Tài liệu học tập Độ phì và phân bón , BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

Trong lịch sử nông nghiệp, có nhiều phương thức sử dụng độ phì nhiêu đất khác nhau: 5.1 Khai thác độ phì nhiêu đất, như canh tác không bón phân du canh 5.2 Sử dụng nhiều thành phần của

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

TÀI LIỆU HỌC TẬP

ĐỘ PHÌ VÀ PHÂN BÓN

LÊ VĂN DŨ Khoa Nông Học

Năm 2009

Chương 1 TỔNG QUAN MÔN HỌC ĐỘ PHÌ NHIÊU

VÀ PHÂN BÓN

Bài 1 Giới thiệu độ phì nhiêu và phân bón

1 Nội dung môn học: định nghĩa, thành phần, tính chất của độ phì và phân bón

Các yếu tố ảnh hưởng đến sinh trưởng cây trồng, các nguyên tố dinh duỡng cây trồng tối cần thiết Mối quan hệ cơ bản giữa độ phì nhiêu đất, cây trồng và phân bón Đặc điểm, tính chất của các chất dinh dưỡng trong đất và các lọai phân bón Xác định nhu cầu bón phân và cơ sở bón phân hợp lý

2 MỤC TIÊU MÔN HỌC

2.1 Mục tiêu tổng quát: sau khi hòan tất môn học, sinh viên có khả năng nhận biết các thành phần của độ phì nhiêu đất đai, tính chất, đặc điểm của độ phì nhiêu Nhận biết tính chất, đặc điểm, sử dụng các lọai phân bón vô cơ, hữu cơ, sinh học Xác định được nhu cầu bón phân cho cây trồng nhằm mục đích tăng năng suất và hạn chế suy thóai độ phì nhiêu của đất

2.2 Năng lực đạt được: hiểu cơ sở lý luận về độ phì nhiêu đất đai và sử dụng phân bón hiệu quả

2.3 Mục tiêu cụ thể:

-Kiến thức: nhận diện các qui luật hình thành phát triển độ phì đất, các tính chất cơ bản của độ phì đất, các lọai phân bón cơ bản, các phương pháp xác định nhu cầu bón phân và cơ sở bón phân hợp lý cho các hệ thống cây trồng -Hiểu biết: mô tả, giải thích các tính chất đất ảnh hưởng đến sử dụng phân bón

có hiệu quả

-Ứng dụng: phân tích, tính tóan nhu c ầu bón phân cho các hệ thống cây trồng -Tổng hợp: thiết lập các chương trình bón phân cho các hệ thống cây trồng

I Tổng quan về độ phì nhiêu đất đai

1 Định nghĩa Độ phì nhiêu được định nghĩa là khả năng cung cấp các chất dinh

dưỡng của đất một cách đầy đủ (không thiếu, không thừa) cho từng loại cây trồng hay một hệ thống cây trồng nhất định để đạt được năng suất và chất lượng mong muốn

2 Đặc điểm của độ phì nhiêu

2.1 Các lọai đất khác nhau, độ phì nhiêu tự nhiên rất khác nhau, quá trình hình thành rất chậm

2.2 Quản lý không tốt sự suy giảm rất nhanh

2.3 Phần lớn đất canh tác hiện nay là có độ phì nhiêu thấp, 1 số ít là trung bình

2.4 Sử dụng phân bón thường đạt hiệu quả cao trên đất có độ phì nhiêu cao

2.5 Nhưng nếu độ phì nhiêu được cải thiện thì hiệu quả sử dụng phân bón sẽ tăng cao

3 Thành phần của độ phì nhiêu Thuật ngữ độ phì nhiêu bao gồm 1 tập hợp các tính

chất vật lý, hóa học và sinh học của đất Các thành phần này luôn luôn vận động và quan hệ hữu cơ, bao gồm:

3.1 Độ sâu tầng đất thực Quyết định thể tích đất rễ cây có thể phát triển được, phần lớn đất canh tác yêu cầu tầng đất thực khỏang 1m, trong đó không có lớp đất bị nén chặt

3.2 Cấu trúc đất Dựa trên sa cấu và sự sắp xếp các hạt cấu trúc đất quyết định độ rỗng của đất, nên ảnh hưởng đến khả năng cung cấp nước và không khí cho rễ

3.3 Phản ứng của đất Là tính chất chỉ thị và điều hòa các tiến trình và cân bằng hóa học trong đất

3.4 Hàm lượng các chất dinh dưỡng Các chất dinh dinh dưỡng có mức độ hữu dụng khác nhau

3.5 Khả năng giữ chất dinh dưỡng hòa tan trong đất và từ phân bón

3.6 Hàm lựơng và chất lượng mùn, bao gồm 1 phần chất hữu cơ dễ khóang hóa

3.7 Mật số và họat độ của sinh vật đất như là 1 tác nhân tham gia vào các tiến trình chuyển hóa các chất dinh dưỡng

3.8 Hàm lượng các chất ức chế, độc chất, bao gồm các chất hình thành trong tự nhiên (như muối trong đất nhiễm mặn, Al trong đất chua, phèn hay các độc chất do con người gây ra (ô nhiễm)

4 Đặc điểm đất có độ phì nhiêu cao Một lọai đất có khả năng sản cao với độ phì

nhiêu cao, bao gốm các tính chất sau:

4.1 Các chất dinh dưỡng dễ giải phóng ra dung dịch đất từ các nguồn dự trử

4.2 Các chất dinh dưỡng trong phân bón dễ dàng chuyển thành dạng hữu dụng đối với cây trồng

4.3 Giữ được các chất dinh dưỡng hòa tan dưới dạng dễ hữu dụng, đồng thời hạn chế

sự rửa trôi các chất dinh dưỡng

4.4 Cung cấp các chất dinh dưỡng một cách cân bằng theo nhu cầu của cây, do đất có khả năng tự điều chỉnh

4.5 Giữ và cung cấp đủ nước

4.6 Duy trì độ thóang tốt, thỏa mãn nhu cầu oxygen cho rễ

4.7 Không cố định (giữ chặt) các chất dnh dưỡng, như kết tủa, làm cho chất dinh dưỡng trở nên không hữu dụng

dưỡng chủ yếu Đất có mức độ phì nhiêu đất cao chính là nền tảng cho tất cả các biện pháp kỹ thuật khác phát huy tác dụng

5 Lịch sử sử dụng đất liên quan đến độ phì Trong lịch sử nông nghiệp, có nhiều

phương thức sử dụng độ phì nhiêu đất khác nhau:

5.1 Khai thác độ phì nhiêu đất, như canh tác không bón phân (du canh)

5.2 Sử dụng nhiều thành phần của độ phì nhiêu khi có thể nhưng không bù đắp lại khi chưa thấy ảnh hưởng đến năng suất cây trồng (chỉ bón 1 lượng phân N, P trung bình) 5.3 Duy trì và cải thiện độ phì nhiêu của đất để đảm bảo năng suất cây trồng luôn cao (bổ sung các chất dinh dưỡng bị mất hay do cây trồng lấy đi, chất hữu cơ để cải thịện

độ phì nhiêu

6 Độ phì nhiêu tổng quát của đất vùng nhiệt đới Độ phì nhiêu rất khác nhau giữa

các lọai đất Các lọai đất vùng nhiệt đới ẩm, Các tính chất độ phì nhiêu thường có là: 6.1 Đất thường chua và rất chua, cần phải bón vôi để nâng pH lên >5.5

6.2 Thường có hàm lượng P dễ tiêu thấp hay có khả năng cố định P cao (kết hợp bón vôi và phân P)

6.3 Vùng có vũ lượng hàng năm cao, đất thường có hàm lượng K, Mg, S thấp (nhu cầu bón các lọai phân này cao)

6.4 Thường có khả năng hấp phụ và giữ dinh dưỡng kém (cần phải chia lượng phân bón bón nhiều lần)

6.5 Thường có hàm lượng hữu dụng N thấp, mặc dù tốc độ khóang hóa chất hữu cơ dễ phân giải nhanh

II Tổng quan về phân bón

1 Định nghĩa Phân bón là các vật liệu vô cơ hoặc hữu cơ được sử dụng để cung cấp

các chất dinh dưỡng cho cây trồng hoặc duy trì và cải thiện độ phì nhiêu của đất

2 Sự cần thiết phải sử dụng phân bón Mục đích của việc sử dụng phân bón là kiểm

sóat chu kỳ các chất dinh dưỡng trong tự nhiên và cải thiện tình trạng dinh dưỡng cho cây trồng

2.1 Sử dụng phân bón là điều cần thiết cho tất cả các hệ thống sản xuất cây trồng trong thời gian dài

2.2 Nông nhiệp càng phát triển, nhu cầu phân bón càng tăng

2.3 Giống có tiềm năng năng suất càng cao, nhu cầu dinh dưỡng càng nhiều

3 Mục đích của việc sử dụng phân bón

3.1 Bổ sung các chất dinh dưỡng cần thiết nhẳm thỏa mãn nhu cầu của các lọai cây trồng năng suất cao

3.2 Bù đắp các chất dinh dưỡng trong đất bị mất (cây trồng lấy đi, rửa trôi…)

3.3 Nâng cao hoặc duy trì độ phì nhiêu của đất

4 Các lọai phân bón Phân bón có thể chia thành các nhóm sau

4.1 Phân hữu cơ Nhiều vật liệu hữu cơ có thể được sử dụng làm phân bón (vừa cải tạo đất, vừa cung cấp chất dinh dưỡng cho cây trồng Phần lớn vật liệu hữu cơ là chất thải,

và sản xuất tại chỗ, nên giá thành rẻ Nông dân có thể tự chế biến và sử dụng Nhưng nếu sản xuất phân hữu cơ để bán, phân hữu cơ cần thỏa mãn các yêu cầu về tính chất vật lý, hóa học và sinh học sau: khô, nghiền, trộn đều, kết hạt…, trung hòa pH, bổ sung các chất dinh dưỡng quan trọng, và không chứa nguồn bệnh, độc chất

4.2 Phân vô cơ Là các lọai phân (hóa chất) được chế biến (tổng hợp), bao gồm phân

đa lượng (N, P, K), phân trung lượng (Ca, Mg, S), và phân vi lượng (Fe, Zn, Cu, Mn,

B, Mo)

5 Phân bón và sử dụng hiệu quả phân bón Theo định nghĩa phân bón bao gồm các vật liệu sử dụng để cung cấp các chất dinh dưỡng cho cây trồng và bổ sung độ phì nhiêu của đất Là yếu tố làm tăng năng suất và cải thiện chất lượng nông sản

5.1 Sử dụng phân bón đạt hiệu quả cao nhất trên đất có độ phì nhiêu cao (độ phì tự nhiên hay được cải thiện, nhưng ngay cả đất có độ phì nhiêu thấp, sự sinh trưởng của cây trồng cũng được cải thiện 1 cách đáng kể,

5.2 Phân bón được sử dụng để bổ sung các chất dinh dưỡng tự nhiên trong đất, đặc biệt

là để hiệu chỉnh các chất dinh dưỡng trong đất bị thiếu hụt đối với nhu cầu của cây trồng

5.3 Một số vật liệu vô cơ và hữu cơ có thể sử dụng bón trực tiếp, nhưng phần lớn các lọai phân bón được xử lý, chế biến thích hợp với yêu cầu sử dụng bởi cây trồng

5.4 Mức độ thích hợp của các dạng phân bón đa, trung và vi lượng đối với từng mục đích phụ thuộc vào tốc độ hấp thu dinh dưỡng (phun qua lá, dạng hòa tan nhanh khi bón vào đất, hòa tan chậm nhưng kéo dài), tính tương tác giữa các chất dinh dưỡng (tăng tính hòa tan của các chất dinh dưỡng khác trong đất, hạn chế hấp thu các chất dinh dưỡng thừa trong đất)

5.5 Liều lượng phân bón sử dụng cần dựa trên các phương pháp chẩn đóan, ví dụ: phân tích đất, phân tích cây và hiệu quả kinh tế

5.6 Phương pháp bón phân cần tuân theo nguyên tắc: tất cả cây trồng nhận đầy đủ chất dinh dưỡng (bón vào đất hay phun qua lá), nhưng cần hạn chế tối đa mất mát chất dinh dưỡng trong phân (bay hơi, rửa trôi, cố định…)

5.7 Chất lượng nông sản chịu ảnh hưởng rất lớn bởi bón phân, nhất là phân vô cơ Do

còn phải xác định thành phần phụ trong phân bón (ảnh hưởng đến chất lượng nông sản, môi trường)

5.8 Nguy cơ tác động xấu đối với môi trường khi sử dụng phân bón (đất, nước, không khí), kể cả phân vô cơ và hữu cơ

5.9 Phân bón là yếu tố góp phần tăng năng suất cây trồng rất lớn, nhưng việc ô nhiễm môi trường do bón phân là việc không tránh khỏi, nhưng chúng ta có thể giữ được mức

độ ô nhiễm thấp nhất

6 Phân bón-yếu tố rất quan trọng trong sản xuất cây trồng Sự sinh trưởng của cây trồng phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố, trong đó phân bón được coi là đòn bẩy tăng năng suất rất mạnh Các nghiên cứu cho thấy sự tăng năng suất cây trồng có tương quan rất chặt với lượng phân bón sử dụng.Cần lưu ý là năng suất tăng do phân bón cũng có giới hạn như những yếu tố khác, nghĩa là khi sử dụng phân bón vượt quá nhu cầu của cây, năng suất có thể giảm và hiệu quả sử dụng phân bón thấp

Việc sản xuất phân bón cần nhiều năng lượng, nhất là phân N, đồng thời sử dụng phân bón không hợp lý sẽ có tác động xấu đến môi trường

Vấn đề duy trì chất hữu cơ trong đất cũng là điều cần chú ý Đây là yếu tố chính tạo nền cho sản xuất nôn nghiệp bền vững, nhưng khả năng cung cấp luôn bị thiếu hụt

III Đối tượng và phương pháp nghiên cứu

Ba đối tương chính được nghiên cứu là mối quan hệ hữu cơ giữa đất-phân bón và cây trồng Nghiên cứu chu kỳ tuần hòa vật chất trong nông nghiệp, các tiến trình xảy ra

trong đất, trong cây có thể làm thay đổi năng suất, phẩm chất của cây trồng và tác động đến môi trường đất, nước Trong các yếu tố tác động này, phân bón là yếu tố tác động do con người có ảnh hưởng lớn nhất

Những phương pháp áp dụng trong nghiên cứu độ phì nhiêu và phân bón

- Phân tích đất, phân bón, cây trồng,

- Trồng cây trong chậu, nhà kính,

- Bố trí thí nghiệm ngòai đồng,

- Thí nghiệm trên diện rộng, và 1 số phương pháp khác…

- Phương pháp sử dụng phân bón có hiệu quả, làm cơ sở cho việc sản xuất các lọai phân bón mới, cải tiến phương pháp sử dụng phân bón…

Chương 2 CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN SINH TRƯỞNG

CÂY TRỒNG

Bài 1 Các yếu tố ảnh hưởng đến sinh trưởng cây trồng

Mục đích

Chúng ta sẽ ôn lại các yếu tố này, bởi vì chúng liên quan đến “yếu tố giới hạn” được

sử dụng trong dinh dưỡng cây trồng

1 Định nghĩa Sinh trưởng là một tiến trình phát triển liên tục của 1 sinh vật Sự sinh

trưởng của cây trồng thường được diễn tả bằng trọng lượng chất khô (tổng phần nông sản thu họach, như hạt, quả…), chiều cao cây, độ dài, kích thước lá, được kính thân…

Sự sinh trưởng của cây trồng hàng năm liên quan đến thời gian thường được diễn tả là

1 đường cong dạng chữ S, hay trong 1 mùa vụ sinh trưởng đối với cây lưu niên

Sinh trưởng

Thời gian

Sự sinh trưởng của cây trồng theo thời gian

Sự sinh trưởng có tương quan đến các yếu tố sinh trưởng

G = f (X1, X2, X3 Xn)

G = sự sinh trưởng

Xi = các yếu tố sinh trưởng

2 Các yếu tố ảnh hưởng đến sinh trưởng Các yếu tố ảnh hưởng đến sinh trưởng

cây trồng có thể chia thành 2 nhóm

2.1 Yếu tố di truyền Tiềm năng năng suất được quyết định bởi các gene di truyền của cây trồng Năng suất cây trồng tăng trong thời gian qua đều có liên quan trực tiếp đến các giống lai hay các giống cải thiện Các đặc điểm khác như chất lượng, khả năng kháng bệnh, chịu hạn cũng do các yếu tố di truyền quyết định Bắp lai, lúa lai là 1 minh chứng của việc tăng năng suất cây trồng do yếu tố di truyền Công nghệ di

truyền ngày nay trở thành 1 ngành quan trọng trong việc thay đổi tiềm năng năng suất cây trồng

Giống và nhu cầu dinh dưỡng của cây- Giống cây cho năng suất 6 tấn/ha luôn có nhu cầu dinh dưỡng cao hơn giống cho năng suất 3 tấn/ha Khi tiểm năng năng suất cây trồng tăng, nhu cầu dinh duỡng sẽ tăng và giống có năng suất càng cao, hiệu quả sử dụng phân bón càng cao, nhất là phân N

Người sản xuất có thể kiểm sóat yếu tố di truyền bằng phương pháp chọn giống thích hợp như giống cho năng suất cao, phẩm chất tốt, tính chống chịu cao…

2.2 Các yếu tố môi trường Yếu tố môi trường bao gồm tất cả các điều kiện bên ngòai ảnh hưởng đến sinh trưởng và phát triển của 1 sinh vật

Đối với cây trồng, những yếu tố môi trường quan trọng bao gồm những yếu tố sau và

mỗi yếu tố đều có thể là yếu tố giới hạn sinh trưởng của cây Những yếu tố môi trường không họat động độc lập, các yếu tố này luôn quan hệ với nhau, ví dụ - luôn có mối quan hệ hữu cơ giữa ẩm độ và độ thóang đất

2.2.1 Nhiệt độ - cường độ nhiệt Cây trồng sinh trưởng bình thường trong khỏang

c Nhiệt độ cũng ảnh hưởng đến họat động của vi sinh vật trong đất Nhiệt độ thấp ức chế họat động của vi khuẩn nitrate hóa pH cũng có thể giảm khi nhiệt độ cao, do vi sinh vật họat động mạnh

d Nhiệt độ đất cũng ảnh hưởng đến hấp thu nước và dinh dưỡng đối với cây trồng

2.2.1 Ẩm độ đất Khả năng cung cấp nước – sinh trưởng cây trồng bị hạn chế khi ẩm

độ đất quá cao hay quá thấp Chúng ta có thể kiểm sóat được thông qua phương pháp tưới tiêu Ẩm độ đủ sẽ cải thiện được sự hấp thu dinh dưỡng Nếu ẩm độ là yếu tố giới hạn, hiệu quả sử dụng phân bón sẽ không cao

2.2.3 Năng lượng mặt trời Chất lượng, cường độ và thời gian chiếu sáng là các chỉ

tiêu quan trọng của ánh sáng ảnh hưởng đến sinh trưởng và phát triển của cây trồng

a Chất lượng ánh sáng là yếu tố chúng ta không kiểm sóat được trên đồng ruộng

b Cường độ ang sáng là tính chất quan trọng do tiến trình quang hợp có liên quan mật

thiết với cường độ ánh sáng Bắp có dạng lá thẳng sẽ hấp thu nhiều ánh sáng hơn dạng

lá xòe ngang

c Thời gian chiếu sáng – Quang kỳ - Cây trồng có liên quan đến độ dài ngày

- Cây ngày dài – Chỉ ra hoa khi độ dài ngày dài hơn 12 giờ Cây ngũ cốc.…

- Cây ngày ngắn - Chỉ ra hoa khi độ dài ngày ngắn hơn 12 giờ

- Cây trung tính với quang kỳ- ra hoa trong khỏang độ dài ngày rộng Cà chua, bông vải…

Do ảnh hưởng của quang kỳ nên 1 số lọai cây trồng có thể không ra hoa trên 1 số vùng Hoa cúc, thanh long có thể ra hoa bằng phương pháp kiểm sóat quang kỳ

2.2.4 Thành phần của khí quyển CO2 chiếm 0.03 % thể tích không khí Quang tổng hợp biến đổi CO2 thành chất hữu cơ trong cây CO2 sẽ được trả lại khí quyển bởi tiến trình hô hấp hay phân giải chất hữu cơ Trong 1 điều kiện nào đó, nếu nồng độ CO2giảm có thể sẽ là yếu tố giới hạn sinh trưởng của cây trồng Khi tăng nồng độ có thể năng suất cây trồng tăng như các nghiên cứu trên lúa, cà chua, dưa chuột, hoa, khoai tây…

Chất lượng không khí Nếu không khí bị ô nhiễm cao, có thể gây ngộ độc cho cây như sulfur dioxide, carbon monoxide, hydrofluoric acid…

2.2.5 Độ thóang khí của đất Đất bị nén chặt với dung trọng cao, cấu trúc kém thường

là đất có độ thóang khí kém Độ rỗng của đất được chiếm giữ bởi không khí và nước nên nước và không khí trong đất có tỉ lệ nghịch Đất thóat nước tốt, thường hàm lượng oxy hòa tan không là yếu tố giới hạn sinh trưởng của cây Cây trồng khác nhau, mức

độ nhạy cảm với hàm lượng oxy trong đất khác nhau, ví dụ cây lúa nước và cây thuốc

lá

2.2.6 Phản ứng của đất pH đất ảnh hưởng đến khả năng hữu dụng của 1 số chất dinh

dưỡng như khả năng hữu dụng của P thấp trên đất chua, Al hòa tan mạnh trên đất chua

có thể gây độc cho cây Một số vi sinh vật gây bệnh của chịu ảnh hưởng bởi pH, ví dụ bệnh ghẽ vỏ khoai tây có thể kiểm sóat được khi pH<5,5

2.2.7 Các yếu tố sinh học Bón phân với liều lượng cao có thể làm tăng sinh trưởng

dinh dưỡng (thân lá) và cây sẽ mẫn cảm với nhiều lọai bệnh Nhưng trường hợp rễ bị hại bởi tuyến trùng, làm giảm khả năng hấp thu dinh dưỡng của rễ, nên cần thiết phải bón nhiều phân hơn Cỏ dại là yếu tố cạnh tranh nước, dinh dưỡng và ánh sáng với cây trồng, ngòai ra rễ cỏ còn tiết ra nhiều hợp chất có hại cho rễ cây trồng (allelopathy)

2.2.8 Các chất dinh dưỡng khóang tối cần thiết – tất cả các nguyên tố hóa học tham

gia rực tiếp vào quá trình trao đổi chất của cây Các nguyên tố hóa học không phải là dinh dưỡng (được cung cấp từ nước và không khí), bao gồm carbon, hydrogen,

oxygen

dưỡng vi lượng đồng, manganese, kẽm, boron, molybdenum, chlorine, sắt Các nguyên

tố có ích cho 1 số cây trồng như cobalt, vanadium, sodium, silicon

2.2.9 Các chất ức chế, gây độc cho cây trồng Các chất dinh dưỡng của cây trồng khi

tồn tại với nồng độ cao đều có thể ức chế sinh trưởng hay gây độc cho cây Các chất khác bao gồm aluminum, nickel, chì – thường đi với bùn cống, chất thải công nghiệp, hầm mỏ…, các hợp chất hữu cơ như phenols, dầu

3 Các yếu tố giới hạn năng suất

Bất kỳ yếu tố nào, có thể là yếu tố di truyền hay yếu tố môi trường, yếu tố nước, ánh sáng, dinh dưỡng… cũng có thể giới hạn năng suất cây trồng

- “định luật tối thiểu” (Liebig, 1860’s) “1 hay nhiều chất dinh dưỡng trong đất có

thể có nồng độ cao (tối đa), và cũng có thể có nổng độ rất thấp (tối thiểu) Với các chất dinh dưỡng tối thiểu, có thể là Ca, Mg, K, hay bất kỳ chất dinh dưỡng nào khác, năng suất sẽ tương quan trực tiếp với các chất dinh dưỡng tối thiểu này

- Yếu tố tối thiểu kiểm soát năng suất Ví dụ, yếu tố tối thiểu của đất là vôi, năng suất cây trồng sẽ không tăng ngay cả khi chúng ta bón các lọai phân bón khác tăng gấp

100 lần** nếu không bón vôi

Định luật trên phát biểu cho các chất dinh dưỡng, nhưng có thể áp dụng cho bất kỳ yếu

tố sinh trưởng nào khác

Sự sinh trưởng của cây trồng bị giới hạn, khi chất dinh dưỡng hiện diện với hàm lượng giới hạn (tối thiểu), bất kể các chất dinh dưỡng khác có hàm lượng và khả năng cung cấp cho cây đầy đủ hay dư thừa

Mục tiêu của nhà sản xuất là phải nhận diện tất cả các yếu tố giới hạn làm giảm năng suất cây trồng

Tóm tắt yếu tố giới hạn năng suất

- Nếu có nhiều yếu tố giới hạn thì yếu tố giới hạn cao nhất quyết định tiềm năng năng suất

- Chỉ khi nào giải quyết được yếu tố giới hạn này, năng suất cây trồng mới được cải thiện

- Đối với các chất dinh dưỡng Chất giới hạn cao nhất là chất có hàm luợng tương đối thấp nhất so với yêu cầu của cây trồng (ngưỡng dinh dưỡng)

Tóm tắt

1 Sự sinh trưởng của cây trồng phụ thuộc vào thời gian, các đặc tính di truyền, các yếu tố môi trường Chọn giống thích hợp để sử dụng có hiệu quả các chất dinh dưỡng trong đất

2 Các yếu tố môi trường có ảnh hưởng tổng hợp đến sinh trưởng và sự phản ứng của cây trồng đối với việc cung cấp các chất dinh dưỡng

3 Sự sinh trưởng của cây trồng hàng năm, 1 mùa vụ của cây lân năm có dạng chữ

S Cây trồng phản ứng với các điều kiện môi trường kễ cả phân bón cũng có dạng như trên Khi hàm lượng dinh dưỡng tăng, sự sinh trưởng tăng, nhưng mức độ tăng trên 1 đơn vị dinh dưỡng giảm

4 Yếu tố giới hạn cao nhất là yếu tố kiểm soát năng suất Chỉ khi nào nhận diện và giải quyết yếu tố giới hạn này, năng suất sẽ tăng

Chương 2 CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN SINH TRƯỞNG

CÂY TRỒNG Bài 2 Các nguyên tố dinh dưỡng cần thiết cho sinh trưởng phát triển của cây trồng

Mục tiêu

- Nhận diện 16 nguyên tố dinh dưỡng tối cần thiết cho tất cả các lọai cây trồng

- Hiểu 13 nguyên tố dinh dưỡng khóang tối cần thiết được cung cấp cho cây trồng từ đất

- Nhận biết các ký hiệu hóa học và nhu cầu tương tối của cây

I Nguyên tố dinh dưỡng tối cần thiết

1 Định nghĩa Nguyên tố dinh dưỡng tối cần thiết là các nguyên tố:

- Liên quan trực tiếp đến các quá trình trao đổi chất trong cây,

- Cây không thể hòan thành chu kỳ sống khi không có nguyên tố này, và

- Các nguyên tố khác không thể thế thế hòan tòan vai trò của các nguyên tố này

2 Các nguyên tố tối cần thiết Bao gồm 16 nguyên tố hóa học, trong đó 3 nguyên tố

Carbon, Hydrogen, Oxygen mặc dù cây trồng hấp thu 1 lượng lớn từ không khí và nước, chiếm khoảng 96% chất khô của cây, nhưng thường không được xem là chất

“dinh dưỡng” thật sự-các nguyên tố khung

Chúng ta chỉ chú ý đến 13 nguyên tố dinh dưỡng được cung cấp từ đất

Các nguyên tố dinh dưỡng tối cần thiết được chia thành 3 nhóm:

- Các nguyên tố dinh dưỡng đa lượng - 3

- Các nguyên tố dinh dưỡng trung lượng - 3

- Các nguyên tố dinh dưỡng vi lượng - 7

2.1 Các nguyên tố dinh dưỡng đa lượng Bao gồm Nitrogen – N, Phosphorus – P,

và Potassium – K Các nguyên tố dinh dưỡng đa lượng là các chất dinh dưỡng chủ yếu, chính – chủ yếu về mặt khối lượng, nhưng không phải quan trọng nhất

Nhu cầu của cây với hàm lượng tương đối cao, trung bình khoảng 50-150 kg/ha/vụ

2.2 Các nguyên tố dinh dưỡng trung lượng Bao gồm Calcium – Ca

Magnesium – Mg, và Sulfur – S Hầu hết các loại cây co nhu cầu "trung bình" về hàm lượng, khoảng 10-50 kg/ha/vụ

2.3 Các nguyên tố dinh dưỡng vi lượng Bao gồm Boron – B, Chlorine – Cl, Đồng –

Cu, Sắt – Fe, Manganese – Mn, Molybdenum – Mo, Kẽm – Zn

Chú ý, mặc dù các nguyên tố vi lượng cây có nhu cầu với hàm lượng rất nhỏ, nhưng tầm quan trọng cũng như các nguyên tố đa lượng Nhu cầu thường <1 kg/ha/vụ

Bảng 2.1 Các nguyên tố dinh dưỡng tối cần thiết, dạng hữu dụng và nồng độ tương đối trong cây

3.2 “nồng độ ngưỡng”: nếu nồng độ chất dinh dưỡng trong cây thấp hơn nồng độ này,

năng suất sẽ giảm –và khi bón phân có chất dinh dưỡng này, năng suất sẽ tăng Đây là

vùng tiếp giáp giữa ĐỦ và THIẾU dinh dưỡng

3.3.“đủ dinh dưỡng”: nồng độ dinh dưỡng cao, khi bón thêm phân sẽ không làm tăng

năng suất*, mặc dù có thể tăng nồng độ dinh dưỡng trong cây

3 4 “ tiêu thụ xa xĩ.” Khi cây đã hấp thu đủ dinh dưỡng, nếu cung cấp thêm phân bón,

hay đất có hàm lượng dinh dưỡng cao, mặc dù không có nhu cầu nhưng cây có thể hấp

thu thêm Điều này có thể cải thiện chất lượng nông sản do nồng độ dinh dưỡng trong

cây tăng, như lá xanh hơn, lượng protein caohơn…

3.5 “thừa dinh dưỡng”: nồng độ dinh dưỡng quá cao làm giảm năng suất, hay chất

lượng nông sản và gây ra sự mất cân bằng với các chất dinh dưỡng khác Ví dụ,

thừa N có thể dẫn đến những tác động xấu: mọng nước, đổ ngã, phát triển nhiều cành, nhánh vô hiệu, giảm chất lượng nông sản (vị đắng trên bắp cải…), chống chịu sâu bệnh kém…, sự Mất cân bằng ion xảy ra với các ion đối kháng, như khi cây hấp thu

Na cao, sẽ làm giảm hấp thu K hay Ca; hay khi hấp thu K và NH4+ cao dẫn đến thiếu

Mg Hiện tượng thừa dinh dưỡng chịu ảnh hưởng rất lớn bởi khả năng đệm của đất Đất có khả năng đệm thấp, nếu bón nhiều phân, cây dễ bị thừa dinh dưỡng

3.6 ngộ độc : khi nồng độ các chất dinh dưỡng trong cây quá cao so với nhu cầu cây,

đặc biệt với các nguyên tố vi lượng (B và các cation (Zn, Fe, Mn, Cu))

Lưu ý

- Nếu nồng độ dinh dưỡng trong khoảng “rất thiếu”, hiêu quả bón phân sẽ cao nhất

- Khi bón phân, nồng độ dinh dưỡng trong cây có thể không cao do sự pha lỏang bởi sinh trưởng “hiệu ứng Steenberg”: hàm lượng hấp thu tăng, nhưng hàm lượng chất khô tăng lớn hơn

- Khoảng đủ dinh dưỡng”: tương đối rộng với 1 số chất dinh dưỡng (N,K); hẹp (B)

trước khi chuyển qua khoảng thừa/ngộ độc

II Các nguyên tố hóa học có ích Là các nguyên tố hóa học:

- Có thể làm tăng năng suất hay phẩm chất, nhưng không phải là chất tối cần thiết

- Có thể thay thế 1 số chức năng trong quá trình trao đổi chất của các nguyên tố tối cần thiết (không thay thế tất cả)

- Một số cây trồng có thể tăng năng suất, phẩm chất khi được bổ sung các nguyên tố này

Các nguyên tố này là Sodium (Na), Silicon (Si), Cobalt (Co), Vanadium (Va)

Vậy tổng các “Nguyên tố dinh dưỡng tối cần thiết” & “nguyên tố có ích” khoảng 20,

nhưng có hơn 60 nguyên tố hóa học được tìm thấy trong cây Do đó một số chất

không phải là nguyên tố tối cần thiết hay có ích

Ngoài ra, một số chất được cây trồng hấp thu nhưng chưa xác định được tính “cần thiết

và có ích” như:

Aluminum (Al): làm giảm nghiêm trọng sự phát triển của rễ, có thể có nồng độ trong

cây cao, khi trồng trên đất chua, phèn Đặc biệt đối với các lọai cây không chịu chua

Là 1 trong những nguyên nhân làm cho độ phì của đất chua không cao

Có rất nhiều trong đất, nhưng chủ yếu nằm trong cấu trúc của khoáng sét, chỉ hòa tan khi pH thấp

Chì (Pb): cao trong đất ô nhiễm

Cadmium (Cd): cao trong đất ô nhiễm (bùn cống)

Mercury (Hg): “

Phần lớn các nguyên tố không cần thiết là kim lọai nặng

III Sự di chuyển của các chất dinh dưỡng trong cây

Các chất dinh dưỡng tối cần thiết cũng có thể phân nhóm theo khả năng di chuyển trong cây của chúng Nhóm chất có thể di chuyển dễ dàng trong cây như N, K; nhóm không di chuyển trong cây như Ca, B

Sự di chuyển của các chất dinh dưỡng trong cây rất có ý nghĩa quan trọng trong bón phân và độ phì nhiêu của đất

IV Nhu cầu dinh dưỡng của cây trồng

Lòai, giống cây khác nhau có nhu cầu dinh dưỡng khác nhau, số lượng các chất dinh dưỡng tối cần thiết như nhau, nhưng nhu cầu hàm lượng khác nhau, ví dụ cây họ đậu cần nhiều Mo hơn các cây trồng khác, cây họ cải cần nhiều S, táo, cà chua cần nhiều

Ca, 5 nguyên tố vi lượng tối cần thiết cho 1 số cây trồng và các nguyên tố có ích khác như Sodium (Na), cobalt (Co), vanadium (V), nickel (Ni), silicon (Si) được cây trồng hấp thu với 1 lượng rất khác nhau đối với các nguyên tố khác

Cây không có nhu cầu, nhưng có thể là nhu cầu dinh dưỡng đối với động vật và con người (như Se, Cr)

3 Các chất dinh dưỡng tối cần thiết cho sinh trưởng cây trồng là: C, H, O, N, P,

K, Ca, Mg, S, B, Fe, Mn, Cu, Zn, Mo, và Cl

4 Các chất có ích: Na, Si, Ni, Co, V cần thiết cho 1 số cây trồng nhất định

5 Trừ 3 nguyên tố C, H, O là các nguyên tố khung, các nguyên tố còn lại là các nguyên tố dinh dưỡng khoáng

6 Tùy theo nhu cầu của cây trồng, các nguyên tố đa lượng gồm: N, P, và K; các nguyên tố trung lượng: Ca, Mg, và S; và các nguyên tố vi lượng: Fe, Mn, B,

Mo, Cu, Zn, và Cl

7 Sự di chuyển và nhu cầu các chất dinh dưỡng khác nhau tùy từng chất dinh

Chương 3 CÁC QUAN HỆ CƠ BẢN GIỮA ĐẤT VÀ CÂY TRỒNG

Bài 1.Các tính chất của đất liên quan đến sự cung cấp dinh dưỡng cho cây trồng

Mục tiêu

- Hiểu các dạng và “nguồn cung cấp” dinh dưỡng cơ bản của đất

- Hiểu sự trao đổi ion và các tính chất của đất quyết định khả năng trao đổi cation của đất

- Hiểu các tính chất và cấu trúc cơ bản của 1 số lọai khóang sét

- Đánh giá đúng khả năng hữu dụng của các chất dinh dưỡng như là những tiến trình động liên quan đến nhiều tính chất vật lý, hóa học và sinh học của đất

I Các nguồn cung cấp dinh dưỡng trong đất cho cây

Các mối quan hệ cơ bản giữa các thành phần của đất và cây trồng

Các chất dinh dưỡng trong đất có thể cung cấp cho cây trồng có thể có nguồn gốc từ

sự phân giải chất hữu cơ, sự phong hóa các khóang trong đất, từ phân bón vô cơ và hữu cơ, từ chất hữu cơ bổ sung (dư thừa thực vật), phân chuồng, phân ủ, chất thải rắn sinh học, từ cố định N sinh học, cây họ đậu…, đá phosphate (apatite), các sản phẩm

Dung dịch đất

Cây hấp thu dinh dưỡng

Ion trao đổi

và hấp phụ

bề mặt

Không khí trong đất

Chất hữu

cơ và vi sinh vật đất

Khoáng nguyên sinh và thứ sinh

Mưa, phân bón, bốc hơi, tiêu nước

trung gian trong công nghiệp như vôi, thạch cao, hoặc lắng đọng trong khí quyển (N & S), phù sa, xói mòn, ngập nước…

Bất kể nguồn gốc phát sinh, tất cả các chất dinh dưỡng trong đã vào trong đất được xem là nguồn dinh dưỡng cung cấp cho cây Các chầt dinh dưỡng sẽ tương tác với các tính chất vật lý, hóa học và sinh học của đất, sau đó hoặc là được cây trồng hấp thu, hoặc là được di chuyển vào các nguồn cung cấp khác trong đất Các nguồn cung cấp dinh dưỡng cho cây trồng bao gồm:

1 Dung dịch đất Các chất dinh dưỡng dạng hòa tan và dễ dạng hữu dụng đối với cây

2 Chất hữu cơ Chất hữu cơ trong đất được phân giải bởi vi sinh vật và giải phóng các

chất dinh dưỡng vào dung dịch đất Tầm quan trọng của chất hữu cơ trong đất như là 1 nguồn cung cấp dinh dưỡng, và vai trò của sinh vật đất, chi tiết được trình bày trong phần chu kỳ chất N

3 Sinh vật đất Sinh vật đất có thể hấp thu và giữ tạm thời chất dinh dưỡng trong cơ

thể (hấp thu sinh học)

4 Các khóang trong đất Các khóang khác nhau trong đất rất biến động trong khả

năng hòa tan (dễ, khó hòa tan) để giải phóng dinh dưỡng

5 Hấp phụ trao đổi bề mặt Các chất dinh dưỡng được giữ trên bề mặt keo đất bởi

các cơ chế khác nhau Do lực hấp phụ nên khả năng trao đổi các chất dinh dưỡng này cũng biến động: nhanh-chậm hữu dụng

Trao đổi cation Các cation được hấp phụ trên bề mặt keo đất có khả năng trao đổi với các cation khác trong dung dịch đất Đây là kiểu phản ứng rất quan trọng trong hấp phụ bề mặt

II Các nguồn cung cấp dinh dưỡng quan trọng

1 Trao đổi ion

Một số thuật ngữ

Hấp phụ: giữ trên bề mặt

Hấp thu: hút vào bên trong

Ions Các nguyên tố hay hợp chất hóa học mang điện tích

Cations – điện tích dương

Anions – điện tích âm

Dạng dễ hữu dụng nhất của các nguyên tố tối cần thiết phần lớn là dạng ion

Trao đổi ion Ion được hấp phụ trên bề mặt keo đất được trao đổi với 1 ion khác trong dung dịch, trao đổi ion là tiến trình thuận nghịch, tiến trình trao đổi ion giữa bề mặt keo đất và dung dịch đất

1.1 Trao đổi cation Thường quan trọng hơn so với trao đổi anion trên đất nông

nghiệp, do điện tích âm của bề mặt keo đất chiếm ưu thế Trao đổi cation là phản ứng kiểm sóat khả năng hữu dụng của các chất dinh dưỡng K, Ca, và Mg

1.1.1 Nguồn gốc của điện tích bề mặt Các thành phần như khóang sét, chất hữu cơ,

các hợp chất vô cơ (ví dụ oxide Fe, Al ngậm nước), và rễ cây trồng đều có thể có điện tích trên bề mặt

a Điện tích trên khóang sét Trong đất, khóang sét phần lớn là sét silicate dạng

phiến, cấu trúc tinh thể

- Sét silicate-đơn vị cấu trúc cơ bản: Tứ diện Silica, 1 ion Si4+ nối với 4 ion O2- và bát diện Aluminum, 1 ion Al3+ nối với 6 ion OH-

- Sét silicate – phiến Các chuổi hay các phiến (lớp) tứ diện Si-và bát diện Al, các đơn

vị tứ dịên nối với nhau thông qua O, và các đơn vị bát dịên nối với nhau thông qua

OH

- Sét silicate – tầng Các phiến được nối thông qua nguyên tố O hình thành các tầng Các kiểu sét khác nhau có sự sự sắp xếp khác nhau giữa các phiến tứ diện và bát diện Các tầng được nối với nhau bằng những cơ chế khác nhau và lực nô1 khác nhau

- Kiểu sét Tùy theo sự sắp xếp các phiến, các loại sét được chia thành các kiểu:

- Sét 1:1 Một tầng sét bao gồm 1 phiến tứ diện và 1 phiến bát diện Sét 1:1 tiêu biểu là sét Kaolinite, điện tích âm thấp, chiếm tỉ lệ cao trong đất phong hóa mạnh, không trương nở do nối hydrogen giữ các tầng với nhau

- Sét 2:1 Một tầng sét bao gồm 1 phiến bát diện nằm giữa 2 phiến tứ diện Các kiểu sét 2:1 tiêu biểu là sét Montmorillonite, illite, vermiculite Montmorillonite có khả năng trương nở, co ngót rất cao, Vermiculite có khả năng trương nở trung bình, và Illite (glauconite) không trương nở do K+ giữ chặt 2 tầng sét 2:1 và "đóng chặt" illite, nên có điện tích âm thấp, nhưng là lọai sét cung cấp K hữu dụng chậm

- Sét 2:1:1 Một tầng sét bao gồm 1 phiến bát diện nằm giữa 2 phiến tứ diện, nhưng có 1 tầng hydroxide Mg nằm giữa 2 tầng sét Sét 2:1:1 tiêu biểu là sét Chlorite,

1 kiểu sét không trương nở

b.Thay thế đồng dạng (isomorphic) trên khoáng sét Điện tích thường xuyên

Iso = giống nhau, morphic = dạng

Là sự thay thế 1 ion này bởi 1 ion khác có hình dạng, kích thước tương tự nhau, nhưng khác nhau về điện tích và sự thay thế này không làm thay đổi cấu trúc tinh thể của sét

Si4+ hay Al3+ được thay thế bởi các cation khác có điện tích thấp hơn

Al3+ thay Si4+ trong tứ diện

Mg2+ hay Fe2+ thay Al3+ trong bát diện

Đây chính là nguồn gốc chính hình thành điện tích âm, chủ yếu trong sét 2:1, là điện tích thường xuyên, xảy ra trong giai đọan hình thành khóang Kỹ thuật quản lý không làm thay đổi được do điện tích thường xuyên không chịu ảnh hưởng của pH

c Cạnh vỡ khoáng sét Điện tích phụ thuộc pH

Cạnh vỡ của sét silicate dạng tầng, cạnh vỡ làm tăng các vị trí mang điện tích (+) khi

pH thấp và tăng các vị trí mang điện tích (-) khi pH cao Do phụ thuộc pH nên các kỹ thuật quản lý có thể làm thay đổi

Điện tích trên cạnh vỡ sét chịu ảnh hưởng pH:

Điều kiện chua – thừa H+

d Điện tích bề mặt chất hữu cơ

Điện tích phụ thuộc pH, do sự phân ly của H+ từ các gốc chức năng carboxylic

phenolic acid Ví dụ - COOH ↔ - COO- + H+

Là hợp chất có điện tích cao/đơn vị trọng lượng

1.1.2 Khả năng trao đổi cation (CEC)

Tổng lượng điện tích âm trong đất, đơn vị Milliequivalents điện tích (-)/100 grams đất CEC của đất phụ thuộc vào các yếu tố: hàm lượng sét (sa cấu), kiểu sét (sét 2:1 có CEC cao hơn sét 1:1) và hàm lượng chất hữu cơ (hàm lượng chất hữu cơ càng cao CEC càng cao

CEC của các lọai sét và chất hữu cơ

1.1.3 Tỉ lệ các cation hấp phụ Phụ thuộc vào lực hấp phụ trao đổi của các cation tỉ lệ

thận với điện tích và kích thước (khi ngậm nước) ion Lực hấp phụ như sau: Al3+ > H+

> Ca2+ > Mg2+ > K+ = NH4+ > Na+ (dãy điện hóa trị)

Sự cạnh tranh trong hấp phụ và thay thế ion tác động rất lớn đến sự rửa trôi cation và khả năng hữu dụng đối với cây trồng hấp phụ mạnh, hạn chế rửa trôi, nhưng có thể làm giảm khả năng hữu dụng của các chất dinh dưỡng

1.1.4 Độ bảo hòa base Được định nghĩa là % CEC được chiếm giữ bởi các cation

base Các Cation acid bao gồm Al3+ và H+ , các cation còn lại là base, phổ biến là Ca2+, Mg2+ , K+ NH4+ , Na+

Độ bảo hòa base chỉ thị khả năng hữu dụng và tỉ lệ thuận với pH Độ bảo hòa base cao, khả năng hữu dụng các cation base cao và pH càng cao, độ bảo hòa base càng cao

Ví dụ, pH 5.5, độ bảo hòa base 50%, pH 7.0 tương ứng với độ bảo hòa base 90%

1.2.Trao đổi anion Anions được hấp phụ trên các vị trí mang điện tích (-) Trao đổi

anion xảy ra trên các điện tích phụ thuộc pH, bao gồm cạnh khóang sét, Oxide Fe, Al ngậm nước Trên đó Anion thay thế gốc OH Trao đổi anion xảy ra phổ biến trong đất phong hóa mạnh Anion được giữ lại không đơn thuần do lực hấp thu tĩnh điện, các anion có hấp phụ chuyên biệt, hay hấp phụ hóa học Trao đổi anion rất quan trọng đối với H2PO4- , va một số SO42-, rất ít NO3- hay Cl- , Trao đổi anion là phản ứng không quan trọng trong đất nông nghiệp có bón vôi

2 Chelate hóa Là phản ứng tạo phức các cation kim lọai bởi các hợp chất hữu cơ

Các hợp chất hữu cơ được tổng hợp bởi rễ cây trồng, sản phẩm trao đổi chất của vi sinh vật, và một phần của chất hữu cơ trong đất

Chelate = "móng, vuốt" Do vậy nên các vị trí nối tăng rất cao, Chelate "bao quanh" ion kim loại

Chelate hòa tan làm tăng khả năng hữu dụng của các cation kim lọai như Fe, Zn, Mn,

Cu Nhờ đó nên các ion này được bảo bệ, hạn chế các phản ứng kết tủa và hấp phụ Nhưng chú ý là nếu Chelate hóa bởi các chất hữu cơ dạng rắn làm giảm khả năng hữu dụng, ví dụ, khả năng hữu dụng của Cu thấp trong đất than bùn

III.Khả năng đệm

1 Định nghĩa là khả năng duy trì nồng độ các chất dinh dưỡng trong dung dịch đất

Khả năng bù đắp chất dinh dưỡng cho dung dịch đất từ keo đất, khi chất dinh dưỡng trong dung dịch được cây trồng hầp thu Phân lớn các chất dinh dưỡng được xác định bằng phương pháp phân tích đất là chất dinh dưỡng ở dạng này

2 Ý nghĩa Khả năng đệm được diễn tả bằng: BC = Δ Q/ Δ I , trong đó, Yếu tố khối

lượng (lượng chất dinh dưỡng được hấp phụ trên phần rắn) = Δ Q, bao gồm các ions hấp phụ và các khóang hòa tan đủ nhanh để cung cấp chất dinh dưỡng trong một mùa

vụ Yếu tố cường độ (chất dinh dưỡng hòa tan trong dung dịch) = Δ I, sự thay đổi về nồng độ các chất dinh dưỡng trong dung dịch đất

Khi cây trồng hấp thu dinh dưỡng sẽ làm giảm nồng độ dinh dưỡng trong dung dịch, nếu đất có Q cao, nồng độ dinh dưỡng trong dung dịch sẽ được duy trì tốt Ngược lại nếu I thấp và Q thấp, khả năng duy trì nồng độ dinh dưỡng trong dung dịch không cao, cây sẽ thiếu dinh dưỡng

3 Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng đệm

3.1 CEC đất CEC đất càng cao, khả năng đệm càng lớn

3.2 Hàm lượng chất hữu cơ càng cao, khả năng đệm càng cao

3.3 Hàm lượng sét càng cao, khả năng đệm càng cao Đất có sa cấu mịn có khả năng đệm cao hơn đất có sa cấu thô,

3.4 Sét 2:1 có khả năng đệm cao hơn sét 1:1 Đất chứa sét montmorillonite cao, có khả năng đệm cao hơn đất chứa nhiều sét kaolinite

Tóm tắt

1 Các nguồn cung cấp dinh dưỡng cho cây trồng: Các chất dinh dưỡng được rễ hấp thu cần hiện diện trong dung dịch đất Các nguồn cung cấp chất dinh dưỡng

giải chất hữu cơ và trong cơ thể sinh vật đất, từ sự hòa tan các khoáng thứ sinh,

từ sự phong hóa các khoáng nguyên dinh

2 Trao đổi ion là tiến trình quan trọng trong dinh dưỡng cây trồng trong đất

3 Trao đổi ion là tiến trình thuận nghịch, các cation và anion được trao đổi giữa các thành phần rắn và thành phần dung dịch của đất

4 Trao đổi cation trong đất nông nghiệp quan trọng hơn trao đổi anion

5 Khả năng trao đổi cation (CEC) được kiểm soát bởi hàm lượng chất hữu cơ, hàm lượng sét và kiểu sét trong đất

6 Giữa CEC và khả năng đệm của đất có tương quan thuận

7 Độ bảo hòa base là tỉ lệ các cation chiếm giữ trên CEC của đất

Chương 3 Các quan hệ cơ bản giữa ĐẤT VÀ CÂY TRỒNG

Bài 2 Vận chuyển và hấp thu dinh dưỡng của rễ cây trồng

Mục tiêu

- Hiểu 3 cơ chế các chất dinh dưỡng trong đất di chuyển đến rễ cây trồng

- Hiểu các cơ chế chính cung cấp các chất dinh dưỡng tối cần thiết cho cây

- Hiểu các đặc điểm của rễ và hệ thống rễ ảnh hưởng đến sự hấp thu dinh dưỡng như thế nào

- Có khả năng diễn tả rễ hấp thu các chất dinh dưỡng như thế nào

- Các chất dinh dưỡng phải tiếp cận bề mặt rễ để cây hấp thu được thực hiện bởi sự di chuyển của các chất dinh dưỡng và sự sinh trưởng của rễ cây

I Sự di chuyển của ion từ đất đến rễ

Các chất dinh dưỡng cung cấp cho rễ cây trồng được thực hiện chủ yếu theo 3 cơ chế chính Đó là: rễ tiếp xúc trực tiếp, dòng chảy khối lượng, và khuếch tán

Sự tiếp xúc trực tiếp của rễ chỉ đơn thuần là 1 cơ chế cung cấp dinh dưỡng Dòng chảy

khối lượng và khuếch tán là những cơ chế cung cấp & vận chuyển các chất dinh dưỡng

đến rễ Do đó cần hiểu các chất dinh dưỡng di chuyển trong đất và đến rễ như thế nào,

và điều quan trọng là cần hiểu các tác động của môi trường đến sự hấp thu dinh dưỡng của rễ cây

1.Tiếp xúc trực tiếp của rễ

Do rễ sinh trưởng trong đất, có sự tiếp xúc trực tiếp với bề mặt các hạt keo đất, nên bề mặt rễ tiếp xúc với các ion dinh dưỡng được hấp phụ trên bề mặt các hạt keo đất Do

rễ cũng có khả năng trao đổi cation, chủ yếu do các gốc carboxyl (như trong chất hữu

cơ -COOH ↔ - COO - + H+ ) nên rễ có khả năng hấp thu dinh dưỡng thông qua cơ chế trao đổi ion

1.1 Khả năng trao đổi cation của rễ Rễ cây 1 lá mầm, có CEC khoảng 10 - 30

meq/100 g rễ Những cây có CEC rễ thấp như cây 1 lá mầm sẽ hấp thu các cation hóa trị 1 dễ dàng hơn Ngược lại cây 2 lá mầm, thường có CEC khoảng 40 - 100 meq/100

g, và có khả năng hấp thu dễ dàng các cation hóa trị 2

1.3 Cơ chế trao đổi tiếp xúc:

Lông hút của rễ H+ ↔ K+ bề mặt sét / chất hữu cơ

trao đổi lông hút của rễ K+ ↔ H+ bề mặt sét / chất hữu cơ

Hình 3.2.1 Lông hút của rễ tiếp xúc trực tiếp các chất dinh dưỡng trong đất

Bảng 3.2.1 CEC của 1 số rễ cây trồng

1.4 Hàm lượng các chất dinh dưỡng tiếp xúc trực tiếp với rễ phụ thuộc vào:

- Nồng độ chất dinh dưỡng trong đất Lượng chất dinh dưỡng trong đất càng cao, rễ hấp thu càng cao

- Thể tích đất được chiếm giữ bởi hệ thống rễ Hệ thống rễ thường chiếm <1% đến 2% thể tích đất, ngay cả trong tầng đất mặt nơi rễ có mật độ cao nhất

Bảng 3.2.2 Phần trăm tổng thể tích đất được chiếm giữ bởi rễ cây trồng (trong lớp đất mặt 20cm)

Cây trồng Thể tích rễ (%) Cây trồng Thể tích rễ (%)

(theo S Barber, Soil Nutrient Bioavailability, 1984)

Như vậy, thể tích rễ tiếp xúc với bề mặt các hạt keo đất tương đối nhỏ, nhưng vẩn là 1 nguồn quan trọng trong cơ chế hấp thu dinh dưỡng của rễ, rất có ý nghĩa đối với:

- Các chất dinh dưỡng trong đất có hàm lượng cao (như Ca, Mg),

đầu rễ

nấm vùng rễ mycorrhizae

- Các chất dinh dưỡng có nhu cầu thấp đối với cây trồng (như Zn, Mn, và các nguyên

tố vi lượng khác)

1.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến sự tiếp xúc trực tiếp của rễ Bất cứ yếu tố nào hạn chế

sự sinh trưởng của rễ, như ẩm độ đất, đất bị nén chặt, pH đất thấp, độ thóang kém, bệnh, côn trùng, tuyến trùng hại rễ, nhiệt độ đất quá cao hay quá thấp đều ảnh hưởng đến khả năng phát triển của rễ nên ảnh hưởng đến thể tích tiếp xúc của rễ với đất

Sự sinh trưởng của rễ đều cần thiết cho tất cả 3 cơ chế cung cấp dinh dưỡng, nhưng cực kỳ quan trọng đối với cơ chế tiếp xúc trực tiếp của rễ

Trong cơ chế tiếp xúc trực tiếp của rễ, vai trò của nấm vùng rễ (mycorrhizae) có ý nghĩa cực kỳ quan trọng Có 2 nhóm nấm rễ chính là ectomycorrhizas và

endomycorrhizas Trong đó nhóm endo- phổ biến hơn nhóm ecto- Vùng rễ của các cây trồng nông nghiệp đều có nấm rễ Vesicula arbuscular mycorrhizae (VAM)

Bảng 3.2.3 Anh hưởng của việc chũng nấm Endomycorrhizae và bón phân P đến sự hấp thu dinh dưỡng của cây bắp

Chất dinh dưỡng Tổng hàm lượng trong thân bắp (mg)

Không chũng mycorrhizae

chũng mycorrhizae

Không chũng mycorrhizae

chũng mycorrhizae

2 Dòng chảy khối lượng

Khi lá cây thoát hơi, tạo dòng chảy liên tục của nước từ đất vào rễ và lên lá, các chất dinh dưỡng hòa tan trong nước theo dòng chảy này đến rễ

2.1 Các chất dinh dưỡng hòa tan được mang theo nước đến rễ

2.2 Động lực của dòng chảy bao gồm thóat hơi nước (yếu tố chính), bốc hơi bề mặt, thấm lậu…

2.3 Hàm lượng các chất dinh dưỡng được cung cấp bởi dòng chảy khối lượng tỉ lệ với:

- nồng độ chất dinh dưỡng trong dung dịch

Với cơ chế này, có thể cung cấp đầy đủ theo nhu cầu của cây đối với các chất dinh dưỡng “di động/hòa tan” như NO3-, SO42-, Cl-, và H3BO3 Nhưng thường cung cấp các chất dinh dưỡng vượt nhu cầu của cây, như Ca,Mg Có thể cung cấp số lượng thỏa mãn nhu cầu của cây như Cu, Mn, và Mo và 1 phần theo nhu cầu như Fe và Zn

Hình 3.2.2 Chất dinh dưỡng hòa tan theo dòng chảy khối lượng đến rễ

2.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến dòng chảy khối lượng như độ ẩm đất, khi đất khô chất dinh dưỡng không thể di chuyển; nhiệt độ thấp làm giảm bốc-thóat hơi nước;

kích thước của hệ thống rễ ảnh hưởng đến lượng nước hấp thu (vì thế ảnh hưởng đến

sự di chuyển của nước)

Cả 2 yếu tố: hàm lượng nước và thể tích đất đều ảnh hưởng đến dòng chảy khối lượng Mật độ rễ đối với dòng chảy khối lượng không quan trọng so với tiếp xúc trực tiếp và khuếch tán

Hình 3.2.3 Các chất dinh dưỡng di chuyển đến rễ theo cơ chế khuếch tán

3.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến khuếch tán Tốc độ khuếch tán của ion được xác định

dựa vào định luật Fick, dC/dt = De * A * dC/dX, trong đó:

dC/dt = tốc độ khuếch tán (thay đổi nồng độ theo thời gian)

De = hệ số khuếch tán hữu hiệu

A = phạm vi khuếch tán

dC/dX = biên độ nồng độ (thay đổi nồng độ theo khoảng cách)

Như vậy, tốc độ khuếch tán tỉ lệ thuận với biên độ nồng độ, hệ số khuếch tán, và phạm

vi khuếch tán

- Hệ số khuếch tán hữu hiệu, De = Dw * q * (1/T) * (1/b), với

Dw = hệ số khuếch tán trong nước

q = ẩm độ thể tích

T = yếu tố khúc khủy

b = khả năng đệm của đất

- hệ số khuếch tán trong nước (Dw), phụ thuộc vào yếu tố nhiệt độ, càng lạnh tốc độ

khuếch tán càng chậm; ẩm độ đất thấp khuếch tán càng chậm, do ẩm độ thấp nên phạm

vi khuếch tán nhỏ

- độ khúc khủy, đường di chuyển của nước ngoằn ngòeo, ion chỉ di chuyển xung quanh hạt đất, thông qua các màng mỏng hấp phụ trên bề mặt hạt đất, nên chịu ảnh hưởng bởi sa cấu và ẩm độ đất Đất nhiều sét, đường đi càng dài, màng nước càng mỏng đường càng dài

- khả năng đệm của đất Các chất dinh dưỡng có thể được giữ lại do hấp phụ khi di

3.3 Khả năng khuếch tán của các chất dinh dưỡng trong thời gian cây trồng sinh trưởng Các chất dinh dưỡng thường khuếch tán trong 1 khoảng cách rất ngắn Ví dụ khoảng cách khuếch tán của K: 0.2 cm, P: 0.02 cm Vì vậy kích thước và mật độ rễ là yếu tố rất quan trọng trong việc hấp thu dinh dưỡng bởi khuếch tán, và có ý nghĩa lớn trong phương pháp bón phân

4 Sự di chuyển của các chất dinh dưỡng

Sự di chuyển của các chất dinh dưỡng có ảnh hưởng đến việc khuyến cáo bón phân và quản lý môi trường

Bảng 3.2.4 Tỉ lệ tương đối các ion di chuyển đến rễ theo các cơ chế khác nhau

Sự di chuyển phụ thuộc vào lực tương tác giữa các chất dinh dưỡng trong đất

Các chất dinh dưỡng được cung cấp chủ yếu do dòng chảy khối lượng là các chất dinh dưỡng di chuyển mạnh, như N, S, Cl, B Sự sinh trưởng của cây không phụ thuộc vào nồng độ chất dinh dưỡng tại bề mặt rễ

Đối với các chất dinh dưỡng được cung cấp do khuếch tán là các chất dinh dưỡng rất ít

di chuyển trong đất, như P, K Sự sinh trưởng của cây trồng thường tỉ lệ thuận với nồng độ các chất dinh dưỡng gần bề mặt rễ

Khi nồng độ các chất dinh dưỡng đủ thường cho năng suất cây trồng cao

Không thay đổi giữa các điều kiện sinh trưởng

Trong những điều kiện sinh trưởng thích hợp, rễ sinh trưởng càng mạnh, lượng chất dinh dưỡng được hấp thu càng tăng

Năng suất tỉ lệ thuận với tổng lượng chất dinh dưỡng hiện diện trong vùng rễ

Mức độ dinh dưỡng đủ phụ thuộc vào các điều kiện sinh trưởng và tiềm năng năng suất

Mật độ rễ có ảnh hưởng giới hạn đối với hấp thu dinh dưỡng

Phân tích đất cần phải chẩn đoán tình trạng dinh dưỡng trong vùng rễ

Khuyến cáo bón phân dựa vào tiềm năng năng suất

Tóm lại, tùy tính chất của các chất dinh dưỡng trong đất, tỉ lệ các chất dinh dưỡng di chuyển đến rễ theo 3 cơ chế trên có sự khác biệt đáng kể

II.Sinh trưởng và hấp thu dinh dưỡng của rễ

1 Sinh trưởng của rễ Hệ thống rễ sinh trưởng mạnh, khỏe, phân bố rộng, sâu trong

đất, các chất dinh dưỡng rễ được hấp thu từ một thể tích đất lớn, nên hấp thu dinh dưỡng nhiều hơn

Các đặc điểm quan trọng của rễ là: chiều dài rễ, phát triển sâu và rộng, rễ con, lông hút

Diện tích bề mặt rễ là yếu tố chính trong hấp thu dinh dưỡng, chú ý diện tích bề mặt rễ

có khả năng hấp thu Rễ nhỏ, mịn có diện tích riêng bề mặt lớn hơn rễ có kích thước

to

Ngoài ra, lông hút, nấm vùng rễ (Mycorrhizae) gia tăng diện tích bề mặt rễ

-Lông hút Phát triển ngay sau chóp rễ, có thể tăng diện tích bề mặt rễ 2-10 lần

Chiều dài 0.1-1.5 mm, tùy thuộc vào giống và môi trường Trong đất có P thấp, lông hút thường dài, lông hút tồn tại từ vài ngày đến vài tuần, nên sự phát triển liên tục của

rễ mới là yếu tố rất quan trọng trong hấp thu dinh dưỡng

-Mycorrhizae Có vai trò như là sự kéo dài thêm của hệ tho61g rễ

"rễ nấm" Myco = nấm, rhizae = rễ, cộng sinh giữa nấm trong đất và rễ cây trồng Nấm nhận các sản phẩm quang hợp (thức ăn) từ cây trồng, và cây trồng nhận nước và dinh dưỡng từ nấm

Nấm có thể phát triển rộng 5-10cm từ bề mặt rễ, nên làm tăng diện tích bề mặt rễ lên

10 lần Đặc biệt quan trọng trong hấp thu P, khi trong đất có hàm lượng P thấp Cũng có thể tăng hấp thu Zn và Cu

Kỹ thuật làm đất sẽ phá hủy hệ rễ nấm, và khi hàm lượng chất dinh dưỡng trong đất cao cũng làm giảm sự phát triển của rễ nấm

2 Hấp thu ion của rễ cây trồng

Phần lớn các chất dinh dưỡng được hấp thu bởi rễ cây có dạng vô cơ Sau khi di

chuyển đến bề mặt rễ, các ion dinh dưỡng được vận chuyển đến lá cây theo các bước:

rễ hấp thu thụ động, rễ hấp thu chủ động, và chuyển vị

2.1 Cấu trúc của rễ Các ion phải di chuyển thông qua một số tầng của mô vỏ rễ

2.2.1 Thụ động các ion di chuyển do khuếch tán và trao đổi ion từ biểu bì, thông qua

vỏ ngoài vào vỏ trong qua các khoảng trống giữa các tế bào vỏ, ngoại bào – bên trong

và giữa vách tế bào CEC của rễ nằm trên vách tế bào

2.2.2 Chủ động ion phải di chuyển qua màng tế bào vào dịch tế bào-

Nội bào – liên kết tế bào chất giữa các tế bào Vận chuyển chủ động xuyên qua màng

tế bào

2.3 Hấp thu ion dinh dưỡng chọn lọc Hay hấp thu ion chủ động

Yêu cầu năng lượng để di chuyển chất dinh dưỡng xuyên qua màng tế bào

Nồng độ các chất dinh dưỡng bên trong tế bào cao hơn bên ngoài, cần năng lượng để vượt qua biên độ điện hóa, năng lượng được cung cấp từ trao đồi chất trong tế bào thông qua hình thành chất mang

Chất mang ion Ion vận chuyển xuyên qua màng tế bào nhờ các chất mang ion

Chất mang nằm bên trong màng tế bào.Liên kết với ion bên ngoài, mang qua màng tế bào, vào trong sẽ giải phóng vào tế bào chất Chất mang có tính chọn lọc, hay có tính chuyên biệt cao

Cây chủ động chọn ion nào cần mang vào bên trong

2.4 Hấp thu trao đổi Rễ cây hấp thu dinh dưỡng chủ động theo cơ chế trao đổi ion

Để duy trì điện tích trong tế bào rễ, nên rễ phải giải phóng H+ và OH- Khi hấp thu cation: giải phóng H+, khi hấp thu anion: giải phóng OH-

Phần lớn cây trồng hấp thu cation nhiều hơn anion nên pH vùng rễ thường giảm Rhizosphere (rhizo = rễ), vùng đất sát cạnh rễ cây trồng (~1-4 mm) Nơi chủ yếu xảy

ra các hoạt động của vi sinh vật do rễ tiết các chất hữu cơ cung cấp cho vi sinh vật

Cả 2 yếu tố pH vùng rễ và hoạt động của vi sinh vật đều ảnh hưởng đến khả năng hữu dụng của các chất dinh dưỡng, ví dụ khả năng hòa tan vào hình thành chelate

3 Vùng rễ và khả năng hữu dụng của các chất dinh dưỡng

pH thấp và acid hữu cơ có thể làm tăng khả năng hòa tan các chất dinh dưỡng, rễ và vi sinh vật vùng rễ đều có khả năng hình thành chelate Rễ và hoạt động của vi sinh vật cũng có thể làm tăng khả năng hòa tan dinh dưỡng do giảm điện thế oxi hóa khử Cả 2

pH vùng rễ và hoạt động của vi sinh vật đều làm tăng khả năng hòa tan các chất dinh dưỡng

4 Hấp thu chủ động và khả năng cây trồng tích lũy các chất dinh dưỡng tối cần thiết Cây trồng có khả năng tích lũy các chất dinh dưỡng khác nhau trên đất có nồng

độ chất dinh dưỡng thấp, do khác nhau trong khả năng hấp thu, chuyển vị, sinh trưởng của rễ, trao đổi chất của rễ, môi trường vùng rễ, và các yếu tố khác

Tóm lạ, rễ cây thường không nhìn thấy, không chú ý, trong đất và khó nghiên cứu, không đơn thuần hấp thu dinh dưỡng thụ động vận chuyển chủ động và hấp thu chọn lọc Cần cải thiện môi trường đất xung quanh rễ để tăng khả năng hấp thu dinh dưỡng

Độ phì nhiêu của đất sẽ không phức tạp nếu không có rễ hấp thu

Tóm tắt

1 Sự di chuyển của các ion dinh dưỡng đến bề mặt hấp thu của rễ theo 3 cơ chế chính: (a) trao đổi tiếp xúc, sự trao đổi này được tăng cường bởi sự phát triển của bộ rễ xuyên suốt phẩu diện đất và vai trò quan trọng của nấm rễ

endomycorrhizae, (b) sự khuếch tán các ion trong dung dịch đất-các ion chỉ di chuyển từ nơi có nồng độ cao đến nơi có nồng độ thấp, và (c) dòng chảy khối lượng của nước từ đất vào cây, lên lá, thoát hơi nước là động lực chính tạo ra dòng chảy khối lượng của nước trong đất

2 Dòng chảy khối lượng cung cấp 1lượng lớn Ca, Mg, 1 phần lớn N và S cho nhu cầu của cây trồng Nhưng phần lớn P và K được cung cấp do cơ chế khuếch tán Dòng chảy và khuếch tán chịu ảnh hưởng vởi các yếu tố: sa cấu, ẩm độ, nhiệt

độ đất Nồng độ các ion trong dung dịch đất có ảnh hưởng quan trọng đến sự di chuyển các ion đến rễ

3 Bón phân có thể cải thiện được sự vận chuyển các ion bằng dòng chảy khối lượng và khuếch tán do nồng độ các ion trong dung dịch và chênh lệch nồng độ ion tăng

4 Rễ cây hấp thu ion theo 2 bước: thụ động và chủ động Hấp thu chủ động có tính chọn lọc, thực hiện do chất mang mang các ion xuyên qua màng tế bào, là bước hấp thu tốn năng lượng (sản xuất chất mang) Hấp thu thụ động được kiểm soát bởi hấp thu trao đổi và khuếch tán

Chương 4 CẢI TẠO pH ĐẤT-NÂNG CAO HIỆU QUẢ SỬ DỤNG PHÂN BÓN

Bài 1 CẢI TẠO ĐẤT CHUA

Mục tiêu

- Hiểu tầm quan trọng của độ chua, pH đất ảnh hưởng đến các tính chất khác của đất

- Có khả năng mô tả đất là 1 hệ thống đệm pH dung dịch đất

- Hiểu các ảnh hưởng của độ chua đất đến sinh trưởng của cây trồng và khả năng hữu dụng các chất dinh dưỡng

- Hiểu các nguyên tắc và phương pháp quản lý độ chua đất

I Phản ứng (pH) của đất

1 Tầm quan trọng của pH đất Tại sao pH đất có tầm quan trọng trong đất nông

nghiệp? pH là tính chất của đất rất dễ thay đổi, là yếu tố kiểm sóat hóa học và các phản ứng trong dung dịch đất Ngòai pH, điện thế oxi hóa khử (redox) cũng là 1 tính chất dễ thay đổi khác của đất

Hóa học đất thực chất là hóa học của dung dịch đất, hóa học của bề mặt keo đất chỉ xảy ra khi tiếp xúc với dung dịch đất

Tại sao pH đất là quan trọng? Do pH ảnh hưởng đến tất cả các tính chất của đất, bao gồm các tính chất vật lý, hóa học và sinh học, ảnh hưởng đến CEC, khả năng hòa tan các khóang, dạng hóa học của các nguyên tố, khả năng hữu dụng của các chất dinh dưỡng, họat động của vi sinh vật, sinh trưởng của rễ, phân giải chất hữu cơ

2 pH là gì? Là nồng độ tương đối của H+ và OH- trong dung dịch, hay mức độ chua hay kiềm của dung dịch đất pH được diễn tả bằng Logarith âm của họat độ ion H+Trong đất, do nồng độ các ion thường rất thấp nên họat độ ion tương đương với nồng

độ ion

pH của nước nguyên chất: H2O → H+ + OH-

Do H+ và OH- phải luôn cân bằng, vì vậy nên nước có cả hai tính chất: acid yếu và kiềm yếu Nồng độ cân bằng của H+ và OH- là 0.0000001 mol/L Trên thang logarith, nồng độ của chúng là 10-7 mol/L

Tóm lại, logarith âm của nồng độ (pH) được sử dụng như là đơn vị để đo độ chua của dung dịch pH = 7 đối với nước nguyên chất, nước có cả 2 tính chất: acid yếu và base yếu

3 Thang pH 1 dung dịch có pH =7 được xem là trung tính, pH = 7 và pOH = 7

Do là thang logarith, nên khi thay đổi 1 đơn vị pH thì nồng độ thay đổi 10 lần, nên dung dịch có pH 6, chua hơn 10 lần so với pH 7, và dung dịch có pH 5, chua hơn 100 lần so với pH 7

4 pH đất và sinh trưởng của cây trồng

Phần lớn đất có pH từ 2 đến 10, nhưng biên độ pH trong đất nông nghiệp hẹp hơn nhiều, khỏang 4-9

Độc tố Al là yếu tố hạn chế sinh trưởng của cây trồng trên đất chua Khi pH đất <5.5,

Al hòa tan cao sẽ ức chế sinh trưởng của rễ, làm rễ ngắn, dày…hạn chế hấp thu dinh dưỡng Ngòai Al, H+ có thể trực tiếp gây độc cho rễ, nhưng thường nồng độ H+không

đủ cao cho đến khi pH <4, và các độc chất Al, Mn, Fe, ảnh hưởng cho cây trồng trước

đó Ngòai ảnh hưởng bởi pH thấp, sự sinh trưởng của cây trồng cũng bị ảnh hưởng của

pH cao, thường khi pH cao, sự gây độc bởi Na và Cl, tăng độ mặn và làm giảm khả năng hút nước của cây, làm cây thiếu dinh dưỡng

5 Khả năng thích ứng với pH khác nhau trên từng lọai cây trồng

Phần lớn các lọai cây trồng sinh trưởng tốt trên đất có pH 6 - 7

Các cây họ đậu sinh trưởng tốt trên đất trung tính

Có lọai cây thích ứng với pH 5.5 – 7, nhiều lọai cây rừng sinh trưởng tốt trên đất có

pH 5 -6, thông, dương, chịu được điều kiện chua, có cây chống chịu được điều kiện Al cao như

trà, thanh trà có thể sinh trưởng tốt trên đất chua (pH <5)

6 pH đất và khả năng hữu dụng của các chất dinh dưỡng

Các nguyên tố dinh dưỡng đa lượng, trung lượng thường kém hữu dụng khi pH đất giảm Khả năng hữu dụng của N, P, K, Ca, Mg, S giảm khi pH <6, Mo cũng kém hữu dụng khi pH thấp Ngược lại P và B kém hữu dụng khi pH> 7

Các nguyên tố vi lượng thường tăng khả năng hữu dụng trong điều kiện chua như Fe,

Mn, Zn, Cu Do đó triệu chứng thiếu dinh dưỡng vi lượng có thể xảy ra khi pH cao (pH >7),

ví dụ, lá bạc do thiếu Fe, cây trồng cũng có thể bị ngộ độc cũng có thể xảy ra khi pH thấp (pH <5.5), do khả năng hòa tan các nguyên tố vi lượng cao, như ngộ độc do Mn

7 pH đất tối hảo cho sinh trưởng của cây trồng

Thường không có 1 giá trị pH tối hảo cho tất cả các lọai cây trồng, tất cả các chất dinh dưỡng Trong khỏang pH mà khả năng hữu dụng của tất cả các chất dinh dưỡng là tốt nhất được xem là khỏang pH tối hảo

Do P là nguyên tố dinh dưỡng có khả năng hữu dụng giãm khi pH qua thấp hoặc quá cao nên thường chọn khỏang pH mà khả năng hữu dụng của P là tốt nhất, pH 5.5 hay 6

- 7

Khỏang pH tối hảo phụ thuộc và lọai cây trồng, hệ thống luân canh, và các điều kiện khác, ví dụ cây họ đậu, pH trung tính (7), khoai tây trồng trên đất có pH< 5.3 hạn chế bệnh ghẽ trên củ, cải bông và các cây họ thập thự khác trồng trên đất có pH >7 hạn chế nảy mầm của các bào tử nấm

8 pH và sinh vật đất

Sự sinh trưởng của nhiều lọai vi khuẩn và xạ khuẩn bị ức chế khi pH < 6, nấm sinh trưởng tốt trên khỏang pH rất rộng Vì vậy nấm là lọai chiếm ưu thế trong điều kiện đất chua Ít có sự cạnh tranh giữa vi khuẩn và xạ khuẩn

Giun đất họat động tốt khi pH >6.5, nitrate hóa bị kiềm hãm nghiêm trọng khi pH

<5.5,

nitrate hóa là tiến trìnhbiến đổi NH4+ thành NO3- Cố định N sinh học bị hạn chế khi

pH <6 Sự phân giải các dư thừa thực vật và chất hữu cơ có thể bị chậm trong điều kiện đất chua (pH <5.5)

II Hóa học đất chua

Ion Hydrogen luôn được thủy hợp, nên pH thực sự được đo là họat độ của H3O+ hơn là

1 Nguồn gốc độ chua của đất

H và Al là nguồn gốc chính của đất chua Độ chua được đo bằng nồng độ H+, nhưng họat độ Al3+ có nguồn gốc chính từ H+

1.1 Nguồn gốc hình thành Hydrogen Trong đất ion H có thể hình thành từ các hợp

chất sau:

-Chất hữu cơ trong đất, từ các nhóm Carboxylic acid và phenolic trong hợp chất hữu

cơ, các nhóm này họat động như 1 acid yếu, và giải phóng H+ Ví dụ R- COOH → R- COO - + H+ Tương tự các phản ứng chúng ta đã thảo luận trong phần CEC Điện tích hình thành trên bề mặt chất hữu cơ là điện tích phụ thuộc pH Tầm quan trọng phụ thuộc vào hàm lượng chất hữu cơ trong đất

-Các khóang sét và khóang oxide H+ phân ly từ các cạnh vỡ của khóang sét và bề mặt oxide Al và Fe Ví dụ Cạnh vỡ sét- Al, Si - O H H+ → cạnh vỡ sét- Al, Si - O H+ H+

→ cạnh vỡ sét- Al, Si - O - + H+

H+ là 1 cation có thể trao đổi với Ca2+ hay các cation khác, nên có thể làm tăng độ chua trong dung dịch Nhưng H+ trao đổi thường thấp trong đất, do đó độ chua trao đổi phần lớn liên quan đến Al trong đất

1.2 Aluminum và độ chua của đất Al3+ hấp phụ được trao đổi và giải phóng ra dung dịch, trong dung dịch được thủy phân hình thành H+

Al không còn phản ứng thủy phân nữa

Các ion Al hydroxy được hấp phụ và phản ứng như các cation trao đổi, ví dụ AlOH2+

và Al(OH)2+

Rất ít khi Al3+ hiện diện khi pH> 5 Ngòai ra Al cũng có thể hình thành các phức Al hydroxy không trao đổi Các phức Al có điện tích dương cao, hấp phụ rất chặt như Al(OH)3 không tan (gibbsite) Rất ít Al hòa tan ở pH >7

1.3 Các nguồn gốc khác hình thành độ chua của đất

- Thủy phân Fe, ví dụ Fe3+ + H2O → FeOH2+ + H+

- Phân bón hóa học, như phân NH4-N khi bón vào đất sẽ hình thành H+ trong quá trình biến đổi (nitrate hóa) NH4+ thành NO3- Bao gồm cả phân N khi bón vào đất sẽ hình thành ammonium, như Urea Theo lý thuyết, cần 1.8 kg CaCO3 để trung hòa độ chua

do 1kg phân NH4-N gây ra Ngòai ra phân P cũng có thể gây chua cục bộ xung quanh vùng bón phân

1.4 Cây hấp thu và sự rữa trôi các cation base Khi cây hấp thu hay bị rửa trôi, các

cation base như Ca, Mg, K, Na được thay thế bởi H và Al để cần bằng điện tích

1.5 Sự phân giải các dư thừa hữu cơ Quá trình phân giải chất hữu cơ sẽ hình thành

các acid hữu cơ

1.6 Hô hấp của sinh vật giải phóng CO 2

1.7 Mưa Nước mưa khi cân bằng với áp súất không khí có pH= 5.7, do CO2 trong khí quyển, H2O + CO2 → H2CO3 ; H2CO3 → HCO3-+ H+

1.8 Mưa acid Khi nước mưa có pH ≤5 được gọi là mưa acid, do bầu khí quyển bị ộ nhiễm các khí NO, SO2, CO…

1.8 Đất phèn Nguồn gốc hình thành đất phèn do khoáng pyrite (FeS2) có trong xác

bã hữu cơ của thực vật rừng ngập mặn, khi bị oxi hóa sẽ giải phóng 1 lượng lớn

sulfuric acid là cho đất cực kỳ chua, và các khoáng sét bị phá hủy, giải phóng Al hòa tan vào dung dịch đất

FeS2 +7/2O2 + H2O → FeSO4 + H2SO4

Phá hủy các khoáng sét silicate và giải phóng Al trong mạng lưới tinh thể và hình thành muối hòa tan Al2 (SO4)3

III Nguồn gốc độ kiềm của đất

1 Các cation kiềm như Ca2+, Mg2+, K+, Na+

Ví dụ bề mặt sét/OM - Ca2+ + H2O → bề mặt sét/OM - 2H+ + Ca2+ + 2OH-

2 Carbonates và bicarbonates, tích l ũy trong vùng khô hạn

Ví dụ NaHCO3 + H2O → Na+ + H2CO3 + OH-

IV Đất là 1 hệ thống đệm pH

- Đất là 1 hệ thống đệm, chống lại sự thay đổi pH, do các thành phần của đất phản ứng

để thiết lập lại trạng thái cân bằng

- Các cơ chế đệm pH Các phản ứng đã thảo luận trong phần đất chua và đất kiềm

- Các thành phần chính của tính đệm pH, tính đệm của đất thực hiện do các phản ứng của Al và hydroxy Al, trao đổi Cation, sự phân ly thuận nghịch của H+ từ các vị trí trao đổi phụ thuộc pH (chất hữu cơ, cạnh khóang sét, bề mặt khóang oxide), và các phản ứng của carbonates và bicarbonates

Đệm pH bởi các hợp chất Al Al là nguyên tố hóa học lưỡng tính, vừa mang tính acid, vừa mang tính base

Khi là 1 base, các hợp chất Al sẽ trung hòa H+

V Các lọai độ chua của đất

Do có tính đệm pH của đất, nên độ chua của đất gồm có 2 lọai, độ chua họat động và

độ chua tiềm tàng

1 Độ chua hoạt động là nồng độ H+ trong dung dịch đất, là nồng độ ta đo pH Độ chua họat động là 1 phần rất nhỏ của tổng độ chua của đất

2 Độ chua tiềm tàng là tổng độ chua của đất, bao gồm độ chua họat động và độ chua

được hấp phụ trên các thành phần rắn của đất Độ chua tiềm tàng chứa đựng khả năng đệm của đất, còn được gọi là độ chua “dự trử”, độ chua quan trọng trong quản lý pH đất,

nhu cầu bón vôi phụ thuộc vào khả năng đệm pH của đất

Trong độ chua tiềm tàng, 1 phần có thể trao đổi với các cation khác như K+, được gọi

là độ chua trao đổi:

Keo đất-H+ + K+ Cl- ↔ keo đất-K+ + H+ Cl

-VI Xác định nhu cầu vôi

Nhu cầu vôi là lượng vôi cần thiết bón vào đất để nâng pH đất lên 1 giá trị thích hợp cho sinh trưởng của 1 loại cây trồng nhất định Hiện có nhiều phương pháp xác định nhu cầu bón vôi như phương pháp dựa vào độ bảo hòa base, phương pháp ủ vôi…

sau đây để nâng BS lên 90% cho 1 ha đất với độ sâu 20cm, đất cĩ dung trọng

1,2g/cm3 Đất cĩ CEC = 17meq/100g và BS = 32%, và 1 meq Ca trung hịa 1 meq

2 Phương pháp ủ vơi- Peech; Vetch

• 2.1 Tiến hành Cho nhiều lượng vơi khác nhau (tăng dần): vd: 0, 1, 5, 10, 20,

30, 50mg CaCO3/10g đất Phun nước cho ẩm đều (tỉ lệ đất: nước=1:1) ủ trong

14 ngày và đo pH

VII pH đất và sản xuất cây trồng Mặc dù pH đất 6,5-7 được xem là tối hảo cho

sinh trưởng của cây trồng, nhưng thực tế chỉ cần bĩn vơi để nâng pH lên khoảng 6 và làm giảm Al3+ trao đổi <1% CEC Đối với đất già cổi (Ultisol và Oxisol) nếu bĩn vơi nâng pH đến 7 cĩ thể làm giảm sinh trưởng của cây, do làm giảm tính thấm của đất, hạn chế hấp thu của nhiều chất dinh dưỡng như P và các nguyên tố vi lượng

Biểu đồ tương quan giữa lượng vôi

và pH đất sau 14 ngày ủ

5 5.5

6 6.5

7 7.5

8 8.5

VIII Các vật liệu chứa vôi sử dụng trong nông nghiệp

1.Vôi là các vật liệu có khả năng trung hòa độ chua của đất, bao gồm Calcium Oxide

(CaO), còn gọi là vôi bột, vôi nung, vôi sống, vôi phản ứng nhanh; Calcium Hydroxide (Ca(OH)2 hay vôi tôi, vôi chết; Calcium Carbonate (CaCO3) đá vôi nghiền;

Calcium/Magnesium Carbonate (Ca,MgCO3) đá dolomite nghiền

2.Khả năng trung hòa của vôi Để trung hòa 1 đương lượng acid, cần 1 đương lượng

vôi, khả năng trung hòa hóa học của các loại vôi là đương lượng OH- được hình thành

2-CaSO4 không phải là vôi

3.Phản ứng trung hòa của

+ 2OH-

Trao đổi

Trung hòa Đất

4 Chất lượng vôi Đánh giá chất lượng vôi dựa vào khả năng trung hòa của loại vôi

MgCO3 = 84 g/mole hay 42 g/ eq

CaCO3 = 100 g/mole hay 50 g/ eq

đá vôi nghiền thương mại 90

5 Độ mịn của vôi Độ mịn quyết định tốc độ phản ứng của vôi, đá vôi nghiền càng

mịn, phản ứng càng nhanh Không thể tăng khả năng trung hòa của vôi bằng độ mịn, nhưng vôi nghiền càng mịn càng tốt, do phản ứng nhanh, nhưng trong thực tế không thể nghiền quá mịn

6 Lợi ích của bón vôi trên đất chua

6.1 Lợi ích trực tiếp

-Giảm tính độc của Al, Mn…, Al3+ chỉ hiện diện khi pH<5,5.,

6.2 Lợi ích gián tiếp

- Tăng khả năng hữu dụng của P

- Tăng khả năng hữu dụng và giảm khả năng gây độc của nhiều nguyên tố vi lượng

- Tăng tiến trình nitrate hóa,

- Tăng khả năng cố định N sinh học,

- Cải thiện tính chất vật lý của đất,

- Hạn chế 1 số tác nhân gây bệnh cho cây (nấm)