Ảnh hưởng của tưới ngập đến hàm lượng lưu huỳnh dễ tiêu trong đất lúa vùng đồng bằng sông Hồng

Download

BÀI BÁO KHOA HỌC

ẢNH HƯỞNG CỦA TƯỚI NGẬP ĐẾN HÀM LƯỢNG LƯU HUỲNH

DỄ TIÊU TRONG ĐẤT LÚA VÙNG ĐỒNG BẰNG SÔNG HỒNG

Đinh Thị Lan Phương¹

Tóm tắt: Lưu huỳnh (S) là một trong những nguyên tố dinh dưỡng quan trọng đối với cây trồng,

đặc biệt là lúa gạo. Gần đây, mặc dù đã được bổ sung thường xuyên qua phân bón hóa học nhưng

hàm lượng S trong đất canh tác lúa ở một số nơi vẫn thường bị thiếu hụt, làm ảnh hưởng đến năng

suất và chất lượng lúa gạo. Ngập nước là một trong những nguyên nhân làm giảm nguồn cung cấp

S cho lúa. Trong môi trường khử, lưu huỳnh thường ở dạng S^2-gây độc cho rễ lúa. Nghiên cứu đã

thực hiện các thí nghiệm trên cánh đồng trồng lúa vùng Tiên Lữ, Hưng Yên trong 2 vụ canh tác

Đông xuân và Hè thu năm 2015. Khu thí nghiệm có môi trường đất trung tính (pH 6,5÷6,9), thành

phần cơ giới thịt trung bình, chất hữu cơ 1,1%. Lưu huỳnh 11,53 mg/100g đất. Thí nghiệm được

theo thực hiện chế độ nước ngập thường xuyên với lớp nước mặt ruộng 7÷10cm. Kết quả nghiên

cứu cho thấy nếu đất ngập nước thường xuyên sẽ làm thế oxi hóa khử giảm mạnh (30÷50mV), hàm

lượng lưu huỳnh dễ tiêu trong đất giảm (0,31÷0,58 mg/100g đất), hạn chế nguồn cung cấp lưu

huỳnh cho cây lúa. Thời gian ngập nước càng lâu, môi trường khử càng gia tăng dẫn đến nguy cơ

giảm mạnh lưu huỳnh dễ tiêu và làm tăng thêm các độc tố H₂S, HS^-, S^2-... trong đất, hạn chế sinh

trưởng và năng suất lúa.

Từ khóa: Tưới ngập, dinh dưỡng, thế oxi hóa khử, lưu huỳnh dễ tiêu.

như H₂S, HS^-, S^2-và metyl mecaptan (S.Yoshida

1. ĐẶT VẤN ĐỀ¹

Nguyên tố lưu huỳnh xét về nhu cầu dinh và M.R. Chaudhry, 1979). Đây là những độc tố

dưỡng cho cây trồng chỉ đứng thứ tư sau các có thể làm thối rễ, ảnh hưởng đến sự sinh trưởng

nguyên tố N, P, K. Lượng S trung bình mà cây và năng suất của lúa (S.Yoshida và M.R.

trồng sử dụng để phát triển và sinh trưởng bằng Chaudhry, 1979).

2/3 so với khối lượng lân (Papanicov, 1977).

Trong môi trường đất lúa ngập nước, S vô cơ

Khử sunphat xảy ra với sự tham gia của các

vi khuẩn khử lưu huỳnh như vi khuẩn

Deslufovibrio sử dụng sunphat làm chất nhận

electron trong quá trình hô hấp kị khí:

tồn tại phổ biến ở các dạng HS^-, H₂S, S^2-, SO₄;

tại vùng đất phù sa trung tính ít có khả năng

xuất hiện H₂S, nhưng tại vùng đất chua thì có

thể xuất hiện độc tố này. Dạng tồn tại của S phụ

thuộc nhiều vào thế oxi hóa khử (Eh) và độ pH

trong đất (F.N. Ponnamperuma, 1985). Ngập

nước liên tục làm đất lúa luôn ở trạng thái no

ẩm, khí oxi bị nước đẩy ra khỏi các lỗ rỗng của

đất, dẫn tới thế oxi hóa khử của đất giảm mạnh.

Đất ngập nước luôn là môi trường hoạt động

mạnh của các vi khuẩn yếm khí, vì vậy các hợp

chất vô cơ, hữu cơ chứa S và S dễ tiêu bị vi

khuẩn phân hủy thành các hợp chất dạng khử

SO₄^2-+ 10H⁺+ 8e^- H₂S + 3H₂O

4H₂+ SO₄^2- H₂S + 2H₂O + 2OH^-

2CH₃CHOHCOO^-+ SO₄^2-+ 3H⁺ 2CH₃COO^-

+ 2CO₂+ H₂O + HS^-

CH₃COO^-+ SO₄^2- 2CO₂+ 2H₂O + HS^-

Thế oxi hóa khử của đất sẽ tăng lên khi mặt

ruộng được rút cạn (do oxi không khí khuếch

tán vào đất), lúc này các vi khuẩn háo khí (như

vi khuẩn Beggiatoa mirabilis) hoạt động mạnh

hơn, chuyển hóa các hợp chất chứa S lên dạng

oxi hóa (SO₄) là nguồn dinh dưỡng quan trọng

¹Khoa Môi trường, Trường Đại học Thủy Lợi.

cho cây lúa.

KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 53 (6/2016)

Bảng 1. Thông số về tính chất lý hóa của đất

Chỉ số Giá trị

6,5 ÷ 6,9

2H₂S + O₂ 2H₂O + S₂

2H₂O + S₂+ 3O₂ 4H⁺+ 2SO₄

Dựa theo kết quả nghiên cứu về S tổng số

trong đất ở Việt Nam của các tác giả Bùi Thế

Vĩnh, Cao Liêm, Vũ Hữu Yêm (1996) cho thấy

đất phù sa sông Hồng có hàm lượng S tổng số

vẫn ở mức trung bình thấp, khi tính cả lượng S

bị rửa trôi lượng S cần hoàn trả cho đất có thể

cần đến 60 ÷ 110 kg/ha. Lý do là S dễ tiêu được

cây trồng hấp thu và dễ bị rửa trôi khỏi bề mặt

tích điện âm của keo đất. Tuy nhiên, bón thừa S

cũng có thể gây độc cho cây, thường ảnh hưởng

thông qua tác động của sự hình thành H₂S (Lê

Văn Khoa, 2005).

Bón phân trong canh tác lúa làm S tổng số

trong đất dư thừa nhưng S dễ tiêu lại bị thiếu

hụt, do: một phần là thức ăn cho cây lúa, một

phần bị rửa trôi khỏi bề mặt tích điện âm của

keo đất, một phần chuyển hóa thành S dạng khử

(H₂S, HS^-, S^2-) trong đất lúa ngập nước (Võ

Minh Kha, 1980).

Dung tích hấp phụ 14 meq/100g đất

cation

Hàm lượng hữu cơ

Hàm lượng nitơ

1,1%

0,9%

Thành phần cơ giới

Đất thịt trung bình

11,53 mg/100gam đất

Sunphat (SO₄)

2.2 Phương pháp nghiên cứu

2.2.1. Thí nghiệm trong phòng

Mẫu đất được lấy trên nhiều thửa ruộng

thuộc cánh đồng xã An Viên (Tiên Lữ), độ sâu

0÷40cm. Đất sau khi lấy về được xử lí như sau:

nhặt xác thực vật, trộn lẫn, phơi khô tự nhiên,

sau đó nghiền mịn rồi cho qua rây 1mm. Thí

nghiệm tiến hành trong chậu, cho đất ngập nước

thường xuyên 4÷5 cm. Thời gian thực hiện thí

nghiệm trong 2 đợt; đợt 1: từ tháng 2 ÷ 5/2015

và đợt 2: từ tháng 6 ÷ 9/2015. Mẫu đất được tiến

hành quan trắc và lấy mẫu phân tích theo chu kì

15 ngày/lần. Số lần lặp của một đợt: 03, tổng số

Tưới ngập truyền thống vẫn đang được duy

trì trong canh tác lúa ở vùng đồng bằng sông

Hồng. Đất lúa ngập nước là điều kiện thuận lợi lần lặp cả hai đợt 06.

Tổng số lần lấy mẫu thí nghiệm: 10, tổng số

mẫu phân tích: 30.

2.2.2. Thí nghiệm đồng ruộng

Địa điểm thực hiện: Cánh đồng xã An Viên,

Tiên Lữ, Hưng Yên

cho vi khuẩn yếm khí phân hủy các chất hữu cơ,

đây cũng là nguyên nhân chính làm phát thải khí

nhà kính CH₄và tạo ra các độc tố HS^-, S^2-, Fe²⁺,

Mn²⁺gây hại cho lúa (S.Yoshida và M.R.

Chaudhry, 1979).

Bố trí thí nghiệm: Giống lúa Khang Dân 18

có thời gian sinh trưởng 90÷100 ngày được gieo

cấy trên khu thí nghiệm trong các vụ đông xuân

và hè thu năm 2015. Mỗi ô ruộng có diện tích

360m², tổng số 02 ô ruộng. Chế độ phân bón và

chăm sóc được áp dụng như sản xuất đại trà

theo trung tâm khuyến nông tỉnh Hưng Yên

khuyến cáo. Chế độ nước trong ruộng được duy

trì lớp nước trung bình 7÷10 cm (kỹ thuật tưới

tưới ngập) riêng thời điểm mưa, lớp nước trong

ruộng có thể lên tới 10÷15cm. Lớp nước trên

ruộng được đo tại mỗi lần lấy mẫu.

Bài báo này đề cập đến ảnh hưởng của tưới

ngập đến hàm lượng S dễ tiêu trong đất lúa phù

sa trung tính, không được bồi hàng năm của

vùng đồng bằng sông Hồng, thông qua thực

nghiệm theo dõi diễn biến hàm lượng SO₄

trong công thức tưới ngập ngoài đồng ruộng và

trong phòng.

2. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP

NGHIÊN CỨU

2.1. Đối tượng nghiên cứu

Đất nghiên cứu là đất ruộng chuyên canh tác

lúa tại cánh đồng lúa xã An Viên, huyện Tiên

Lữ, tỉnh Hưng Yên.

Các chỉ tiêu phân tích đất bao gồm Eh, pH,

SO₄. Mẫu đất được lấy trong các ô ruộng thí

Một số tính chất lý hóa của đất nghiên cứu

được tóm tắt trong bảng sau:

nghiệm để phân tích các chỉ tiêu trên vào 5 thời

kỳ sinh trưởng của lúa: đổ ải, bén rễ hồi xanh,

KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 53 (6/2016)

đẻ nhánh, làm đòng và trỗ bông. Nghiên cứu canh tác: 10, tổng số mẫu phân tích: 100. Mỗi

này đã thực hiện lấy mẫu đất vào các thời điểm mẫu được phân tích lặp lại 3 lần

như sau: Vụ đông xuân: đổ ải (15/2/2015), bén

rễ hồi xanh (25/2/2015), đẻ nhánh (12/3/2015), tích gồm: Eh, pH, SO₄

Các chỉ tiêu được tiến hành đo đạc và phân

làm đòng (27/4/2015), trỗ bông (17/5/2015). Vụ

Thế Eh và giá trị pH được đo bằng máy đo

hè thu: đổ ải (10/6/2015), bén rễ hồi xanh điện cực ORP hãng Toledo.

(20/6/2015), đẻ nhánh (5/7/2015), làm đòng

(20/7/2015), trỗ bông (10/8/2015).

Phân tích chỉ tiêu SO₄trong đất được áp

dụng phương pháp đo độ đục dựa trên sự hình

Mẫu đất được lấy ở độ sâu 10 cm so với tầng thành BaSO₄dạng keo sau khi đưa BaCl₂với

đất mặt, cách lấy mẫu ngẫu nhiên theo phương chất đệm là axit citric vào mẫu, sau đó thực hiện

pháp đường chéo (5 vị trí/1 ô ruộng). Mỗi lần so màu trên máy đo quang DR 2700.

lấy mẫu tại 10 vị trí/2 ô ruộng.

3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

3.1. Lớp nước mặt ruộng

Tổng số lần lấy mẫu thí nghiệm trong hai vụ

Bảng 2. Lớp nước mặt ruộng đo được tại các thời kì sinh trưởng của lúa

Lớp nước ngập trên mặt

ruộng vụ Đông xuân (cm)

7,5

Lớp nước ngập trên mặt ruộng vụ

Thời kì

Hè thu (cm)

Đổ ải

7,0

Bén rễ hồi xanh

6,5

(10 ngày sau cấy)

Đẻ nhánh (25 ngày)

Làm đòng (40 ngày)

Trỗ (60 ngày)

8,5

9,5

10,5

Diễn biến lớp nước ngập trên mặt ruộng

trong quá trình sinh trưởng và phát triển của lúa

trong hai vụ được tổng hợp trên đồ thị sau:

Như vậy trong giai đoạn sinh trưởng, lớp

nước mặt ruộng tại các thời kì đổ ải, bén rễ, đẻ

nhánh, làm đòng và trỗ bông luôn ở mức ngập

sâu hơn 7cm, cao nhất tại thời kì làm đòng, lớp

nước sâu đến 10,5cm tại vụ Hè thu, do có mưa

vào tháng 8 với lượng mưa trên 100 mm (Trạm

khí tượng Thường Tín, 2015)

3.2. Kết quả thí nghiệm trong phòng

Bảng 3. Kết quả đo Eh, pH, SO₄^2-trung bình của công thức thí nghiệm trong phòng

Thời gian

ngập nước

15 ngày

30 ngày

45 ngày

SO₄

(mg/100g đất)

11,37

Độ lệch

chuẩn (σ)

0,01

Hệ số tương quan

Eh (mV)

pearson r

0,85

-203

-215

-235

-246

-256

6,69

6,34

6,28

6,25

6,21

11,20

11,08

10,92

10,79

0,01

0,02

0,01

0,82

0,87

0,89

0,80

60 ngày

75 ngày

Các giá trị Eh, pH, SO₄^2-trung bình của công thức thí nghiệm trong phòng được biểu diễn trên

các đồ thị 1a và 1b.

KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 53 (6/2016)

Hình 1a. Diễn biến thế Eh của công thức đất ngập nước trong phòng.

Hình 1b. diễn biến pH và nồng độ SO₄^2-của công thức đất ngập nước trong phòng

Sau khi ngập nước 15 ngày, Eh đất ở mức - giảm càng mạnh. Sau 75 ngày ngập nước, pH

203mV, pH = 6,69; [SO₄^2-] = 11,37 ± 0,01 giảm từ 6,69 xuống 6,21; Eh giảm từ -203 mV

mg/100g. Sau 30 ngày Eh giảm xuống -215mV; xuống còn -256 mV; [SO₄] giảm từ 11,37 xuống

[SO₄^2-] = 11,20 ± 0,01 mg/100g. Cho thấy, Eh, pH còn 10,79 mg/100g. Hệ số tương quan Pearson

và nồng độ SO₄^2-đều có xu hướng giảm trong đất trong khoảng 0,80 ÷ 0,92 cho thấy mối tương

ruộng ngập nước. Thời gian ngập càng lâu thì các quan khá chặt chẽ giữa thế Eh và hàm lượng SO₄².

chỉ tiêu Eh, pH và nồng độ SO₄^2-đều có xu hướng

3.3. Kết quả thí nghiệm đồng ruộng

Bảng 4. Kết quả Eh, pH, SO₄^2-trung bình của công thức

thí nghiệm đồng ruộng trong hai vụ

(mV)

-230

SO₄

Độ lệch chuẩn

Hệ số tương

quan pearson r

0,92

Thời kì

(1) Đổ ải

(2) Bén rễ hồi xanh

(10 ngày sau cấy)

(mg/100g đất)

10,86

(σ)

0,01

6,54

6,43

-239

11,01

0,01

0,89

(3) Đẻ nhánh (25 ngày)

(4) Làm đòng (40 ngày)

(5) Trỗ (60 ngày)

-245

-253

-260

6,35

6,28

6,22

10,79

10,27

10,31

0,02

0,01

0,90

0,87

0,85

Các kết quả Eh, pH, SO₄^2-trung bình của công thức thí nghiệm đồng ruộng trong 2 vụ được biểu

diễn trên các đồ thị 2a và 2b dưới đây.

Hình 2a. Diễn biến thế pH và nồng độ SO₄^2-của ruộng tưới ngập.

Hình 2b. Diễn biến thế Eh trong ruộng tưới ngập.

KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 53 (6/2016)

Diễn biến của Eh, pH và hàm lượng SO₄

trong đất ruộng ngập nước đều có xu hướng

_tưới– S_{rửa trôi}– S_{cây hấp thụ}

Khi ruộng luôn ở trong trạng thái ngập nước,

giảm dần. Cụ thể là tại thời kì đổ ải, các giá trị đất sẽ thiếu hụt S dễ tiêu. Nếu bổ sung S dễ tiêu

Eh, pH và [SO₄] lần lượt là: -230mV; 6,55; thông qua phân bón thì chỉ một phần được lúa

10,86 ± 0,01mg/100g. Thời kì bén rễ hồi xanh hấp thụ, còn lại bị rửa trôi hoặc chuyển thành

(sau 1 tuần) Eh, pH, [SO₄] xác định được các dạng độc tố cho lúa. Vì vậy, có thời gian rút

tương ứng là: -239mV; 6,43 và 11,01 ± nước phơi ruộng sẽ hạn chế được môi trường

0,01mg/100g. Hàm lượng SO₄tăng lên khử, giảm phát thải khí nhà kính CH₄, giảm bớt

0,15mg/100g so với diễn biến công thức trong độc tố gây hại mà lại tăng hàm lượng dinh

phòng do thời điểm này ruộng vừa được bón lót dưỡng S dễ tiêu cho đất lúa.

và bón thúc lần một.

4. KẾT LUẬN

Nghiên cứu được thực hiện cả thí nghiệm

Sau 25 ngày ngập nước, hàm lượng SO₄

giảm xuống mức 10,79 ± 0,02mg/100g; so với trong phòng và thí nghiệm đồng ruộng trong suốt

công thức trong phòng thì lượng SO₄ở mức 2 vụ lúa Đông xuân và Hè thu 2015, trên vùng

thấp hơn. Sở dĩ có sự chênh lệch với thí nghiệm canh tác lúa đất phù sa sông Hồng trung tính

trong phòng là do cây lúa tiêu thụ SO₄và đất vùng Tiên Lữ, Hưng Yên. Kết quả nghiên cứu

ruộng còn bị chi phối bởi các điều kiện khác cho thấy, nếu đất ngập nước thường xuyên sẽ

như: phân bón, nước tưới, rửa trôi, sự vận làm cho thế oxi hóa khử giảm mạnh, làm suy

chuyển oxi vào trong đất của rễ lúa... Đến thời giảm hàm lượng dinh dưỡng lưu huỳnh dễ tiêu

kì trỗ bông, thế Eh giảm xuống mức -230mV; trong đất canh tác, hạn chế nguồn cung cấp lưu

pH = 6,22; [SO₄] = 10,31 ± 0,01mg/100g.

huỳnh cho cây lúa. Thời gian ngập nước càng lâu

Xu hướng giảm dần của các giá trị Eh, pH và thì môi trường khử càng gia tăng dẫn đến nguy cơ

[SO₄] cả ở công thức trong phòng và công thức giảm lưu huỳnh dễ tiêu càng thể hiện rõ và càng

đồng ruộng cho thấy đất lúa ngập nước tạo môi làm tăng các độc tố H₂S, HS^-, S^2-, CH₃SH... trong

trường yếm khí, tăng độ chua và giảm nguồn đất hạn chế sinh trưởng và năng suất lúa. Kỹ thuật

dinh dưỡng S dễ tiêu. Theo định luật bảo toàn tưới làm giảm lớp nước mặt ruộng, tạo điều kiện

khối lượng, khi tổng lượng S trong đất không cho mặt ruộng có thời gian thoáng khí sẽ không

thay đổi, nếu hàm lượng SO₄giảm thì hàm chỉ tiết kiệm nước, hạn chế phát thải khí nhà kính

lượng các độc tố H₂S, HS^-, S^2-, CH₃SH (methyl mà còn cải thiện điều kiện dinh dưỡng đất, bảo vệ

captan)... sẽ tăng lên. Trong đất ruộng trồng lúa, môi trường đất lúa, góp phần giảm thiểu tác động

tổng S = S_{tổng trong đất}+ S _{phân bón+ rơm rạ vụ cũ}+ S_nướcbiến đổi khí hậu toàn cầu.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Lê Văn Khoa, (2005) “Đất ngập nước”, NXB Giáo dục.

Shouichi Yoshida & M.R. Chaudhry (1979). “Sulfur nutrition of rice”, Soil Science and Plant

Nutrition, 25(1), 121-134.

International rice resarch institute (1985). “Wetland soils: Characterization, classification, and

utilization”.

F.N. Ponnamperuma (1985), “Chemical kinetics of wetland rice soils relative to soil fertility”,

Wetland soils: characterization, classification, and utilization (workshop of The International Rice

Research Institute, 1985).

Số liệu khí tượng thủy văn (2015), Trạm Thủy Văn Thường Tín, Hà Nội.

Võ Minh Kha (1980), “Bảo vệ và nâng cao độ màu mỡ đất phù sa sông Hồng”, Tuyển tập công

trình nghiên cứu khoa học, Đại học Nông nghiệp I Hà Nội.

KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 53 (6/2016)

Abstract:

INFLUENCE OF FLOOD IRRIGATION ON DIGESTIBLE SULFUR

IN THE RED RIVER DELTA PADDY SOIL

Among the essential elements, sulfur is very much beneficial for increasing the production of rice.

Recently, sulfur deficiencies in rice fields have been reported in different areas of Viet Nam

reducing rice production and quality. Sulphur deficiency mainly arises under water-logged rice

cultivation land. Sulfur is a sulfide form under anoxic conditions in submerged paddy soils. Free

hydrogen sulphide is generated and inhibits the rice root growth in paddy soils. The experiments

were laid out on paddy soil in Tien Lu, Hung Yen district during cultivated seasons of 2015. The

soil was silt loam having pH 6.5÷6.9, organic matter 1.1%, available S 11.53mg/100g soil. The

experiments are carried under continuous water- logged condition (flood irrigation) with water

level of 7÷10cm from field surface. The results reveal a reduced redox potential under water-

logged condition (30÷50mV) and a reduction of soil digestible sulfur (0.31÷0.58 mg/100g soil) that

limits sulfur nutrient source for rice. A more serious sulfur nutrient deficiency might occur due to

anoxic conditions in submerged paddy soils by longer time. Soil toxics including H₂S, HS^-, S^2-

generated have negative effects on rice yield and growth.

Keywords: Flood irrigation, nutrition, redox potential, sulphate, digestible sulfur

BBT nhận bài: 09/3/2016

Phản biện xong: 08/4/2016

KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 53 (6/2016)

6 trang yennguyen 16140 Free

Download

Bạn đang xem tài liệu "Ảnh hưởng của tưới ngập đến hàm lượng lưu huỳnh dễ tiêu trong đất lúa vùng đồng bằng sông Hồng", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên

File đính kèm:

anh_huong_cua_tuoi_ngap_den_ham_luong_luu_huynh_de_tieu_tron.pdf