CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.6. Tổng quan về Nitơ, Phốt pho trong đất trồng lúa
1.6.1. Q trình chuyển hóa của N, P trong đất lúa
1.6.1.1. Q 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 ơxy hóa và khử. Lớp khử (lớp đất sâu) có Eh < 200 mV, có mặt của NH4+, Fe2+, Mn2+ và S2-. Lớp ơxy hóa (lớp tiếp giáp mặt nước) giàu ơxy 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 q trình khống hóa – q 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 q trình khống hóa chiếm ưu thế hơn quá trình cố định thì N khống 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 cịn có thể mất liên quan đến hai q 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 ơxy 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. Q 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 khống 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 ơxy hóa cố định P nhiều hơn dưới điều kiện khử.
Ở đất chua, ion phốt phatkhơng những phản ứng với Al3+ và Fe3+ hịa 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 q 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 khơng nhiều mùn và ít đạm.
1.6.2.2. Ảnh hưởng của chất hữu cơ trong đất
Tốc độ khống hóa N, P trong đất phụ thuộc vào bản chất của chất hữu cơ trong đất. Đối với N thì khống 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 khống hóa hơn phytin.
Tỷ số C/N càng thấp (< 15:1) điều đó chứng tỏ khống hóa xảy ra mạnh giải phóng nhiều N dạng vơ cơ. Nếu C/N cao (> 30:1) q trình khống hóa xảy ra chậm. Khơng 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.
Ngưỡng C/P càng thấp thì khống hóa xảy ra càng nhanh, giải phóng lân vơ 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 q trình chuyển hóa N trong đất.
Quá trình cố định đạm bằng con đường sinh học thì hầu hết các lồi vi khuẩn tham gia vào q 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.
Q trình khống hóa đạm được tăng cường khi pH > 5,5.
Q trình nitrat hóa xảy ra trong khoảng pH = 5,5 – 10 và tối ưu ở pH = 7. Q trình phản nitrat hóa
Phản nitrat hóa khơng thể xảy ra khi pH thấp vì ở điều kiện đó vi khuẩn phản nitrat hóa khơng 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 mơi trường khơng có ơxy 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 ơxy hóa khử dung dịch đất
Cường độ ơxy hóa khử của dung dịch đất được xác định bằng điện thế ơxy hóa – khử (kí hiệu Eh). Thế ơxy hóa khử ảnh hưởng rất lớn tới các q trình biến đổi N trong đất.
Q trình khống hóa:
Tốc độ khống hóa cũng phụ thuộc vào điều kiện thống khí của đất. Sự khống hóa cần có nước nhưng nếu độ ẩm q 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 thống khí trước khi trở lại trạng thái ẩm sẽ làm cho q trình khống hóa diễn ra mạnh hơn đất bị ngập liên tục (Nguyễn Quan Lữ, 1981).
Q trình nitrat hóa
Nitrat hóa là một q trình oxy hóa vì vậy cần điều kiện đất thống khí. Đối với đất thống khí và đất thốt nước tốt cung cấp đầy đủ oxy thì q trình nitrat xảy ra mạnh và nhanh. Trong đất ngập nước liên tục, đất ở điều kiện yếm khí thì q trình nitrat hầu như khơng xảy ra (Brady, 1984).
Q trình phản nitrat hóa
Q trình phản nitrat hóa xảy ra trong điều kiện thiếu oxy, vi sinh vật dùng nitrat làm nguồn oxy để hơ hấp yếm khí giải phóng khí N2 hoặc các khí nitơ oxit trả lại mơi trường. Trong điều kiện đất thống khí giàu oxy thì vi sinh vật sẽ ưu tiên sử dụng oxy trước làm chất nhận điện tử, khi đó q trình phản nitrat hóa bị cản trở.
Cũng giống như q trình khống hóa đạm thì q trình khống hóa lân cũng xảy ra mạnh trong điều kiện mơi trường có sự xen kẽ khơ – ẩm liên tục. Trong điều kiện thống 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. Q trình khống hóa
Độ ẩm đất ảnh hưởng đến tốc độ khống hóa N. Theo Alexander (1961) cho rằng đất có độ ẩm 70% thì làm hượng N khống 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 khống 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 q trình khống hóa là 25-300C. Nhiệt độ lạnh lâu dài cũng làm cho tốc độ khống hóa xảy ra chậm, do đó vùng ơn đới đất thường giàu mùn hơn vùng nhiệt đới.
Q 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 khơng cịn 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.
Q trình phản nitrat hóa
Q trình phản nitrat hóa có thể xảy ra trong khoảng nhiệt độ từ 5 – 350C. Nhiều lồi 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 q 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