CHƯƠNG 3 : PHƯƠNG TIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
3.2 Phương pháp
3.2.3.2 Ứng dụng mơ hình QUEFTS trong đánh giá nhu cầu hấp thu NPK cho cây
cây bắp lai
Bộ dữ liệu cần được thu thập cho mơ hình QUEFTS bao gồm các thơng số nơng học và hấp thu NPK. Số mẫu cho từng bộ phận cây (lá, thân, hạt và cùi) được thu là 400 mẫu (5 NT x 80 hộ thí nghiệm), tổng lượng mẫu 1600 mẫu (400 mẫu x 4 bộ phận). Thời gian thu mẫu được thực hiện vào giai đoạn chín sinh lý (R6) cho cả hai vụ Đơng Xn năm 2014-2015 và 2015-2016.
Đánh giá các chỉ tiêu hấp thu dinh dưỡng
Hiệu quả hấp thu dưỡng chất (IE): là năng suất hạt tính bằng kg/ha (điều chỉnh độ ẩm 15,5%) được tạo ra trên lượng tổng hấp thu dưỡng chất NPK tương ứng (sinh khối khô).
Hiệu quả hấp thu dưỡng chất nghịch đảo (RIE): là lượng tổng hấp thu dưỡng chất (sinh khối khô) cần thiết để sản xuất 1000 kg hạt.
Chỉ số thu hoạch (HI):
Chỉ số thu hoạch của dưỡng chất (HINPK) cho từng dưỡng chất:
(Liu et al., 2006)
Trong đó: Y - năng suất hạt; DM - tổng sinh khối khô; YN / P / K – hàm lượng N, P và K tích lũy trong hạt tương ứng; UN / P / K – tổng hấp thu N, P và K tương ứng.
Ước lượng năng suất dựa vào hấp thu NPK theo mơ hình QUEFTS
Mơ hình QUEFTS được Xây dựng qua bốn bước:
Bước 1: ước tính khả năng cung cấp tiềm năng của dưỡng chất N, P và K.
SN = INS + RFN x FN
Trong đó: S là nguồn cung cấp dinh dưỡng tiềm năng (kg/ha); INS – hấp thu của nghiệm thức bón khuyết N nhưng cung cấp đủ P và K; RFN - hiệu suất sử dụng phân đạm; FN – lượng phân đạm bón.
Khả năng cung cấp tiềm năng của dưỡng chất P và K được tính tương tự.
Bước 2: ước tính lượng hấp thu thực tế cho từng dưỡng chất (UN, UP, UK),
Với U là lượng hấp thu thực tế cho từng dưỡng chất (UN, UP, UK) (kg/ha); S - nguồn cung cấp dinh dưỡng tiềm năng; hằng số a - giới hạn dưới của IE – 2,5% IE; hằng sô d - giới hạn trên của IE – 97,5% IE; r được định nghĩa là hấp thu dưỡng chất tối thiểu để tạo ra bất kỳ năng suất hạt có thể đo lường.
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).
Ước tính năng suất tối thiểu và tối đa có thể đạt được cho từng dưỡng chất N, P và K.
YNA = aN x (UN – rN) YND = dN x (UN – rN)
Đối với dưỡng chất P và K được tính tương tự.
Ước tính năng suất được tạo ra cho từng cặp dưỡng chất (YNP, YNK, YPN, YPK, YKN, YKP).
Trong đó: YNP - năng suất được tạo ra cho cặp dưỡng chất NP; YPD và YPA - năng suất thu được cho dưỡng chất P (NS tối thiểu và tối đa); UN - hấp thu thực tế của dưỡng chất N; rN hấp thu N tối thiểu để tạo ra bất kỳ năng suất hạt có thể đo lường; hằng số aN - giới hạn dưới của IE–2,5% IE; hằng sô dN - giới hạn trên của IE–97,5% IE.
Năng suất ước tính cho các cặp dưỡng chất YNK, YPN, YPK, YKN và YKP được tính tương tự như cách tính của YNP.
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 lỗng 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). Trong nghiên cứu này, yêu cầu hấp thu chất dinh dưỡng và hiệu quả sử dụng phân bón đã được thực hiện cho năng suất hạt đạt từ 4.000 đến 14.000 kg/ha.
3.2.4 Xây dựng công thức phân bón N, P và K theo phương pháp SSNM cho cây bắp lai
Các thông số cho xác định lượng phân bón NPK
Tổng hấp thu N, P, K trong cây được tính tốn vào cuối vụ. Tổng hấp thu N, P, K = sinh khối (lá, thân, hạt và cùi) x hàm lượng (N, P2O5, K2O của từng bộ phận). Khả năng cung cấp đạm (N) từ đất INS (Indigenous Nitrogen Supply) được định nghĩa là tổng lượng N cây thu hút được ở lơ khơng bón đạm (0N), nhưng bón đầy đủ phân lân (P) và kali (K) và các chất khác.
INS = Tổng hấp thu N từ thân + lá - lá bi + cùi + hạt ở lơ bón khuyết N. Tương tự, khả năng cung cấp P từ đất IPS (indigenous phophorus supply) là tổng lượng lân cây hấp thu được ở lơ khơng bón lân (0P), nhưng bón đầy đủ NK.
IPS = Tổng hấp thu P từ thân + lá - lá bi + cùi + hạt ở lơ bón khuyết P. Khả năng cung cấp K từ đất IKS (Indigenous Potassium Supply) là tổng lượng K cây thu hút được ở lơ khơng bón K (0K), nhưng bón đầy đủ NP.
IKS = Tổng hấp thu K từ thân + lá - lá bi + cùi + hạt ở lơ bón khuyết K.
Xác định năng suất mục tiêu
Năng suất mục tiêu được thiết lập theo phương pháp của Buresh (2006) và Witt (2007), việc thiết lập năng suất mục tiêu cho từng địa điểm và từng mùa vụ là năng suất đạt được tối đa trong điều kiện canh tác tối ưu của nông dân khi N, P và
K được cung cấp đầy đủ. Năng suất mục tiêu có thể được định nghĩa là năng suất ở 80-90% năng suất tiềm năng và là năng suất trung bình cao nhất trong vịng 3-5 năm mà nơng dân có thể đạt được trong điều kiện canh tác tốt nhất (dựa vào kết quả điều tra được thực hiện ở hai mùa vụ ĐX 2014-2015 và 2015-2016). Năng suất ở lơ có đầy đủ chất dinh dưỡng và quản lý tốt (lơ bón NPK hoặc lơ bón đủ NPK+ vi lượng có thể dùng ước lượng năng suất mục tiêu) (Ngô Ngọc Hưng, 2009).
Mẫu phiếu điều tra được lập bao gồm các thông tin: họ tên chủ hộ, diện tích canh tác, năng suất, phân bón, thuốc BVTV, … (Phụ chương 18). Thời gian tiến hành điều tra: trên hai mùa vụ Đông Xuân 2014-2015 và 2015-2016.
Xác định liều lượng bón N
Cơng thức tính (Witt and Dobermann, 2002). FN(kg ha-1) = (UN – UN0N) / REN.
Trong đó: FN là nhu cầu phân N cần bón để đạt năng suất mong muốn, UN (kgN/ha) tổng hấp thu N theo năng suất mục tiêu, UN0N (kgN/ha) tổng hấp thu N của ô –N, REN là hiệu quả thu hồi của phân bón N ở vụ đầu tiên.
Cơng thức tính hệ số sử dụng phân: REN = (UN+N – UN0N)/FN
Trong đó: REN là hệ số sử dụng phân N, UN+N là tổng hấp thu N của nghiệm thức bón đầy đủ NPK, UN0N là tổng hấp thu N của ô –N, FN là lượng phân N bón vào.
Xác định liều lượng bón P và K
- Cơng thức tính nhu cầu phân P và K (Witt and Dobermann, 2002; Pasuquin el al., 2014)
FX (kg ha-1) = A(1) + B(2)
Trong đó: X là một trong hai chất P hoặc K, FX là lượng phân cần bón để đạt năng suất mong muốn, A là nhu cầu phân bón hồn trả lại cho đất, B là nhu cầu phân cần theo đáp ứng năng suất mục tiêu.
(1) A = GY0X * MCG-0X
Trong đó: GY0X (tấn/ha) là năng suất ở lơ khơng bón phân, MCG-0X là hàm lượng dinh dưỡng (P hoặc K) trong hạt của nghiệm thức bón khuyết dưỡng chất tương ứng.
(2) B = UX’(3) * YRX-MT
Trong đó: UX’ là nhu cầu chất dinh dưỡng tối hảo cần để sản xuất một tấn hạt (kg/tấn), YRX-MT = (GYX-MT – GY0X) là hiệu năng suất mục tiêu (GYX-MT) và năng suất ơ bón khuyết dưỡng chất tương ứng.
(3) UX’ = (UNX – UN0X)/YRX
Trong đó: UNX là tổng hấp thu dưỡng chất X của ô NPK; UN0X Tổng hấp thu dưỡng chất của ơ khơng bón dưỡng chất tương ứng; YRX = (GYX – GY0X) là hiệu năng suất của ơ bón đầy đủ dưỡng chất (GYX) và năng suất ơ bón khuyết dưỡng chất tương ứng.
CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ THẢO LUẬN
4.1 Đặc tính lý-hóa học đất phù sa trồng bắp lai tại An Phú–An Giang
Kết quả Bảng 4.1 trình bày đặc tính của đất thí nghiệm. Đất phù sa An Phú thuộc vùng cù lao đầu nguồn ĐBSCL, sa cấu đất tầng mặt là thịt trung bình pha sét (silty clay loam). pH đất ở mức trung tính (6,56-7,02) thuận lợi cho sự phát triển của cây bắp lai. Giá trị EC<0,4 được đánh giá không giới hạn năng suất cây trồng. Chất hữu cơ (<2%) được đánh giá ở mức rất thấp theo thang đánh giá của Metson (1961). Canh tác thời gian dài trên nền đất trồng màu có khả năng thốt nước tốt làm gia tăng khả năng khống hóa CHC trong đất (Quang and Guong, 2011), đất lập liếp lâu năm là nguyên nhân tác động đến CHC và độ phì nhiêu đất, tuổi liếp càng cao thì hàm lượng CHC trong đất càng giảm (Trần Văn Dũng và ctv., 2020). Lân tổng số trong đất ở mức trung bình (0,05-0,07%). Tuy nhiên, hàm lượng lân dễ tiêu ở mức thấp đến trung bình (<40 mg/kg)(Landon, 2014). Đạm tổng số được đánh giá ở mức thấp (>0,10-0,14%).
Hàm lượng Ktđ trong đất <0,5 meq/100g được đánh giá ở mức thấp (Kyuma, 1976). Hàm lượng Natđ trong đất được đánh giá ở mức trung bình (Agricultural Compendium, 1989), hàm lượng Natđ trong khoảng 0,52-0,53 meq/100g. Tương tự, hàm lượng Catđ và Mgtđ trong đất được đánh giá là rất cao (Marx et al., 2004), hàm lượng Catđ và Mgtđ theo thứ tự 8,48-9,59; 2,61-3,82 meq/100g. Sắt tự do trong đất được đánh giá ở mức rất cao (>1,6 %Fe2O3). Hàm lượng các vi lượng trong đất (Cu, Zn và Mn) của đất thí nghiệm được đánh giá ở ngưỡng không thiếu. Giá trị pH nằm trong khoảng giá trị trung tính và hàm lượng Catđ, Mgtđ, Fetd, vi lượng (Cu, Zn và Mn) trong đất của vùng nghiên cứu được đánh giá ở mức cao có thể được giải thích bằng việc vùng nghiên cứu nông dân sử dụng nước ngầm phục vụ cho tưới tiêu, nước ngầm của vùng có hàm lượng các nguyên tố trung (Ca, Mg) và vi lượng (Fe, Cu, Zn và Mn) rất cao (Nguyễn Văn Chương và Ngô Ngọc Hưng, 2015), kết quả này tương tự với nhiều nghiên cứu khác trên nhiều vùng khác nhau trên thế giới. Hầu hết nước ngầm đều chứa canxi, magie, mangan, sắt… rất cao và pH trong khoảng trung tính (pH ~7 và >7) (Postma et al., 2007; Shaji et al., 2007; Jackson
et al., 2013). Hiện nay, diện tích đất nơng nghiệp trên thế giới đang sử dụng nước
ngầm chưa qua xử lý tưới tiêu do tình trạng thiếu nước (Mohsen et al., 2008). Sử dụng nguồn nước ngầm trong canh tác nơng nghiệp làm gia tăng tích lũy pH, EC, Eh, canxi, magie, mangan, ... vào đất … trong đất (Umar et al., 2006; Andrade and Stigter., 2009).
Bảng 4.1: Đặc tính đất ban đầu của thí nghiệm tầng đất 0-20 và 20-40 cm, (n=80). Chỉ tiêu Tầng đất 0-20 cm Tầng đất 20-40 cm Nhỏ nhất Lớn nhất TB±SE CV(%) Nhỏ nhất Lớn nhất TB±SE CV(%) pH 4,65 7,75 6,56±0,39 11,5 5,99 8,27 7,02±0,27 7,47 EC (mS/cm) 0,05 1,09 0,24±0,10 81,6 0,03 0,83 0,16±0,06 73,9 Pts (%) 0,01 0,15 0,07±0,01 34,7 0,02 0,18 0,05±0,01 44,3 Pdt-r2 (mg/kg) 2,34 108 36,1±12,3 66,5 2,17 120 21,3±9,45 87,0 CHC (%CHC) 1,17 3,08 1,91±0,23 23,7 0,94 2,33 1,47±0,16 21,1 Nts (%) 0,07 0,26 0,13±0,02 25,8 0,04 0,19 0,10±0,01 26,4 CEC (meq/100g) 11,4 22,8 16,1±1,30 15,9 10,6 22,8 16,2±1,14 13,9 K (meq/100g) 0,15 1,22 0,33±0,08 46,2 0,14 0,99 0,24±0,05 41,5 Na (meq/100g) 0,01 1,14 0,52±0,14 51,4 0,09 1,71 0,53±0,16 58,7 Ca (meq/100g) 4,55 14,4 9,01±1,04 22,6 5,51 12,9 9,46±0,80 16,6 Mg (meq/100g) 1,54 5,43 3,24±0,47 28,1 1,52 4,78 3,26±0,34 20,5 Fetd (%Fe2O3) 1,03 3,09 2,21±0,23 20,8 1,08 3,34 2,41±0,28 23,1 Cu (ppm) 12,3 31,6 22,7±2,04 17,6 5,26 30,7 22,8±2,33 20,0 Zn (ppm) 85,3 181 138±11,3 16,1 91,8 172 136±10,1 14,5 Mn (ppm) 111 814 409±94,4 45,2 127 709 435±79,3 35,7 Cát (%) 13,1 30,8 19,1±3,63 37,3 5,81 21,6 13,3±3,00 44,0 Thịt (%) 41,5 55,6 50,6±2,79 10,8 46,6 62,6 53,9±2,63 9,59 Sét (%) 27,8 32,9 30,3±1,06 6,85 27,3 39,5 32,8±2,24 13,4
Ghi chú: TB: giá trị trung bình; SE: Sai số chuẩn; CV: Độ biến động; ts: tổng số; dt: dễ tiêu.
Tương quan giữa các tính chất hóa học của 80 mẫu đất (tầng đất mặt) được trình bày ở Bảng 4.2. pH có mối tương quan nghịch với CHC, Nts và Zn trong đất, đồng nghĩa với việc giá trị pH gia tăng thì hàm lượng CHC, Nts và Zn suy giảm. Ngược lại, pH có tương quan thuận với Catd và Mgtđ. pH đất có ảnh hưởng lớn lên khả năng khống hóa CHC trong đất và độ hữu dụng các chất dinh dưỡng, sự hữu dụng các chất dinh dưỡng thường cao nhất ở trị số pH từ 6,5 - 7,5 (Ngô Ngọc Hưng
và ctv., 2009). Sự gia tăng hàm lượng CHC trong đất làm suy giảm Ca và Mg trao
đổi trong đất, tuy nhiên làm gia tăng Zn trong đất (0,55**). Tương tự với pH, giá trị CEC cũng có mối tương quan thuận với Ca và Mg trao đổi trong đất. Khả năng trao đổi cation (CEC) của đất được tạo ra do sự hấp thụ các cation trên bề mặt của các phần tử đất mang điện tích âm, khi pH tăng lên thì ion H+ sẽ phân ly ra từng
Bảng 4.2: Ma trận tương quan giữa các tính chất hóa học đất. An Phú - An Giang, (n=80). -0,31 -0,64** -0,18 0,04 -0,42** 0,26 0,26 -0,14 0,51** 0,71** 0,29 -0,34 -0,49** EC -0,31 0,06 0,11 -0,12 0,26 0,23 0,24 0,19 0,39 0,23 -0,12 -0,15 0,02 CHC 0,03 -0,05 0,23 -0,22 -0,27 0,10 -0,51** -0,51** -0,33 -0,25 0,55** Pts 0,38 0,12 -0,19 0,32 -0,09 -0,12 -0,15 -0,17 0,07 0,17 0,17 Pdt 0,01 -0,06 0,27 -0,22 -0,05 0,05 0,10 -0,20 -0,04 Nts 0,07 -0,06 0,10 0,01 -0,21 -0,07 0,19 0,17 -0,24 CEC -0,05 0,13 0,53** 0,62** 0,12 -0,06 -0,15 K+ -0,11 0,08 0,15 0,19 -0,04 -0,02 0,37 Na+ 0,01 -0,07 0,04 0,29 0,09 Ca2+ 0,66** 0,27 -0,23 -0,33 0,13 Mg2+ 0,31 -0,30 -0,43** Fe2O3 -0,13 -0,39 -0,10 Cu 0,47** Zn -0,07
nhóm OH- và điện tích âm được tạo thành. CEC của đất được định nghĩa là tổng số các cation trao đổi mà keo đất có thể hấp thu (ion Ca2+, K+, Mg2+, Na+) (Brady, 1999). Sự gia tăng hàm lượng Mgtđ trong đất làm giảm lượng Zn trong đất (- 0,43**). Nồng độ Mg hiện diện trong đất phụ thuộc vào pH đất, sự hiện diện của các ion trao đổi khác và loại khoáng sét. pH tỷ lệ thuận với Ca, Mg… trong đất, tuy nhiên tỷ lệ nghịch với sự hiện diện độc chất trong đất (Fe, Mn, Bo, Cu, Zn…)(Neuhaus et al., 2014).
Hình 4.1: Tỉ số thành phần các Cation trao đổi trong đất An Phú-An Giang.
Tỉ số thành phần các cation trong đất trên đất phù sa An Phú - An Giang có hàm lượng Ca2+ chiếm tỷ lệ >50%, tỉ số thành phần của Ca2+, Mg2+, H+, Na+, K+trong đất theo thứ tự 56-20-19-3-2% ở tầng đất 0-20 cm và 59-20-12-8-1% ở tầng đất 20-40 cm (Hình 4.1). Giữa hai tầng đất có tỉ số thành phần các cation trong đất khác nhau, có sự thay đổi lớn về tỉ số thành phần H+ và Natđ. Tỉ số thành phần H+ đất tầng mặt (0-20cm) (19%) cao hơn tầng đất 20-40 cm (12%), việc bón phân vô cơ trong thời gian dài thường làm gia tăng hàm lượng H+ trong đất (cây hút hoặc bị rửa trôi các cation như Ca2+,K+, Mg+ chúng sẽ trả lại H+ vào đất)(Else et al.,
2018). Tuy nhiên, tỉ số thành phần Natđ thì ngược lại có tỉ số thành phần ở tầng đất 0-20 cm (3%) thấp hơn tầng đất 20-40 cm (8%). Tỷ lệ Ca/Mg trên đất phù sa An Phú – An Giang trên hai tầng đất 0-20 cm và 20-40 cm có giá trị theo thứ tự 2,80:1; 2,92:1. Theo Kopittke et al. (2007), sự tăng trưởng của thực vật tối đa chỉ có thể đạt khi tỷ lệ nồng độ Ca, Mg và K trao đổi được xếp theo thứ tự 65% Ca, 10% Mg