CÁC NGUYÊN TỐ DINH DƯỠNG VÀ PHÂN BÓN ĐA LƯỢNG

Quá trình cố định trong tự nhiên 2.1 Sự cố định đạm bởi vi khuẩn cộng sinh Trong lịch sử nông nghiệp, các cây họ đậu và phân súc vật là nguồn cung cấp đạm chính cho cây trồng. Từ những năm 1940, giá trị của các chất hữu cơ này bị giảm dần do gia tăng sản xuất và sử dụng đạm tổng hợp có giá thành rẻ và có phản ứng nhanh với cây trồng. Tuy nhiên đạm hữu cơ vẫn còn là nguồn đạm quan trọng ở nhiều nước. 2.1.1 Lượng đạm được cố định do sự cộng sinh Người ta ước đoán, hàng năm trên địa cầu tổng lượng đạm N2 được cố định sinh học 100 – 175.106 tấn, trong đó khoảng 90.106 tấn được cố định bởi vi khuẩn Rhizobia. Sự sử dụng phân bón đạm tổng hợp trên thế giới là 77,1.106 tấn trong năm 1977. Lượng đạm N được cố định bởi các cây họ đậu có nốt sần chiếm khoảng 75% tổng lượng đạm sử dụng bởi cây trồng. 2.1.2 Các sinh vật có liên quan đến sự cố định đạm Lượng đạm cố định được bởi các cây họ đậu khác nhau. Sự cố định đạm bởi phần lớn các cây họ đậu đa niên biến động từ 100 – 200 kg hanăm, nhưng trong những điều kiện tối hảo, lượng đạm cố định có thể đạt gấp 2 – 3 lần giá trị này. Các cây họ đậu ngắn ngày có thể cố định được 10 – 20 kghanăm.

CHƯƠNG 5 CÁC NGUYÊN TỐ DINH DƯỠNG VÀ PHÂN BÓN ĐA LƯỢNGBÀI 1: ĐẠM TRONG ĐẤT VÀ CÁC LOẠI PHÂN BÓN CÓ CHỨA ĐẠM

I Đạm Trong Tự Nhiên

1 Chu kỳ chất đạm trong tự nhiên

Đạm là chất dinh dưỡng rất quan trọng và thường bị thiếu hụt trong sản xuất cây trồng, vìvậy hầu hết các hệ thống cây trồng trừ cây họ đậu đều phải được bón phân đạm Nghiên cứu vềtrạng thái và tính chất của đạm trong đất là việc rất cần thiết để nâng cao năng suất trong sản xuấtnông nghiệp, đồng thời giảm thiểu tác động xấu của phân đạm đến môi trường

Hiện nay, có rất nhiều nguồn phân bón được dùng để cung cấp đạm cho cây trồng Ngoàiphân đạm vô cơ được sản xuất từ các nhà máy công nghiệp, phân đạm hữu cơ từ các loại phân giasúc và chất thải khác và từ sự cố định đạm bởi các cây họ đậu đều có thể cung cấp đạm cho câytrồng

quyển, khí này chiếm 75 % thể tích khí quyển, và đạm hữu cơ trong các loại phân hữu cơ Thực vậtbậc cao không thể đồng hóa N2 thành protein trực tiếp được, đạm dạng khí phải được biến đổi thànhcác dạng khác hữu dụng cho cây trồng Sự chuyển hóa đạm từ dạng khí sang dạng đạm hữu dụngcho thực vật có thể thực hiện bằng một trong những con đường sau:

Cố định bởi các vi sinh vật cộng sinh trên rễ các cây họ đậu và trên một số thực vật khác

Cố định bởi các vi sinh vật sống tự do hay không cộng sinh

Cố định đạm dạng khí thành các oxide bởi sự phóng điện trong không khí

Cố định đạm N2 thành NH3, NO3-, hay CN22- bởi công nghiệp sản xuất phân đạm tổng hợp

Hình 5.1 Chu kỳ đạm trong tự nhiên

Sự luân chuyển đạm trong khí quyển là một sự cân bằng động, trong đó những dạng đạmkhác nhau được cố định trong đất Cùng lúc với quá trình cố định đạm N2 cũng sẽ có rất nhiều tiếntrình hóa học và sinh học giải phóng đạm trở lại khí quyển Chu kỳ của đạm trong hệ thống đất câytrồng khí quyển liên quan đến rất nhiều quá trình chuyển hóa của các dạng đạm vô cơ và hữu cơ.Trong chu kỳ đạm ta cần phải hiểu rõ hai phần quan trọng là đầu vào và đầu ra của đạm, hay sự thunhập và mất đi của đạm trong đất Ngoại trừ phân đạm công nghiệp, tất cả sự chuyển hóa này đềuxảy ra trong tự nhiên, con người cũng có tác động rất lớn đến quá trình chuyển hóa này thông quacác hoạt động quản lý đất và cây trồng Mục đích phần này là nêu lên chu kỳ hóa học và sinh vậthọc của đạm trong tự nhiên; chủ yếu là trong đất và các tác động hay quản lý của con người nhằmđạt năng suất cây trồng một cách tối hảo và hạn chế tối đa tác hại của phân đạm đối với môi trường

2 Quá trình cố định trong tự nhiên

2.1 Sự cố định đạm bởi vi khuẩn cộng sinh

Trong lịch sử nông nghiệp, các cây họ đậu và phân súc vật là nguồn cung cấp đạm chính cho câytrồng Từ những năm 1940, giá trị của các chất hữu cơ này bị giảm dần do gia tăng sản xuất và sửdụng đạm tổng hợp có giá thành rẻ và có phản ứng nhanh với cây trồng Tuy nhiên đạm hữu cơ vẫncòn là nguồn đạm quan trọng ở nhiều nước

2.1.1 Lượng đạm được cố định do sự cộng sinh

175.106 tấn, trong đó khoảng 90.106 tấn được cố định bởi vi khuẩn Rhizobia Sự sử dụng phân bónđạm tổng hợp trên thế giới là 77,1.106 tấn trong năm 1977

Lượng đạm N được cố định bởi các cây họ đậu có nốt sần chiếm khoảng 75% tổng lượngđạm sử dụng bởi cây trồng

2.1.2 Các sinh vật có liên quan đến sự cố định đạm

Lượng đạm cố định được bởi các cây họ đậu khác nhau Sự cố định đạm bởi phần lớn cáccây họ đậu đa niên biến động từ 100 – 200 kg/ ha/năm, nhưng trong những điều kiện tối hảo, lượngđạm cố định có thể đạt gấp 2 – 3 lần giá trị này Các cây họ đậu ngắn ngày có thể cố định được 10 –

20 kg/ha/năm

Hình 5.2 Vi khuẩn Rhizobium

Có rất nhiều chủng Rhizobium hiện diện trong đất, mỗi chủng yêu cầu cây chủ riêng biệt Ví

dụ, vi khuẩn cộng sinh với cây đậu nành sẽ không cố định N với cỏ alfalfa Hạt giống của cây họđậu được khuyến cáo nên chủng với các vi khuẩn thích hợp trước khi gieo cho các vùng lần đầu tiêntrồng các loại cây họ đậu mới Ví dụ, sự cố định đạm của cỏ alfalfa tăng 40% khi chủng vi khuẩn vàcác dòng alfalfa thích hợp

Sự hiện diện của các nốt sần trên rễ cây họ đậu không phải luôn luôn hữu hiệu Các nốt sầntrưởng thành hữu hiệu của alfalfa thường to, có màu hồng hay đỏ ở trung tâm nốt sần Màu đỏ là dođặc tính của chất leghemoblobin và màu này chứng tỏ những tế bào nốt sần này có chứa rhizobia và

số lượng nhiều phân bố rải rác trên toàn bộ hệ thống rễ, trong một số trường hợp các nốt sần vô hiệu

có kích thước lớn và số lượng ít Ở trung tâm nốt sần này thường có màu xanh hay trắng

2.1.3 Sự sử dụng đạm trong cây họ đậu đối với cây trồng khác

Năng suất của các cây trồng khác thường tăng khi chúng được trồng ngay sau vụ trồng cáccây họ đậu Một số nguyên nhân là do có liên quan đến lượng đạm hữu dụng của đất được cải thiện,mặc dù cũng có những ảnh hưởng do luân canh có thể làm tăng năng suất Có rất nhiều nghiên cứuđồng ruộng đã được thiết lập để đánh giá sự hữu dụng của đạm trong cây họ đậu đến các cây trồngkhác trong vụ sau Thông thường, khi trồng bắp sau vụ đậu nành thì nhu cầu đạm cho năng suất tốihảo thường thấp hơn nhu cầu đạm khi trồng hai vụ bắp liên tục Sự khác nhau này có sự đóng gópcủa đạm hữu dụng từ cây trồng họ đậu như bắp trồng sau đậu nành Các kết quả này minh chứng

mạnh mẽ rằng lợi ích của sự luân canh cây họ đậu và một số lợi ích khác là do mức độ hữu dụngcủa đạm trong đất tăng lên.

Lượng đạm hữu dụng do cố định sinh học trong hệ thống phụ thuộc vào các yếu tố sau: Lượng đạm được cố định

Lượng và loại dư thừa của cây họ đậu được vùi trong đất

Lượng đạm hữu dụng trong đất đối với cây họ đậu

Sự quản lý khi thu hoạch

Sử dụng đạm trong cây phân xanh của cây trồng vụ sau cũng biến đổi rất cao Mức độ hữudụng của đạm trong dư thừa cây họ đậu đối với cây trồng vụ sau biến thiên từ 20 – 50 % Sự hữudụng của đạm trong cây họ đậu đến các cây trồng xen chưa được nghiên cứu nhiều, một lượng nhỏcác amino acid và các hợp chất đạm hữu cơ khác có thể được tiết ra từ rễ cây họ đậu Sự phân giảisinh học của rễ chết và nốt sần cũng đóng góp một phần đạm cho cây trồng được trồng cùng với cây

họ đậu Trong một số điều kiện, lượng đạm được cố định và sự hữu dụng của đạm của cây họ đậuthường không đủ cho nhu cầu của cây trồng sau đó, nên cần thiết phải bón thêm phân đạm cho cảhai loại cây trồng, cây họ đậu và cây trồng khác đạt năng suất tối hảo

Để sử dụng đạm trong cây họ đậu của các cây trồng khác, sự khoáng hóa đạm của cây họđậu yêu cầu xảy ra cùng lúc với thời gian cây trồng sử dụng đạm Sự khoáng hóa đạm trong cây họđậu bởi các vi sinh vật đất được kiểm soát bởi khí hậu, sự khoáng hóa này tăng khi nhiệt độ và độ

ẩm thích hợp Nhưng thời kỳ hấp thu đạm của các cây trồng có thể khác nhau, phụ thuộc vào loạicây trồng Vì vậy, để các cây trồng khác sử dụng tối đa đạm của cây họ đậu, sự hấp thu phải đồngthời với sự khoáng hóa đạm Do đó, để quản lý đạm của cây họ đậu hiệu quả cần phải chọn câytrồng thích hợp trong hệ thống luân canh

2.1.4 Bón phân đạm cho cây họ đậu

Sự cố định đạm tối đa chỉ xảy ra khi đạm hữu dụng trong đất ở mức tối thiểu Sự hoạt độngcủa Rhizobium giảm khi cây họ đậu được bón phân vô cơ Tuy nhiên, đôi khi người ta khuyến cáobón lót ruộng một lượng đạm nhỏ để đảm bảo cho cây con của cây họ đậu đủ đạm cho đến khiRhizobia cộng sinh trong rễ Bón phân đạm cũng có lợi cho cây họ đậu khi sự hoạt động củaRhizobia bị hạn chế do những điều kiện thời tiết khắc nghiệt như lạnh, ẩm ướt Trong điều kiện này

sự cố định đạm của các cây thường thấp và nên bón phân đạm cho cây

2.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến sự cố định đạm của vi khuẩn cộng sinh

Các yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến lượng đạm cố định bởi Rhizobia là pH đất, dinhdưỡng khoáng trong đất, hoạt động quang hợp, khí hậu, và sự quản lý cây họ đậu Bất cứ sự khủnghoảng nào trong cây họ đậu gây ra bởi các yếu tố này cũng có thể làm giảm nghiêm trọng năng suấtcủa cây họ đậu và mức độ hữu dụng của đạm đối với cây trồng sau

pH đất, độ chua của đất là yếu tố chính hạn chế sự tồn tại và sinh trưởng của Rhizobia trongđất và có thể ảnh hưởng nghiêm trọng đến sự hình thành nốt sần và tiến trình cố định đạm Rhizobia

và rễ của cây họ đậu có thể bị tổn thương bởi độ chua do liên quan đến độ độc Al3+, Mn2+, và H+

trong đất, cũng như mức độ hữu dụng của Ca2+, H2PO4- thấp Sự mẫn cảm của các loài Rhizobia đến

độ chua của đất khác nhau rất đáng kể pH < 6,0 làm giảm nghiêm trọng số lượng Rhizobiummelilote trong vùng rễ của alfalfa, mức độ hình thành nốt sần và năng suất của alfalfa, trong khi đó

pH khoảng 5,0 – 7 chỉ có ảnh hưởng rất ít đến R trifoli và cây họ đậu chủ yếu là cỏ ba lá

Bón vôi cho đất chua là một biện pháp cải thiện pH cho các cây họ đậu cộng sinh vớiRhizobium Đối với những nơi không có nguồn vôi có thể thay đổi phương pháp trồng cây họ đậu,bằng cách chủng các vi khuẩn vào trong hạt hay sử dụng các chủng thích ứng với đất chua

Tình trạng dinh dưỡng khoáng trong các loại đất, các loại đất chua thiếu Ca2+, H2PO4- có thểhạn chế sự sinh trưởng của Rhizobia; nhưng sự thiếu hụt các chất dinh dưỡng khoáng khác ít khilàm giảm sự cố định đạm Sự cố định đạm trong nốt sần cây yêu cầu nhiều Mo hơn cây chủ, vì vậy

Mo là yếu tố vi lượng rất quan trọng đối với các cây cố định đạm Sự bắt đầu hình thành và pháttriển của nốt sần có thể bị ảnh hưởng do thiếu các nguyên tố Co, B, Fe và Cu Sự khác nhau trong

có thể làm giảm sự hoạt động của enzym nitrogenase và vì vậy làm giảm sự cố định đạm Các nốt

liên quan đến sự cạnh tranh trong sử dụng các sản phẩm quang hợp giữa quá trình khử NO3- và cácphản ứng cố định đạm

Quang hợp và khí hậu, tốc độ hình thành các sản phẩm quang hợp có liên quan mạnh mẽđến sự gia tăng cố định đạm bởi vi khuẩn Rhizobia Những yếu tố làm giảm tốc độ quang hợp cũngđồng thời làm giảm sự cố định đạm Các yếu tố này bao gồm cường độ ánh sáng giảm, thiếu nước

và nhiệt độ thấp

Phương pháp quản lý cây họ đậu, thông thường bất cứ biện pháp kỹ thuật nào làm giảmnăng suất của cây họ đậu sẽ làm giảm lượng đạm được cố định bởi cây họ đậu Những biện pháp kỹthuật này bao gồm việc quản lý nước và chất dinh dưỡng, cỏ dại côn trùng, bệnh và thu hoạch Kỹthuật thu hoạch thường khác nhau rất nhiều giữa các khu vực, chu kỳ thu hoạch quá ngắn, quá sớmhoặc quá trễ đều có thể làm giảm năng suất của cây họ đậu và lượng đạm cố định

2.3 Sự cố định đạm bởi các cây gỗ và cây bụi thuộc họ đậu

Sự cố định đạm bởi các cây gỗ và cây bụi thuộc cây họ đậu rất quan trọng trong hệ sinh tháirừng nhiệt đới và á nhiệt đới, và cho các hệ thống nông lâm kết hợp trong các quốc gia đang pháttriển Nhiều cây họ đậu cố định được lượng đạm đáng kể Ví dụ, Mimosa, Acaica, bồ kết đen, và baloài cây họ đậu lấy gỗ là Gliricidia sepium, Leucaena leucocephala, Sesbania biosbinosa đã đượcdùng làm cây phân xanh trên những hệ thống cây trồng với lúa là cây trồng chính

Sự cố định đạm của các thực vật khác Một số cây khác được phân bố rộng rãi cũng có khảnăng cố định đạm bởi cơ chế tương tự như cây họ đậu và Rhizobia cộng sinh Một số họ thực vậtsau đây có mang nốt sần trên rễ và cố định được đạm Betulaceae, Elaegnaceae, Myricaceae,Coriariaceae, Rhamnaceae và Casurinaceae Phi lao và Ceanothus là hai loài được tìm thấy phổ biếntrong các vùng rừng ở Tây Bắc Thái Bình Dương, có thể đóng góp một phần đạm đáng kể vào hệsinh thái ở đây Frankia, một loại xạ khuẩn và vi sinh vật tham gia trong quá trình cố định đạm bởicác cây lấy gỗ không thuộc họ đậu này

2.4 Sự cố định đạm bởi các vi sinh vật không cộng sinh trong đất

Sự cố định đạm trong đất cũng có thể được tiến hành bởi một số chủng vi khuẩn sống tự do

và các loại tảo lục lam

2.4.1 Tảo

Hình 5.3 Tảo lam và bèo hoa dâu

nhiều so với các vùng đất khô Vì cần ánh sáng, cho nên chúng chỉ góp một phần nhỏ đạm cho đấtcây trồng cạn sau khi cây trồng đã giao tán Trong sa mạc hay các vùng bán khô hạn, tảo lục lamhay rong rêu chứa tảo sẽ bắt đầu hoạt động sau vài cơn mưa và cố định lượng đạm đáng kể trongthời gian hoạt động rất ngắn của chúng Sự cố định đạm của tảo lục lam rất có ý nghĩa về mặt kinh

tế trong các vùng khí hậu nóng, đặc biệt trên các vùng đất nhiệt đới, đạm trở nên hữu dụng cho cácsinh vật khác bởi tảo lục lam có thể khá quan trọng trong các giai đoạn đầu của sự hình thành đất.

Có một quan hệ cộng sinh đáng chú ý giữa Anabaena azola (một loại tảo lục- lam) và Azolla(bèo hoa dâu) trong sông hồ nhiệt đới và ôn đới Tảo lục lam định vị trong khoang lá của bèo hoadâu nên được bảo vệ chống lại các điều kiện bên ngoài và có khả năng cung cấp tất cả đạm cần thiếtcho cây chủ Một đặc điểm quan trọng của tổ hợp này là bèo hoa dâu có bề mặt thu nhận ánh sángrất lớn, đây là một đặc điểm giới hạn khả năng cố định đạm của tảo lam sống tự do

Vi sinh vật Beijerinckia, hiện diện trong hầu hết các vùng nhiệt đới, sống trên bề mặt lá củanhiều loại cây nhiệt đới và cố định đạm trên những lá này thay vì hoạt động trong đất

Ở khu vực Đông Nam Á, Azolla được sử dụng làm phân xanh hàng thế kỷ nay trên các vùngcanh tác lúa nước, cũng như làm thức ăn cho gia súc, hay làm các loại phân bón hỗn hợp bón chocác loại cây trồng khác, và cũng được sử dụng như là một biện pháp diệt cỏ dại Khi sử dụng làmphân xanh bèo hoa dâu cung cấp 50 – 60 kg N/ hecta làm tăng năng suất lúa đáng kể so với ruộnglúa không bón phân

2.4.2 Vi khuẩn liên kết cố định đạm

Một số vi khuẩn cố định đạm có thể sinh trưởng trên bề mặt rễ và trong một số trường hợp

có thể sinh trưởng ngay trong mô rễ của bắp, cỏ, kê, lúa, cao lương, lúa mì và rất nhiều loại thực vật

bậc cao khác Azospirillum brasilense là loại vi khuẩn cố định đạm được xác định Tiêm chủng Azospirillum brasilense cho cây ngũ cốc cải thiện được sự sinh trưởng và dinh dưỡng đạm, mặc dù

phản ứng của sự chủng này biến động rất cao Một số yếu tố có thể làm gia tăng sự hấp thu chấtdinh dưỡng của cây trồng là khả năng thấm của rễ được thay đổi những hoạt động của hormon vàtăng cường sự khử NO3- trong rễ Đối với chủng Azotobacter và Clostridium có thể cung cấp tối đa

5 kg N/ hecta; vì vậy những sinh vật không cộng sinh này có giá trị rất thấp đối với sự hữu dụng củađạm trong nền nông nghiệp thâm canh

2.5 Sự bổ sung đạm trực tiếp từ khí quyển vào đất

Các hợp chất đạm trong khí quyển được trả lại cho đất theo mưa, dưới các dạng NH3, NO3-,

phản ứng hóa học trong đất Đạm hữc cơ tích lũy dưới dạng những dư thừa hữu cơ bị phân giải vàthoát vào khí quyển từ bề mặt trái đất

thuận với nồng độ NH3 và nhiệt độ nhưng độc lập với lượng mưa

Do có một lượng nhỏ NO2- hiện diện trong khí quyển nên thường cả NO2- và NO3- được gọichung là NO3-, NO3- trong khí quyển được hình thành trong thời gian phóng điện trong khí quyển,

liên quan đến sấm sét Phần còn lại do khí thải công nghiệp hay phát sinh từ đất

Các hợp chất đạm trong khí quyển liên tục được trả lại cho đất thông qua nước mưa Tổnglượng đạm trong nước mưa biến thiên từ 1 – 50 kg/hecta/ năm, phụ thuộc vào vị trí địa lý Điều nàycho thấy rằng lượng đạm trong nước mưa thường cao ở các vùng xung quanh khu công nghiệp, vàthông thường nồng độ đạm trong nước mưa trong vùng nhiệt đới cao hơn so với vùng cực và ônđới

2.6 Sự cố định đạm công nghiệp, công nghiệp sản xuất phân đạm vô cơ

Đạm được cố định từ công nghiệp là nguồn đạm quan trọng nhất hiện nay và trong tươnglai Quá trình sản xuất đạm bằng phương pháp cố định công nghiệp dựa trên quy trình Haber –Bosch, trong đó khí H2 và N2 phản ứng với nhau để tạo thành NH3

3 H2 + 2 N2  2 NH3 (ở điều kiện 1200oC và 500 atm)

NH3 được sản xuất có thể được sử dụng làm phân bón trực tiếp (NH3 khan) tuy nhiên NH3 thườngdùng làm nguyên liệu để sản xuất các dạng phân đạm khác

3 Đạm trong đất

3.1 Các dạng đạm trong đất

Lượng đạm trong đất thay đổi từ 0,02 % ở tầng đất sâu đến 2,5 % trong đất than bùn Nồng

độ đạm trong lớp đất mặt của phần lớn các loại đất canh tác thường biến thiên từ 0,03 – 0,4 % Đạmtrong đất hiện diện ở hai dạng đạm hữu cơ và đạm vô cơ Nhưng 95 % đạm trong đất mặt là đạmhữu cơ

Các hợp chất đạm vô cơ, các dạng đạm vô cơ trong đất bao gồm ammonium (NH4+), nitrite(NO2-), nitrate (NO3-), nitrous oxide (N2O), nitric oxide (NO) và đạm nguyên tố (N2) chỉ được sửdụng bởi Rhizobia và các vi sinh vật cố định đạm khác

Trên quan điểm về độ phì nhiêu của đất, NH4+, NO3- và NO2- là quan trọng nhất và đượchình thành từ sự phân giải hảo khí của chất hữu cơ trong đất hay từ các loại phân đạm được bón

là các dạng đạm rất dễ bị mất thông qua quá trình phản N hóa

Các hợp chất đạm hữu cơ, đạm hữu cơ trong đất tồn tại ở các dạng như là protein, amino

acid, amino sugar và các hợp chất đạm phức tạp khác Tỉ lệ của các dạng đạm hữu cơ này khác nhaunhư sau: amino acid 20 – 40 %, amino sugar như hexosamine 5 – 10 % và các hợp chất có nguồngốc như purine, pyrimidine < 1 % Protein thường kết hợp với sét, lignin và các chất khó phân giảikhác Các kỹ thuật phân tích hiện nay có thể tách các amino acid tự do không nối với peptide haykết hợp với các polymer hữu cơ cao phân tử, sét và lignin từ trong đất Do dễ dàng bị oxi hóa sinhhọc nên các hợp chất này thường không được tích lũy trong đất và chúng có thể là nguồn NH4+ quantrọng đối với dinh dưỡng cây trồng So với các dạng khác, lượng amino acid tự do trong đất tươngđối thấp

3.2 Các dạng N trong đất mà rễ cây trồng có thể hấp thụ

nước, NO3- có nồng độ cao hơn NH4+, NO3- di chuyển đến rễ bằng dòng chảy khối lượng và khuếchtán Nhưng đồng thời, một số NH4+ luôn hiện diện trong đất và có ảnh hưởng đến sự sinh trưởng vàtrao đổi chất của cây trồng bằng nhiều cơ chế khác nhau

Mức độ hấp thu đạm dạng NH4+ hay NO3- của cây trồng tùy thuộc vào tuổi và loại cây trồng,điều kiện môi trường và các yếu tố khác Ngũ cốc, bắp, đậu, củ cải đường, dứa, lúa sử dụng cả haidạng này Cải xoăn, cần tây, các loại đậu, bí, sinh trưởng tốt nhất khi được cung cấp dạng đạm NO3-

cao Các cây thuộc họ cà như thuốc lá, ca chua, khoai tây thích hợp môi trường dinh dưỡng có tỉ lệ

-được khử trong việc tổng hợp protein Hơn nữa, NH4+ trong đất ít bị mất do rửa trôi và phản N hóa

Sự hấp thu NH4+ của cây trồng tốt nhất ở pH trung tính và sự hấp thu này giảm khi độ chuatăng Sự hấp thu NH4+ của rễ sẽ làm giảm sự hấp thu Ca2+, Mg2+ và K+ trong khi đó làm tăng sự hấpthu H2PO4-, SO42- và Cl- do tính tương tác thuận và nghịch của các ion

NO3- pH vùng rễ bị giảm khi cây trồng hấp thu NH4+ do rễ tiết H+ để trung hòa điện tích hay cânbằng điện tích bên trong cây Người ta nhận thấy trên lúa mì có sự khác biệt đến hai đơn vị pH khi

lúa mì được cung cấp NH4+ và NO3- Sự hóa chua này có ảnh hưởng đến sự hữu dụng của các chấtdinh dưỡng và sự hoạt động sinh học xung quanh vùng rễ.

Giới hạn chống chịu với nồng độ NH4+ trong cây tương đối hẹp, khi nồng độ NH4+ tăng cao

hấp thu K+, và phát sinh hiện tượng thiếu K+, ngược lại, cây trồng chống chịu với nồng độ NO3- cao

và tích lũy NO3- trong mô ở mức độ rất cao

3.3 Sự tổng hợp NH 4 + và NO 3 - trong cây

Sự sinh trưởng của cây trồng thường được cải thiện khi được cung cấp cả hai dạng NH4+ và

NO3- so với trường hợp chỉ cung cấp từng loại riêng lẻ Có nhiều dẫn chứng cho thấy khi cung cấp

cả hai dạng đạm này sẽ có lợi ở một số giai đoạn sinh trưởng đối với một số giống bắp, cao lương,đậu nành, lúa mì, và lúa mạch Năng suất của lúa mì, lúa mạch và cao lương tăng khi được bón

NH4+ và NO3- và số nhánh cũng cao hơn Năng suất bắp tăng từ 8 – 25 % khi cung cấp NH4+ và

NO3- so với việc cung cấp đơn thuần NO3-

năng suất bắp tăng tối đa và tỉ lệ bón NH4+ / NO3- 50:50 là tối hảo Các kết quả thí nghiệm kháccũng nhận thấy là 2 – 4 ngày sau khi phun râu là giai đoạn tốt nhất để bón NH4+ sẽ làm tăng năngsuất đáng kể

3.4 Dạng đạm vô cơ và các bệnh của cây trồng

yếu hiện diện trong vùng rễ, một số bệnh khác lại chiếm ưu thế khi NO3- hiện diện trong vùng rễ

Có hai tiến trình có thể liên quan đến vấn đề này, bắt đầu với sự ảnh hưởng trực tiếp của các

-đến hoạt động của các vi sinh vật có khả năng làm thay đổi sự hữu dụng của các cation vi lượng Ví

với lúa mì Ảnh hưởng của dạng đạm đến pH đất trong vùng rễ cũng là một phần lý do giải thích tạisao có sự khác biệt trong mức độ nghiêm trọng của các bệnh khi bón các dạng phân đạm khác nhau

3.5 Chuyển hóa đạm trong đất

Khả năng hữu dụng của NH4+ và NO3- đối với cây trồng phụ thuộc rất nhiều vào các điềukiện như liều lượng, dạng phân đạm được bón vào đất, lượng đạm được bón và lượng đạm trongchất hữu cơ của đất được khoáng hóa Trong đó, lượng đạm được giải phóng từ đạm hữu cơ phụthuộc vào rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến sự khoáng hóa chất hữu cơ, hấp thu sinh học đạm và cácquá trình mất đạm của đất

Chất hữu cơ trong đất là các vật liệu hữu cơ có tình trạng phân giải ở nhiều giai đoạn khácnhau Chất hữu cơ trong đất có thể chia làm hai loại:

Mùn là các vật liệu tương đối ổn định và bền vững phân giải tương đối chậm

Những vật liệu hữu cơ phân giải khá nhanh bao gồm các vật liệu còn tươi từ dư thừa thựcvật đến hợp chất sắp hình thành mùn tương đối ổn định

Các tiến trình sinh học chủ yếu liên quan đến sự chuyển hóa của dư thừa thực vật và hìnhthành mùn trong đất là quá trình khoáng hóa và cố định sinh học của đạm trong đất Những phảnứng này kết hợp với các yếu tố vật lý, hóa học, và môi trường khác có ý nghĩa rất quan trọng trong

sự ổn định của chất hữu cơ trong đất và sự hữu dụng của đạm vô cơ đối với cây trồng

3.6 Sự khoáng hóa đạm trong đất

Sự khoáng hóa đạm là quá trình biến đổi đạm hữu cơ thành đạm vô cơ, sự khoáng hóa đạmhữu cơ bao gồm hai phản ứng, amine hóa và amonium hóa, các phản ứng này diễn ra thông qua sựhoạt động của nhiều vi sinh vật dị dưỡng Các vi sinh vật dị dưỡng cần các hợp chất carbon hữu cơlàm nguồn cung cấp năng lượng

Sự khoáng hóa gia tăng khi nhiệt độ gia tăng, đủ nước, và đầy đủ oxy, sự phân giải cũng cóthể xảy ra trong điều kiện ngập nước mặc dù với tốc độ chậm hơn, thường không phân giải hoàntoàn Sự hô hấp thoáng khí và trong điều kiện ít yếm khí chất hữu cơ bị phân giải sẽ giải phóng đạmdưới dạng NH4+.

Phản ứng amine hóa: các vi khuẩn dị dưỡng và nấm tham gia vào một hay nhiều bước trongcác phản ứng phân giải chất hữu cơ Vi khuẩn chiếm ưu thế trong việc phá vỡ các chất hữu cơ trongmôi trường trung tính và kiềm, và một số ít loại nấm; trong điều kiện đất chua nấm là tác nhânchính tiến hành phản ứng amine hóa Sản phẩm cuối cùng của những hoạt động của nhóm này sẽ làchất nền cho các hoạt động của nhóm tiếp theo và tiếp tục cho đến khi vật liệu bị phân giải Mộttrong những giai đoạn cuối cùng là sự phân giải protein và giải phóng amine, amino acid và urea.Bước này gọi là amine hóa, được hình thành theo sơ đồ sau:

Phản ứng Amonium hóa Các amine và amino acid được sản sinh bởi sự amine hóa của Nhữu cơ được tiếp tục phân giải bởi các sinh vật dị dưỡng khác, giải phóng ammonium Bước này

được gọi là quá trình ammonium hóa và được trình bày như sau:

R – NH2 + H2O  NH3 + R – OH + năng lượng

-Rất nhiều loại vi khuẩn hảo khí và kị khí, nấm, và xạ khuẩn có khả năng tham gia vào quátrình này để giải phóng NH4+

Khi NH4+ hình thành chúng có thể bị biến đổi như sau:

Có thể được biến đổi thành NO2- và NO3- bởi các quá trình nitrite và nitrate hóa

Có thể hấp thụ trực tiếp bởi thực vật bậc cao

Có thể được sử dụng bởi các vi sinh vật dị dưỡng trong sự phân giải các dư thừa của C hữu

cơ sau đó hấp thu sinh học

Có thể bị cố định, bị kẹt trong các lá sét, thành dạng không hữu dụng trong một số loạikhoáng sét có tính trương nở

Có thể được giải phóng trở lại khí quyển dưới dạng NH4- quá trình bay hơi

3.7 Nồng độ đạm trong dư thừa thực vật

Nồng độ đạm trong dư thừa thực vật cũng có thể được dùng để dự đoán lượng đạm có thểhấp thu sinh học hay được khoáng hóa Nồng độ đạm khoảng 1,5 – 1,7% trong dư thừa hữu cơ đủ

để tối thiểu hóa sự hấp thu sinh học của đạm trong đất, trong điều kiện thoáng khí Trong điều kiệnyếm khí, đất ngập nước, nhu cầu đạm cho sự phân giải các dư thừa thực vật có thể chỉ là 0,5%

Các ảnh hưởng của sự khoáng hóa và hấp thu sinh học đến chất hữu cơ trong đất; Trên cácloại đất nguyên thủy (chưa có sự canh tác) hàm lượng mùn được quyết định bởi thành phần cơ giớicủa đất, địa hình và các điều kiện khí hậu Thông thường đất ở vùng khí hậu lạnh có hàm lượng chấthữu cơ cao hơn trong vùng khí hậu nóng và chất hữu cơ tăng khi lượng mưa tăng Những sự khácnhau này do sự giảm oxi hóa chất hữu cơ trong điều kiện lạnh và sinh khối tăng khi lượng mưatăng Hàm lượng mùn trong đất có sa cấu mịn thường cao hơn trong đất có sa cấu thô vì liên quanđến sự hình thành sinh khối trong đất có sa cấu mịn thường cao vì sự dự trữ nước của đất được cảithiện và có sự giảm tiềm năng oxi hóa mùn Hàm lượng chất hữu cơ trong đất đồng cỏ thường caohơn trong đất rừng Những quan hệ này thường được thể hiện rõ ràng trên các loại đất được tiêunước tốt Trong điều kiện ngập nước, sự phân giải hảo khí bị cản trở và chất hữu cơ sẽ tích lũy vớihàm lượng cao, bất kể trong điều kiện nhiệt độ và sa cấu như thế nào

Duy trì mức độ OM đầy đủ sẽ ảnh huởng rất lớn đến nhiều đặc tính khác của đất, các đặctính này có ảnh hưởng rất lớn đến khả năng sản xuất của đất OM rất quan trọng trong việc duy trì

cấu trúc của đất, đặc biệt là đất có sa cấu mịn OM làm tăng CEC, làm giảm tiềm năng rửa trôi cácnguyên tố như K+, Ca2+, Mg2+ Sự khoáng hóa chất hữu cơ cung cấp một cách liên tục, mặc dù hàmlượng bị giới hạn, N hữu dụng cho cây trồng và cả P và S Khả năng giữ nước của đất được cảithiện khi hàm lượng OM tăng Sự bền vững và gia tăng khả năng sản xuất của đất cho các thế hệtương lai tùy thuộc vào việc duy trì hàm lượng chất hữu cơ trong đất một cách tối hảo.

3.8 Quá trình nitrate hóa

thành NO3-, quá trình này được gọi là quá trình nitrate hóa, là một tiến trình bao gồm hai bước trong

đó đầu tiên NH4+ bị biến đổi thành NO2- và sau đó thành NO3-

Nitrite hóa: sự oxi hóa sinh học của NH4+ thành NO2- được trình bày như sau:

2 NH4+ + 3O2 -> 2 NO2- + 2 H2O + 4 H+

NitrosomonasNitrosomonas là vi khuẩn tự dưỡng bắt buộc, chúng thu nhận năng lượng từ sự oxi hóa đạm và nhận

C từ CO2 Các vi khuẩn tự dưỡng khác (nitrosolobus, nitrospira, nitrosovibrio), và một số vi khuẩn

dị dưỡng cũng có thể oxi hóa NH4+ và các hợp chất đạm khử khác (amine) thành NO2-

Nitrate hóa: trong bước thứ 2 NO2- tiếp tục bị oxi hóa thành NO3

2 NO2- + O2 -> 2NO3

-Nitrobacter

Sự oxi hóa nitrite xảy ra do vi khuẩn tự dưỡng nitrobacter, mặc dù tiến trình này cũng có

từ phân đạm có chứa NH4+, hay các loại phân đạm sẽ hình thành NH4+ khi bón vào đất Tốc độ phảnứng liên quan đến sự nitrate hóa trong phần lớn các loại đất thoát nước tốt theo thứ tự NO2-  NO3-

> NH4+  NO2- Do đó NO2- thường không được tích lũy trong đất, NO2- là chất gây độc cho rễ khi

ở nồng độ cao Cả hai phản ứng trên đều cần O2 phân tử vì vậy sự nitrate hóa chỉ xảy ra trên đấtthoáng khí Những phản ứng trên cũng cho thấy rằng khi nitrate hóa một mole NH4+ sẽ hình thành 2mole H+ Sự gia tăng độ chua của đất với tiến trình nitrate hóa là tiến trình tự nhiên, mặc dù sự hóachua của đất sẽ càng thêm nghiêm trọng khi bón liên tục các loại phân đạm chứa NH4+ hay các loạiphân đạm khi bón vào đất sẽ hình thành NH4+ Bởi vì ion NO3- được hình thành dễ dàng và rất diđộng nên cũng dễ dàng bị rửa trôi Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến sự nitrate hóa trong đất sẽgiúp chúng ta hiểu biết kỹ thuật quản lý nhằm tối thiểu hóa sự mất NO3- dưới dạng rửa trôi

3.8.1Các yếu tố ảnh hưởng đến sự nitrta hóa

Do có liên quan đến sự hoạt động của các vi sinh vật, nên tốc độ và phạm vi nitrate hóachịu ảnh hưởng rất lớn bởi các điều kiện môi trường Thông thường bất cứ yếu tố môi trường nàothích hợp cho sự sinh trưởng của phần lớn cây trồng cạn thì sẽ thích hợp cho sự hoạt động của các

vi khuẩn nitrate hóa Các yếu tố ảnh hưởng đến sự nitrate hóa trong đất bao gồm

Sự cung cấp NH 4 + là yêu cầu đầu tiên cho sự nitrate hóa

đuợc bón các loại phân chứa hay hình thành NH4+) quá trình nitrate hóa sẽ không xảy ra Nhiệt độ

và độ ẩm thích hợp cho nitrate hóa cũng thích hợp cho quá trình amonium hóa

Nếu có một lượng lớn rơm rạ của ngũ cốc, thân bắp hay các vật liệu tương tự có tỉ lệ C/Ncao được vùi vào trong đất có hàm lượng đạm vô cơ thấp, điều này sẽ dẫn đến kết quả là có sự cốđịnh đạm sinh học bởi các vi sinh vật tham gia trong quá trình phân giải các dư thừa thực vật Nếucây trồng được trồng ngay sau khi cày đất cây trồng có thể bị thiếu đạm, sự thiếu đạm có thể được

hạn chế bằng cách bón phân đạm để cung cấp đủ đạm cho nhu cầu của vi sinh vật và cây trồng đangsinh trưởng.

Mật độ vi sinh vật nitrate hóa

Các loại đất khác nhau sẽ có khả năng nitrate hóa khác nhau mặc dù có những điều kiện

các vi khuẩn nitrate hóa hiện diện với mật độ khác nhau trong các loại đất khác nhau

Sự hiện diện của các vi khuẩn trong đất khác nhau về mật độ sẽ dẫn đến kết quả là sẽ có sựkhác nhau về thời gian từ khi cung cấp NH4+ đến khi hình thành NO3- trong đất Dân số vi sinh vật

có khuynh hướng tăng rất nhanh khi cung cấp đầy đủ C, nên tổng lượng nitrate hóa không ảnhhưởng bởi số lượng vi sinh vật ban đầu, chỉ phụ thuộc vào điều kiện nhiệt độ ẩm độ thích hợp cho

sự nitrate hóa

pH đất

Sự nitrate hóa có thể xảy ra trên một biên độ pH rộng (4,5 – 10) nhưng pH tối hảo chonitrate hóa là trung tính Các vi khuẩn nitrate hóa cần cung cấp đầy đủ Ca2+ và H2PO4- và sự cân

các vi sinh vật nitrate hóa cho thấy tầm quan trọng của việc bón vôi trên đất nông nghiệp

Độ thoáng khí của đất

Các vi khuẩn nitrate hóa là vi khuẩn hảo khí cho nên chúng sẽ không hoạt động khi thiếu

O2, sự nitrate hóa xảy ra tối đa ở nồng độ 20% O2 tương tự nồng độ O2 trên khí quyển Cho thấy tầmquan trọng của sự duy trì các điều kiện cho phép sự khuếch tán nhanh của các chất khí ra vào trongđất Các loại đất có sa cấu thô hay cấu trúc tốt sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho sự trao đổi khí nhanhchóng và đảm bảo cho sự cung cấp O2 đầy đủ cho các vi sinh vật nitrate hóa

Trả lại dư thừa thực vật và những chất bổ sung hữu cơ khác cho đất sẽ duy trì hay cải thiệnđược độ thoáng khí của đất làm gia tăng tiến trình nitrate hóa

Độ ẩm của đất, sự hoạt động của các vi vật rất mẫn cảm với độ ẩm của đất Tốc độ nitratehóa cao nhất ở độ ẩm là 1/3 bar (độ ẩm đồng ruộng) Nước chiếm khoảng 80 – 90% các lỗ rỗng củađất Sự khoáng hóa và nitrate hóa bị giảm khi đất quá ẩm ướt với độ ẩm vượt quá độ ẩm đồngruộng

Nhiệt độ

khoáng hóa N = 2, trong khoảng nhiệt độ từ 5 – 350C Có nghĩa là tốc độ khoáng hóa tăng 2 lần khinhiệt độ tăng 100C trong khoảng nhiệt độ này (hình 5.12) Nhiệt độ dưới 50C và trên 400C sẽ làmgiảm tốc độ khoáng hóa, thường nhiệt độ tối hảo từ 30 – 350 C, hàm lượng NO3- hình thành đáng kểchỉ sau 2 tháng khi nhiệt độ từ 0 – 20C Nhiệt độ rất tối hảo cho sự nitrate hóa NH4+ thành NO3- từ 25– 350C, mặc dù sự nitrate hóa có thể xảy ra trong khoảng nhiệt độ rộng hơn

Trong điều kiện đồng ruộng, sự thay đổi nhiệt độ sẽ quyết định mức độ nitrate hóa Vì vậynếu bón phân NH4+ trong mùa đông, vùng có nhiệt độ trung bình trong những tháng lạnh là 2,80C,

có thể sự thay đổi nhiệt độ đất sẽ cho phép sự nitrate hóa đáng kể Nhiệt độ cao xảy ra trước nhiệt

độ thấp dẫn đến kết quả là sự nitrate hóa lớn hơn nếu tình trạng ngược lại xảy ra

3.8.2 Sự di động của NO 3

keo đất Do đó nên NO3- di động rất cao và bị mất do rửa trôi là chính khi hàm lượng N trong đấtcao và có sự di chuyển của nước Sự rửa trôi NO3- thường là cơ chế mất N chính trên các loại đấttrong các vùng khí hậu ẩm

Cần phải kiểm soát cẩn thận sự rửa trôi của NO3- vì NO3- có tác động nghiêm trọng đối vớimôi trường Mức độ NO3- (và H2PO4-) cao trong nước chảy tràn trên mặt và nước thấm lậu sẽ có thểlàm ô nhiễm nguồn nước sinh hoạt và sẽ kích thích sự sinh trưởng của các thực vật có hại và tảotrong các ao hồ và các nơi dự trữ nước

Một số yếu tố ảnh hưởng đến lượng NO3- mất do rửa trôi là

Liều lượng, thời gian, loại và phương pháp bón phân N

Sử dụng các chất ức chế sự nitrate hóa

Thâm canh và sự hấp thu N của cây trồng.

Các đặc tính của đất ảnh hưởng đến sự thấm lậu

Lượng, chế độ, thời gian mưa hay tưới.

3.9 Một số quá trình mất đạm khác trong đất

3.9.1Sự cố định Ammonium

Một số khoáng sét, đặc biệt là vermiculite, illite, có khả năng cố định NH4+ do sự thay thế

NH4+ bởi các cation khác trong các lá sét NH4+ bị cố định cũng có thể lại được thay thế bởi cáccation khác trong lá sét như Ca2+, Mg2+, Na+, H+ nhưng không bị thay thế bởi các cation cùng kíchthước với nó (K+) Sự cố định NH4+ mới được bón vào đất có thể xảy ra trên các hạt có kích thướcsét, thịt và cát nếu đất chứa hàm lượng vermiculite cao Sét thô (0,2 – 2 m) và thịt mịn (2 – 5 m)

là các phần quan trọng nhất trong việc cố định khi NH4+ được bón vào đất

Sự hiện diện của K+ thường sẽ hạn chế cố định NH4+ vì K+ cũng có thể bị cố định đầy các vịtrí cố định trên lá sét Do đó, người ta cho rằng việc bón phân K+ trước khi bón phân NH4+ là mộtbiện pháp kỹ thuật để làm giảm sự cố định NH4+ trên các vùng đất cố định NH4+cao

Sự cố định NH4+ của sét xảy ra tương đối nhanh trên một số loại đất khi NH4+ được phóngthích chậm Sự hữu dụng của NH4+ mới bị cố định có thể bị thay thế, ít nhất là một phần, NH4+ đã bị

cố định tại chỗ Hơn nữa, người ta cũng nhận thấy rằng chất ức chế nitrate hóa làm giảm sự hữudụng của NH4+ mới bị cố định đối với cây trồng, điều này đã củng cố thêm lý thuyết cho rằng một

số NH4+ bị cố định thường trao đổi và biến đổi thành NO3- nên có thể được cây trồng sử dụng dễdàng

3.9.2 Sự mất N ở dạng khí

N trong đất bị mất chủ yếu là do cây trồng lấy đi và rửa trôi Tuy nhiên trong 1 số điều kiện,các ion N vô cơ có thể biến đổi thành dạng khí và bị mất vào khí quyển Con đường N chủ yếu bị

các cơ chế được xem là quan trọng nhất trong sự mất N

3 HNO 2  2NO + H NO 3 + H 2 O

Mn 2+ + HNO 2 H +  Mn 2+ + NO + H 2 O

Fe 2+ + HNO 2 + H +  Fe 3+ + NO + H 2 O Khí NH 3 A Phân NH 3 lỏng khan

Urea Muối NH 4+

B Sự phân giải chất hữu cơ và phân hữu cơ

NH 3 lỏng  NH 3  khí (NH 2 ) 2 CO + H 2 O  2NH 3 + CO 2

(pH > 7) NH 4+ + OH -  NH 3  + H 2 O Giải phóng và bay hơi NH 3

3.10 Sự phản N hóa

khí Một số vi sinh vật có khả năng nhận O2 cho hoạt động của chúng từNO2- và NO3-, kèm theo là

trình nitrate hóa thuộc các chủng Pseudomonas, Bacillus và Paracoccus Một số sinh vật tự dưỡng cũng có thể tham gia vào quá trình phản N hóa bao gồm Thiobacillus denitrificans và T

.thipbarus

trung xung quanh rễ cây Carbonat tiết ra từ các rễ hoạt động kích thích sự sinh trưởng của vi khuẩnphản N hóa trong vùng rễ Tiềm năng của sự phản N hóa rất lớn trong hầu hết các loại đất đang canhtác, nhưng phải có các điều kiện phát sinh làm cho những sinh vật này tăng hoạt động từ sự hô hấphảo khí đến kiểu phản N hóa của chế độ trao đổi chất liên quan đến việc sử dụng NO3- như là chấtnhận điện tử trong điều kiện thiếu O2

Số lượng N bị mất ở dạng khí do phản N hóa rất biến đổi tùy thuộc các điều kiện môi trường,

từ mùa này sang mùa khác và năm này sang năm khác Các tỉ lệ của 2 sản phẩm chính của sự phản

trở nên lớn hơn khi sự cung cấp O2 của đất được cải thiện

3.10.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến sự phản N hóa

Hàm lượng và tốc độ của sự phản N hóa chịu ảnh hưởng rất lớn bởi một số yếu tố về đất vàmôi trường Quan trọng nhất trong các yếu tố này là hàm lượng và tính chất của chất hữu cơ hiệndiện trong đất, ẩm độ đất, độ thoáng khí, pH đất, nhiệt độ đất, hàm lượng và dạng N vô cơ (thí dụ

NH4+ và NO3-)

Chất hữu cơ dễ phân giải

Hàm lượng chất hữu cơ dễ phân giải trong đất cũng có ảnh hưởng đến sự nitrate hóa N trongđất

tăng đáng kể hàm lượng chất hữu cơ của đất được các vi sinh vật phản N hóa sử dụng dễ dàng.Trong điều kiện đồng ruộng, dư thừa thực vật tươi được bón vào đất có thể kích thích làm giatăng sự phản N hóa

Ẩm độ của đất

Trong các điều kiện môi trường, ẩm độ đất là yếu tố quan trọng nhất quyết định sự mất N do

điểm hoạt động của vi sinh vật bị hạn chế Các nhà khoa học Anh đã cho rằng đối với mỗi 25 mmmưa trong khoảng thời gian 4 tuần lễ sau khi bón phân N, sẽ có khoảng 8 % N được bón sẽ bị mất

Sự biến đổi NO3- thành N2O và N2 sẽ tăng nhanh khi mưa làm bão hòa 1 loại đất do làm tăng hoạt

động sinh học Tiềm năng mất N do phản N hóa lên đến 16 kg N/ha trong những ngày đầu khi đấtmới bão hòa nước.

Hình 5.4 Ảnh hưởng của ẩm độ (diễn tả bằng % khả năng giữ nước của đất) đến sự phản N

hóa trong đất (đất được xử lý với glucose)

trình phản N hóa Tuy nhiên, có một số NO3- luôn hiện diện trong các loại đất này bởi vì một phần

NH4+ trong vùng thoáng khí (lớp oxid hóa) của hệ thống cây trồng – đất – nước được biến đổi thành

NO3- Khi NO3- này khuếch tán vào các phần đất yếm khí, nó nhanh chóng bị phản N hóa hoàn toàn

Độ thoáng khí của đất

nhau Sự hình thành NO3- và NO2- phụ thuộc vào sự cung cấp đầy đủ O2 Tuy nhiên sự phản N hóacủa chúng chỉ tiến hành khi sự cung cấp O2 bị hạn chế đến mức thấp nhất cho nhu cầu vi sinh vật.Tiến trình phản N hóa cũng có thể xảy ra trong đất có độ thoáng khí tốt, có thể là các vị trí yếm khí

đồng thời với sự khuếch tán O2 thấp vào trong đất và nhu cầu hô hấp cao trong đất

pH đất

Độ chua của đất có thể có ảnh hưởng đáng kể đến sự phản N hóa do có nhiều vi khuẩn thamgia trong quá trình phản N hóa rất mẫn cảm với pH thấp Kết quả là các loại đất chua thường chứamột dân số rất nhỏ các vi sinh vật phản N hóa Sự phản N hóa không đáng kể trong các loại đất có

pH 5,0 nhưng phản N hóa sẽ xảy ra rất nhanh trong các loại đất có pH cao

Độ chua cũng làm thay đổi các tiến trình hình thành và hàm lượng tương đối của các loại N

thường hiện diện hơn ½ N dạng khí được giải phóng trong môi trường chua Sự hình thành NOluôn được hình thành trong điều kiện pH thấp (pH luôn thấp hơn 5,5) NO2 cóthể là dạng khí đầutiên hình thành trong đất có phản ứng trung tính hay hơi chua, nhưng do bị khử về mặt vi sinh vậthọc nên N2 cóxu hướng là sản phẩm chính ở pH > 6,0 Sự hiện diện của N2O đến sự khử tiếp tụcthành N2

Nhiệt độ

Sự phản N hóa rất mẫn cảm với nhiệt độ đất và tốc độ phản N hóa tăng rất nhanh trongkhoảng nhiệt độ 2 – 250C Sự phản N hóa xảy ra ở tốc độ cao hơn khi nhiệt độ tăng trong khoảng 25– 600C Sự phản N hóa bị ức chế khi nhiệt độ > 600C Sự phản N hóa tăng nhanh khi nhiệt độ đấttăng là do các vi sinh vật hảo khí đóng vai trò chính trong sự phản N hóa

Hàm lượng NO 3

-Sự cung cấp NO3- hay NO2- trong đất là điều kiện tiên quyết cho sự phản N hóa Nồng độ

NO3- cao làm tăng tốc độ phản N hóa và ảnh hưởng lớn đến tỷ lệ các khí N2O:N2 được giải phóng từđất do sự phản N hóa Một thí dụ về NO3-, NO2- và các hỗn hợp của 2 dạng này chịu ảnh hưởng nhưthế nào đến sự tích lũy N2O trong điều kiện yếm khí được trình bày trong bảng 5.2 Mặc dù NO2- ứcchế sự khử N2O thành N2, nhưng các số liệu cho thấy rằng NO3- lại có một tác động lớn hơn nhiềutrong quá trình nitrate hóa

Bảng 5.2: Ảnh hưởng của các hàm lượng NO 3 - và NO 2 - đến hàm lượng N 2 và N 2 O hình thành trong điều kiện khử

Đất khô không khí (30g) được đặt trong bình thủy tinh được xử lý với 8ml nước và ủ ở 300C

hay NaNO3 (20 µg/g đất) và ủ 300C trong He có chứa N2O (1.000 µg N2O – N /g đất)

Sự hiện diện của thực vật

Mặc dù các kết quả nghiên cứu cho thấy rằng tốc độ mất N do phản N hóa chưa thống nhấtđược, nhưng người ta đã nhất trí một cách tổng quát là trong điều kiện đồng ruộng tốc độ phản Nhóa gia tăng bởi cây trồng vì sự giải phóng C hữu dụng tiết ra từ rễ và từ các mô rễ bị chết Sự phản

N hóa trong hầu hết các hệ thống canh tác có bón phân được tác nhân chính cung cấp C hữu cơ cho

vi sinh vật phản N hóa

Cây trồng cũng có làm gia tăng sự phản N hóa do:

- Sự tiêu thụ O2 thông qua hoạt động của rễ

- Sự làm tăng dân số vi sinh vật trong vùng rễ Cây trồng cũng có thể hạn chế sự phản Nhóa do sự tiêu thụ O2 thôngqua hoạt động của rễ hấp thu NO3-

- Sử dụng NH4+ mà NH4+ dễ dàng biến đổi thành NO3-

- Làm giảm ẩm độ đất, kết quả là cải thiện sự cung cấp O2

- Trực tiếp làm tăng mức độ O2 trong vùng rễ của một số loại cây có thể tự vận chuyển O2

(thí dụ như cây lúa nước)

3.10.2 Ý nghĩa của sự phản N hóa về mặt nông nghiệp

Phân N là nguồn N dễ tiêu của đất bị mất N vào không khí do phản N hóa liên tục Vì khíquyển có hàm lượng N2 rất lớn, trong khi NO3- trong nước biển ở dạng tự do nên sự phản N hóa cóthể là tiến trình chính trong việc luân chuyển N vào khí quyển Vì vậy đây là quá trình bù trừ vàoquá trình cố định N2 sinh học

Có thể có 2 kiểu mất N do sự phản N hóa :

- Các dòng chảy nhanh và rộng kết hợp với các trận mưa to, tưới, tuyết tan

- Mất ít nhưng liên tục trong những thời kỳ dài trong các vị trí yếm khí trong đất.

Những sự mất N như thế này có thể chiếm đến 0 – 70 % lượng phân N bón, tiêu biểu là 10 –

30 % Cả 2 tốc độ và phạm vi của các sự mất N trong điều kiện đồng ruộng vẫn còn là sự ước đoánmặc dù được nghiên cứu rất nhiều

Sự mất N chủ yếu do sự phản N hóa là tổng N mất do bay hơi N2O + N2 từ một loại đất thịtpha sét, được tưới và tiêu nước tốt là 2,5% tổng phân N bón cho bắp Trong đó xấp xỉ 75% N mấtdạng khí là N2O Có sự tương quan giữa gia tăng sự sử dụng phân N và sự bay hơi của N2O từ đất

và do đó dẫn đến sự phá hủy từng phần tầng ozone bảo vệ sinh quyển từ tia cực tím có hại về mặt

chính của sự bay hơi N2O, nhưng lượng NO3- được hình thành bởi các sự chuyển hóa tự nhiên củachất hữu cơ trong đất và các tàn dư thực vật thường bị bỏ qua hay không được tính đến trong nghiêncứu

Sự phản N hóa có thể có lợi đối với việc mất đi 1 lượng thừa NO3- từ nước tưới và từ cácnguồn nước thải khác Đối với việc xử lý nước trực tiếp, có thể cần thiết phải chủng cấy vi sinh vậtphản N hóa và cung cấp đầy đủ C ở các dạng có thể được khoáng hóa dễ dàng như methanol Nơinhững hệ thống xử lý nước thải bị nhiễm bẩn trên đất, cần phải tính để bảo đảm nồng độ C có thểđược khoáng hóa phải đủ trong vùng đất đang được xử lý

4 Các phản ứng hóa học liên quan đến NO 2

Ngoài sự phản N hóa sinh học, có một số trường hợp sự mất N trong đất và trong phân bón

có thể xảy ra thông qua các phản ứng hóa học liên quan đến NO2- (bảng 5.9) Mặc dù NO2- khôngphải luôn luôn được tích lũy trong đất, nhưng hàm lượng có thể cao trong các loại đất đá vôi vàtrong một số vùng đất cục bộ bị ảnh hưởng do việc bón phân N chứa NH4+ hay sẽ hình thành NH4+

trong đất

4.1 Phản ứng của NO 2 - với chất hữu cơ trong đất

Sự mất N từ NO2- do các phản ứng hóa học gia tăng theo sự gia tăng hàm lượng chất hữu cơ

Các vị trí phenolic của chất hữu cơ trong đất có thể là yếu tố chính khử NO2- thành N2 và N2O, với

nitrophenols được hình thành như là các sản phẩm trung gian Tất cả N2O hay N2 bay hơi đều phátsinh NO2- tích lũy, mặc dù tổng lượng N mất do phản ứng này không cao NO2- khi phản ứng vớithành phần của chất hữu cơ trong đất như lignin sẽ trở thành cố định hay liên kết dưới dạng hữu cơ

và bền vững đối với sự khoáng hóa

4.2 Các yếu tố thích hợp cho sự tích lũy NO 2

-NO2- không phải luôn luôn được tích lũy trong đất, nhưng khi được tích lũy NO2- có thể ảnhhưởng bất lợi cho cây trồng và vi sinh vật Các điểm bất lợi do NO2- thường gây ra là hoạt động của

Nitrobacter bị giảm, do có liên quan đến pH và mức độ NH4+ cao Ở pH 7,5 – 8,0 tiềm năng biếnđổi NH4+ thành NO2- vượt quá tiềm năng biến đổi NO2- thành NO3-, nhưng ở pH trung tính thì ngượclại Mặc dù sự hình thành NO2- trong đất do pH cao, nhưng sự biến đổi NO2- thành N2O và N2 lại bịhạn chế do pH đất cao

4.3 Ảnh hưởng của các loại phân bón đến sự tích lũy NO 2

Bón các loại phân Urea, NH3 lỏng khan, DAP theo hàng sẽ gây ra sự gia tăng nồng độ NH4+ và

pH tạm thời, do đó làm gia tăng sự tích lũy NO2- trong hàng, bất kể pH ban đầu như thế nào

-và NO3- Các hạt phân urea to hay các kỹ thuật bón đặc biệt, đặt các hạt phân urea có kích thước to

-cục bộ

Sự khuếch tán hay sự pha loãng của NH4+ trong các hàng được bón phân sẽ tạo điều kiện thíchhợp cho sự biến đổi NO2- thành NO3- NO2- có thể khuếch tán qua các điểm ở vùng có pH cao và

NH4+ cao để đạt đến môi trường đất nơi Nitrobacter hoạt động sẽ nhanh chóng biến đổi NH4+ thành

NO3- Một lượng nhỏ N2O cũng có thể được hình thành bởi sự nitrate hóa NH4+ từ phân bón do các

vi sinh vật tự dưỡng Các kết quả nghiên cứu cho thấy rằng khoảng 0,15% N được bón bị mất ởdạng N2O Tuy nhiên, NH3 lỏng khan sẽ sản sinh N2O nhiều hơn rất đáng kể so với phân NH4+.

Tóm lại, các cơ chế có thể xảy ra đối với sự mất N liên quan đến NO2- bao gồm như sau:

Sự phân giải của NH4NO3

Sự tự phân giải của HNO2 , kết quả hình thành nên NO + NO2-

Sự biến dạng của NO2- do sự khử các hợp chất hữu cơ

Sự cố định NO2- do chất hữu cơ trong đất và sự biến đổi một phần NO2- thành N2 và N2O.Phản ứng xúc tác của NO2- với các kim loại như Cu, Fe,và Mn

Tầm quan trọng tương đối của các cơ chế mất N này sẽ có thể khác nhau giữa các loại đất vàphụ thuộc vào các hệ thống quản lý N Trên quan điểm thực tiễn, sự mất N do phản N hóa hóa họctrong điều kiện đồng ruộng là quá nhỏ

5 Sự bay hơi của NH 3

đối hơi nhỏ Vì vậy, sự bay hơi NH3 sẽ được thảo luận liên quan đến sự bón phân N vãi trên mặt đất.Rất nhiều các yếu tố đất, môi trường, quản lý phân N ảnh hưởng đến lượng N bị bay hơi từ phânbón Để hiểu biết các yếu tố này tương tác như thế nào cần phải hiểu biết các phản ứng hóa học củacác loại phân N với đất

Sự bay hơi NH3 hoàn toàn phụ thuộc vào hàm lượng NH3 và NH4+ trong dung dịch đất, hàmlượng này phụ thuộc rất lớn vào pH (hình 5.5) Sự quan hệ được mô tả như sau:

NH4 + NH 3 + H + ( pKa =9,3 ) (1)

%

100 Ammonia 80

60 40 20

Ammonium 0

6 7 8 9 10 11 12 13 14

pH dung dịch

Hình 5.5 Ảnh hưởng của pH đến tỉ lệ NH3 và NH4+ trong dung dịch

Hàm lượng NH3 chỉ xuất hiện đáng kể khi pH dung dịch vượt quá 7,5 Thí dụ, ở pH 8 và 9,3,

NH3 hiện diện là 10% và 50% tổng NH3 + NH4+ trong dung dịch Vì vậy, sự mất NH3 gia tăng do pHđất cao tự nhiên hay do các phản ứng tạm thời làm tăng pH Khi NH4+ trong phân bón được bón vàođất chua hay trung tính thì sẽ có rất ít hay không có sự bay hơi NH3 xảy ra vì pH của dung dịch đấtkhông tăng Cần nhớ lại rằng pH đất sẽ giảm nhẹ khi NH4+ bị nitrate hóa.Khi bón các loại phân sẽ

trong thời gian thủy phân theo phương trình như sau :

(NH 2 ) 2 CO + H + + 2H 2 O 2NH 4 + + HCO 3 - (2 )

pH dung dịch tăng trên 7 vì H+ được tiêu thụ trong phản ứng; vì vậy sự cân bằng của NH4+

-NH3 sẽ dịch về phía phải (phương trình 1) tạo điều kiện thích hợp cho sự bay hơi NH3 Vì vậy trên

đất chua và đất trung tính, phân NH4+ sẽ bị mất NH3 íthơn là phân urea và các loại phân N có chứaurea Sự thủy phân của urea sẽ được thảo luận chi tiết ở phần sau.

Trên các loại đất phát triển trên đá vôi, pH được đệm ở khoảng 7,5; vì vậy các loại phânchứa NH4+ có thể bị mất do bay hơi NH3 Thí dụ, khi bón (NH4)2SO4 vào đất đá vôi, phân sẽ bị phảnứng theo các phương trình sau :

(NH4)2SO4 + 2CaCO3 + 2 H2O 2NH4+ + 2HCO3- + Ca2+ + CaSO4 (3)

(NH4)2SO4 + CaCO3 2NH3 + CO2 + CaSO4 + H2O (6)

sự bay hơi NH3 sẽ thuận lợi hơn Các phản ứng tương tự xảy ra với các loại phân NH4+ khác và sẽhình thành các kết tủa Ca không hòa tan như (NH4)2HPO4 Sự mất N do bay hơi sẽ giảm đối với các

như NH4NO3, NH4Cl

hơn là các muối NH4+, ngoại trừ sự hình thành các kết tủa Ca không hòa tan Sự mất NH3 cũng giatăng với sự gia tăng liều lượng phân bón và với phân dạng lỏng so với nguồn phân N dạng rắn

lớp đất mặt hay phương pháp bón theo hàng Bón vãi phân N và cày vùi ngay sẽ giảm đáng kểlượng NH3 bay hơi

quanh độ ẩm đồng ruộng và khi đất bị khô Sự bốc hơi nước từ mặt đất sẽ làm thích hợp hơn cho sựbay hơi NH3

làm giảm lượng phân urea khuếch tán vào trong đất Các tàn dư thực vật cũng làm cho sự hoạt động

phân urea vãi trên mặt đất.

được nghiên cứu tỉ mỉ Người ta nhận thấy rằng kết quả của các hệ thống thí nghiệm với các điềukiện nhân tạo về sự di chuyển không khí, nhiệt độ và ẩm độ tương đối khá đặc biệt với những gì xảy

ra trong tự nhiên

nghiên cứu trong phòng thí nghiệm, nhưng những nghiên cứu trên đồng ruộng được thiết lập trênmột số điều kiện cho thấy rằng sự mất N do bay hơi với (NH4)2SO4 được bón vãi trên mặt đất đá vôi

có thể chỉ 50 % tổng lượng phân bón, trong khi sự mất do bay hơi chỉ cao khoảng 25 % đối vớiurea Trên đất chua, sự mất NH3 đối với urea sẽ lớn hơn đối với SA Lượng NH3 bị mất phụ thuộc

trên đất đá vôi có sa cấu thô cùng với sự che phủ bởi các dư thừa trên bề mặt

6 Sự trao đổi NH 3 với cây trồng

Các cây trồng có thể nhận đến 10% nhu cầu N của chúng do hấp thu trực tiếp NH3 từ khí

có thể hấp thu hoàn toàn bởi cây trồng trên đó

Một phản ứng bất lợi là sự bay hơi NH3 từlá cây, cũng được nhận thấy từ một số cây trồng,

trưởng của cây trồng, sự mất NH3 xảy ra trong thời kỳ thuần thục và úa tàn của cây Một số nghiên

NH3 cũngđược báo cáo xảy ra ở lúa gạo và đậu nành

Các kết quả nghiên cứu cũng cho thấy rằng cả 2 sự hấp thu và mất NH3 có thể xảy ra trên các

hơi, cả 2 đều ảnh hưởng đến lượng NH3 giải phóng vào không khí tiếp xúc với tán cây trồng

II Các Loại Phân Đạm

Cả 2 nguồn N hữu cơ và vô cơ đều là nguồn hữu dụng để cung cấp N cần thiết cho khả năngsản xuất tối hảo của cây trồng Trên quan điểm quản lý, sự hiểu biết về các tiến trình và các phảnứng của N trong đất là rất quan trọng (sự nitrate hóa, sự bay hơi, sự phản N hóa, sự rửa trôi) bất kểkhi sử dụng nguồn N nào Vì vậy, các biện pháp kỹ thuật quản lý nhằm làm tối thiểu hóa sự mất N

và gia tăng hiệu quả của phân N sẽ làm tăng hiệu quả sản xuất và làm giảm tiềm năng tác động xấucủa sự sử dụng phân N đến môi trường

1 Các dạng phân hữu cơ

Trước năm 1850 toàn bộ các loại phân N được tiêu thụ trên thế giới là dạng của các vật liệuhữu cơ thiên nhiên, chủ yếu là N trong phân gia súc và của cây họ đậu Hiện nay các vật liệu nàychỉ còn chiếm khoảng 0,1 % hay thấp hơn tổng lượng N sử dụng Tuy nhiên, phụ thuộc vào khốilượng phân gia súc được bón mà lượng N và các chất dinh dưỡng khác được bón vào đất cùng vớiphân gia súc chiếm 1 tỉ lệ đáng kể Nồng độ N trung bình trong các chất hữu cơ tự nhiên tiêu biểu từ

1 – 13 %

Các vật liệu hữu cơ ở một thời điểm nhất định được cho là có sự giải phóng N chậm, tuynhiên các chất hữu cơ ngoài sự cung cấp N cho cây trồng đồng thời tránh sự hấp thu thừa và làmgiảm tiềm năng bị mất do rửa trôi và phản N hóa Phần lớn N trở nên hữu dụng chỉ trong vòng 2 – 4tuần đầu tiên sau khi bón phân hữu cơ

Trong các điều kiện tối hảo cho sự khoáng hóa và nitrate hóa, chỉ có khoảng ½ tổng số N sẽđược biến đổi thành dạng hữu dụng cho cây trồng ở 2 – 3 tháng cuối Ngoài ra, N được khoáng hóa

ràng trong điều kiện đủ ẩm và ấm, sự giải phóng chậm của N từ các vật liệu hữu cơ không bị ảnhhưởng, và lượng N hữu dụng cho cây từ phân hữu cơ là một phần của tổng lượng N chứa trong câytrồng

2 Các loại phân N tổng hợp

Phân hóa học hay phân tổng hợp là nguồn phân N quan trọng nhất Trên 20 năm qua, lượngphân N trên thế giới tăng từ 22,0 đến 107,5 triệu tấn ( năm 2012) Sự tiêu thụ này có xu hướng sẽtiếp tục tăng trong thế kỷ 21

NH3 lỏng khan là vật liệu cơ bản để sản xuất các loại phân N khác Phần lớn NH3 được sảnxuất tổng hợp trên thế giới bằng cách cho các phản ứng các khí N2 và H2 (tiến trình Haber- Bosch)

tổng hợp, chúng chỉ chiếm phần nhỏ trong các loại phân N Để thuận tiện, các hợp chất N khácnhau được xếp nhóm thành các loại: phân N ammonium, phân N nitrate, phân N chậm phân ly

2.1 Phân N ammonium

2.1.1 NH 3 lỏng khan

Trọng lượng phân tử:17,0304g/mol, độ hoà tan: 89,9g/100ml nước ở 0oC,

(bảng 5.3) NH3 có tính chất tương tự như nước, chúng có thể tồn tại ở các trạng thái khí, lỏng và

là điểm nổi bậc của NH3 lỏng khan trong đất Hậu quả của tính chất này là NH3 nhanh chóng bị hấp

cảnh báo an toàn phải luôn được thực hiện trong sử dụng NH3 lỏng khan Cần thiết phải có các dụng

cụ bảo hộ khi sử dụng NH3 lỏng khan

Bảng 5.3 Thành phần tiêu biểu của một số phân phổ biến

-Ammonium nitrate sulfate 30,0 - - - - 5,0-6,0

-Ammonium nitrate với vôi 20,5 - - 10,0 7,0 0,6

-Superphosphat đơn

ammoniumhóa 4,0 16,0 - 23,0 0,5 10,0 0,3Monoammonium phosphate

MAP

11,0 48,0-55,0 - 2,0 0,5 1,0-3,0 Diammonium phosphate DAP 18,0-21,0 46,0-54,0 - - - - -

-Ammonium phosphate – sulfate 13,0-16,0 20,0-39,0 - - -

3,0-14,0

Ammonium polyphosphate DD 10,0-11,0 34,0-37,0 - - - - -

-Urea-ammonium phosphate 21,0-38,0 13,0-42,0 - - - -

-Urea phosphate 17,0 43,0-44,0 - - - -

bay hơi Để tránh sự bay hơi này, cần phải giữ NH3 dưới điều kiện áp suất cao Nếu giữ trong các

nhanh, bay hơi và sản sinh ra các đám mây hơi nước màu trắng Đám mây này được hình thành do

Tất cả các thiết bị liên quan đến việc sử dụng NH3 phải được thiết kế với áp suất thích hợp

Vì NH3 bay hơi nhanh nên khi bón phải tiêm sâu vào đất 8 - 20cm

vận chuyển từ bồn chứa đến dụng cụ bón và một máy kéo để kéo dụng cụ bón

Vì NH3 tồn tại ở dạng khí ở điều kiện áp suất không khí bình thường nên một số có thể mấttrong lúc và sau khi bón

Các yếu tố có liên quan tới sự mất NH3 là tính chất vật lý của đất, sa cấu đất và ẩm độ đất,

độ sâu và khoảng cách bón Nếu đất cứng và làm đất với kích thước cục đất to trong lúc bón thìđường rạch phía sau lưỡi cày của dụng cụ bón sẽ không sát và đầy, và 1 số NH3 sẽ thoát ra ngoài khíquyển

Các vùng giữ NH 3 trong đất

Ngay sau khi tiêm NH3 vào trong đất sẽ hình thành 1 vùng cục bộ có chứa cả NH3 và NH4+

cao, theo trắc diện, 1 vùng có dạng hình oval có đường kính khoảng 4-13 cm phụ thuộc vào phươngpháp và liều lượng bón, khoảng cách bón, CEC, ẩm độ đất Sự di chuyển ngang thường khoảng 5

cm với chiều hướng là hướng lên mặt đất

Có nhiều thay đổi mãnh liệt tạm thời xảy ra trong vùng được bón NH3 nên ảnh hưởng đáng

kể đến các trạng thái hóa học, sinh học và vật lý của đất Một số tình trạng được phát sinh bao gồm:

2 pH tăng đến 9 hay cao hơn

3 NO2- tăng đến 100ppm hay cao hơn

4 Áp lực thẩm thấu của dung dịch đất vượt quá 10 bar

5 Dân số vi sinh vật bị giảm thấp

6 Sự hòa tan của chất hữu cơ trong đất giảm

Nguồn Ammonium

Áp suất thẩm thấu > 10 bars

hay NH 4 -N > 3000 ppm Không có sự nitrate hóa

-Hình 5.6 Sơ đồ trình bày các ảnh hưởng của áp suất thẩm thấu và pH đến nitrate hóa

NH3 tự do cực kỳ độc đối với vi sinh vật, thực vật bậc cao và động vật NH3 có thể dễ dàng

hóa) và NH4+ Giữa pH 6,0 và 9,0 thì nồng độ NH3 tăng khoảng 500 lần

khuẩn Nitrosomonas Sự hoạt động của Nitrosomonas bị đình trệ khi pH > 8,0, đặc biệt là khi nồng

độ NH3 cao NO2- sẽ tích lũy ở khoảng giá trị pH 7 – 8, trong khi đó NO3- sẽ trở nên chiếm ưu thếkhi pH < 7

hữu cơ của đất NH3 có thể được giữ lại trong đất có thể theo các cơ chế sau:

Cơ chế hóa học

b NH3 + H2O NH4+ + OH –

c Phản ứng với nước thủy hóa xung quanh các cation trao đổi trên phức hệ trao đổi

d Phản ứng của NH3 với các gốc OH- và nước bám chặt vào các khoáng sét

e Sự kết tủa của Ca2+ và Mg2+ ở các dạng carbonat khi có mặt CO2 và các vị trí tự do tạophản ứng với NH4+

Cơ chế vật lý

a Sự cố định NH4+ do sự co trương của các khoáng sét

b Sự hấp thu bề mặt của các khoáng sét và các thành phần hữu cơ thông qua nối hydro.Tầm quan trọng tương đối của các cơ chế này sẽ khác nhau từng loại đất và chúng cũng cóthể chịu ảnh hưởng của điều kiện môi trường

Khả năng giữ NH3 của đất gia tăng theo ẩm độ đất, với sự giữ NH3 tối đa khi đất có độ ẩm

từ vùng được tiêm bị giới hạn bởi ẩm độ cao Tính hấp dẫn mạnh đối với nước của NH3 cũng có thể

là 1 yếu tố làm hạn chế sự khuếch tán NH3

Khả năng giữ NH3 của đất tăng theo hàm lượng sét, Sự di chuyển của NH3 trong đất cát lớnhơn trong đất sét vì NH3 có thể khuếch tán 1 cách tự do hơn trong các tế khổng lớn được tìm thấy

không thấy rõ do các tính chất khác như loại và hàm lượng các khoáng của đất, chất hữu cơ trongđất và ẩm độ đất

Thông thường sự giữ NH3 của đất gia tăng khi gia tăng độ sâu tiêm NH3 và khác nhau đáng

kể tùy thuộc vào các tính chất và trạng thái của đất Các nghiên cứu cho thấy rằng tiêm sâu 5 cm sẽ

có hiệu quả đối với đất thịt, nhưng tiêm sâu 10 cm lại cần thiết cho đất thịt pha cát Trên đất khô, sựmất NH3 sẽ giảm khi tăng độ sâu tiêm NH3 vào đất

Một số lý do chính làm cây trồng sinh trưởng nhanh khi sử dụng các loại phân dung dịch Nnhư sau:

1 Phân N dạng dung dịch dễ bón hơn là các loại phân N khác

2 Phân dung dịch có thể bón đồng đều hơn và chính xác hơn là các loại phân N dạng rắn

3 Nhiều loại thuốc trừ sâu bệnh phù hợp với các loại phân N dạng dung dịch và cả 2 có thểbón cùng một lúc

4 Phân N dạng dung dịch có thể bón thông qua các kiểu hệ thống tưới khác nhau và rấtthích hợp cho việc sử dụng trong các điểm trung tâm của hệ thống tưới

5 Chúng có thể được vận chuyển một cách an toàn trong các ống dẫn, rễ và ít nguy hiểmhơn là vận chuyển NH3 lỏng khan

6 Các phương tiện tồn trữ rẻ tiền được dùng để tồn trữ phân này nên kinh tế hơn là tồn trữcác loại sản phẩm N khác

7 Các loại phân N dạng dung dịch có áp suất bình thường là các loại phân tuyệt vời đối vớiviệc sử dụng trong sản xuất các loại phân bón N, P, K và S dạng lỏng

8 Giá thành thấp hơn phần lớn các loại phân N khác

9 Chúng an toàn khi sử dụng so với NH3 lỏng khan

Một điểm nổi bật của các loại phân dung dịch áp suất bình thường này là chúng dễ sử dụng.Phần lớn các loại phân này có thể được dùng bón trực tiếp và được bón rải đều trên mặt ruộng haybón theo hàng

Phân N dạng dung dịch thường được bón trực tiếp cho đồng cỏ và cho các cây ngũ cốc

chiếm 11 % tổng lượng đạm (N) được sản xuất trên thế giới Thành phần NO3- trong phân NH4NO3

dễ dàng hữu dụng đối với cây trồng, và kết quả là phân này được sử dụng rộng rãi trong các tìnhhuống nơi mà cây trồng cần bón thúc phân N để tăng cường sự sinh trưởng, được bón cho nhiềuloại cây trên nhiều loại đất khác nhau, thích hợp cho cây trồng cạn như bông, thuốc lá, bắp mía vàmột số cây trồng khác, có thể pha thành dạng dung dịch dinh dưỡng để phun cho cây trong nhà kính

hoặc nhà lưới đối với cây rau và cây ăn quả Là tinh thể muối kết tinh màu vàng xám, dễ tan, dễchảy nước, dễ vón cục nên khó bảo quản.

Phương pháp thông dụng sản xuất ammonium nitrate là tổng hợp từ ammoniac và acid nitric

NH3 + HNO3  NH4NO3

NH4NO3 có một số khuyết điểm sau:

1 Hút nước khá mạnh và phải cẩn thận để chống sự đóng cục và sự thoái hóa về tính chấtvật lý của phân khi tồn trữ và sử dụng

2 Có một số nguy cơ cháy hay nổ nên cần thực hiện đúng những khuyến cáo Khi tiếp xúcvới các chất có dạng C có thể oxid hóa như dầu hỏa, chúng sẽ hình thành một hỗn hợp nổ nên được

sử dụng rộng rãi như là một loại thuốc nổ

3 Có hiệu quả thấp ở đất lúa nước so với phân urea và các loại phân NH4+

4 Có nguy cơ bị rửa trôi và phản N hóa mạnh hơn là các sản phẩm NH4+.

2.1.3 Ammonium Sulfate

512,2oC, tan trong nước ở 100oC: 103,8%

giới Có dạng tinh thể, mịn màu trắng hoặc xám xanh, có mùi amoniac, vị mặn và hơi chua Là loạiphân được sản suất lâu đời nhất, chiếm đến 2,8.106 tấn phân N trên toàn thế giới.dạng hạt nhỏ được

Sulfate ít hút nước hơn là từng thành phần riêng biệt Có rất nhiều thành công trong việc sử dụngloại phân này để bón cho các loại cây ăn lá, cây lấy hạt, ngũ cốc

Ngoài ra, (NH 4 ) 2 SO 4 còn được sản xuất bằng cách tận dụng khí trong các lò nung than cốc

từ công nghiệp thép và chúng cũng là 1 sản phẩm trung gian từ công nghiệp luyện kim

Các ưu điểm chính của (NH 4 ) 2 SO 4 là khả năng hút ẩm thấp, dễ tan trong nước, ít vón cục và

ổn định về mặt hóa học Là nguồn N và S tốt Phản ứng hình thành tính chua cao của phân

(NH 4 ) 2 SO 4 là một ưu điểm trên đất có pH cao và đối với các cây trồng có nhu cầu độ chua cao.Phân này có hiệu quả cho đất đồi, đất bạc màu và có thể bón cho nhiều loại cây trồng trên các loạiđất không bị chua phèn Là loại phân có tác dụng tương đối nhanh nên thường được sử dụng để bónthúc Là loại phân sinh lý chua vì vậy cần tránh bón phân này trên đất chua, phèn có thể làm tăng độchua của đất Sự sử dụng chúng trên đất chua đã được bón vôi có thể là một điểm không kinh tế

Khuyết điểm chính của ammonium sulfate là chứa hàm lượng N tương đối thấp 19 – 21 % N: 23 – 24 %S và thường quá đắt để sử dụng như là một loại phân N Tuy nhiên, phân này có thể làmột loại phân có tính kinh tế do giá vận chuyển thấp, giá thành các nguyên liệu từ các sản phẩmtrung gian rẻ và sử dụng cho các cây cần S Khi bón phân SA cho cây con cần thận trọng vì phân

SA có thể làm cây con bị cháy lá

Các phương pháp phổ biến để sản xuất phân (NH4)2SO4

Phương pháp Fauser ( dung ammoniac cho phản ứng với acid sunfuric để tạo (NH4)2SO4

2 NH3 + H2SO4  (NH4)2SO4 + 67,71 kcal/g/mol

Phương pháp Merseburg ( amon cacbonat và thạch cao)

Ammoniac kết hợp với cacbonic tạo ra amon cacbonat

Monoammonium Phosphate (NH4H2PO4) 11% N & 48% P2O5

Diammonium Phosphate (NH4)2HPO4 18% N & 46% P2O5

Ammonium phosphate thường được xem là loại phân P hơn là phân N

2.1.5 Ammonium chloride (NH4 Cl)

Trọng lượng phân tử: 53,49g/mol, tỉ trọng : 1,52g/cm3, điểm tan chảy:338oC, khả năng tan:391,8g/l ở 25oC.

tan trong nước, ít hút ẩm, ít vón cục Khoảng 2/3 sản lượng phân này được sản xuất ở Nhật, 1/3được sản xuất ở Ấn độ Phần lớn chúng được sản xuất theo phương pháp sản xuất khác là sự trung

NH3 + HCl  NH4ClPhương pháp Miscellameous

Một số ưu điểm của phân này bao gồm nồng độ N cao hơn phân ammonium sulfate.Ammonium thường tốt hơn ammonium sulfate khi bón cho lúa nước, chúng cũng thích hợp cho 1

số loại cây trồng khác như lúa, bắp, cao lương, các cây lấy sợi, mía đường (NH 4 Cl) là nguồn cung

cấp tốt N và Cl- cho dừa, cọ dầu và quả Kiwi do yếu tố Cl-

Là loại phân sinh lý chua, NH 4 Cl là loại phân hình thành acid như (NH 4 ) 2 SO 4 / đơn vị N,

ảnh hưởng này gây bất lợi trên đất chua, đặc biệt những nơi giá vôi đắt Một nhược điểm là hàm

trồng, rất hạn chế dùng phân này bón cho chè, khoai, thuốc lá, khoai tây, hành tỏi, bắp cải, vừng…

độc

2.1.5 Ammonium bicarbonate (NH4 HCO 3 )

Có khối lượng phân tử: 79,056g/mol, tỉ trọng 1,59g/cm3, điểm nóng chảy: 41,9oC

Hiện nay loại phân có hàm lượng N thấp này 17,7 % N là là loại phân N chính được sản xuất

tinh, dễ chảy nước, có tính hút ẩm và không bền về mặt hóa học nên kết quả là hiệu quả sử dụng Ncủa cây trồng thường thấp hơn 30 %

2.1.6 Xianamit canxi (CaCN 2 )

Trọng lượng phân tử:92,1128g/mol, tỉ trọng: 1,853g/cm3,điểm nong chảy:640oC

Chứa 20 – 21 % N, 20 – 28 % vôi, 9 – 12 % than

Trọng lượng phân tử: 60,66g/mol, tỉ trọng: 1,33g/cm3, độ tan:108% ở 20oC

Mặc dù urea được giữ một vị trí lịch sử trong hóa học hữu cơ, được tách ra từ urine vào năm

1773 nhưng chỉ trong vòng 50 năm qua urea mới nhận được sự chú ý như là một vật liệu phân bón

Vào năm 1828, Wohler, nhà hóa học Đức trình bày rằng urea có thể được hình thành bằng cách

đầu ở Đức vào năm 1922 và ở Mỹ năm1932

Các phương pháp sản xuất urea

2 NH3 + CO2  NH2CO2NH4

NH2CO2NH4  CO(NH2)2 + H2O ( điều kiện: t từ 180 – 210 oC, áp suất từ 140 – 250 at,thời gian 20 -30 phút)

Hay:

7 CH4 + 10 H2O + 8 N2 + 2 O2  16 NH3 + 7 CO2

2NH3 + 2CNOH  2CO(NH2)2

Hay:

2CaCN2 + 3 H2O  CO(NH2)2 +2 Ca(OH)2

Những nghi ngờ về tính thích hợp của urea trong nông học đã làm giới hạn phạm vi áp dụngcủa nó Nhiều nhà Nông học đã rất bảo thủ trong việc sử dụng urea bởi vì các tiềm năng gây ra cácvấn đề liên quan đến :

Các ảnh hưởng có hại của biuret, một tạp chất thường ảnh hưởng đến sự nẩy mầm và sự

sinh trưởng của cây con với 1 nồng độ thấp

thủy phân và sự tích lũy NO2- trong thời gian nitrae hóa

đối với urea trong 30 năm qua cho thấy rằng urea là một loại phân bón tốt như bất cứ 1 loại phânbón nào nếu sử dụng thích hợp

Các tính chất hoàn hảo về mặt vật lý (urea có dạng hạt) cộng với tính kinh tế thích hợp trongsản xuất, sử dụng, tồn trữ và vận chuyển làm cho urea trở nên là 1 loại phân N có tính cạnh tranh

vào năm 1990 Ngoài việc cải thiện đáng kể về kích thước, lực và mật độ của urea dạng hạt, phânnày còn có một số tính chất có giá trị khác :

Ít có xu hướng bị đóng cục như NH4NO3.

Không mẫn cảm với cháy nổ

Ít ăn mòn tay và các thiết bị bón

phân urea vì tính độc của chúng đối với thực vật Mức độ 2% biuret có thể được chấp nhận tronghầu hết các chương trình về phân bón Vì cam quýt và các loại cây trồng khác như dứa rất mẫn cảmvới biuret trong việc bón urea bằng cách phun qua lá nên được khuyến cáo nên dùng sản phẩm cóchứa < 1,5% biuret Các dung dịch được hình thành từ urea có chứa 1,55 biuret được chấp nhận đểphun lên lá cho bắp và đậu nành Nên tránh việc bón phân urea có nồng độ biuret cao gần hay ngaytrên các hàng gieo hạt

Tính chất của urea trong đất Khi được bón vào đất, urea sẽ bị thủy phân bởi enzyme

urease thành NH4+ Tùy thuộc vào pH đất mà NH4+có thể hình thành NH3, NH3 này có thể bị bay hơi

ở mặt đất theo phương trình sau :

(NH2)2CO + H+ + 2H2O 2 NH4+ + HCO3

Urease

NH3 lỏng Có sự gia tăng pH đáng kể gần chung quanh hạt phân urea Những sự thay đổi về các tínhchất của đất này ảnh hưởng đến sự chuyển hóa của N và sự phát triển của cây trồng ngay khi chúnghoạt động chung quanh vùng lưu giữ NH3 khan Khi có đủ nước hay các chất cho H+ khác, NH4+ sẽđược giữ lại trong đất

Sự thủy phân urea thực hiện nhanh khi các điều kiện của đất thích hợp cho sự sinh trưởngcủa cây trồng Trong các loại đất ẩm, ấm, hầu hết urea chuyển hóa thành NH4+ trong vài ngày

Urease là chất xúc tác cho sự thủy phân urea có rất nhiều trong đất Phần lớn vi khuẩn, nấm

và xạ khuẩn trong đất đều có chứa urease Một nhóm nhỏ vi khuẩn, gọi là vi khuẩn urea, có khảnăng ngoại lệ là phân hủy được urea Hoạt động của urease gia tăng theo mật độ dân số vi sinh vật

và hàm lượng chất hữu cơ trong đất Sự hiện diện nhiều dư thừa thực vật tươi thường cung cấpnhiều urea

Hoạt động của urea cao nhất trong vùng rễ, nơi hoạt động vi sinh vật cao và nơi chúng cóthể tích lũy từ rễ cây trồng Hoạt động của urea vùng rễ khác nhau tùy thuộc vào loại cây trồng và

của urease ở nhiệt độ thấp nên một phần urea được bón trong mùa thu hay đầu mùa xuân có thể bịbiến đổi thành NH3 hay NH4+ trước mùa xuân

Những ảnh hưởng của ẩm độ đất đến sự hoạt động của urease thường là nhỏ so với ảnh

hưởng của nhiệt độ và pH Tốc độ sự thủy phân có thể cao nhất ở độ ẩm tối hảo cho sự sinh trưởngcủa cây trồng Độ ẩm đất trong khoảng 24 – 100 % có ảnh hưởng rất ít đến tốc độ thủy phân urea

hiện diện ở pH > 7 nên một số ức chế tạm thời của urease do NH3 tự do xảy ra sau khi bón urea vì

pH trong vùng sát quanh nguồn urea có thể đạt đến 9,0 Vì thế với liều lượng bón urea cao và bóntập trung theo hàng và những phương pháp bón tập trung khác có thể tạo điều kiện hạn chế sự hoạtđộng cửa enzyme urease

Quản lý sử dụng các loại phân urea

Sự quản lý cẩn thận phân urea và các loại phân có gốc là urea sẽ làm giảm được tiềm năngmất N do bay hơi NH3 và gia tăng hiệu quả của việc bón phân urea

Bón vãi urea trên bề mặt ruộng có hiệu quả nhất khi phân được thấm vào trong đất hay bón

cho đất có tiềm năng bay hơi thấp Các điều kiện tốt nhất cho việc bón urea trên mặt đất là đất lạnh

và khô ở thời điểm bón hay có lượng mưa có ý nghĩa, có thể lớn hơn 0,25 cm trong vòng 3 – 6 ngày

đất

Cày vùi phân urea bón vãi vào trong đất sẽ tối thiểu hóa sự mất NH3 do tăng thể tích đấtgiữ NH3 Nhờ thế, NH3 trong đất phải được khuếch tán trên 1 khoảng cách lớn hơn nhiều trước khi

urea sâu hơn

Bón urea theo hàng có thể dẫn đến kết quả là có những sự thay đổi của đất tương tự như là

sau khi bón, trong khi đó với lượng NH4+ thích hợp có thể quan sát thấy được ở khoảng cách là 3,8

cm khi bón theo hàng Sau khi được pha loãng hay phân tán bón phân theo hàng thì sự thủy phân sẽbắt đầu trong vòng 3 – 4 ngày hay ít hơn trong điều kiện nhiệt độ thích hợp

Bón phân urea hạt to sẽ làm tăng đáng kể hiệu quả của phân urea đối với lúa nước Thườngthực hiện trên các ruộng lúa nhỏ trong các nước đang phát triển là bón vãi phân urea hạt nhỏ vàotrong nước ngập nên thường có kết quả là cây lúa chỉ có thể sử dụng 20 – 30 % lượng phân bón.Việc cày vùi phân urea bón ban đầu vào trong bùn có thể làm tăng hiệu quả từ 35 – 44 % Bón ureahạt to bằng tay có thể làm tăng hiệu quả sử dụng phân đến 75 – 85 %

do đến sự nẩy mầm của cây con Có thể hạn chế các ảnh hưởng bất lợi của việc bón urea theo cáchàng gieo hạt bằng cách bón theo hàng ít nhất là 2,5 cm ngay bên dưới hay bên cạnh hạt của phầnlớn các loại cây trồng

Ảnh hưởng của việc bón urea đặt gần hạt ngũ cốc chịu ảnh hưởng bởi ẩm độ đất hữu dụng.Với đất thịt có sa cấu trung bình, đủ ẩm trong thời điểm gieo hạt có thể bón 30 kg N /ha không có

sự giảm sự nẩy mầm và mọc mầm Tuy nhiên, trong các loại đất thịt pha cát (sa cấu thô) với ẩm độthấp, bón 10 – 20 kg N/ha thường làm giảm độ nẩy mầm và cả năng suất cây trồng Ẩm độ củavườn ươm ít bị ảnh hưởng nghiêm trọng hơn trong đất có sa cấu mịn (sét và thịt pha sét) và urealuôn được bón với liều lượng bón 30 kg N /ha

thành trong thời gian thủy phân urea Ưu điểm của các loại phân chua có thể bị hạn chế trên đất đávôi bởi vì CaCO3 có thể trung hòa H+ trước khi sự thủy phân urea xảy ra Sự mất do bay hơi N từ

việc bón trên mặt có thể giảm nếu urea dạng rắn được bón với muối Ca rắn như CaCl2, Ca(NO3)2

hay với các loại phân P như Ca(H2PO4)2, (NH4)2HPO4

Tóm lại, hiệu quả của phân urea tùy thuộc tương tác của nhiều yếu tố, gây ra một số biến đổitrong sự đáp ứng của cây trồng đối với urea Tuy nhiên nếu quản lý thích hợp, urea sẽ có hiệu quảkhông thua kém gì các loại phân N khác

Các loại phân có gốc urea

Urea Phosphate (NH 2 ) 2 CO H 3 PO 4 là sản phẩm có dạng tinh thể được hình thành do phảnứng của urea với acid orthophosphoric Hàm lượng dinh dưỡng của phân này thường là 17 - 44 - 0

và được sử dụng chủ yếu là để sản xuất các loại phân bón khác có hàm lượng dinh dưỡng thấp hơn.Urea phosphate có tiêu chuẩn độ tinh khiết thấp có thể đủ để sản xuất các loại phân bón dạng huyềnphù và cho phân bón sử dụng trong hệ thống tưới Urea cũng có thể được kết hợp với phân(NH4)2HPO4 (DAP) thành phân dạng rắn 28 - 28 - 0

Urea sulfate dạng hạt có hàm lượng dinh dưỡng từ 40-0-0-4 đến 30-0-0-13 đã được sảnxuất Tỉ lệ N/S trong sản phẩm này thay đổi từ 3 : 1 đến 7 : 1, vì vậy có thể đủ để hiệu chỉnh sựthiếu N và S trong hầu hết các loại đất

2.2 Các loại phân N đạm NO 3

-Phân NH4NO3

Trọng lượng phân tử: 80,04g/mol, điểm nóng chảy: 170,4oC, độ tan: 187% ở 20oC

Ngoài phân NH4NO3 có rất nhiều loại phân bón chứa NO3- như sodium nitrate NaNO3,potassium nitrate KNO3 và Ca nitrate Ca(NO3)2 có thể được nêu ra vì tầm quan trọng của chúng chomột số vùng nhất định Các loại phân NO3- này khá hòa tan nên chúng rất di động trong dung dịchđất Chúng hữu dụng nhanh chóng cho cây trồng và rất nhạy cảm với sự rửa trôi trong điều kiệnmưa nhiều Chúng cũng có thể bị hấp thu sinh học bởi các vi sinh vật đất trong sự phân giải tàn dưhữu cơ Cũng như các loại phân NO3- khác, chúng cũng bị mất do phản N hóa

Thông thường các muối NO3- của K+, Na+, và Ca2+ không hình thành acid như các loại phân

NH4+ Bởi vì NO3- thường được cây trồng hấp thu nhanh hơn là các cation mang theo trong phân,HCO3- và các anions hữu cơ được tiết ra từ rễ cây nên làm cho pH dung dịch đất tăng nhẹ Như sửdụng lâu dài NaNO3 sẽ duy trì hay thậm chí làm tăng pH nguyên thủy của đất

2.2.1 NaNO 3 - 16 % N

Trọng lượng phân tử: 85,01g/mol, tỉ trọng: 2,257g/cm3, điểm nóng chảy: 308,3 oC, độ tan:176% ở 20oC

Là nguồn nguyên liệu chính để sản xuất acid nitric và phân N trong nhiều quốc gia Phần lớn

các phân này có nguồn gốc trong các mỏ lớn ở vùng ven biển Chile và sự sản xuất NO 3 - tiếp tục trở

ở châu Âu và Mỹ Nhưng sự sản xuất và tiêu thụ chúng bị giảm từ năm 1950 và ngày nay chỉ cònmột lượng rất nhỏ phân này được sản xuất từ các nguồn sản phẩm trung gian

Phương pháp sản xuất

4 HNO3 + 3NaCl  3NaNO3 + Cl2 + 2 H2O + NOCl

2.2.2 KNO 3

Trọng lượng phân tử: 101,103 g/mol, dung trọng: 900- 100kg/m3, điểm nóng chảy: 334oC

sử dụng lớn nhất cho các cây trồng thâm canh cao như cà chua, khoai tây, thuốc lá, rau ăn lá, camquýt, đào và nhiều loại cây trồng khác Các tính chất của KNO3 làm cho chúng hấp dẫn đối với câytrồng là có chỉ số muối trung bình, sự hấp thu NO3- nhanh, tỷ lệ N/ K2O thích hợp, hàm lượng Cl-

không đáng kể và có phản ứng kiềm trong đất Khả năng hút ẩm thấp nên thích hợp trong việc sửdụng bón trực tiếp và tạo các loại phân hỗn hợp

2.2.3 Ca(NO 3 ) 2

Trọng lượng phân tử: 164,1g/mol, tỉ trọng: 2,5g/cm3, điểm nóng chảy: 555,7 - 561oC, độ hoàtan: 102g/100ml nước ở 0oC.

Có hàm lượng N: 15,5 %, Ca: 36,0 %, phát sinh chủ yếu từ Châu Âu, nơi mà chúng được

Ngoại trừ các vùng khí hậu rất khô, Ca(NO 3 ) 2 thường có nguy cơ bị hóa lỏng, thường phải tồn trữ

trong các bao chống ẩm Cũng như các loại phân NO3 khác, rất nhạy cảm với CO32-

Phương pháp sản xuất:

CaCO3 + 2 HNO3  Ca(NO3)2 + CO2 + H2O

Do thành phần NO 3 - có tác động nhanh nên Ca(NO 3 ) 2 là một loại phân bón hữu ích cho cácloại rau cải Đôi khi chúng được dùng để phun lên lá cho rau cần tây, cà chua, và táo Trên các loạiđất bị ảnh hưởng của Na, Ca(NO3)2 có thể được sử dụng như là 1 nguồn Ca2+ để thay thế Na+ trênCEC của đất

2.3 Các hợp chất N chậm hữu dụng

Ngoài việc hấp thu N bởi cây trồng, các loại phân N còn chịu nhiều tác động trong đất; vìthế nên cây trồng ít khi hấp thu vượt quá 60-70 % phân được bón vào Sự phát minh ra các loạiphân N hiệu quả cao là mong muốn của con người, vì sự sản xuất phân N tiêu tốn nhiều năng lượng

và vì có sự liên quan đến vấn đề môi trường do sự di chuyển rộng lớn của N vào nước mặt và nướcngầm, cũng như sự mất N dạng khí vào khí quyển

Người ta mong muốn rằng có những loại phân có khả năng chỉ giải phóng N trong một thời

kỳ nào đó, như thế sẽ tránh được việc phải bón lại các loại phân hòa tan trong nước nhiều lần Cácvật liệu này cũng làm giảm được nguy cơ gây tổn thương cho sự nẩy mầm của cây trồng khi sửdụng với liều lượng cao hay gần hạt giống

Một sản phẩm lý tưởng có thể là một sản phẩm mà sự giải phóng N phù hợp với nhu cầu củacây trồng trong suốt mùa sinh trưởng Hầu hết các vật liệu được phát minh cho sự kiểm soát sự hữudụng của N có thể chia thành các nhóm như sau:

1 Các chất có khả năng hòa tan trong nước thấp và phải trải qua sự phân hủy hóa học hay visinh học để giải phóng N cho cây trồng

2 Sự nitrate hóa và các chất ức chế urease

2.3.1 Các chất đạm ít hòa tan trong nước

Nhóm này bao gồm các hợp chất hóa học chỉ hòa tan nhẹ trong nước hay trong dung dịchđất Tốc độ giải phóng N từ chúng có liên quan tới sự hòa tan trong nước của chúng và liên quanđến tốc độ tác động của vi sinh vật và sự thủy phân hóa học Tốc độ phân hủy vi sinh học và hóahọc có liên quan đến nồng độ trong dung dịch, nồng độ này phụ thuộc vào sự hòa tan, cỡ hạt, và cácyếu tố khác

Các sản phẩm nổi tiếng trong loại này là urea-formaldehids hay còn gọi là urea-forms.

Chúng là sản phẩm rắn, màu trắng, không mùi chứa khoảng 38 %N, được sản xuất từ phản ứng của

urea với formaldehide với sự hiện diện của chất xúc tác.

Một ureaform tiêu biểu có chứa 30 % N (trong tổng N của chúng) hòa tan trong nước lạnh

hòa tan trong nước sôi quyết định chất lượng của 70 % N còn lại của chúng Ít nhất là 40 % Nkhông hòa tan trong nước lạnh có thể được hòa tan trong nước nóng thì có thể chấp nhận được vềmặt nông học; giá trị tiêu biểu là 50 - 70 % Chỉ số hoạt động được dùng để đánh giá khả năng thích

hợp của hợp chất urea-formaldehide được định nghĩa như sau:

HWIN : % N không hòa tan trong nước nóng 98 -1000C.

Khả năng thích hợp các hợp chất này như là 1 loại phân bón tùy thuộc vào các điểm sau:

1 Hàm lượng N không hòa tan trong nước, đó là nguồn N chậm hữu dụng

2 Chất lượng của N không hòa tan trong nước lạnh được quyết định bởi chỉ số hoạt độ của

nó, chỉ số này phản ảnh ở tốc độ đó N không hòa tan trong nước lạnh trở nên hữu dụng đối với câytrồng

Phần lớn việc sử dụng ureaform là cho thị trường phi nông nghiệp như cỏ sân golf, quangcảnh, sử dụng cho hoa kiểng, cây ăn quả, cây trồng trong nhà kính và được sử dụng như là mộtcông cụ trợ giúp cây trồng vượt qua các khủng hoảng bất thường khi gieo cấy cây con Một số hợpchất có chứa urea khác như crotonylidene (CDU, 30 % N), isobutylidene diurea (IBDU, 30 % N và

urea-Z (urea-Z 35 % N) Các hợp chất này không được sử dụng trong phạm vi rộng.

Urea bọc lưu huỳnh (SCU) là loại phân bón có thể kiểm soát sự giải phóng N bao gồm một vỏ bọc

xung quanh mỗi hạt urea Nồng độ N khoảng 36 – 38 % N, và tất cả N ở dạng urea Tốc độ giảiphóng của SCU có thể được hiệu chỉnh bằng cách thay đổi hàm lượng S sử dụng việc bọc các hạturea Lớp phủ S phải được oxid hóa bởi vi sinh vật đất trước khi urea được phơi bày ra ngoài và sau

đó sẽ bị thủy phân

SCU có tiềm năng sử dụng lớn nhất ở những nơi cần phải bón nhiềi loại phân N hòa tantrong mùa sinh trưởng của cây trồng, đặc biệt trong vùng đất cát mưa nhiều Chúng có ưu điểm choviệc sử dụng trên mía đường, dứa, cỏ chăn nuôi, cỏ sân golf, hoa kiểng, cây ăn quả như dâu tây vàlúa nước trong giai đoạn thiếu nước SCU cũng thường được sử dụng trong những điều kiện nơi mà

sự mất N do sự phân hủy cao

Ưu điểm khác của SCU là hàm lượng S Mặc dầu S chỉ là lớp phủ bên ngoài nên có thể làkhông đủ lượng để hiệu chỉnh sự thiếu hụt trong những năm đầu tiên sau khi bón phân này, nhưng

có thể là 1 nguồn S hữu dụng đối với cây trồng quan trọng trong những năm sau đó

2.3.2 Các chất ức chế sự nitrate hóa và urea

Một số chất gây độc cho các vi khuẩn nitrate hóa và sẽ ức chế tạm thời sự nitrate hóa khiđược bón vào đất Nhiều loại hóa chất đã được thử trong những năm gần đây về khả năng củachúng đối với sự ức chế nitrate hóa trong đất và do đó bổ sung vào công tác quản lý phân N có hiệu

quả hơn Một chất ức chế nitrate hóa lý tưởng có thể là (1) Phải không độc đối với cây trồng, các vi sinh vật đất khác, cá và động vật có vú; (2) Ngăn chặn sự biến đổi NH4+ thành NO3- bằng cách ức

chế chuyên biệt sự sinh trưởng hay hoạt động của Nitrosomonas; (3) Không cản trở sự chuyển hóa

Có khả năng duy trì các tác động ức chế trong thời gian từ vài tuần đến vài tháng; và (6) Phải tương

đối rẻ tiền

Hai hợp chất nổi tiếng nhất là N-serve, hay 2-chloro-6(trichloromethyl) pyridine, thường được gọi là Nitrapyrin và AM, là 1 pyrimidine được thay thế (2-amino-4-chloro-6-

methylpyrimidine) Có khoảng 5 triệu acres đất canh tác ở Mỹ được xử lý hàng năm với Nitrapyrin

Dwell hay Etridiazol [5-ethoxy-3-(trichloromethyl)-1,2,4-thiadiazol] cũng cho thấy một sự hứa hẹn

như là 1 chất ức chế nitrate hóa khi cho vào các dung dịch NH3, urea, và UAN

NH

Dicyandiamide NH2 C NH C NH hay DCD đã được thử nghiệm trên cả 2 tính ức

chế nitrate hóa và loại phân N giải phóng chậm Ở Nhật hóa chất này được thêm vào các loại phânhỗn hợp và 1 sản phẩm chứa ureaform cộng với 10% DCD theo trọng lượng đã được sản xuất DCDđược dùng trong cả 2 trường hợp để kiểm soát nitrate hóa và để làm tăng hàm lượng N hòa tantrong nước

Một loại phân bón gồm urea và DCD với tỉ lệ 4:1 đã có trên thị trường Tây Đức DCD rất dễhòa tan và ổn định trong NH3 lỏng khan, và sự nitrate hóa bị ức chế có hiệu quả đến 3 tháng khi bón

15 kg DCD / ha Urea chứa 1,4% DCD (theo trọng lượng) và dung dịch UAN với 0,8% hiện có trênthị trường Bắc Mỹ nhằm làm tăng hiệu quả của việc bón phân N

N-(n-butyl) thiophosphoric triamide (NBPT) là chất ức chế urease, có tác dụng làm giảm sựmất đạm khi bón ure vào đất (hay nói cách khác làm giảm quá trình bay hơi của ammoniac), đây là

chất được sử dụng chuyên biệt với phân urê, trên một số thí nghiệm đồng ruộng cho thấy khi sửdụng kết hợp NBPT với Ure có thể tiết kiệm đến 25 % lượng phân bón đạm.

Các chất ức chế nitrate hóa sẽ ngăn chặn sự mất N chỉ khi nào điều kiện thích hợp cho sựbiến đổi thành NO3- ngoài ý muốn trùng hợp với thời kỳ hiệu quả của chất ức chế Nếu đất và cácđiều kiện môi trường thích hợp cho việc mất NO3-, thì việc xử lý chất ức chế thường làm tăng hiệuquả phân N Thông thường, đất có OM thấp, sa cấu thô rất phản ứng với việc bón phân N với các

được nhận biết, nhưng rất khó dự đoán một cách chính xác N bị mất khi nào và mất bao nhiêu.Cũng vậy, tác động kiểm soát cũng không giống nhau khi các tình huống mất nitrate NO3- phát sinhsau các ảnh hưởng của chất ức chế

Có 1 lượng lớn các chất ức chế urease đã được đánh giá khả năng kiểm soát sự thủy phânurea của chúng trong đất Tất cả các chất ức chế đã biết được xếp vào 3 loại :

Nhóm thứ 1: Các chất ức chế sự hoạt động của urea bằng cách bao bọc các gốc sulfhydrylchủ yếu ở các vị trí hoạt động trên các enzymes

Các ion kim loại như Ag+, Hg2+, và Cu2+ thuộc vào nhóm thứ nhất, và sự ức chế tỉ lệ nghịch

với sản phẩm hòa tan của phức sulfit - kim loại Benzoquinones, quinones, và Dihydric phenols,

khi hiện diện ở dạng quinone cũng phản ứng với các gốc sulfhydryl của urease Các hợp chất

Heterocyclic S ảnh hưởng tương tự đến urease do sự kết hợp với các gốc sulfhydryl Quinpns là chất

ức chế hữu hiệu của urease trong đất, là các chất mẫn cảm nhẹ đối với con người Tác động ức chế

có triển vọng trong các hợp chất heterocyclic S là chúng hoàn toàn không hữu hiệu trong điều kiệnkhử

Nhóm thứ 2: Các chất có cấu trúc tương tự như urea bao gồm Thiourea, methylurea, và các

urea được thay thế khác Chúng ức chế urease do sự cạnh tranh cùng điểm hoạt động trên enzyme

và vì vậy chúng không có hiệu quả ở các nồng độ urea cao

Nhóm 3: Các hợp chất phản ứng với Ni trong phân tử urease, mặc dù không phải tất cả các hợp chất có phản ứng với Ni là có thể ức chế urease Hydroxamic acids là đặc biệt, là các chất ức

chế urease không cạnh tranh, và chúng là 1 trong những chất ức chế đã được nghiên cứu nhiều nhất

Caprylohydroxamic acid là đại diện nổi tiếng nhất trong nhóm này

Phenyl phosphorodiamidate (PPD) cũng được đánh giá là chất ức chế urea có triển vọng.

Có nhiều chất bắt nguồn từ cyclotriphosphazatriene đã được đăng ký như là các chất ức chế ureatrong đất hữu hiệu cao

Gần đây, Ammonium thiosulfate (ATS) đã được công nhận là chất ức chế urea Các kết quả

trong phòng thí nghiệm cho thấy rằng ATS khi trộn với UAN (10% thể tích) sẽ ức chế được ureasekhoảng vài tháng, phụ thuộc vào các tính chất của đất và các điều kiện môi trường Các kết quảnghiên cứu đồng ruộng cho thấy hiệu quả của phân N gia tăng với ATS

Các hợp chất được cho là các chất ức chế urease có hiệu quả có thể phải có các đặc tính là:

- Hiệu quả ở nồng độ thấp

- Tương đối không độc đối với các sinh vật bậc cao

- Rẻ tiền

- Hiệu quả về mặt phân bón hơn urea

- Cùng di động trong đất như urea

BÀI 2 LÂN VÀ PHÂN LÂN

Lân (P) hiện diện trong đất với hàm lượng thấp hơn nhiều so với Đạm (N) và Kali (K).Nồng độ lân tổng số trong tầng đất mặt trung bình từ 0,02 đến 0,10 % Thông thường lượng lântổng số trong đất có liên quan rất ít hoặc không liên quan đến hàm lượng lân hữu dụng đối với câytrồng Ví dụ như các loại đất đồng cỏ, mặc dù thường có nồng độ lân tổng số cao nhưng lại rất thấplân hữu dụng Lân hữu dụng thấp thường xảy ra nghiêm trọng hơn khi nhiệt độ và ẩm độ đất thấptrong đầu mùa vụ Vì vậy, nghiên cứu về các mối quan hệ và tương tác của các dạng lân khác nhautrong đất và những yếu tố khác ảnh hưởng đến sự hữu dụng của lân là rất cần thiết trong việc quản

lý lân có hiệu quả

I Chu kỳ của lân trong tự nhiên

Hình 5.7 Trình bày các mối quan hệ của các dạng lân trong đất

Khi nồng độ lân trong dung dịch đất giảm do sự hấp thu lân của cây trồng, lân sẽ được bùđắp bởi cả 2 dạng lân vô cơ và một phần lân hữu cơ hiện diện trong đất Các khoáng lân nguyênsinh và thứ sinh sẽ tái cung cấp H2PO4-/HPO42- vào dung dịch đất Lân vô cơ hấp phụ trên cáckhoáng và bề mặt sét như H2PO4-/ HPO42- cũng có thể được phóng thích để bù đắp lân trong dungdịch đất bị mất Ngoài ra, trong đất còn có rất nhiều vi sinh vật hoạt động phân giải các dư thừathực vật có chứa lân và tạo ra rất nhiều hợp chất lân hữu cơ trong đất Những hợp chất lân hữu cơnày có thể được khoáng hóa thông qua các hoạt động của vi sinh vật để cung cấp lân cho dung dịchđất

Phân lân hòa tan trong nước khi được bón vào đất rất dễ dàng hòa tan và làm tăng nồng độlân của dung dịch đất Nhưng do tính đệm của đất, nên thường không làm nồng độ lân trong dungdịch tăng cao Cùng lúc ấy rễ cây sẽ hấp thu lân, và lân trong dung dịch có thể được hấp phụ trên bềmặt các khoáng và cũng có thể kết tủa thành các khoáng thứ sinh Vi sinh vật đất cũng hấp thu lântrong dung dịch để hình thành cơ thể chúng, trong cơ thể vi sinh vật lân tồn tại ở dạng hữu cơ, sau

khi vi sinh vật chết sẽ tạo thành các hợp chất lân dễ dàng được khoáng hóa và các dạng lân hữu cơ

ít bị phân giải bởi vi sinh vật hơn

Nồng độ lân trong dung dịch đất được gọi là yếu tố cường độ, và phần lân vô cơ, hữu cơtổng số được gọi là yếu tố số lượng Sự duy trì nồng độ lân trong dung dịch đất để cung cấp đủ lâncho cây trồng phụ thuộc vào hàm lượng lân dễ khoáng hóa, đó là lượng để bù đắp lân cho dung dịchđất bị giảm khi cây trồng hấp thu Tỉ lệ giữa yếu tố số lượng và cường độ được gọi là yếu tố khảnăng cung cấp lân, tỉ lệ này diễn tả khả năng đệm của đất khi hàm lượng lân trong dung dịch đấtthay đổi Nói một cách tổng quát, yếu tố khả năng càng lớn thì khả năng tái cung cấp lân cho dungdịch đất càng lớn

Chu kỳ của P có thể được đơn giản hóa bằng sự quan hệ sau:

P trong dung dịch đất P dễ hữu dụng P khó hữu dụng

Trong đó lân dễ và khó được cây hấp thu bao gồm cả 2 dạng lân vô cơ và hữu cơ (hình 5.7) Lân dễhữu dụng (dễ tiêu) là một phần của yếu tố số lượng, có tốc độ phân ly cao và nhanh chóng bù đắplân cho dung dịch đất Khi lân dễ tiêu bị cạn kiệt, một phần lân khó hữu dụng (khó tiêu) trở thành

dễ hữu dụng, nhưng quá trình này thường xảy ra rất chậm Tóm lại, thuật ngữ yếu tố số lượng baogồm cả hai phần lân dễ tiêu và lân khó tiêu

Sự tương tác giữa các dạng lân trong đất rất phức tạp, vì vậy việc nghiên cứu về động thái và sựchuyển hóa lân trong đất sẽ cung cấp cơ sở cho việc quản lý lân trong đất và phân bón lân tốt hơnnhằm đảm bảo đầy đủ lân hữu dụng cho cây trồng

1 Lân trong dung dịch đất

Phần lớn lân được cây trồng hấp thu ở dạng ion orthophosphate (H2PO4- và HPO42-), cácdạng lân này hiện diện đồng thời trong dung dịch đất Nhưng hàm lượng hiện diện của mỗi dạngphụ thuộc vào pH của dung dịch đất Ở pH: 7,2 hàm lượng hiện diện của 2 ion trên bằng nhau Khi

pH nhỏ hơn 7,2, H2PO4- là dạng chính trong dung dịch đất, ngược lại khi pH lớn hơn 7,2 HPO42- sẽ

là dạng chiếm ưu thế Cây trồng hấp thu dạng HPO42- chậm hơn rất nhiều so với dạng H2PO4-.Nhưng có một số hợp chất lân hữu cơ hòa tan, hay hợp chất lân có trọng lượng phân tử thấp cũnghiện diện trong dung dịch đất và cũng có thể được cây hấp thu, nhưng thông thường nguồn này ítquan trọng trong dinh dưỡng cây trồng

Bề mặt hấp thu lân chủ yếu của rễ cây trồng là những mô non gần với chóp rễ Lân thườngtích lũy ở chóp rễ với nồng độ tương đối cao Do đó, khi bổ sung lân cho dung dịch đất, điều quantrọng nhất là cần phải cung cấp lân gần nơi vùng rễ hấp thu

Nồng độ lân trong dung dịch đất trung bình là 0,05ppm và nồng độ này khác nhau tùy theoloại đất Phần lớn các loại cây trồng có nhu cầu lân trong dung dịch vào khoảng 0,003 – 0,3ppm,