Chất hữu cơ trong đất có nguồn gốc chủ yếu từ tàn dư thực vật nên nó chứa tất cả các chất dinh dưỡng thiết yếu cho cây trồng. Vì vậy, chất hữu cơ tích lũy là kho chứa chất dinh dưỡng cho cây trồng.
Chất hữu cơ trong đất là bất kỳ vật chất nào được tạo ra ban đầu bởi các sinh vật sống (thực vật hoặc động vật) được trả lại vào đất và trải qua quá trình phân hủy. Tại bất kỳ thời điểm nào, nó bao gồm nhiều loại vật liệu từ các mô ban đầu còn nguyên vẹn của thực vật và động vật cho đến hỗn hợp vật liệu bị phân hủy đáng kể được gọi là mùn.
Căn cứ vào hàm lượng chất hữu cơ, đất được phân loại là đất khoáng hoặc đất hữu cơ. Đất khoáng hình thành nên hầu hết đất trồng trọt trên thế giới và có thể chứa từ một lượng nhỏ đến 30% chất hữu cơ. Đất hữu cơ giàu chất hữu cơ một cách tự nhiên chủ yếu vì lý do khí hậu. Mặc dù chúng chứa hơn 30% chất hữu cơ, nhưng chính vì lý do này mà chúng không phải là loại đất trồng trọt quan trọng.
Hầu hết chất hữu cơ trong đất có nguồn gốc từ mô thực vật. Dư lượng thực vật chứa độ ẩm 60-90 phần trăm. Chất khô còn lại bao gồm cacbon (C), oxy, hydro (H) và một lượng nhỏ lưu huỳnh (S), nitơ (N), phốt pho (P), kali (K), canxi (Ca) và magie (Mg). Mặc dù hiện diện với số lượng nhỏ nhưng những chất dinh dưỡng này rất quan trọng xét từ quan điểm quản lý độ phì của đất.
Chất hữu cơ trong đất bao gồm nhiều thành phần khác nhau. Chúng bao gồm, với tỷ lệ khác nhau và nhiều giai đoạn trung gian, phần hữu cơ hoạt động bao gồm vi sinh vật (10-40%) và chất hữu cơ kháng hoặc ổn định (40-60%), còn được gọi là mùn.
Các dạng và phân loại chất hữu cơ trong đất đã được Tate (1987) và Theng (1987) mô tả. Đối với các mục đích thực tế, chất hữu cơ có thể được chia thành các phần trên mặt đất và dưới mặt đất. Chất hữu cơ trên mặt đất bao gồm tàn dư thực vật và tàn dư động vật; Chất hữu cơ dưới mặt đất bao gồm quần thể động vật và vi sinh vật sống trong đất, tàn dư thực vật và động vật bị phân hủy một phần và các chất humic. Tỷ lệ C:N cũng được sử dụng để chỉ loại vật liệu và mức độ dễ phân hủy; vật liệu gỗ cứng có tỷ lệ C:N cao sẽ đàn hồi tốt hơn vật liệu lá mềm có tỷ lệ C:N thấp.
Mặc dù chất hữu cơ trong đất có thể được phân chia thuận tiện thành các phần khác nhau nhưng chúng không đại diện cho các sản phẩm cuối cùng tĩnh. Thay vào đó, số tiền hiện tại phản ánh trạng thái cân bằng động. Tổng lượng và sự phân chia chất hữu cơ trong đất bị ảnh hưởng bởi tính chất của đất và lượng đầu vào hàng năm của tàn dư thực vật và động vật cho hệ sinh thái. Ví dụ, trong một hệ sinh thái đất nhất định, tốc độ phân hủy và tích lũy chất hữu cơ của đất được xác định bởi các đặc tính của đất như kết cấu, độ pH, nhiệt độ, độ ẩm, sục khí, khoáng vật đất sét và các hoạt động sinh học của đất. Một vấn đề phức tạp là chất hữu cơ của đất lại ảnh hưởng hoặc làm thay đổi nhiều tính chất tương tự của đất.
Chất hữu cơ tồn tại trên bề mặt đất dưới dạng tàn dư thực vật thô giúp bảo vệ đất khỏi tác động của mưa, gió và nắng. Việc loại bỏ, kết hợp hoặc đốt các chất cặn bã sẽ khiến đất chịu tác động tiêu cực của khí hậu và việc loại bỏ hoặc đốt sẽ làm mất đi nguồn năng lượng sơ cấp của các sinh vật trong đất.
Chất hữu cơ trong đất phục vụ một số chức năng. Từ quan điểm nông nghiệp thực tế, nó quan trọng vì hai lý do chính: (i) là “quỹ dinh dưỡng quay vòng”; và (ii) là tác nhân cải thiện cấu trúc đất, duy trì độ nghiêng và giảm thiểu xói mòn.
Là một quỹ dinh dưỡng quay vòng, chất hữu cơ phục vụ hai chức năng chính:
Vì chất hữu cơ trong đất có nguồn gốc chủ yếu từ tàn dư thực vật nên nó chứa tất cả các chất dinh dưỡng thiết yếu cho cây trồng. Vì vậy, chất hữu cơ tích lũy là kho chứa chất dinh dưỡng cho cây trồng.
Phần hữu cơ ổn định (mùn) hấp thụ và giữ chất dinh dưỡng ở dạng cây trồng có thể sử dụng được.
Chất hữu cơ giải phóng chất dinh dưỡng ở dạng cây có thể sử dụng được sau khi phân hủy. Để duy trì hệ thống chu trình dinh dưỡng này, tốc độ bổ sung chất hữu cơ từ tàn dư cây trồng, phân bón và bất kỳ nguồn nào khác phải bằng tốc độ phân hủy và tính đến tốc độ hấp thu của thực vật cũng như tốc độ thất thoát do rửa trôi và xói mòn.
Khi tốc độ bổ sung nhỏ hơn tốc độ phân hủy thì chất hữu cơ trong đất sẽ giảm. Ngược lại, khi tốc độ bổ sung cao hơn tốc độ phân hủy thì chất hữu cơ trong đất sẽ tăng lên. Thuật ngữ trạng thái ổn định mô tả tình trạng trong đó tốc độ bổ sung bằng tốc độ phân hủy.
Về mặt cải thiện cấu trúc đất, các thành phần hữu cơ hoạt tính và một số thành phần hữu cơ kháng đất, cùng với các vi sinh vật (đặc biệt là nấm), có liên quan đến việc liên kết các hạt đất thành các khối lớn hơn. Sự kết tụ rất quan trọng đối với cấu trúc đất tốt, khả năng thông khí, khả năng thấm nước và khả năng chống xói mòn và đóng vỏ.
Theo truyền thống, sự tích tụ của đất có liên quan đến tổng lượng C (Matson và cộng sự, 1997) hoặc mức C hữu cơ (Dalal và Mayer, 1986a, 1986b). Gần đây hơn, các kỹ thuật đã phát triển để phân tách C trên cơ sở tính dễ bị oxy hóa, nhận ra rằng các phân nhóm C này có thể có tác động lớn hơn đến độ ổn định vật lý của đất và là các chỉ số nhạy cảm hơn so với tổng giá trị C của động lực học cacbon trong các hệ thống nông nghiệp (Lefroy, Blair và Strong, 1993; Blair, Lefroy và Lisle, 1995; Blair và Crocker, 2000).
Phần carbon không bền đã được chứng minh là một chỉ số về các tính chất vật lý và hóa học quan trọng của đất. Ví dụ, phần này đã được chứng minh là yếu tố chính kiểm soát sự phân hủy cốt liệu trong Ferrosols (đất sét đỏ không nứt), được đo bằng tỷ lệ phần trăm cốt liệu có kích thước nhỏ hơn 0,125 mm trong lớp vỏ bề mặt sau trận mưa mô phỏng trong phòng thí nghiệm (Bell et cộng sự, 1998, 1999).
Phần hữu cơ bền vững hoặc bền vững của đất đóng góp chủ yếu vào khả năng giữ chất dinh dưỡng (khả năng trao đổi cation [CEC]) và màu đất. Phần chất hữu cơ này phân hủy rất chậm. Do đó, nó ít ảnh hưởng đến độ phì nhiêu của đất hơn phần hữu cơ hoạt động.
Quang Nhật