Soil Research

Chất thải bauxite (đất đỏ) là sản phẩm phụ từ quá trình xử lý bauxite nghiền nát với soda ăn da để sản xuất alumina. Khi khô, chất thải này có tính kiềm và có khả năng giữ phospho (P) cao. Chất thải này được thêm vào các bãi chăn thả trên đất cát axit để tăng khả năng giữ P của đất nhằm giảm sự rửa trôi P vào các nguồn nước, từ đó giảm hiện tượng phì nhiêu hóa nguồn nước. Bài báo này xem xét cách thức mà đất đỏ ảnh hưởng đến hiệu quả của P từ superphosphate đơn để sản xuất cỏ ba lá ngầm (Trifolium subterraneum) khô, trong năm bón và những năm sau đó (giá trị tồn residual). Đất đỏ được bón với các liều lượng 0, 2, 5, 10, 20 và 40 tấn/ha và P được bón với các liều lượng 0, 5, 10, 20, 40, 80 và 160 kg P/ha. Trong năm bón và năm sau bón đất đỏ, năng suất chất khô tăng gấp đôi trên đất được bón 20 tấn/ha đất đỏ so với đối chứng không bón. Sự cải thiện về sản xuất ban đầu lớn hơn ở các phương pháp bón đất đỏ so với phương pháp bón vôi (2 tấn vôi/ha). Đất đỏ đã làm tăng cao điểm sản lượng tối đa cho P được bón trong năm hiện tại và năm trước đó. Khi P được bón vào đất đỏ vừa mới bón, cần phải bón thêm P để đạt được cùng một năng suất khi lượng đất đỏ bón vào tăng lên. Đất đỏ làm tăng độ pH của đất và sự gia tăng năng suất được quy cho việc loại bỏ pH đất thấp như là một rào cản đối với sản xuất bãi chăn thả. Nhu cầu ban đầu về lượng P phân bón cao hơn khi lượng đất đỏ bón vào tăng có thể do sự hấp phụ P tăng lên gây ra bởi sự lắng đọng P đã bón khi phân bón tiếp xúc gần với đất đỏ kiềm tươi.

Bùn bauxite từ quá trình tinh chế nhôm được sử dụng để phủ lên các viên phân lân đơn nhằm giảm thiểu hiện tượng mất phosphorus trong đất cát thô cho cỏ tại các khu vực có mưa nhiều ở tây nam Australia (>800 mm trung bình hàng năm). Tác động của việc phủ phân lân đơn đối với lượng phosphorus bị rửa trôi đã được đo lường trong một thí nghiệm trong nhà kính và hiệu quả của phân bón được tính toán theo năng suất cỏ khô của cỏ xoắn (Trifolium subterraneum) trong một thí nghiệm tại hiện trường. Trong thí nghiệm nhà kính, tác động của việc phủ phân lân đơn bằng bùn bauxite được khảo sát với các tỉ lệ 0, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35 và 40% theo khối lượng. Tỉ lệ phủ 25% (theo trọng lượng) đã được chọn cho thí nghiệm tại hiện trường. Trong thí nghiệm nhà kính, các viên phân bón được phủ đã được áp dụng vào các cột đất, nơi mà cỏ xoắn được trồng dưới điều kiện rửa trôi. Lớp phủ 30% theo trọng lượng đã làm giảm khoảng một nửa lượng mất phosphorus của phân lân đơn. Tăng cường lớp phủ bùn bauxite cũng làm tăng lượng phosphorus hấp thụ và tăng trưởng cây trồng. Trong thí nghiệm tại hiện trường, hiệu quả của phân lân đơn có lớp phủ bùn bauxite 25% theo khối lượng đã tăng lên trung bình 100% vào năm 1, 303% vào năm 2, và 158% vào năm 3, so với phân lân đơn được áp dụng mới. Lớp phủ bùn bauxite còn làm tăng hàm lượng phosphorus trong cỏ theo cách tương tự với mức tăng năng suất. Các thử nghiệm hạn chế về phosphorus trong đất cho thấy chỉ có những tăng nhẹ về dư lượng phosphorus tại các khu vực mà phân lân đã được phủ bùn bauxite.

Ảnh hưởng của Bauxsol, một sản phẩm phụ công nghiệp phong phú, đến việc cố định các axit tan và một loạt các kim loại có khả năng gây độc hại cho môi trường trong đất phù sa axit nhân tạo và tự nhiên đã được nghiên cứu. Khả năng trung hòa axit của Bauxsol tăng với việc giảm pH, điều này có thể được cung cấp không chỉ bởi các hydroxide kim loại bazơ, cacbonat, và hydroxycacbonat mà còn bằng việc proton hóa các hạt có điện tích thay đổi (ví dụ, gibbsit và hematit) có trong Bauxsol. Kết quả từ các thí nghiệm mô phỏng cho thấy việc loại bỏ 9 kim loại nặng có ý nghĩa môi trường đã được gia tăng nhờ việc bổ sung Bauxsol™; một ngoại lệ là Co. Việc loại bỏ các kim loại nặng tan đã được bổ sung trong các hỗn hợp đất-Bauxsol™ cho thấy thứ tự ưa thích là Pb > Fe > Cr > Cu > Zn > Ni > Cd > Co > Mn. Đối với đất phù sa axit tự nhiên mà không có dung dịch kim loại tổng hợp bổ sung, sự giữ lại các kim loại có ý nghĩa môi trường được sắp xếp theo thứ tự giảm dần sau: Al > Zn > Fe > Co > Mn.

Bùn bauxite (bùn đỏ) là một sản phẩm phụ kiềm mịn của ngành công nghiệp nhôm oxit. Việc ứng dụng bùn đỏ vào đất có khả năng giảm sự phú dưỡng của các con sông và nguồn nước bằng cách giữ lại các chất dinh dưỡng trên các vùng đất cát nghèo dinh dưỡng. Những khu vực có thể được hưởng lợi từ việc cải thiện bằng bùn đỏ thường là những khu vực tiếp thu nước ngầm để cung cấp nước uống và những khu vực gần nguồn nước nhạy cảm với môi trường. Do đó, cần phải đánh giá những tác động ngoài hiện trường của bùn đỏ trước khi áp dụng rộng rãi. Nghiên cứu này nhằm đánh giá thời gian mà phốt pho tiếp tục được bùn đỏ hấp thu và mức độ áp dụng bùn đỏ tốt nhất để giữ lại phốt pho đã được bón. Tác động của bùn đỏ được cải thiện bằng thạch cao đối với khả năng giữ phốt pho đã được nghiên cứu. Thành phần nước rửa từ bùn đỏ đã được so sánh với tiêu chuẩn nước uống cho con người và một mẫu kiểm soát không xử lý. Lượng mưa hàng tháng đã được mô phỏng và nước rửa đã được thu thập từ các lysimeter được lấp đầy bằng cát xám đã làm trắng có thêm 5–80 tấn/ha bùn đỏ, có hoặc không có thạch cao. Nước rửa từ hơn 12 tháng mưa mô phỏng đã được kiểm tra các chất ô nhiễm tiềm ẩn (Cd, Al, Fe, As, F, SO24-), điện dẫn, pH, và P. Mô phỏng mưa đã được tiếp tục trong khoảng thời gian tương đương 5 năm và mức độ P đã được theo dõi trong suốt thời gian đó. Các nồng độ ion của nước rửa từ các cột xử lý bằng bùn đỏ tương tự như nồng độ trong các mẫu kiểm soát hoặc rơi vào mức tương tự sau khoảng 3 tháng mưa. Các nồng độ của những nước rửa này đều dưới giới hạn tối đa khuyến nghị cho nước uống, ngoại trừ trường hợp fluoride chỉ xảy ra khi thạch cao được áp dụng. Nồng độ fluoride từ bùn đỏ được cải thiện bằng thạch cao giảm về tiêu chuẩn nước uống trong khoảng thời gian tương đương 7 tháng mưa. Mức độ áp dụng bùn đỏ tốt nhất để giảm sự rửa trôi phốt pho là 10–20 tấn/ha, không có thạch cao. Sự giữ lại dinh dưỡng cải thiện từ bùn đỏ tiếp tục trong khoảng thời gian tương đương ít nhất 5 năm sau khi bón phân.

Nghiên cứu này sử dụng lysimeter hiện trường để điều tra sự giảm thiểu rò rỉ photpho (P) được áp dụng dưới dạng phân bón superphosphate từ một loại đất cát rất thấp ở vùng đất ven biển Swan, đã được xử lý bằng chất thải bauxite (bùn đỏ) được trung hòa bằng either thạch cao thải từ ngành công nghiệp photphat hoặc sulfat sắt (copperas) từ ngành công nghiệp titan dioxide. Sự bổ sung 500 t ha-1 bùn đỏ/thạch cao hoặc 200 t ha-1 bùn đỏ/copperas đã được phát hiện giảm rò rỉ P xuống dưới 3 kg ha-1 với tỷ lệ áp dụng lần lượt là 270 và 80 kg P ha-1. Khả năng giữ nước từ những loại đất thoát nước quá mức này đã được tăng cường lên 14 và 50% nhờ vào việc bổ sung 200 và 2000 t ha-1 bùn đỏ, tương ứng. pH của nước rò rỉ ở tất cả các tỷ lệ áp dụng bùn đỏ/copperas đã tăng từ khoảng 4 lên khoảng từ 7 đến 7,5. Nồng độ Na và SO4 lần lượt là khoảng 8 và 17 g l-1 trong các mẫu nước rò rỉ ban đầu được thu thập từ lô xử lý 2000 t ha-1 bùn đỏ nhưng đã giảm xuống khoảng 0.4 và 2.0 g l-1 sau 3 năm rò rỉ. Rò rỉ Ca dường như ban đầu bị kiểm soát bởi độ hòa tan của CaSO4 dư thừa còn lại sau khi trung hòa bùn đỏ, với nồng độ dao động từ 0.3 đến 0.5 g l-1 trước khi giảm xuống khoảng mức của các loại đất không xử lý là 0.01-0.06 g l-1. Nồng độ Na, SO4 và Ca trong nước rò rỉ từ đất đã xử lý 500 t ha-1 bùn đỏ/copperas đã giảm xuống các mức chấp nhận được sau 2 năm. Mức độ muối hòa tan tổng (TSS) cao liên quan đến mức độ bã cao có thể ảnh hưởng đến sản xuất đồng cỏ trong những năm ngay sau đó khi cải tạo đất.

Bùn đỏ là một loại chất thải kiềm, giàu sắt và được nghiền mịn, thu được bằng cách tiêu huỷ bauxite bằng natri kiềm để loại bỏ alumina. Độ kiềm còn lại của bùn đỏ tương đương với 11% canxi carbonat tinh khiết. Sự rửa trôi phốt pho từ các loại đất cát không màu mỡ đã dẫn đến sự ô nhiễm hữu cơ của các cửa sông và gây ra sự phát triển của tảo. Bùn đỏ đã được chứng minh là giảm sự rửa trôi của phốt pho từ đất cát. Nghiên cứu này được thực hiện để xác định ảnh hưởng của bùn đỏ đối với sự phát triển của cỏ và sự hấp thụ kim loại nặng. Bùn đỏ, không được xử lý hoặc được xử lý với thạch cao, được áp dụng với các tỷ lệ 0, 10, 20, 40 và 80 tấn/ha vào một cánh đồng cỏ hạt lợn và cỏ rye. Có 3 mẫu cho mỗi điều trị và một thiết kế hoàn toàn ngẫu nhiên được sử dụng. Thiết kế thí nghiệm bao gồm 5 tỷ lệ bùn đỏ x 2 không xử lý và xử lý với thạch cao x 3 lần lặp lại, tạo ra 30 ô thí nghiệm. Sự phát triển của cây trồng, và thành phần dinh dưỡng và kim loại nặng của các chóp cây được đo lường. Việc áp dụng 40 tấn/ha bùn đỏ đã làm tăng sản lượng cỏ (chủ yếu là cỏ hạt lợn và cỏ rye) lên 24% và tăng pH của đất ở độ sâu 10 cm lên 1.0 đơn vị từ 3.5 (1 : 5 đất : 0.1 M CaCl2). Sự gia tăng sản lượng có thể là do tác dụng vôi hóa của độ kiềm còn lại trong bùn đỏ, có thể có khả năng thay thế cho đá vôi được nghiền nát. Natri carbonat, kiềm chính trong bùn đỏ, tan hơn canxi carbonat từ đá vôi nghiền nát và có khả năng thay đổi pH của đất nhanh hơn. Đất được bón lớp bùn đỏ mà không làm xáo trộn cỏ hiện có, dẫn đến sự thay đổi trong sản xuất cỏ và thành phần dinh dưỡng phù hợp với sự thay đổi pH của đất trong chiều sâu rễ. Nếu đá vôi nghiền nát không được trộn vào đất, có thể mất nhiều năm để tăng pH của đất; tuy nhiên, việc trộn này dẫn đến chi phí cao hơn từ việc gieo lại và giảm năng suất ban đầu. Mặc dù cần nhiều bùn đỏ hơn than vôi, nhưng chi phí là tương đương khi khoảng cách vận chuyển ít hơn khoảng 30 km. Trong các thử nghiệm trước đây, ở tỷ lệ áp dụng bùn đỏ > 500 tấn/ha, thạch cao đã được trộn với bùn đỏ để giảm độ mặn và pH. Ở các tỷ lệ này, bùn đỏ đã vượt quá khả năng đệm của đất. Thạch cao đã giảm pH bằng cách chuyển đổi natri carbonat trong bùn đỏ thành canxi carbonat, do đó thay đổi pH từ > 10 xuống khoảng 8.5. Tuy nhiên, việc điều chỉnh bùn đỏ bằng thạch cao khi áp dụng ở các tỷ lệ < 80 tấn/ha đã chứng tỏ là không cần thiết trong thí nghiệm này, có thể là do tỷ lệ đất đủ để thay đổi pH của bùn đỏ. Khi bùn đỏ được áp dụng cho cát không màu mỡ acid, việc áp dụng mangan dưới dạng mangan sulfat có thể là cần thiết, vì sự gia tăng pH có thể nhanh chóng gây ra sự thiếu hụt mangan ở cây trồng. Cần phải chú ý theo dõi các chất dinh dưỡng khác mà sự sẵn có của chúng với cây trồng bị ảnh hưởng bởi pH (ví dụ: đồng, kẽm và molybdenum). Bùn đỏ không làm tăng nồng độ kim loại nặng trong đất, cỏ khô hoặc mô thực vật tươi.

Các phát triển gần đây trong việc mô hình hóa dòng chảy trên mặt đất và xói mòn đất, cho phép tích hợp các đặc điểm bề mặt đất, đã được xem xét. Các mô hình dòng chảy trên mặt đất được phát hiện là nhạy cảm với vi hình thái bề mặt đất và cấu trúc lỗ bề mặt. Điều này tác động đến khả năng lưu trữ trong các hố trũng và quá trình dẫn dòng thủy lực, còn cấu trúc lỗ bề mặt ảnh hưởng đến các thuộc tính thủy lực của đất, đặc biệt là tốc độ thấm. Các mô hình xói mòn đất do nước được phát hiện là nhạy cảm với độ gồ ghề bề mặt, độ bền và phân bố kích thước hạt của vật liệu đất bị xói mòn, cùng với các đặc điểm lắng đọng của trầm tích bị xói mòn. Các phương pháp mô tả độ gồ ghề của bề mặt đất đã được trình bày và mối liên hệ với các quy trình trên đã được thảo luận. Tác động của các kỹ thuật mới để đo độ gồ ghề đối với lĩnh vực nghiên cứu này đã được xem xét ngắn gọn. Kết luận cho thấy các mô hình mới về xói mòn và dòng chảy trên mặt đất cung cấp một mô tả thực tế hơn về ảnh hưởng của các đặc điểm bề mặt đất so với các mô hình bán thực nghiệm trước đó. Bài tổng quan đã chỉ ra rằng trường hợp độ gồ ghề lớn và dòng chảy nông là một chế độ chưa được mô tả đầy đủ. It was also concluded that the relationship between structural degradation and surface roughness warranted investigation.

Sự biến đổi về hàm lượng và thành phần đồng vị của carbon hữu cơ do tác động của việc phá rừng và thiết lập đồng cỏ đã được nghiên cứu tại ba khu vực liền kề trên một loại đất Oxisol ở Úc, và được sử dụng để đo lường quá trình luân chuyển của carbon xuất phát từ rừng (C3) dưới đồng cỏ (C4) trong khoảng thời gian 35 và 83 năm. Kết quả cho thấy lượng carbon xuất phát từ rừng giảm nhanh trong 35 năm đầu dưới đồng cỏ, nhưng hàm lượng sau đó gần như ổn định, cho thấy sự hiện diện của hai bể carbon với thời gian luân chuyển khác nhau. Các giá trị tính toán cho thời gian luân chuyển của các phân đoạn carbon hữu cơ xuất phát từ rừng dễ phân hủy và bền vững lần lượt là 35 và 144 năm. Các mẫu đất đã được phân tách thành năm phân đoạn với mật độ <1.6 (carbon tự do và bị che lấp), 1.6-1.8, 1.8-2.0 và >2.0 Mg m-3. Dựa trên sự phân bố không gian của các vật liệu hữu cơ trong ma trận khoáng của đất, chất hữu cơ trong đất được phân loại theo các phân đoạn khác nhau về mật độ như sau: chất hữu cơ dạng hạt tự do (1.6 tự do), chất hữu cơ dạng hạt bị che lấp (<1.6 bị che lấp, 1.6-1.8 và 1.8-2.0) và chất hữu cơ liên kết với đất sét (>2.0 Mg m-3). Độ phong phú tự nhiên của 13C cho thấy rằng chất hữu cơ dạng hạt tự do tạo thành một bể quan trọng cho quá trình luân chuyển chất hữu cơ trong đất khi rừng bị thay thế bằng đồng cỏ. So với chất hữu cơ dạng hạt tự do, các vật liệu hữu cơ bị che lấp trong các tập hợp có thời gian luân chuyển chậm hơn. Các vật liệu hữu cơ bị che lấp ở các giai đoạn phân hủy khác nhau và có độ ổn định hóa học khác nhau. So sánh hóa học và thành phần đồng vị của các vật liệu hữu cơ bị che lấp cho thấy rằng hàm lượng O-alkyl C của các vật liệu hữu cơ bị che lấp có quan hệ ngược với độ ổn định của chúng, trong khi hàm lượng C thơm có mối quan hệ thuận với mức độ ổn định. Trong các loại đất dưới đồng cỏ, một lượng đáng kể carbon xuất phát từ rừng đã liên kết với các hạt đất sét trong các phân đoạn >2.0 Mg m-3. Tốc độ tích lũy carbon xuất phát từ đồng cỏ cũng nhanh chóng trong phân đoạn này, cho thấy sự hiện diện của hai bể carbon khác nhau (C3 và C4) liên kết với các hạt đất sét. Carbon xuất phát từ rừng có độ ổn định cao nhất trong các phân đoạn >2.0 Mg m-3, có thể do sự tương tác mạnh với nhôm hoặc sắt hoạt động và oxit nhôm liên kết với bề mặt đất sét.

Phương pháp trao đổi cưỡng bức để đo lường khả năng trao đổi cation và anion của đất, như được mô tả bởi Gillman và sau đó được Hiệp hội Khoa học Nông nghiệp Hoa Kỳ khuyến nghị cho đất acid, đã được sửa đổi để đạt được sự đơn giản hơn. Mặc dù ban đầu được thiết kế cho việc đo lường các loại đất bị phong hóa mạnh, phương pháp này đã được mở rộng cho các loại đất calci và không calci có tính mặn, cũng như để đo lường sự thay đổi khả năng trao đổi với pH.

Việc bổ sung chất hữu cơ (OM) vào đất có khả năng hấp phụ nhanh chóng phân bón photpho (P) đã được báo cáo là làm tăng độ sẵn có của P đối với cây trồng. Hiệu ứng này thường được cho là do sự cạnh tranh giữa các sản phẩm phân hủy của OM và P cho các vị trí hấp phụ trong đất, dẫn đến tăng nồng độ P trong dung dịch đất. Bằng chứng cho việc ức chế cạnh tranh hấp phụ P bởi các hợp chất carbon hữu cơ hòa tan, được sinh ra từ sự phân hủy của OM, bao gồm các nghiên cứu về sự cạnh tranh giữa P và (i) các axit hữu cơ khối lượng phân tử thấp (LOAs), (ii) các axit humic và fulvic, và (iii) nước rỉ của OM trong các loại đất có khả năng hấp phụ P cao. Tuy nhiên, những nghiên cứu này thường sử dụng LOAs với nồng độ 1-100 mm, cao hơn nhiều so với nồng độ trong đất (thường <0.05 mm). Tính tạm thời của LOAs trong các loại đất có hoạt tính sinh học hơn nữa cho thấy rằng cả nồng độ và độ bền của chúng đều không có lợi ích thực tiễn trong việc tăng cường sự sẵn có của P cho cây trồng. Các hợp chất có khối lượng phân tử cao như axit humic và fulvic cũng ức chế cạnh tranh hấp phụ P; tuy nhiên, ít được xem xét đến khả năng của các hợp chất này trong việc tăng lượng P bị hấp phụ thông qua các liên kết kim loại-chelate. Chúng tôi cho rằng độ lớn của sự ức chế hấp phụ P bởi các sản phẩm phân hủy từ nước rỉ OM là không đáng kể ở các tỷ lệ tương đương với những gì OM được áp dụng trên thực địa. Việc ủ OM trong đất cũng thường được báo cáo là làm giảm sự hấp phụ P trong đất. Tuy nhiên, chúng tôi cho rằng sự giảm sút được báo cáo trong khả năng hấp phụ P (được đo bằng P trong dung dịch đất) không liên quan đến sự cạnh tranh từ các sản phẩm phân hủy của OM, mà là kết quả của việc giải phóng P từ OM mà không được tính đến khi tính toán sự giảm sút trong hấp phụ P.