Bài giảng khoa học phân bón - chủ đề 3 pdf

Vai trò của lân đối với cây trồng Lân đóng va i trò trung tâm trong quá trình trao đổi năng lượng và protein Là thành phần của photphotit, axit nuc leit, protein, photpholip it,, coenzi

CHỦ ĐỀ 3 LÂN VÀ PHÂN LÂN Bài 1 Lân trong cây, lân trong đất và quá trình chuyển hóa lân

1 Lân trong cây

1.1 Tỷ lệ lân trong cây

Trong cây, tỷ lệ lân biến động trong khoảng từ 0,08 – 1,4 % so với chất khô Tỷ

lệ lân thay đổi tùy thuộc vào:

 Loại cây trồng Tỷ lệ lân trong cây bộ đậu thường cao hơn trong cây họ hòa thảo

 Các bộ phận trong cây Tỷ lệ lân trong hạt thường cao hơn trong thân lá

 Chế độ lân bón cho cây trồng

1.2 Dạng lân trong cây

Trong cây lân có ở 2 dạng: lân hữu cơ và lân vô cơ

Lân vô cơ đóng vai trò quan trọng trong việc hình thành hệ thống đệ m trong tế bào và là nguồn dự trữ cần thiết cho việc tổng hợp lân hữu cơ

Lân hữu cơ trong cây có ở các dạng như photphosaccarit, photpholipit, ATP, ADP, đóng va i trò quan trọng trong quá trình trao đổi chất, thu hút chất dinh dưỡng và vận chuyển các chất đó trong cây

1.3 Vai trò của lân đối với cây trồng

Lân đóng va i trò trung tâm trong quá trình trao đổi năng lượng và protein

Là thành phần của photphotit, axit nuc leit, protein, photpholip it,, coenzim NAP, NATP và ATP

Là thành phần chủ yếu của a mino axit

Có vai trò quan trọng trong việc phân chia tế bào, tạo thành chất béo và protein Thúc đẩy việc ra rễ, đặc biệt là rễ bên và lông hút

Có vai trò đặc biệt trong việc hình thành mô phân sinh, hạt và phát triển của quả, kích thíc h sự ra hoa

Cải thiện chất lượng sản phẩ m, đặc biệt là rau và cỏ là m thức ăn gia súc

1.4 Biểu hiện thừa, thiếu lân trong cây

Cũng như đạ m, trong hạt và trong các cơ quan non đang p hát triển thường có tỷ

lệ lân cao Lân có thể được vận chuyển từ các lá già về cơ quan non, cơ quan đang phát triển để sử dụng vào việc tổng hợp chất hữu cơ mới Do vậy hiện tượng thiếu lân trong cây thường biểu hiện ở lá già trước

Cây thiế u lân thường có chiều cao thấp hơn cây được bón đầy đủ lân, cây có dáng mảnh khả nh, lá có mà u xa nh tối, nế u thiếu trầ m trọng thì có màu tím đỏ do có sự

tích lũy sắc tố anthoxia n trong lá Cây thiếu lân thường đẻ nhánh ké m, chín muộn, năng suất phẩ m chất kém, khối lượng hạt thấp

Cây non thường rất mẫn cảm với việc thiếu lân Thiếu lâ n trong thời kỳ nà y sẽ

là m cho năng suất cây trồng giả m mạ nh cho dù ở những giai đoạn sau có bổ sung bao nhiê u lân đi chăng nữa cũng khó mà phục hồi được

Cây chỉ thị thiếu lân: Ngô, cà chua, rau diếp

Chưa thấy có hiện tượng ức chế sinh trưởng cây trồng do bón quá nhiều lân

2 Lân trong đất

2.1 Tỷ lệ lân trong đất

Hà m lượng lân tổng số trong đất nhìn chung thấp hơn đạm và kali, đạt tương ứng 1/10 – 1/4 đạm và 1/12 K (Brady, 1990) Khác với đạ m, lượng lân trong tầng đất mặt thường bằng hoặc thấp hơn lân ở các tầng sâu Lượng lân tổng số trong đất có thể dao động từ 0 – 1 g/ kg đất Tỷ lệ lân trong đất biến động trong phạ m vi từ 0,03 – 0,12 % Ở một số đất hình thà nh trên đá mẹ giàu lân, tỷ lệ lân tổng số có thể lên đến 0,6 %

Tỷ lệ lâ n trong đất phụ thuộc vào:

 Thà nh phần đá mẹ

 Hà m lượng lân hữu cơ trong đất

Ở Việt Nam, với sự phân hóa đa dạng về nguồn gốc phát sinh học, đất Việt Nam có hàm lượng lân tổng số dao động khá mạnh, từ 44 – 1310 mg P/kg (tương đương khoảng 0,01 – 0,3 % P2O5) Mẫu chất là yếu tố quan trọng nhất quyết định hà m lượng lân tổng số trong đất Đất cát biển và các loại đất phát triển trên đá mẹ a xit có hàm lượng lân tổng số trung bình nghèo nhất (44 – 264 mg P/kg) Đất phù sa đồng bằng sông Hồng có hà m lượng lân dao động trong khoảng 350 – 650 mg P/kg Đất đồng bằng sông Cửu Lo ng có hà m lượng lâ n thấp hơn (110 – 540 mg P/kg) Đất đỏ bazan có hàm lượng lâ n tổng số cao nhất (430 – 1310 mg P/kg) Nhìn chung, phần lớn đất Việt Nam được xếp vào loại nghèo lân

2.2 Dạng lân trong đất

Trong đất lân có ở 2 dạng: lân hữu cơ và lâ n vô cơ

* Lân hữu cơ trong đất

Lân hữu cơ trong đất chiế m từ 20 – 80 % tổng lượng lân trong đất Hàm lượng lân hữu cơ trong đất cao hay thấp phụ thuộc vào nhiều yế u tố như điều kiện khí hậu, thảm thực vật, kết cấu đất, loại sử dụng đất, chế độ phân bón sử dụng trên đất đó Các dạng lân hữu cơ chủ yếu trong đất bao gồ m: Inositol phốtphat: 1,4 – 356 mg/kg, chiế m

0,3 – 62 %, Axít nucle ic (AND và ARN): 0,1 - 97, chiế m 0,1 – 65 % và phốtpholip it: 0,4 – 17, chiế m 0,03 – 5,4 % lượng lân hữu cơ trong đất (Harison, 1987)

* Lân vô cơ trong đất

Lân vô cơ trong đất chủ yếu có dưới dạng muố i phốtphat của các cation canxi (chiế m ưu thế trê n đất có p hả n ứng tr ung tính hoặc kiề m), sắt ho ặc nhô m (c hiếm

ưu thế tr ê n đất c hua)

Hà m lượng lân trong dung dịch đất phổ biến ở mức xấp xỉ 0,05 g/ lít dung dịch

và hiế m khi ở mức 0,3 mg/lít

Bảng 7 Hàm lượng lân hữu cơ trong tầng đất mặt của các loại đất khác nhau

trong mối quan hệ với thành phần cơ giới đất

Lân hữu cơ trong đất Thà nh phần cơ giới

đất

Số lượng mẫu đất

so với P tổng

số %

Đất nghèo chất hữu

cơ

Đất giàu chất hữu cơ

Nguồn: Harison, 2007

2.4 Quá trình chuyển hóa lân trong đất

Hình 1 Sơ đồ quá trình chuyển hóa lân trong đất

Nguồn: Westerman, 1990

2.4.1 Quá trình thoái hóa lân trong đất

* Khái niệ m

Quá trình thoái hóa lân là quá trình tạo thành các hợp chất lân khó hòa tan từ các

hợp chất lân hòa tan thông qua quá trình hấp phụ hóa học trong dung dịch đất

* Cơ chế tiến hành

Al3+ + H2PO4 + 2H2O 2H+ + Al (OH)2 H2PO4

Hòa tan Không hòa tan

OH OH

Al OH + H2PO4 Al OH + OH

OH PO4H2-

Bị cố định

* Ý nghĩa của quá trình thoái hóa lân đối với sự thu hút lâ n của cây và hiệ u quả sử

dụng phân lân

- Giảm lượng lâ n dễ tiêu trong đất và cây trồng khó thu hút được lâ n từ đất và từ

nguồn phân lân bổ sung từ bên ngoài vào đất

- Giảm hiệ u quả sử dụng phân lân

Lân hữu

cơ khó phân giải

Cơ thể sống

Chất hữu

cơ dễ phân giải

Lân hòa tan

Lân dễ tan hấp phụ trên keo sét

Lân không hòa tan

Lân bị giữ chặt

2.4.2 Quá trình giữ chặt lân trong đất

* Quá trình giữ chặt lân bởi các hydroxit Fe và Al

Quá trình này thường xảy ra trên các loại đất chua, giàu sắt nhôm di động Gốc

OH- trong các hydroxit Fe và Al bị thay thế bởi PO43+

* Lân bị giữ chặt bởi các khoáng sét

Lượng lân bị giữ chặt ở dạng này thường thấp hơn so với lượng lân bị giữ chặt bởi Fe và Al hydroxit Rìa lưới của keo kaolinit có chứa OH- và vì vậy cơ chế hấp phụ lân bởi kaolinit cũng tương tự như khi lân bị giữ chặt bởi Fe và Al hydroxit

Khả năng giữ chặt lâ n của keo sét phụ thuộc vào diện tích bề mặt của loại keo

đó Theo đó, kaolinit có khả năng hấp phụ cao hơn illit và monmollionit

Keo sét – OH + Ca (H2PO4)2 Keo sét - H2PO4- + ½ Ca(OH)2

Iliit > Kaolinit > Montmorillonit

* Lân bị giữ chặt bởi muối canxi trong đất

Phản ứng giữ lâ n với các muố i canxi trong đất bao gồ m 2 dạng:

+ Khi hàm lượng lân trong đất ở mức thấp, lân chủ yếu bị giữ chặt bởi canxi sulphat + Khi hàm lượng lâ n trong đất cao, lân chủ yếu bị giữ chặt bởi canxi cacbonat (Grifill và Jurinak, 1993) Quá trình này xả y ra phổ biến và rất nhanh

Thô ng thường sự giữ chặt lân bởi các muối canxi là yếu hơn bởi Fe và Al hydroxit, do vậy lân ở dạng này dễ dàng được phục hồi và trở nên dễ tiêu hơn đối với cây trồng

Do đó, trên các loại đất giàu Fe và Al trao đổi, giữ chặt lân bởi Fe và Al hydroxit thường chiếm ưu thế

* Lân bị giữ chặt bởi chất hữu cơ trong đất

Mùn trong đất khi liê n kết với các cation như Ca, Fe và Al sẽ có khả năng giữ chặt một lượng đáng kể lân

Ở Việt Nam, theo Võ Đình Quang (1999) thì khả năng hấp thu lân của đất Việt Nam dao động khá mạ nh, trong khoảng từ 10 – 2656 mgP/kg, tùy theo từng loại đất Đất cát biển có khả năng hấp thu lâ n thấp nhất và đất trồng lúa đồng bằng sông Cửu Long, đặc biệt đất phèn có khả năng hấp thu lâ n cao nhất

 Các yếu tố ảnh hưởng đến sự giữ chặt lân trong đất

+ pH đất

pH đất có ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng hòa tan của Ca, Fe và Al cũng như các cation khác vì vậy có ảnh hưởng đến khả năng giữ chặt lân trong đất

+ Sự hiện diện của các cation trong đất

Cùng với Ca, Fe và Al, sự hiện d iện của một số cation trong đất cũng có ảnh hưởng đến sự giữ chặt lâ n trong đất Một số nghiên cứu cho rằng: Mg có tác dụng ngăn chặn

sự giữ chặt lân bởi các muố i canxi (Yadav và các cộng sự, 1984) Trên đất mặn, nơi mà

Na chiếm ưu thế so với các cation khác, lân sẽ tạo thành muố i với Na và trở nên dễ tiêu hơn đối với cây trồng

+ Sự hiện diện của các anion trong đất

Một số anion trong đất như OH-, SO42- có khả năng cạnh tranh với anion phốtphat trong các phản ứng để tạo thành các hợp chất hòa tan trong đất Tuy nhiên, anion phốtphat là một anion có khả năng cạnh tranh rất mạ nh

 Động thái lân trong đất ngập nước

Các nghiên cứu của Võ Đình Quang và De fey (1999) đã chứng minh rằng khi đất ngập nước, các oxyhydroxit sắt tinh thể chuyển qua dạng ferrihydrit vô định hình

có diện tích bề mặt lớn, thông qua cơ chế hydrat hóa hoặc thủy phâ n vì vậy làm tăng khả năng hấp thu lân của đất

Trong quá trình ngập nước, hà m lượng các phốtphat nhôm có xu hướng giả m xuống, hàm lượng phốtphat sắt tăng lên Hiện tượng này do một phần phôtphat nhô m dạng variscit có thể chuyển qua dạng phôtphat sắt dạng vivianit

Hà m lượng phốtphat canxi thường rất ít thay đổi do ngập nước Nguyên nhân chủ yếu do điều kiện bình thường rất ít khi tạo ra được trạng thái khử đủ mạnh để làm tăng các khoáng canxi Việc gia tăng nồng độ CO2 trong dung dịch đất đôi khi được viện dẫn để gải thích sự thay đổi của hà m lượng Ca – P Tuy nhiên, trường hợp này cũng ít khi xả y ra

Những thay đổi về khả năng hấp thụ lâ n cũng như sự chuyển hóa lân trong quá trình ngập nước đã kéo theo sự thay đổi khá mạnh về khả năng cung cấp lâ n của đất Hầu hết các nghiên cứu của Nguyễ n Vy, Trần Khải, Võ Đình Quang (1998) đều cho một kết luận chung rằng khi đất ngập nước, hà m lượng lân dễ tiêu tăng mạnh Nguyên nhâ n chính của việc gia tăng giải phóng lân có thể liệt kê như sau:

- Quá trình khử các hydroxit sắt

- Quá trình khử và chuyển stregit, variscit khó tan sang dạng vivianit dễ tan hơn

- Tăng pH do quá trình khử là m tăng khả năng thủy phân stregit, variscit

- Quá trình trao đổi giữa các ion hữu cơ tạo thành do quá trình phân giải hữu cơ

và các ion phôtphat

Bài 3 Phân lân và phương pháp sử dụng hiệu quả các loại phân lân

1 Các loại phân lân phổ biến

1.1 Nhóm phân lân tự nhiên

* Các loại quặng phốtphat tự nhiên

Đá photphat tự nhiên gồ m apatit và photphorit được tạo thành do hoạt động kiến tạo của vỏ trái đất nhờ quá trình phún xuất hoặc trầm tích Hiện tại vẫn còn nhiề u ý kiến khác biệt về giá trị phân bón của quặng photphat Các yếu tố gây trở ngạ i cho sự đánh giá quặng photphat thể hiệ n ở một số lý do sau đây:

Ảnh hưởng của quặng phốt phát tới sản xuất nông nghiệp thay đổi rất rộng

Phản ứng của cây trồng với quặng phốt phát tùy thuộc vào loại đất, chu kỳ sống của cây và điều kiện khí hậu Phản ứng của cây trồng với quặng phốt phát tùy thuộc vào thời gian bón, phương pháp bón và cỡ hạt Hiệu lực tồn dư của 1 lần bón hay hiệu lực tích lũy do bón nhiề u lần là rất quan trọng nhưng rất khó đánh giá

Hiệ n nay chưa có đủ số liệu nghiê n cứu lâu dài về mặt nông học và hiệu quả của các loại quặng phôt phát với các loại cây lương thực

* Tính chất của các loại quặng

 Apatit

Apatit được hình thành trong tự nhiên do quá trình phun xuất hoặc trầm tích của hoạt động kiến tạo địa chất Hầu hết các loại quặng phôt phát thương mạ i đều có thành phần fluo apatit Cấu trúc của loại quặng này phụ thuộc nhiề u bởi sự thay thế của hầu hết các nguyên tố như:

Mg, Sr và Na cho Ca; OH và Cl cho F

As và V cho P; CO3 và F cho PO4

Một tỷ lệ lớn apatit có nguồn gốc trầm tích rơi vào nhóm francolit hoặc cacbonat apatit

Công thức của nhóm francolit được thể hiệ n như sau:

Ca10 - a – bNaaMgb(PO4)6 – x (CO3)x Fo.4xF2

a thể hiện số phân tử thay thế của Na cho Ca

b thể hiện số phâ n tử thay thế của Mg cho Ca

x thể hiện số phân tử thay thế của CO2 và F cho PO4

Tính chất của apatit không đồng nhất và phụ thuộc vào nguồn gốc hình thành

Ở Việt Nam, apatit có nhiều ở Lao Cai và có hà m lượng lân dao động từ 26 - >

40 % P2O5 Lân dễ tiê u rất thấp ( 2 – 4 %), không có chất hữu cơ

Apatit có cấu trúc tinh thể hay vi tinh thể

 Phốtphorit

Phôtphorit có nguồ n gốc trầm tích, chủ yếu là trầm tíc h biển Hà m lượng lân biến động rất lớn và phụ thuộc vào vị trí hình thành nhưng thường thấp hơn apatit Hàm lượng sắt nhô m trong phốtphorit khá cao nên không được sử dụng để sản xuất các loại phân lân công nghiệp

Ở Việt Nam, mỏ phốtphorít thường được tìm thấy ở Vĩnh Thịnh (Lạ ng Sơn), Yên Sơn (Tuyên Quang) và Hàm Rồng (Thanh Hóa) Lân trong phôtphorit ở dạng Ca3 (PO4)2, và lượng lâ n tan trong axit xitr ic 2 % cao hơn trong apatit

Hà m lượng fluo thấp hơn nhưng SiO2 cao hơn trong apatit Quặng phôtphorir có lẫn tạp chất hữu cơ nên mề m hơn, dễ kha i thác và dễ nghiề n hơn apatit

Phôtphorit có cấu trúc vô định hình

 Phân lèn

Phân lèn được hình thành do xác động vật chết lâ u ngà y tích tụ lại trong các hạng đá Ở Việt Nam, phân lè n có thể được tìm thấy ở Hà Giang, Bố Trạch (Quảng Bình) Ngoài lân, trong phân lèn còn chứa một lượng khá lớn chất hữu cơ, dao động từ 5,6 % (phân lè n ở Hà Giang) đến 39,5 % (phân lè n ở Bố Trạch, Quảng Bình)

Các loại phân lèn do có nguồn gốc là xác động vật trong hang động nên tỷ lệ CaO cũng cao, có thể đạt đến 37 % (phân lè n Hà Gia ng) Trong phân lèn, lân chủ yếu tồn tại ở dạng Ca3(PO4)2 nên tỷ lệ lâ n hòa tan trong a xit xitric 2 % khá cao

* Sử dụng

- Các loại quặng apatit có hà m lượng lân tổng số > 36 % được sử dụng để sản xuất phân super lân Còn các loại quặng có hàm lượng này dao động từ 23 – 36 % được

sử dụng để sản xuất phân lân nung chảy

- Phân lân tự nhiên là loại phân chậ m tan, khó tiêu đối với cây trồng Độ hòa tan của phân phụ thuộc vào pH đất Vì vậy, phân lân tự nhiên chỉ nên sử dụng để bón cho các loại đất chua, pH KCl < 5 Các loại phân này thường thể hiện hiệ u lực cao khi bón cho các loại đất chua, chua mặn, đất lầy thụt

- Phân lân tự nhiên thường thể hiệ n hiệ u quả nhanh và rõ trên các loại đất có hàm lượng lân tổng số thấp (< 0,05 %)

- Chủ yếu được sử dụng để bón lót Có thể sử dụng để bón thúc cho cây công nghiệp dài ngà y và các loại cây có nhu cầu lâ n cao như cây bộ đậu, cao su

- Để đáp ứng nhu cầu dinh dưỡng lân cho cây, nên bón phân lân tự nhiên phối hợp với các loại phân lâ n dễ tan như super lân

- Để nâng cao hiệu quả sử dụng phân lân tự nhiê n nên được sử dụng để bón phối hợp với các loại phân chua sinh lý như (NH4)2SO4, NH4Cl, K2SO4, KCl

- Có thể sử dụng phân lân tự nhiên dể bón cho cây phân xa nh bộ đậu, vừa làm tăng sinh khối, tăng lượng đạm trong cây và bổ sung đạm cho đất khi cây phân xanh được vùi vào đất

- Có thể sử dụng để ủ với phân chuồ ng, phân rác với tỷ lệ 2 – 4 %

1.2 Phân lân chế biến (phân lân công nghiệp)

1.2.1 Supe lâ n

* Tính chất các loại super lân

 Supe lân đơn

Loại phân lân này được sản xuất do sự kết hợp giữa Apatit với H2SO4, chứa từ 7 – 9,5 % P hoặc 16 – 22 % P2O5 và 11 - 12 % CaSO4 Lân trong supe lân đơn có ở dạng Ca(H2PO4)2 Gần 90 % lân trong phân supe lân đơn ở dạng hòa tan trong nước và dễ dàng được cây trồng thu hút một cách trực tiếp

Bảng 8 Tính chất một số loại super lân

Super lân

M

Super lân

PA

Super lân viên

P2O5 hữu hiệ u (%) > 16,5 >13,5 >8,0 >16

Không

Nguồn Nhà máy super lân Long Thành, 2000

Hiệ n nay trên thị trường Việt Nam có một số loại super lân đơn sau đây (bảng 8)

+ Trip le Supe phôtphat

Loại phân lâ n này được sản xuất do sự kết hợp giữa Apatit với H3PO4, chứa từ

19 – 23 % P hoặc 44 – 52 % P2O5 Lân trong Triple Supe phôtphat có ở dạng CaH2PO4 Gần 90 % lân trong phân supe lâ n đơn ở dạng hòa tan trong nước và dễ dàng được cây trồng thu hút một cách trực tiếp

+ Supe lân giàu

Loại phân lân nà y được sản xuất do sự kết hợp giữa Apatit với hỗn hợp 2 a xít

H3PO4 và H2SO4, chứa từ 11 – 13 % P hoặc 25 – 30 % P2O5 Lân trong supe lân giàu

có ở dạng CaH2PO4: 90 – 95 % lân trong phân supe lân giàu ở dạng hòa tan trong nước

và dễ dàng được cây trồng thu hút một cách trực tiếp

* Sử dụng

- Super lân đơn là loạ i phân có hiệu quả cao với nhiều loại cây trồng Ngoài lân, khi sử dụng super lân, một số các nguyên tố dinh dưỡng khác như Ca, S và Fe cũng được bón vào đất để bổ sung dinh dưỡng cho cây

- Trong super lân, lượng lân hòa tan trong nước rất cao, do đó khi bón vào đất chua quá (già u Fe và Al di động) hoặc giàu Ca quá đều rất dễ bị thoái hóa Vì vậ y, để

có thể nâng cao hiệ u quả, loại phân này nên được sử dụng trên các loại đất trung tính Nếu bón trên đất chua thì cần phải bón vôi để đưa pH đất về mức 6,5 trước khi bón super lân

- Có thể sử dụng để bón lót hoặc bón thúc Loại super lâ n viên có thể trộn với hạt giống khi gieo

- Có thể sử dụng tốt cho tất cả các loại cây trồng nhưng đặc biệt có hiệ u quả khi

sử dụng để bón cho các loại cây có nhu cầu lưu huỳnh như cây họ đậu, cây lấy dầu

- Có thể hòa nước để phun qua lá (trip le super lân) hoặc tưới cho cây (super lân đơn và super lâ n già u)

- Có thể sử dụng để ủ với phân chuồ ng, phân xanh, than bùn với tỷ lệ 2 – 3 %

- Để hạn chế hiệ n tượng thoái hóa và giữ chặt lân, nên bón theo hàng, theo hốc trên đất trồng cây trồng cạn

- Có thể sử dụng để bón phối hợp với các loại phân lân tự nhiên hoặc phân lân nung chảy, đặc biệt trên đất phèn hoặc đất quá chua

1.2.2 Ther mophốtphat (lân nung chảy - TMP)

* Tính chất

Loại phân lân này được sản xuất trong điều kiện nung đá phốtphat trong điều kiện nhiệt độ cao Trong nhó m này có một số loại phân lân sau đây:

 Defluophốtphat

Loại phân lân này được sản xuất trong điều kiện nung đá phốtphat với phế phẩm của silicat trong điề u kiện nhiệt độ 1480 – 1590 oC, chứa từ 9 % P hoặc 21 % P2O5, trong đó có 8 % P (18 % P2O5) tan trong a xit citric

 Rherenia phốtphat