1.Vơi
Là các vật liệu cĩ khả năng trung hịa độ chua của đất, bao gồm Calcium Oxide (CaO), cịn gọi là vơi bột, vơi nung, vơi sống, vơi phản ứng nhanh; Calcium Hydroxide (Ca(OH)2 hay vơi tơi, vơi chết; Calcium Carbonate (CaCO3) đá vơi nghiền; Calcium/Magnesium Carbonate (Ca,MgCO3) đá dolomite nghiền.
2.Khả năng trung hịa của vơi.
Để trung hịa 1 đương lượng acid, cần 1 đương lượng vơi, khả năng trung hịa hĩa học của các loại vơi là đương lượng OH- được hình thành do phản ứng của vơi, ví dụ:
Ca(OH)2 → Ca2+ + 2 OH-
CaCO3 + H2O → Ca2+ + 2 OH- + CO2
Biể u đồ tương quan giữ a lượ ng vô i và pH đấ t sau 14 ngà y ủ 5 5.56 6.57 7.58 8.59 0 1 2 5 10 15 20 lượ ng vô i ủ (g/5kg) pH
CaO + H2O → Ca2+ + 2 OH-
CaSiO3 + H2O → Ca2+ + HSiO3- + OH- CaSO4 → Ca2+ + SO42-
CaSO4 khơng phải là vơi.
3.Phản ứng trung hịa của
vơi
4. Chất lượng vơi.
Đánh giá chất lượng vơi dựa vào khả năng trung hịa của loại vơi đĩ.
Khả năng trung hịa hay đương lượng CaCO3-Calcium Carbonate Equivalent (CCE) Giá trị trung hịa của các loại vơi được so sánh với khả năng trung hịa của CaCO3.
1 Eq. CaCO3 = 1 Eq. bất cứ loại vơi nào Ví dụ: MgCO3
MgCO3 = 84 g/mole hay 42 g/ eq. CaCO3 = 100 g/mole hay 50 g/ eq.
Al3+ Al3+ Al3+ H+ + Ca2+ + CO32- Ca2+ Ca2+ Ca2+ Ca2+ Ca2+ + H+ + Al3+ + CO32- CO2 2H2O + + 2OH- H2O + H+ + Al3+ + H2O + Al(OH)3 CaCO3 → Ca2+ + CO32- Trao đổi Trung hịa Đất chua Đất trung tính
Loại vơi % giá trị trung hịa CaCO3 nguyên chất 100 MgCO3 119 (Ca,Mg)CO3 109 CaO 179 Ca(OH)2 136 CaSiO3 86 đá vơi nghiền thương mại 90
5. Độ mịn của vơi.
Độ mịn quyết định tốc độ phản ứng của vơi, đá vơi nghiền càng mịn, phản ứng càng nhanh. Khơng thể tăng khả năng trung hịa của vơi bằng độ mịn, nhưng vơi nghiền càng mịn càng tốt, do phản ứng nhanh, nhưng trong thực tế khơng thể nghiền quá mịn.
6. Lợi ích của bĩn vơi trên đất chua.
6.1. Lợi ích trực tiếp.
-Giảm tính độc của Al, Mn…, Al3+ chỉ hiện diện khi pH<5,5., 6.2. Lợi ích gián tiếp.
- Tăng khả năng hữu dụng của P.
- Tăng khả năng hữu dụng và giảm khả năng gây độc của nhiều nguyên tố vi lượng. - Tăng tiến trình nitrate hĩa,
- Tăng khả năng cố định N sinh học, - Cải thiện tính chất vật lý của đất,
- Hạn chế 1 số tác nhân gây bệnh cho cây (nấm).
7. Phương pháp bĩn vơi
- Bĩn trước khi gieo trồng 1 thời gian đủ để vơi phản ứng trong đất - Vãi đều trên mặt đất
- Chu kỳ bĩn: đo pH hằng năm, sử dụng đường cong nhu cầu vơi - Hiệu chỉnh theo độ sâu cần bĩn
8. Các khuyến cáo trong quản lý độ chua của đất.
- Đừng quá lo lắng về tỉ lệ các nguyên tố này, cho đến khi xảy ra: • Mg:Ca >1, K:Mg>1
Bài 2 CẢI TẠO ĐẤT MẶN, ĐẤT KIỀM
Đất mặn được hình thành trên các vùng cĩ khí hậu khơ hạn, bàn khơ hạn, vũ lượng hàng năm thấp (<350mm), nên khơng đủ nước để rửa trơi muối tích lũy trong đất do bốc hơi nước cao. Đất này cịn hình thành phổ biến ở các vùng tưới tiêu khơng thích hợp, các đầm lầy ven biển, dầm lầy ngập mặn, và đầm lầy lục địa gần hồ nước mặn.
Mặn hĩa là 1 trong những nguyên nhân làm giảm diện tích đất canh tác trên thế giới.
Natri là nguyên tố hĩa học chính gây tác hại nghiêm trọng trực tiếp đến cây trồng và đồng thời hủy hoại cấu trúc của đất.
1. Định nghĩa.
1.1. Đất mặn. là đất cĩ các đặc điểm sau:
11.1 Độ dẫn điện của dịch trích bảo hịa (ECse)>4mS/cm. 1.1.2. pH<8,5
1.1.3. Phần trăm Na trao đổi (ESP)<15%.
Trước đây đất này được gọi là đất kiềm trắng (Solochat), do khi nước bốc hơi hình thành lớp muối trắng trên mặt và cĩ pH kiềm. Đất cĩ hàm lượng muối hịa tan cao, thể hiện ở độ dẫn điện (EC) cao.
1.2. Đất kiềm. là đất cĩ các đặc điểm
1.2.1 Độ dẫn điện của dịch trích bảo hịa (ECse)>4mS/cm. 1.2.2. pH>8,5,
1.2.3. Phần trăm Na trao đổi (ESP)>15%.
Trước đây đất này được gọi là đất kiềm đen (Solonet), do khi nước bốc hơi cĩ sự tích lũy chất hữu cơ hịa tan cùng với lớp muối trên mặt và cĩ pH kiềm. Đất kiềm cĩ hàm lượng Na rất cao làm phân tán hạt (mất cấu trúc), và gây rối loạn dinh dưỡng cho phần lớn các loại cây trồng.
1.3. Đất mặn kiềm cĩ các đặc điểm
1.3.1 Độ dẫn điện của dịch trích bảo hịa (ECse)>4mS/cm. 1.2.2. pH<8,5,
1.2.3. Phần trăm Na trao đổi (ESP)>15%.
Đất mặn kiềm khi rửa muối hịa tan, Na trao đổi sẽ thủy phân và làm tăng pH, đất sẽ trở nên kiềm.
III. Một số thuật ngữ sử dụng trong nghiên cứu đất mặn, đất kiềm.
Cĩ nhiều thuật ngữ dùng để định lượng hĩa các loại đất chịu ảnh hưởng bởi các muối và đặc biệt là Na, các thuật ngữ này cĩ liên quan với nhau. Như khi chúng ta đo độ dẫn điện EC cĩ thể xác định được tồng muối hịa tan trong đất, hệ số tương quan như sau:
ECse (mS/cm) x 10 = tổng cation hịa tan (meq/lít)
Nếu các cation hịa tan được đo trong dịch trích bảo hịa, tỉ Na hấp phụ (SAR- sodium adsorption ratio) cĩ thể được tính như sau:
SAR= Na+ /[(Ca2+ +Mg2+)/2]1/2. Đơn vị tính nồng độ các ion: meq/lít.
Do các quan hệ cân bằng giữa các cation hấp phụ trên bề mặt trao đổi và cation trong dung dịch, nên SAR cĩ tương quan đến hàm lượng Na trên CEC. Hàm lượng này được diễn tả bằng tỉ lệ Na trao đổi (ESR-exchangeable sodium ratio). ESR được định nghĩa:
ESR= Na+ trao đổi/(Ca2+ +Mg2+) trao đổi. Đơn vị tính nồng độ các ion: meq/lít. ESR= 0.015SAR
2. Ảnh hưởng của muối đến sinh trưởng cây trồng. Nồng độ Na và Cl cao là nguyên nhân chính gây ra sự ức chế sinh trưởng cho cây trồng mẫn cảm với muối. Khi nồng độ các muối này trong dung dịch đất cao, sẽ tạo áp lực thẩm thấu cao, làm tế bào rễ mất nước, bị co nguyên sinh (plasmolysis).
3. Cải tạo đất mặn và đất kiềm.
3.1. Đất mặn. Biện pháp chủ yếu là dùng nước ngọt, hoặc nước cĩ nồng độ muối thấp rửa muối hịa tan sâu xuống khỏi vùng rễ.
Lượng nước cần thiết để rửa muối ra khỏi vùng rễ nhu cầu nước rửa mặn (leaching requirement-LR). LR được tính: LR= ECw/ECdw, với:
ECw: EC của nước tưới ECdw: EC của nước tiêu
LR phụ thuộc vào (1) EC mong muốn, hay EC cây trồng cĩ thể chịu được; (2) chất lượng nước tưới (ECw), (3) độ sâu vùng rễ cần rửa, và (4) khả năng giữ nước của đất.
Với đất cĩ mực nước ngầm cao, cần thiết kế hệ thống tiêu nước trước.
Nếu đất cĩ tầng Calcic hay Gypsic (cĩ tính thấm kém), cần phải phà vỡ tầng này.
Vùng đất chỉ sử dụng nước trời, hay nguồn nước hạn chế, cần che phủ đất bằng các vật liệu hữu cơ để giảm tốc độ bốc hơi nước.
3.2. Đất kiềm và đất mặn kiềm. Nguyên tắc cải tạo là làm giảm hàm lượng Na trao đổi và EC trong đất, điều này rất khĩ thực hiện vì đất kiềm và mặn kiềm cấu trúc đất bị phân tán, khả năng thấm nước rất kém. Thơng thường cĩ thể dùng thạch cao (CaSO4.2H2O) để trao đổi Na trên keo đất, sau đĩ dùng nước rửa Na này ra khỏi dung dịch đất.
Đất-Na + Ca2+ + SO42- → đất-Ca + 2Na+ + SO42-
2Na+ và SO42- được rửa
Xác định lượng thạch cao cần thiết, nhu cầu thạch cao để rửa kiềm.
Ví dụ. một loại đất cĩ CEC=20meq/100g, ESP=15%, cần làm giảm ESP xuống 5%. Vậy ESP cần giàm là: 15% - 5% =10%.
Đương lượng Na cần giảm:(10%)(20meqCEC/100g) = 2meqNa+/100g. Đương lượng CaSO4.2H2O cần để thay thế Na là: 2meq/100g.
Lượng CaSO4.2H2O cần là: 2meq CaSO4.2H2O/100g)(86mg CaSO4.2H2O/meq), Hay 172mg CaSO4.2H2O/100g đất.
4. Quản lý.
Quản lý đất mặn chủ yếu là làm giảm đến mức tối thiểu sự tích lũy muối trong tầng canh tác trong quá trình canh tác, nhất là trên các vùng khơ hạn và bán khơ hạn. Ẩm độ đồng ruộng cần được duy trì thường xuyên bằng cách tưới nước ngọt (hoặc khơng mặn). Rửa hay tưới nhẹ trước hay sau gieo trồng nhằm giúp rễ cây con phát triển. Nếu cĩ đủ nước nên tưới theo chu kỳ, kể cả khi khơng gieo trồng. Trong đất mặn cĩ nhiều loại muối kết tủa như CaSO4.2H2O, CaCO3, MgCO3 trong thời gian khơ hạn, sẽ hịa tan khi được tưới hoặc rửa. Chú ý là khi các muối Ca, Mg kết tủa, sẽ làm tăng tỉ lệ tương đối của Na+ trong dung dịch đất.
Cải thiện kỹ thuật tưới tiêu là phương pháp quan trọng để kiểm sốt độ mặn của đất. Khi làm đất, các rãnh nhỏ sẽ hình thành và muối cĩ xu hướng mao dẫn và tích tụ ở giữa đỉnh các luống cày nơi bốc hơi nước xảy ra. Chú ý khơng nên trồng cây con ngay trên đỉnh luống do ảnh hưởng của nồng độ muối cao.
Chương 5. CÁC NGUYÊN TỐ DINH DƯỠNG VÀ PHÂN BĨN Bài 1. ĐẠM (Nitrogen) VÀ PHÂN ĐẠM Bài 1. ĐẠM (Nitrogen) VÀ PHÂN ĐẠM Bài 1. ĐẠM (Nitrogen) VÀ PHÂN ĐẠM
Mục tiêu
- Hiểu các dạng và vai trị cơ bản của N trong cây - Hiểu các nguồn và các dạng chính của N trong đất
- Hiểu các yếu tố ảnh hưởng đến sự chuyển hĩa và chu kỳ N trong đất
- Cĩ khả năng mơ tả sự chuyển hĩa và chu kỳ N quyết định khả năng hữu dụng đối với cây trồng và vận chuyển của N trong mơi trường.
- Nhận diện được các lọai phân N phổ biến và hiểu các nguyên tắc, phương pháp sử dụng phân N cĩ hiệu quả.
I. Chu kỳ chất Đạm trong tự nhiên
Chu kỳ chất đạm trong tự nhiên NH3 Rửa trôi Chất thải của động vật Khử nitrate Khống hóa Hấp thu sinh học Nitrate hóa Chất hữu cơ NH4+ NO3-
Dư thừa của cây trồng
cây trồng hấp thu
Cây trồng lấy đi Phân bón N2 Cố định sinh học Bay hơi pH cao N2, N2O,
Sự luân chuyển của N2 trong khí quyển là 1 sự cân bằng động, trong đĩ nhiều dạng N khác nhau được cố định trong đất và cùng lúc đĩ, nhiều tiến trình sinh học và hĩa học giải phĩng N2 trở lại khí quyển.
II. N trong cây.
1. Nhu cầu và vai trị của N
- Nhu cầu N của hầu hết các lịai cây trồng rất cao, trong sản xuất N thường là yếu tố dinh dưỡng giới hạn năng suất. Cây trồng hấp thu N để hình thành các Amino acids, amides, amines, các cấu trúc khung, các hợp chất trung gian như Proteins, chlorophyll, nucleic acids, proteins/enzymes điều hịa các phản ứng sinh hĩa
- N là 1 phần tổng hợp cấu trúc diệp lục tố, nên khi thiếu N: lá xanh bẩn, vàng. - N cũng là thành phần của DNA, RNA
2. Sự di động của N.
N là nguyên tố dễ di chuyển trong cây, cĩ thể chuyển vị từ lá già đến lá non. Do đĩ, triệu chứng thiếu đầu tiên thể hiện ở lá già, bên dưới.
Khơng như các nguyên tố dinh dưỡng khác, khi hấp thu thừa N, cĩ thể tác hại đối với sản xuất cịn lớn hơn khi thiếu N. N làm tăng cường sinh trưởng dinh dưỡng (thân lá, ra cành), tăng tốc độ quang hợp, khả năng sử dụng CH2O cao, kéo dài thời gian chín, mơ cây mọng nước, dễ đổ ngã và nhạy cảm với sâu bệnh
3. Các nguồn cung cấp N trong đất
3.1. Phân giải chất hữu cơ
3.2. Cố định N sinh học. Gồm cố định N sinh học do vi sinh vật cơng sinh và khơng cộng sinh
3.3. Cố định N trong khí quyển. Sấm sét và cố định cơng nghiệp 3.4. Phân hĩa học. Phân hữu cơ, chất thải rắn sinh học
4. Các dạng N cây trồng hấp thu
4.1. Lá hấp thu trực tiếp NH3 . Liều lượng hấp thu phụ thuộc vào nồng độ ammonia trong khơng khí, ngịai ra ammonia cũng cĩ thể bay hơi qua lá.
4.2. Phần lớn N được rễ cây hấp thu dưới dạng vơ cơ: ion NH4+ (ammonium) và NO3- (nitrate).
Tỉ lệ hấp thu 2 ion này phụ thuộc vào điều kiện đất NO3 -N thường chiếm ưu thế trên đất thĩang khí, nhưng cây hấp thu NH4+ cao ở pH trung tính và NO3- ở pH thấp hơn.
NO3- di chuyển chủ yếu đền rễ bằng dịng chảy khối lượng, NH4+ khơng di động, phần lớn di chuyển do khuếch tán, và dịng chảy khối lượng
- Khi cây hấp thu Ammonium vào bên trong khơng bị khử, do đĩ bảo tồn năng lượng, nên hàm lượng protein, CH2O trong cây cao hơn so với hấp thu nitrate.
Do luơn cĩ sự cân bằng điện tích Cation/anion, nên khi cây hấp thu ammonium sẽ giảm hấp thu các cation khác như Ca, Mg, K, nhưng tăng hấp thu các anion như phosphate, sulfate, chloride.
Cũng do hấp thu dinh dưỡng của rễ là trao đổi ion, nên khi rễ hấp thu ammonium, pH vùng rễ sẽ giảm do rễ giải phĩng H+ dễ trao đổi với NH4+
- Khi cây hấp thu Nitrate vào trong, nitrate phải được khử trước khi tổng hợp amino acids. NO3- khử thành NH3 . Cũng do cân bằng Cation/anion, nên khi cây hấp thu NO3- sẽ tăng hấp thu Ca, Mg, K, và giảm hấp thu phosphate, sulfate, chloride, và pH vùng rễ sẽ tăng do rễ giải phĩng HCO3- (OH-)
Nếu cây hấp thu NH4+ với lượng cao cĩ thể gây độc (NH4+ - NH3) Thừa NO3- cĩ thể được tích lũy an tịan trong khơng bào.
Cây trồng hấp thu dạng nào nhiều hơn? Phần lớn cây trồng sinh trưởng tốt với sự kết hợp cả 2 dạng N.
Cây trồng thích ứng với đất chua thường hấp thu nhiều NH4+ Họ cà sinh trưởng tốt nhất với NO3- cao, cây cĩ nhu cầu cation cao.
III. Sự chuyển hĩa của N trong đất
Khi được bổ sung vào đất dưới dạng các hợp chất hữu cơ, N sẽ được chuyển hĩa theo các tiến trình khĩang hĩa, hấp thu sinh học, Nitrite/nitrate hĩa, khử nitrate hay phản N hĩa, bay hơi, cố định N trở lại
1. Khĩang hĩa.
Là tiến trình giải phĩng N hữu cơ thành dạng NH4 -N hữu dụng cho cây, thực hiện do hầu hết các vi sinh vật đất như vi khuẩn, nấm dị dưỡng. Chất hữu cơ trong đất cĩ hàm lượng N khoảng 5%, và khỏang 1 -4% N hữu cơ được khĩang hĩa hàng năm. Khĩang hĩa gồm 2 bước: Amine hĩa và ammonium hĩa
1.1 Amine hĩa. Proteins + H2O → amino acids + amines + urea + CO2 + năng lượng Protein được phân chia thành các phân nhỏ hơn
1.2 Ammonium hĩa Các amino acid tiến tục được biến đổi thành ammonium R -NH2 + H2O → NH3 + R - OH + E
2. Hấp thu sinh học (đồng hĩa) N.
Hấp thu sinh học là tiến trình ngược lại tiến trình khĩang hĩa. Vi sinh vật hấp thu N vơ cơ từ đất và hình thành các hợp chất N hữu cơ trong cơ thể sinh vật. Sinh vật cĩ thể hấp thu sinh học NH4+ hay NO3-
Sự cân bằng giữa khĩang hĩa và hấp thu sinh học được quyết định bởi tỉ lệ C:N của chất hữu cơ.
3. Nitrate hĩa.
Là tiến trình biến đổi NH4+ thành NO3- . Nguồn NH4+ cĩ thể được giải phĩng từ sự phân giải chất hữu cơ hay từ phân bĩn. Nitrate hĩa là phản ứng Oxi hĩa sinh học. Trang thái oxi hĩa của N tăng từ -3 đến +5. Tiến trình gồm 2 bước, được thực hiện bởi 2 vi khuẩn tự dưỡng khác nhau, vi khuẩn này nhận năng lượng từ sự oxi hĩa N, và nhận C từ CO2
3.1 Nitrite hĩa
2NH4+ + 3O2 → 2NO2- (nitrite) + 2H2O + 4H+ Vi khuẩn tham gia Nitrosomonas và một số lịai khác
3.2 Nitrate hĩa 2NO2- + O2 → 2NO3-
Vi khuẩn tham gia Nitrobacter , và một số lịai khác
Nitrite là độc chất, nhưng thường khơng tích lũy trong đất do tốc độ chuyển hĩa nitrite thành nitrate nhanh hơn rất nhiều so với chuyển hĩa ammonium thành nitrite.
3.3 Ý nghĩa của tiến trình Nitrate hĩa. Khi tiến trình nitrate hĩa xảy ra nhanh sẽ làm tăng tiềm năng rửa trơi N, do NO3- hịa tan cao nên khơng giữ lại trên keo đất như