Giáo trình phân tích hệ thống môi trường nông nghiệp phần 8 pot

Từ các công thức 4-5 ựến 4-8, trong trường hợp này giá trị dinh dưỡng dễ tiêu tổng số vào dung dịch ựất bằng giá trị dễ tiêu tổng số ra khỏi dung dịch và tương tự như vậy cho các loại hì

Tách khỏi các chất dễ tiêu, các nguồn dinh dưỡng dạng bền và dạng ỳ, giữ chặt trong

ựất có thể tách riêng như trình bày trên hình 4-1 Bảng 4-4 tóm tắt các tắnh chất của các loại

dinh dưỡng trong ựất Trong khái niệm của chúng tôi, phần chất khó tiêu chuyển thành dễ tiêu khi nó chuyển dịch từ phần linh ựộng sang dung dịch ựất đó là dòng nội lưu SIF2 ở hình 4-1 Theo ựịnh nghĩa thì cân bằng dinh dưỡng bằng 0 ở giai ựoạn bền vững ổn ựịnh và ựộ lớn của mỗi loại dinh dưỡng trong ựất không ựổi điều này có nghĩa ở mỗi một loại hình dinh dưỡng, tổng dinh dưỡng IN vào bằng tổng dinh dưỡng OUT ra khỏi hệ Bởi vì các nguồn và luồng dinh dưỡng giữ ở mức không ựổi trong giai ựoạn ổn ựịnh, các luồng dinh dưỡng trong một ựơn vị thời gian là các phần tử cố ựịnh của các nguồn dinh dưỡng Các nguồn dinh dưỡng cung cấp cho nguồn dinh dưỡng khó tiêu là nguồn dinh dưỡng linh ựộng (LP), nguồn dinh dưỡng bền (SP) và ỳ (IP) và chỉ có một nguồn dành cho chất dễ tiêu là nguồn dinh dưỡng trong dung dịch ựất Các luồng dinh dưỡng ựến và ựi khỏi các nguồn dinh dưỡng trong dung dịch ựất SSOL, linh ựộng LP, hấp thu bền SP và ỳ IP ựược trình bày ở các công thức tương ứng từ 4-5 ựến 4-8 OUT5e, LP ký hiệu cho xói mòn của phần dinh dưỡng linh ựộng và vv Số lượng các dòng nội lưu ựược trình bày ở hình 4-1

5ΣΣΣΣ1 f ai IN i + SIF 2 = 5ΣΣΣΣ1 f ai OUT i + SIF 1 (4-5)

5ΣΣΣΣ1 (1- f ai )IN i,LP + SIF 1 + SIF 4 = OUT 5e, LP + SIF 2 + SIF 3 (4-6)

5ΣΣΣΣ1 (1- f ai )IN i,SP + SIF 3 + SIF 6 = OUT 5e, SP + SIF 4 + SIF 5 (4-7)

5ΣΣΣΣ1 (1- f ai )IN i,IP + SIF 1 + SIF 4 = OUT 5e, IP + SIF 6 (4-8)

Bảng 4-4 Mô tả và các ựặc ựiểm chắnh của các nguồn dinh dưỡng ựược mô tả trong chương này

Linh ựộng Nằm ở phần bị hấp thụ

Chất hữu cơ Ộtự doỢ

1-10 năm

Cố ựịnh chặt Phức hợp khoáng mùn, sét

Các chất khoáng ỘdễỢ bị phong hoá

10-100 năm

Chất khoáng

>100 năm

Trong ựiều kiện thăng bằng là một trường hợp ựặc biệt của trạng thái bền cố ựịnh, 2 luồng dinh dưỡng của một cặp chạy ngược chiều nhau và có cùng ựộ lớn Trên hình 4-1, SIF

1 = SIF 2; SIF 3 = SIF 4 và SIF 5 = SIF 6 Từ các công thức 4-5 ựến 4-8, trong trường hợp này giá trị dinh dưỡng dễ tiêu tổng số vào dung dịch ựất bằng giá trị dễ tiêu tổng số ra khỏi dung dịch và tương tự như vậy cho các loại hình dinh dưỡng khác như LP, SP, IP, tổng của các dinh dưỡng ựầu vào IN của các chất khó tiêu NIA tương ứng với phần dinh dưỡng bị mất

ựi do xói mòn của một nguồn dinh dưỡng cụ thể

Một phần của nguồn dinh dưỡng ựược biểu diễn trong ựiều kiện thăng bằng ổn ựịnh, là ựiều kiện mà tỷ số ựộ lớn của 2 nguồn dinh dưỡng tương ứng với tỷ số giữa 2 luồng dinh dưỡng chạy qua 2 nguồn dinh dưỡng Vắ dụ: SIF 3 = F3 x LP và SIF4 = F4 x SP Bởi vì SIF3

= SIF 4 cho nên SP/LP = F3/F4 Giá trị của các lượng dinh dưỡng rời khỏi hệ ựược biểu diễn

bằng một phần nhỏ của nguồn dinh dưỡng thuận nghịch xấp xỉ với thời gian tồn tại của dinh dưỡng cụ thể ựó trong nguồn dinh dưỡng ựất Các dòng dinh dưỡng SIF2 và SIF3 rời LP tương ứng với các phần F2, F3 Thời gian tồn tại của các chất dinh dưỡng trong nguồn LP là 1 ựến 10 năm (Bảng 4-4) và giá trị của F2 + F3 khoảng 0.2.năm-1; do thời gian tồn tại của chúng, chúng tôi mặc nhận rằng F2 = F3 = 0.1/năm Thời gian tồn tại của các chất dinh dưỡng trong

SP là 10 ựến 100 năm nên F4 + F5 tương ứng 0.02 năm-1 Mặc nhận rằng chúng có tầm quan trọng tương ựương nên mặc nhận tương tự F4 = F5 = 0.1.năm-1 Do vậy tỷ số SP/LP tương ứng với 0.1/0.01 = 10 Giá trị ựược gán cho IP với thời gian tồn tại 1000 năm và tắnh toán tương tự IP/SP = 0.01/0.001 = 10 Hiển nhiên IP: SP: LP = 100 : 10 : 1 trong ựiều kiện thăng bằng Tổng các chất dự trữ trong ựất khi ựó là (1+10+100) x LP = 111 x LP hoặc LP/tổng số dinh dưỡng dự trữ khoảng 0.01

đó là các giá trị thiết thực Trong trường hợp của Kali, chúng tôi coi phần Kali trao ựổi là chất dễ tiêu hay linh ựộng LP, phần Kali ựược cố ựịnh quy cho SP, phần nằm trong khoáng feldspar là IP; chúng chiếm 1-2%, 1-10% và 90-98% kali tổng số dựa vào kết quả nghiên cứu của Follet và ctv., (1981) Trong trường hợp lân, chúng tôi coi P-Olsen tương ứng với LP (dễ tiêu) Van der Ejik (1997) ựã tìm ra tỷ số P-Olsen/lân tổng số dao ựộng từ 0.003 ựến 0.03 ựối với ựất không bón phân từ rất nghèo ựến rất giàu lân và giá trị 0.01 cho tỷ số LP/tổng số nằm trong miền giá trị trên đối với ựạm phần linh ựộng chiếm hơn 1% ựạm tổng

số dựa theo tỷ lệ ựạm bị khoáng hoá hàng năm 2-8%, nhưng hiện nay chưa có phương pháp hoá học ựơn giản nào ựể xác ựịnh chúng

Cho ựến tận lúc này chúng tôi vẫn chưa ựề cập ựến dung dịch ựất SSOL Nó ựược nuôi dưỡng bằng các dòng nội lưu SIF và ΣfaiINi Các dòng dinh dưỡng ra khỏi dung dịch bao gồm OUT1-4, nếu như không có dòng chảy mặt (OUT5r) và SIF 1 Mặc nhận rằng sự phân bổ 60% cho OUT1+2, 20% cho rửa trôi (OUT3), và 10% cho từng dòng OUT4 và SIF1 và ựộ lớn của LP và SP là 100 và 1000 ựơn vị tương ứng, theo ựà như vậy trong trương hợp thăng bằng SIF 1 = SIF 2 = 10 ựơn vị năm-1, SSOL = 100 ựơn vị, các giá trị cho OUT1, OUT2, OUT3, OUT4 theo thứ tự là 50, 10, 20 và 10 ựơn vị/năm-1 và ΣfaiINi là 90 ựơn vị trong năm Các tắnh toán trên ựây nhằm ựưa ra một khung chuẩn ựoán mới về các số liệu phân tắch ựất

1.6 Theo hướng giá trị chuẩn của ựầu vào, ựầu ra, năng suất và ựộ phì của ựất

Nếu như bất cứ một dòng dinh dưỡng nào thất thoát ra môi trường bên ngoài ựều ựược coi là nguy hại thì hệ sinh thái nông nghiệp Ộhoàn thiệnỢ sẽ luôn luôn ở trạng thái bền vững, ổn ựịnh, không có sự mất mát dinh dưỡng, tổng số lượng dinh dưỡng ựưa vào hệ sinh thái ựủ khả năng duy trì ựộ phì của ựất ở một mức ựộ cụ thể mà cây trồng có thể hấp thụ ựược toàn bộ dinh dưỡng dễ tiêu và phát triển trong ựiều kiện không có nhân tố hạn chế Nó bao gồm hàm ý: (1) cây trồng ựạt năng suất tiềm năng của một giống cụ thể trong ựiều kiện khắ hậu và tắnh chất vật lý cho phép (2) cân bằng dinh dưỡng bằng 0 (3) không có dòng dinh dưỡng bị mất ựi

do xói mòn, rửa trôi hoặc bay hơi:

độ phì của ựất khi ựó trở nên tốt nhất cho sự phát triển của cây trồng Số lượng các dinh dưỡng ựưa vào hệ (ΣIN), năng suất, tổng các ựầu ra OUT1 + OUT2, ựộ phì của ựất của hệ sinh thái nông nghiệp Ộhoàn thiệnỢ ựã ựược thay thế bằng các thuật ngữ ựầu vào tiêu chuẩn (TI), năng suất tiêu chuẩn (TY), ựầu ra tiêu chuẩn (TO), ựộ phì ựất tiêu chuẩn (TSF), và ựặc biệt cho các trường hợp TSFN, TSFP, TSFK theo thứ tự tương ứng với N, P, K

Bởi vì năng suất tiêu chuẩn thay ựổi cho phù hợp với các ựiều kiện vật lý, khắ hậu và loại cây trồng nên ựầu ra tiêu chuẩn TO, ựộ phì tiêu chuẩn TSF và dinh dưỡng ựầu vào tiêu chuẩn TI biến ựổi theo; chúng có thể cao hơn ở ựất pha sét so với ựất cát, ở cao nguyên nhiệt ựới cao hơn so với ở ựồng bằng nhiệt ựới, cho các giống cây trồng mới hơn các giống cổ truyền Nếu như ựộ phì của ựất cách xa so với ựộ phì tiêu chuẩn TSF thì vẫn còn có khả năng ựạt ựược

năng suất tiêu chuẩn mà không có sự thất thoát bất cứ một chất dinh dưỡng nào ra môi trường bên ngoài, nhưng khi ñó ñòi hỏi phải có một lượng dinh dưỡng tổng số ΣIN khác so với ñầu vào tiêu chuẩn TI Lượng dinh dưỡng ñầu vào cần thiết ΣIN ñể ñạt ñược năng suất tiêu chuẩn

ở bất kỳ giá trị ñộ phì của ñất chúng tôi gọi là “Model ΣIN” Nó phải là kết quả trong trường hợp dinh dưỡng ra khỏi hệ nằm ở mức cho phép TO chỉ bao gồm OUT1 và OUT2

Như ñã trình bày ở trên, các dòng dinh dưỡng rời khỏi hệ bao gồm các chất dinh dưỡng có từ trước ở trong ñất và các chất dinh dưỡng mới thâm nhập vào hệ Trong ñồ thị A của hình 4-2 dòng dinh dưỡng ra khỏi hệ từ quỹ dinh dưỡng dự trữ ñược mặc nhận có mối quan hệ tuyến tính (ñường thẳng nghiêng in ñậm) ñến ngưỡng ñộ phì của ñất (SFL) ðường gạch chấm nằm ngang biểu diễn ΣOUT = TO (trong ñó ñơn thuần TO = OUT1 + OUT2) Khi ñường nằm ngang cắt ñường chéo in ñậm, SFL = SSF 5 (ngưỡng “ñộ phì ñất bão hoà”),

và tất cả các chất dinh dưỡng cần thiết cho ñầu ra TO có thể chỉ ñược lấy từ ñất Khi SFL lớn hơn SSF, nguồn dinh dưỡng cung cấp cho cây trồng từ ñất vượt quá TO và một phần dinh dưỡng sẽ thất thoát ra ngoài môi trường ở dạng OUT 3, OUT4, OUT5 Khi SFL nhỏ hơn SSF, dinh dưỡng cung cấp cho TO không ñủ do vậy một phần dinh dưỡng phải ñược huy ñộng từ các nguồn dinh dưỡng vào hệ sinh thái

Ở ñồ thị B của hình 4-2, Model ΣIN ñược biểu diễn bằng ñường thẳng nghiêng ñậm cắt trục hoành ở SSF Nó lại tỷ lệ nghịch với SFL Theo lý thuyết, nó phải âm khi SFL lớn hơn SSF ñể tránh trường hợp thất thoát chất dinh dưỡng (xem ñồ thị A) ðồng thời ở ñồ thị B, ñường gạch chấm nằm ngang ñặc trưng cho giá trị dinh dưỡng bằng TO Khi ñường ngang này cắt ñường chéo thì Model ΣIN = TI (=TO) và SFL = TSF; ñây là tình huống của hệ sinh thái nông nghiệp “hoàn thiện” Trong trường hợp SFL nhỏ hơn TSF, Model ΣIN sẽ cao hơn

TI

Các dòng dinh dưỡng vào hệ cung ñược cung cấp cho cây trồng và ñất Dinh dưỡng cung cấp cho ñất ñược sử dung ñể “duy trì ñộ phì của ñất” nhằm giữ SFL ở mức TSF; trường hợp này xảy ra khi SFL nằm giữa TSF và SSF Khi SFL nhỏ hơn TSF, một phần chất dinh dưỡng ñược sử dụng ñể ñiều chỉnh ñất nhằm nâng ñộ phì ñất lên ñộ phì tiêu chuẩn; ñó là quá trình tích luỹ tuyệt ñối các chất dinh dưỡng trong ñất Nó có thể kéo dài vài năm ñể ñộ phì ñất ñạt tới ñộ phì tiêu chuẩn TSF Trường hợp SFL cao hơn TSF, Model ΣIN sẽ nhỏ hơn TI; khi ñó ñầu vào của các chất dinh dưỡng IN sẽ nhỏ hơn ñầu ra OUT và ñất bị mài mòn chất dinh dưỡng

Kết quả của ñiều chỉnh ñộ phì của ñất và lượng dinh dưỡng ñất bị mất ñi là không tính ñến ñộ phì nguyên bản của ñất mà các giá trị trong tương lai tiếp cận dần ñến TSF như là ñược trình bày theo các ñường 1, 2, 3 ñặc trưng cho các năm ở ñồ thị C, hình 4-2 ðường cho năm 0 tất nhiên có tỷ số 1:1

Các dòng dinh dưỡng vào hệ sinh thái INs có thể chia ra làm dạng ñược kiểm soát và không kiểm soát (xem phần dưới) Dòng dinh dưỡng không kiểm soát ñược biểu diễn bằng ñường gạch nối ở ñồ thị B, giữa dòng này có dòng dinh dưỡng kiểm soát Model ΣIN là lượng dinh dưỡng mà người nông dân sẽ ñưa vào ở dạng phân bón

Model ΣIN có số lượng ñược dùng vào công việc có ích (cho cây trồng, chỉnh sửa và duy trì ñộ phì của ñất) và không bị hao tổn dinh dưỡng ðồ thị B cũng chưa thể hiện ñược tình huống nào sẽ xảy ra nếu tổng các chất dinh dưỡng thực tế ΣIN có giá trị nhỏ hoặc cao hơn Model ΣIN: nếu nó nhỏ hơn thì năng suất thực thu nhỏ hơn so với năng suất tiêu chuẩn và ngưỡng dinh dưỡng ñiều chỉnh và duy trì ñộ phì sẽ nhỏ hơn mức cần thiết, nếu nó lớn hơn phần dinh dưỡng dư thừa sẽ mất ñi hoặc ñược tích trữ trong ñất

5

SSF: Saturated Soil Fertility

Hình 4-2 Mối quan hệ giữa ngưỡng ñộ phì của ñất [(A) Phần dinh dưỡng ñất có thể cung

cấp (ñường ñậm) và ngưỡng dinh dưỡng cần thêm ñể ñạt ñầu ra tiêu chuẩn (TO); (B) Mô hình dinh dưỡng ñầu vào tổng số ñể ñạt năng suất tiêu chuẩn, chỉnh sửa ñộ phì của ñất, cung cấp chất dinh dưỡng cho cây trồng và duy trì ñộ phì của ñất; (C) ðộ phì của ñất sau 1, 2, 3

Trong “hệ sinh thái nông nghiệp lý tưởng” OUT5e của các công thức (4-6) ñến (4-8) bằng 0 Khi ñó dòng dinh dưỡng khó tiêu NIA thâm nhập [Σ(1-fai) INi] vào hệ sinh thái rất

Ngưỡng ñộ phì của ñất

Từ Σ IN

OUTs

TO

Từ ñất

A

0

TSF SSF

3, 4, 5

1+2

Model Σ IN

Dinh dưỡng ñất

bị mất ñi Cho cây trồng

ðầu vào không thể kiểm soát

Ngưỡng ñộ phì của ñất

Dinh dưỡng Duy trì trong ñất

Chỉnh ñất

B

Năm

ðộ phì của ñất trong tương lai

C

Ngưỡng ñộ phì của ñất

0

1

2

3

3

2

1

0

nhỏ xảy ra rất nhiều trong thực tiễn, chỉ có dòng nội lưu SIF còn trụ vững ñược Do ñó SIF5 = SIF6 (công thức 8) và hiển nhiên SIF3 = SIF 4 (công thức 7), SIF 1 = SIF 2 (công thức 4-6) Hệ thống trong trường hợp này ở trạng thái thăng bằng như ñã giải thích ở trên với IP/SP= F5/F6 và SP/LP = F3/F4

Tính bền vững chỉ có thể ñược ñánh giá nếu xem xét cả ngưỡng phân loại cao hơn mức hệ thống trên (Fresco và Kroonenberg, 1992) ðối với hệ sinh thái nông nghiệp, “môi trường” ñược xếp (một phần) vào mức phân loại cao hơn Các tình huống trình bày cho Model ΣIN ở ñồ thị B (hình 4-2) dường như bền vững vì không có dinh dưỡng thất thoát ra môi trường bên ngoài Tuy nhiên không phải lúc nào cũng có thể thực hiện ñược như vậy Thậm chí phải ñặt ra câu hỏi hệ sinh thái nông nghiệp có thực sự bền vững khi không cho các chất dinh dưỡng thoát ra ngoài? Không dễ dàng kiểm soát sự thất thoát dinh dưỡng, nhưng thậm chí phải có một ít dinh dưỡng ñể giữ “môi trường” bền vững Theo lý thuyết các chất dinh dưỡng thoát ra khỏi hệ sinh thái nông nghiệp bằng các chất dinh dưỡng chạy theo chiều ngược lại (IN3 + IN4 +IN5) = (OUT3 + OUT4 +OUT5) ðiều này có thể thoả mãn khái niệm

“ngưỡng dinh dưỡng chấp nhận mất mát” trong thực tiễn sản xuất (Oenema và ctv., 1997)

CÁC NGUỒN DINH DƯỠNG TRONG ðẤT Ở TRẠNG THÁI KHÔNG ỔN ðỊNH

Nếu như cân bằng dinh dưỡng của các ñầu vào IN và ra OUT của các chất dễ tiêu (BALAV, công thức 4-1) có giá trị âm, thì dung dịch ñất SSOL và dòng nội lưu SIF1 sẽ giảm xuống Nó sẽ làm giảm ñộ lớn của các chất linh ñộng, dễ tiêu LP Quá trình giảm này là kết quả của giảm dòng nội lưu SIF2 và SIF3, ñồng thời quá trình giảm liên tục theo dạng chuỗi như vậy làm giảm hàm lượng chất dinh dưỡng trong dung dịch ñất và giảm SP Nếu LP: SP: IP=1:10:100 (xem phần trên), sự giảm một cách tương ñối của SP chỉ bằng một phần mười sự giảm của LP Dòng nội lưu SIF 5 sẽ nhỏ dần ñi cũng như IP là kết quả của việc giảm SP Sự giảm tương ñối của IP xấp xỉ bằng một phần 10 sự giảm tương ñối của SP và 0.01 lần sự giảm hàm lượng chất dinh dưỡng của LP Quá trình giảm của IP diễn ra chậm pha hơn so với SP,

mà SP lại chậm pha hơn so với LP, tất cả lại nằm sau dung dịch ñất SSOL Các sự chậm pha trên và sự giảm dần ñộ lớn theo chuỗi (SSOL>LP>SP>IP) tạo cho ñất tính ñệm chống lại sự suy giảm và sự tích luỹ dinh dưỡng Bởi vì năng suất cây trồng chịu ảnh hưởng trực tiếp từ hàm lượng dinh dưỡng trong dung dịch ñất, cho nên ñộ nhậy cảm của năng suất cây trồng phụ thuộc ñến sự thay ñổi của hàm lượng các chất dễ tiêu của các dòng dinh dưỡng ra và vào hệ nhiều hơn là sự phụ thuộc của nó vào hàm lượng các chất khó tiêu trong các dòng dinh dưỡng

kể trên

Trong ñiều kiện không ổn ñịnh, các dòng nội lưu không thể tính toán một cách ñơn giản như trong ñiều kiện ổn ñịnh ñược, khi mà dòng dinh dưỡng nội lưu SIF hàng năm có tỷ

lệ không ñổi trong kho dự trữ mà nó có liên quan Trong thực tế, dòng nội lưu ñược vận hành chủ yếu nhờ các hoạt ñộng của vi sinh vật, ngoài ra theo hướng của lực ñiện tử hoá học trong ñất Bởi vì cơ chế phản hồi rất phức tạp, các mối quan hệ giữa lưu lượng, các nguồn dinh dưỡng và giữa các nguồn ñó luôn luôn thay ñổi làm công việc ñịnh lượng chúng rất khó khăn

Tuy nhiên chúng tôi làm một số tính toán ñơn giản ñể nêu bật hiệu quả của việc thay ñổi phân bón ñến năng suất cây trồng tương ứng với các giá trị của tỷ số dễ tiêu/tổng số dinh dưỡng dự trữ, hoặc tác ñộng của các dinh dưỡng xâm nhập vào hệ sinh thái nông nghiệp ñến tình trạng thăng bằng của hệ Dung tích chứa các chất dinh dưỡng trong ñiều kiện thăng bằng ñược ñặt ở mức 10, 100, 1000 và 10000 tương ứng với dung dịch ñất SSOL, LP, SP, IP Như trình bày ở trên ΣfaiINi ở mức 90 ñơn vị trong một năm, SSOL ở mức 100 ñơn vị, và các giá trị OUT1, OUT2, OUT3, OUT4 tương ứng 50, 10, 20, 10 ñơn vị trong một năm Các tính toán theo các trường hợp sau ñược mặc nhận sự thay ñổi các dòng dinh dưỡng vào IN (thay ñổi một lần) theo 50 ñơn vị trong một năm:

A Giảm sự xâm nhập IN của các chất dễ tiêu đến dung dịch đất SSOL bằng cách giảm lượng phân bĩn N;

B Tăng thêm liều lượng cho IP bằng bụi hoặc tro núi lửa;

C Tăng thêm liều lượng cho SP bằng phân bĩn chậm tan ví dụ như quặng phốt phát;

D Tăng thêm cho các chất dễ tiêu LP bằng các loại phân bĩn dễ tan ví dụ như Super lân, mặc nhận rằng chúng sẽ được đất hấp thụ;

E Tăng thêm cho dung dịch đất bằng loại phân tan nhanh ví dụ phân đạm

Bảng 4-5 cho thấy giá trị tương đối (làm trịn số) của năng suất cây trồng trong năm đầu tiên và tỷ số dễ tiêu/tổng số dinh dưỡng dự trữ vào thời điểm cuối cùng của năm đầu tiên sau khi dịng dinh dưỡng vào thay đổi từ A đến E Giá trị của mức thăng bằng được điều chỉnh ở mức độ 100% Các giá trị tương đối của OUT1 được tính tốn cho giá trị tương đối của năng suất cây trồng; chúng cùng được chấp nhận cĩ mối tỷ lệ với nhau

Mặc dầu các tính tốn vẫn cịn ở mức rất đơn giản, chúng tơi cĩ thể đưa ra một số dẫn chứng và kết luận quan trọng Tất nhiên năng suất cây trồng tăng từ A đến E và chúng khơng lưu ý đến tác động của các phần dinh dưỡng tăng cường thêm cho SP và IP So sánh các giá trị của chúng trong điều kiện thăng bằng, giá trị của tỷ số dễ tiêu/tổng số được xem xét trong các trường hợp từ A đến E

Bảng 4-5 Giá trị tương đối (trịn số) của năng suất trong năm đầu tiên và tỷ số dễ tiêu/tổng số dinh dưỡng dự trữ vào thời điểm cuối cùng của năm đầu tiên sau khi dịng dinh dưỡng vào thay đổi 50 đơn vị trong một năm (Giá trị của mức thăng bằng được điều chỉnh ở

mức độ 100 Hãy xem mơ tả một cách kỹ lưỡng hơn các mã số hố trong nguyên bản.)

Thay đổi dịng dinh dưỡng

A Giảm đi khi cân bằng dinh dưỡng dễ tiêu cĩ giá trị âm

B Khơng thay đổi khi cân bằng dinh dưỡng của các chất khĩ tiêu NIA dương là kết quả của việc xâm nhập tro, bụi

C Trong thực tiễn khơng thay đổi khi cân bằng dinh dưỡng của các chất khĩ tiêu NIA dương

là kết quả của việc bĩn phân chậm tan

D Tăng lên rất nhanh khi mà cân bằng dinh dưỡng dễ tiêu dương là kết quả của việc bĩn phân tan nhanh và các chất dinh dưỡng này dễ dàng dược hấp thụ trên bề mặt của các keo

E Tăng lên rất nhanh khi mà cân bằng dinh dưỡng dễ tiêu dương là kết quả của việc bĩn phân tán nhanh

Chỉ cĩ ở trường hợp D, tỷ số dinh dưỡng dễ tiêu/dinh dưỡng tổng số thay đổi một cách đáng kể Trường hợp này biểu hiện tình huống bình thường sau khi bĩn phân lân tan nhanh

Tỷ số dinh dưỡng dễ tiêu/dinh dưỡng tổng số cĩ thể vì vậy mà được sử dụng làm chỉ số của quá trình suy kiệt hoặc làm giàu các chất dinh dưỡng cuả hệ sinh thái nơng nghiệp, cụ thể hơn

là cân bằng dinh dưỡng âm và dương Chỉ số này cĩ thể trở nên rất giá trị nếu phân tích hố học đất cĩ thể sử dụng cho mục đích chuẩn đốn cân bằng dinh dưỡng

1.7 Phân tích hố học đất trong nghiên cứu tính bền vững

ðiều kiện cần thiết ñể sử dụng các phân tích hoá học ñất trong nghiên cứu cân bằng dinh dưỡng là có thể xác ñịnh ñược tất cả các nguồn gốc chất dinh dưỡng trong ñất Nhằm mục ñích này, một loạt các phương pháp phân tách các thành phần của P ñã ñạt ñược những thành tựu ñáng kể trong quá khứ (Hedley và ctv., 1982; Tiesen và ctv., 1984; Beck và Sanchez, 1994), nhưng nó quá cồng kềnh ñể hoàn thành các thủ tục phân tích

Bảng 4-6 Tỷ lệ lân dễ tiêu so với lân tổng số dựa theo 3 phương pháp phân tích và một

số mô tả chi tiết về vị trí của hệ sinh thái nông nghiệp và nguồn trích dẫn

Phương

pháp

Lân dễ tiêu/lân tổng số

Mô tả chi tiết ðịa ñiểm Nguồn

0.3-0.6 Hạn chế lân Kenya, Kisii Van der Eijk,

1997 0.6-3.3 Phong hoá cát Côte d’Ivoire Van Reuler,

1996 0.8-4 Hạn chế ñạm, ñất

phong hoá

Bờ biển Kenya Smaling và

Janssen, 1987 1.8-3.5 Giàu lân

Kenya, Kisii Van der Eijk,

1997 Olsena

13 Thí nghiệm dài hạn Rothamsted Johnston, 1996 1.0-5.9 Phong hoá cát Côte d’Ivoire Van Reuler,

1996 2.5-5 ðất cát pha thịt,

dưới rừng Bray-1b

5-9 ðất cát pha thịt, lân

ñược bón 5-10 năm

Suriname Boxman và

Janssen, 1990

2.1-23.2 ðất cát bị phong

hoá

Côte d’Ivoire Van Reuler,

1996 Dabinc

5.5-11.0 ðất cát bị phong

hoá dưới thảm thực vật tái sinh

Côte d’Ivoire Frisch, 1982

trích dẫn trong Van Reuler,

1996 a

0.5 M NaHCO3

b

0.03 M NH4F + 0.025 M HCl

c

0.5 M NaHCO3

d

DAFA: số ngày sau khi bón phân; mẫu ñất ñược lấy ngay dưới các chậu thí nghiệm ñược bón phân dạng hạt

Hai phương pháp thông dụng là Olsen và Bray-1 ñể xác ñịnh dạng phốt pho không bền (dễ bị phân huỷ) ở trong ñất Thông thường chúng cho các kết quả tương ñối ñồng nhất, nhưng ñôi khi kết quả phân tích Phốt pho bị chi phối bởi các tính chất của ñất như ñộ chua

pH, sự có mặt của các hợp chất oxit sắt nhôm và carbonat Phương pháp Dabin kết hợp ñược

cả hai phương pháp trên và nó thường xuyên ñược sử dụng ở Tây châu Phi Phương pháp này

có khả năng tách chiết P gấp 2 lần lượng P tách bởi phương pháp Olsen hoặc Bray-1 Mỗi phương pháp trên ñược sử dụng trong các nghiên cứu ñể biểu thị “lượng lân dễ tiêu”(với nhiều ý nghĩa khác nhau hơn hẳn quan niệm của chúng tôi) và nó ñòi hỏi phải có sự ñiều chỉnh giữa các hệ sinh thái nông nghiệp khác nhau Bảng 4-6 liệt kê một số giá trị lân dễ tiêu trong mối liên hệ với lân tổng số ñược trích dẫn từ các nguồn tài liệu tham khảo

Mối liên hệ giữa cân bằng dinh dưỡng và tỷ lệ giữa lân dễ tiêu trong lân tổng số cũng như tỷ lệ Kali trong CEC ñã ñược cố gắng trình bày trong bảng 4-7 Nó có thể ñược dùng ñể

chuẩn ựoán sơ bộ P và K Cân bằng dinh dưỡng dựa vào mối cân bằng trong lịch sử hiện tại; những số liệu hoá học là kết quả của cân bằng ựã xảy ra Kali trao ựổi thường xuyên ựược coi

là lân dễ tiêu hoặc lân không bền ở trong ựất Như ựã ựược tìm ra bởi Hemmingway (1963), trong một vài trường hợp cây trồng có thể hút nhiều Kali hơn lượng K trao ựổi hiện có ở trong dung dịch ựất, trong các trường hợp khác thì ngược lại

Bảng 4-7 Chuẩn ựoán thăm dò lân dễ tiêu (phương pháp Olsen) theo tỷ lệ ựối với lân tổng số và kali trao ựổi theo tỷ lệ ựối với dung tắch trao ựổi cation (CEC)

Lân dễ tiêu/lân tổng số

(%)

Kali trao ựổi/CEC (%)

Cân bằng dinh dưỡng

Bình luận

hạn chế của các chất dinh dưỡng khác

gian dài

Bón rất nhiều phân có khả năng gây ô nhiễm

a

độ phì tiêu chuẩn (TSF p , TSK k ) nằm trong các vùng xác ựịnh trên

độ dễ tiêu của Kali trao ựổi phụ thuộc vào tỷ lệ của nó ựối với dung tắch hấp thụ cation (CEC) và phụ thuộc cả vào chất lượng và số lượng các cation khác, có nghĩa là phụ thuộc vào CEC và pH Việc chuẩn ựoán Kali trao ựổi bằng tỷ lệ phần trăm của nó ựối với CEC (tương ứng với bão hoà Kali) ở bảng 4-7 ựược trắch dẫn từ các số liệu ựã ựược ựề cập ựến trong cuốn sách này và kinh nghiệm bản thân của tác giả đồng thời mối quan hệ giữa Kali trao ựổi với K cố ựịnh hoặc Kali tổng số có thể cung cấp các thông tin rất hữu ắch, nhưng Kali cố ựịnh và Kali tổng số rất ắt khi ựược ựo ựạc

Trong bảng 4-7, các giá trị của tỷ lệ lân dễ tiêu so với lân tổng số và tỷ lệ kali trao ựổi/CEC tương ứng với ựộ phì mục tiêu của ựất (TSFP và TSFK) song hành với cân bằng dương (rất nhỏ) điều này chỉ ra rằng cần thiết phải làm giàu dinh dưỡng ựất bằng cách tăng

ựộ phì bền vững tự nhiên lên ựộ phì mục tiêu của ựất Một khi ựộ phì của ựất ựã ựạt ựến ựộ phì Ộmục tiêuỢ, cân bằng trung tắnh cần phải ựược duy trì ựể gìn giữ ựộ phì của ựất ở trạng thái trên đó cũng là ngưỡng duy trì ựộ bền vững như ựã ựề cập ở trên Ngưỡng của Lân và Kali ở dưới và ở trên mức TSF là kết quả của cân bằng quá âm hoặc quá dương, cả hai trường hợp này ựều là dẫn chứng của những hệ không bền vững

Trường hợp của Nitơ trở nên phức tạp hơn rất nhiều Nhiều nỗ lực ựo quá trình

Ộkhoáng hoá NitơỢ với các thủ tục tiến hành như trường hợp của lân dễ tiêu, nhưng cho ựến tận bây giờ vẫn chưa hiệu quả Một tia hy vọng mới xuất hiện từ nghiên cứu của Hassink (1995) là người ựã phát triển hàng loạt các chỉ số dựa trên sự quan sát ựất ở trong tình trạng thăng bằng có hàm lượng ựạm hữu cơ bão hoà và ựạm chứa trong vi sinh vật (MB-N) có mối liên hệ ựến cấu trúc của ựất, vắ dụ hàm lượng cấp hạt sét và limon (<50 ộm) Hàm lượng ựạm cung cấp của (ựồng cỏ) ựất liên quan ựến sự khác biệt giữa hàm lượng của chúng ở tình trạng ựất thăng bằng và hàm lượng thực tại (∆Nhữu cơ và ∆MB-N) Khoảng cách này càng lớn ựộ no ựạm càng giảm và ựất càng bị suy thoái ựạm Hassink (1995) ựưa ra các số liệu hàm lượng bão hoà ựạm hữu cơ và ựạm vi sinh6 cho ựất ựồng cỏ Hà Lan có thể ựược coi như ựạt giá trị

6

đạm vi sinh (Microbial biomas N) là hàm lượng ựạm chứa trong vi sinh vật

TSFN Số liệu dạng này cho ựất canh tác hầu như trống rỗng, chắc chắn ở ựất nhiệt ựới điều này giải thắch tại sao chưa thể liên hệ các chỉ số trên ựến cân bằng dinh dưỡng và như vậy giải thắch lý do không xuất hiện ựạm dễ tiêu và ựạm vi sinh trong các bảng 4-6 và 4-7

Những mục ựề cập ở trên liên quan ựến những nguồn và dòng dịch chuyển chất dinh dưỡng dễ tiêu đầu ra của các chất dinh dưỡng khó tiêu (NIA) bởi xói mòn Bởi vì xói mòn không liên hệ trực tiếp ựến các nguồn chất dinh dưỡng, phân tắch hoá học ựất không còn là công cụ phù hợp cho biết ựất bị suy dinh dưỡng do xói mòn Tranh luận về các thủ tục ựánh giá xói mòn ựất vượt quá khuôn khổ của chương này Chúng tôi tiến cử nghiên cứu của Kilasara và ctv (1995), là nghiên cứu ựã sử dụng lớp ựất tầng mặt làm chỉ tiêu ựánh giá hiện tượng xói mòn ựã xảy ra

1.8 Cân bằng dinh dưỡng

Các chất dinh dưỡng chuyển dịch từ ựất ra dung dịch ựất thông qua một chuỗi các phản ứng (hình 4-1) theo hướng có nồng ựộ chất dinh dưỡng thấp hơn do quá trình hút chất dinh dưỡng của cây trồng Khi nhu cầu về một nguyên tố dinh dưỡng cụ thể thấp do các nguyên tố hạn chế khác tác ựộng, dung dịch ựất không ựến mức ựộ thiếu nguyên tố ựó, hiệu quả của các mối tương tác bị giảm xuống và một phần chất dinh dưỡng ựó dừng lại ở mức dễ tiêu và khó tiêu và không dịch chuyển về hướng dung dịch nữa đó là nguyên nhân tỷ số tương ựối cao giữa hàm lượng chất dễ tiêu và hàm lượng tổng số ựược tìm thấy ở bờ biển Kenya, nơi mà ựạm là nguyên tố hạn chế

Sau khi bón phân, cây trồng không thể thường xuyên hấp thụ ựược tất cả số lượng chất

dễ tiêu từ phân bón trong suốt cả chu kỳ sinh trưởng đôi khi ựiều kiện thời tiết làm cho cây trồng không thể sử dụng ựược chất dễ tiêu Tuy nhiên dưới ựiều kiện thời tiết cực thuận, chỉ

có một số chất dinh dưỡng ựược cây trồng hấp thụ một cách ựầy ựủ, còn các nguyên tố khác thì không thể như vậy Trong những trường hợp như vậy thường xảy ra ựối với quá trình bón phân không cân ựối Thắ dụ trình bày ở bảng 4-8 ựược tóm tắt từ các số liệu phân tắch ựất có hàm lượng lân tương ựối giàu và nghèo ở Kenya Khi không bón lân, quá trình hút ựạm của cây trồng ở ựất nghèo lân (P-Olsen) chỉ bằng một phần tư so với khi bón lân, trong khi ở ựất giàu lân việc bón lân không làm tăng quá trình hút ựạm ở cây trồng Trường hợp này có thể xảy ra khi hàm lượng ựạm bị khoáng hoá giảm ở ựất nghèo lân, nhưng nó cũng có thể xảy ra hàm lượng ựạm không ựược cây trồng hút sẽ bị rửa trôi, phản nitơrát hoá, bay hơi, cố ựịnh sinh học hoặc tồn tại ựơn giản trong dung dịch ựất

Nếu như dinh dưỡng không cân bằng với nhu cầu của cây trồng và một số lượng lớn các chất dinh dưỡng sẽ rời khỏi dung dịch ựất bằng rửa trôi và bay hơi, tổng số dinh dưỡng ra khỏi hệ có thể không thay ựổi, nhưng nó lại chuyển từ trạng thái Ộựầu ra có ắchỢ sang Ộựầu ra không có ý nghĩaỢ Thực tế không thể cho phép cùng một lúc cây trồng hút tất cả các chất dinh dưỡng Nó cùng giống như tổng số dễ tiêu của một nguyên tố hạn chế ựược cây trồng hút

và nó nhỏ hơn số lượng của các nguyên tố khác Người ta ựã tắnh ựược dinh dưỡng của ngô sẽ cân ựối hoàn hảo khi tỷ lệ N:P:K trong cây là 7.8:1:5.6 (theo ựơn vị khối lượng) Khi ựó lượng dinh dưỡng ựược cây ngô hút ựạt 96% so với tiềm năng (Janssen và ctv., 1994; Janssen, 1998) Như vậy cân ựối dinh dưỡng là nhân tố cực thuận ựối với cây trồng cũng như môi trường Bón dinh dưỡng không cân ựối sẽ làm suy kiệt một dinh dưỡng nào ựó và làm thất thoát ra môi trường bên ngoài của các nguyên tố khác

Bảng 4-8 Lượng ựạm (kg ha -1 ) ựược hút bởi ngô là kết quả của việc bón lân trên các nền chất hữu cơ và P-Olsen khác nhau (Janssen và ctv., 1990)

Lượng ựạm ựược cây trồng hút (kg N.ha-1)

Mã số ựồng

ruộng

CHữu cơ (g.kg-1)

P-Olsenb (mg.kg-1) Không bón

lân (-P)

Bón lân (+P) Tỷ lệ

(-P/+P)

MK 11 2.6 30 80 0.38

a

Những ñất này ñược bón 80 kg ñạm.ha-1

b

Các giá trị lân P-Olsen cho các loại ñất không ñược bón lân

KHẢ NĂNG KIỂM SOÁT DÒNG DINH DƯỠNG VÀ TỪNG PHẦN CỦA QUỸ DINH DƯỠNG

Chỉ có một số dòng dinh dưỡng ñược kiểm soát bởi người nông dân SIF ñược ñiều chỉnh bởi các quy luật hoá học và sinh học và tác ñộng của con người chỉ là gián tiếp hoặc không ñáng kể Ví dụ quá trình nâng cao tốc ñộ khoáng hoá bằng các biện pháp làm ñất Trong các dòng dinh dưỡng IN vào hệ sinh thái thì dòng dinh dưỡng xâm nhập từ khí quyển (IN3) nằm ngoài khả năng kiểm soát của con người; Người nông dân có thể hạn chế các xâm nhập từ khí quyển bằng cách trồng cây lâu năm, nhưng thực chất lại làm hạn chế và kiểm soát xói mòn và nước chảy bề mặt (OUT5) Người nông dân có thể trực tiếp ñiều khiển lượng phân bón hoá học và hữu cơ (IN1, IN2), ñồng thời gián tiếp hoặc từng phần ñiều khiển cố ñịnh ñạm sinh học (IN4) bằng trồng các cây họ ñậu Việc kiểm soát các dòng dinh dưỡng do xói mòn vào hệ sinh thái và ñưa ra khỏi hệ cần phải có sự phối hợp công sức của nhiều nông dân trong một lưu vực hoặc làng xã cụ thể Các dòng dinh dưỡng ra khỏi hệ sinh thái (OUT1 ñến OUT4) liên quan ñến các dinh dưỡng dễ tiêu bởi các quá trình tự xảy ra trong ñất (SIF) và các dòng dinh dưỡng vào ñược kiểm soát và không kiểm soát Bởi vậy, người nông dân làm ảnh hưởng không nhiều lắm ñến các ñầu ra OUT1 ñến OUT4, nhưng họ có thể tác ñộng từng phần hoặc gián tiếp ñến sự phân bố các chất dinh dưỡng ra khỏi hệ bằng cách lựa chọn các cây trồng thích hợp, thời gian trồng, phương pháp và thời ñiểm bón phân, bón phân cân ñối, trồng các loại cây che phủ và các biện pháp khác

Khí hậu và ñặc ñiểm hình thái ñịa mạo là các nhân tố khác quyết ñịnh ñến sự phân bố của các ñầu dinh dưỡng ra (OUT) Mức ñộ ảnh hưởng của chúng rất khác nhau ñối với từng dinh dưỡng cụ thể ðịa hình nổi bật cao hẳn lên sẽ làm tăng hiện tượng úng nước ở các chỗ trũng và có nghĩa nó sẽ giảm ñi các ñiều kiện trên Nó làm tăng phản nitơrát hoá và có nghĩa tăng ñầu ra nitơ OUT4 (bảng 4-9) Quá trình này không thể nằm hoàn toàn dưới sự kiểm soát của con người như ñã ñược trình bày trong báo cáo của Sigunga (1997), người ñã phát hiện quá trình phản nitơrat hoá ở ñộ sâu 40 cm trong ñiều kiện khô ở ñất bằng, chua Vertisols Một hậu quả nữa của hiện tượng yếm khí là quá trình chuyển hoá oxit sắt từ dạng khó tiêu sang dạng dễ tan, ñồng thời lại giải phóng lân, lượng lân này có thể bị mất do rửa trôi (OUT3) Mặt khác rửa trôi các chất dễ tiêu lại chiếm tỷ lệ rất nhỏ trên ñất ñồi núi (bảng 4-9, ñịa mạo nhấp nhô) tương ứng với dòng chảy mặt chiếm ưu thế

Rửa trôi xảy ra mạnh hơn ở vùng khí hậu ẩm ướt so với vùng khô hạn, nhưng vùng khô hạn có thể xảy ra việc rửa trôi ñáng kể trong mùa ẩm ướt ngắn Ở vùng bán khô hạn xói mòn do gió và dòng chảy mặt vào thời ñiểm bắt ñầu mùa mưa ñóng vai trò rất quan trọng trong cơ chế thất thoát chất dinh dưỡng (bảng 4-10) Chú ý rằng bảng này chỉ mang tinh chất chỉ dẫn và tương ứng với ñiều kiện ñịa mạo bình thường Rất khó khăn trong việc xác ñịnh các dòng dinh dưỡng ñặc biệt là các dòng dinh dưỡng có hàm lượng rất nhỏ Các hàm lượng dinh dưỡng trong phân hoá học, phân hữu cơ (IN1, IN2) và lượng dinh dưỡng ñược lấy ñi trong sản phẩm thu hoạch và rơm rạ (OUT1, OUT2) tương ñối dễ xác ñịnh Cả 4 dòng dinh dưỡng trên chịu tác ñộng rất mạnh mẽ của con người Nhược ñiểm duy nhất của quỹ dinh