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

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

1. 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 S2- 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 - 2- giảm mạnh lưu huỳnh dễ tiêu và làm tăng thêm các độc tố H2S, HS , S trong đất, hạn chế sinh trưởng và năng suất lúa. Từ khóa: Tưới ngập, dinh dưỡng, thế oxi hóa khử, lưu huỳnh dễ tiêu. 1 - 2- 1. ĐẶT VẤN ĐỀ như H2S, HS , S và metyl mecaptan (S.Yoshida 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). Khử sunphat xảy ra với sự tham gia của các Trong môi trường đất lúa ngập nước, S vô cơ vi khuẩn khử lưu huỳnh như vi khuẩn - 2- 2- tồn tại phổ biến ở các dạng HS , H2S, S , SO4 ; Deslufovibrio sử dụng sunphat làm chất nhận tại vùng đất phù sa trung tính ít có khả năng electron trong quá trình hô hấp kị khí: xuất hiện H S, nhưng tại vùng đất chua thì có 2- + - 2 SO4 + 10H + 8e H2S + 3H2O thể xuất hiện độc tố này. Dạng tồn tại của S phụ 2- - 4H2 + SO4 H2S + 2H2O + 2OH thuộc nhiều vào thế oxi hóa khử (Eh) và độ pH - 2- + - 2CH3CHOHCOO + SO4 + 3H 2CH3COO trong đất (F.N. Ponnamperuma, 1985). Ngập - - + 2CO2 + H2O + HS nước liên tục làm đất lúa luôn ở trạng thái no CH COO- + SO 2- 2CO + 2H O + HS- ẩm, khí oxi bị nước đẩy ra khỏi các lỗ rỗng của 3 4 2 2 Thế oxi hóa khử của đất sẽ tăng lên khi mặt đất, dẫn tới thế oxi hóa khử của đất giảm mạnh. ruộng được rút cạn (do oxi không khí khuếch Đất ngập nước luôn là môi trường hoạt động mạnh của các vi khuẩn yếm khí, vì vậy các hợp tán vào đất), lúc này các vi khuẩn háo khí (như chất vô cơ, hữu cơ chứa S và S dễ tiêu bị vi vi khuẩn Beggiatoa mirabilis) hoạt động mạnh khuẩn phân hủy thành các hợp chất dạng khử hơn, chuyển hóa các hợp chất chứa S lên dạng 2- oxi hóa (SO4 ) là nguồn dinh dưỡng quan trọng 1 Khoa Môi trường, Trường Đại học Thủy Lợi. cho cây lúa. KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 53 (6/2016) 3
2. 2H2S + O2 2H2O + S2 Bảng 1. Thông số về tính chất lý hóa của đất 2H O + S + 3O 4H+ + 2SO 2- 2 2 2 4 Chỉ số Giá trị Dựa theo kết quả nghiên cứu về S tổng số pH 6,5 ÷ 6,9 trong đất ở Việt Nam của các tác giả Bùi Thế Dung tích hấp phụ 14 meq/100g đất Vĩnh, Cao Liêm, Vũ Hữu Yêm (1996) cho thấy cation đất phù sa sông Hồng có hàm lượng S tổng số vẫn ở mức trung bình thấp, khi tính cả lượng S Hàm lượng hữu cơ 1,1% bị rửa trôi lượng S cần hoàn trả cho đất có thể Hàm lượng nitơ 0,9% cần đến 60 ÷ 110 kg/ha. Lý do là S dễ tiêu được Thành phần cơ giới Đất thịt trung bình 2- cây trồng hấp thu và dễ bị rửa trôi khỏi bề mặt Sunphat (SO4 ) 11,53 mg/100gam đất tích điện âm của keo đất. Tuy nhiên, bón thừa S cũng có thể gây độc cho cây, thường ảnh hưởng 2.2 Phương pháp nghiên cứu 2.2.1. Thí nghiệm trong phòng thông qua tác động của sự hình thành H S (Lê 2 Mẫu đất được lấy trên nhiều thửa ruộng Văn Khoa, 2005). thuộc cánh đồng xã An Viên (Tiên Lữ), độ sâu Bón phân trong canh tác lúa làm S tổng số 0÷40cm. Đất sau khi lấy về được xử lí như sau: trong đất dư thừa nhưng S dễ tiêu lại bị thiếu nhặt xác thực vật, trộn lẫn, phơi khô tự nhiên, hụt, do: một phần là thức ăn cho cây lúa, một sau đó nghiền mịn rồi cho qua rây 1mm. Thí phần bị rửa trôi khỏi bề mặt tích điện âm của nghiệm tiến hành trong chậu, cho đất ngập nước keo đất, một phần chuyển hóa thành S dạng khử thường xuyên 4÷5 cm. Thời gian thực hiện thí - 2- (H2S, HS , S ) trong đất lúa ngập nước (Võ nghiệm trong 2 đợt; đợt 1: từ tháng 2 ÷ 5/2015 Minh Kha, 1980). và đợt 2: từ tháng 6 ÷ 9/2015. Mẫu đất được tiến Tưới ngập truyền thống vẫn đang được duy hành quan trắc và lấy mẫu phân tích theo chu kì trì trong canh tác lúa ở vùng đồng bằng sông 15 ngày/lần. Số lần lặp của một đợt: 03, tổng số Hồng. Đất lúa ngập nước là điều kiện thuận lợi lần lặp cả hai đợt 06. cho vi khuẩn yếm khí phân hủy các chất hữu cơ, Tổng số lần lấy mẫu thí nghiệm: 10, tổng số đây cũng là nguyên nhân chính làm phát thải khí mẫu phân tích: 30. - 2- 2+ nhà kính CH4 và tạo ra các độc tố HS , S , Fe , 2.2.2. Thí nghiệm đồng ruộng Mn2+ gây hại cho lúa (S.Yoshida và M.R. Địa điểm thực hiện: Cánh đồng xã An Viên, Chaudhry, 1979). Tiên Lữ, Hưng Yên Bài báo này đề cập đến ảnh hưởng của tưới Bố trí thí nghiệm: Giống lúa Khang Dân 18 ngập đến hàm lượng S dễ tiêu trong đất lúa phù có thời gian sinh trưởng 90÷100 ngày được gieo sa trung tính, không được bồi hàng năm của cấy trên khu thí nghiệm trong các vụ đông xuân và hè thu năm 2015. Mỗi ô ruộng có diện tích vùng đồng bằng sông Hồng, thông qua thực 360m2, tổng số 02 ô ruộng. Chế độ phân bón và nghiệm theo dõi diễn biến hàm lượng SO 2- 4 chăm sóc được áp dụng như sản xuất đại trà trong công thức tưới ngập ngoài đồng ruộng và theo trung tâm khuyến nông tỉnh Hưng Yên trong phòng. khuyến cáo. Chế độ nước trong ruộng được duy 2. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP trì lớp nước trung bình 7÷10 cm (kỹ thuật tưới NGHIÊN CỨU tưới ngập) riêng thời điểm mưa, lớp nước trong 2.1. Đối tượng nghiên cứu ruộng có thể lên tới 10÷15cm. Lớp nước trên Đất nghiên cứu là đất ruộng chuyên canh tác ruộng được đo tại mỗi lần lấy mẫu. lúa tại cánh đồng lúa xã An Viên, huyện Tiên Các chỉ tiêu phân tích đất bao gồm Eh, pH, 2- Lữ, tỉnh Hưng Yên. SO4 . Mẫu đất được lấy trong các ô ruộng thí Một số tính chất lý hóa của đất nghiên cứu nghiệm để phân tích các chỉ tiêu trên vào 5 thời được tóm tắt trong bảng sau: kỳ sinh trưởng của lúa: đổ ải, bén rễ hồi xanh, 4 KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 53 (6/2016)
3. 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 Các chỉ tiêu được tiến hành đo đạc và phân 2- rễ hồi xanh (25/2/2015), đẻ nhánh (12/3/2015), tích gồm: Eh, pH, SO4 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. 2- (20/6/2015), đẻ nhánh (5/7/2015), làm đòng Phân tích chỉ tiêu SO4 trong đất được áp (20/7/2015), trỗ bông (10/8/2015). dụng phương pháp đo độ đục dựa trên sự hình Mẫu đất được lấy ở độ sâu 10 cm so với tầng thành BaSO4 dạng keo sau khi đưa BaCl2 với 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 Tổng số lần lấy mẫu thí nghiệm trong hai vụ 3.1. Lớp nước mặt ruộng Bảng 2. Lớp nước mặt ruộng đo được tại các thời kì sinh trưởng của lúa Lớp nước ngập trên mặt Lớp nước ngập trên mặt ruộng vụ TT Thời kì ruộng vụ Đông xuân (cm) Hè thu (cm) 1 Đổ ải 7,5 7,0 2 Bén rễ hồi xanh 7 6,5 (10 ngày sau cấy) 3 Đẻ nhánh (25 ngày) 8,5 9,5 4 Làm đòng (40 ngày) 9,5 10,5 5 Trỗ (60 ngày) 8 10 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 2- Bảng 3. Kết quả đo Eh, pH, SO4 trung bình của công thức thí nghiệm trong phòng Thời gian SO 2- Độ lệch Hệ số tương quan Eh (mV) pH 4 ngập nước (mg/100g đất) chuẩn (σ) pearson r 15 ngày -203 6,69 11,37 0,01 0,85 30 ngày -215 6,34 11,20 0,01 0,82 45 ngày -235 6,28 11,08 0,01 0,87 60 ngày -246 6,25 10,92 0,02 0,89 75 ngày -256 6,21 10,79 0,01 0,80 2- Các giá trị Eh, pH, SO4 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) 5
4. Hình 1a. Diễn biến thế Eh của công thức đất ngập nước trong phòng. 2- Hình 1b. diễn biến pH và nồng độ SO4 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 2- 203mV, pH = 6,69; [SO4 ] = 11,37 ± 0,01 giảm từ 6,69 xuống 6,21; Eh giảm từ -203 mV 2- mg/100g. Sau 30 ngày Eh giảm xuống -215mV; xuống còn -256 mV; [SO4 ] giảm từ 11,37 xuống 2- [SO4 ] = 11,20 ± 0,01 mg/100g. Cho thấy, Eh, pH còn 10,79 mg/100g. Hệ số tương quan Pearson 2- và nồng độ SO4 đều có xu hướng giảm trong đất trong khoảng 0,80 ÷ 0,92 cho thấy mối tương 2 ruộng ngập nước. Thời gian ngập càng lâu thì các quan khá chặt chẽ giữa thế Eh và hàm lượng SO4 . 2- chỉ tiêu Eh, pH và nồng độ SO4 đều có xu hướng 3.3. Kết quả thí nghiệm đồng ruộng 2- Bảng 4. Kết quả Eh, pH, SO4 trung bình của công thức thí nghiệm đồng ruộng trong hai vụ Eh SO 2- Độ lệch chuẩn Hệ số tương Thời kì pH 4 (mV) (mg/100g đất) (σ) quan pearson r (1) Đổ ải -230 6,54 10,86 0,01 0,92 (2) Bén rễ hồi xanh -239 6,43 11,01 0,01 0,89 (10 ngày sau cấy) (3) Đẻ nhánh (25 ngày) -245 6,35 10,79 0,02 0,90 (4) Làm đòng (40 ngày) -253 6,28 10,27 0,01 0,87 (5) Trỗ (60 ngày) -260 6,22 10,31 0,01 0,85 2- Các kết quả Eh, pH, SO4 trung bình của công thức thí nghiệm đồng ruộng trong 2 vụ được biểu diễn trên các đồ thị 2a và 2b dưới đây. 2- Hình 2a. Diễn biến thế pH và nồng độ SO4 của ruộng tưới ngập. Hình 2b. Diễn biến thế Eh trong ruộng tưới ngập. 6 KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 53 (6/2016)
5. 2- Diễn biến của Eh, pH và hàm lượng SO4 tưới – Srửa trôi – Scây hấp thụ. trong đất ruộng ngập nước đều có xu hướng 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 2- 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 2- (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 2- 0,01mg/100g. Hàm lượng SO4 tăng 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 2- Sau 25 ngày ngập nước, hàm lượng SO4 Nghiên cứu được thực hiện cả thí nghiệm giảm xuống mức 10,79 ± 0,02mg/100g; so với trong phòng và thí nghiệm đồng ruộng trong suốt 2- công thức trong phòng thì lượng SO4 ở 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 2- trong phòng là do cây lúa tiêu thụ SO4 và 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 2- 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 2- [SO4 ] cả ở công thức trong phòng và công thức giảm lưu huỳnh dễ tiêu càng thể hiện rõ và càng - 2- đồng ruộng cho thấy đất lúa ngập nước tạo môi làm tăng các độc tố H2S, HS , S , 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 2- thay đổi, nếu hàm lượng SO4 giảm thì hàm chỉ tiết kiệm nước, hạn chế phát thải khí nhà kính - 2- lượng các độc tố H2S, HS , S , 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 = Stổng trong đất + S phân bón+ rơm rạ vụ cũ + Snước biến 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) 7
6. 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 - 2- anoxic conditions in submerged paddy soils by longer time. Soil toxics including H2S, HS , S 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 8 KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 53 (6/2016)