Tóm lược:

Chúng tôi đã lấy mẫu luân canh ngô (Zea mays), đậu nành (Glycine max), và lúa mì (Triticum aestivum L.), đơn canh ngô, và những thí nghiệm kế tiếp cây trồng ở Tây Nam MI trong một thời gian hai năm để khảo nghiệm những hiệu ứng của phương pháp quản lý đan xen trên sinh khối vi sinh và chất hữu cơ dạng hạt (POM) C và N ở 20 hoặc 25 cm lớp đất mặt. Sinh khối vi sinh được tính toán bằng cách sử dụng phương pháp xông khói chloroform, phương pháp ủ. POM được xác định như là hàm lượng C hữu cơ và N của phân tử đất đầu trong lớp kích cỡ 53-2000 m m. C vi sinh giảm bớt trong suốt thời gian khô hạn năm 1994, và lớn trong những nghiệm thức nhận phân ủ nhiều hơn là phân vô cơ năm 1995, nhưng chỉ có quan hệ tương hỗ yếu với khoáng hoá N trong những lần ủ háo khí trong phòng thí nghiệm. Sinh khối vi sinh chiếm một trung bình 2,6% C trong đất và 4,9% N trong đẩt trong tất cả những nghiệm thức lấy mẫu năm 1995. Tỷ lệ vi sinh C:N thấp trong tháng 7 và tháng 11 (6,0) so với tháng 4 và tháng 9 (7,3), và thấp trong những nghiệm thức kế tiếp không dọn đất (5,2) trong những nghiệm thức nông học (6,7). Những thay đổi trong N vi sinh lớn đủ để ảnh hưởng đếm mức sử dụng N ngắn hơi, nhưng có xu thế sẽ là tạm thời. POM tăng lên sau khi bón phân ủ, và lớn hơn trong những ô kế tiếp không dọn đất so với nghiệm thức có dọn đất, nhưng không tăng lên ngay sau khi trộn chung tàn dư thực vật. POM chiếm 19,7% C và 14,8% N năm 1995. Tỷ lệ C:N của nó là 20,8 trong một nghiệm thức kế tiếp không bao giờ dọn đất và 16,0 trong tất cả những loại đất khác. Tỷ lệ C:N là 17,0 trung bình trong phân tử có kích cỡ 250-2000 so m m với 15,5 phân tử có kích cỡ 53-250 m m. Có một quan hệ tương hỗ mạnh giữa POM và khoáng hoá N trong những thời gian ủ háo khí 70- và 150 ngày, nhưng khoáng hoá N lớn mỗi đơn vị POM trong tháng 4 và tháng 11 so với trong tháng 9 hoặc tháng 10 trong cả hai năm khảo nghiệm. Những kết quả này gợi ý là POM có thể được sử dụng để tính toán khoáng hoá N nếu kết hợp với thông tin về tàn dư thực vật mới lắng tụ. © 2001 Published by Elsevior Science B.V.

Những từ chủ yếu: sinh khối vi sinh; chất hữu cơ dạng hạt: POM (particulate organic matter); mức sử dụng Nitơ; chất hữu cơ đất; hệ thống canh tác; phân ủ, nông nghiệp bền vững.

Phần dẫn nhập

Yêu cầu về việc phát triển những hệ thống canh tác để đồng bộ hoá sử dụng N vô cơ với yêu cầu của cây trồng là một thách đố chính đối mặt với nông dân và nhà khoa học. N vô cơ đầy đủ phải là có thể sử dụng trong suốt vụ mùa tăng trưởng để tạo thuận lợi năng suất cao, nhưng một tích tụ NO₃^- đất dư thừa có thể dẫn đến sự thất thoát N tăng lên và ô nhiễm môi trường, nhất là khi vượt quá bốc thoát hơi nước.

Việc sử dụng phân đạm vô cơ cung cấp một giải pháp cục bộ cho vấn đề đồng bộ ở chỗ là số lượng và thời kỳ bón phân có thể kiểm soát. Tuy nhiên, những giới hạn hậu cần và kinh tế thường giơi hạn nông dân trong một lần bón phân và ngay cả khi bón phân nhiều lần có thể thực hiện được, thiệt hại là không thể tránh được.Joketa và Randall (1997) đã bón phân nhãn ¹³N vào thời kỳ trồng và ở giai đoạn V8 trên ngô thường xuyên ở phía Nam vòng đai ngô Hoa Kỳ và đã ghi chép mức thiệt hại 13,27% (từ hệ thống cây trồng-đất (theo tỷ lệ bón phân), không tính đến thời kỳ bón. Những mức thiệt hại tương tự đã được báo cáo qua nhiều loại cây trồng và điều kiện (Russells et al. 1981; Kitur et al.1984; Meisinger et al. 1985; Timmons và Baker 1992; Reddy và Reddy 1993).

Phân đạm thường được áp dụng ở tỷ lệ cao không cần, dẫn đến thiệt hại gia tăng. Reeney (1987) và Meisinger (1984) nhận xét là khuyến có phân bón thường được thực hiện trên cơ ở thông tin không đủ về việc cung cấp N từ tài nguyên cây trồng và đất. Hellberg (1986) và Libra et al. (1987a, b) đã tính toán là đất có thể canh tác bón 50-80 kg N ha^-1 bị trực di xuống nước ngầm mỗi năm ở thủy cấp Big Springs-Iowa và góp phần nhiều vào sự thất bại để giải trình N bị khoáng hoá từ rau xanh và phân động vật trong việc tính toán yêu cầu của cây trồng.Hệ thống khuyến cáo hiện có thường bị cho qua hoặc sử dụng sai lầm. Trong một khảo nghiệm về việc sản xuất ngô có tưới ở Nebraska, Scheppers et al. (1986) đã quan trắc là nông dân tính toán quá mức năng suất của họ bằng một trung bình 32 giạ anh/mẫu anh, dẫn đến một bình quân bón phân quá mức 50 kg N ha-1. Mặc dù Hallberg (1987) lưu ý là nông dân đang cảnh giác dần về việc làm ô nhiễm đất-nước, thường có khuyến khích nhiều để ngăn cản bón phân dưới mức so với bón phân quá mức.

Việc sử dụng các hệ thống canh tác trên nền sinh học là một phối hợp bón phân hữu cơ và việc cố định N₂ sinh học để làm tăng khả năng cung cấp N của đất. Những hệ thống trên có tiềm tàng để tạo ra đồng bộ hoá tốt hơn với yêu cầu của cây trồng so với hệ thống bón phân thường. Nếu chỉ là vì N vô cơ được thả dần nhiều hơn trong vụ trồng. Khoáng hoá bị ảnh hưởng bởi việc sử dụng nhiệt độ và ẩm độ, nên việc cung cấp N vô cơ có thể được mong muốn giảm bớt trong điều kiện không thuận lợi cho phát triển của cây trồng. Tuy nhiên, những phương pháp quản lý làm gia tăng khoáng hoá trong những thời gian có yêu cầu cao có thể cũng làm tăng sự khoáng hoá khi yêu cầu thấp và tiềm tàng về thiệt hại cao. Ví dụ, Dou et al. (1995) tìm ra là việc trộn chung cây đậu tầm có lông (hairy vetch=Vicia villosa Roth) như là một loại phân xanh trước khi sản xuất ngô dẫn đến chừng mực NO₃ tăng cao trong suốt mùa trồng và chừng mực NO₃ cao vào ngày tháng lấy mẫu cuối mùa thu qua so với kết quả quan trắc được về ngô có bón phân theo sau mùa hưu canh phi-rau đậu. Trong một kết quả tương tự, Brown et al (1993) tìm ra là chừng mực NO₃ cuối mùa thu có thể tăng lên trong cả hai hệ thống có và không dọn đất nếu sự phân huỷ của cây đậu tầm bị trì hoãn vì thiếu ẩm độ đất.

Những trình tự cây trồng và cây trồng che phủ có thể được sử dụng để nâng cao tính đồng bộ của cả hai hệ thống có bón phân sinh học và hoá học (McGill và Meyers, 1987; Pierce và Rice, 1988; Myers et al. 1994). Cây trồng che phủ mùa đông đã được cho biết làm giảm chừng mực NO₃ cuối mùa thu trong nhiều hệ thống (Guillard et al. 1995; Philips và Stopes 1995; Solberg 1995), trong khi việc trộn chung những chất dư thừa này có thể hoặc là làm tăng hay giảm chừng mực NO₃ xuân tuỳ thuộc vào qui mô của sự bất động hoá (Weggar và Mengal, 1988). Những trình tự cây trồng cũng có những hệ quả trên việc sử dụng N, mặc dù mức sử dụng N tăng có thể chỉ chiếm một phần nhỏ năng suất gia tăng một cách phổ biến gắn với luân canh gồm có cây rau đậu (Baldock et al 1981; Hesterman et al. 1987).

Chúng tôi đã xác định tiềm tàng khoáng hoá đạm (NMP=nitrogen mineralization potential) như là khả năng thực chất của đất để cung cấp N vô cơ thông qua khoáng hoá theo thời gian. NMP đang thay đổi không ngừng đáp ứng lại sự tích tụ và phân huỷ vật liệu hữu cơ, và có thể là bị thay đổi bằng cách kiểm soát đầu vào của vật liệu hữu cơ, hoặc bằng cách làm thay đổi điều kiện trong đó sự phân huỷ xảy ra. Phải có thể sử dụng NMP để cải tiến sự đồng bộ hoá giữa khoáng hoá và yêu cầu của cây trồng.

Trong một báo cáo hữu quan, (Willson et al 2001) chúng tôi đã tính toán NMP dựa trên sự tích tụ N vô cơ trong thời gian ủ háo khí 150- và 310-ngày đất từ những nghiệm thức nông nghiệp và hưu canh mở rộng ở Trung Tâm Sinh Học Kellogg là NMP cao nhất trong mùa xuân và thấp nhất trong mùa thu, lớn trong những hệ thống đa niên không dọn đất so với những hệ thống hàng niên có dọn đất, tăng lên với việc bón thêm phân ủ, và lớn trong những luân canh gồm có lúa mì và cây trồng che phủ rau đậu so với luân canh ngô-đậu nành không có cây trồng che phủ. Những phát hiện này xác nhận là NMP thay đổi một cách có dự báo với việc bón thêm và phân huỷ vật liệu hữu cơ và nhạy cảm với những thay đổi ngắn hơi trong quản lý nông nghiệp.

Trong báo cáo này, chúng tôi sử dụng số liệu từ cùng những khảo nghiệm ngoài đồng ruộng để kiểm tra quan hệ giữa tiềm tàng khoáng hoá nitơ (NMP) và hàm lượng C và N của sinh khối vi sinh và chất hữu cơ dạng hạt (POM). Cả hai công cụ này gắn chặt với khoáng hoá nitơ: sinh khối vi sinh vì khoáng hoá N là một quá trình qua vi sinh (microbially-mediated process) (Paul và Voroney, 1984; Smith và Paul 1989), và chất hữu cơ dạng hạt (POM) cũng được xem như là chất hữu cơ đa lượng (macroorganic matter), vì điều này có nhiều vật liệu thực vật đã phân huỷ từng phần cấp nhiên liệu cho sự khoáng hoá (Cambardella và Elliott, 1992; Gregorich et al. 1994; Hassink, 1995). Tiêu chí của báo cáo này là để xác định làm cách nào những phương pháp quản lý đan xen làm thay đổi kích cỡ và thành phần của những phần tử này và để xác định xem là những phần tử này có thể được quản lý, hoặc sử dụng để dự báo những thay đổi trên NMP (tiềm tàng khoáng hoá nitơ). Những tính toán trình bày trong báo cáo này tương đối giản đơn và có thể một cách tiềm tàng được sử dụng như một nền để khuyến cáo phân bón.

Vật liệu và phương pháp

Những mẫu đất nhận từ nghiệm thức thực nghiệm ở Living Field Laboratory (LFL) và khảo nghiệm từ Long Term Ecological Research (LTER) ở Kellogg Biological Station ở Kickory Corners, MI (42^o 24’N, 85^o23’W). Những khảo nghiệm này được đặt gần nhau trong một phức hợp của đất thịt (nhiều mùn) Kalamazoo và đất thịt pha cát Oshtemo (cả hai Typic Hapludalfs). Lớp Ap của cả hai loại đất đạt đến một độ sâu 20-30 cm và có một hàm lượng trung bình 10 g đất C hữu cơ kg-1 và một tỷ trọng khối trung bình 1,3 Mg m-3 đến một độ sâu 20 cm. (Robertson et al. 1997). Chỉ một trường hợp biệt lệ là LTER nghiệm thức kế tiếp không dọn đất (xem bên dưới), đặt trên phần còn lại của trắc diện đất trước nông nghiệp, với một hàm lượng C hữu cơ trung bình 1,7 g kg-1 đất mặt 20 cm. Thời tiết ôn đới, với mùa hè ấm, ẩm và mùa đông ẩm lạnh. Lượng mưa tại điểm trung bình là 880 mm mỗi năm (1988-1997), và phân bố đều suốt năm.

Những mẫu đất phức hợp, có 12-15,2 cm đường kính lõi nhận từ một độ sâu 25 cm tháng 4, tháng 6, tháng 8, tháng 10 và tháng 11, 1994 và đến một độ sâu 20 cm tháng 4, tháng 7, tháng 9, và tháng 11, 1995 và tháng 4 1996. Những mẫu đất được làm lạnh ngay, sàng qua lỗ sàng 4 mm và tồn trữ ở 4^oC trong quá trình xử lý (điển hình 1-3 tuần lễ). Vì thay đổi về độ sâu, và vì những nghiệm thức khác nhau được lấy mẫu, những tập hợp dữ liệu 1994 và 1995-1996 được phân tích riêng.

Vị trí KBS LTER được thiết lập năm 1989 để tạo thuận lợi cho việc nghiên cứu qui trình lai tạo về phản ứng tương hỗ sinh thái vốn có trong nông nghiệp cây trồng theo hàng và những hệ sinh thái liên quan ở Trung Tây Hoa Kỳ. Những nghiệm thức kiểm tra trong khảo nghiệm này gồm có 4 luân canh trên nền bắp và ba nghiệm thức kế tiếp. Những nghiệm thức nông nghiệp gồm có luân canh ngô-đậu nành có bón phân thường có và không dọn đất (dọn đất thường (CT), và không dọn đất (NT), và luân canh ngô-đậu nành-lúa mì với cây đậu tằm có lông hoặc cỏ ba lá đỏ (Trifolium pratense L.) như là phân xanh và hoặc là phân bón giảm (đầu vào thấp (LI)) hoặc không đầu vào hóa học bất kỳ loại nào (ZI). Những nghiệm thức kế tiếp gồm có đồng cỏ kế tiếp cắt nhưng không dọn đất (NTS), một nghiệm thức kế tiếp có dọn đất theo lịch sử, kê tiếp ruộng cũ (HTS) và một nghiệm thức dọn đất mỗi năm (ATS), Tất cả bốn nghiệm thức trên nền ngô được lấy mẫu năm 1994 trong khi CT và ba nghiệm thức kế tiếp được lấy mẫu năm 1995 và tháng 4-1996. Những nghiệm thức nông nghiệp được trồng với đậu nành tháng 6, 1994 và lúa mì tháng 10, 1994 sau khi đã trồng với ngô có hoặc khộng đậu tằm có lông năm 1993. Những nghiệm thức CT và NT không được trồng với lúa mì trước năm 1994. Những phương pháp quản lý đối với thí nghiệm điểm chính LTER có thể được tìm thấy trên mạng (http://lter.kbs.msu.edu/Agronomics/protocal.htm).

LFL được thiết lập năm 1993 để cung cấp thông tin phụ về hiệu ứng của những phương pháp quản lý đan xen trong nông nghiệp bền vững. LFL là một thể thức thừa số cho phép việc tách riêng những phương pháp đan xen quản lý quan trọng như là luân canh với đơn canh, phân vô cơ với phân hữu cơ (phân ủ), phương pháp sạ lan với phương pháp sạ theo hàng với phòng trừ cỏ phi hoá học, và hiện diện hoặc không hiện diện cây che phủ. Mỗi loại cây trồng trong luân canh ngô-ngô-đậu nành-lúa mì được trồng mỗi năm. Điều này ngăn cản sự nhầm lẫn hiệu ứng trình tự cây trồng có biến đổi năm này sang năm khác và tạo thuận lợi so sánh ngô luân canh với ngô trồng liên tục (Jones et al. 1998).

Chúng tôi đã lấy mẫu ngô, đậu nành, và lúa mì năm đầu năm 1994 từ những kiểu quản lý phân ủ tổng hợp (phân ủ) và phân bón tổng hợp (phân bón) có và không sử dụng cây che phủ. Năm 1995-1996, chúng tôi đã lấy mẫu luân canh hoàn toàn ngô-ngô-đậu nành-lúa mì cùng với ngô trồng liên tục trong kiểu quản lý phân bón nhưng chỉ ngô năm đầu, ngô trồng liên tục, và lúa mì trong kiểu quản lý phân ủ. Những kiểu quản lý phân bón và phân ủ chỉ thay đổi về nguồn N, phân nitrate ammonium hoặc phân ủ phân chuồng-lá. Cả hai sử dụng việc dọn đất tối thiểu (cày lưỡi) và một phối hợp thuốc diệt cỏ theo băng và trồng trọt cơ học để phòng trừ cỏ dại. Cây trồng che phủ gồm có cỏ ba lá đỏ gieo lẫn vào lúa mì, và gieo với ngô năm đầu, lúa mạch đen (Lolium nutriflorum) hàng năm gieo lẫn vào ngô năm thứ hai và một phối hợp cỏ ba lá đỏ và lúa mạch đen hàng năm gieo lẫn với ngô trồng thường xuyên.

Sinh khối vi sinh được xác định bằng cách sử dụng phương pháp xông khói chloroform, phương pháp ủ trình bày bởi Harris et al. (1997), gồm có phương trình hiệu số phòng trừ tại chỗ đối với C vi sinh (CT (1) phát triển thực nghiệm bởi Horwath et al (1996)

MBC= 1,73 Cf – 0,53 Cc (1)

và N vi sinh tương ứng (CT (2) của Harris et al. (1997)

MBN = MBC (0,56 (Nf-qNc) + 0,095)

Cf-pCc (2)

trong đó CT và Nf tham khảo như thuần CO₂-C và NH₄-N tương ứng, tạo ra trên đất xông khói trong thời gian ủ 10 ngày ở 25^oC. Cc và Nc tham khảo C thuần và khoáng hoá N trong một mấu đối chứng không xông khói trong cùng điều kiện và p và q là tỷ lệ thức của C phi-vi sinh và N trong nghiệm thức ủ đối chứng được tiêu dùng trong mẫu có xông khói. Những giá trị q và p được giả định sẽ là bằng nhau về tiêu chí của phân tích này, và phát sinh từ việc sử dụng CT (3) của Horwath et al. (1996).

p=q=0,29 (Cf) + 0,23 (3)

Cc

Tất cả những tính toán CO2-C được thực hiện bằng cách chuẩn hoá các bẫy NaOH, và NO3-N và NH4-N được thực hiện trên chất trích 1 M KCl có sử dụng phân tích sắc kế tự động Lachat (Lachat Instruments Inc. Milwaukee, WI).

Chúng tôi đã xác định POM như là hàm lượng C tổng số và N của chất tách riêng đất có cỡ hạt cát (52-2000 m m). Đất phơi gió được phát tán trong dung dịch 5% sodium polyphosphate, lắc trong 8 giờ, và đi qua sàng có mắt 2000, 250, và 53 m m sử dụng một dòng chảy nước cất để đảm bảo việc tách riêng. Vật liệu còn lại trên các loại sàng 250 và 53 m m được phân tích về C tổng số và N sử dụng một máy phân tích Carlo Erba N A 1500 Series 2 N/C/S (CE Instruments, Milan, Italy) và xác định như POM hạt thô (250-2000 m m) và hạt mịn 53-250 m m), tương ứng.

Những hiệu ứng nghiệm thức và thời gian trên sinh khối vi sinh và POM được phân tích sử dụng Proc. Mixed of SAS (SAS Institute, 1997) thể thưc khối hoàn toàn ngẫu nhiên với bốn khối ở điểm LTER, và thể thức khối ngẫu nhiên hoàn toàn có lô phụ với bốn khối ở điểm LFL. Trong thể thức LFL, mỗi kiểu quản lý (Phân ủ hoặc Phân bón) được áp dụng vào một lô chính, được chia ra thành những lô phụ với mỗi loại cây trồng trong luân canh cộng với ngô trồng thường xuyên. Những ô phụ này sau đó được chia về hiện diện hoặc không hiện diện sử dụng cây che phủ (che phủ hoặc không che phủ). Chẳng may, vị trí của nghiệm thức cây che phủ không ngẫu nhiên, nên hiệu ứng của cây che phủ có thể bị nhầm lẫn bởi hiệu ứng theo vị trí. Những quan hệ tương hỗ giữa sinh khối vi sinh và phần tử POM, và giữa những phần tử này và số liệu khoáng hoá N của Willson et al. (2001) được phân tích sử dụng phương pháp SAS (SAS Institute, 1988).

Kết quả

Sinh khối vi sinh

Không có sai khác có ý nghĩa trong sinh khối vi sinh C do việc quản lý tập hợp số liệu 1994, nhưng có một mức giảm rõ nét về sinh khối liên quan đến ngày tháng lấy mẫu khác. (Hình 1). Sinh khối C tháng 6 thấp tương đối: đài khí tượng LTER, đã ghi chép 1,4 cm lượng mưa giữa 1-5 và 6-6. Mức giảm lớn nhất về sinh khối C từ tháng 4 đến tháng 6 (963 kg ha-1 hoặc 70%) xuất hiện trong nghiệm thức LTER NT. Số liệu phụ thu gom vào thời kỳ lấy mẫu (không trình bày) cho biết là nghiệm thức này giữ lại ẩm độ nhiều hơn đến 25 cm so với những nghiệm thức nông học khác, nhưng còn có tỷ lệ cao nhất sinh khối vi sinh gần mặt đất, nơi có thể gặp những điều kiện khắc nghiệt về nhiệt độ và dộ ẩm.

Trường hợp thiếu một sai khác có ý nghĩa trên C vi sinh giữa những nghiệm thức phân ủ (833 kg ha-1) và phân bón (754 kg ha-1) ở LFL đáng ngạc nhiên đã biết số lượng lớn phân ủ sử dụng. Những ô lúa mì 1994 nhận 3150 kg C ha-1 tháng 10, 1993, những ô ngô nhận 9000 kg C ha-1 tháng 5, 1994, và những ô đậu nành nhận 6500 kg C ha-1 tháng 10, 1994. (Tất cả số ô còn nhận 500 kg C ha-1 phân ủ tháng 4, 1993). Những số lượng bón thêm lớn so với sản lượng đầu thuần trên mặt đất trong những nghiệm thức này và có 2-7 lần N tổng số như đã sử dụng trong nghiệm thức phân bón tương ứng.

Hiệu ứng của phân ủ trên C vi sinh rõ nét hơn trong tập hợp dữ liệu 1995-1996 (Hình 2). Có một trung bình 853 kg C ha-1 đối với những ô phân ủ và 648 kg C ha-1 trong những ô phân bón đối với những nghiệm thức ngô năm đầu, ngô trồng liên tục và lúa mì. Sai khác lớn nhất trong những ô ngô năm đầu (886kg C ha-1 đối với phân ủ, 566 kg C ha-1 đối với phân bón) dù cho những ô đã nhận số lượng phân ủ ít nhất trong đời sống của thí nghiệm (4950 kg C ha-1, so với 6960 kg C ha-1 với lúa mì và 10800 kg C ha-1 với ngô trồng thường xuyên). C vi sinh có xu thế gia tăng trong những tháng ấm. Điều này lớn một cách có ý nghĩa trong tháng 7 hoặc tháng 9 1995 so với tháng 4 1995 hoặc tháng 4 1996 trong tập hợp dữ liệu này.

C vi sinh và N cả hai lớn một cách có ý nghiã trong kế tiếp không dọn dất (NTS) so với những nghiệm thức LTER khác trong tập hợp dữ liệu 1995-1996, nhưng nghiệm thức này cũng có hàm lượng C tổng số lớn (1,7%) so với những nghiệm thức khác (1,0%). Hiển thị mỗi đơn vị C, không có sai khác có ý nghĩa trên C vi sinh hoặc N.Những nghiệm thức HTS và NTS có tỷ lệ C:N vi sinh thấp (5,0 và 5,4) so với bất kỳ nghiệm thức khác (6,3-7,2) trong tập hợp dữ liệu 1995-1996 (Bảng 1). Những tỷ lệ C:N trong những nghiệm thức HTS và NTS ổn dịnh một cách tương đối những trái lại những tỷ lệ trong những ngiệm thức có dọn đất thấp một cách có ý nghiã sau khi dọn đất tháng 7 và sau lão hoá tháng 11 nhiều so với những ngày tháng mẫu khác. Những tỷ lệ C:N này gợi ý là cộng đồng vi sinh chuyển dịch về phía sản xuất vi sinh khi chất dư thừa tươi có thể sử dụng (tháng 7 và tháng 11), nhưng trái lại tương đối có nhiều loại nấm so với những ngày tháng mẫu khác.

3.2 Chất hữu cơ dạng hạt

Những thay đổi lớn nhất trên POM trong tập hợp dữ liệu 1994 được liên kết với đầu vào lớn của phân ủ trước lúa mì (tháng 10, 1993), trước khi ngô năm đầu (tháng 5, 1994), và đậu nành theo sau (tháng 10, 1994) ở LFL (Hình 3) Chất hữu cơ dạng hạt C tăng lên bởi 1300 kg ha-1 và N tăng lên bởi 50 kg ha-1 trong nghiệm thưc đậu nành tháng 11, 1994 liên quan với những mẫu tháng 4 đến tháng 10. Sai khác này tương đương với 23% của C ủ đã dùng và 26% N ủ đã dùng. Tương tự, có một gia tăng 1400 kg ha- C và 115 kg ha-1 giữa những mẫu tháng 4 và tháng 6 trong những ô ngô năm đầu với phân ủ, đại diện 17-9% C ủ đã dùng và N trong những nghiệm thức đó. Hàm lượng POM của phân ủ chính nó có thể giải trình nhiều về gia tăng này. Chúng tôi thực hiện phương pháp chia theo kích cỡ phân ủ phát sinh từ cùng nguồn đã dùng trong năm 1994, và tìm thấy là 46% C phân ủ và 33% N phân ủ tách riêng những hạt 250-2000 m m, với số lượng phân bón thêm 10%C phân ủ và 8% N phân ủ tách riêng thành những hạt 53-250 m m. Những nghiệm thức này không nhận phân ủ năm 1994 bình quân 4900 kg POM Cha-1 và chỉ cho biết những thay đổi nhỏ trong vụ trồng. Không có hiệu ứng của nghiệm thức hoặc ngày tháng trên POM C hoặc N trong tập hợp dữ liệu LTER 1994.

Trong số 4 nghiệm thức LTER lấy mẫu năm 1995, NTS có liều lượng POM C cao nhất, và tỷ lệ C:N rộng nhất (Hình 4). Có khoảng cùng liều lượng POM N như nghiệm thức HTS. Nghiệm thức HTS lớn một cách có ý nghĩa POM C và N so với bất kỳ nghiệm thức có dọn đất (ATS hoặc CT), nhưng sai khác lớn hơn nhiều trên hạt thô (48% nhiều C và 53% nhiều N) so với hạt mịn (15 và 18%, tương ứng). Sai khác trên POM C giữa những nghiệm thức NTS và HTS cơ bản là hạt mịn. Những hạt thô có thể là dễ cảm ứng với những thay đổi mới trong việc quản lý, như là việc quy đổi từ nông nghiệp có dọn đất đến kế tiếp không dọn đất, nhưng trái lại hạt mịn chắc tích tụ C và N chậm, tạo ra chỉ dấu của việc quản lý dài hạn.

Nghiệm thức NTS có tỷ lệ C:N rộng một cách có ý nghĩa đối với cả hai dạng hạt POM thô (23,4) và dạng hạt POM mịn (19,0) so với những nghiệm thức LTER khác. Nghiệm thức đậu nành và những nghiệm thức kế tiếp khác (HTS và ATS) cũng có tỷ lệ C:N dạng hạt thô cao (17,9, 17,2, 18,5) so với những nghiệm thức nông học có dọn đất (16,3 cho đậu nành CT, 16,9 với lúa mì CT, 15,7 với LI, và 16,8 với ZI). Hai nghiệm thức đầu vào thấp, LI và ZI có tỷ lệ C:N dạng hạt mịn thấp nhất (15,9-15,6) và tỷ lệ C:N POM tổng số thấp nhất (15,8-16,1) ở LTER. Có thể hình như là tỷ lệ C:N của dư thừa thực vật giữ một vai trò trong việc phát sinh sai khác nghiệm thức quan trắc. Những nghiệm thức ATS và NTS bị chi phối bởi tính đa dạng thấp tương đối của loài hoà bản nhưng trái lại thảm thực vật trong nghiệm thức HTS đa dạng hơn và có một tỷ lệ cao rau đậu.

Những nghiệm thức LFL (Hình 5) tiếp tục cho biết những hiệu ứng có ý nghĩa của phân ủ trên POM trong thời gian 1995-1996. Những nghiệm thức phân ủ có một trung bình 24% POM C và N nhiều hơn so với nghiệm thức phân bón. Dạng hạt thô chiếm 2/3 sai khác này. Tất cả những nghiệm thức trong tập hợp dữ liệu 1995-1996 cho thấy một mức giảm rõ trên POM tháng 11 liên quan đến ngày tháng mẫu khác. Trong khi POM được mong muốn đạt đến một tối thiểu trong mùa thu, điều này chịu trách nhiệm là một vài mức giảm này gây ra bởi sự cần thiết dọn dẹp tuyết trên bề mặt của một số nghiệm thức trước khi lấy mẫu, có thể đã lấy đi một số của lớp đất mặt.

Những tỷ lệ C:N hoặc POMở LFL bền cực kỳ trong suốt thời gian khảo nghiệm. Trong khi không có những sai khác có ý nghĩa giữa những nghiệm thức hoặc ngày tháng, tỷ lệ C:N của hạt mịn (15.28) thấp một cách có ý nghĩa so với tỷ lệ của hạt thô (16.52) và thay đổi ít (S.D. = 0,82 với POM mịn so với S.D.= 1,73 với hạt thô). Những sai khác này phù hợp với khái niệm là những mảnh POM mới có thể lớn, và có một tỷ lệ C:N cao so với mảnh POM cũ, mịn hơn.

Bảng 2 cho biết hệ số, r, với quan hệ tương hỗ giữa tập hợp chất hữu cơ trình bày trong báo cáo và tính toán khoáng hoá N thực hiện bởi Willson et al (2001). Những quan hệ tương hỗ mạnh nhất là quan hệ giữa POM C (thô và tổng số) và sự tích tụ N vô cơ sau 150 ngày ủ. POM N cũng là dự báo tốt NMP, nhưng sinh khối sinh vật thì không. Những tính toán khoáng hoá N trong thời gian 10- và 30 ngày có quan hệ tồi với tất cả những chỉ số khác, do ảnh hưởng của cố định sớm trong thời gian ủ. Quan hệ giữa POM C và sự khoáng hoá N trong 150 ngày thay đổi theo mùa khi việc sử dụng N dư thừa thay đổi (số liệu không trình bày). Sự khoáng hoá nitơ mỗi đơn vị POM thấp nhất trong tháng 10 và tháng 9 khi phần lớn cây trồng gần sinh khối đỉnh và cao nhất trong tháng 11 và tháng 4 khi phần lớn cây trồng đã lão hoá. Điều này giống như mô hình tổng hợp tìm ra đối với NMP trong báo cáo của Willson et al (2001), và gợi ý là POM và dư thừa thực vật tươi là hai nguồn quan trọng nhất của N có thể khoáng hoá trong những loại đất này.

Thảo luận

4.1. Chất hữu cơ dạng hạt với yêu cầu của thực vật

Bảng 3 liên hệ với những hàm lượng N của sinh khối vi sinh và hạt POM trong những nghiệm thức ngô năm đầu LFL, không cây che phủ và LTER NTS với sinh khối thực vật trên mặt đất, năng suất, và N dư thừa của chúng. N tối thiểu cần là một tính toán số lượng N vô cơ phải là có thể sử dụng trong suốt mùa phát triển để cung cấp nhu cầu cây trồng. Điều này dựa trên hiệu quả sử dụng tổng hợp của 50% N vô cơ sử dụng (50% phân bón cộng vơi N khoáng hoá thu gom trong mô thực vật). Điều này gần với đầu trên của nhiều hiệu quả thu hồi báo cáo từ những khảo nghiệm bón phân (ví dụ Keeney, 1982; Jokela và Randall 1997).

Sinh khối vi sinh chỉ chiếm 4% N trong đất trong nghiệm thức ngô năm đầu có bón phân và 8% phân ủ đã bón và đất kế tiếp vốn có. Số liệu trình bày trong Hình 3 cho biết là N vi sinh thay đổi về bản chất giữa ngày tháng trong từng nghiệm thức với một gia tăng tối đa 120 kg N ha-1 giữa tháng 4 và tháng 7 trên ngô năm đầu. Những ô phân ủ, nhân đôi hàm lượng N đầu. Đã biết là nguồn N vô cơ không bao giờ vượt quá 45 ppm (117 kg N ha-1), trong lớp đất mặt 20 cm trong khảo nghiệm, sự cố định vi sinh có thể là rất quan trọng trong việc sửa đổi sử dụng N vô cơ. Thay đổi về N vi sinh từ tháng 4 đến tháng 7 nhỏ sau khi trộn chung cỏ ba lá đỏ trong ô ngô năm đầu, che phủ năm 1995 so với việc trộn chung một tỷ lệ C:N cao “hưu canh cỏ=weedy fallow) trong những ô không cây che phủ. Cây trồng che phủ có tỷ lệ C:N thấp có thể giảm bớt chừng mực cố định đầu mùa, do đó thả ra N vô cơ để cây trồng sử dụng. Một tỷ lệ xoay vòng vi sinh của 2-3 thế hệ mỗi năm (Harris và Paul 1994) có thể dẫn đến một trung bình 250-370 kg N ha-1 có chu kỳ thông qua sinh khối vi sinh trong những nghiệm thức nông học LFL, giống như yêu cầu tối thiểu của 240-500 kg N ha-1 cần để tạo ra sinh khối cây trồng quan trắc.

POM đại diện 20% N trong đất trên ngô năm đầu. Nghiệm thức phân ủ, và 12 và 13% trong những nghiệm thức phân bón và NTS, tương ứng. Như đã trình bày trước, có những gia tăng lớn trên POM N gắn với bón thêm phân ủ lớn năm 1994, và có một mức giảm tạm thời trong hầu hết những nghiệm thức tháng 11, 1945. Do ngày tháng những thay đổi nhỏ tương đối, mặt khác, chỉ dấu là sự phân huỷ POM cân bằng bởi sự hình thành POM mới nhiều theo mùa. Mức giảm trên POM N tháng 11,1995 tương đương với 100 kg N ha-1 trên trung bình và một tối đa 214 kg N ha-1 trong nghiệm thức ngô năm đầu với phân ủ và cây che phủ. Điều này đã được tính toán là thời gian xoay vòng tình trạng đều với POM là 20-40 năm. Điều này có thể bắt buộc một mức thu hàng năm 7-25 kh N ha-1 trong những nghiệm thức trình bày trong Bảng 3, là 6-30% tổng số lượng cây trồng và N phân ủ bón thêm vào trong đất trong những nghiệm thức này.

4.2 Chất hữu cơ dạng hạt như là yếu tố dự báo của khoáng hoá N

Willson et al. (2001) đã tìm thấy là NMP nâng cao bởi việc bón thêm phân ủ, việc trộn chung dư thừa cây rau đậu, và quy đổi từ thực vật hàng niên sang đa niên như trong những nghiệm thức HTS và NTS. NMP lớn nhất vào cuối mùa xuân (tháng 4-tháng 6), và thấp nhất vào đầu mùa thu (tháng 9 và tháng 11).

Như NMP, POM C và N nâng cao bởi bón thêm phân ủ và lớn hơn nhiều trong những nghiệm thức NTS và HTS so với bất kỳ nghiệm thức có dọn đất. Tuy nhiên, việc trộn chung dư thừa không làm thay đổi một cách có ý nghĩa POM C và N trong khảo nghiệm này, nhưng trái lại việc trộn chung dư thừa cây rau đậu gia tăng NMP xuân và thu trong báo cáo của Willson et al (2001), nhất là ngược lại với NMP thấp quan trắc tháng 9 và tháng 10.

Quan hệ tương hỗ giữa POM C và NMP tìm ra trong khảo nghiệm này, và trong báo cáo của Hassink (1995), gợi ý là POM C mà Hassink gọi là chất hữu cơ đa lượng có thể là điều bổ ích như một trợ lực cho khuyến cáo sử dụng phân bón, nhất là nếu kết hợp với thông tin về dư thừa vừa trộn chung. Những tính toán của POM C phải là giản đơn đủ để bao gồm trong khảo nghiệm thường lệ, và có thể cung cấp một phương pháp chủ quan cho việc sửa đổi khuyến cáo sử dụng phân bón trong những trường hợp trong đó việc quản lý đã qua đã dẫn đến khả năng cung cấp N cao hoặc thấp bất thường. Những tính toán về POM là để kết hợp việc phân chia mật số và kích cỡ (Meijboom et al 1995; Cadisch et al. 1996; Barios et al. 1996) và ủ vô khí của Waring và Bremmer (1994) cũng đã chứng tỏ chỉ dấu rất tốt của khoáng hoá N, nhưng có thể là tốn kém nhiều hơn để thực thi khảo nghiệm như thường lệ.

Sinh khối vi sinh là một chỉ dấu ít tin cậy về những thay đổi trong việc sử dụng nền so với bất kỳ POM hoặc NMP. Sinh khối vi sinh không được nâng cao bởi cây trồng che phủ, chỉ gia tăng với phân ủ trong vụ trồng 1995-1996 và kinh qua một mức giảm vào tháng 6, 1994 không liên quan đến việc sử dụng nền.

4.3. Những thay đổi theo mùa trên sinh khối vi sinh

Có một xu thế về sinh khối vi sinh lớn trong những tháng ấm (tháng 7-tháng 10) nhiều hơn những tháng mát (tháng 4- tháng 11). Điều này phù hợp với sô liệu ở những điểm ôn đới ẩm khác (Kaiser và Heinemeyer 1993; Krichner et al 1993; Joergensen et al 1994; Paul và Harris 1997). Mô hình đối nghịch được tìm thấy đối với những hệ thống canh tác mùa mát trong những môi trường nửa khô hạn (Van Gestel et al. 1992; Bremer và van Kessel, 1992; Collins et al 1992; Franzluebbers et al. 1994). Maxwell và Coleman (1995) cũng báo cáo sinh khối thấp trong mùa hè tại những nơi ở ven biển ẩm, nhưng trong khảo nghiệm đó sinh khối vi sinh hè hình như đã bị giới hạn bởi sự ăn mồi của vi động vật. Trong khi việc sử dụng nền thường được giả định sẽ là yếu tố quyết định quan trọng nhất của sinh khối vi sinh, rõ nét là từ những công trình nghiên cứu này những yếu tố khác có một ảnh hưởng lớn trên những mô hình thay đổi theo mùa.

Chúng tôi đã phát hiện những sai khác có ý nghĩa C:N vi sinh trong tập hợp dữ liệu 1995-1996, với tỷ lệ C:N sau khi dọn đất và sự lão hoá thực vật (tháng 7 và tháng 11,1995) trong những nghiệm thức có dọn đất và tỷ lệ C:N thấp ở tất cả những ngày tháng trong những nghiệm thức kế tiếp không dọn đất. Tỷ lệ C:N của sinh khối vi sinh phải phản ảnh thành phần loài, nhất là tỷ lệ của vi kuẩn:nấm (Jenkinson, 1976; Shen et al 1984; Sparling và Zhu, 1993). Những tỷ lệ C:N của Nấm thay đổi từ 4,5:1 đến 15:1 trong khi tỷ lệ C:N của vi khuẩn có xu thế sẽ là giữa 3:1 và 5:1 (Paul và Clark, 1996). Nếu ta giả định một tỷ lệ C:N 10 với nấm và 4 với vi khuẩn, tỷ lệ vi khuẩn:nấm của những mẫu tháng 7 và tháng 11 tổng quát có thể là khoảng 2:1 nhưng trái lại tỷ lệ tháng 4 và tháng 9 có thể là 1:1 và ty lệ trong nghiệm thức NTS có thể là khoảng 6:1 qua tất cả những ngày tháng. Phương pháp soi kính hiển vi trực tiếp nghiệm thức LTER năm 1991 và 1993 và LFL năm 1994 dẫn đến những tỷ lệ vi khuản:nấm thay đổi từ 0,3:1 đến 5:1 (Paul và Harris 1997). Sự phong phú tương dối cao của vi khuẩn ở điểm này nói ngược lại với giả thuyết của Anderson và Domsch (1975) là các loại đất nông nghiệp bị chi phối bởi nấm.

4.4 Những điều kiện quản lý bắt buộc

Trong những loại đất có sa cấu thô này, NMP, sinh khối vi sinh, và POM tất cả có khả năng làm thay đổi đáp ứng lại đầu vào của vật liệu hữu cơ từ thực vật và những nguồn bên ngoài. Trong khi những thay dổi trên sinh khối vi sinh N có thể là quan trọng trong việc sửa đổi sử dụng N cho cây trồng ở những thời gian khác nhau trong năm (ví dụ sau khi dọn đất và sau khi thực vật lão hoá), kích cỡ của sinh khối vi sinh ở bất kỳ điểm thời gian nào không phải là một chỉ dấu tốt về khả năng cung cấp N của đất. Rõ là, những chức năng của sinh khối vi sinh như là một chất xúc tác cho việc phân huỷ vi sinh nhiều hơn là nguồn dài hơi hoặc chứa N có thể khoáng hoá trên những loại đất này. POM chứng minh sẽ là một chỉ dấu có thể tin cậy nhiều hơn của NMP qua những nghiệm thức, nhưng điều này không phát hiện sai khác trên NMP gắn với việc sử dụng dư thừa thực vật vừa được trộn chung. Điều này gợi ý là tính toán POM có thể được sử dụng để tính toán khoáng hoá N nếu kết hợp với thông tin về loại cây trồng năm trước và sản xuất cây trồng che phủ. Khảo nghiệm thêm sẽ là cần để xác định xem là quan hệ quan trắc giữa POM và NMP có giá trị qua miền và loại đất.

Ngày 05-01-2007

Trở về Trang Chính