Ứng dụng mô hình GLEAMS nghiên cứu cân bằng lân cho hệ thống thâm canh rau trên đất phù sa sông hồng

Ứng dụng mô hình GLEAMS nghiên cứu cân bằng lân cho hệ thống thâm canh rau trên đất phù sa sông hồng

bộ giáo dục và đào tạo trường đạI học nông nghiệp I

Vũ Đình Tuấn

Ứng dụng mụ hỡnh GLEAMS nghiờn cứu

cõn bằng lõn cho hệ thống thõm canh rau

trờn ủất phự sa sụng Hồng

luận văn thạc sĩ nông nghiệp

Chuyờn ngành: khoa học đất

Mó số: 60.62.15 Người hướng dẫn khoa học: ts Phạm quang hà

Hà Nội - 2006

Lời cam ựoan

Tôi xin cam ựoan số liệu, kết quả trong luận văn là trung thực Các thông tin cũng như các số liệu thu thập khác trong luận văn ựều ựược trắch dẫn ựầy ựủ đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, không trùng lặp với các công trình nghiên cứu của các tác giả khác

Tác giả

Vũ đình Tuấn

Lời cảm ơn

Trước hết, tôi xin cảm ơn các thầy, cô giáo trường đại học Nông nghiệp I Hà Nội ựã truyền ựạt những kiến thức bổ ắch, quắ giá trong thời gian học 2004-2006 tại trường

Tôi xin chân thành cảm ơn TS Phạm Quang Hà (Trưởng bộ môn Nghiên cứu Môi trường ựất - Viện Thổ nhưỡng Nông hoá) ựã tận tình hướng dẫn giúp ựỡ tôi suốt quá trình thực hiện luận văn này

Tôi xin chân thành cảm ơn lãnh ựạo Viện Thổ nhưỡng Nông hoá, lãnh ựạo

và các ựồng nghiệp trong bộ môn Nghiên cứu Môi trường ựất ựã tạo mọi ựiều kiện, ựộng viên, giúp ựỡ ựể tôi hoàn thành luận văn này

Có ựược luận văn này nhờ vào ựề tài RURBIFARM ựược tài trợ bởi EU, với công sức ựóng góp của các nhà khoa học tham gia ựề tài từ nhiều nước Anh, Thuỵ điển, Indonesia, Thái Lan và Việt Nam, tôi xin chân thành cảm ơn sự tài trợ và giúp

ựỡ ựó, ựặc biệt GS Ingrid Oborn, TS Martin Larsson, TS Karin Blomback, người

ựã trực tiếp giúp ựỡ, hướng dẫn tôi trong quá trình chạy mô hình GLEAMS ựể hoàn thành luận văn này

Tôi xin chân thành cảm ơn người thân, bạn bè và gia ựình ựã ựộng viên, giúp

ựỡ tôi hoàn thành luận văn này

Vũ đình Tuấn

MỤC LỤC

1 MỞ ðẦU i

1.1 ðặt vấn ñề, tính cấp thiết của ñề tài 1

1.2 Mục ñích của luận văn 2

1.3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của ñề tài 2

1.4 Phạm vi nghiên cứu 3

2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 4

2.1 Vai trò cây rau và sản xuất rau ở vùng ngoại thành Hà Nội 4

2.2 Lân trong ñất và khả năng cung cấp lân của ñất cho cây trồng 6

2.2.1 Tổng quan về nguyên tố lân 6

2.2.2 Lân trong ñất Việt Nam 8

2.3 Lân và sử dụng phân lân bón cho cây ở Việt Nam 13

2.3.1 Chu trình lân 13

2.3.2 Sản xuất và sử dụng phân lân ở Việt Nam 14

2.3.3 Nhu cầu lân của cây trồng 19

2.3.4 Cân bằng lân và việc sử dụng hiệu quả phân lân cho hệ thống cây trồng 22 2.4 Lân sử dụng trong nông nghiệp ñối với vấn ñề phú dưỡng lân 23

2.5 Các mô hình hoá ứng dụng nghiên cứu chu chuyển dòng vật chất trong nông nghiệp 27

2.5.1 Mô hình NUTMON 27

2.5.2 Mô hình AMINO, DAYCENT, MACRO 28

2.6 Mô hình GLEAMS 31

2.6.1 Cấu trúc của mô hình GLEAMS 31

2.6.2 Quá trình chu chuyển của N trong hệ thống 33

2.6.3 Quá trình chu chuyển của P trong hệ thống 35

2.6.4 Một số ứng dụng mô hình GLEAMS trên thế giới 41

3 ðỐI TƯỢNG, ðỊA ðIỂM, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 44

3.1 ðối tượng nghiên cứu 44

3.2 ðịa ñiểm nghiên cứu 45

3.3 Nội dung 45

3.4 Phương pháp 45

3.4.1 Theo dõi, quan trắc trên thí nghiệm ô thửa tại nông hộ 45

3.4.2 Lấy mẫu và phân tích ñất, nước tưới, nước mưa, phân hữu cơ 46

3.4.3 Hiệu chỉnh mô hình GLEAMS và sử dụng tính chu chuyển lân, xây dựng kịch bản 46

4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 50

4.1 Các thông số ñầu vào của mô hình GLEAMS và hiệu chỉnh 50

4.1.1 Thông số khí hậu 50

4.1.2 Nhóm thông số về tính chất ñất 54

4.1.3 Cây trồng 56

4.1.4 Các thông số canh tác 59

4.1.5 Hiệu chỉnh mô hình theo kết quả phân tích ñộ ẩm, nitrat và lân dễ tiêu (Olsen) trong ñất tại ñiểm nghiên cứu 61

4.2 Cân bằng lân trong hệ thống cây trồng thâm canh rau nhiều vụ 68

4.3 Xây dựng các kịch bản (phương án) 71

5 KẾT LUẬN VÀ ðỀ NGHỊ 77

5.1 Kết luận 77

5.2 ðề nghị 77

TÀI LIỆU THAM KHẢO 80

PHỤ LỤC 87

Thuật ngữ viết tắt trong luận văn

Chữ viết tắt Nghĩa của từ viết tắt

ATP Adenosine Triphosphate

Bộ NN & PTNT Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn

BS độ no bazơ (Base saturation)

đTM đánh giá tác ựộng môi trường

EPA Tổ chức bảo vệ môi trường (Environmental Protection Agency) FAO Tổ chức nông lương của Liên hợp quốc (Food and Agriculture

Organization)

FC Sức chứa ẩm ựồng ruộng (Field capacity)

IFA Tổ chức phân bón thế giới (International Fertilization Agency)

NADP Nicotinamide Adenine Dinucleotide Phosphate

Danh sách các bảng

Bảng 2.1 Hàm lượng lân tổng số và dễ tiêu ở một số loại ñất Việt Nam 8

Bảng 2.2 Hàm lượng lân tổng số và dễ tiêu ở một số nhóm ñất chính của Việt Nam 9

Bảng 2.3 Hiệu lực phân lân ñối với lúa trên một số loại ñất 16

Bảng 2.4 Lượng phân bón hoá học sử dụng tại Việt Nam từ 1962-2003 (nghìn tấn) 18

Bảng 2.5 Nhu cầu dinh dưỡng N, P, K của một số cây trồng 20

Bảng 2.6 Nhu cầu dinh dưỡng P của một số cây rau 21

Bảng 2.7 Chỉ thị dinh dưỡng lân trong lá một số loại rau 22

Bảng 2.8 Các file của mô hình GLEAMS 32

Bảng 3.1 Cơ cấu cây trồng chuyên rau tại ñiểm nghiên cứu 44

Bảng 3.2 Chỉ tiêu và phương pháp phân tích ñất 47

Bảng 3.3 Chỉ tiêu và phương pháp phân tích nước tưới, nước mưa, phân bón và cây trồng 49

Bảng 4.1 Mưa và nước tưới tại thửa theo dõi 53

Bảng 4.2 Tính chất ñất và một vài thông số ban ñầu ñưa vào mô hình 56

Bảng 4.3 Một số ñặc tính cây trồng trong mô hình 57

Bảng 4.4 Hệ số của cây trồng trong mô hình (1) 58

Bảng 4.5 Hệ số của cây trồng trong mô hình (2) 58

Bảng 4.6 Năng suất, N-yield và P-yield giữa mô phỏng và thực tế của các cây trồng 59 Bảng 4.7 Ngày trồng, thu hoạch, ngày bón phân, lượng bón cho các cây trồng 60

Bảng 4.8 Phân bón ñã sử dụng cho các cây trồng (bao gồm cả vô cơ và hữu cơ) 61

Bảng 4.9 ðộ ẩm ñất tại ñiểm nghiên cứu (%) 63

Bảng 4.10 Kết quả phân tích ñạm dễ tiêu N-NO 3 64

Bảng 4.11 Kết quả phân tích lân dễ tiêu (Olsen) của ñất tại ñiểm nghiên cứu 65

Bảng 4.12 Giá trị trung bình hàm lượng nitrat và lân thấm sâu 68

Bảng 4.13 Cân bằng lân của hai năm theo dõi (kg P/ha) 69

Bảng 4.14 Phân hữu cơ bón vào ở các kịch bản 73

Bảng 4.15 ðạm và lân từ phân khoáng (NPK, urea, supe photphat ñơn) trong ba kịch bản 74

Bảng 4.16 Năng suất và lân hấp thu trong phần thu hoạch của các kịch bản 75

Danh sách các hình và ñồ thị

Hình 2.1 Chu trình lân 13

ðồ thị 2.2 Lượng phân lân hóa học tiêu thụ tại Việt Nam 1962-2003 (nghìn tấn) 19

Hình 2.3 Cấu trúc của mô hình NUTMON 28

Hình 2.5 Cấu trúc sơ lược của mô hình GLEAMS 31

Hình 2.6 Chu trình N trong ñất 33

Hình 2.7 Chu trình P trong ñất 35

ðồ thị 4.1 Nhiệt ñộ trung bình và ñiểm sương ñiểm nghiên cứu (trung bình 2003-2005) 51

ðồ thị 4.2 Tốc ñộ gió và năng lượng bức xạ mặt trời (trung bình 2004-2005) 52

ðồ thị 4.3 Diễn thế mưa tại ñiểm nghiên cứu (trạm khí tượng Liên Mạc, Hà Nội) 53

ðồ thị 4.4 Lượng nước tưới theo dõi ñược tại ñiểm nghiên cứu (2003-2005) 54

ðồ thị 4.5 So sánh diễn thế ñộ ẩm ñất mô phỏng và ño thực tế 64

ðồ thị 4.6 So sánh ñạm N-NO 3 trong ñất 0-40 cm, phân tích (chấm vuông), mô phỏng (ñường nối hoặc liền) 65

ðồ thị 4.7 So sánh lượng P-PO 4 trong ñất 0-40 cm giữa mô phỏng (ñường nối hoặc liền) với kết quả ño (chấm vuông) 66

ðồ thị 4.8 Diễn biến P-PO 4 trong ñất 0-40 cm toàn bộ thời gian mô phỏng (kg P/ha) 66 ðồ thị 4.9 Lượng nước thấm sâu và hàm lượng N-NO 3, P-PO 4 trong nước thấm sâu 67 ðồ thị 4.10 Lân từ các nguồn phân hóa học, phân hữu và nước tưới ñưa vào hệ thống 69

ðồ thị 4.11 Lân lấy ñi khỏi hệ thống do cây trồng hấp thu, thấm sâu và rửa trôi 70

ðồ thị 4.12 Lân ñóng góp từ các nguồn ñưa vào hệ thống trong hai năm tại ñiểm Phúc Lý 70

ðồ thị 4.13 Số phận lân ñưa vào hệ thống trong hai năm tại ñiểm Phúc Lý 71

1 MỞ ðẦU

1.1 ðặt vấn ñề, tính cấp thiết của ñề tài

Lân là một trong ba nguyên tố ña lượng có vai trò quan trọng trong quá trình quang hợp, hình thành và chuyển hoá năng lượng trong mọi hoạt ñộng trao ñổi chất của cây

Ở nước ta ñã có rất nhiều các kết quả nghiên cứu về vai trò của phospho ñối với cây trồng Tuy vậy những nghiên cứu một cách có hệ thống về chu trình phốt pho, và ảnh hưởng của nó ñối với môi trường ñất thì chưa có nhiều Mặt khác hầu hết các nghiên cứu tập trung cho cây lúa hoặc một số cây công nghiệp, rất ít nghiên cứu cho cây rau

Ngày nay, ở nhiều nơi thâm canh cao bón nhiều lân, ñã dẫn ñến dư thừa và

có thể gây ra ô nhiễm môi trường ñất, nước cũng như gây phú dưỡng, ñe doạ nhiều

hệ sinh thái, nhất là các thuỷ vực Chưa kể trong nhiều nguồn lân thường có kim loại nặng

Hơn nữa việc bón quá nhiều lân vượt qua yêu cầu dinh dưỡng của cây trồng còn gây lãng phí tiền ñầu tư của người nông dân, hiệu quả sử dụng lân thấp, kém bền vững

Ngoài các phân tích vật lý và hoá học ñất, sử dụng các công cụ mô hình hoá nhằm ñánh giá một cách hệ thống dòng chu chuyển các nguyên tố nói chung và lân nói riêng ñã ñược các nhà nghiên cứu trong nước và trên thế giới quan tâm từ nhiều thập kỷ trước ñây Tuy vậy ở Việt Nam, các nghiên cứu kết hợp cả về yếu tố thổ nhưỡng, phân bón, dinh dưỡng cây trồng và mô hình hoá còn rất ít Những nghiên cứu mô hình hoá, mô phỏng ở Việt Nam trong lĩnh vực cân bằng lân còn rất ít, chỉ dừng lại phân tích hoá lý, hoặc xác ñịnh trạng thái lân trong ñất Hầu hết các mô hình cần phải ñược chỉnh lý và áp dụng vào các ñiều kiện cụ thể mỗi nơi với thông

số và cơ sở dữ liệu phù hợp

Trong luận văn này, mô hình GLEAMS ñược lựa chọn ñể kiểm nghiệm và sử

Agricultural Management Systems, version 3.0, Knisel W.G and F.M David) [52]

là một mô hình ựã ựược khởi thảo từ những năm 70 tại Mỹ, ựược cải tiến dần, ựến nay có thể sử dụng tắnh toán chu chuyển hai yếu tố lân, ựạm và thuốc bảo vệ thực vật trong ựất nông hoặc lâm nghiệp không ngập nước qui mô ô thửa hoặc trang trại Tại rất nhiều nước, các nhà khoa học ựang ựiều chỉnh các thông số ựể ứng dụng mô hình GLEAMS phục vụ nghiên cứu và sản xuất trong ựiều kiện cụ thể kể cả vùng

ôn ựới và nhiệt ựới (vắ dụ Trung Quốc, Thụy điển )

1.2 Mục ựắch của luận văn

1 Xác ựịnh khả năng ứng dụng mô hình GLEAMS tắnh cân bằng lân ựối với

hệ thống thâm canh rau cạn trên ựất phù sa sông Hồng tại Từ Liêm, Hà Nội

2 đánh giá cân bằng lân của hệ thống thâm canh rau cạn nêu trên

1.3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của ựề tài

1 Góp phần xác ựịnh khả năng ứng dụng một công cụ mô hình hóa ựánh giá một cách hệ thống dòng chu chuyển lân ựối với cơ cấu cây trồng cạn thâm canh trong ựiều kiện nhiệt ựới ẩm và ựất phù sa sông Hồng, Việt Nam

2 Làm cơ sở khoa học cho việc mô phỏng mô hình hóa chu chuyển lân, góp phần xây dựng một công cụ ựánh giá tác ựộng canh tác nông nghiệp ựến môi trường, làm cơ sở xây dựng cơ cấu cây trồng hợp lý, tiết kiệm phân bón, giảm thiểu

ô nhiễm môi trường

3 Góp phần xây dựng công cụ dự báo nguy cơ ô nhiễm tiềm ẩn ựối với các

dự án nông nghiệp thâm canh tập trung, giúp nhà khoa học, nhà quản lý ựánh giá tác ựộng môi trường trong khung ựánh giá đTM của nước ta Hơn nữa việc xây dựng mức cảnh báo ngưỡng ô nhiễm từ các hoạt ựộng nông nghiệp cũng rất cần thiết ựối với nguyên tố lân, vì vậy nó bước ựầu gợi ý phương pháp luận cho việc xây dựng ngưỡng ựối với chỉ tiêu này

1.4 Phạm vi nghiên cứu

ðề tài ứng dụng mô hình GLEAMS mô phỏng chu chuyển lân ñối với hệ thống canh tác rau nhiều vụ trên ñất phù sa sông Hồng trong hai năm 9/2003-8/2005, thuộc ñịa bàn thôn Phúc Lý, xã Minh Khai Hà Nội

2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU

2.1 Vai trò cây rau và sản xuất rau ở vùng ngoại thành Hà Nội

Rau là loại thực phẩm không thể thiếu trong bữa ăn hàng ngày của con người, nhất là với người Việt Nam Theo nhiều nghiên cứu thì hàng ngày 1 người Việt Nam cần 2300-2500 calo năng lượng, tác dụng của rau không phải là ñảm bảo

số calo chủ yếu trong khẩu phần ăn mà là cung cấp ñủ chất xơ ñể kích thích hoạt ñộng của nhu mô ruột và các vitamin cần thiết cho cơ thể (Trịnh Thị Thu Hương, 2001; Nguyễn Văn Thắng, Trần Khắc Thi, 2001) [16], [33] Ngoài ra rau còn cung cấp các protein, lipid, muối khoáng, axit hữu cơ và các hợp chất thơm (Tạ Thu Cúc

và nnk, 2000) [3]

Theo số liệu thống kê, diện tích trồng rau cả nước ñến năm 2000 là 445 nghìn ha, tăng 70% so với năm 1990 (261.090 ha) Bình quân mỗi năm tăng 18,4 nghìn ha (mức tăng 7%/năm) Trong ñó các tỉnh phía Bắc có 249.200 ha, chiếm 56% diện tích Các tỉnh phía Nam là 196.000 ha, chiếm 44% diện tích canh tác Năng suất rau nói chung còn thấp và bấp bênh Năm có năng suất cao nhất (1998) mới ñạt 144,8 tạ/ha, bằng 80% so với mức trung bình toàn thế giới (xấp xỉ 180 tạ/ha) Năng suất trong năm 2000 là 13,5 tấn/ha, năm 2001 là 13,8 tấn/ha Nếu so với năm 1991 (11,55 tấn/ha), năng suất bình quân cả nước trong 10 năm chỉ tăng 2,25 tấn/ha (Trần Khắc Thi & Trần Trọng Hùng, 2001) [35]

Ngoài ra, ước tính với gần 12 triệu hộ nông dân ở nông thôn có diện tích trồng rau gia ñình bình quân 30m2/hộ (cả rau cạn và rau mặt ao hồ), thì tổng sản lượng rau cả nước năm 2001 khoảng 6,6 triệu tấn Như vậy bình quân lượng rau xanh xản xuất tính trên ñầu người ở nước ta vào khoảng 97 kg/người/năm (2004) Nếu theo ước tính của nhà khoa học Pháp Dorolle (năm 1942) mỗi người cần khoảng 130 kg rau/người/năm, ñiều này cho thấy cơ hội lớn ñể ngành trồng rau phát triển mạnh (Nguyễn Văn Thắng, Trần Khắc Thi, 2001) [33]

Trong tổng số 90.000 ha cây hàng năm của Hà Nội, diện tích sản xuất rau

8000 ha, chiếm xấp xỉ 9%, với năng suất trung bình khoảng 18,7 tấn/ha (năm 2003),

sản lượng ựạt 150.000 tấn, nếu tắnh theo tiêu chuẩn thấp, 62kg rau/ựầu người/năm

thì Hà Nội mới chỉ ựáp ứng ựược 20% nhu cầu (đào Duy Tâm, 2006) [26]

Rau nhìn chung ựược sản xuất gần nơi tiêu thụ vì nó rất dễ hỏng, nhất là trong môi trường nhiệt ựới ẩm như Việt Nam Chắnh vì lẽ ựó rau thường ựược trồng tại vườn nhà, ựối với ựô thị là vành ựai xung quanh thành phố Sản xuất rau ở vùng ngoại thành ựô thị ựang ựược quan tâm ựặc biệt là về khắa cạnh môi trường sản xuất, và theo ựánh giá gần ựây của nhà nghiên cứu về thâm canh rau tại Thanh Trì

và Từ Liêm ựã cho thấy ựất vùng ven ựô ựược coi là sạch theo tiêu chuẩn Việt Nam phục vụ cho sản xuất nông nghiệp mặc dù các vùng này có chịu tác ựộng của chất thải ựô thị hoặc chịu áp lực thâm canh cao

Xét về mặt hiệu quả kinh tế, ở nước ta tắnh trung bình giá trị sản xuất 1 ha rau gấp 2-3 lần 1 ha lúa (Trần Khắc Thi, 2001) [34] Còn theo kết quả ựiều tra gần ựây của ựề tài Rurbifarm và đinh Việt Hưng (2005) với 7 hệ thống canh tác ựiển hình ở Bằng B (Hoàng Mai), cơ cấu chuyên rau ựã cho thu nhập trung bình 156 triệu ựồng/ha Với 20 hệ thống canh tác ựiển hình ở Phúc Lý (Từ Liêm), cơ cấu chuyên rau ựã cho thu nhập trung bình 160 triệu ựồng/ha Trong hệ thống chuyên rau, cơ cấu luân canh rau nước cho thu nhập cao nhất ở Bằng B là rau muống- rau cần và rau rút- rau cần; cơ cấu luân canh rau cạn cho thu nhập cao nhất ở Phúc Lý là

xà lách-xà lách-tỏi-mùi Trong khi ựó hệ thống rau sạch ở Vân Nội (đông Anh) cho thu nhập là 150-250 triệu ựồng/ha Rõ ràng giá trị trồng rau 1 ha thâm canh như vậy cao gấp khoảng 5 lần 1 ha lúa đây chắnh là một ựộng lực thu hút nông dân chuyên tâm trong canh tác rau Nếu xét về quy mô nông hộ (ở Phúc Lý), thì trung bình mỗi

hộ cho thu nhập từ rau là 46 triệu ựồng/ha/năm, chi phắ trung bình là 13 triệu ựồng/năm, như vậy sẽ cho lãi là 33 triệu ựồng/năm (trung bình mỗi tháng lãi 2,75 triệu ựồng) [15], [56]

Sản xuất rau ngoại thành Hà Nội và những vùng lân cận có những ựặc ựiểm rất cơ bản là (1) ựa dạng về chủng loại (2) thâm canh cao Theo nghiên cứu mới ựây

hai thôn Bằng B, thuộc quận Hoàng Mai và Phúc Lý, thuộc huyện Từ Liêm có tới

42 loại rau khác nhau trong ñó có 37 loại rau cạn (chiếm 88%) và 5 loại rau nước (chiếm 12%) Chủng loại rau rất phong phú cả về loài cũng như thời vụ canh tác (có

26 cây rau có thời gian trồng là dài ngày, chiếm 62% và 16 cây rau có thời gian trồng là ngắn ngày) Cũng từ nguồn số liệu này, với kết quả ñiều tra 22 hộ tại Phúc

Lý cho thấy trung bình 1 ha canh tác trong 1 năm ñược bón tới 20 tấn phân hữu cơ (chủ yếu là phân gà, phân chim), 289 kg N, 142 kg P và 38 kg K Có thể nhận xét ngay là người dân bón mất cân ñối giữa ñạm và lân so với kali, theo Viện Thổ nhưỡng Nông hóa tỷ lệ cân ñối N:P:K cho cải xanh là 1:0,75:0,8, cải bẹ là 1:0,5:0,75 (Sổ tay phân bón, 2005) [38]

2.2 Lân trong ñất và khả năng cung cấp lân của ñất cho cây trồng

2.2.1 Tổng quan về nguyên tố lân

Lân (Photpho- tiếng Latinh, Phosphorus- tiếng Anh), là nguyên tố hóa học nhóm V hệ thống tuần hoàn Menñeleep, số thứ tự nguyên tử 15, khối lượng nguyên

tử 30,937 Photpho ñược nhà giả kim thuật Bran (H Brandt) ở Hambourg tìm ra năm 1669 Chưng cất bã rắn thu ñược khi cô cạn nước tiểu, Bran phát hiện sự phát quang màu lục nhạt của chất lắng xuống trong bình cầu

Trong ñộng vật, photpho có trong xương, cơ bắp, mô não và dây thần kinh Trong cơ thể người lớn có gần 4,5 kg photpho Hầu như mọi quá trình sinh lý quan trọng nhất ñều liên quan với sự biến hóa của những hợp chất chứa photpho Photpho

là nguyên tố khá phổ biến trong tự nhiên, chiếm 0,093% khối lượng vỏ trái ñất Những khoáng vật quan trọng nhất của photpho là photphorit Ca3(PO4)2 và apatit: floapatit 3Ca3(PO4)2.CaF2 và hydroxoapatit 3Ca3(PO4)2 Photpho trước kia chỉ ñược biết ñến với ñồng vị bền 31P, ñến năm 1934 Frédéric và Irène joliot Curie ñã ñiều chế ñược 30P Ngày nay người ta ñã biết ñược 6 ñồng vị của photpho, một số ñồng vị ñó ñược dùng làm nguyên tử ñánh dấu trong công trình nghiên cứu liên quan ñến sinh học Photpho có nhiều dạng thù hình: trắng, ñỏ, nâu, ñen, tím

Photpho là phi kim Trong các hợp chất, photpho thường thể hiện các số ô xi hóa +5, +3 và -3, hiếm khi +1, +2, +4, do ựó các hợp chất của photpho rất phong phú

Photpho có ứng dụng rất ựa dạng Một lượng lớn photpho ựỏ dùng ựể làm diêm Photpho là nguyên tố ựa lượng ựối với thực vật, hàng năm lượng quặng photphorit khai thác trên thế giới vượt 100 triệu tấn Các thuốc trừ sâu chứa photpho: nhóm lân hữu cơ có tác dụng bao vây những enzim quan trọng ựối với sự sống

Người ta còn dùng những hợp chất cơ-photpho ựể làm chất hóa dẻo, chất hoạt ựộng bề mặt, chất xúc tác của một số phản ứng hóa học

Nguồn: Từ ựiển bách khoa nhà hoá học trẻ tuổi (1996) [20]

đối với thực vật, lân có vai trò lớn, là thành phần của photphatit, axit nucleic, protein và coenzim NAD, NADP và ATP Ngoài ra nó còn là thành phần của một số amino axit Lân cần thiết cho phân chia tế bào, một thành phần của nhiễm sắc thể, kắch thắch sự phát triển của rễ Lân cần thiết cho sự sinh trưởng của

mô phân sinh, phát triển hạt và quả, kắch thắch ra hoa Trong nông nghiệp, sau ựạm lân ựược coi là nguyên tố dinh dưỡng rất cần thiết với ựời sống của cây trồng, cây trồng mọc ở ựất thiếu lân, nhất là vào thời kỳ sinh trưởng ban ựầu sẽ cằn cỗi và do

ựó thu hoạch kém Thiếu lân cây có triệu chứng còi cọc, các lá trưởng thành có màu sẫm ựặc trưng ựến màu lam-lục, phát triển rễ kém, nếu thiếu trầm trọng lá và thân bị tắa, cây thon mảnh đối với thời kỳ sinh trưởng sinh thực thiếu lân gây chậm chắn

và không có hoặc phát triển kém về hạt và quả (Sổ tay phân bón, 2005) [38]

đá mẹ và mẫu chất là yếu tố quyết ựịnh ựộ phì nhiêu tiềm năng về lân trong ựất Trong lớp ựá mẹ, phốtpho có khoảng 1,2 g P/kg; hàm lượng phốtpho trong ựất dao ựộng từ khoảng 0,2-5 g P/kg

2.2.2 Lân trong ựất Việt Nam

Hàm lượng lân tổng số trong một số loại ựất chắnh ở Việt Nam theo Nguyễn

Tử Siêm, T Khải (1997) [24] như sau:

Bảng 2.1 Hàm lượng lân tổng số và dễ tiêu ở một số loại ựất Việt Nam

mg P 2 O 5 /kg ựất

đất ựỏ vàng trên ựá sét 0,02 Ờ 0,06 100-150

đất nâu ựỏ trên ựá bazan 0,20 Ờ 0,30 30-100

đất vàng nhạt trên ựá cát 0,04 Ờ 0,06 10-15

đất phù sa trên hệ thống sông Hồng 0,08 Ờ 0,15 100-150

đất phù sa hệ thống sông Cửu Long 0,05 Ờ 0,10 20-80

Nguồn: Nguyễn Tử Siêm, T Khải (1997) [24]

Theo kết quả ở bảng 2.1, ựất phù sa sông Hồng có lượng lân tổng số ựứng hàng thứ ba sau ựất ựỏ nâu trên ựá vôi và ựất nâu ựỏ trên ựá bazan

Theo tổng kết của Võ đình Quang, ựất Việt Nam có hàm lượng lân tổng số dao ựộng từ 44-1310 mg P/kg, tương ựương khoảng 0,01-0,3% P2O5 có nghĩa là trải

từ mức rất nghèo lân ựến rất giàu lân Mẫu chất là yếu tố quan trọng nhất quyết ựịnh hàm lượng lân tổng số của ựất đất cát biển và các loại ựất phát triển trên ựá mẹ axit

có hàm lượng lân tổng số nghèo nhất (44-264 mg P/kg) đất phù sa ựồng bằng sông Hồng có hàm lượng lân tổng số dao ựộng trong khoảng 350-650 mg P/kg đất ựồng bằng sông Cửu Long có hàm lượng lân tổng số thấp hơn so với ựồng bằng sông Hồng đất ựỏ bazan có hàm lượng lân tổng số vào loại cao nhất (430-1310 mg P/kg) Nhìn chung phần lớn ựất Việt Nam ựược xếp vào loại nghèo lân (Võ đình Quang, 1999) [21]

Theo kết quả các công trình nghiên cứu gần ựây về nền môi trường ựất Việt Nam (bảng 2.2), cho thấy nhìn chung ựất cát biển có hàm luợng lân tổng số thấp nhất trong bốn nhóm ựất nghiên cứu 0,055% P2O5 (ựất ựỏ 0,230%, ựất phù sa 0,096%, ựất xám 0,071%) Về lân dễ tiêu nhóm ựất xám có giá trị trung bình cao nhất (74,4 mg P/kg ựất) nhưng có phạm vi biến ựộng lớn nhất (Phạm Quang Hà và nnk, 2003, 2004, 2005) [7], [8], [9]

Bảng 2.2 Hàm lượng lân tổng số và dễ tiêu ở một số nhóm ựất chắnh của Việt Nam

Nhóm ựất -Lân tổng số P 2 O 5 %* - -Lân dễ tiêu mg P/kg ựất -

Trung

bình

Nhỏ nhất - Lớn nhất

độ lệch

chuẩn

đất phù sa 0,101 0,022-0,292 0,048 21,4 2,9-79,1 15,3 đất ựỏ 0,230 0,030-0,430 0,110 19,2 0,8-279,8 40,8 đất xám 0,071 0,006-0,275 0,050 74,4 1,8-542,6 87,4 đất cát biển 0,055 0,004-0,259 0,044 48,5 2,8-243,6 50,4

Nguồn: Phạm Quang Hà và nnk 2003, 2004, 2005 [7], [8], [9]

*Lân tổng số công phá bằng hỗn hợp hai axit H 2 SO 4 +HClO 4 (tiêu chuẩn TCVN 4053-88) Lân dễ tiêu phân tắch theo BRAY II dùng dịch chiết có khả năng tạo phức trong môi trường axắt yếu

ựể chiết lân dễ tiêu (NH4F 0,3 M trong HCl 0,1M)

Theo tổng kết của Bùi đình Dinh [5] thì lân dễ tiêu trong ựất Việt Nam phân tắch theo phương pháp Oniani nhìn chung nghèo, thường < 10 mg P2O5/100 g ựất (tương ựương 43,7 mg P/kg ựất), tuy nhiên tác giả cũng cho rằng những vùng thâm canh cao bón nhiều lân, hàm lượng lân dễ tiêu lên ựến 50-60 mg P2O5/100 g ựất (tương ựương 218-262 mg P/kg ựất)

Trong ựất, dạng photpho vô cơ chiếm chủ yếu, hợp chất hữu cơ hầu như không ựược cây trồng sử dụng, chỉ một số dạng (phytin, saccarophôtphát) có thể sử dụng, còn lại chỉ ựược cây sử dụng khi ựã khoáng hoá Photpho khoáng ở trong ựất

là các hợp chất khác nhau của axắt photphoric, các phức hệ lân khoáng, trong các liên kết khoáng hữu cơ và trong chất hữu cơ để ựánh giá ựộ phì nhiêu của ựất về

hay mg P/kg ựất tức là phần photphat mà cây có thể hút ựược nó dễ dàng Xét về ựộ phì nhiêu thực tế thì lân tổng số không có ý nghĩa nhiều, vì ựại bộ phận lân tổng số

ở dạng khó tiêu ựối với thực vật Tuy vậy, trạng thái giá trị lân dễ tiêu rất ựa dạng, tuỳ thuộc và dịch chiết ựể xác ựịnh thành phần dễ tiêu Còn trong ựất lân dễ tiêu phụ thuộc vào các phản ứng hoá lý xẩy ra khi có sự thay ựổi về các yếu tố nhiệt ựộng học hay ôxy hoá khử trong môi trường ựất, ựặc biệt ựối với vùng canh tác lúa nước

có chế ựộ oxy hoá - khử thay ựổi theo mùa và theo yêu cầu canh tác Nguyễn Vy, Trần Khải, xác ựịnh rằng trong ựất ngập nước (ựất lúa), photphat sắt, nhôm có vai trò chủ ựạo, sự thay ựổi trạng thái ôxi hóa-khử của chúng trong ựất ngập nước dẫn ựến hàm lượng lân Ổdễ tiêuỖ thay ựổi (Nguyễn Vy, Trần Khải, 1978) [39] Với một nghiên cứu cụ thể với ựất phù sa hỗn hợp sông biển thuộc ựồng bằng sông Cửu Long, Võ đình Quang và nnk ựã chứng minh rằng trong quá trình ngập nước, các photphat nhôm và photphat sắt dạng strengis và một phần photphat không tan nhóm

4 (hydroxit sắt nhôm) có thể chuyển sang photphat sắt khử dạng vivianit dễ hòa tan làm tăng lượng lân dễ tiêu (Võ đình Quang 1995) [22]

Rất nhiều tác giả ựã nghiên cứu về thành phân lân trong ựất và thống nhất là lân trong ựất Việt Nam nhìn chung ở 2 nhóm chắnh:

- Lân hữu cơ: Theo Nguyễn Vy [39] thì lân hữu cơ là phần lân liên kết với các chất hữu cơ gồm những hợp chất trong cơ thể vi sinh vật, rễ cây những chất trung gian ựang phân giải và mùn ở ựất giàu hữu cơ, lân hữu cơ chiếm khoảng 50%, hầu hết các loại ựất có hàm lượng dao ựộng trong khoảng 10-45% so với lân tổng số (Nguyễn Tử Siêm, Trần Khải, 1997) [24], trong ựiều kiện ựất giàu hữu cơ của ựồng bằng sông Cửu Long, lân hữu cơ có thể chiếm 30-64% (đỗ Thị Thanh Ren, 1989) [23] Lân hữu cơ không có khả năng cung cấp trực tiếp ngay cho cây trồng, nó chỉ trở nên hữu dụng khi ựã ựược khoáng hóa (Sanya, De Datta, 1991) [dẫn theo 21] Trong ựiều kiện ô xi hóa với khắ hậu nhiệt ựới nóng ẩm của Việt Nam rất thuận lợi cho quá trình khoáng hóa thì lân hữu cơ là nguồn dự trữ lân quan trọng ựối với cây trồng (Võ đình Quang, 1999) [21]

- Lân khoáng: bao gồm photphat Fe, Al chiếm ưu thế, từ 90-95%, photphat

Ca chỉ xung quanh 5-10%, lân hoà tan trong dung dịch ựất chiếm 0-5% trong tổng

số lân khoáng (Bùi đình Dinh, 1999) [5], tuỳ theo ựộ chua mà lân trong dung dịch

có thể tồn tại dưới dạng H2PO4- (pH<=7,2)hoặc HPO42- (pH>7,2) (Võ đình Quang, 1999) [21] Nguyễn Vy, Trần Khải nghiên cứu các nhóm photphat trên 6 loại ựất miền Bắc Việt Nam (ba ựất phù sa, 1 bạc màu, 1 chua mặn và 1 chiêm trũng) ựã kết luận photphat nhóm III (Fe, Al) chiếm ưu thế, ngay ở ựất phù sa sông Hồng có phản ứng trung tắnh lượng photphat nhóm III chiếm tới 45,5% [39]

Nguyễn Xuân Cự (2004) [4], tiến hành nghiên cứu thành phần lân trong ựất phù sa trung tắnh ắt chua, ựất phù sa gley, ựất cát biển, ựất xám, ựất nâu vàng và ựất nâu ựỏ của Việt Nam ựối với các dạng lân sau ựây:

- Dạng linh ựộng (P-ht), hoà tan trong NH4Cl 1N

- Photphat canxi (Ca-P) chiết bằng H2SO4 0,5N

- Photphat sắt (Fe-P) chiết bằn NaOH 1N

- Photphat nhôm (Al-P) chiết bằng NH4F 0,5N

- Photpho không tan (Occ-P): tổng lân trừ các dạng lân nêu trên

Kết quả ựã chỉ ra thành phần Fe-P chiếm ưu thế trong các ựất nêu trên, ngoại trừ ựất nâu vàng đất có cường ựộ ferralit cao hơn (ựất nâu ựỏ) sẽ có hàm lượng Al-

P cao hơn Ca-P Ngược lại ựất có cường ựộ ferralit thấp hơn và có hàm lượng Ca++ cao hơn (ựất phù sa ắt chua và ựất cát biển) sẽ có hàm lượng Ca-P lớn hơn Al-P

Nghiên cứu lân trong ựất phù sa sông Hồng (đan Phượng, Hà Tây) và ựất phèn nhẹ (đông Hưng, Thái Bình), Vũ Kim Thoa, Phạm Tiến Hoàng (1999) [36] cho rằng photphat sắt, nhôm chiếm từ 77-84% so với tổng lượng lân khoáng và là nhóm photphat có ý nghĩa ựối với năng suất cây lúa Trong ựiều kiện ngập nước, ựây là nguồn cung cấp lân dễ tiêu cho cây trồng

Kết quả nghiên cứu ở các vùng ngoại ô trồng rau thâm canh ựã cho thấy: hàm lượng lân ở ựất tại Minh Khai- Từ Liêm, Hoàng Liệt Ờ Hoàng Mai cao hơn rất

nhiều nền ựất phù sa sông Hồng (trung bình 0,23-0,24% so với 0,10% P2O5) (Vũ đình Tuấn, Phạm Quang Hà, 2004) [37]

2.3 Lân và sử dụng phân lân bón cho cây ở Việt Nam

2.3.1 Chu trình lân

Lân ñưa vào ñất từ nguồn phân khoáng, phân chuồng, tàn dư thực vật, phế phụ phẩm cây trồng, ngoài ra nước mưa và nước tưới cũng ñóng góp một phần vào nguồn cung cấp Lân trong ñất bị mất ñi do rửa trôi, xói mòn và một phần nhỏ bị hấp phụ vào khoáng sét sắt, nhôm hoặc các hợp chất thứ cấp như CaP, FeP, MnP, AIP, tuy nhiên tùy ñiều kiện hóa lý, sinh học khác nhau mà lân có thể ñược giải phóng trở lại dung dịch ñất (hình 2.1)

Hợp chất thứ cấp (CaP, FeP, MnP, AIP)

Lân trong dung dịch ñất: HPO4-2

Hòa tan

Mất ñi Bón vào

Yếu tố

Nguồn : IPI, trích dẫn từ Bón phân cân ñối cho cây trồng ở Việt Nam-từ lý

2.3.2 Sản xuất và sử dụng phân lân ở Việt Nam

Sản xuất phân lân

Thành phần hóa học của tất cả các loại lân ñều là muối canxi của axit photphorit, căn cứ hóa trị gốc photphat, khả năng dễ tiêu hoặc công nghệ sản xuất lân có thể chia thành nhóm: phân nhóm lân theo hóa trị gốc photphat bao gồm photphat 1 canxi tan trong nước, photphat 2 canxi ít tan và photphat 3 canxi rất ít tan Xét về góc ñộ dễ tiêu cho cây trồng có thể chia làm 2 loại là lân khó tiêu như bột photphorit; phân lân dễ tiêu là những loại cây trồng có thể sử dụng ngay ñược Nếu xét về mặt công nghệ có thể chia ra phân supe photphat ñơn, supe photphat kép, lân nung chảy [38]

Phân supe photphat ñược sản xuất bằng phân hủy quặng apatit bằng H2SO4sản phẩm là hỗn hợp Ca3(H2PO4)2.H2O + CaSO4 hay còn gọi là supe photphat ñơn,

tỷ lệ P2O5 khoảng 18% ngoài ra còn có 7-10% lưu huỳnh Trường hợp dùng lượng axit H2SO4 lớn ñem phân hủy apatit ñể thu ñược H3PO4, người ta tiếp tục cho tác ñộng với apatit (sau khi ñã loại bỏ CaSO4) theo phản ứng [18]

2Ca5F(PO4)3 + 14H3PO3 + 10H2O ⇔ 10Ca(H2PO4)2.H2O + 2HF

Hiện nay ở Việt Nam có hai nhà máy sản xuất supe photphat ñơn là công ty supe photphat và hóa chất Lâm Thao, nhà máy supe photphat Long Thành Bên cạnh phân supe photphat ñơn, phân lân nung chảy ñược sản xuất bằng cách phân hủy nhiệt quặng chứa P với sự trợ giúp của chất kiềm nóng chảy (vd secpentin), hai

cơ sở sản xuất phân này là công ty phân lân nung chảy Văn ðiển và công ty phân lân nung chảy Ninh Bình Ngoài ra hiện nay rất nhiều cơ sở sản xuất ñưa ra thị trường các loại phân bón ña yếu tố chứa tỷ lệ lân rất khác nhau và hướng ñến ñối tượng vùng, miền, cây trồng cụ thể Nó có thể là phân NPK trộn bao gồm ña, trung

vi lượng, DAP, phân hữu cơ sinh học, phân phun lá, chế phẩm sinh học ðến tháng 6/2002 ñã có 1570 loại phân có nhãn mác ñược phép sử dụng tại Việt Nam,

trong ựó riêng phân NPK là 825 loại, NPK+trung, vi lượng là 362 loại [13] Có thể

kể ra tên một số loại phân chứa lân khác không sử dụng phổ biến và có vai trò nhỏ ở Việt Nam như phân lèn, phân dơi, phân lân Tomas (phế liệu nhà máy luyện gang thép, còn gọi là xỉ Tomas), phân lân thiêu kết (Rêanắt), phân lân nước ót [38]

Hiệu lực phân lân và sử dụng phân lân ở Việt Nam

Lân ựược ựưa vào ựất bằng phân hóa học, phân hữu cơ, từ nước tưới và nước mưa Theo tổng kết của Bùi đình Dinh [5], từ trước năm 1954 phân lân dạng bột photphorit ựã ựược khai thác, thắ nghiệm và sử dụng ở một số vùng, nhưng việc nghiên cứu sâu, toàn diện và sử dụng rộng rãi cho nhiều loại cây trồng trên nhiều loại ựất thì chỉ ựược thực hiện khi xây dựng nhà máy supe photphat (1960-1961) Giai ựoạn ban ựầu, nghiên cứu sử dụng phân lân chủ yếu cho cây lúa, giống ựịa phương cao cây có năng suất thấp, nhu cầu lân thấp, do ựó lân từ phân chuồng ựáp ứng ựủ Dần dần về sau các giống mới năng suất cao, yêu cầu nhiều lân, vị trắ của phân lân trong thâm canh ựược chú trọng và nhiều thời ựiểm trở thành yếu tố hạn chế hàng ựầu ựến năng suất cây trồng Các nghiên cứu về hiệu lực phân lân ựối với các cây trồng, các dạng lân trong ựất trở nên quan trọng và là ưu tiên Theo tổng kết của Bùi Huy Hiền [11], từ những năm 1980, Viện Thổ nhưỡng Nông hóa và các cơ

quan nghiên cứu trong cả nước ựã phát hiện lân là yếu tố hạn chế ựến năng suất cây

Cửu Long mới ựạt năng suất cao Lân không những ựã làm tăng năng suất một cách ựột biến mà lượng ựạm tiêu tốn cho một ựơn vị sản lượng giảm ựi ựáng kể, nhiều trường hợp năng suất tối ựa ựồng nghĩa với năng suất kinh tế tối ựa Theo Nguyễn

Vy (1998), hiệu lực lân và ảnh hưởng của lân ựến lượng ựạm tiêu tốn từ phân hoá học ựể tạo nên 1 tấn thóc như sau (xem bảng 2.3)

Bảng 2.3 Hiệu lực phân lân ñối với lúa trên một số loại ñất

Lượng N tiêu tốn, kg Loại ñất Số ñịa ñiểm

Nguồn: Nguyễn Vy (1998) dẫn theo Bùi Huy Hiền (2005) [11]

Kết quả nghiên cứu thời kỳ này cũng cho thấy lượng chất dinh dưỡng ñược hoàn trả cho ñất thấp hơn rất nhiều so với lượng chất dinh dưỡng mà nông sản phụ lấy ñi, mà còn không cân ñối về mặt tỷ lệ N:P2O5:K2O Tỷ lệ này là 1:0,23:0,05 So với tỷ lệ bình quân trên thế giới thời kỳ ñó (1:0,47:0,36) cũng như bình quân cho các nước ñang phát triển (1:0,37:0,17) cho thấy người dân Việt Nam bón quá ít kali,

105 nghìn tấn (NPK), ñến năm 2003 ñã là 563,6 nghìn tấn, gấp hơn 5 lần Chỉ trong hai thập kỷ, từ 1980-1990-2000, lượng phân hóa học (NPK) trên 1 ha ñất canh tác trong một năm ñã tăng lên từ 24 kg vào năm 1980 lên 86 kg vào năm 1990 và ñến năm 2000 là 263 kg [6]

Lượng lân tiêu thụ theo Tổng cục Thống kê là 496 nghìn tấn (qui P2O5) năm

2000, thấp hơn một chút so với số liệu do IFA ựưa ra Theo số liệu của Tổng công

ty hóa chất và phân bón Việt Nam, sản xuất lân niên vụ 2003/2004 là 401,2 nghìn tấn, nhập khẩu 332,0 nghìn tấn, như vậy chúng ta vẫn phải nhập 45% tổng lượng phân lân (dẫn theo Bùi Huy Hiền, 2005)[12], cũng theo số liệu của IFA thì lân tiêu thụ ở nước ta qui P2O5 năm 2003 là 563,6 nghìn tấn (bảng 2.4 và ựồ thị 2.2) [50]

Một ựiểm quan trọng cần lưu ý là lượng phân bón sử dụng ở Việt Nam không ựồng ựều cho các vùng miền Những vùng núi, xa xôi, vận chuyển khó khăn thì lượng phân bón dùng rất ắt, thậm chắ nhiều nơi người dân không bón phân Hầu hết phân ựược tập trung cho lúa nước, những vùng cây công nghiệp, cây ăn quả hàng hoá tập trung và vành ựai rau-hoa- quả xung quanh ựô thị, chắnh ựiều này dẫn ựến tiềm năng ô nhiễm cục bộ những vùng thâm canh Hơn nữa, ước tắnh theo số liệu thống kê vào năm 2004 lượng phân hữu cơ từ lợn, bò, trâu và gia cầm thải ra khoảng 70-75 triệu tấn, cộng với dân số 81 triệu người, thải ra khoảng 38 triệu tấn phân bắc, ựây là nguồn dinh dưỡng quan trọng, góp phần làm tăng năng suất cây trồng và ổn ựịnh ựộ phì nhiêu của ựất, tuy nhiên cũng là áp lực lên môi trường ựất, nhất vùng thâm canh [12]

Nguyễn Văn Bộ và nnk (2003) [1] cho rằng do không hiểu biết ựầy ựủ về vai trò của phân bón dẫn ựến sự lạm dụng quá ựáng phân hóa học ở một số nơi trên thế giới ựã làm cho ựất bị thoái hóa, ô nhiềm môi trường và cân bằng sinh thái bị phá

vỡ đó cũng là lý do xuất hiện xu hướng bài xắch phân hóa học ựể trở về với nền nông nghiệp hữu cơ truyền thống Vì vậy FAO ựề ra khái niệm quản lý dinh dưỡng cây trồng tổng hợp (IPNM) mà nền tảng của nó là sử dụng phân bón cân ựối, hợp lý theo nhu cầu của cây trồng, lượng hút, cân ựối giữa các chất dinh dưỡng tại thời kỳ sinh trưởng khác nhau với từng ựiều kiện tự nhiên (nước, ánh sáng, nhiệt ựộ )

Bảng 2.4 Lượng phân bón hoá học sử dụng tại Việt Nam từ 1962-2003 (nghìn tấn)

2.3.3 Nhu cầu lân của cây trồng

Nhu cầu dinh dưỡng của một số cây trồng qua nhiều nghiên cứu được trình bày tại bảng 2.5 ðây mới chỉ là yêu cầu cho phần thu hoạch, cịn phần dinh dưỡng cây trồng hấp thu ở thân lá, rễ chưa tính đến Yêu cầu lân cho các cây rau theo tổng kết của một số tác giả được trình bày ở bảng 2.6 ðể chẩn đốn nhu cầu lân của cây một số nhà nghiên cứu cho rằng hàm lượng lân trong các bộ phận cây là chỉ thị tốt cho tình trạng dinh dưỡng lân (Hochmuth, 1991, Hanlon et al., 2005) [49], [47],

bảng 2.7 ñưa ra ví dụ hàm lượng lân trong một số bộ phận của rau cải bắp, dưa chuột, xà lách chỉ thị tình trạng thiếu, ñủ hay thừa lân

Nghiên cứu của Singh và Jones (1977) cho rằng xà lách hấp thụ lân tăng khi nhiệt ñộ tăng từ 17-29oC vì lân hòa tan vào dung dịch nhiều hơn chứ không phải do ảnh hưởng của nhiệt ñộ lên sinh trưởng của cây [dẫn theo Amarasiri S.L (1990) 40]

Bảng 2.5 Nhu cầu dinh dưỡng lân của một số cây trồng

Cây trồng ðiều kiện (năng suất) kg P/tấn sản phẩm

Bảng 2.6 Nhu cầu dinh dưỡng lân của một số cây rau

Cây trồng ðiều kiện (năng suất và

thời gian sinh trưởng)

kg P lấy ñi/tấn sản phẩm/ha

Tổng lượng P lấy ñi (kg P/ha )

Nguồn bảng 2.5 và 2.6:

1 T.S Dierolf, TH Fairhurst, E.W Muter (2001) [43]

2 Nguyễn Văn Bộ (chủ biên) và nnk (2003) [1]

3 Nguyễn Văn Thắng, Trần Khắc Thi (2001) [33]

4 Greenwood et al (1980) dẫn theo Amarasiri S.L (1990) [40]

Bảng 2.7 Chỉ thị dinh dưỡng lân trong lá một số loại rau

Cây Bộ phận Thời ñiểm lấy mẫu

-g/kg -

Nguồn: Hanlon et al., 2005 [47]

2.3.4 Cân bằng lân và việc sử dụng hiệu quả phân lân cho hệ thống cây trồng

Nghiên cứu cân bằng dinh dưỡng cho hệ thống cây trồng ñược tiến hành ñối với cơ cấu Lúa xuân- ðậu tương hè – Lúa mùa – Khoai tây ñông trên ñất bạc màu Bắc Giang ñã cho thấy ở các công thức bón theo nông dân hay khuyến cáo khoa học ñều cho cân bằng dương ñạm (89-281 kg N/ha/năm) và lân (76-168 kg

P2O5/ha/năm), tuy nhiên kali bị thiếu hụt, trừ công thức vùi sản phẩm phụ vụ trước

có cân bằng dương về kali [10]

Kết quả bước ñầu về tính toán cân bằng dinh dưỡng cho hệ thống thâm canh rau ñã cho thấy trung bình người dân ñã ñưa vào từ 28-40 kg P/ha/tháng tại vùng trồng rau Minh Khai, còn ở Hoàng Liệt là khoảng 21 kg P/ha/tháng [56], [57]

Cũng trong khuôn khổ ñề tài Rurbifarm, cân bằng dinh dưỡng qui mô ñồng ruộng với rau nước và rau cạn ñã xác ñịnh theo công thức sau [17]:

∆Soil = Seed + Ir_Water + R_Water + Organic_F + Lime + Mineral_F + Pestiside + Ast - Hav - Leaching - Runoff

trong ñó ∆Soil: cân bằng dinh dưỡng trong ñất

Seed : ñầu vào từ hạt

Ir_Water : ñầu vào từ nước tưới

R_Water : ñầu vào từ nước mưa

Organic_F : ñầu vào từ phân hữu cơ

Lime : vôi người dân bón

Mineral_F : ñầu vào phân khoáng

Pestiside : ñầu vào thuốc sâu

Ast : ñầu vào từ rơi lắng khí quyển

Hav: ñầu ra do thu hoạch

Leaching: ñầu ra do thấm khỏi ñất

Runoff: ñầu ra do rửa trôi

Tuy nhiên do thiếu hụt thông tin cũng như phương tiện thiết bị nghiên cứu nghiên cứu chưa tính ba yếu tố: Ast (ñầu vào từ rơi lắng khí quyển), Leaching (ñầu

ra do thấm khỏi ñất), Runoff: ñầu ra do rửa trôi Kết quả tính toán cho thấy: tại ñiểm trồng rau nước Cải xoong, Rau cần, Rau muống, Rau rút ở Bằng B (Hoàng Mai) ñạm dư từ 169-910 kg N/ha/năm, lân dư 112-163 kg P/ha/năm, kali một thửa dư

359 kg K/ha/năm, một thửa thiếu 133 kg K/ha/năm ðối với ñiểm trồng rau cạn ở Phúc Lý (Từ Liêm), với các loại rau Cải, Hành, Mùi ta, Thơm, Xà lách, Tía tô cho thấy ñạm dư từ 155-524 kg N/ha/năm, lân dư từ 333-432 kg P/ha/năm, kali dư từ 105-789 kg K/ha/năm [17]

2.4 Lân sử dụng trong nông nghiệp ñối với vấn ñề phú dưỡng lân

Phú dưỡng nguồn nước làm hạn chế khả năng sử dụng nước cho các mục ñích nuôi cá, giải trí, công nghiệp và nước uống Phú dưỡng là hiện tượng tăng trưởng mạnh ngoài kiểm soát của các loại tảo và sinh vật thủy sinh , ñiều ñó dẫn ñến thiếu hụt ô xi do các thực vật ñó chết phân giải Nguyên nhân của phú dưỡng nước do nguồn dưỡng chất trong nước ñược tích lũy ñến một giới hạn nhất ñịnh Photpho là một trong nguyên tố chính, bên cạnh Nitơ, làm tăng trưởng mạnh sinh

2003) [59] Hiện tượng phú dưỡng lân ở nước ngọt trên thế giới tăng nhanh do lượng lân sử dụng tăng nhanh (Schindler, 1977) [58] Mặc dù ñạm (N) và cácbon (C) cũng rất cần thiết cho tăng sinh khối sinh vật thủy sinh, tuy nhiên mối quan tâm nhất vẫn là lân bởi vì chúng ta rất khó kiểm soát nguồn ñạm và cácbon chu chuyển giữa khí quyển với thủy quyển, ví dụ như cố ñịnh N bởi các loài tảo Chính vì vậy lân thường là yếu tố hạn chế ñối với phú dưỡng Theo Sharpley và nnk, nước hồ chứa hàm lượng P lớn hơn 0,02 ppm trở lên ñã bắt ñầu xuất hiện phú dưỡng, giá trị này thường thấp hơn rất nhiều so với lân trong dung dịch ñất ñể cây sinh trưởng bình thường 0,02-0,03 ppm, ñiều này cho thấy tầm quan trong việc kiểm soát lân di chuyển vào nguồn nuớc (Sharpley, 2003) [59] Ở Mỹ, người ta tính tổng lượng lân ñưa vào hệ thống nông nghiệp không cân bằng với lượng ñầu ra ở sản phẩm, chỉ khoảng 30% lượng lân ñó ñược lấy ñi theo sản phẩm nông nghiệp và chăn nuôi, như vậy tính chung, hàng năm dư lượng lân 30 lb (tương ñương 15 kg P) cho mỗi acre ñất (0,4 ha) ñang sử dụng cho nông nghiệp (National Research Council 1993) [54] ðiều này dẫn ñến tích lũy lân trong ñất gây ra những nguy cơ rửa trôi và thấm sâu lân xuống nguồn nước (Kellogg and Lander 1999) [51]

Hiện nay cơ quan bảo vệ môi trường Mỹ căn cứ vào vùng sinh thái và loại hình nguồn nước ñể ñưa ra khuyến cáo mức ñộ có nguy cơ phú dưỡng dựa trên hàm lượng lân trong nước như sau (dẫn theo Wortman et al, 2006) [64]

- 10-76 phần triệu ñối với nước chảy (sông, suối), tương ñương 0,010-0,076

mg P/l

- 8-38 phần triệu ñối với hồ ao, tương ñương 0,008-0,038 mg P/l

Ở Thụy ðiển, với diện tích gấp 1,5 lần Việt Nam nhưng chỉ có 9 triệu dân,

ñã có những cảnh báo sớm về phú dưỡng nguồn nước, có tới 14000 hồ trong số hơn

90000 hồ (chỉ tính loại rộng hơn 1 ha) hàm lượng lân vượt quá 25 µgP/l, nghĩa là ñược xếp loại bị phú dưỡng, trong ñó có tới 81 hồ liệt vào loại phú dưỡng mạnh với hàm lượng P vượt 100 µgP /l (Swedish EPA, 2006) [62]

Lượng lân di chuyển vào các nguồn nước thông qua nước thải (sinh hoạt, công nghiệp ), các hoạt ñộng nuôi trồng thủy sản, rừng và từ hoạt ñộng sản xuất

nông nghiệp Nguồn lân từ nông nghiệp ñược coi là nguồn gây ô nhiễm không xác ñịnh ñiểm (non-point P sources) gần ñây ñang ñược sự quan tâm bởi việc sử dụng lân ngày càng tăng do cánh mạng xanh với giống mới yêu cầu lân cao và do giá phân lân sau thập kỷ 50 của thế kỷ 20 ñã trở nên rẻ và dễ dàng tiếp cận ñối với nông dân Ước tính lân ñi vào các nguồn nước mặt từ sản xuất nông nghiệp ở Thụy ðiển khác nhau tùy theo tác giả, Lofgren and Olsson (1990) ñưa ra con số 621 tấn/năm, Larsson (1997) cho rằng 900 tấn/năm và nông nghiệp ñóng góp nhiều lân nhất vào các thủy vực (Djodjic F., 2001) [44]

Sự di chuyển lân từ ñất nông nghiệp vào nguồn nước xảy ra theo hai hình thức: hòa tan và/hoặc hạt Dạng hạt có thể từ lân hấp thụ vào các hạt ñất hoặc/và ở thành phần của chất hữu cơ Tỷ lệ của dạng hạt và hòa tan phụ thuộc rất lớn vào ñiều kiện (con ñường) di chuyển, ñặc tính ñất, hình thức canh tác, ñặc ñiểm nước trong ñất

Con ñường di chuyển lân từ ñất nông nghiệp là xói mòn bề mặt (hay còn gọi

là rửa trôi: run-off), xói theo dòng chảy ngầm, luồng di chuyển nhiều chiều và di chuyển trong các mạch ñất (vd như lỗ giun ñào) Thực ra trong nhiều trường hợp khó mà tách bạch ñựơc các phương thức di chuyển này, hơn nữa ñối với 1 ñiểm cụ thể thì sự di chuyển của lân chỉ xảy ra theo một cách thức chủ ñạo nào ñó mà thôi (Haygarth & Sharpley, 2000) [48]

Djodjic F (2001) trong luận văn Tiến Sỹ của mình ñã xác ñịnh lân di chuyển bằng lizimeter trong ñiều kiện thí nghiệm ñồng ruộng với cây trồng là lúa mạch xuân, bón phân lân làm giàu 33P với lượng 200 kg super photphat/ha/năm ở khu vực Tây Nam của Thụy ðiển, cho thấy lượng lân trôi khoảng 1,25-1,86 kg P/ha trong thời gian ba năm 7/1998-5/2001 [44]

Vấn ñề lân từ ñất nông nghiệp di chuyển gây phú dưỡng nguồn nước là một trong những mối bận tâm lớn ñối với nhiều quốc gia trên thế giới Như ở Mỹ, vấn

ñề này ñã ñược nhiều tổ chức xã hội, nghiên cứu, chính quyền khuyến cáo biện pháp giảm di chuyển lân xuống các nguồn nước trong hơn 40 năm qua, tuy nhiên,

nay ở Mỹ thậm chắ việc kiểm soát lân này ựã ựược ựưa vào luật, và do ựó những

nghiên cứu nhằm ựưa ra những phương thức canh tác tốt nhất (Best Management

chủ ựề lớn ựược quan tâm BMPs là khung ựề xuất tất cả cách thức quản lý từ nguồn lân (phân hóa học, chăn nuôi, kiểm soát nguồn lân khác), cân bằng lân qui

mô lưu vực, cách sử dụng, bón phân hợp lý, cây trồng cho ựến việc kiểm soát lân

ở qui mô ô thửa như cách thức giảm rửa trôi, xói mòn ựối với từng ựiều kiện cụ thể (Sims & Kleinman, 2005) [60]

Ở Việt Nam nghiên cứu về di chuyển lân từ ựất nông nghiệp xuống nguồn nước hãy còn rất khiêm tốn, chủ yếu tập trung ựánh giá hiện trạng ô nhiễm nguồn nước, ựặc biệt là từ nước thải thành phố và công nghiệp

Theo Lương Thế Phượng và nnk, (2003) [19] thì nước thải dân dụng, nước thải công nghiệp và nước thải nông nghiệp là nguồn chắnh gây ô nhiễm photpho trong nước, nó là nguồn dưỡng chất chắnh cho sự phát triển của các sinh vật ựặc biệt

là rong, tảo phát triển rất mạnh trong nước có hàm lượng photpho cao Photpho trong các nguồn nước không ô nhiễm thường nhỏ hơn 0,01 mg P-PO4/l và photpho tổng thường nhỏ hơn 0,025 mg P/l Hàm lượng P-PO4 trong nước sông Hồng thấp hơn nước sạch tự nhiên, tuy nhiên khi ựo vị trắ tại Hà Nội hàm lượng cao hơn nước sạch tự nhiên (0,022 mg P-PO4/l) Cũng theo nghiên cứu này hàm lượng photpho tổng số trung bình trong nước sông Lô, sông Thao, sông Hồng tại Sơn Tây và Hà Nội cao hơn gấp 2;4;1,5 và 3,6 lần so với nước tự nhiên (0,025 mg P/l)

Theo Nguyen Viet Anh, Pham Thuy Nga, (2005) [41] hàm lượng lân P-PO4

ở một số nước chảy trực tiếp vào hồ Bảy Mẫu là 4,2 mg/l, nước từ khu vực Lò đúc chảy vào sông Kim Ngưu là 7,1 mg/l Cũng theo kết quả quan trắc này chất lượng nước sông Tô Lịch lấy tại ựập Thịnh Liệt giai ựoạn 1996-2002 ựã xấu ựi ựáng kể, trong ựó phải kể ựến lân thải ra tăng từ 1,2 mg P-PO4 /l năm 1996 lên 7,8 mg/l năm

2002

Về khái niệm phú dưỡng ựất do hàm lượng photpho tăng cao ở Việt Nam mới ựược ựề cập gần ựây khi lần ựầu tiên Phạm Quang Hà và Vũ Thắng nhận ựịnh

ñã có hiện tượng phú dưỡng photpho tại khu vực Thanh Trì trên cơ sở số liệu quan trắc từ 1996-2002 Hàm lượng photpho tại các ñiểm quan trắc Thanh Trì cao hơn hàm lượng photpho trung bình của ñất phù sa hệ thống sông Hồng nói chung (trung bình các ñiểm quan trắc: P dễ tiêu: 100,89 mg P/kg; P tổng số: 0,180%P2O5, trung bình của ñất phù sa hệ thống sông Hồng: P dễ tiêu: 19,13 mg P/kg; P tổng số: 0,123%P2O5) ðiểm gần khu công nghiệp (ñiểm TH1) có photpho tổng số và dễ tiêu cao hơn nhiều các ñiểm khác Các tác giả này cũng cho rằng ñối với vùng ñất xám bạc màu trên phù sa cổ Hiệp Hòa - Bắc Giang là vùng ñất có ñộ phì nhiêu thấp song hiện nay ñầu tư thâm canh rất cao, có ñiểm áp lực phân bón lên ñến 940kg (N+P2O5+K2O) + 38 tấn phân chuồng/năm, tính riêng photpho: 410 kg P/ha/năm (ñiểm HH11) ñã phát hiện có hiện tượng phú dưỡng photpho ñiểm này [6]

2.5 Các mô hình hoá ứng dụng nghiên cứu chu chuyển dòng vật chất trong nông nghiệp

Mô hình ñã ñược áp dụng thành công cho 8 dự án trên nhiều vùng nhiệt ñới khác nhau trên thế giới: Kenya, Uganda, Ethiopia, Burkina Faso, Mali, Trung Quốc, Indonesia, Thailand và Việt Nam Phiên bản mới nhất là 3.5, ñược cập nhật tháng 1/2006 Hình 2.3 trình bày cấu trúc của mô hình

Hình 2.3 Cấu trúc của mô hình NUTMON

Nguồn: Wageningen University web page [63]

2.5.2 Mô hình AMINO, DAYCENT, MACRO

Mô hình AMINO Là mô hình ñược phát triển bởi Trung tâm nghiên cứu kết hợp ñất và nước – thuộc ðại học Wageningen Hà Lan Chu trình P của mô hình ñược thể hiện hình 2.4

Hình 2.4 Chu chuyển lân trong mô hình AMINO

Mô hình DAYCENT: Mô hình này ñược xây dựng với sự hỗ trợ của quỹ nghiên cứu khoa học Mỹ, phiên bản hiện có là version 5, 2000 Khác với GLEAMS,

mô hình này tính ñến cả di chuyển lân theo chiều ngang, mô hình này phù hợp hơn với mô phỏng cho thời gian dài

Mô hình MACRO: ðược xây dựng bởi khoa Khoa học ñất, trường ñại học nông nghiệp Thụy ðiển (SLU) chỉ áp dụng cho chu chuyển lân trong ñất Phiên bản mới nhất hiện nay là v1999

Trong bản tổng kết so sánh bốn mô hình AMINO, DAYCENT, MACRO và GLEAMS, tác giả D.R Lewis và M.B McGechan (2002) ñã kết luận rằng mô hình

mô phỏng lân trong tương lai cần kết hợp những ưu việt mà bốn mô hình trên ñã ñề

P dễ tiêu hữu

cơ ở ñất

P hữu cơ cố ñịnh ở ñất

P khoáng hòa tan trong ñất P hữu cơ hòa

tan trong ñất

P xói mòn

P rửa trôi

P dịch ñất

P dễ tiêu ở chất hữu cơ

P hữu cơ hòa

tan (dạng hạt) thông qua xác ñịnh cả vòng tuần hoàn nhỏ và lớn như ở mô hình MACRO ðồng thời cần ñược kết hợp với chu trình C/N/P như của mô hình GLEAMS, với hợp phần về bón phân hữu cơ như của mô hình AMINO, sự phân giải tàn dư thực vật từ mô hình DAYCENT, và dòng chảy tràn và mất dinh dưỡng

do xói mòn sử dụng từ mô hình GLEAMS (Lewis & McGechan, 2002) [53]

2.6 Mô hình GLEAMS

Toàn bộ phần này ñược dịch từ tài liệu hướng dẫn sử dụng mô hình GLEAMS của tác giả Knisel & David (2000) [52]

2.6.1 Cấu trúc của mô hình GLEAMS

Mô hình GLEAMS ñược chia ra ba phần chính: (1) các thông số ñầu vào tự nhiên (2) thông số do con người quản lý, như bón phân, làm ñất, tưới nước (3) ñầu

ra gồm bốc hơi, xói mòn Các phần này ñược tương tác với nhau thông qua trung

tâm của mô hình, ñó là các tầng ñất Mô hình luôn tính toán cho hai yếu tố ñạm và

lân, vì vậy thông số ñầu vào liên quan ñến cả ñạm và lân (hình 2.5)

Hình 2.5 Cấu trúc sơ lược của mô hình GLEAMS

Phiên bản của mô hình 3.0 có thể chạy trên máy tính với hệ ñiều hành

Hoà tan dinh dưỡng và thuốc BVTV

Ruộng

chạy trong Batch mode DOS-PROMPT Phiên bản này ñược viết bằng ngôn ngữ Fortran 77 (có dùng một số sửa ñổi ở Fortran 99) Nó bao gồm 28 file ñược trình bày ở bảng 2.8

Bảng 2.8 Các file của mô hình GLEAMS

GLEAMS30.EXE File chạy

PST.EXE File nhập các thông số về thuốc BVTV

GLMS3TMP.DAT Nhiệt ñộ trung bình hàng ngày

GLMS3HYD.PAR Thông số thuỷ ñộng học

GLMS3ERO.PAR Thông số xói mòn

GLMS3PST.PAR Thông số về thuốc BVTV

GLMS3NUT.PAR Thông số dinh dưỡng

GLMS3HYD.OUT ðầu ra về thuỷ ñộng học

GLMS3ERO.OUT ðầu ra xói mòn

GLMS3PST.OUT ðầu ra thuốc BVTV

GLMS3NUT.OUT ðầu ra dinh dưỡng

GLMS3SEL.OUT Chọn biến cho ñầu ra