Nghiên cứu làm rõ tác động của nitơ đối với quá trình hấp thụ cacbon trong đất

Tanjila Jesmin thu thập mẫu đất để nghiên cứu sự phân hủy tàn dư thực vật.

Cacbon hữu cơ trong đất là nền tảng của sức khỏe đất. Nó cải thiện cấu trúc đất đồng thời tăng cường khả năng giữ nước và chất dinh dưỡng, những yếu tố quan trọng đối với bất kỳ hệ thống sản xuất nông nghiệp nào. Để làm giàu nó, nông dân kết hợp bón phụ phẩm cây trồng vào đất.

Vậy tại sao, mặc dù hàng chục bổ sung phụ phẩm, lượng cacbon hữu cơ trong đất lại giảm dần trong các hệ thống sản xuất ngô? Câu trả lời ngắn gọn: đó là nitơ.

Richard Mulvaney, giảng viên tại Khoa Khoa học Tài nguyên và Môi trường (NRES) của Đại học Illinois, cho biết: “Với việc bón phân nhiều nitơ, bạn có thể thu được nhiều sinh khối và năng suất ngô hơn, đồng nghĩa với việc bạn sẽ đưa nhiều phụ phẩm vào đất hơn. Nhưng bạn không thể giữ lượng carbon đó trong đất. Nitơ trong phụ phẩm kích thích vi khuẩn đốt cháy cacbon thông qua quá trình hô hấp. Vì vậy, bạn có thể đưa vào nhiều hơn, nhưng bạn không thể giữ lại”.

Khái niệm rằng việc bón phân nitơ ảnh hưởng đến sự phân hủy phụ phẩm - và do đó, sự kết hợp của phụ phẩm với nơi chứa chất hữu cơ trong đất - không phải là mới. Nhưng các nghiên cứu trước đây cho kết quả trái ngược nhau. Đó là lý do tại sao Mulvaney và Tanjila Jesmin, nghiên cứu sinh tại NRES, đặt ra để làm rõ chất lượng phụ phẩm và dạng nitơ ảnh hưởng như thế nào đến sự phân hủy phụ phẩm ngô trong đất trồng ngô điển hình.

Nhờ vào Morrow Plots lịch sử ở Illinois, nhóm nghiên cứu đã có thể kiểm tra phụ phẩm từ ngô được trồng có và không bón phân với hàm lượng nitơ cao. Theo Jesmin: “Chúng tôi đã thiết kế một nghiên cứu ủ hiếu khí, bổ sung hai phụ phẩm này vào đất trồng trọt điển hình có hoặc không có hai dạng nitơ. Sau đó, chúng tôi quan sát quá trình phân hủy bằng cách đo liên tục việc sản xuất cacbon dioxide, cũng như đo định kỳ các hoạt động của enzyme và sinh khối vi sinh vật”.

Các nhà nghiên cứu phát hiện ra sự hiện diện của nitơ - được bón ngoại sinh vào phụ phẩm hoặc đã được tích hợp trong các mô ngô đang phát triển - làm tăng tốc độ phân hủy phụ phẩm và tạo ra nhiều khí cacbonic hơn. Các loại phân đạm, kali nitrat hoặc amoni sulfat, không tạo ra khác biệt.

Mulvaney cho biết: “Cacbon trong phụ phẩm ngô đến từ khí quyển và nó quay trở lại bầu khí quyển trong quá trình phân hủy. Đó không phải là vấn đề. Vấn đề là khi vi sinh vật có nguồn cung cấp nitơ cao, chúng cũng có nhu cầu cao về cacbon làm nguồn năng lượng. Với tỷ lệ nitơ cao, nhu cầu của chúng có thể vượt quá lượng cacbon cung cấp trong phụ phẩm, điều này có thể khiến chúng tấn công các chất hữu cơ ổn định. Và là vấn đề về lâu về dài”.

Trong tháng đầu tiên ủ đất, sự phân hủy cacbon của phụ phẩm khi có bổ sung phân đạm là nhanh hơn so với không có bổ sung. Tuy nhiên, việc sản xuất cacbon dioxide trong tháng thứ hai đối với đất được bón phân chậm hơn so với đất không bón phân. Vào cuối kỳ nghiên cứu, tổng lượng cacbon dioxide được tạo ra nhiều hơn so với khi không thêm nitơ. Mulvaney nhận định: “Nó giống như những chiếc lá cháy vào mùa thu. Bạn đặt nhiều lá hơn trên ngọn lửa và ngọn lửa sẽ cháy nhiều hơn. Và do đó, với lượng nitơ bổ sung đó, phụ phẩm sẽ bị phân hủy nhanh hơn ở giai đoạn đầu của quá trình ủ. Sau đó, ngọn lửa sẽ tắt bởi vì bạn đã đốt cháy chất nền dễ phân hủy. Khi có mặt nitơ, quá trình diễn ra nhanh hơn”.

Kết quả giải thích lý do tại sao cacbon hữu cơ trong đất không hình thành trong các cánh đồng ngô có lượng bón phân nhiều và khuyến nghị nông dân nên tránh bón quá nhiều nitơ để duy trì chất hữu cơ trong đất.

Các nghiên cứu sâu hơn đang được tiến hành để đánh giá tác động của nitơ khoáng đối với sự phân hủy phụ phẩm trong đất có các đặc điểm tương phản. Jesmin cho biết: “Bởi vì quá trình ươm tạo của chúng tôi sử dụng một loại đất duy nhất, những phát hiện có thể không có giá trị ở mọi nơi. Với những loại đất bản địa có độ phì nhiêu thấp, thâm canh thường hiệu quả trong việc tăng lượng carbon đầu vào cho phụ phẩm. Chúng tôi muốn xem liệu những bổ sung ban đầu này có giúp tạo ra cacbon hữu cơ trong đất hay không”.

Đỗ Thị Thanh Trúc theo Đại học Illinois.