Phần lớn lân được cây trồng hấp thu ở dạng ion octhophotphat (H2PO4- và HPO42-), các
dạng lân này hiện diện đồng thời trong dung dịch đất. Nhưng hàm lượng hiện diện của mỗi dạng phụ thuộc vào pH của dung dịch đất. Ở pH: 7,2 hàm lượng hiện diện của 2 loại ion
trên bằng nhau. Khi pH < 7,2, H2PO4-là dạng chính trong dung dịch đất, ngược lại khi pH >
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 cũng hiện diện 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 thường tích lũy ở chóp rễ với nồng độ tương đối cao. Do đó, khi bổ sung lân cho dung dịch đất, điều quan trọng nhất là cần phải cung cấp lân gần nơi vùng rễ hấp thu.
Nồng độ lân trong dung dịch đất trung bình là 0,05 ppm và nồng độ này khác nhau tùy theo loại đất. Phần lớn các loại cây trồng có nhu cầu lân trong dung dịch vào khoảng 0,003
– 0,3 ppm, phụ thuộc vào loại cây trồng và năng suất thu hoạch (bảng 3.4). Năng suất tối đa
bắp hạt có thể thu được với 0,01 ppm lân nếu tiềm năng suất thấp, nhưng nếu tiềm năng năng suất của bắp cao, nồng độ lân trong dung dịch đất phải đạt đến 0,05 ppm. Nhu cầu lân của lúa mì cao hơn bắp và cao lương một ít. Đậu nành có nhu cầu lân cao hơn bắp. Nồng độ
18
lân tối hảo trong dung dịch đất có thể khác nhau tùy loại cây trồng khác nhau, giai đoạn sinh
trưởng của cây trồng và các yếu tố gây khủng hoảng cho cây (bệnh, khí hậu bất lợi…) có thể ảnh hưởng đến nhu cầu lân trong dung dịch đất.
Bảng 3.4. Lân trong dung dịch đất ảnh hưởng đến năng suất một số loại cây trồng
Các loại cây trồng Lân trong dung dịch đất (ppm)
75% năng suất tối đa 95% năng suất tối đa
Khoai mì Đậu phộng Bắp Lúa mì Bắp cải Khoai tây Đậu nành Cà chua Rau diếp 0,003 0,003 0,008 0,009 0,012 0,02 0,025 0,05 0,1 0,005 0,01 0,025 0,028 0,04 0,18 0,2 0,2 0,3
Để được rễ hấp thu, lân từ dung dịch đất phải được vận chuyển đến bề mặt rễ do cơ chế khuếch tán và dòng chảy khối lượng. Đối với đất có hàm lượng lân thấp, sự cung cấp lân do dòng chảy chiếm một tỉ lệ không đáng kể so với nhu cầu của cây – lượng lân được hấp thu do dòng chảy khối lượng có thể được tính dựa trên lượng nước thoát hơi trên một đơn vị trọng lượng chất khô của cây, nồng độ lân trong dung dịch đất và nồng độ trong chất khô của cây lá. Nếu nồng độ trung bình của lân trong dung dịch đất là 0,05 ppm, nồng độ lân trong chất khô là 0,2%. Lượng lân được cây trồng hấp thu do dòng chảy khối lượng có thể tính được. Ví dụ, giả sử tỉ lệ thoát hơi nước của cây là 400 (để hình thành 1g chất khô/cây phải thoát một lượng nước là 400g).
400g H2O/g cây . 100g cây / 0,2g P . 0,05 g P/10-6 g H2O . 100 = 1%
Trong trường hợp này, lân cung cấp cho cây bằng dòng chảy khối lượng chỉ cung cấp được 1% tổng lượng lân cây hấp thu.
Nếu được bón phân lân và đạt nồng độ trong dung dịch đến 1 ppm, lượng lân cung cấp
cho cây do dòng chảy khối lượng cũng chỉ chiếm 20% tổng nhu cầu lân của cây.
Khi bón lân theo hàng, nồng độ lân trong dung dịch đất gần nơi có bón lân có thể tạm
19
khối lượng cũng như do khuếch tán. Ví dụ, người ta tìm thấy nồng độ lân có thể đạt tới 2 – 14 ppm trong vùng rễ bón phân cao.
Do lượng lân cung cấp do dòng chảy khối lượng quá thấp so với tổng nhu cầu lân của cây nên sự vận chuyển lân đến bề mặt hấp thu của rễ chủ yếu là do cơ chế khuếch tán. Trong đất có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến sự khuếch tán của lân. Những yếu tố chủ yếu đó là: ẩm độ đất, dung trọng đất, khả năng đệm lân của đất và nhiệt độ.
3.4.1. Lân hữu cơ trong đất
Lân hữu cơ thường chiếm 50% tổng lượng lân trong đất, trung bình biến thiên từ 15 – 18% trong các loại đất khác nhau. Cũng như chất hữu cơ trong đất, lân hữu cơ thường giảm theo độ sâu của đất, sự phân bố lân theo độ sâu cũng khác nhau tùy theo loại đất. Hàm lượng lân hữu cơ trong đất tăng theo hàm lượng C và N trong đất, tuy nhiên tỉ lệ C/P và N/P khác nhau rất nhiều giữa các loại đất sao với tỉ lệ C/N. Thông thường tỉ số C/N/P/S trong đất là 140/10/1,3/1,3. Có rất nhiều hợp chất lân hữu cơ trong đất chưa được nhận biết công thức một cách chính xác. Nhưng phần lớn lân hữu cơ trong đất là este của octhophotphoric
axit (H2PO4-) như inositol photphat, photpholipit và axit nucleic. Tỉ lệ của các hợp chất này
trong hợp chất này trong tổng lân hữu cơ là:
Inositol photphat 10 – 15%
Photpholipit 1 – 5 %
Axit nucleic 0,2 – 2,5 %
Như vậy trung bình chỉ có khoảng 50% hợp chất lân hữu cơ được chúng ta nhận biết.
Inositol photphat là đại diện cho các photphat este, từ monophotphat đến hexaphotphat.
Phytic axit (myoinosytol hexaphotphat) có những nhóm có chứa 6 octhophotphat (H2PO4-)
gắn vào mỗi nguyên tử C trong vòng benzen. Sự thay thế lần lượt của H2PO4- với OH- sẽ
hình thành 5 este photphat khác nhau. Ví dụ, pentaphotphat có 5 nhóm H2PO4- và một
nhóm OH-. Inositol hexaphotphat là một photphat phổ biến nhất và chiếm hơn 50% tổng P
hữu cơ trong đất, phần lớn các inositol photphat trong đất là sản phẩm của hoạt động vi sinh vật và sự phân hủy của tàn dư thực vật.
Inositol photphat dễ dàng kết hợp với các protein để hình thành nên nhiều phức
axit nucleic hiện diện trong tất cả tế bào sinh vật và được giải phóng trong quá trình phân
giải tàn dư thực vật do hoạt động của vi sinh vật và được giải phóng trong quá trình phân giải tàn dư thực vật do hoạt động của vi sinh vật đất hai dạng axit nucleic là axit
20
rất nhiều so với insitol photphat, vào trong đất các axit này bị phân giải rất nhanh so với
inositol photphat vì vậy axit nucleic chỉ hiện diện với một lượng nhỏ so với lân tổng số
trong đất, khoảng 2,5 % hay ít hơn.
Photpholipit không tan trong nước nhưng được vi sinh vật sử dụng và tổng hợp dễ dàng.
Một số photpholipit phổ biến có nguồn gốc từ glyxerol. Tốc độ giải phóng photpholipit từ nguồn hữu cơ trong đất khá nhanh. Vì vậy, hàm lượng photpholipit trong đất thường thấp, khoảng 5% hay thấp hơn so với lân tổng số trong đất.
3.4.2. Sự tuần hoàn của lân hữu cơ trong đất
- Thông thường sự khoáng hóa và cố định lân cũng tương tự như sự khoáng hóa và cố
định sinh học đạm. Cả hai tiến trình này xảy ra đồng thời trong đất và có thể trình bày như sau:
Lân hữu cơ 𝑆ự�⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯�𝑘ℎ𝑜á𝑛𝑔ℎó𝑎 lân vô cơ (H2PO4-, HPO42-)
Nguồn nguyên liệu lân hữu cơ ban đầu trong đất là các tàn dư thực vật và động vật, các tàn dư này được phân giải bởi các vi sinh vật để hình thành nên các hợp chất hữu cơ khác và giải phóng lân vô cơ. Một số lân hữu cơ bền vững với sự phân giải vi sinh vật và phần lớn các dạng này là humic axit. Inositol photphat, axit nucleic và photpholipit cũng có thể được khoáng hóa trong đất bởi các phản ứng với xúc tác của enzim photphat.
R – O - P– O + H2O H – O – P – O + ROH
Enzim photphat đóng vai trò chủ yếu trong quá trình khoáng hóa lân hữu cơ trong đất.
Với sự hiện diện của các vi sinh vật rất khác nhau trong đất, thông qua sự hoạt động của
photphatase tất cả lân hữu cơ có nguồn gốc thực vật có thể được khoáng hóa. Hoạt độ của
photphatase trong đất có liên quan đến các thực vật bậc thấp và các enzim tự do hữu hiệu.
Hoạt độ của enzim photphatase trong đất tăng khi hàm lượng chất C trong đất tăng, nhưng hoạt độ của photphatase trong đất cũng bị ảnh hưởng bởi pH, nhiệt độ và các yếu tố khác. Sự khoáng hóa lân hữu cơ trong đất có thể được xác định bằng cách đo sự thay đổi của lân hữu cơ trong đất trong thời gian cây trồng sinh trưởng.
Một bằng chứng khác cho thấy có quá trình khoáng hóa lân hữu cơ đó là hàm lượng lân hữu cơ giảm dần theo quá trình canh tác liên tục. Khi đất nguyên thủy được khai phá để canh tác, hàm lượng chất hữu cơ sẽ giảm dần theo thời gian. Do chất hữu cơ giảm nên ban
Sự cố định sinh học định O O O O
21
đầu có sự tăng lân vô cơ, nhưng sau đó hàm lượng lân vô cơ cũng giảm dần. Trong cả vùng ôn đới, sự giảm lân hữu cơ theo quá trình canh tác có thể thấp hơn sự giảm C hữu cơ và đạm hữu cơ, do đó cơ chế làm mất lân tác động yếu hơn các cơ chế làm mất đạm và carbon. Ngược lại trong vùng nhiệt đới, sự mất lân, đạm, carbon có thể là như nhau.