Nghiên cứu hiện trạng lân trong đất và biện pháp nâng cao hiệu quả sử dụng phân lân trên đất xám bạc màu tỉnh Bắc Giang (FULL TEXT)

MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Trong đời sống cây trồng, hầu như không có quá trình sinh lý nào mà không có sự tham gia của lân, vì thiếu lân cây trồng không sinh trưởng được. Các quá trình quyết định năng suất của cây như làm hạt, kết quả, làm củ, làm thân đều cần có lân, thiếu lân năng suất cây trồng rất thấp. Trong đất, lân tồn tại ở hai dạng vô cơ và hữu cơ. Lân vô cơ trong đất có nhiều dạng với các độ hòa tan khác nhau. Cây trồng chủ yếu sử dụng các dạng lân hòa tan trong dung dịch đất và trong các axít yếu do rễ cây tiết ra. Các dạng lân này phần nhiều là canxi và magiê phốt phát. Dạng sắt, nhôm phốt phát ít hòa tan, cây trồng cạn khó sử dụng. Chỉ có cây lúa trong điều kiện canh tác ngập nước là có thể sử dụng được các dạng lân này vì ở điều kiện ngập nước sắt, nhôm phốt phát chuyển thành dạng hòa tan. Các dạng lân hữu cơ chỉ cung cấp được cho cây trồng sau khi được vi sinh vật hay men tiết ra từ rễ cây phân giải thành dạng lân vô cơ hòa tan (Đào Thế Tuấn, 1962). Một số nghiên cứu gần đây dự báo rằng đến giữa thế kỷ 21 sự thiếu hụt lân sẽ là yếu tố quan trọng hàng đầu đe dọa an ninh lương thực toàn cầu. Theo cách tính dựa vào khả năng cung cấp và yêu cầu về lân của thị trường toàn cầu, năm 2034 sẽ là năm đỉnh cao về khả năng cung cấp lân, sau đó khả năng cung cấp lân sẽ giảm dần (Dana Cordell và nnk, 2008). Hiện nay trên thị trường chưa có sản phẩm phân bón nào có thể thay thế cho phân lân, vì thế nâng cao hiệu quả sử dụng và tái sử dụng các nguồn lân khác nhau đang là một trong những vấn đề ưu tiên trong nghiên cứu về lân. Đất XBM chủ yếu phát triển trên mẫu chất phù sa cổ, đá macma axít và đá cát. Loại đất này có diện tích khá lớn, khoảng 1,4 triệu ha, phân bố tập trung ở miền Đông Nam Bộ và các tỉnh thành phía Bắc như: Vĩnh Phúc, Bắc Giang, Bắc Ninh, Thái Nguyên, Hà Nội… Đây là loại đất có thành phần cơ giới (TPCG) nhẹ, chua, hàm lượng hữu cơ thấp, độ phì nhiêu tự nhiên thấp, đặc biệt là lân. Hàm lượng lân tổng số trong đất XBM thường dưới 0,05% P 2 O 5 và lân dễ tiêu thường nhỏ hơn 5 mg P 2 O /100 g đất (Viện Thổ nhưỡng Nông hóa, 2001). 5 Mặc dù có độ phì tự nhiên thấp, nhưng đất XBM là loại đất có độ phì nhiêu thực tế khá cao nếu được áp dụng các tiến bộ kỹ thuật. Mặt khác, do một số tính chất lý, hóa học đặc trưng (như thành phần cơ giới, địa hình phân bố…) đối tượng cây trồng trên loại đất này khá phong phú, đặc biệt là các loại cây trồng cạn như ngô, đậu tương, rau, hoa, các loại cây công nghiệp ngắn ngày... Việc áp dụng các tiến bộ kỹ thuật, đặc biệt là việc bón phân trên đất XBM trong thời gian dài đã làm thay đổi đáng kể hàm lượng các chất dinh dưỡng trong đất. Áp lực phân bón trên đất XBM ở miền Bắc Việt Nam rất lớn, trung bình tổng lượng phân bón sử dụng khoảng 20 tấn phân chuồng, 276 kg N, 140 kg P 2 O 5 , 230 kg K O ha/năm; ở những vùng thâm canh cao, chuyên rau... lượng phân bón thậm chí còn cao hơn rất nhiều (Phạm Quang Hà, 2009). Do áp lực phân bón, việc gia tăng hàm lượng lân, đặc biệt là lân dễ tiêu trong đất XBM miền Bắc Việt Nam đã được cảnh báo trong nhiều báo cáo gần đây (Bùi Đình Dinh, 1999; Phạm Quang Hà, 2009). Việc gia tăng và tích lũy lân dễ tiêu trong đất, lân dễ tiêu ở một số vùng thâm canh lên tới 50 - 60 mg P 2 O 5 2 /100 g đất (Bùi Đình Dinh, 1999) sẽ làm giảm hiệu quả kinh tế của việc sử dụng phân bón và ảnh hưởng không nhỏ đến môi trường. Bắc Giang là tỉnh nông nghiệp, có diện tích đất tự nhiên 382.250 ha, nhưng đất dành cho sản xuất nông nghiệp chỉ có 99.300 ha, trong đó có 61.294,8 ha là đất XBM. Vùng đất XBM tỉnh Bắc Giang tập trung ở các huyện Hiệp Hòa, Việt Yên, Tân Yên… đây là những vùng sản xuất nông nghiệp khá phát triển của tỉnh, có nhiều cơ cấu cây trồng khác nhau và rất đặc trưng cho vùng đất XBM miền Bắc Việt Nam. Đã có một số nghiên cứu liên quan đến sử dụng đất, hiệu lực của các loại phân bón phân bón đối với một số cây trồng trên đất XBM Bắc Giang, với cảnh báo về ảnh hưởng của sử dụng phân bón, đặc biệt là phân lân đối với môi trường; tuy nhiên vẫn chưa có một nghiên cứu nào được tiến hành một cách đầy đủ về biến động của hàm lượng và các dạng lân trong đất dưới tác động của những thay đổi về chế độ canh tác, bón phân… trong thời gian gần đây. Chính vì lý do đó, việc thực hiện đề tài “Nghiên cứu hiện trạng lân trong đất và biện pháp nâng cao hiệu quả sử dụng phân lân trên đất xám bạc màu tỉnh Bắc Giang” là thực sự cấp thiết. 2. Mục tiêu nghiên cứu - Xác định được hàm lượng và một số dạng lân trong đất XBM tỉnh Bắc Giang. - Xác định được ảnh hưởng của các loại hình, chế độ canh tác, cũng như quá trình thâm canh đến hàm lượng và một số dạng lân trong đất. - Đề xuất được một số biện pháp nâng cao hiệu quả sử dụng phân lân trong sản xuất nông nghiệp vùng đất XBM tỉnh Bắc Giang. 3. Ý nghĩa khoa học, ý nghĩa thực tiễn của đề tài 3.1. Ý nghĩa khoa học - Xây dựng được một bộ số liệu về hàm lượng và các dạng lân trong đất XBM tỉnh Bắc Giang. - Hoàn thiện cơ sở khoa học về tác động của các loại hình, chế độ canh tác, cũng như quá trình thâm canh đến sự thay đổi về hàm lượng và các dạng lân trong đất XBM, cũng như các biện pháp nâng cao hiệu quả sử dụng phân lân trong sản xuất nông nghiệp vùng đất XBM tỉnh Bắc Giang. 3.2. Ý nghĩa thực tiễn Kết quả nghiên cứu của đề tài góp phần nâng cao hiệu quả sử dụng phân lân trong sản xuất nông nghiệp vùng đất XBM, góp phần nâng cao thu nhập cho người dân và bảo vệ môi trường.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

VIỆN KHOA HỌC NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM

TRẦN QUỐC VƯƠNG

NGHIÊN CỨU HIỆN TRẠNG LÂN TRONG ĐẤT VÀ BIỆN PHÁP NÂNG CAO HIỆU QUẢ SỬ DỤNG PHÂN LÂN TRÊN ĐẤT XÁM BẠC MÀU TỈNH BẮC GIANG

LUẬN ÁN TIẾN SĨ NÔNG NGHIỆP

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

VIỆN KHOA HỌC NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM

TRẦN QUỐC VƯƠNG

NGHIÊN CỨU HIỆN TRẠNG LÂN TRONG ĐẤT VÀ BIỆN PHÁP NÂNG CAO HIỆU QUẢ SỬ DỤNG PHÂN LÂN TRÊN ĐẤT XÁM BẠC MÀU TỈNH BẮC GIANG

Chuyên ngành: Khoa học Đất

Mã số: 62.62.01.03

LUẬN ÁN TIẾN SĨ NÔNG NGHIỆP

Người hướng dẫn khoa học:

PGS TS Hồ Quang Đức

TS Bùi Huy Hiền

HÀ NỘI – 2015

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan, số liệu và kết quả nghiên cứu được trình bày trong luận án này là trung thực và chưa được sử dụng để bảo vệ một học vị nào Tôi xin cam đoan, mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận án này đã được cám ơn và các thông tin trích dẫn trong luận án đều đã được chỉ rõ nguồn gốc

Tác giả

Trần Quốc Vương

LỜI CẢM ƠN

Luận án này được thực hiện tại Viện Thổ nhưỡng Nông hóa - Viện Khoa

học Nông nghiệp Việt Nam Luận án là một phần trong đề tài cấp Bộ "Nghiên

cứu nâng cao hiệu quả sử dụng lân trên đất xám bạc màu" được thực hiện từ

năm 2012 đến năm 2014 Số liệu của đề tài dùng trong luận án đã được Ban Chủ nhiệm đề tài đồng ý cho phép sử dụng

Để hoàn thành được luận án này tôi đã nhận được rất nhiều sự động viên, giúp đỡ của nhiều cá nhân và tập thể

Trước hết, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS TS Hồ Quang Đức và TS Bùi Huy Hiền đã hướng dẫn tôi thực hiện nghiên cứu của mình Xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn đến TS Trần Minh Tiến, ThS Đào Trọng Hùng, ThS Trần Thị Thu Trang; lãnh đạo và các cán bộ nghiên cứu khác tại Viện Thổ nhưỡng Nông hóa, những người đã giúp tôi trong quá trình thực hiện nghiên cứu này

Xin cùng bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới các thầy, cô giáo, những người đã đem lại cho tôi những kiến thức bổ trợ, vô cùng có ích trong những năm học vừa qua

Cũng xin gửi lời cám ơn chân thành tới Ban Giám đốc, Ban Đào tạo Sau đại học, Viện Khoa học Nông nghiệp Việt Nam; lãnh đạo Viện Thổ nhưỡng Nông hóa đã tạo điều kiện cho tôi trong quá trình học tập

Cuối cùng tôi xin gửi lời cám ơn đến gia đình, bạn bè, những người đã luôn bên tôi, động viên và khuyến khích tôi trong quá trình thực hiện đề tài nghiên cứu của mình

Hà Nội, ngày 15 tháng 9 năm 2015

Nghiên cứu sinh

Trần Quốc Vương

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN 1!

LỜI CẢM ƠN iii!

MỤC LỤC iii!

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT viii!

DANH MỤC CÁC BẢNG ix!

DANH MỤC CÁC HÌNH xii!

MỞ ĐẦU 1!

1 Tính cấp thiết của đề tài 1!

2 Mục tiêu nghiên cứu 3!

3 Ý nghĩa khoa học, ý nghĩa thực tiễn của đề tài 3!

3.1 Ý nghĩa khoa học 3!

3.2 Ý nghĩa thực tiễn 3!

4 Những đóng góp mới của luận án 3!

Chương 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU NGHIÊN CỨU 5!

1.1 Về đất xám bạc màu 5!

1.1.1 Khái niệm về đất XBM 5!

1.1.2 Quá trình hình thành, phát triển và phân bố của đất XBM 8!

1.1.3 Tính chất vật lý và hóa học đất XBM 10!

1.1.4 Các biện pháp cải tạo và sử dụng đất XBM 11!

1.2 Tổng quan về lân và các dạng lân trong đất 15!

1.2.1 Lân trong đất Việt Nam 15!

1.2.1.1 Hàm lượng lân tổng số trong đất Việt Nam 15!

1.2.1.2 Hàm lượng lân dễ tiêu 15!

1.2.1.3 Lân trong dung dịch đất 16!

1.2.1.4 Lân hữu cơ trong đất 16!

1.2.1.5 Thành phần lân khoáng trong đất 17!

1.2.2 Khả năng hấp thu lân của một số loại đất 19!

1.2.2.1 Hiện tượng cố định lân 19!

1.2.2.2 Động thái lân trong đất ngập nước 20!

1.2.3 Ảnh hưởng của chế độ canh tác đến hàm lượng và dạng lân trong đất 22!

1.2.3.1 Ảnh hưởng của một số biện pháp canh tác 22!

1.2.3.2 Sự thay đổi hàm lượng lân trong đất XBM 23!

1.3 Về phân lân và sử dụng phân lân 24!

1.3.1 Vai trò của lân đối với cây trồng 24!

1.3.2 Hiện trạng sử dụng lân và các vấn đề liên quan đến sử dụng lân 26! 1.3.2.1 Lân và sự suy giảm khả năng sản xuất phân lân trên thế giới 26! 1.3.2.2 Tiêu thụ lân theo quốc gia và cây trồng 27!

1.3.2.3 Ảnh hưởng của sử dụng phân lân đến môi trường 27!

1.3.3 Tổng quan về các dạng phân lân 29!

1.3.3.1 Các dạng phân lân 29!

1.3.3.2 Thành phần, đặc điểm một số loại phân lân trên thị trường Việt Nam 30!

1.3.4 Nghiên cứu sử dụng phân lân ở Việt Nam 32!

1.3.4.1 Sử dụng phân lân ở Việt Nam 32!

1.3.4.2 Hiệu lực sử dụng phân lân cho một số cây trồng chính ở Việt Nam 34!

1.3.4.3 Hiệu lực phân lân trên đất XBM 36!

Chương 2 VẬT LIỆU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 38!

2.1 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 38!

2.1.1 Đối tượng và vật liệu nghiên cứu 38!

2.1.2 Phạm vi nghiên cứu 38!

2.2 Nội dung nghiên cứu 38!

2.2.1 Đánh giá một số đặc điểm tự nhiên và sản xuất nông nghiệp vùng

nghiên cứu 38!

2.2.2 Đặc điểm đất XBM tỉnh Bắc Giang 38!

2.2.3 Ảnh hưởng của một số loại hình, chế độ canh tác, quá trình thâm canh đến hàm lượng và một số dạng lân trong đất 39!

2.2.4 Đề xuất một số biện pháp nâng cao hiệu quả sử dụng lân trong sản xuất nông nghiệp vùng đất XBM tỉnh Bắc Giang 39!

2.3 Phương pháp nghiên cứu và kỹ thuật sử dụng 39!

2.3.1 Phương pháp điều tra, thu thập tài liệu, số liệu 39!

2.3.1.1 Thu thập số liệu thứ cấp 39!

2.3.1.2 Thu thập các số liệu sơ cấp 39!

2.3.2 Phương pháp điều tra lấy mẫu đất ngoài đồng 40!

2.3.3 Phương pháp tiến hành thí nghiệm 40!

2.3.3.1 Thí nghiệm trong nhà lưới 40!

2.3.3.2 Thí nghiệm đồng ruộng……… ………42

2.3.3.3 Phương pháp xây dựng mô hình 45!

2.3.4 Phương pháp phân tích 45!

2.3.4.1 Phương pháp phân tích mẫu đất 45!

2.3.5 Phương pháp xử lý số liệu 47!

Chương 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 48!

3.1 Một số đặc điểm tự nhiên và sản xuất nông nghiệp vùng nghiên cứu 48! 3.1.1 Đặc điểm địa chất và khí hậu vùng nghiên cứu 48!

3.1.1.1 Đặc điểm địa chất vùng đất XBM Bắc Giang 48!

3.1.1.2 Đặc điểm khí hậu của tỉnh Bắc Giang 48!

3.1.2 Tình hình sản xuất nông nghiệp tỉnh Bắc Giang 50!

3.1.2.1 Đặc điểm chung về sản xuất nông nghiệp của tỉnh Bắc Giang 50!

3.1.2.2 Các loại sử dụng đất chính trên đất XBM tỉnh Bắc Giang 51!

3.1.2.3 Diện tích, năng suất, sản lượng một số cây trồng chính 53!

3.1.2.4 Tình hình sử dụng phân bón 53! 3.2 Đặc điểm đất XBM tỉnh Bắc Giang 55! 3.2.1 Đặc điểm chung về phân loại, phân bố và thực trạng chất lượng đất XBM tỉnh Bắc Giang 55! 3.2.2 Hàm lượng và các dạng lân trong đất XBM tỉnh Bắc Giang 60! 3.2.2.1 Hàm lượng lân tổng số và dễ tiêu trong đất XBM tỉnh Bắc Giang 60! 3.2.2.2 Hàm lượng và các dạng lân trong đất XBM vùng chuyên lúa

và chuyên rau tỉnh Bắc Giang 61! 3.2.3 Sự thay đổi hàm lượng lân trong đất XBM tỉnh Bắc Giang 63! 3.3 Ảnh hưởng của một số loại hình, chế độ canh tác, quá trình thâm canh đến hàm lượng và một số dạng lân trong đất XBM tỉnh Bắc Giang 66! 3.3.1 Ảnh hưởng của chế độ nước (khô và ẩm) đến các dạng lân trong đất XBM 66! 3.3.2 Ảnh hưởng của các dạng lân bón đến khả năng hấp thụ lân của cây lúa và các dạng lân trong đất XBM 68! 3.3.2.1 Lúa vụ xuân 68! 3.3.2.2 Lúa vụ mùa 70! 3.3.3 Ảnh hưởng của liều lượng và các dạng lân bón đến năng suất cây trồng trong cơ cấu lúa xuân - lúa mùa - ngô đông và các dạng lân trong đất XBM tỉnh Bắc Giang 74! 3.3.3.1 Ảnh hưởng của liều lượng và các dạng lân bón đến năng suất cây trồng 74! 3.3.3.2 Ảnh hưởng của liều lượng và các dạng lân đến khả năng hấp thu lân của cây trồng 75! 3.3.3.3 Ảnh hưởng của liều lượng và các dạng lân bón đến hàm lượng

và các dạng lân trong đất 78!

3.3.4 Ảnh hưởng của quá trình bón phân, vùi phế phụ phẩm đến năng suất cây trồng, các dạng lân trong đất trên một số cơ cấu cây trồng chính

trên đất XBM tỉnh Bắc Giang 80!

3.3.4.1 Cơ cấu lúa xuân - đậu tương hè - lúa mùa muộn 80!

3.3.4.2 Cơ cấu đậu tương xuân - lúa mùa sớm - ngô đông 84!

3.3.4.3 Cơ cấu lúa xuân - lúa mùa sớm - ngô đông 87!

3.4 Đề xuất một số biện pháp nâng cao hiệu quả sử dụng lân trong sản xuất nông nghiệp vùng đất XBM tỉnh Bắc Giang 98!

3.4.1 Xây dựng mô hình nâng cao hiệu quả sử dụng lân trên đất XBM 98! 3.4.2 Đề xuất một số biện pháp nâng cao hiệu quả sử dụng lân 100!

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 102!

1 Kết luận 102!

2 Kiến nghị 104!

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN 105!

TÀI LIỆU THAM KHẢO 106!

PHỤ LỤC 117!

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

DANH MỤC CÁC BẢNG

TT Bảng Tên Bảng trang

1.1 Thống kê các loại đất XBM miền Bắc từ các nguồn bản đồ 7!

1.2 Phân bố các nhóm Ca-P, Al-P và Fe-Ptrong một số loại đất của Việt Nam 18!

1.3 Khả năng hấp thu lân của một số loại đất ở Việt Nam 19!

1.4 Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian ngập nước tới hệ số hấp thu lân k tính theo phương trình Freundlich 22!

1.5 Tình hình tiêu thụ phân lân của các quốc gia theo các loại cây trồng chính 28!

3.1 Giá trị bình quân năm về khí hậu tỉnh Bắc Giang 49!

3.2 Giá trị bình quân năm về khí hậu huyện Hiệp Hòa, Bắc Giang 50!

3.3 Các loại sử dụng đất chính trên đất XBM Bắc Giang 52!

3.4 Diện tích, năng suất, sản lượng một số cây trồng chính trên đất XBM tỉnh Bắc Giang 53!

3.5 Liều lượng và tỷ lệ N:P:K bón cho cây trồng trên 1 ha ở vùng đất XBM tỉnh Bắc Giang 54!

3.6 Tình hình sử dụng phân bón tại các hộ nông dân 55!

3.7 Phân loại đất XBM tỉnh Bắc Giang trước năm 1979 56!

3.8 Diện tích và phân bố đất XBM tỉnh Bắc Giang theo huyện trên bản đồ tỷ lệ 1/50.000 58!

3.9 Một số tính chất lý hóa học (tầng đất mặt) đất XBM tỉnh Bắc Giang 59!

3.10 Hàm lượng lân tổng số và dễ tiêu (tầng đất mặt) của đất XBM tỉnh Bắc Giang 60!

3.11 Số liệu phân tích các mẫu đất XBM vùng chuyên rau và chuyên lúa tại tỉnh Bắc Giang 62!

3.12 Số liệu phân tích các dạng lân trong đất XBM tại vùng chuyên rau và chuyên lúa tại tỉnh Bắc Giang 62!

3.13 Ảnh hưởng của chế độ nước đến các dạng lântrong đất 67!

3.14 Ảnh hưởng của các dạng lân đến khối lượng hạt lúa và khả năng

hấp thu của cây lúa vụ xuân 2013 69!

3.15 Ảnh hưởng của các dạng phân lân khác nhau đến hàm lượng lân

tổng số, dễ tiêu và các dạng lân trong đất XBM vụ xuân 2013 71! 3.16 Ảnh hưởng của các dạng lân đến năng suất cây trồng và khả năng

hấp thu của cây lúa vụ mùa năm 2013 72!

3.17 Ảnh hưởng của các dạng phân lân khác nhau đến hàm lượng lân

tổng số, dễ tiêu và các dạng lân trong đất XBM vụ mùa 2013 73! 3.18 Ảnh hưởng của các dạng và liều lượng phân lân khác nhau đến

năng suất cây trồng (tạ/ha) 75! 3.19 Lượng hấp thu lân của lúa mùa và ngô đông năm 2013 77! 3.20 Ảnh hưởng của liều lượng và các dạng phân lân đến hàm lượng lân

tổng số, dễ tiêu và các dạng lân trong đất XBM sau 5 vụ 79! 3.21 Ảnh hưởng của việc vùi phụ phẩm vụ trước cho cây trồng vụ sau

đến năng suất của lúa xuân (LX) - đậu tương hè (ĐTH) - lúa mùa muộn (LMM) 81! 3.22 Ảnh hưởng của phân bón đến năng suất của lúa xuân (LX) - đậu

tương hè (ĐTH) - lúa mùa muộn (LMM) 82! 3.23 Ảnh hưởng của phân bón và vùi phụ phẩm đến các dạng lân trong

đất của cơ cấu lúa xuân (LX) - đậu tương hè (ĐTH) - lúa mùa muộn (LMM) 83! 3.24 Ảnh hưởng của việc vùi phụ phẩm vụ trước cho cây trồng vụ sau

đến năng suất của đậu tương xuân (ĐTX) - lúa mùa sớm (LMS) - ngô đông (NĐ) 84! 3.25 Ảnh hưởng của phân bón đến năng suất của đậu tương xuân

(ĐTX) - lúa mùa sớm (LMS) - ngô đông (NĐ) 86! 3.26 Ảnh hưởng của phân bón và vùi phụ phẩm đến các dạng lân trong

đất của cơ cấu đậu tương xuân - lúa mùa sớm - ngô đông 87!

3.27 Ảnh hưởng của việc vùi phụ phẩm vụ trước cho cây trồng vụ sau

đến năng suất của lúa xuân (LX) - lúa mùa sớm (LMS) - ngô đông

(NĐ) 88!

3.28 Ảnh hưởng của phân bón đến năng suất của lúa xuân (LX) - lúa mùa sớm (LMS) - ngô đông (NĐ) 89!

3.29 Ảnh hưởng của phân bón và vùi phụ phẩm nông nghiệp đến các dạng lân trong đất của cơ cấu lúa xuân - lúa mùa sớm - ngô đông 94!

3.30 Hiệu quả nông học của mô hình với vụ lúa xuân 2014 98!

3.31 Hiệu quả kinh tế của mô hình với vụ lúa xuân 2014 99!

3.32 Hiệu quả nông học của mô hình với vụ lúa mùa 2014 99!

3.33 Hiệu quả kinh tế của mô hình với vụ lúa mùa2014 100!

DANH MỤC CÁC HÌNH

TT Hình Tên Hình trang

3.1 Tỷ lệ các dạng lân so với lân dạng khoáng trong các mẫu đất 63 !

3.2 Sự thay đổi hàm lượng lân tổng số và hữu cơ trong đất XBM

tại Bắc Giang qua các giai đoạn 64 !

3.3 Ảnh hưởng của liều lượng và các dạng phân lân đến hàm

lượng lân tổng số trong đất 78 !

3.4 Năng suất lúa xuân ở các công thức phân bón khác nhau khi

không vùi phế phụ phẩm, giai đoạn 1998 - 2011 90 !

3.5 Năng suất lúa mùa ở các công thức phân bón khác nhau khi

không vùi phế phụ phẩm, giai đoạn 1998 - 2011 90 !

3.6 Năng suất ngô đông ở các công thức phân bón khác nhau theo

chế độ không vùi phế phụ phẩm, giai đoạn 1998 - 2011 91 !

3.7 Năng suất lúa xuân ở các công thức phân bón khác nhau khi

vùi phế phụ phẩm, giai đoạn 1998 - 2011 91 !

3.8 Năng suất lúa mùa ở các công thức phân bón khác nhau theo

chế độ vùi phế phụ phẩm, giai đoạn 1998 - 2011 92 !

3.9 Năng suất ngô đông ở các công thức phân bón khác nhau theo

chế độ vùi phế phụ phẩm, giai đoạn 1998 - 2011 93 !

3.10 Các dạng lân trong đất ở các công thức phân bón khác nhau

sau 14 năm canh tác liên tục, có vùi phế phụ phẩm 95 !

3.11 Các dạng lân trong đất ở các công thức phân bón khác nhau

sau 14 năm canh tác liên tục, không vùi phế phụ phẩm 95 !

3.12 Cân bằng lân ở các công thức phân bón khác nhau sau 14 năm

canh tác liên tục, không vùi phế phụ phẩm 96 !

3.13 Cân bằng lân ở các công thức phân bón khác nhau sau 14 năm

canh tác liên tục, có vùi phế phụ phẩm 97 !

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Trong đời sống cây trồng, hầu như không có quá trình sinh lý nào mà không có sự tham gia của lân, vì thiếu lân cây trồng không sinh trưởng được Các quá trình quyết định năng suất của cây như làm hạt, kết quả, làm củ, làm thân đều cần có lân, thiếu lân năng suất cây trồng rất thấp

Trong đất, lân tồn tại ở hai dạng vô cơ và hữu cơ Lân vô cơ trong đất có nhiều dạng với các độ hòa tan khác nhau Cây trồng chủ yếu sử dụng các dạng lân hòa tan trong dung dịch đất và trong các axít yếu do rễ cây tiết ra Các dạng lân này phần nhiều là canxi và magiê phốt phát Dạng sắt, nhôm phốt phát ít hòa tan, cây trồng cạn khó sử dụng Chỉ có cây lúa trong điều kiện canh tác ngập nước là có thể sử dụng được các dạng lân này vì ở điều kiện ngập nước sắt, nhôm phốt phát chuyển thành dạng hòa tan Các dạng lân hữu cơ chỉ cung cấp được cho cây trồng sau khi được vi sinh vật hay men tiết ra từ rễ cây phân giải thành dạng lân vô cơ hòa tan (Đào Thế Tuấn, 1962).

Một số nghiên cứu gần đây dự báo rằng đến giữa thế kỷ 21 sự thiếu hụt lân sẽ là yếu tố quan trọng hàng đầu đe dọa an ninh lương thực toàn cầu Theo cách tính dựa vào khả năng cung cấp và yêu cầu về lân của thị trường toàn cầu, năm 2034 sẽ là năm đỉnh cao về khả năng cung cấp lân, sau đó khả năng cung cấp lân sẽ giảm dần (Dana Cordell và nnk, 2008) Hiện nay trên thị trường chưa có sản phẩm phân bón nào có thể thay thế cho phân lân, vì thế nâng cao hiệu quả sử dụng và tái sử dụng các nguồn lân khác nhau đang là một trong những vấn đề ưu tiên trong nghiên cứu về lân

Đất XBM chủ yếu phát triển trên mẫu chất phù sa cổ, đá macma axít và

đá cát Loại đất này có diện tích khá lớn, khoảng 1,4 triệu ha, phân bố tập trung ở miền Đông Nam Bộ và các tỉnh thành phía Bắc như: Vĩnh Phúc, Bắc Giang, Bắc Ninh, Thái Nguyên, Hà Nội… Đây là loại đất có thành phần cơ giới (TPCG) nhẹ, chua, hàm lượng hữu cơ thấp, độ phì nhiêu tự nhiên thấp,

đặc biệt là lân Hàm lượng lân tổng số trong đất XBM thường dưới 0,05% P2O5 và lân dễ tiêu thường nhỏ hơn 5 mg P2O5/100 g đất (Viện Thổ nhưỡng Nông hóa, 2001)

Mặc dù có độ phì tự nhiên thấp, nhưng đất XBM là loại đất có độ phì nhiêu thực tế khá cao nếu được áp dụng các tiến bộ kỹ thuật Mặt khác, do một

số tính chất lý, hóa học đặc trưng (như thành phần cơ giới, địa hình phân bố…) đối tượng cây trồng trên loại đất này khá phong phú, đặc biệt là các loại cây trồng cạn như ngô, đậu tương, rau, hoa, các loại cây công nghiệp ngắn ngày Việc áp dụng các tiến bộ kỹ thuật, đặc biệt là việc bón phân trên đất XBM trong thời gian dài đã làm thay đổi đáng kể hàm lượng các chất dinh dưỡng trong đất Áp lực phân bón trên đất XBM ở miền Bắc Việt Nam rất lớn, trung bình tổng lượng phân bón sử dụng khoảng 20 tấn phân chuồng, 276 kg

N, 140 kg P2O5, 230 kg K2O ha/năm; ở những vùng thâm canh cao, chuyên rau lượng phân bón thậm chí còn cao hơn rất nhiều (Phạm Quang Hà, 2009)

Do áp lực phân bón, việc gia tăng hàm lượng lân, đặc biệt là lân dễ tiêu trong đất XBM miền Bắc Việt Nam đã được cảnh báo trong nhiều báo cáo gần đây (Bùi Đình Dinh, 1999; Phạm Quang Hà, 2009) Việc gia tăng và tích lũy lân

dễ tiêu trong đất, lân dễ tiêu ở một số vùng thâm canh lên tới 50 - 60 mg P2O5/100 g đất (Bùi Đình Dinh, 1999) sẽ làm giảm hiệu quả kinh tế của việc

sử dụng phân bón và ảnh hưởng không nhỏ đến môi trường

Bắc Giang là tỉnh nông nghiệp, có diện tích đất tự nhiên 382.250 ha, nhưng đất dành cho sản xuất nông nghiệp chỉ có 99.300 ha, trong đó có 61.294,8 ha là đất XBM Vùng đất XBM tỉnh Bắc Giang tập trung ở các huyện Hiệp Hòa, Việt Yên, Tân Yên… đây là những vùng sản xuất nông nghiệp khá phát triển của tỉnh, có nhiều cơ cấu cây trồng khác nhau và rất đặc trưng cho vùng đất XBM miền Bắc Việt Nam

Đã có một số nghiên cứu liên quan đến sử dụng đất, hiệu lực của các loại phân bón phân bón đối với một số cây trồng trên đất XBM Bắc Giang, với cảnh báo về ảnh hưởng của sử dụng phân bón, đặc biệt là phân lân đối với môi

trường; tuy nhiên vẫn chưa có một nghiên cứu nào được tiến hành một cách đầy đủ về biến động của hàm lượng và các dạng lân trong đất dưới tác động của những thay đổi về chế độ canh tác, bón phân… trong thời gian gần đây

Chính vì lý do đó, việc thực hiện đề tài “Nghiên cứu hiện trạng lân trong đất

và biện pháp nâng cao hiệu quả sử dụng phân lân trên đất xám bạc màu tỉnh Bắc Giang” là thực sự cấp thiết

2 Mục tiêu nghiên cứu

- Xác định được hàm lượng và một số dạng lân trong đất XBM tỉnh Bắc Giang

- Xác định được ảnh hưởng của các loại hình, chế độ canh tác, cũng như quá trình thâm canh đến hàm lượng và một số dạng lân trong đất

- Đề xuất được một số biện pháp nâng cao hiệu quả sử dụng phân lân trong sản xuất nông nghiệp vùng đất XBM tỉnh Bắc Giang

3 Ý nghĩa khoa học, ý nghĩa thực tiễn của đề tài

3.2 Ý nghĩa thực tiễn

Kết quả nghiên cứu của đề tài góp phần nâng cao hiệu quả sử dụng phân lân trong sản xuất nông nghiệp vùng đất XBM, góp phần nâng cao thu nhập cho người dân và bảo vệ môi trường

4 Những đóng góp mới của luận án

Đã tiếp cận một cách khá toàn diện nghiên cứu về lân, các dạng lân trong đất XBM, từ điều tra thực địa, nghiên cứu trong phòng, thí nghiệm đồng ruộng ngắn hạn, dài hạn, từ đó đã:

i) Xây dựng được một bộ số liệu khá toàn diện về hàm lượng và một số dạng lân trong đất XBM tỉnh Bắc Giang: Đã có sự thay đổi khá rõ về hàm lượng lân trong đất XBM Bắc Giang, lân tổng số và dễ tiêu ở mức khá giầu (0,10-0,14% P2O5, và 11-30 mg P2O5/100 g đất) Lân dạng hòa tan và dạng liên kết với nhôm ở các mẫu đất XBM trồng rau cao hơn rõ rệt so với trong đất XBM trồng lúa; trong khi, lân liên kết can xi và ma giê trong các mẫu đất XBM trồng lúa lại chiếm tỷ lệ cao hơn hẳn so với đất XBM trồng rau

ii) Làm rõ về tác động của một số loại hình, chế độ canh tác, cũng như quá trình thâm canh đến sự thay đổi về hàm lượng và một số dạng lân trong đất XBM như lân dễ tiêu ở chế độ ẩm cao hơn ở chế độ khô, lân hòa tan trong đất bón lân supe và DAP cao hơn so với bón lân nung chảy; khả năng hút lân của cây trồng phụ thuộc vào mùa vụ, khả năng giải phóng, và tồn dư của các loại lân bón; vùi phế phụ phẩm vụ trước cho cây trồng vụ sau làm tăng hiệu lực sử dụng phân lân…

iii) Đề xuất được một số biện pháp nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng phân lân trong sản xuất nông nghiệp vùng đất XBM tỉnh Bắc Giang, như: Bón lân với liều lượng thấp và cân đối với các nguyên tố N và K; bố trí kiểu sử dụng đất ngập ẩm luân phiên; vùi phế phụ phẩm nông nghiệp vụ trước cho cây trồng vụ sau; và với cơ cấu lúa xuân - lúa mùa - ngô đông (cơ cấu cây trồng chính ở vùng đất XBM Bắc Giang hiện nay) bón lân với liều lượng 60 P2O5 -

0 P2O5 - 90 P2O5 (không bón lân cho lúa vụ mùa)

Chương 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU NGHIÊN CỨU

1.1 Về đất xám bạc màu

1.1.1 Khái niệm về đất XBM

Đất XBM hay đất bạc màu, là tên do nông dân Việt Nam dùng để gọi một loại đất có TPCG nhẹ, sáng màu và nghèo kiệt các chất dinh dưỡng Theo quan điểm phát sinh học - địa lý, đất XBM thuộc nhóm đất địa đới Theo đó, đất XBM gồm các loại: Đất nâu, đất bạc màu lầy, đất bạc màu - than bùn, đất bạc màu sơ khai, đất bạc màu đồng cỏ, đất gần với đất đen (quá độ từ đồng cỏ đến đất đen), đất bạc màu thứ sinh Trong hệ thống phân loại đất của

Bộ Nông nghiệp Mỹ (Soil Taxonomy) đất Ultisols mang nhiều đặc điểm và tính chất tương tự đất XBM Việt Nam, là đất có biểu hiện suy kiệt về độ phì (Soil Survey Staff, 1999) Nhiều nước Đông Nam Á sử dụng hệ thống phân loại đất theo Soil Taxonomy và cũng phát hiện thấy có Nhóm đất Ultisols

Ở Trung Quốc, loại đất “bạch thổ” hay “bạch tam thổ” có những đặc điểm và tính chất tương tự đất XBM Việt Nam, được phân bố ở lưu vực sông Trường Giang và Hắc Long Giang Ở Nhật Bản cũng có loại đất thoái hóa tương tự như đất XBM Việt Nam (Dẫn theo Cao Liêm và nnk, 1962, 1975) Khi ứng dụng hệ thống phân loại đất theo FAO-UNESCO, các nhà khoa học đất Việt Nam đã kết luận: Nhóm đất XBM Việt Nam tương ứng với nhóm đất Acrisols và được chia thành các đơn vị sau:

- Đất XBM điển hình - Haplic Acrisols

- Đất xám có tầng loang lổ - Plinthic Acrisols

- Đất xám glây - Gleyic Acrisols

Năm 1976, Ban Biên tập Bản đồ Đất Việt Nam đã đưa ra được một bản chú dẫn dùng cho bản đồ đất toàn quốc tỷ lệ 1/1.000.000, đất XBM gồm các loại đất sau:

- Đất XBM trên phù sa cổ

- Đất XBM glây trên phù sa cổ

- Đất XBM trên sản phẩm phong hóa của đá macma axit và đá cát

Hội Khoa học Đất Việt Nam (2000) đưa ra bảng phân loại đất gồm 20 Nhóm đất chính, trong đó đất XBM thuộc Nhóm đất Xám

Năm 2003, Báo cáo tổng hợp đề tài "Hoàn thiện hệ thống phân loại đất

để xây dựng bản đồ đất, tỷ lệ 1/50.000 - 1/100.000" do Viện Quy hoạch và

Thiết kế Nông nghiệp thực hiện, các tác giả đã đưa ra được các đơn vị phân loại và các đặc tính chẩn đoán chính Theo hệ thống phân loại này, có 19 Nhóm đất chính, 50 Đơn vị đất và 160 Đơn vị đất phụ, trong đó đất XBM gồm các loại sau:

- Đất có tầng sét loang lổ trung tính ít chua, bạc màu

- Đất có tầng sét loang lổ chua, bạc màu

Tổng hợp Chú dẫn các bản đồ, gồm: Bản đồ đất miền Bắc Việt Nam, bản

đồ đất toàn quốc, bản đồ các vùng và các tỉnh cho thấy: Ở mỗi thời kỳ, mỗi tỷ

lệ bản đồ, mỗi địa phương hoặc mỗi đơn vị xây dựng bản đồ khác nhau, tên gọi của đất XBM miền Bắc là khác nhau và bao gồm 19 loại (Bảng 1.1)

Bảng 1.1 Thống kê các loại đất XBM miền Bắc từ các nguồn bản đồ

3 Đất bạc màu phát triển trên phù sa cũ có sản phẩm feralic có

feralic hoặc không có sản phẩm feralic

9 Đất phù sa cũ có các sản phẩm feralit đôi khi xen lẫn đất

14 Đất feralitic biến đổi do trồng lúa bạc màu

18 Đất XBM glây trên phù sa cổ

Nhìn chung, đất XBM có rất nhiều tên gọi khác nhau, song có thể hiểu đất XBM (hay đất bạc màu) là tên thường được gọi chung cho loại đất có tầng mặt có màu bạc trắng, kết cấu rời rạc, thành phần cơ giới nhiều cát và nghèo các chất dinh dưỡng Đất XBM đúng như tên gọi của nó là loại đất “nghèo, chua, khô, chặt”, chất hữu cơ trong loại đất này đã nghèo lại có tốc độ khoáng hóa nhanh nên càng nghèo kiệt, dung tích hấp thu thấp, độ bão hòa bazơ thường nhỏ hơn 50% dẫn đến khả năng điều hòa dinh dưỡng rất hạn chế Đất lại thường xuyên bị tác động của quá trình rửa trôi xói mòn theo chiều sâu và

bề mặt nên nghèo kiệt hầu hết các chất dinh dưỡng

1.1.2 Quá trình hình thành, phát triển và phân bố của đất XBM

Trên thế giới, diện tích đất bị thoái hóa, bạc màu khá lớn Tùy từng nơi

mà có tên gọi khác nhau, nhưng chúng đều mang đặc điểm chung đó là đất bị thoái hóa, nghèo kiệt các chất dinh dưỡng Phần lớn diện tích của nhóm đất này phân bố ở khu vực nhiệt đới, có lượng mưa lớn và tập trung, nơi có địa hình dốc thoải và trên nền đất đã hình thành từ lâu đời Quá trình hình thành loại đất này gắn liền với quá trình rửa trôi và thoái hóa đất

Ở Việt Nam, đất XBM được hình thành từ mẫu chất phù sa cổ và các loại

đá mẹ chua như: Granit, liparit, đá cát… khi phong hóa cho loại đất có TPCG nhẹ và chua Đồng thời do nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới, lượng mưa lớn, tập trung và trải qua quá trình canh tác lâu dài làm cho đất bị thoái hóa và rửa trôi mạnh, thể hiện ở sự thoái hóa nghiêm trọng về tất cả các tính chất hóa học

và thành phần khoáng vật trong đất (Viện Thổ nhưỡng Nông hóa - Vụ Khoa học, Công nghệ và chất lượng sản phẩm, 2001)

Số liệu tổng hợp về tính chất đất ở vùng đã canh tác của nhiều tác giả cho thấy loại đất này thường phân bố ở các vùng có lượng mưa lớn và mưa tập trung, nên sự rửa trôi làm cho độ phì đất giảm dần Có thể nói rằng đất XBM

là một loại đất xấu bị tác động thường xuyên của nhiều quá trình, điển hình là quá trình rửa trôi Sự rửa trôi làm giảm đi dần dần các nguyên tố kiềm và kiềm thổ, giảm khả năng hấp thu các chất dinh dưỡng, giảm hàm lượng các nguyên

tố dinh dưỡng đa lượng, trung lượng như: Phốt pho, kali, canxi, magiê, lưu huỳnh… và các nguyên tố vi lượng cũng bị giảm dần Sự suy thoái theo hướng này kéo theo hàng loạt các chỉ tiêu khác cũng bị xấu đi như: Độ chua tăng, độ

no bazơ giảm, CEC giảm, nhưng ngược lại hàm lượng nhôm và sắt di động ngày càng tăng và gây độc cho cây trồng Điển hình cho sự suy thoái theo hướng này được thể hiện trên hàng triệu ha đất XBM

Các kết quả điều tra, nghiên cứu của Viện Thổ nhưỡng Nông hóa, Viện Quy hoạch và Thiết kế Nông nghiệp và Hội Khoa học Đất Việt Nam cho thấy đất XBM miền Bắc được phân bố thành vùng và các dải lớn như sau:

- Dải phía Bắc lớn nhất chạy từ Vĩnh Phúc kéo sang Thái Nguyên về phía Bắc thành phố Hà Nội;

- Dải từ Hải Dương tới Quảng Ninh bị chia cắt thành từng vùng nhỏ;

- Dải phía Tây và Tây Nam đồng bằng Bắc bộ kéo dài từ Phú Thọ qua

- Đất XBM trên phù sa cổ: Tập trung chủ yếu ở một số tỉnh/thành như:

Hà Nội, Vĩnh Phúc, Bắc Giang, Bắc Ninh, Thái Nguyên…

- Đất XBM glây trên phù sa cổ: Hầu hết đất XBM chuyên lúa ở các

tỉnh/thành: Hà Nội, Hải Dương, Nghệ An

- Đất XBM trên sản phẩm phong hóa của đá macma axit và đá cát: Quá

trình hình thành giống như đất XBM trên phù sa cổ nhưng hình thành trên sản phẩm phong hóa của đá macma axít và đá cát; tập trung nhiều ở các tỉnh Thanh Hóa, Nghệ An, Quảng Bình, Thừa Thiên- Huế

Theo Hồ Quang Đức và nnk (2012), diện tích đất XBM miền Bắc của 13 tỉnh trên bản đồ đất tỷ lệ 1/250.000 đã giảm khoảng 28.096,3 ha (tương đương

giảm 10,8% diện tích) so với diện tích đất XBM trên bản đồ đất miền Bắc ở tỷ

lệ 1/500.000 (1979)

1.1.3 Tính chất vật lý và hóa học đất XBM

Đất XBM thuộc loại đất chua, pH KCl biến thiên trong khoảng 4 - 5, trung bình là 4,5 Đất nghèo dinh dưỡng, hàm lượng mùn biến thiên 0,2 - 2,6%, trung bình là 0,95%; đạm tổng số 0,08 - 0,11%, trung bình là 0,07%; lân tổng

số 0,05 - 0,16%, trung bình là 0,06%; kali tổng số 0,02 - 0,4%, trung bình là 0,18%; tổng các cation trao đổi 3,75 - 5,50 meq/100 g đất, trung bình là 4,40 meq/100 g đất Độ xốp của đất thường dưới 40%; tỷ lệ sét vật lý thấp, khoảng trên dưới 13% (Lê Duy Mỳ, 1979)

Theo Nguyễn Mười (1983), đất XBM có phản ứng từ chua nhiều đến chua vừa, nhôm di động thấp, hàm lượng hữu cơ và các chất dinh dưỡng nghèo, khả năng hấp thu kém, thành phần cơ giới nhẹ, kết cấu đất rời rạc Đất XBM có khả năng giữ nước thấp, sức chứa ẩm đồng ruộng ở tầng đất mặt chung quanh 25%, nhưng độ ẩm cây héo lại thấp 3 - 7%, do đó hàm lượng nước hữu hiệu trong đất vào loại khá Đó là nguyên nhân có thể canh tác nhiều loại cơ cấu cây trồng và có thể tồn tại khi gặp thời tiết khô hạn Các tính chất vật lý nước của đất là yếu tố quyết định độ phì nhiêu thực tế Cần chú

ý mối quan hệ giữa tính chất vật lý nước, chế độ nước với độ phì nhiêu tự nhiên của đất, khả năng hút chất dinh dưỡng và tạo thành năng suất của cây trồng (Nguyễn Thị Dần, 1991)

Theo kết quả tổng hợp về đất xám trong báo cáo “Tiêu chuẩn nền chất lượng đất Việt Nam”, tỷ trọng trung bình của đất xám là 2,58 g/cm3,dung trọng trung bình là 1,42 g/cm3 Độ xốp trung bình là 45,5% Thành phần cơ giới chủ yếu là cát pha sét Đất xám có phản ứng từ chua nhiều đến ít chua,

pH H2O trung bình là 4,96 và pH KCl trung bình là 4,52 Hàm lượng các bon hữu cơ tổng số; đạm, lân và kali tổng số đều ở mức nghèo đến trung bình Hàm lượng các cation trao đổi rất thấp và Al3+ chiếm ưu thế trong tổng các

cation Độ chua trao đổi cao Dung tích hấp thu trong đất biến động từ thấp đến trung bình Độ no bazơ đạt mức thấp (Phạm Quang Hà, 2009)

Đất XBM trên phù sa cổ là đất có thành phần cơ giới nhẹ, tỷ lệ cấp hạt cát dao động 60 - 81%, cấp hạt sét vật lý 40 - 62% (gồm cả limon) Tầng đất dày và tơi xốp, thường đạt trên 120 cm Đất có phản ứng chua vừa tới chua (pHKCl 3,4 - 6,4, trung bình 4,4) Hàm lượng các bon hữu cơ (OC) dao động mạnh 0,5 - 2,4%; trung bình đạt 1,5% Đạm tổng số từ nghèo đến trung bình 0,01 - 0,16%; trung bình đạt 0,1% Lân tổng số và lân dễ tiêu đều ở mức trung bình, tương ứng 0,01 - 0,19% P2O5 và 0,10 - 15,60 mg P2O5/100 g đất Kali tổng số và dễ tiêu đều thấp, tương ứng 0,01 - 0,06% K2O và 0,07 - 7,20 mg K2O/100 g đất Hàm lượng sắt và nhôm di động trong đất thấp Dung tích hấp thu trong đất 2,6 - 14,7 meq/100 g đất Độ no bazơ thấp, thường đạt dưới 50% (Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn, 2009)

1.1.4 Các biện pháp cải tạo và sử dụng đất XBM

i) Cày sâu dần

Đặc điểm của đất XBM là tầng canh tác mỏng, tỷ lệ cấp hạt sét rất thấp, khả năng giữ nước, giữ phân kém Nhưng xuống sâu, tỷ lệ cấp hạt sét tương đối khá, tỷ lệ keo sét, hàm lượng sắt cao hơn tầng trên Theo Nguyễn Hanh Thông và nnk (1968), cày sâu 18 cm làm tỷ lệ cấp hạt sét tầng mặt tăng 2%, tỷ

lệ limon tăng 6%, giảm tỷ lệ cát mịn 8% Nếu cày xuống sâu 22 cm thì tỷ lệ cấp hạt sét và limon còn tăng cao hơn nữa (sét tăng 5,6%; limon tăng 11,6%)

ii) Bón phù sa và đất đỏ

Phương pháp bón đất phù sa, đất đỏ hay bùn ao cho đất XBM đã được Nguyễn Hanh Thông và nnk (1968) thí nghiệm trong chậu sứ Kết quả cho thấy khi bón thêm 10% (theo khối lượng) đất phù sa sông Hồng thì năng suất lúa tăng 34% so với không bón Cũng thí nghiệm như vậy với đất đỏ thì tăng được 38% so với đối chứng Theo Cao Liêm và nnk (1972), bón 150 tấn bùn

ao cho một ha thì cải thiện được một ít thành phần cơ giới, dung tích hấp thu tăng 6 - 10 meq/100 g đất và năng suất lúa tăng lên ngay từ vụ đầu tiên

iii) Bón phân hữu cơ và vùi phụ phẩm nông nghiệp

Theo Lê Duy Mỳ và nnk (1979), phân hữu cơ đóng vai trò rất quan trọng trong việc nâng cao hàm lượng mùn của đất XBM và cải thiện các tính chất lý học như: Tăng độ xốp, giảm dung trọng, tăng dung tích hấp thu và tăng khả năng giữ NH4+ từ phân hóa học Các dạng phân hữu cơ được dùng phổ biến là phân chuồng, phân xanh và phụ phẩm nông nghiệp

Bón phân chuồng có thể làm tăng năng suất lúa từ 25 đến 76 kg thóc trên

1 tấn phân Bình quân 1 tấn phân chuồng làm tăng 52 kg thóc/ha (Cao Liêm và nnk, 1975; Đỗ Văn Quỹ, 1970; Nguyễn Hanh Thông và nnk, 1968)

Theo Vũ Hữu Yêm (1982), Đỗ Thị Xô và nnk (1995), Nguyễn Thị Dần

và nnk (1995), trên đất XBM, vùi phụ phẩm của cây trồng vụ trước cho cây trồng vụ sau đã cải thiện độ phì nhiêu đất và tăng năng suất cây trồng từ 3,6 đến 21,1% so với công thức không vùi phụ phẩm Theo Trần Thị Tâm và nnk (2008), trên đất XBM, vùi 15,5 tấn rơm rạ, thân lá ngô/ha/năm vào đất đã cung cấp cho đất một lượng dinh dưỡng tương đương 86,5 kg N; 39,0 kg P2O5 và

219 kg K2O/ha Vùi phụ phẩm nông nghiệp kết hợp với phân chuồng có thể giảm 20% lượng phân đạm, lân và giảm 30% lượng phân kali mà vẫn cho năng suất tương đương công thức bón đầy đủ phân khoáng kết hợp phân chuồng Theo Ngô Xuân Hiền, Đỗ Trung Thu (2009), trên đất XBM tại Bắc Giang, vùi phụ phẩm cây trồng vụ trước cho cây trồng vụ sau đều làm tăng năng suất cây trồng ở 3 cơ cấu (Lúa xuân - Đậu tương hè - Lúa mùa muộn; Đậu tương xuân - Lúa mùa sớm - Ngô đông và Lúa xuân - Lúa mùa sớm - Ngô đông), nhưng không đồng nhất mà phụ thuộc vào bản chất phụ phẩm cây trồng, trong đó vùi thân lá đậu tương cho năng suất cây trồng tăng hơn so với thân lá lúa hoặc thân lá ngô

iv) Bón phân cân đối

Đất XBM nghèo chất dinh dưỡng nên bón các loại phân hóa học sẽ góp phần nâng cao năng suất và hạn chế sâu bệnh hại cây trồng Trên XBM, kali là yếu tố hạn chế hàng đầu, vì vậy bón phân kali có hiệu lực rất cao, bội thu do

bón kali đạt 8 - 15 tạ/ha với lúa lai và 6,5 - 11,2 tạ/ha với lúa thuần Trên đất XBMtại Bắc Giang mức phân bón cho lúa lai là 10 tấn phân chuồng + (120 - 150) kg N + (90 - 100) kg P2O5 + (90 - 120) kg K2O (Nguyễn Văn Bộ, Bùi Dình Dinh, 1996)

Theo Nguyễn Đình Mạnh, Dương Văn Đảm (1989) phun các nguyên tố

vi lượng ở nồng độ 0,05% cho lạc đều làm tăng năng suất chất xanh rõ rệt (15

- 30%) Phun kẽm sunphat nồng độ 0,05% làm tăng năng suất quả khô lớn nhất (14,36%); khi phun riêng lẻ đồng sunphat 0,05% hoặc amoni molipdat 0,05% không làm tăng năng suất lạc, nhưng khi phun hỗn hợp hai chất đó thì năng suất quả khô tăng 13,28% Phun amoni molipdat 0,05% và hỗn hợp đồng sunphat 0,05% đã có tác dụng giảm tỷ lệ quả bị bệnh vỏ đen 32,5%

Theo Hà Học Ngô (1993), trên đất XBM phun Terrasan (một sản phẩm

vi sinh có tác dụng làm tăng khả năng phân giải chất hữu cơ, tạo ra nhiều thức

ăn cần thiết ở trong đất) đã làm cho cây trồng sinh trưởng, phát triển tốt và cho năng suất cao hơn Terrasan được sử dụng có hiệu quả chỉ khi phun trực tiếp lên chất hữu cơ (phân chuồng, trấu) trước khi dùng để bón lót hoặc bón thúc cho cây trồng, nhưng bón lót có hiệu quả cao hơn bón thúc với liều lượng sử dụng là 3 kg/ha, đã làm cho năng suất đậu tương tăng 12%, khoai tây tăng 12 - 45%, ngô tăng 6,8 - 12%

Theo Nguyễn Văn Sức (1996), xử lý molipden cho lạc đã tăng cường tính men Nitrongenaza và khả năng chống chịu của cây lạc trong những điều kiện bất lợi về độ ẩm đất Trong mọi điều kiện bất lợi về độ ẩm, molipden đều

có tác dụng tốt đối với sự phát triển cũng như hình thành năng suất của lạc Khi độ ẩm đất dư thừa (trên 70% sức chứa ẩm đồng ruộng) thì xử lý molipden

ít ảnh hưởng hơn đến năng suất lạc so với điều kiện khô hạn

v) Biện pháp cây trồng

Theo Nguyễn Thị Dần và nnk (1996), trồng thêm một vụ đông trên đất XBM (đặc biệt là cây đậu đỗ) không những tăng thu nhập, tăng năng suất cây trồng ở vụ sau mà còn góp phần cải thiện và ổn định độ phì của đất

Theo Đỗ Thị Xô và nnk (1996), trồng thêm vụ đỗ tương hè vào cơ cấu lúa xuân - lúa mùa làm tăng tổng thu nhập cả năm 40 - 50% so với chỉ cấy 2

vụ lúa; các chỉ tiêu về hiệu quả kinh tế cũng tăng hơn

Theo Đoàn Văn Điếm, Nguyễn Hữu Tề, Hồ Khắc Hồng (1994), vùng gò đồi cao, hạn, bạc màu huyện Sóc Sơn cần có các biện pháp kỹ thuật như duy trì độ ẩm đất, bón phân đủ liều lượng và đúng phương pháp có bộ giống thích hợp với điều kiện khô hạn, mở rộng diện tích cây trồng cạn, đặc biệt là cây họ đậu, để thu được hiệu quả kinh tế cao và góp phần cải tạo đất, bảo vệ môi trường sinh thái

vi) Biện pháp thủy lợi

Theo Cao Liêm và nnk (1975), một phần đất XBM ở Thái Nguyên và Hà Bắc (cũ) được tưới từ hệ thống thủy lợi Thác Huống, sau 60 - 70 năm đất không những không được cải tạo mà còn bị giảm độ phì một cách nghiêm trọng

Để nước chảy tràn bờ cũng là một nguyên nhân làm đất suy thoái Thí nghiệm của Trần Văn Hai và Phạm Trường Thọ (1969) kết luận đất XBM được tưới nước sông Cầu để chảy tràn bờ đã mất 20 - 30 tấn đất/ha; đạm bị trôi 40 - 50 kg N/ha; lân bị trôi 17 - 20 kg P2O5/ha chỉ trong thời gian từ đầu

vụ đến cuối vụ Đồng thời năng suất lúa chỉ bằng 83% so với đối chứng Theo Nguyễn Khang và Hoàng Xuân Phương (1999), kết quả canh tác bằng nước phù sa sông Hồng trong hơn 30 năm qua đã góp phần làm tăng tỷ lệ cấp hạt sét của đất XBM tại huyện Đông Anh (Hà Nội), đặc biệt là khu vực đầu nguồn trồng 2 vụ lúa Trên đất XBM tại huyện Đông Anh (Hà Nội), hàng năm canh tác bằng nước phù sa sông Hồng tỷ lệ sét của 2 cơ cấu 2 lúa và 2 lúa

1 màu đều tăng lên Tỷ lệ cấp hạt sét tăng lên ở đất 2 lúa cao hơn đất 2 lúa 1 màu trên cùng một loại đất, tỷ lệ cấp hạt sét tăng lên và giảm dần theo khoảng cách tới trạm bơm đầu nguồn Đất 2 vụ lúa, lấy nước tưới thuận lợi trở nên tốt hơn, giàu dinh dưỡng hơn so với đất 2 lúa - màu và đất chuyên màu

Theo Hà Học Ngô, Tô Cẩm Tú, Nguyễn Tất Cảnh (1999) trên đất XBMở huyện Đông Anh (Hà Nội), cùng một giống đậu tương khi trồng ở các thời vụ khác nhau thì nhu cầu nước tưới của cây là khác nhau, biến động ở mức 8,6%

1.2 Tổng quan về lân và các dạng lân trong đất

1.2.1 Lân trong đất Việt Nam

1.2.1.1 Hàm lượng lân tổng số trong đất Việt Nam

Hiệu lực phân lân đối với cây trồng liên quan chặt với hàm lượng lân tổng số và lân dễ tiêu trong đất Lân tổng số và lân dễ tiêu trong đất đã được nghiên cứu từ những năm đầu của thập kỷ 60 thế kỷ 20 Kết quả các công trình nghiên cứu cho ta nhận định: Lân tổng số trong các loại đất ở Việt Nam dao động khá mạnh, từ mức rất nghèo đến mức giàu về lân Mẫu chất là yếu tố quan trọng nhất quyết định hàm lượng lân tổng số trong đất (Nguyễn Vy, Trần Khải, 1978; Phạm Quang Hà, 2009; Nguyễn Văn Toàn, 2010); có thể xếp đất Việt Nam thành 3 nhóm theo hàm lượng lân tổng số trong đất như sau: (i) Nhóm > 0,2% P2O5: Đất đỏ vàng (đất nâu tím trên đá macma bazơ; đất nâu đỏ trên trên đá macma bazơ và trung tính; đất nâu vàng trên đá macma bazơ và trung tính) và đất đen và nâu thẫm; (ii) Nhóm 0,08 - 0,2% P2O5: Đất nâu đỏ trên đá vôi, đất phù sa sông Hồng, đất mặn trung tính; và (iii) Nhóm < 0,08% P2O5: Tất cả các loại đất khác còn lại (đất phù sa sông Thái Bình hàm lượng lân tổng số 0,05 - 0,1% P2O5)

Nghiên cứu đánh giá lại thực trạng về chất lượng đất XBM miền Bắc Việt Nam cho thấy tính chất hóa học của đất đã có nhiều thay đổi khá rõ so với trước đây; ở tầng mặt đất chua (pHKCl 4,29 - 4,85); hàm lượng một số chất

đã tăng lên và đạt mức trung bình đến khá cao, đặc biệt là lân, lân tổng số ở mức giàu trong phần lớn các mẫu đất phân tích, trong khoảng 0,12 - 0,18% P2O5 (Hồ Quang Đức và nnk, 2012)

1.2.1.2 Hàm lượng lân dễ tiêu

Lân dễ tiêu trong hầu hết đất Việt Nam đều nghèo; số liệu phân tích đất theo phương pháp Oniani cho thấy hàm lượng lân dễ tiêu thường < 10 mg

P2O5/100 g đất, trừ đất phù sa sông Hồng có hàm lượng lân dễ tiêu 10 - 15 mg P2O5/100 g đất (Nguyễn Vy, Trần Khải, 1978; Phạm Quang Hà, 2009; Nguyễn Văn Toàn, 2010) Tuy nhiên, trong những năm gần đây tại một số vùng thâm canh đã sử dụng lượng phân bón cao, trên đất XBM phân bón được sử dụng với liều lượng cao trong thời gian dài đã làm thay đổi đáng kể hàm lượng các chất dinh dưỡng trong đất, đặc biệt là hàm lượng lân dễ tiêu, theo nghiên cứu của Hồ Quang Đức và nnk (2012), hàm lượng lân dễ tiêu của đất XBM miền Bắc Việt Nam dao động trong khoảng 16,72 - 44,88 mg P2O5/100 g đất

Việc gia tăng và tích lũy lân dễ tiêu trong đất, lân dễ tiêu ở một số vùng thâm canh lên tới 50 - 60 mg P2O5/100 g đất (Bùi Đình Dinh, 1999) sẽ làm giảm hiệu quả kinh tế của việc sử dụng phân bón và ảnh hưởng không nhỏ đến môi trường

1.2.1.3 Lân trong dung dịch đất

Lân hòa tan trong dung dịch đất có nồng độ rất thấp (dưới 1 mg/lít) và tùy theo độ chua của đất mà lân trong dung dịch có thể tồn tại dưới dạng H2PO4- hoặc HPO42- Khi pH dưới 7,2 thì lân trong dung dịch đất tồn tại dưới dạng H2PO4- ngược lại khi pH trên 7,2 thì lân trong dung dịch có xu hướng tồn tại dưới dạng HPO42- Cây trồng chỉ hút lân chủ yếu dưới dạng H2PO4- và một

chua của đại đa số đất Việt Nam (pH < 6) thì phần lớn lân hòa tan trong dung dịch tồn tại dưới dạng H2PO4-; chính vì vậy có thể nói lân hòa tan vào dung dịch và sẽ tái lập một trạng thái cân bằng mới Mức độ dịch chuyển cân bằng trong trường hợp này hoàn toàn phụ thuộc vào hàm lượng và bản chất của các thành phần lân ở thể rắn của đất

1.2.1.4 Lân hữu cơ trong đất

Trong phần lớn các loại đất của Việt Nam, hàm lượng lân hữu cơ dao động trong khoảng 10 - 45% so với lân tổng số tùy theo loại đất (Nguyễn Tử Siêm, Trần Khải, 1996); trong điều kiện đất phèn giàu hữu cơ của đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL) lân hữu cơ có thể chiếm 30 - 64% (Đỗ Thị Thanh

Ren, 1989) Lân hữu cơ trong đất tồn tại chủ yếu dưới dạng các tàn dư thực vật hữu cơ và một phần được tổng hợp bởi các vi sinh vật từ đất, từ các nguồn hữu cơ khác chủ yếu dưới dạng phốt phát este với độ bền khác nhau Hơn 50% lân hữu cơ tồn tại dưới dạng inosital phốt phát bền vững rất khó bị phân giải Một phần ít hơn tồn tại dưới các dạng axit nucleic, photpholipit… Lân hữu cơ hoàn toàn không có khả năng cung cấp lân trực tiếp cho cây trồng mà chỉ trở nên hữu dụng khi đã được khoáng hóa Trong điều kiện ngập nước, do tốc độ giải phóng lân hàng năm từ nguồn gốc hữu cơ trong đất chỉ đạt khoảng

2 - 4% tổng số lân hữu cơ, cho nên hữu cơ không phải là nguồn dinh dưỡng lân đối với cây trồng (Sanyal và De Datta, 1991) Quá trình phân hủy chất hữu

cơ xảy ra với sự tham gia của các vi sinh vật đất C/P là một trong những chỉ tiêu quan trọng quyết định khả năng giải phóng lân từ các nguồn này vì các vi sinh vật phân giải chất hữu cơ sẽ lấy lân từ dung dịch đất và gây hiệu ứng tăng lượng lân cố định thay vì giải phóng lân (Patric, 1992) Trong điều kiện oxy hóa với khí hậu nhiệt đới nóng ẩm của Việt Nam rất thuận lợi cho quá trình khoáng hóa thì lân hữu cơ là nguồn dự trữ lân quan trọng đối với cây trồng

1.2.1.5 Thành phần lân khoáng trong đất

Theo Chang & Jackson (1957), lân khoáng trong đất có thể được chia thành 4 nhóm chính gồm: Phốt phát canxi (Ca-P), phốt phát nhôm (Al-P), phốt phát sắt (Fe-P) và phốt phát không tan bị nhốt (occluded) giữa các khoáng sắt nhôm và thường được gọi trong thuật ngữ tiếng Anh là reductant soluble P (RS-P) vì phải dùng chất khử rất mạnh để hòa tan các lớp áo bọc ngoài Do trong thực tế nhóm RS-P đóng góp rất ít trong việc cung cấp dinh dưỡng lân cho cây trồng, hơn nữa thủ tục phân tích lại quá phức tạp cho nên người ta chỉ quan tâm đến 3 nhóm phốt phát khoáng đầu Mức độ phong hóa là yếu tố quan trọng nhất chi phối sự phân bố các nhóm lân trong đất (Patrick, 1968) Trong đất chua bị phong hóa mạnh thì Al-P, Fe-P và RS-P chiếm ưu thế trong đất Ngược lại, trong đất kiềm thì các phốt phát Ca-P chiếm ưu thế Fe-P trong đất tồn tại chủ yếu dưới dạng FePO4.2H2O và vivianit (Fe3(PO4)2.8H2O); Al-P tồn

tại chủ yếu dưới dạng variscit (AlPO4.2H2O) và một phần dưới dạng wavelit (Al3(OH)3(PO4)2.2H2O); các phốt phát canxi tồn tại chủ yếu dưới dạng fluoroapatit ((Ca5PO4)3F) và hydroxyapatit (Ca5(PO4)3OH) Các dạng phốt phát có độ hòa tan rất khác nhau vì vậy cũng đóng vai trò rất khác trong việc cung cấp dinh dưỡng lân cho cây trồng Kết quả phân tích 3 nhóm lân chính trong đất Việt Nam được trình bày trong bảng 1.2

Bảng 1.2 Phân bố các nhóm Ca-P, Al-P và Fe-Ptrong một số loại đất của

Việt Nam

Tên đất Tỷ lệ so với tổng số lân khoáng (%)

Nguồn: *Đỗ Ánh, Bùi Đình Dinh, 1992; **Nguyễn Vy, Trần Khải, 1978;

***Võ Đình Quang, 1997; ****Lê Hồng Lịch, Lương Đức Loan, 1997

Số liệu ở bảng 1.2 cho thấy 45 - 80% lân khoáng trong đất chua ở Việt Nam tồn tại chủ yếu dưới dạng Fe-P, 8 - 40% lân tồn tại dưới dạng Al-P và 3 - 29% lân tồn tại dưới dạng Ca-P Theo Patrick và Mahapatra (1968), Enwezor (1977), Nguyễn Vy và Trần Khải (1978), song song với quá trình phong hóa dưới điều kiện nhiệt đới nóng ẩm và trong môi trường chua, các phốt phát

nhôm và phốt phát canxi có xu hướng chuyển sang dạng strengit trong điều kiện ôxy hóa và vivianit trong điều kiện khử Chính vì vậy, quá trình tích lũy Fe-P là quá trình chủ đạo trong phần lớn đất chua ở Việt Nam Kết quả nói lên tầm quan trọng của các phốt phát liên kết với sắt trong việc cung cấp dinh dưỡng lân đối với cây trồng chính ở Việt Nam

1.2.2 Khả năng hấp thu lân của một số loại đất

1.2.2.1 Hiện tượng cố định lân

a) Hấp thu lân (Phosphorus Adsorption):

Bảng 1.3 Khả năng hấp thu lân của một số loại đất ở Việt Nam

Nguồn: *Nguyễn Tử Siêm, Trần Khải, 1996; **Võ Đình Quang và nnk, 1995

Hấp thu được coi là nguyên nhân chính làm giảm lượng lân hòa tan trong dung dịch Đất có khả năng hấp thu càng cao thì khả năng cung cấp lân càng thấp Theo Uehara, Gillman (1981) khả năng hấp thu lân của đất phụ thuộc vào 4 yếu tố chính như sau: 1) hoạt tính bề mặt (surface reactivity); 2) diện tích bề mặt của phức hệ hấp thu (specific surface); 3) khả năng ‘nhốt’ lân (occlude); 4) sự hiện diện của các anion có khả năng cạnh tranh với ion phốt phát

Phương pháp đơn giản nhất để xác định khả năng hấp thu lân của đất là lắc đất với dung dịch điện phân CaCl2 0,1 M chứa lân với nồng độ khác nhau, phản ứng cân bằng sau 24 - 48 giờ, sau đó xác định lân còn lại trong dung dịch cân bằng Lượng lân mất đi so với ban đầu được coi là lượng lân đất hấp thu Kết quả trình bày trong bảng 1.3 cho thấy khả năng hấp thu lân của đất Việt Nam dao động khá mạnh trong khoảng 10 - 2.656 mg P/kg đất tùy theo từng loại đất Đất cát biển có khả năng hấp thu thấp nhất và đất trồng lúa ĐBSCL, đặc biệt đất phèn ĐBSCL có khả năng hấp thu lân cao nhất

b) Kết tủa (Precipitation):

Ngoài hiện tượng hấp thu lân, kết tủa cũng là một trong những quá trình làm giảm nồng độ lân trong dung dịch đất, sự khác biệt cơ bản nhất giữa hấp thu và kết tủa là: quá trình hấp thu chủ yếu xảy ra trên bề mặt thể rắn và khi bề mặt thể rắn hấp thu được càng nhiều thì hoạt tính bề mặt càng giảm Vì vậy đối với hiện tượng hấp thu, khi bề mặt càng được bão hòa lân thì lượng lân trong dung dịch càng nhiều Ngược lại, trong suốt quá trình kết tủa hoạt tính

bề mặt hầu như không đổi Có nhiều tác giả cho rằng quá trình hấp thu xảy ra chủ yếu ở nồng độ lân thấp, còn quá trình kết tủa lân chủ yếu xảy ra ở nồng độ cao (Sanya và De Datta, 1991) Tuy nhiên, nhiều nghiên cứu cũng chỉ ra rằng các sản phẩm tạo ra từ quá trình hấp thu và kết tủa gần như nhau và rất khó phân biệt (Thomas và Peaslee, 1973) Trong điều kiện pH thấp của đại đa số đất chua ở Việt Nam, khi bón lân vào đất, sản phẩm tạo thành chủ yếu là phốt phát sắt dạng strengit và một phần phốt phát nhôm dạng variscit (Nguyễn Vy, Trần Khải, 1978; Võ Đình Quang và nnk, 1994)

1.2.2.2 Động thái lân trong đất ngập nước

Do phần lớn lân trong đất chua Việt Nam tồn tại dưới dạng Fe-P và sắt đóng vai trò quan trọng trong việc hấp thu lân của đất, nên những thay đổi về

lý hóa tính gây ra do quá trình ngập nước để trồng lúa kéo theo những ảnh hưởng to lớn đến động thái lân trong đất

Các nghiên cứu của Võ Đình Quang và Dufey (1996, 1997) đã chứng minh rằng khi đất bị 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 phân giữa sự gia tăng hàm lượng sắt vô định hình có diện tích bề mặt lớn thông qua cơ chế hydrat hóa hoặc thủy phân, vì vậy làm tăng khả năng hấp thu lân của đất Có một mối quan hệ rất chặt giữa sự gia tăng hàm lượng sắt vô định hình trong đất do ngập nước và sự gia tăng khả năng hấp thu lân của đất Tăng nhiệt độ có khả năng làm gia tăng quá trình chuyển hóa sắt tinh thể sang sắt vô định hình và vì vậy làm tăng mạnh khả năng hấp thu lân của đất Kết quả trong bảng 1.8 cho thấy khả năng hấp thu lân của đất ngập nước vào thời điểm 56 ngày trong điều kiện nhiệt độ thấp chỉ tăng 2 lần so với đất trước lúc ngập nước Sự gia tăng khả năng hấp thu này trong điều kiện nhiệt

độ cao là 11 lần Khi đất bị tái oxy hóa trở lại, một phần ferrihydrit vô định hình có thể tái kết tinh trở lại và làm giảm khả năng hấp thu lân Tuy nhiên, tùy theo mức độ oxy hóa và hàm lượng hữu cơ trong đất Các oxyt sắt mới tái tạo do oxy hóa nhanh không có cấu trúc tinh thể hoàn chỉnh, có điện tích và hoạt tính bề mặt rất lớn Chính vì vậy khả năng hấp thu lân của các mẫu tái oxy hóa tuy giảm hơn so với mẫu ngập nước nhưng vẫn cao hơn rất nhiều so với mẫu đất khô không khí trước khi thí nghiệm

Đối với sự chuyển hóa các nhóm lân trong quá trình ngập nước, đã có khá nhiều kết quả nghiên cứu về vấn đề này (Nguyễn Vy, Trần Khải, 1978; Nguyễn Xuân Cự, 1992; Võ Đình Quang và nnk, 1994) và kết quả hoàn toàn thống nhất rằng khi ngập nước hàm lượng các phốt phát nhôm có xu hướng giảm xuống, hàm lượng các phốt phát sắt thường tăng lên Hiện tượng này do một phần phốt phát nhôm dạng variscit có thể chuyển qua nhóm phốt phát sắt dạng vivianit

Hàm lượng phốt phát canxi thường rất ít thay đổi do ngập nước Nguyên nhân chủ yếu do điều kiện bình thường rất ít khi tạo được trạng thái khử đủ mạnh để làm tăng độ hòa tan của các khoáng canxi Việc gia tăng nồng độ

CO2 trong dung dịch đất đôi khi được dùng để giải thích sự thay đổi của hàm lượng Ca-P tuy nhiên trường hợp này cũng ít xảy ra, quy luật này cũng phù hợp với các nghiên cứu của nước ngoài (Sah và Mikelsen, 1986)

Bảng 1.4 Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian ngập nước tới hệ số hấp

thu lân k tính theo phương trình Freundlich

Nguồn: Vo Dinh Quang, Dufey J E (1997)

Những thay đổi về khả năng hấp thu lân cũng như sự chuyển hóa lân trong quá trình ngập nước đã kéo theo sự thay đổi khá mạnh về khả năng cung cấp lân của đất Hầu như tất cả các nghiên cứu đều cho một kết luận chung rằng khi đất ngập nước, hàm lượng lân dễ tiêu tăng mạnh (Nguyễn Vy, Trần Khải, 1978; Võ Đình Quang và nnk, 1994, 1995) Theo Willett (1986), Võ Đình Quang (1995) các nguyên nhân chính của việc gia tăng giải phóng lân trong quá trình ngập nước có thể liệt kê như sau: 1) quá trình khử các hydroxit sắt; 2) quá trình khử và chuyển strengit, variscit khó tan sang dạng vivianit dễ hòa tan hơn; 3) tăng pH do quá trình khử làm tăng khả năng thủy phân strengit

và variscit; 4) quá trình trao đổi giữa các ion hữu cơ tạo thành do quá trình phân giải hữu cơ và ion phốt phát

1.2.3 Ảnh hưởng của chế độ canh tác đến hàm lượng và dạng lân trong đất

1.2.3.1 Ảnh hưởng của một số biện pháp canh tác

Sử dụng biện pháp bỏ hóa thời gian dài trong hệ thống canh tác bán khô hạn đã chứng minh được khả năng bảo vệ đất và nguồn nước trong đất

(French, 1978), việc bỏ hóa dài trong luân canh cây trồng còn làm tăng hàm lượng lân hữu cơ đất so với canh tác liên tục (Bunemann và nnk, 2004) Sử dụng phụ phẩm nông nghiệp cũng đã làm gia tăng hàm lượng lân hữu cơ trong lớp đất mặt (Bowman và Halvorson, 1997; Bunemann và nnk, 2006) Các loại cây họ đậu có thể huy động lân của đất, tăng cường hàm lượng lân cho các vụ tiếp theo (Nuruzzaman và nnk, 2005)

Làm đất tối thiểu là biện pháp bảo vệ đất có hiệu quả, góp phần giảm xói mòn đất và tăng năng suất cây trồng (O'Leary và nnk, 1997); hơn nữa, phương pháp canh tác này còn ảnh hưởng đáng kể đến sự tích lũy của cả hàm lượng lân vô cơ và lân hữu cơ số trong đất bề mặt (Zibilske và nnk, 2002; Bunemann

và nnk, 2006) Hàm lượng lân hữu cơ ở lớp đất mặt trong hệ thống canh tác làm đất tối thiểu cao hơn trong đất canh tác làm đất thông thường (Selles và nnk, 1999), tuy nhiên làm đất thông thường làm tăng tốc độ khoáng của lân hữu cơ trong lớp sâu hơn, giúp giải phóng lân dễ tiêu cho cây trồng (Varsa và Ebelhar, 1999)

Sử dụng phụ phẩm nông nghiệp liên tục đã làm gia tăng hàm lượng lân hữu cơ và vô cơ trong thân lá cây trồng (Zibilske và nnk, 2002; Bunemann và nnk, 2006) Trên cùng một loại đất, nếu sử dụng các biện pháp canh tác khác nhau sẽ làm thay đổi đáng kể hàm lượng lân vô cơ và hàm lượng lân tổng số trong lớp đất mặt (Vu và nnk, 2009)

1.2.3.2 Sự thay đổi hàm lượng lân trong đất XBM

Theo Hoàng Thị Minh (2009), trên đất XBM tại Bắc Giang gieo trồng 3

vụ, nếu không bón phân sẽ làm cho đất suy giảm độ phì nhiêu, nghèo hữu cơ, đạm, lân, dung tích hấp thu và các cation kiềm, kiềm thổ (K, Ca, Mg).Bón kết hợp phân khoáng với phân chuồng có tác dụng tích cực đến độ phì nhiêu đất, đặc biệt là duy trì hàm lượng lân trong đất

Trên đất XBM tại một số vùng nông dân đã sử dụng một lượng phân khoáng rất lớn vào đất, kết quả điều tra tại Hợp Hội, Vĩnh Yên, Vĩnh Phúc trên đất 3 vụ (2 lúa - 1 màu) nông dân bón 720 kg/ha/năm (345 kg N + 170 kg

P2O5 + 205 kg K2O); tại Lương Phong, Hiệp Hòa, Bắc Giang bón 755 kg/ha/năm (240 kg N + 195 kg P2O5 + 320 kg K2O) Tuy nhiên, phân bón được dùng chủ yếu chỉ để bù đắp nguyên tố N và một phần nguyên tố P, K mà thiếu cân bằng với các nguyên tố khác như Ca, S, Mg

Theo Phạm Quang Hà, Phạm Tiến Hoàng và nnk (2003), nghiên cứu cân bằng dinh dưỡng (NPK) trên đất XBM với cơ cấu cây trồng 4 vụ (Đậu tương

hè - Lúa mùa muộn - Khoai tây đông - Lúa xuân) cho thấy với công thức chay hoặc chỉ vùi phụ phẩm cân bằng âm về đạm và lân lần lượt là: - 76, - 33 kgN/ha, lân là - 84, - 50 kgP2O5/ha Các công thức có bón phân theo nông dân hay giả định cân đối hóa học đều dư thừa đạm + 89 đến + 160 kg N/ha; lân +

241 đến + 342 kg P2O5/ha Điều này cho thấy cần thiết phải điều chỉnh và giảm thiểu lượng phân bón, tránh lãng phí và có thể gây các vấn đề về môi trường như rửa trôi, trực di

1.3 Về phân lân và sử dụng phân lân

1.3.1 Vai trò của lân đối với cây trồng

Lân (P) là nguyên tố dinh dưỡng đa lượng quan trọng đối với cây trồng, hàm lượng lân tổng số trong cây dao động trong khoảng 0,1 - 0,5%; cây trồng hút lân chủ yếu ở dạng: H2PO4- (phốt phát chính yếu), HPO42- (octo-phốt phát)

và cả phốt phát hữu cơ dễ hoà tan như nucleic và phytin

Trong cây, tính theo chất khô, tỷ lệ lân trong thân, lá biến động từ 0,2% P2O5 (rơm, rạ lúa) đến 0,6 - 0,7% P2O5 (thân, lá đậu tương); trong hạt biến động từ 0,48% P2O5 (hạt thóc) đến 1,0 - 1,2% P2O5 (hạt đậu tương) Như vậy

là cây bộ đậu chứa nhiều lân hơn cây ngũ cốc và lân có nhiều ở hạt

Cũng như đạm, trong các cơ quan non đang phát triển, tỷ lệ lân khá cao Lân có thể được vận chuyển từ các lá già về các cơ quan non, cơ quan đang phát triển để dùng vào việc tổng hợp chất hữu cơ mới Do vậy, triệu chứng thiếu lân xuất hiện ở các lá già trước Đại bộ phận lân trong cây nằm dưới dạng hữu cơ, chỉ có một phần nhỏ nằm dưới dạng vô cơ (Đào Thế Tuấn, 1962)

Lân vô cơ nằm dưới dạng các octô-phốt phát, đóng vai trò quan trọng trong việc hình thành hệ thống đệm trong tế bào nhờ sự chuyển hóa giữa các ion phốt phát:

HPO42- + H2O ↔ H2PO4- + OHH2PO4-↔ HPO42- + H+

-Sự chuyển hóa này cũng cung cấp thêm H+ cho quá trình khử NO3- thành NH4+, có lợi cho việc tổng hợp prôtêin Cho nên dinh dưỡng lân có liên quan đến dinh dưỡng đạm của cây Lân vô cơ cũng là nguồn dự trữ cần thiết cho việc tổng hợp lân hữu cơ

Lân hữu cơ bao gồm axit photphoglyxêric, axit nuclêic, các chất dự trữ cao năng ađênôzin đi-phốt phát (ADP), ađênôzin triphốtphat (ATP), coenzim (nicotinamit-adenin-dinucleotit phốt phát (NADP), lêxitin, phốtpholipit Đó

là các chất đóng vai trò quan trọng trong hoạt động sống của cây

Axit phốtphoglyxêric hình thành trong giai đoạn đầu của quá trình quang hợp có tác động như là chất khởi động quá trình quang hợp của cây xanh Axit nuclêic trong nhân bào quyết định việc sinh sôi nảy nở của tế bào ADP và ATP là những hợp chất cao năng cung cấp năng lượng cho các hoạt động sống của cây NADP là một coenzim quan trọng, vận chuyển H+ trong quá trình khử NO3- thành NH4+, thúc đẩy việc tổng hợp prôtêin trong cây Lêxitin là hợp chất lân hữu cơ có nhiều trong hạt, khi thủy phân sẽ cung cấp lân vô cơ, là thức ăn dự trữ cần thiết cho quá trình nảy mầm của hạt Phốtpholipit là thành phần quan trọng của màng tế bào (membrane), có chức năng bảo vệ cho tế bào giúp cây chịu đựng được các điều kiện bất thuận

Do vai trò sinh lý của lân, cây rất cần lân trong thời kỳ sinh trưởng đầu (phát triển rễ), trong giai đoạn hình thành hạt, giúp cây chống đỡ với điều kiện bất thuận (hạn và rét) Dinh dưỡng lân có liên quan mật thiết với dinh dưỡng đạm Cây được bón cân đối đạm - lân sẽ phát triển xanh tốt, khỏe mạnh (ít sâu bệnh), nhiều hoa, sai quả và phẩm chất nông sản tốt Người ta xem lân là yếu

tố của sự phát triển, kích thích quá trình chín

Cây lúa được bón đủ lân đẻ khỏe, bộ rễ phát triển tốt, trỗ và chín sớm ngay cả trong điều kiện nhiệt độ thấp (Doberman và nnk, 2000) Lúa được bón

đủ lân thì hạt mẩy, sáng Lúa thiếu lân cây còi cọc, đẻ nhánh kém, bộ lá lúa ngắn, phiến lá hẹp, lá có tư thế dựng đứng và có màu xanh tối, số lá, số bông

và số hạt trên bông đều giảm Nếu thiếu lân vừa phải các lá non có vẻ bình thường song các lá già hơn chuyển sang màu nâu rồi chết

Thiếu lân, đường tích lũy có khuynh hướng tạo thành antôxian nên nhiều loại cây trồng khi thiếu lân lá chuyển sang màu tím đỏ (huyết dụ ở ngô) hay

đỏ Lân đóng góp vào quá trình hình thành chất béo và tổng hợp prôtêin trong cây Cây bộ đậu, cây lấy dầu cần được cung cấp đủ lân "Không lân, không vôi thì thôi trồng lạc" là tổng kết kinh nghiệm của nông dân ta về vai trò của lân đối với cây bộ đậu và lấy dầu Lân thúc đẩy việc ra rễ, đặc biệt là rễ bên và lông hút Do vậy lân đặc biệt quan trọng trong thời gian sinh trưởng đầu, trong qui trình bón phân, phân lân thường được sử dụng bón lót

1.3.2 Hiện trạng sử dụng lân và các vấn đề liên quan đến sử dụng lân

1.3.2.1 Lân và sự suy giảm khả năng sản xuất phân lân trên thế giới

Nguồn tài nguyên lân sử dụng trong tương lai cho sản xuất lương thực ngày càng trở nên khan hiếm Tài nguyên lân (85%) tập trung ở 3 nước Marốc, Trung Quốc và Mỹ (USGS, 2007), và các nước này đóng vai trò chủ đạo trong cung cấp lân toàn cầu

Một số nghiên cứu gần đây dự báo rằng đến giữa thế kỷ 21 sự thiếu hụt lân sẽ là yếu tố quan trọng hàng đầu đe dọa an ninh lương thực toàn cầu Theo cách tính dựa vào khả năng cung cấp và yêu cầu về lân của thị trường toàn cầu, năm 2034 sẽ là năm đỉnh cao về khả năng cung cấp lân, sau đó khả năng cung cấp lân sẽ giảm dần (Dana Cordell và nnk, 2008)

Các loại đá phốt phát là nguồn nguyên liệu chính để sản xuất phân lân,

và nguồn nguyên liệu này chỉ có ở một số nước Trong năm 2005, có khoảng

147 x 103 kilotons (kt) đá phốt phát khai thác trên toàn thế giới; trong đó 24,7% (36,3 x 103 kt) được khai thác ở Mỹ; 20,7% (30,4 x 103 kt) khai thác ở