CHƯƠNG 2 : TỔNG QUAN TÀI LIỆU
2.2 Mô hình QUEFTS
2.2.3 Ước lượng năng suất dựa vào hấp thu NPK theo mô hình QUEFTS
Mơ hình QUEFTS được xây dựng qua bốn bước như sau:
Bước 1: ước tính khả năng cung cấp tiềm năng của dưỡng chất N, P và K. Bước 2: ước tính lượng hấp thu thực tế cho từng dưỡng chất (UN, UP, UK),
được tính dựa vào khả năng cung cấp dinh dưỡng bản địa (SN, SP, SK).
Bước 3: ước tính năng suất thu được cho từng dưỡng chất (YND, YNA,
YPD, YPA, YKD, YKA) từ UN, UP và UK, đây là mức năng suất tối thiểu và tối đa có thể đạt được với ước tính hấp thu dưỡng chất tương ứng dựa trên năng suất
tiềm năng (Ymax) của vùng. Đồng thời ước tính năng suất được tạo ra cho từng cặp dưỡng chất (YNP, YNK, YPN, YPK, YKN, YKP).
Bước 4: Ước tính năng suất cuối cùng (ước tính năng suất kết hợp cho 3
dưỡng chất N, P và K) là giá trị trung bình năng suất ước tính được tạo ra của từng cặp dưỡng chất (YNP, YNK, YPN, YPK, YKN, YKP) (Janssen et al., 1990).
Tiếp cận phương pháp xác định dưỡng chất ở các tiềm năng năng suất khác nhau được thực hiện theo Witt et al. (1999), bao gồm các bước sau:
(i) Sàng lọc dữ liệu có chỉ số thu hoạch HI nhỏ hơn 0,4 để loại bỏ những dữ liệu stress sinh học, ảnh hưởng của các điều kiện tác động làm thay đổi quá trình tạo hạt …
(ii) Mối quan hệ giữa năng suất hạt và làm lượng dưỡng chất trong thực vật được thể hiện trong dự đốn của mơ hình QUEFTS bằng phương trình tuyến tính
– parabol, phương trình phụ thuộc vào tiềm năng năng suất tối đa được thiết lập cho vùng và hệ số a (tích lũy dưỡng chất tối đa) và d (pha loãng dinh dưỡng tối đa) (Witt et al., 1999). Các hệ số a và d (Percentile) được sử dụng là tỷ lệ phần trăm 2,5th và 97,5th của IE đo được. Mơ hình dự đốn là phương trình tuyến tính lên tới khoảng 60-70% tiềm năng năng suất, điều này hiếm khi vượt quá theo kết luận trong nghiên cứu của Setiyono et al. (2010).
2.2.4 Những nghiên cứu về mơ hình QUEFTS
Mơ hình QUEFTS được xây dựng cho đánh giá định lượng về độ phì nhiêu của đất bản địa canh tác bắp của đất nhiệt đới. Hệ thống này được áp dụng nhiều trên các nhóm đất có khả năng thốt nước tốt, độ pHH2O trong khoảng 4,5-7,0 và các giá trị cacbon hữu cơ, P-Olsen và kali có thể thay đổi dưới theo thứ tự 70 g/kg, 30 mg/kg và 30 mmol/kg của lớp đất mặt (0-20 cm) (Janssen et al., 1990). Theo Janssen, qui trình cho xây dựng mơ hình QUEFTS được thực hiện trên hai vùng sinh thái khác nhau ở Suriname (Cộng hòa Suriname) và Kenya (Cộng hòa Kenya) bao gồm bốn bước liên tiếp: (1) nguồn cung cấp N, P và K tiềm năng được tính tốn; (2) xác định hấp thu thực tế của từng chất dinh dưỡng; (3) thiết lập phạm vi năng suất, tùy thuộc vào sự hấp thụ thực tế của N, P và K; (4) các phạm vi năng suất này được kết hợp theo từng cặp và năng suất ước tính cho các cặp chất dinh dưỡng được tính trung bình để có được ước tính năng suất cuối cùng.
Theo nghiên cứu ở Sudan vùng Xavan phía bắc Togo trong khoảng thời gian 3 năm (Wopereis et al., 2006). Thí nghiệm được hiện trên cây bắp với lượng
bón N (0, 50 và 100 kg/ha) và P (0, 15 và 30 kg/ha). Đáp ứng năng suất của lơ bón phân N so với lơ khơng bón đao động 1,0-1,5 tấn/ha. Đối với P mức đáp ứng năng suất rất nhỏ, ảnh hưởng không đáng kể. Kết quả cho thấy, sau 3 năm hiệu quả thu hồi dưỡng chất N (RFN) cao hơn đáng kể (p=0,01) trên những ruộng thí nghiệm so với ruộng trồng theo nông dân (0,41 kg/kg so với 0,33 kg/kg). Tuy nhiên, hiệu quả nông học của phân N (AEN) tương đương nhau trong 3 năm (19,0 kg hạt/kg N). Hiệu quả thu hồi N cao nhất ở những lô sử dụng 50 kg N và 15 kg P. Kết quả chỉ ra rằng việc sử dụng hợp lý phân bón khống sẽ làm gia tăng hiệu quả thu hồi dưỡng chất trong đất.
Việc ước tính chính xác lượng dinh dưỡng cân đối cho cây bắp theo mơ hình QUEFTS là cần thiết để tối ưu hóa việc quản lý nhu cầu phân bón nhằm ngăn ngừa tình trạng thừa hoặc thiếu dinh dưỡng. Theo nghiên cứu của Jiang et al. (2017), bộ dữ liệu từ 300 thí nghiệm đồng ruộng ở Đông Bắc Trung Quốc được thực hiện từ năm 2006 đến năm 2011 đã được thu thập và được sử dụng cho mơ hình QUEFTS để ước tính dinh dưỡng ở các tiềm năng năng suất khác nhau. Năng suất hạt trung bình là 10.427 kg/ha và hiệu quả hấp thu dưỡng chất (IE) trung bình lần lượt là 54,3, 251,5 và 78,2 kg hạt trên mỗi kg N, P và K. Với các giá trị chỉ số thu hoạch
<0,40, mơ hình mơ phỏng một đường cong tuyến tính parabol cho hấp thu N, P và K khi mục tiêu năng suất ban đầu tăng lên mức năng suất tiềm năng từ 10.000 đến
14.000 kg/ha. Khi mục tiêu năng suất đạt khoảng 60–70% tiềm năng năng suất, cần 16,7 kg N, 3,8 kg P và 11,4 kg K để tạo ra 1000 kg hạt.
2.3 Phương pháp quản lý dưỡng chất theo vùng chuyên biệt (SSNM)
2.3.1 Quản lý dưỡng chất theo vùng chuyên biệt
Thuật ngữ “Quản lý dưỡng chất theo vùng chuyên biệt” bắt nguồn từ chữ tiếng Anh: Site Specific Nutrient Management (SSNM). Các nhà khoa học đang từng bước đi đến thiết kế chương trình tính lượng phân cho khuyến cáo phân bón trên từng địa điểm dựa vào các dữ liệu thí nghiệm đồng ruộng của mỗi địa phương.
Theo Witt et al. (2006), quản lý dinh dưỡng theo vùng chuyên biệt nhằm
mục đích cung cấp cho người trồng bắp những kiến thức để họ sử dụng phân bón hiệu quả nhất và đạt được lợi nhuận tối ưu giữa dinh dưỡng cần cho mùa vụ năng suất cao và nguồn dinh dưỡng bản địa được cung cấp từ tự nhiên như đất, vật chất hữu cơ, chất thải thực vật vụ trước, phân bón và nước tưới.
2.3.2 Các thông số trong SSNM
Xác định khả năng cung cấp dưỡng chất từ đất
Khả năng cung cấp đạm (N) từ đất - INS (Indigenous Nitrogen Supply) được định nghĩa là tổng lượng N cây hấp thu được ở lơ khơng bón đạm (0N), nhưng bón đầy đủ phân lân (P), kali (K).
INS = Tổng hấp thu N từ lá + thân + hạt bắp ở lơ bón PK
Tương tự, khả năng cung cấp P từ đất IPS (Indigenous Phosphorus Supply) là tổng lượng P cây hấp thu được ở lơ khơng bón P (0P), nhưng bón đủ N và K.
IPS = Tổng hấp thu P từ lá + thân + hạt bắp ở lơ bón NK
Khả năng cung cấp K từ đất IKS (Indigenous Potassium Supply) là tổng lượng K cây hấp thu được ở lơ khơng bón K (0K), nhưng bón đầy đủ N và P.
IKS = Tổng hấp thu K từ lá + thân + hạt bắp ở lơ bón NP
Xác định hiệu quả sử dụng phân bón RE (Recovery Efficiency)
REN (Recovery Efficiency of Nitrogen) – hiệu quả sử dụng phân N là tỉ số lượng N được cây trồng hút từ phân bón so với tổng lượng N sử dụng. Hiệu quả sử dụng phân N được tính theo cơng thức:
REN = [(UN+N - UN0N)/FN]*100
Trong đó: UN+N: Tổng hấp thu N của lơ NPK; UN0N: Tổng hấp thu N của lô 0N; FN: Lượng phân N được bón; UN+N và UN0N được tính theo cơng thức; UN (tổng hấp thu N) = Tổng hấp thu từ lá + thân + hạt bắp.
Hiệu quả sử dụng phân P (REP), phân K (REK) cũng được tính tương tự.
2.3.3 Hiệu quả sử dụng chất dinh dưỡng
Hiệu quả sử dụng chất dinh dưỡng có thể được thể hiện theo nhiều cách. Theo Mosier et al. (2013), bốn chỉ số nông học thường được sử dụng để mô tả
hiệu quả sử dụng chất dinh dưỡng. Trong đó, hiệu quả nơng học (Agronomic efficiency
= AE) là kg năng suất cây trồng tăng trên mỗi kg chất dinh dưỡng bón vào.
Xác định được AE của vùng trồng sẽ giúp ta đề xuất được lượng bón NPK theo cơng thức tính như sau:
Trong đó: GY là năng suất thương phẩm của lô NPK; GY0X là năng suất thương phẩm của lô 0N hoặc P hoặc K; AEX là hiệu quả nông học của N hoặc P hoặc K; FX là lượng phân (N hoặc P hoặc K) bón vào.
Hình 2.1: Nhu cầu phân P và AEP được tính ở các khoảng năng suất và đáp ứng P.
Hình 2.2: Nhu cầu phân K và AEK được tính ở các khoảng năng suất đáp ứng K.
Từ kết quả nghiên cứu của 4 nước ở Châu Á (Thái Lan, Indonesia, Philippines và Việt nam), hiệu quả nông học của phân P (AEP) và phân K (AEK) được tính dựa vào kết quả nghiên cứu Witt (2007), đã xây dựng lược đồ xác định AEP và AEK được trình bay ở Hình 2.1 và 2.2.
Mục tiêu của phương pháp SSMN là sử dụng phân bón tối hảo đúng lúc và gia tăng độ hữu hiệu của phân bón sử dụng, tăng hiệu quả kinh tế của việc bón phân. Theo Buresh and Witt (2007), phương pháp SSNM bao gồm các bước cơ bản sau: (1) Thiết lập năng suất mục tiêu; (2) Ước lượng khả năng cung cấp dinh dưỡng từ đất; (3) Ước lượng sự gia tăng năng suất của cây trồng đối với phân N, P và K;
(4) Xác định lượng phân bón N, P và K dựa vào sự đáp ứng của năng suất với phân bón, hiệu quả nơng học và cân bằng dinh dưỡng trong đất.
2.4 Những nghiên cứu về SSNM trong và ngồi nước
2.4.1 Ngồi nước
Kỹ thuật bón phân theo lô khuyết được sử dụng để xác định khả năng cung cấp các dưỡng chất từ đất, đặc biệt là các nguyên tố đa lượng NPK (Dobermann
et al., 2007).
Phương pháp quản lý dưỡng chất theo vùng chuyên biệt được sử dụng đầu tiên cho lúa gạo vào giữa thập niên 1990 như một phương pháp để quản lý động thái dinh dưỡng và để tối ưu hóa cung và cầu của một chất dinh dưỡng theo vùng đặc thù ở một vụ trồng cụ thể (Dobermann et al., 2007). Mơ hình QUEFTS được phát triển bởi Janssen et al. (1990), được sửa đổi và hợp thức hóa để ước tính nhu cầu chất dinh dưỡng tối ưu ở một năng suất mục tiêu (Pathak et al., 2003; Liu et
al., 2006; Witt et al., 2007, 2009; Buresh et al., 2010; Setiyono et al., 2010;
Chuan et al., 2013; Kumar et al., 2014; Pasuquina et al., 2014; Murni et al., 2018).
Kỹ thuật lô khuyết được chứng minh hữu ích trong việc xác định lượng phân bón cần thiết để đạt được một năng suất mục tiêu (Witt and Doberman, 2002). Trong phương pháp này N, P và K được áp dụng ở mức đủ cao để đảm bảo năng suất mà không bị giới hạn bởi một nguồn cung cấp không đầy đủ các chất dinh dưỡng bổ sung. Năng suất mục tiêu có thể được xác định từ các lơ mà khơng bị giới hạn NPK. Một chất dinh dưỡng bị khuyết từ các lô để xác định năng suất bị giới hạn bởi một chất dinh dưỡng.
Đồng bộ lớn hơn giữa nhu cầu cây trồng và cung cấp dinh dưỡng là cần thiết để cải thiện hiệu quả sử dụng chất dinh dưỡng, đặc biệt là đối với N. Chia bón N trong suốt vụ trồng, chứ khơng phải là duy nhất, bón nhiều trước khi trồng cây được biết là có tăng hiệu quả sử dụng N (Cassman et al., 2002).
2.4.2 Trong nước
Theo dự án SSNM - chương trình hợp tác Đại học Cần Thơ và Viện dinh dưỡng cây trồng quốc tế, thời kỳ đầu cây bắp hút chất dinh dưỡng chậm, thời kỳ từ 7 - 8 lá đến sau trổ 15 ngày toàn bộ các bộ phận trên mặt đất cũng như các bộ phận dưới mặt đất của cây bắp tăng trưởng nhanh, các cơ quan sinh trưởng phát triển mạnh, lượng tinh bột và chất khô tăng nhanh. Đây là giai đoạn cây bắp hấp thu chất dinh dưỡng tối đa (bằng 70-90% dinh dưỡng cả vòng đời cây hút). Ở thời kỳ này nếu cây thiếu nước và chất dinh dưỡng sẽ làm giảm năng suất từ 10 - 20%. Trong các yếu tố dinh dưỡng thì N là nguyên tố dinh dưỡng quan trọng bậc nhất của cây bắp.
Sử dụng kỹ thuật lơ khuyết ở tỉnh Sóc Trăng trong vụ Đơng Xn 2005 - 2006 và Đơng Xuân 2006 - 2007 cũng cho thấy, mức độ thiếu hụt dinh dưỡng đất ảnh hưởng lớn nhất đến năng suất bắp lai được xác định theo thứ tự là N > P > K (Ngô Ngọc Hưng và ctv., 2009).
Thử nghiệm đáp ứng của bón P trên bắp lai được thực hiện trong nhà lưới trên chín biểu loại đất trồng bắp ở ĐBSCL, kết quả cho thấy các loại đất trong thử nghiệm hầu hết đều có đáp ứng tăng năng suất bắp khi bón P và được phân cấp từ nghèo đến trung bình theo thang đánh giá Bray (Ngô Ngọc Hưng, 2009a và 2009b). Một nghiên cứu khác cũng cho thấy có sự đáp ứng tăng năng suất của bắp lai khi bón P trong điều kiện nhà lưới. Sự đáp ứng cao nhất được ghi nhận trên loại đất xám bạc màu như Tri Tơn 2 (151%) và Mộc Hóa (63,4%) (Lý Ngọc Thanh Xuân và Ngô Ngọc Hưng, 2010).
Nghiên cứu sự hấp thu trung vi lượng của bắp lai thực hiện ở 5 địa điểm thuộc đất phù sa ở tỉnh Sóc Trăng cho thấy hàm lượng Ca và Fe trong cây bắp được phân bố chủ yếu trong thân, riêng hàm lượng Cu lại được phân bố trong hạt nhiều hơn trong thân. Hàm lượng Mg và Fe và Zn được cây bắp hấp thu ở mức bình thường. Tuy nhiên, hàm lượng Ca (0,12%) và Cu (0,12 ppm) trong cây bắp được đánh giá ở mức thấp. Tổng lượng dưỡng chất được cây bắp hấp thu theo thứ tự là khoảng 26 kg Mg/ha, 13 kg Ca/ha, 589 g Fe/ha, 450 g Zn/ha và 13 g Cu/ha (Lâm Ngọc Phương, 2011). Theo tài liệu ghi nhận cũng cho biết rằng bón phân NPK cao hơn nên được áp dụng cho cây bắp đúng cách theo phương pháp SSMN để đạt được năng suất cao hơn (Witt, 2004).
2.5 Chẩn đốn nhu cầu phân bón của cây trồng
Khả năng cung cấp chất dinh dưỡng của đất cho cây tùy thuộc vào số lượng chất dinh dưỡng dự trữ trong đất, q trình huy động và khả năng rễ có hấp thu được chất dinh dưỡng đó khơng… Vì vậy, phải tiến hành thí nghiệm để đánh giá tình trạng dinh dưỡng của đất và cây trồng để tìm cách sử dụng phân bón có hiệu quả. Theo Đỗ Thị Thanh Ren (2003), các phương pháp để chẩn đoán nhu cầu phân bón của cây trồng như quan sát cây, phân tích đất, phân tích cây và chẩn đốn bằng những thí nghiệm về phân bón.
- Chẩn đốn bằng quan sát cây: tình trạng sinh trưởng của cây phản ánh khả năng đáp ứng chất dinh dưỡng của đất và phân bón. Tuy nhiên, nếu chỉ quan sát thơi thì khó xác định được đúng ngun nhân, vì trong đất có thể cùng thiếu một lúc hai ba chất nên màu sắc thể hiện trên lá không đặc trưng.
- Chẩn đốn bằng phân tích đất: phân tích hàm lượng dưỡng chất hữu dụng trong đất thường đơn giản và ít tốn kém, nhưng vấn đề quan trọng là phải tìm phương pháp thích hợp cho từng loại đất để phản ánh tốt nhất sự hấp thu dưỡng chất của cây trồng.
-Chẩn đoán bằng phân tích cây: phân tích cây cho biết trạng thái dinh dưỡng của cây lúc lấy mẫu. Lượng chất dinh dưỡng do cây hút được dùng làm tài liệu tham khảo để tính tốn phân bón theo năng suất kế hoạch và còn là căn cứ để xác định mức độ khai thác dinh dưỡng dự trữ trong đất. Sau khi có kết quả phân tích, việc lý giải thường dựa trên tổng lượng các dưỡng chất trong lá, hoặc trong các bộ phận thích hợp của cây, đem so sánh với các nồng độ tiêu chuẩn hoặc các “giá trị giới hạn”.
Hình 2.3: Vị trí lá thứ ba trên cây bắp.
Theo hướng dẫn của Eastern Laboratories mẫu lá thường dùng nhất để đánh giá tình trạng dinh dưỡng của cây bắp là lá thứ 3 (Hình 2.3). Mẫu lá được lấy vào giai đoạn cây bắp đang phát triển tích cực.
Theo Dierolf et al. (2001), cho rằng có mối quan hệ giữa mức độ dinh
dưỡng trong lá và năng suất cây trồng. Giá trị tới hạn của các dưỡng chất trong lá thứ ba đã được thiết lập ở các nước cho các mục đích chẩn đốn khác nhau. Cây bắp giai đoạn V10 bắt đầu một sự gia tăng ổn định và nhanh chóng trong sự tích lũy chất dinh dưỡng và sinh khối. Các thời gian giữa sự xuất hiện của lá mới được rút ngắn, với một chiếc lá mới xuất hiện mỗi 2-3 ngày. Nhu cầu về đất chất dinh dưỡng và nước cao để đáp ứng nhu cầu của sự phát triển. Thiếu độ ẩm và chất dinh dưỡng ở giai đoạn này sẽ ảnh hưởng rõ rệt đến sự tăng trưởng và phát triển