa.. - Kết quả này có thể do canh tác cây màu giữa hai vụ lúa đã giúp cải thiện độ phì tự nhiên của đất do gia tăng sự tích lũy các thành phần chất hữu cơ dễ phân hủy và hoạt động của vi sinh vật có ích. - Giai đoạn ngập – khô trong hệ thống luân canh đã giúp thúc đẩy tiến trình phân hủy chất hữu cơ, phóng thích N hữu dụng và hạn chế bất động N không sinh học.. - Sử dụng kỹ thuật 15 N giúp làm rõ vai trò của N hữu dụng được cung cấp từ đất đối với sự hấp thu N và cải thiện năng suất lúa ở các mô hình luân canh. - Tốc độ phân huỷ chất hữu cơ và khoáng hóa N nhanh ở các mô hình luân canh hai vụ lúa và vụ màu có hiệu quả tốt trên khả năng hấp thu N và năng suất lúa.. - N hấp thu từ đất (g/m2). - Black et al