Những tính chất khoa học của đất ảnh hưởng sản xuất

Vì vậy, khi đánh giá đất cho sản xuất, không nên chỉ nhìn vào màu đất hoặc một chỉ tiêu riêng lẻ. Cần xem đồng thời cấu trúc và độ xốp, thành phần cơ giới, khả năng giữ nước, pH, khả năng giữ dinh dưỡng, độ mặn và chất hữu cơ.

Cấu trúc và thành phần cơ giới quyết định trạng thái vật lý của đất

Thành phần cơ giới phản ánh tỷ lệ tương đối giữa cát, limon và sét. Theo hệ thống phân loại của USDA, các tỷ lệ này tạo nên các nhóm đất từ đất cát đến đất sét. Thành phần cơ giới ảnh hưởng mạnh đến diện tích bề mặt hạt, khả năng giữ nước, khả năng giữ ion dinh dưỡng và tốc độ di chuyển của nước trong đất.

Đất nhiều cát thường có lỗ rỗng lớn hơn nên nước thấm và thoát nhanh, nhưng khả năng giữ nước thấp hơn. Ngược lại, đất có tỷ lệ limon và sét cao thường giữ được nhiều nước hơn nhưng nước và không khí di chuyển chậm hơn, đồng thời có thể khó canh tác khi đất quá ướt. Đất thịt thường tạo được sự cân bằng tương đối thuận lợi giữa giữ nước, thoát nước và khả năng canh tác.

Cấu trúc đất lại mô tả cách các hạt đất liên kết thành các đoàn lạp. Cấu trúc tốt tạo ra hệ thống lỗ rỗng với nhiều kích thước khác nhau, giúp đất đồng thời chứa nước và không khí, tạo đường cho rễ phát triển. Chất hữu cơ góp phần hình thành và ổn định đoàn lạp, trong khi nén chặt hoặc làm đất khi quá ướt có thể phá hủy cấu trúc.

Do đó, cùng một loại thành phần cơ giới nhưng hai khu đất có cấu trúc khác nhau vẫn có thể cho khả năng sản xuất khác nhau.

Độ xốp, dung trọng và khả năng thông khí chi phối sự phát triển của rễ

Độ xốp là phần thể tích đất dành cho các khoảng rỗng chứa nước và không khí. Dung trọng là khối lượng đất trên một đơn vị thể tích; USDA-NRCS cho biết đất nông nghiệp thường có dung trọng khoảng 1,0–1,6 g/cm³, nhưng mức ảnh hưởng đến rễ thay đổi theo thành phần cơ giới.

Khi đất bị nén chặt, các lỗ rỗng lớn có thể bị mất, làm giảm sự lưu thông của nước và không khí. Điều này làm tăng trở lực cơ học đối với rễ, hạn chế vùng đất mà rễ có thể khai thác và có thể tạo điều kiện bất lợi cho hoạt động sinh học của đất.

Mức dung trọng gây hạn chế rễ không giống nhau giữa các loại đất. Một bảng chỉ báo của USDA-NRCS cho thấy ngưỡng hạn chế sinh trưởng rễ được ghi nhận trên 1,80 g/cm³ đối với đất cát, trên 1,65 g/cm³ đối với đất limon và trên 1,47 g/cm³ đối với đất sét. Đây là các giá trị tham khảo theo nhóm kết cấu, không phải một ngưỡng chung cho mọi loại đất.

Về sản xuất, chỉ tiêu này đặc biệt quan trọng khi đánh giá tầng đất bị máy móc, giao thông hoặc canh tác lặp lại làm nén chặt. Đất có độ xốp và cấu trúc phù hợp sẽ tạo điều kiện tốt hơn cho rễ, nước và không khí cùng tồn tại.

Khả năng giữ nước quyết định mức nước cây có thể khai thác

Khả năng giữ nước của đất không đồng nghĩa với lượng nước tổng cộng có trong đất. Điều quan trọng hơn đối với sản xuất là lượng nước sẵn có cho cây, tức phần nước nằm giữa sức chứa đồng ruộng và điểm héo. USDA-NRCS định nghĩa available water capacity là lượng nước cây có thể sử dụng trong khoảng này.

Khả năng giữ và cung cấp nước chịu ảnh hưởng bởi:

·         Thành phần cơ giới

·         Cấu trúc và hệ thống lỗ rỗng

·         Độ sâu tầng đất

·         Hàm lượng chất hữu cơ

·         Mức độ nén chặt

FAO cho biết khả năng giữ nước của đất phụ thuộc đáng kể vào độ sâu tầng đất, thành phần cơ giới và chất hữu cơ; đất thịt và đất giàu chất hữu cơ thường có khả năng cung cấp nước hữu dụng cao hơn.

Quan hệ này tạo ra một đánh đổi quan trọng: đất quá cát có thể thoát nước nhanh và dễ thiếu nước, trong khi đất quá nặng có thể giữ nhiều nước nhưng lại thoát khí kém. Vì vậy, mục tiêu sản xuất không đơn giản là “giữ càng nhiều nước càng tốt”, mà là duy trì lượng nước cây có thể khai thác cùng với độ thông khí và thoát nước phù hợp.

pH và khả năng trao đổi cation quyết định môi trường dinh dưỡng

pH đất phản ánh mức độ axit hoặc kiềm của môi trường đất và có ảnh hưởng trực tiếp đến độ hòa tan, khả năng sẵn có của nhiều chất dinh dưỡng, hoạt động của vi sinh vật và các quá trình hóa học trong đất. FAO cho biết pH đất thường nằm trong khoảng rộng khoảng 3–9, trong khi khoảng 6,0–7,5 thường phù hợp với nhiều cây trồng; tuy nhiên, khoảng thích hợp cụ thể vẫn phụ thuộc vào từng loài và điều kiện canh tác.

Điểm quan trọng là pH không phải “chỉ số chất lượng” có một giá trị tối ưu cho mọi cây. Khi pH thay đổi, độ hòa tan và khả năng sẵn có của các nguyên tố cũng thay đổi, từ đó có thể làm tăng nguy cơ thiếu hoặc độc dinh dưỡng. USDA-NRCS cũng ghi nhận pH ảnh hưởng đến quá trình phân giải chất hữu cơ và hoạt động của các nhóm vi sinh vật trong đất.

Bên cạnh pH, khả năng trao đổi cation (CEC) cho biết khả năng đất giữ các ion mang điện tích dương như K, Ca, Mg và NH4⁺ trên các vị trí trao đổi của đất. CEC chủ yếu liên quan đến loại và lượng sét cùng chất hữu cơ. Đất có CEC thấp thường giữ ít cation dinh dưỡng hơn và có thể cần quản lý nguồn dinh dưỡng thường xuyên hơn so với đất có CEC cao.

Như vậy, pH trả lời một phần câu hỏi “dinh dưỡng có ở trạng thái phù hợp để cây sử dụng không?”, còn CEC giúp phản ánh khả năng đất giữ một số cation dinh dưỡng.

Độ mặn và độ dẫn điện có thể trở thành giới hạn sản xuất

Độ dẫn điện của đất, thường ký hiệu EC, là một chỉ tiêu quan trọng để đánh giá lượng muối hòa tan trong dung dịch đất. Khi nước bị bốc hơi hoặc được cây sử dụng, muối có thể tích tụ trong dung dịch đất nếu không được rửa trôi thích hợp.

Vấn đề không chỉ nằm ở việc đất “có muối” mà ở mức độ muối và độ nhạy của cây trồng. USDA-NRCS đưa ra các ngưỡng EC khác nhau cho nhiều cây. Chẳng hạn, ngưỡng EC_e được nêu khoảng 1,7 dS/m đối với ngô và khoai tây, 2,5 dS/m đối với cà chua và 5,0 dS/m đối với đậu tương; vượt ngưỡng, năng suất có thể giảm với tốc độ khác nhau tùy cây.

Điều này cho thấy không thể đánh giá độ mặn chỉ bằng một nhận xét chung như “đất mặn cao” hay “đất ít mặn”. Cần biết phương pháp đo, đơn vị EC, ngưỡng chịu mặn của cây và điều kiện quản lý nước tương ứng.

Chất hữu cơ và hoạt động sinh học kết nối nhiều tính chất của đất

Chất hữu cơ là một thành phần có ảnh hưởng đồng thời đến nhiều chức năng của đất. USDA-NRCS ghi nhận chất hữu cơ có thể cải thiện khả năng giữ nước và dinh dưỡng, cấu trúc đất, độ ổn định của đất và tiềm năng sản xuất.

Tác động này mang tính liên kết. Chất hữu cơ góp phần tạo và ổn định đoàn lạp; đồng thời các thành phần hữu cơ có khả năng giữ một số ion dinh dưỡng và tham gia vào hoạt động sinh học của đất. Khi cấu trúc tốt hơn, nước và không khí có điều kiện di chuyển thuận lợi hơn, qua đó hỗ trợ môi trường sống của vi sinh vật và hệ rễ.

Vì vậy, không nên xem chất hữu cơ như một chỉ tiêu tách biệt hoàn toàn với các tính chất vật lý và hóa học. Nó là một trong những thành phần kết nối khả năng giữ nước, giữ dinh dưỡng, cấu trúc và hoạt động sinh học của đất.

Các tính chất của đất phải được đánh giá như một hệ thống

Trong sản xuất, một chỉ tiêu riêng lẻ hiếm khi đủ để kết luận đất tốt hay xấu. FAO nhấn mạnh rằng cây cần đồng thời môi trường thích hợp về độ sâu, kết cấu, cấu trúc, lỗ rỗng, nước, không khí, pH, khả năng trao đổi và trạng thái dinh dưỡng.

Có thể hình dung mối quan hệ theo chuỗi:

Thành phần cơ giới → cấu trúc và lỗ rỗng → nước không khí → rễ → hấp thu dinh dưỡng → sinh trưởng và năng suất

Trong khi đó:

pH CEC trạng thái dinh dưỡng EC → khả năng dinh dưỡng và giới hạn hóa học → sinh trưởng

Do các yếu tố này tương tác với nhau, cùng một mức pH hoặc cùng một lượng nước chưa chắc tạo ra cùng kết quả nếu cấu trúc, độ nén, CEC hoặc độ mặn khác nhau. USDA-NRCS cũng sử dụng nhóm chỉ tiêu vật lý, hóa học và sinh học kết hợp để đánh giá chức năng và sức khỏe đất.

Vì vậy, khi đánh giá đất phục vụ sản xuất, nhóm chỉ tiêu cốt lõi nên được xem xét gồm thành phần cơ giới, cấu trúc, độ xốp và dung trọng, khả năng giữ nước, pH, CEC, EC, chất hữu cơ và các chỉ tiêu dinh dưỡng phù hợp với cây trồng. Giá trị của từng chỉ tiêu phải được diễn giải trong mối quan hệ với loại đất, cây trồng, khí hậu và phương thức quản lý thay vì áp dụng một ngưỡng chung cho mọi trường hợp.

Các tính chất khoa học của đất ảnh hưởng đến sản xuất chủ yếu thông qua ba vấn đề lớn: rễ có phát triển được không, cây có tiếp cận đủ nước và dinh dưỡng không, và môi trường đất có chứa các yếu tố gây hạn chế như nén chặt, úng hoặc mặn hay không. Đánh giá đất theo hệ thống các tính chất vật lý, hóa học và sinh học vì thế có giá trị hơn việc chỉ dựa vào một đặc điểm quan sát bên ngoài.