Nhu cầu dinh dưỡng Nitơ, Phốt pho của lúa vùng Đồng bằng sông Hồng

3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

1.5.Nhu cầu dinh dưỡng Nitơ, Phốt pho của lúa vùng Đồng bằng sông Hồng

1.5.1. Nhu cầu dinh dưỡng Nitơ của cây lúa

Đạm là thành phần dinh dưỡng quan trọng nhất của thực vật. Là thành phần cấu tạo lên protit, chất diệp lục, men và các chất hữu cơ khác cấu tạo lên tế bào thực vật. Đạm điều tiết các hoạt động sống của cây, tham gia trong các chất kích thích sinh trưởng, các vitamin. Đạm có hoạt tính sinh học cao, nó có mặt trong các enzim, xúc tiến các quá trình biến đổi sinh hóa trong cơ thể sống. Vì vậy đạm có vai trò quyết định tới sinh trưởng và phát triển của cây lúa, là yếu tố quyết định năng suất cây trồng.

Khác với các cây trồng cạn, cây lúa có thể hút thu và sử dụng cả hai dạng đạm là nitrat (NO3-) và amôn (NH4+) nhưng chủ yếu vẫn là dạng đạm dễ tiêu amôn, nhất là trong giai đoạn sinh trưởng ban đầu. Cây lúa hút đạm amôn nhanh hơn đạm nitrat nhưng lại không tích lũy trong tế bào lá mà ngược lại khi nồng độ nitrat trong môi trường đất cao cây lúa sẽ tích lũy nhiều nitrat trong tế bào.

Ở giai đoạn sinh trưởng ban đầu đạm được tích lũy chủ yếu trong thân lá, khi lúa trổ khoảng 48 – 71% đạm được đưa lên bông. Đạm giữ vai trò quan trọng trong hình thành bộ rễ, thúc đẩy nhanh quá trình đẻ nhánh và phát triển thân lá. Tác dụng rõ rệt nhất của đạm đối với cây lúa là làm tăng hệ số diện tích lá và tăng nhanh số nhánh đẻ.

Nếu thiếu đạm cây lúa lùn, còi cọc, nở bụi ít, chồi nhỏ, lá ngắn hẹp, vàng, sớm lụi. Giai đoạn sinh sản, nếu thiếu đạm cây lúa sẽ cho bông ngắn, ít hạt, hạt nhỏ. Thừa đạm cây lúa phát triển thân lá quá mức, cây dễ lốp đổ, hàm lượng đạm trong cây cao dẫn đến cây có màu xanh đậm thu hút côn trùng nên cây dễ bị bệnh, làm giảm năng suất cây trồng.

Đạm còn làm tăng hàm lượng protein trong gạo nên làm tăng chất lượng gạo. Lượng đạm cần thiết để tạo ra 1 tấn thóc là 17 – 25 kg N, trung bình cần 22,2 kg N. Ở mức năng suất cao hơn thì lượng đạm cần thiết để tạo ra 1 tấn thóc càng cao [12]. Ngoài ra nhu cầu đạm của cây lúa còn phụ thuộc vào mùa vụ gieo cấy, độ màu mỡ của đất, tiềm năng năng suất của giống lúa.

1.5.2. Nhu cầu dinh dưỡng Phốt pho của cây lúa

Theo Lê Văn Can năm 1964 thì lân là một trong những chất cần thiết cho quá trình trao đổi chất của cây, nó có mặt trong các chất hữu cơ quan trọng. Các chất này ảnh hưởng trực tiếp đến sự phân chia tế bào qua quá trình trao đổi chất béo, protein cụ thể là ATP, AND, ARN, có vai trò quan trọng trong quá trình quang hợp và hô hấp của cây. Lân làm tăng khả năng hút đạm cho cây và giúp hấp phụ Fe, làm giảm nồng độ Fe trong đất từ đó giảm nồng độ độc trong đất. Trong thời kỳ chín của cây lúa hàm lượng lân vô cơ giảm nhanh và hoạt động của enzyme photphorilaza tăng đến 16 ngày sau khi thụ tinh của hạt sau đó giảm xuống. Vì vậy có thể khẳng định lân là một thành phần dinh dưỡng rất cần thiết đối với cây trồng trong đó có cây lúa.

Lân có mối quan hệ chặt chẽ với sự hình thành diệp lục, protit và sự di chuyển tinh bột. Cây lúa hút mạnh lân hơn so với cây trồng cạn. Cùng với đạm, lân xúc tiến sự phát triển của bộ rễ và tăng số nhánh đẻ, đồng thời làm lúa trỗ và chín sớm hơn.

Cây lúa cần lân nhất trong giai đoạn đầu. Khi lúa trổ khoảng 37 – 83% lân được chuyển lên bông [6]. Để tạo ra 1 tấn thóc cây lúa cần khoảng 7,1 kg P2O5 trong đó tích lũy chủ yếu vào hạt. Cây lúa hút lân mạnh nhất vào thời kỳ đẻ nhánh và làm đòng.

Theo Kobayshi, Nguyễn Tử Siêm, Mai Văn Quyền và Nguyễn Như Hà thì thiếu lân ở thời kỳ đẻ nhánh làm cho lúa đẻ nhánh ít, tỷ lệ nhánh hữu hiệu thấp, thời kỳ trỗ và chín kéo dài nên hạt lép nhiều, chất lượng dinh dưỡng hạt thấp, bông nhỏ, năng suất không cao. Lân đối với cây lúa là một yếu tố dinh dưỡng rất quan trọng trong quá trình sinh trưởng, phát triển. Ảnh hưởng tới năng suất, chất lượng và sản lượng rõ rệt.

1.6. Tổng quan về Nitơ, Phốt pho trong đất trồng lúa 1.6.1. Quá trình chuyển hóa của N, P trong đất lúa 1.6.1. Quá trình chuyển hóa của N, P trong đất lúa

1.6.1.1. Quá trình chuyển hóa của N trong đất lúa

Do chế độ ngập nước của đất lúa mà quá trình canh tác của đất lúa khác với các loại đất khác và đặc biệt sự chuyển hóa N trong đất có những nét đặc trưng. Đất lúa ngập nước có đặc điểm phân thành lớp ôxy hóa và khử. Lớp khử (lớp đất sâu) có Eh < 200 mV, có mặt của NH4+, Fe2+, Mn2+ và S2-. Lớp ôxy hóa (lớp tiếp giáp mặt nước) giàu ôxy hơn có Eh dao động trong khoảng 250 – 400 mV và có mặt của NO3-, Fe3+, Mn4+, SO42-. Khi xuất hiện quá trình khử thì NO3- là chất dinh dưỡng đầu tiên bị khử làm mất N khỏi đất.

Trong đất lúa ngập nước N khoáng chủ yếu ở dạng NH4+ là kết quả của quá trình khoáng hóa – quá trình chủ đạo cung cấp N khoáng dạng NH4+ cho cây lúa. Trong đất lúa thì NH4+, NO3- cũng bị cố định tạo thành N hữu cơ trong cơ thể sinh vật. Nếu quá trình khoáng hóa chiếm ưu thế hơn quá trình cố định thì N khoáng được tích lũy cung cấp cho cây và ngược lại thì N bị mất tạm thời đối với dinh dưỡng của cây trồng.

Trong đất lúa N còn có thể mất liên quan đến hai quá trình nitrat hóa và phản nitrat hóa. Sự phản nitrat hóa là một hiện tượng phổ biến trong đất ngập nước do phản ứng sinh hóa giữa nitrat và các sản phẩm của sự trao đổi chất yếm khí gây ra.

Vì vậy áp suất ôxy thấp và sự có mặt của các chất hữu cơ dễ phân giải là các điều kiện thuận lợi cho sự phản nitrat hóa.

Theo Broadbent và Stojanoyic thì lượng NO3- bị tổn thất do NO3- bị khử thành NH3 không lớn, chỉ vào khoảng 0 – 6%. Nitrit là sản phẩm trung gian của sự phản nitrat hóa và sự khử ôxy của nitrat, luôn có mặt trong đất ngập nước với hàm lượng không cao (≤ 3 ppm).

1.6.1.2. Quá trình chuyển hóa của P trong đất lúa

Sự cố định lân trong đất chua bởi các thành phần khoáng thường là kết quả từ phản ứng của các ion phốt phat với Fe, Al và có thể là các khoáng sét silicate. Trong đất phèn sau 15 ngày ngập nước thì hầu hết P chuyển sang dạng liên kết với Fe, Al. Lúc này hàm lượng Fe, Al giảm đi nhanh chóng sau 15 – 20 ngày ngập nước. Đất ở điều kiện ôxy hóa cố định P nhiều hơn dưới điều kiện khử.

Ở đất chua, ion phốt phatkhông những phản ứng với Al3+ và Fe3+ hòa tan mà còn phản ứng với các oxit ngậm nước của các nguyên tố gibsit (Al2O3.3H2O) và Geothit (Fe2O3.3H2O).

Ở đất chua số lượng lân bị các oxit sắt và oxit nhôm ngậm nước cố định còn vượt qua cả số lượng lân bị kết tủa với Al3+,Fe3+ và Mn hòa tan.

Tương tự trong đất kiềm thì Ca2+ sẽ phản ứng với ion phốt phat để tạo thành các hợp chất khó tan.

1.6.2. Ảnh hưởng của một số yếu tố đến quá trình chuyển hóa N, P trong đất

1.6.2.1. Ảnh hưởng của thành phần cơ giới đất

Trong đất chứa nhiều CO2 hơn O2. Lượng CO2 trong đất phụ thuộc vào trạng thái của đất. Đất chặt (thành phần cơ giới nặng) lượng CO2 nhiều hơn đất tơi xốp. Càng xuống sâu lượng CO2 càng tăng lên. Trong đất nhiều CO2 và ít O2 thì bất lợi cho sự hô hấp và sinh trưởng của các vi sinh vật. Vì vậy sự chuyển hóa N, P trong đất có thành phần cơ giới nặng bao giờ cũng chậm hơn trong đất có thành phần cơ giới nhẹ. Điều này đồng nghĩa với việc trong đất thành phần cơ giới nhẹ chất hữu cơ và mùn bị phá hủy nhanh chóng làm đất không nhiều mùn và ít đạm.

1.6.2.2. Ảnh hưởng của chất hữu cơ trong đất

Tốc độ khoáng hóa N, P trong đất phụ thuộc vào bản chất của chất hữu cơ trong đất. Đối với N thì khoáng hóa mạnh nhất là các loại đường, tinh bột, sau đó đến protit, cenlulo, bền vững hơn cả là lignin, sáp, nhựa. Còn đối với P thì axit nucleic dễ khoáng hóa hơn phytin.

Tỷ số C/N càng thấp (< 15:1) điều đó chứng tỏ khoáng hóa xảy ra mạnh giải phóng nhiều N dạng vô cơ. Nếu C/N cao (> 30:1) quá trình khoáng hóa xảy ra chậm. Không những vậy C/N cao sẽ ngăn chặn sự phóng thích NH4+ đồng thời ngăn chặn sự nitrat hóa. Nếu NH3 hiện diện quá cao cũng làm kìm hãm sự nitrat hóa do NH3 gây độc đối với nitrobacter vì thế có sự tích lũy các ion NO2- gây độc (Brady, 1984).

Theo Đỗ Thị Thanh Ren và ctv (1995) thì đất giàu mùn làm tăng hiệu quả cố

định N của Rhizobium và Azotobacter, khả năng nitrat hóa cũng tăng lên. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});

Ngưỡng C/P càng thấp thì khoáng hóa xảy ra càng nhanh, giải phóng lân vô cơ nhanh hơn so với C/P cao.

1.6.2.3 Ảnh hưởng của pH

 Giá trị pH có ảnh hưởng rất lớn tới quá trình chuyển hóa N trong đất.

 Quá trình cố định đạm bằng con đường sinh học thì hầu hết các loài vi khuẩn tham gia vào quá trình này có thể phát triển tốt ở pH = 6 – 7. Sự phát triển

và hoạt động của Rhizobium sẽ giảm khi tính axit của đất tăng.

 Quá trình khoáng hóa đạm được tăng cường khi pH > 5,5.

 Quá trình nitrat hóa xảy ra trong khoảng pH = 5,5 – 10 và tối ưu ở pH = 7.  Quá trình phản nitrat hóa

Phản nitrat hóa không thể xảy ra khi pH thấp vì ở điều kiện đó vi khuẩn phản nitrat hóa không hoạt động. Các nghiên cứu chỉ ra rằng tốc độ phản nitrat hóa có giá trị cao nhất trong khoảng pH = 7 – 7,5. pH = 4,9 – 5,6 đạm bị mất chủ yếu ở dạng N2O, pH > 7 chủ yếu mất đạm ở dạng N2.

 Trong đất có phản ứng axit thì P sẽ liên kết với Fe, Al làm giảm hàm lượng P dễ tiêu trong đất tạo thành phức như (Fe(OH)2H2PO4) và (Al(OH)2 H2PO4). Trong đó tại pH < 4 thì sẽ tạo phức Fe – P và tại pH = 5 – 5,5 thì tạo phức Al – P là chủ yếu [21].

 Đối với đất có phản ứng kiềm thì P sẽ liên kết với Ca. Trong điều kiện hiếu khí có cả Fe, Al và Ca thì phốt phat tan nhiều nhất tại pH = 6 – 7. Khi môi trường không có ôxy Fe3+ bị khử thành Fe2+ tạo phức với phốt pho, làm giảm độ dễ tiêu của phốt pho.

 Lân trong đất không những bị cố định bởi cation Al, Fe mà còn bị cố định bởi các ôxit ngậm nước của các nguyên tố gibsit (Al2O3.3H2O) và geothit (Fe2O3.3H2O).

Hình 2: Hiệu lực phốt pho bị ảnh hưởng bởi pH đất

1.6.2.4 Ảnh hưởng của cường độ ôxy hóa khử dung dịch đất

Cường độ ôxy hóa khử của dung dịch đất được xác định bằng điện thế ôxy hóa – khử (kí hiệu Eh). Thế ôxy hóa khử ảnh hưởng rất lớn tới các quá trình biến đổi N trong đất.

 Quá trình khoáng hóa:

Tốc độ khoáng hóa cũng phụ thuộc vào điều kiện thoáng khí của đất. Sự khoáng hóa cần có nước nhưng nếu độ ẩm quá cao gây yếm khí thì sẽ dẫn đến tình

trạng phân hủy chất hữu cơ giảm. Đối với đất ruộng ngập nước việc cày ải phơi ruộng (giúp đất thoáng khí trước khi trở lại trạng thái ẩm sẽ làm cho quá trình khoáng hóa diễn ra mạnh hơn đất bị ngập liên tục (Nguyễn Quan Lữ, 1981).

 Quá trình nitrat hóa

Nitrat hóa là một quá trình oxy hóa vì vậy cần điều kiện đất thoáng khí. Đối với đất thoáng khí và đất thoát nước tốt cung cấp đầy đủ oxy thì quá trình nitrat xảy ra mạnh và nhanh. Trong đất ngập nước liên tục, đất ở điều kiện yếm khí thì quá trình nitrat hầu như không xảy ra (Brady, 1984).

 Quá trình phản nitrat hóa

Quá trình phản nitrat hóa xảy ra trong điều kiện thiếu oxy, vi sinh vật dùng nitrat làm nguồn oxy để hô hấp yếm khí giải phóng khí N2 hoặc các khí nitơ oxit trả lại môi trường. Trong điều kiện đất thoáng khí giàu oxy thì vi sinh vật sẽ ưu tiên sử dụng oxy trước làm chất nhận điện tử, khi đó quá trình phản nitrat hóa bị cản trở.

Cũng giống như quá trình khoáng hóa đạm thì quá trình khoáng hóa lân cũng xảy ra mạnh trong điều kiện môi trường có sự xen kẽ khô – ẩm liên tục. Trong điều kiện thoáng khí P có thể bị cố định bởi Fe3+.

1.6.2.5. Ảnh hưởng của nhiệt độ và ẩm độ

Quá trình cố định đạm: vi khuẩn nốt sần Rhizobium thích ứng và phát triển

tốt tại đất có ẩm độ 60 – 70%, nhiệt độ từ 28 – 300C.  Quá trình khoáng hóa

Độ ẩm đất ảnh hưởng đến tốc độ khoáng hóa N. Theo Alexander (1961) cho rằng đất có độ ẩm 70% thì làm hượng N khoáng hóa khoảng 180ppm sau 28 ngày ủ và hàm lượng chỉ đạt 40 ppm ở độ ẩm 27% khả năng giữ nước của đất trên cùng một điều kiện thí nghiệm. Độ ẩm thích hợp cho sự khoáng hóa N thường là 50 – 60% khả năng giữ nước của đất.

Các kết quả nghiên cứu cũng chỉ ra rằng nhiệt độ tối hảo cho quá trình khoáng hóa là 25-300C. Nhiệt độ lạnh lâu dài cũng làm cho tốc độ khoáng hóa xảy ra chậm, do đó vùng ôn đới đất thường giàu mùn hơn vùng nhiệt đới.

 Quá trình nitrat hóa

Nhiệt độ và độ ẩm đều ảnh hưởng mạnh đến quá trình nitrat hóa. Nhiệt độ thích hợp cho sự nitrat hóa là 25 – 350C. Nhiệt độ thấp < 150C làm quá trình nitrat diễn ra chậm. Sự nitrat giảm khi nhiệt độ > 350C và giảm liên tục khi nhiệt độ lớn hơn 500C. Hầu hết các vi khuẩn nitrat hóa không còn sinh trưởng ở nhiệt độ nhỏ hơn 40C. Khoảng nhiệt độ gây chết vi khuẩn Nitrosomonas là 55 – 580C.

Theo Brady (1984) thì quá trình nitrat cũng cần cung cấp đủ nước. Độ ẩm đất quá thấp hoặc quá cao cũng làm chậm sự nitrat hóa. Trên thực tế độ ẩm thích hợp cho sự sinh trưởng của cây trồng cũng là độ ẩm thích hợp cho sự nitrat hóa. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});

 Quá trình phản nitrat hóa

Quá trình phản nitrat hóa có thể xảy ra trong khoảng nhiệt độ từ 5 – 350C. Nhiều loài vi khuẩn phản nitrat hóa dễ thích nghi với sự thay đổi nhiệt độ.

Các chủng vi sinh vật có nhiệt độ thích hợp cho quá trình phân giải lân là khác nhau. Mỗi chủng sẽ thích hợp ở một nhiệt độ nhất định nằm trong một khoảng nhiệt độ nhất định nào đó. Nhìn chung khoảng nhiệt độ thích hợp nằm trong khoảng 30 – 500C.

Ở những nơi có độ ẩm cao, do hoạt động của vi sinh vật mạnh nên tạo ra nhiều axit hữu cơ làm tăng phân giải lân.

1.7. Ảnh hưởng của chế độ nước đến các yếu tố chi phối sự tồn tại và chuyển hóa Nitơ, Phốt pho trong đất

1.7.1. Ảnh hưởng của chế độ nước đến chất hữu cơ trong đất

Chế độ nước ảnh hưởng đến điều kiện háo khí hoặc yếm khí. Trong điều kiện khô hanh quanh năm, tốc độ mùn hóa chậm, nhưng nếu thường xuyên ngập nước mùn hóa thực hiện dưới tác động của vi sinh vật yếm khí sẽ sinh ra những axit hữu cơ và các chất khử (CH4, H2S…), những chất này kìm hãm hoạt động của vi sinh vật làm cho tốc độ mùn hóa chậm hơn và xác hữu cơ biến thành than bùn.

Trong điều kiện có mùa khô, ẩm xen kẽ thì mùn được tích lũy nhiều nhất. Trong điều kiện ẩm, nóng, khoáng hóa chiếm ưu thế. Khi khô, lạnh các hợp chất hữu cơ đã hình thành khi phân giải ở mùa nóng, ẩm được vi sinh vật chuyển hóa,