Các nghiên cứu nước ngoài ở vùng ôn đới (đã sử dụng đồng vị đánh dấu) cho thấy hệ số sử dụng chất dinh dưỡng của phân bón đối với đạm là 50 - 55%; lân là 40 - 45%; kali là 50 - 60% (Xmirnốp, 1984), còn ở Việt Nam hệ số này thấp hơn, ví dụ đối với lúa thì đạm là 40%; lân là 22% và kali là 45% [21]. Như vậy, có hơn 50% lượng đạm, 50% lượng kali và gần 80% lượng lân tồn dư ở trong đất tiếp tục biến đổi và trực tiếp hay gián tiếp gây ô nhiễm môi trường nói chung và môi trường đất nói riêng. Sự biến đổi của phân đạm khi bón vào đất theo các hướng chính kết hợp với tuần hoàn của nó sẽ giải thích bản chất gây ô nhiễm của việc bón phân đạm không hợp lý.
* Hiệu suất sử dụng phân đạm của cây lúa
Phân urê được sử dụng khá rộng rãi trong trồng lúa, vì giá sản xuất phân tương đối rẻ và chi phí vận chuyển thấp, hàm lượng đạm trong phân cao (46%). Tuy nhiên hiệu quả sử dụng phân đạm của cây trồng rất thấp, đặc biệt là đối với lúa nước. Lượng đạm bị mất đi phụ thuộc vào điều kiện đất đai, khí hậu và biện pháp canh tác được áp dụng. Ở nước ta, trong mùa mưa, do mưa tập trung với cường độ lớn, đạm bị rửa trôi theo nước chảy bề mặt và xói mòn là rất đáng kể. Nhìn chung, đạm bị mất dưới dạng thể khí (NH3) và do quá trình phản đạm hoá là những nguyên nhân chủ yếu làm mất đạm trong nhiều hệ thống nông nghiệp
khác nhau.
Hiệu suất phân đạm đối với lúa: Nếu bón đạm với liều lượng cao thì hiệu suất cao nhất là bón vào lúa đẻ nhánh và sau đó giảm dần. Với liều lượng bón đạm thấp thì bón vào lúc lúa đẻ và trước trỗ 10 ngày có hiệu quả cao (Yoshida, 1985) [20]. Theo Prasat và Dedatta (1979) thấy hiệu suất sử dụng đạm của cây lúa cao ở mức bón thấp, bón sâu và bón vào thời kỳ sinh trưởng sau.
Năm 1973, Xiniura và Chiba có kết quả thí nghiệm bón đạm theo 9 cách tương ứng với các giai đoạn sinh trưởng, phát triển. Mỗi lần bón với 7 mức đạm khác nhau, 2 tác giả trên đã có những kết luận sau:
+ Hiệu suất của đạm (kể cả rơm, rạ và thóc) cao khi lượng đạm bón ở mức thấp. + Có 2 đỉnh về hiệu suất, đỉnh đầu tiên là xuất hiện ở thời kỳ đẻ nhánh, đỉnh thứ 2 xuất hiện ở 1 - 9 ngày trước trỗ, nếu lượng đạm nhiều thì không có đỉnh thứ 2. Nếu bón liều lượng đạm thấp thì bón vào lúc 20 ngày trước trỗ, nếu bón liều lượng đạm cao thì bón vào lúc cây lúa đẻ nhánh [9].
Viện Nông hoá - Thổ nhưỡng đã tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng của đất, mùa vụ và liều lượng phân đạm bón vào đến tỷ lệ đạm do cây lúa hút [5 ]. Không phải do bón nhiều đạm thì tỷ lệ đạm của lúa sử dụng nhiều. Ở mức phân đạm 80 kg N/ha, tỷ lệ sử dụng đạm là 46,6%, so với mức đạm này có phối hợp với phân chuồng tỷ lệ đạm hút được là 47,4%. Nếu tiếp tục tăng liều lượng đạm đến 160 kg N và 240 kg N có bón phân chuồng thì tỷ lệ đạm mà cây lúa sử dụng cũng giảm xuống. Trên đất bạc màu so với đất phù sa Sông Hồng thì hiệu suất sử dụng đạm của cây lúa thấp hơn. Khi bón liều lượng đạm từ 40 kg N- 120 kg N thì hiệu suất sử dụng phân giảm xuống tuy lượng đạm tuyệt đối do lúa sử dụng có tăng lên [13].
Kết quả nghiên cứu sử dụng phân bón đạm trên đất phù sa sông Hồng của Viện Khoa học Nông Nghiệp Việt Nam đã tổng kết các thí nghiệm 4 mức đạm từ năm 1992 đến 1994, kết quả cho thấy: Phản ứng của phân đạm đối với lúa phụ thuộc vào thời vụ, loại đất và giống lúa [14] và lượng đạm có hiệu quả cao là 90 N, bón trên mức đó là gây lãng phí.
ảnh hưởng của liều lượng đạm khác nhau đến năng suất lúa vụ Đông xuân và Hè thu trên đất phù sa đồng bằng sông Cửu Long. Kết quả nghiên cứu trung bình nhiều năm, từ năm 1985 - 1994 của Viện lúa Đồng bằng sông Cửu Long, kết quả này đã chứng minh rằng: Trên đất phù sa được bồi hàng năm có bón 60 kg P2O5
và 30 kg K2O làm mức thì khi có bón đạm đã làm tăng năng suất lúa từ 15- 48,5% trong vụ Đông xuân và vụ Hè thu tăng từ 8,5- 35,6%. Hướng chung của 2 vụ đều bón đến mức 90N có hiệu quả cao hơn cả, bón trên mức 90N này năng suất lúa tăng không đáng kể [10]. Theo Nguyễn Thị Lẫm, 1994 [16] khi nghiên cứu về bón phân đạm cho lúa cạn đã kết luận: Liều lượng đạm bón thích hợp cho các giống có nguồn gốc địa phương là 60 kg N/ha. Đối với những giống thâm canh thì lượng đạm thích hợp từ 90 - 120 kg N/ha.
+ Trên đất lúa nước sâu thì mức bón 90 N năng suất chênh lệch nhau không đáng kể. Bình quân năng suất tăng lên của các giống khi tăng thêm 30 kg N/ha thì đạt được 6 - 8% và năng suất giữa các giống cũng chênh lệch không đáng kể.
+ Trên đất bạc màu Bắc Giang, cho thấy hiệu lực của đạm đối với lúa không cao khi tăng từ mức không bón đến mức bón 150 N. Nhiều khả năng trên loại đất này mức đạm cho năng suất cao nhất là 60 N. Bón trên mức này là không có hiệu quả [16].
Theo Yoshida (1980) đạm là nguyên tố dinh dưỡng quan trọng nhất đối với cây lúa trong các giai đoạn sinh trưởng và phát triển.
Khi cây lúa bón đủ đạm thì nhu cầu tất cả các chất dinh dưỡng khác như lân và kali đều tăng [25 ]. Theo Bùi Huy Đáp [4], đạm là yếu tố chủ yếu ảnh hưởng đến năng suất lúa, cây có đủ đạm thì các yếu tố khác mới phát huy hết được tác dụng.
Để tránh việc mất đạm do bón sớm, theo A. Dobermann (2000) chia làm nhiều lần bón như sau:
Bảng 1.8. Mức bón đạm theo từng thời kỳ sinh trưởng phát triển của lúa năm 2000
Đơn vị tính Kg/ha
Thời kỳ Mùa khô Mùa mưa
Lót 23 kg N/ha (20%)
Thúc đẻ (20 ngày sau cấy) 30 kg N/ha (25%) 28 kg N/ha (40%) Bắt đầu phân hóa đòng (PI)
(40 ngày sau cấy) 47 kg N/ha (40%) 43 kg N/ha (60%) Trước khi trỗ (65 ngày) 18 kg N/ha (15%)
Tổng 118 kgN/ha (100%) 71 kgN/ha (100%)
(Nguồn theo A. Dobermann và cộng sự, 2000)
Cũng theo A.Dobermann, nếu dự kiến năng suất 7 tấn/ha thì cần bón 118 kg N; 57kg P2O5 và 48 kg K2O/ha. Còn với mức 5 tấn/ha chỉ cần bón 71 kg N; 35 kg P2O5 và 30 kg K2O (lượng lân và kali bón theo khuyến cáo là để duy trì ổn định khả năng cung cấp lân và kali của đất). Quản lý dinh dưỡng lúa theo vùng (Site-specific nutrient management - SSNM) là cách bón phân cân đối theo nhu cầu của cây lúa theo từng giai đoạn phát triển ở từng xứ đồng cụ thể, ở từng mùa vụ nhất định. Muốn nâng cao hiệu quả kinh tế của việc bón phân (giảm lượng phân bón thừa thãi), tăng năng suất và phẩm chất lúa gạo, duy trì độ phì nhiêu đất, ngăn ngừa ô nhiễm môi trường thì các biện pháp bón phân phải: cân đối (đủ về lượng và cân đối về tỷ lệ), bón đúng lúc, đúng liều lượng, đúng tỷ lệ và phương pháp thích hợp, đáp ứng nhu cầu thiếu hụt giữa nhu cầu thiếu của các giống lúa về dinh dưỡng với khả năng cung cấp dinh dưỡng từ đất và từ phân hữu cơ. Trong thực tế sản xuất lúa gạo cần áp dụng quản lý dinh dưỡng lúa theo vùng vì: độ màu mỡ của các vùng đất rất khác nhau, ngay cả các thửa gần nhau cũng rất khác nhau. Ngoài ra cơ cấu cây trồng, thời tiết khí hậu và nguồn nước tưới khác nhau cũng ảnh hưởng đến khả năng cung cấp dinh dưỡng cho cây lúa. Để quản lý dinh dưỡng theo vùng các nhà khoa học đã sử dụng các biện pháp như sử dụng bảng so màu lá lúa, bố trí ô phụ để xác định yếu tố hạn chế, kết hợp quản lý dinh dưỡng với quản lý sâu bệnh và quản lý nước, kết hợp với giống tốt,
áp dụng các biện pháp canh tác tiên tiến. Như vây. đứng về mặt quản lý dinh dưỡng đồng thời người nông dân phải đáp ứng được 5 đúng (cân đối đúng, bón đúng lúc, đúng liều lượng, đúng tỷ lệ và đúng phương pháp) không phải là điều dễ dàng. Điều này có thể làm được dễ dàng nếu “đóng gói” lại.
Các nghiên cứu ở nước ngoài với việc sử dụng nitơ đánh dấu (15N) đã chỉ ra rằng bón phân đạm có hệ thống và lớn hơn 200kgN/ha có ảnh hưởng đến tuần hoàn đạm trong sinh thái đồng ruộng: nitrát hóa dẫn tới rửa trôi nitrát ô nhiễm nguồn nước mặt, nước ngầm khi nồng độ N-NO3 > 10mg/l. Trong điều kiện yếm khí, như bón phân đạm dạng NO3- cho đất lúa ngập nước có thể xảy ra quá trình phản nitrát hóa (denitrification) gây mất đạm và làm gia tăng thành phần khí nhà kính (N2O). Đặc biệt đối với phân urê ((NH2)2CO) - một loại phân đạm được sử dụng phổ biến, nếu bón không hợp lý có thể dẫn tới sự bay hơi NH3 (gần 35% lượng phân bón) ảnh hưởng tới môi trường không khí và tiền đề gây mưa axít.
* Hiệu suất sử dụng lân và kali của cây lúa
Kết quả nghiên cứu hiệu suất từng phần của lân đối với việc tạo thành hạt thóc của Kamura và Ishizaka năm 1996 cho thấy: thời kỳ lân có hiệu suất cao nhất là hời kỳ đầu sau cấy 10 - 20 ngày. Sở dĩ cần bón lót phân lân vì lân rất cần cho sự phát triển của rễ và sự phát triển của mầm cây ở giai đoạn cây con. Mặt khác phân lân sau khi được bón vào đất cho dù ở dạng hoà tan hay không hoà tan đều ít di chuyển, ít bị rửa trôi và mất đi. Cho nên nếu không phải là tất cả thì cũng là phần lớn lượng lân nên dùng để bón lót, trích dẫn qua [27]
Tanaka có nhận xét: hiệu quả của bón phân lân cho lúa thấp hơn so với cây trồng cạn. Tuy nhiên, bón lân xúc tiến quá trình sinh trưởng của cây trong thời kỳ đầu, có thể rút ngắn thời gian sinh trưởng, đặc biệt là những vùng lạnh thì hiệu quả đó càng rõ. Kết quả của Buba năm 1960 cho biết, lúa nước là loại cây trồng cần ít lân, do đó khả năng hút lân từ đất mạnh hơn cây trồng cạn trích dẫn qua [27].
Nghiên cứu của Brady, Nylec năm 1985 cho thấy, hầu hết các loại cây trồng hút không quá 10 -13% lượng lân bón vào đất trong năm, đặc biệt là cây lúa, chỉ cần giữ cho lân ở trong đất khoảng 0,2 ppm hoặc thấp hơn một chút là có thể cho năng suất tối đa. Tuy vậy, cần bón lân kết hợp với các loại phân khác như đạm, kali mới
nâng cao được hiệu quả của nó, trích dẫn qua [27].
Ở mỗi thời kỳ lúa hút lân với lượng khác nhau, trong đó có hai thời kỳ hút mạnh nhất là thời kỳ đẻ nhánh và thời kỳ làm đòng. Tuy nhiên xét về mức độ thì lúa hút lân mạnh nhất vào thời kỳ đẻ nhánh, trích dẫn qua [27].
Để nâng cao hiệu quả bón lân cho cây lúa ngắn ngày, trong điều kiện thâm canh trung bình (10 tấn phân chuồng, 90 -120N, 60K2O/ha) nên bón lân với lượng 80 - 90 P2O5/ha và tập trung bón lót.
Theo Matsuto, giữa việc hút đạm và kali có một mối tương quan thuận, tỷ lệ N/K thường là 1,26. Theo nhiều tác giả khác cho biết tỷ lệ N/K rất quan trọng, nếu cây lúa hút nhiều đạm thì dễ thiếu kali, do đó thường phải bón nhiều kali ở những ruộng lúa bón nhiều đạm, trích dẫn qua [27]
Theo Đinh Dĩnh [3], cây lúa hút kali rõ nét nhất ở hai thời kỳ đẻ nhánh và làm đòng. Thiếu kali vào thời kỳ đẻ nhánh ảnh hưởng mạnh đến năng suất, lúa hút kali mạnh nhất vào thời kỳ làm đòng.
Dinh dưỡng kali là một trong 3 yếu tố dinh dưỡng quan trọng đối với cây lúa, trước tiên là cây lúa hút kali sau đó hút đạm. Để thu được 1 tấn thóc, cây lúa lấy đi 22 – 26 kg K2O nguyên chất, tương đương với 36,74 - 43,4 kg KCl (60% K), kali là nguyên tố điều khiển chất lượng tham gia vào các quá trình hình thành các hợp chất và vận chuyển các hợp chất đó, kali còn có tác dụng làm cho tế bào cây cung cấp, tăng tỷ lệ đường, giúp vận chuyển chất dinh dưỡng nhanh chóng về hoa và tạo hạt, trích dẫn qua [27].
Trong điều kiện mùa khô, với mức 140N, 60P2O5 và bón 60kg K2O/ha thì năng suất lúa đạt 6,78 tấn/ha, cho bội thu năng suất do bón kali là 12,8 kg thóc/kg K2O. Trong mùa mưa, với mức 70N, 60P2O5 và bón 60kg K2O/ha thì năng suất lúa đạt 4,96 tấn/ha.
Vai trò cân đối đạm và kali càng lớn khi lượng đạm sử dụng càng cao. Nếu không bón kali thì hệ số sử dụng đạm chỉ đạt 15 - 30%, trong khi bón kali thì hệ số này tăng lên đến 39 - 49%. Như vậy, năng suất tăng không hẳn là do kali (bởi bón kali riêng thì không tăng năng suất) mà là kali điều chỉnh dinh dưỡng đạm, làm cho cây sử dụng được nhiều đạm và các dinh dưỡng khác nhiều hơn. Trong vụ
Xuân ở miền Bắc, nhiệt độ thấp, thời tiết âm u nên hiệu lực sử dụng phân kali cao hơn, cho nên cần bón kali nhiều ở vụ này, trích dẫn qua [27].