2. Kiến nghị 104 !
1.2. Phân bố các nhóm Ca-P, Al-P và Fe-Ptrong một số loại đất của
Bảng 1.2. Phân bố các nhóm Ca-P, Al-P và Fe-Ptrong một số loại đất của Việt Nam Việt Nam
Tên đất Tỷ lệ so với tổng số lân khoáng (%)
Ca-P Al-P Fe-P
Đất cát biển* 26,0 14,0 60,0 Đất phù sa trung tính sông Hồng* 29,3 13,9 56,8 Phù sa chua sông Hồng** 28,5 4,5 67,0 Xám bạc màu** 17,0 35,2 47,8 Phù sa sông Mã** 25,9 22,1 52,0 Mặn Hải Phòng** 15,3 5,9 78,8 Đất mặn kiềm** 84,0 2,4 13,6 Phèn Hải Phòng** 29,3 13,9 56,8
Phù sa sông Cửu Long*** 6,0 13,9 80,1
Phèn ĐB sông Cửu Long*** 6,4 20,6 73,0
Đất đỏ bazan điển hình**** 12,2 42,0 45,8 Đất đỏ bazan thoái hóa**** 3,3 40,2 56,5 Nguồn: *Đỗ Ánh, Bùi Đình Dinh, 1992; **Nguyễn Vy, Trần Khải, 1978;
***Võ Đình Quang, 1997; ****Lê Hồng Lịch, Lương Đức Loan, 1997
Số liệu ở bảng 1.2 cho thấy 45 - 80% lân khoáng trong đất chua ở Việt Nam tồn tại chủ yếu dưới dạng Fe-P, 8 - 40% lân tồn tại dưới dạng Al-P và 3 - 29% lân tồn tại dưới dạng Ca-P. Theo Patrick và Mahapatra (1968), Enwezor (1977), Nguyễn Vy và Trần Khải (1978), song song với quá trình phong hóa dưới điều kiện nhiệt đới nóng ẩm và trong môi trường chua, các phốt phát
19
nhôm và phốt phát canxi có xu hướng chuyển sang dạng strengit trong điều kiện ôxy hóa và vivianit trong điều kiện khử. Chính vì vậy, quá trình tích lũy Fe-P là quá trình chủ đạo trong phần lớn đất chua ở Việt Nam. Kết quả nói lên tầm quan trọng của các phốt phát liên kết với sắt trong việc cung cấp dinh dưỡng lân đối với cây trồng chính ở Việt Nam.
1.2.2. Khả năng hấp thu lân của một số loại đất
1.2.2.1. Hiện tượng cố định lân
a) Hấp thu lân (Phosphorus Adsorption):
Bảng 1.3. Khả năng hấp thu lân của một số loại đất ở Việt Nam
Tên đất Khả năng hấp thu lân (mg P/kg đất)
Đất cát biển* 10 - 20
Đất xám miền Bắc* 15 - 20
Đất phù sa sông Hồng* 150 - 320
Đất phèn miền Bắc* 460 - 780
Đất nâu đỏ bazan* 750 - 1400
Đất nâu đỏ vàng trên phiến thạch* 350 - 650
Đất đen nhiệt đới* 500 - 850
Đất phù sa sông Cửu Long** 1101 - 1920
Đất xám ĐBSCL** 351 - 791
Đất phèn ĐBSCL** 1134 - 2656
Nguồn: *Nguyễn Tử Siêm, Trần Khải, 1996; **Võ Đình Quang và nnk, 1995
Hấp thu được coi là nguyên nhân chính làm giảm lượng lân hòa tan trong dung dịch. Đất có khả năng hấp thu càng cao thì khả năng cung cấp lân càng thấp. Theo Uehara, Gillman (1981) khả năng hấp thu lân của đất phụ thuộc vào 4 yếu tố chính như sau: 1) hoạt tính bề mặt (surface reactivity); 2) diện tích bề mặt của phức hệ hấp thu (specific surface); 3) khả năng ‘nhốt’ lân (occlude); 4) sự hiện diện của các anion có khả năng cạnh tranh với ion phốt phát.
20
Phương pháp đơn giản nhất để xác định khả năng hấp thu lân của đất là lắc đất với dung dịch điện phân CaCl2 0,1 M chứa lân với nồng độ khác nhau, phản ứng cân bằng sau 24 - 48 giờ, sau đó xác định lân còn lại trong dung dịch cân bằng. Lượng lân mất đi so với ban đầu được coi là lượng lân đất hấp thu.
Kết quả trình bày trong bảng 1.3 cho thấy khả năng hấp thu lân của đất Việt Nam dao động khá mạnh trong khoảng 10 - 2.656 mg P/kg đất tùy theo từng loại đất. Đất cát biển có khả năng hấp thu thấp nhất và đất trồng lúa ĐBSCL, đặc biệt đất phèn ĐBSCL có khả năng hấp thu lân cao nhất.
b) Kết tủa (Precipitation):
Ngoài hiện tượng hấp thu lân, kết tủa cũng là một trong những quá trình làm giảm nồng độ lân trong dung dịch đất, sự khác biệt cơ bản nhất giữa hấp thu và kết tủa là: quá trình hấp thu chủ yếu xảy ra trên bề mặt thể rắn và khi bề mặt thể rắn hấp thu được càng nhiều thì hoạt tính bề mặt càng giảm. Vì vậy đối với hiện tượng hấp thu, khi bề mặt càng được bão hòa lân thì lượng lân trong dung dịch càng nhiều. Ngược lại, trong suốt quá trình kết tủa hoạt tính bề mặt hầu như không đổi. Có nhiều tác giả cho rằng quá trình hấp thu xảy ra chủ yếu ở nồng độ lân thấp, còn quá trình kết tủa lân chủ yếu xảy ra ở nồng độ cao (Sanya và De Datta, 1991). Tuy nhiên, nhiều nghiên cứu cũng chỉ ra rằng các sản phẩm tạo ra từ quá trình hấp thu và kết tủa gần như nhau và rất khó phân biệt (Thomas và Peaslee, 1973). Trong điều kiện pH thấp của đại đa số đất chua ở Việt Nam, khi bón lân vào đất, sản phẩm tạo thành chủ yếu là phốt phát sắt dạng strengit và một phần phốt phát nhôm dạng variscit (Nguyễn Vy, Trần Khải, 1978; Võ Đình Quang và nnk, 1994).
1.2.2.2. Động thái lân trong đất ngập nước
Do phần lớn lân trong đất chua Việt Nam tồn tại dưới dạng Fe-P và sắt đóng vai trò quan trọng trong việc hấp thu lân của đất, nên những thay đổi về lý hóa tính gây ra do quá trình ngập nước để trồng lúa kéo theo những ảnh hưởng to lớn đến động thái lân trong đất.
21
Các nghiên cứu của Võ Đình Quang và Dufey (1996, 1997) đã chứng minh rằng khi đất bị ngập nước, các oxyhydroxit sắt tinh thể chuyển qua dạng ferrihydrit vô định hình có diện tích bề mặt lớn thông qua cơ chế hydrat hóa hoặc thủy phân giữa sự gia tăng hàm lượng sắt vô định hình có diện tích bề mặt lớn thông qua cơ chế hydrat hóa hoặc thủy phân, vì vậy làm tăng khả năng hấp thu lân của đất. Có một mối quan hệ rất chặt giữa sự gia tăng hàm lượng sắt vô định hình trong đất do ngập nước và sự gia tăng khả năng hấp thu lân của đất. Tăng nhiệt độ có khả năng làm gia tăng quá trình chuyển hóa sắt tinh thể sang sắt vô định hình và vì vậy làm tăng mạnh khả năng hấp thu lân của đất. Kết quả trong bảng 1.8 cho thấy khả năng hấp thu lân của đất ngập nước vào thời điểm 56 ngày trong điều kiện nhiệt độ thấp chỉ tăng 2 lần so với đất trước lúc ngập nước. Sự gia tăng khả năng hấp thu này trong điều kiện nhiệt độ cao là 11 lần. Khi đất bị tái oxy hóa trở lại, một phần ferrihydrit vô định hình có thể tái kết tinh trở lại và làm giảm khả năng hấp thu lân. Tuy nhiên, tùy theo mức độ oxy hóa và hàm lượng hữu cơ trong đất. Các oxyt sắt mới tái tạo do oxy hóa nhanh không có cấu trúc tinh thể hoàn chỉnh, có điện tích và hoạt tính bề mặt rất lớn. Chính vì vậy khả năng hấp thu lân của các mẫu tái oxy hóa tuy giảm hơn so với mẫu ngập nước nhưng vẫn cao hơn rất nhiều so với mẫu đất khô không khí trước khi thí nghiệm.
Đối với sự chuyển hóa các nhóm lân trong quá trình ngập nước, đã có khá nhiều kết quả nghiên cứu về vấn đề này (Nguyễn Vy, Trần Khải, 1978; Nguyễn Xuân Cự, 1992; Võ Đình Quang và nnk, 1994) và kết quả hoàn toàn thống nhất rằng khi ngập nước hàm lượng các phốt phát nhôm có xu hướng giảm xuống, hàm lượng các phốt phát sắt thường tăng lên. Hiện tượng này do một phần phốt phát nhôm dạng variscit có thể chuyển qua nhóm phốt phát sắt dạng vivianit.
Hàm lượng phốt phát canxi thường rất ít thay đổi do ngập nước. Nguyên nhân chủ yếu do điều kiện bình thường rất ít khi tạo được trạng thái khử đủ mạnh để làm tăng độ hòa tan của các khoáng canxi. Việc gia tăng nồng độ
22
CO2 trong dung dịch đất đôi khi được dùng để giải thích sự thay đổi của hàm lượng Ca-P tuy nhiên trường hợp này cũng ít xảy ra, quy luật này cũng phù hợp với các nghiên cứu của nước ngoài (Sah và Mikelsen, 1986).
Bảng 1.4. Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian ngập nước tới hệ số hấp thu lân k tính theo phương trình Freundlich
Ngày ngập nước
Khả năng hấp thu, mg/kg
20 0C 30 0C Oxy hóa sau ngập nước 30 0C
0 16,6 8 21,2 30,3 34,9 16 19,2 56,0 44,9 26 22,8 84,8 48,9 36 25,1 113,6 56,7 56 33,1 182,7 55,0
Nguồn: Vo Dinh Quang, Dufey J. E. (1997)
Những thay đổi về khả năng hấp thu lân cũng như sự chuyển hóa lân trong quá trình ngập nước đã kéo theo sự thay đổi khá mạnh về khả năng cung cấp lân của đất. Hầu như tất cả các nghiên cứu đều cho một kết luận chung rằng khi đất ngập nước, hàm lượng lân dễ tiêu tăng mạnh (Nguyễn Vy, Trần Khải, 1978; Võ Đình Quang và nnk, 1994, 1995). Theo Willett (1986), Võ Đình Quang (1995) các nguyên nhân chính của việc gia tăng giải phóng lân trong quá trình ngập nước có thể liệt kê như sau: 1) quá trình khử các hydroxit sắt; 2) quá trình khử và chuyển strengit, variscit khó tan sang dạng vivianit dễ hòa tan hơn; 3) tăng pH do quá trình khử làm tăng khả năng thủy phân strengit và variscit; 4) quá trình trao đổi giữa các ion hữu cơ tạo thành do quá trình phân giải hữu cơ và ion phốt phát.
1.2.3. Ảnh hưởng của chế độ canh tác đến hàm lượng và dạng lân trong đất
1.2.3.1. Ảnh hưởng của một số biện pháp canh tác
Sử dụng biện pháp bỏ hóa thời gian dài trong hệ thống canh tác bán khô hạn đã chứng minh được khả năng bảo vệ đất và nguồn nước trong đất
23
(French, 1978), việc bỏ hóa dài trong luân canh cây trồng còn làm tăng hàm lượng lân hữu cơ đất so với canh tác liên tục (Bunemann và nnk, 2004). Sử dụng phụ phẩm nông nghiệp cũng đã làm gia tăng hàm lượng lân hữu cơ trong lớp đất mặt (Bowman và Halvorson, 1997; Bunemann và nnk, 2006). Các loại cây họ đậu có thể huy động lân của đất, tăng cường hàm lượng lân cho các vụ tiếp theo (Nuruzzaman và nnk, 2005).
Làm đất tối thiểu là biện pháp bảo vệ đất có hiệu quả, góp phần giảm xói mòn đất và tăng năng suất cây trồng (O'Leary và nnk, 1997); hơn nữa, phương pháp canh tác này còn ảnh hưởng đáng kể đến sự tích lũy của cả hàm lượng lân vô cơ và lân hữu cơ số trong đất bề mặt (Zibilske và nnk, 2002; Bunemann và nnk, 2006). Hàm lượng lân hữu cơ ở lớp đất mặt trong hệ thống canh tác làm đất tối thiểu cao hơn trong đất canh tác làm đất thông thường (Selles và nnk, 1999), tuy nhiên làm đất thông thường làm tăng tốc độ khoáng của lân hữu cơ trong lớp sâu hơn, giúp giải phóng lân dễ tiêu cho cây trồng (Varsa và Ebelhar, 1999).
Sử dụng phụ phẩm nông nghiệp liên tục đã làm gia tăng hàm lượng lân hữu cơ và vô cơ trong thân lá cây trồng (Zibilske và nnk, 2002; Bunemann và nnk, 2006). Trên cùng một loại đất, nếu sử dụng các biện pháp canh tác khác nhau sẽ làm thay đổi đáng kể hàm lượng lân vô cơ và hàm lượng lân tổng số trong lớp đất mặt (Vu và nnk, 2009).
1.2.3.2. Sự thay đổi hàm lượng lân trong đất XBM
Theo Hoàng Thị Minh (2009), trên đất XBM tại Bắc Giang gieo trồng 3 vụ, nếu không bón phân sẽ làm cho đất suy giảm độ phì nhiêu, nghèo hữu cơ, đạm, lân, dung tích hấp thu và các cation kiềm, kiềm thổ (K, Ca, Mg).Bón kết hợp phân khoáng với phân chuồng có tác dụng tích cực đến độ phì nhiêu đất, đặc biệt là duy trì hàm lượng lân trong đất.
Trên đất XBM tại một số vùng nông dân đã sử dụng một lượng phân khoáng rất lớn vào đất, kết quả điều tra tại Hợp Hội, Vĩnh Yên, Vĩnh Phúc trên đất 3 vụ (2 lúa - 1 màu) nông dân bón 720 kg/ha/năm (345 kg N + 170 kg
24
P2O5 + 205 kg K2O); tại Lương Phong, Hiệp Hòa, Bắc Giang bón 755 kg/ha/năm (240 kg N + 195 kg P2O5 + 320 kg K2O)... Tuy nhiên, phân bón được dùng chủ yếu chỉ để bù đắp nguyên tố N và một phần nguyên tố P, K mà thiếu cân bằng với các nguyên tố khác như Ca, S, Mg...
Theo Phạm Quang Hà, Phạm Tiến Hoàng và nnk (2003), nghiên cứu cân bằng dinh dưỡng (NPK) trên đất XBM với cơ cấu cây trồng 4 vụ (Đậu tương hè - Lúa mùa muộn - Khoai tây đông - Lúa xuân) cho thấy với công thức chay hoặc chỉ vùi phụ phẩm cân bằng âm về đạm và lân lần lượt là: - 76, - 33 kgN/ha, lân là - 84, - 50 kgP2O5/ha. Các công thức có bón phân theo nông dân hay giả định cân đối hóa học đều dư thừa đạm + 89 đến + 160 kg N/ha; lân + 241 đến + 342 kg P2O5/ha. Điều này cho thấy cần thiết phải điều chỉnh và giảm thiểu lượng phân bón, tránh lãng phí và có thể gây các vấn đề về môi trường như rửa trôi, trực di.
1.3. Về phân lân và sử dụng phân lân
1.3.1. Vai trò của lân đối với cây trồng
Lân (P) là nguyên tố dinh dưỡng đa lượng quan trọng đối với cây trồng, hàm lượng lân tổng số trong cây dao động trong khoảng 0,1 - 0,5%; cây trồng hút lân chủ yếu ở dạng: H2PO4- (phốt phát chính yếu), HPO42- (octo-phốt phát) và cả phốt phát hữu cơ dễ hoà tan như nucleic và phytin.
Trong cây, tính theo chất khô, tỷ lệ lân trong thân, lá biến động từ 0,2% P2O5 (rơm, rạ lúa) đến 0,6 - 0,7% P2O5 (thân, lá đậu tương); trong hạt biến động từ 0,48% P2O5 (hạt thóc) đến 1,0 - 1,2% P2O5 (hạt đậu tương). Như vậy là cây bộ đậu chứa nhiều lân hơn cây ngũ cốc và lân có nhiều ở hạt.
Cũng như đạm, trong các cơ quan non đang phát triển, tỷ lệ lân khá cao. Lân có thể được vận chuyển từ các lá già về các cơ quan non, cơ quan đang phát triển để dùng vào việc tổng hợp chất hữu cơ mới. Do vậy, triệu chứng thiếu lân xuất hiện ở các lá già trước. Đại bộ phận lân trong cây nằm dưới dạng hữu cơ, chỉ có một phần nhỏ nằm dưới dạng vô cơ (Đào Thế Tuấn, 1962).
25
Lân vô cơ nằm dưới dạng các octô-phốt phát, đóng vai trò quan trọng trong việc hình thành hệ thống đệm trong tế bào nhờ sự chuyển hóa giữa các ion phốt phát:
HPO42- + H2O ↔ H2PO4- + OH- H2PO4-↔ HPO42- + H+
Sự chuyển hóa này cũng cung cấp thêm H+ cho quá trình khử NO3- thành NH4+, có lợi cho việc tổng hợp prôtêin. Cho nên dinh dưỡng lân có liên quan đến dinh dưỡng đạm của cây. Lân vô cơ cũng là nguồn dự trữ cần thiết cho việc tổng hợp lân hữu cơ.
Lân hữu cơ bao gồm axit photphoglyxêric, axit nuclêic, các chất dự trữ cao năng ađênôzin đi-phốt phát (ADP), ađênôzin triphốtphat (ATP), coenzim (nicotinamit-adenin-dinucleotit phốt phát (NADP), lêxitin, phốtpholipit... Đó là các chất đóng vai trò quan trọng trong hoạt động sống của cây.
Axit phốtphoglyxêric hình thành trong giai đoạn đầu của quá trình quang hợp có tác động như là chất khởi động quá trình quang hợp của cây xanh. Axit nuclêic trong nhân bào quyết định việc sinh sôi nảy nở của tế bào. ADP và ATP là những hợp chất cao năng cung cấp năng lượng cho các hoạt động sống của cây. NADP là một coenzim quan trọng, vận chuyển H+ trong quá trình khử NO3- thành NH4+, thúc đẩy việc tổng hợp prôtêin trong cây. Lêxitin là hợp chất lân hữu cơ có nhiều trong hạt, khi thủy phân sẽ cung cấp lân vô cơ, là thức ăn dự trữ cần thiết cho quá trình nảy mầm của hạt. Phốtpholipit là thành phần quan trọng của màng tế bào (membrane), có chức năng bảo vệ cho tế bào giúp cây chịu đựng được các điều kiện bất thuận.
Do vai trò sinh lý của lân, cây rất cần lân trong thời kỳ sinh trưởng đầu (phát triển rễ), trong giai đoạn hình thành hạt, giúp cây chống đỡ với điều kiện bất thuận (hạn và rét). Dinh dưỡng lân có liên quan mật thiết với dinh dưỡng đạm. Cây được bón cân đối đạm - lân sẽ phát triển xanh tốt, khỏe mạnh (ít sâu bệnh), nhiều hoa, sai quả và phẩm chất nông sản tốt. Người ta xem lân là yếu tố của sự phát triển, kích thích quá trình chín.
26
Cây lúa được bón đủ lân đẻ khỏe, bộ rễ phát triển tốt, trỗ và chín sớm ngay cả trong điều kiện nhiệt độ thấp (Doberman và nnk, 2000). Lúa được bón đủ lân thì hạt mẩy, sáng. Lúa thiếu lân cây còi cọc, đẻ nhánh kém, bộ lá lúa ngắn, phiến lá hẹp, lá có tư thế dựng đứng và có màu xanh tối, số lá, số bông và số hạt trên bông đều giảm. Nếu thiếu lân vừa phải các lá non có vẻ bình