1.Bay hơi.
1.1.Phản ứng của Urea trong đất. Urease
CO(NH2) 2 + 2 H2O → 2NH4+ + CO32- Urea Ammonium -N Carbonate CO32- + H2O → HCO3- + OH-
N-Urea – nguồn của NH4-N và pH cao, bao gồm: Urea, Urea-Ammonium Nitrate (UAN), phâ chuồng. Khi bĩn cần vùi sâu, hạn chế hình thành NH3, bay hơi.
Khoảng mất 30% N trong phân urea nếu bĩn khơng vùi sâu NH4+ + OH- → NH3↑ + H2O N-Ammonium pH cao Ammonia
1.2.Các yếu tố ảnh hưởng đến bay hơi của Urea: lượng N bay hơi càng cao khi: - Nhiệt độ càng cao,
-Tốc độ giĩ cao, - Ẩm độ đất cao,
- CEC càng thấp, NH4+ hấp phụ càng thấp, 1.3.Quản lý bay hơi của Urea:
-Vùi nay sau khi bĩn.
- Bĩn khi đất đủ ẩm: tưới hay mưa 10mm. - Tưới nhỏ giọt
- Sử dụng chất ức chế Urease như Ammonium thiosulfate, NBPT (N-(n-butyl) thiophosphoric triamide-Agrotain.
2. Rửa trơi.
Xảy ra đối với nitrate.
Hạn chế rửa trơi nitrate.Sử dụng các chất ức chế tiến trình nitrite hĩa như Nitripyrin (N-serve, dicyandiamide (DCD hay Guardian).
Quản lý rửa trơi nitrate. - Liều lượng bĩn. -Thời gian bĩn. Tĩm tắt.
1. N2 trong khí quyển được bổ sung vào trong đất bằng 2 con đường chính: cố định N sinh học và cố định N cơng nghiệp. Trong đĩ cố định N sinh học là con được quan trọng nhất. Nhưng lượng N cố định sinh học thường khơng đủ để ổn
2. Khi vào đất, sự chuyển hĩa của N khá phức tạp nhưng cĩ qui luật. Trong đĩ cần chú ý tiến trình ammonium và nitrate hĩa của chất hữu cơ, phân N. Sự lưu giữ và các tiến trình làm mất các dạng N này.
3. Sản xuất phân N hĩa học cần nhiều năng lượng. Các dạng phân N sử dụng phổ biến là: NH4-N, NO3-N, N phân giải/hịa tan chậm và N hữu cơ. Hầu hết phân NH4-N là phân chua, nếu bĩn liên tục sẽ làm giảm pH đất. Các dạng NO3-N dễ mất do rửa trơi, nhất là đất cĩ sa cấu thơ. Urea là dạng phân N cĩ thể bị mất do bay hơi.
4. Nếu chỉ tính riêng yếu tố N, ảnh hưởng của các dạng phân N đối với sinh trưởng cây trồng là tương đương nhau. Tuy nhiên, phương pháp bĩn, các yếu tố đi kèm trong phân, cách bĩn cĩ thể tạo sự khác biệt trong phản ứng của cây trồng.
Chương 5. CÁC NGUYÊN TỐ DINH DƯỠNG VÀ PHÂN BĨN Bài 2. LÂN VÀ PHÂN LÂN
Mục tiêu
- Hiểu các dạng và vai trị cơ bản của P trong cây - Hiểu các nguồn và các dạng P trong đất
- Hiểu các yếu tố ảnh hưởng đến sự chuyển hĩa P và chu kỳ P
- Cĩ khả năng diễn tả sự chuyển hĩa và chu kỳ P quyết định khả năng hữu dụng của P đối với cây trồng và sự vận chuyển của P trong mơi trường.
- Nhận diện các loại phân lân, và các cơ sở sử dụng phân lân cĩ hiệu quả.
I. Chu kỳ P trong tự nhiên
Sơ đồ 5.2.1. Chu kỳ Lân trong tự nhiên.
II. P trong cây
1. Nhu cầu P của cây trồng
tương đối lớn, nhưng thấp hơn rất nhiều so với N và K
(từ Pierzynski et al., 1994)
P trong dung dịch đất
HPO42- & H2PO4-
P hấp phụ trên sét Al, Fe Oxides các khĩang P nguyên sinh Apatites các khĩang P thứ sinh
Ca, Fe, Al phosphates
P hữu cơ
sinh khối của đất (sống) chất hữu cõ trong âất
P hữu cõ hịa tan hấp thu sinh học hấp phụ giải phĩng kết tủa hịa tan hịa tan r
rửửaa ttrrơơii ((rrấấtt tthhấấpp))
c
cââyy ttrrồồnngg hhấấpp tthuhu xĩi mịn, chảy tràn phù sa & P hịa tan phân bĩn
dý thừa cây trồng chất thải nơng nghiệp
chất thải cơng nghiệp&sinh họat CHU KỲ LÂN
Khống hĩa
Nguyên tố P rất họat động , tồn tại trong tự nhiên dưới nhĩm - PO4 . Trong cây, P tồn tại trong các hợp chất quan trọng như ATP, NADP, nucleic acids, phospholipids. ATP – vận chuyển năng lượng, NADP – quang hợp, Nucleic acids - DNA, RNA, Phospholipids – màng tế bào và mơ thực vật.
2. Khả năng di động của P.
P tương đối di động trong cây, chuyển vị từ lá già đấn điểm sinh trưởng non.
3. Triệu chứng thiếu P
cịi cọc, rễ sinh trưởng kém, nên rễ tăng nhanh khi bĩn P cao theo hàng. Chín muộn, lá xanh tối, một số cây cĩ màu đỏ tía (huyết dụ) như bắp, mía.
4. Thừa P.
Thường khơng trực tiếp gây độc cho cây và các sinh vật khác.
Những vấn đề của việc thừa P
Kích thích sinh trưởng của thủy sinh vật, gia tăng phú dưỡng hĩa Đất thừa P sẽ làm tăng tiềm năng vận chuyển P trong mơi trường Lượng lớn P trong thành phần lắng đọng
Nồng độ P hịa tan cao trong nước chảy tràn.
5. Các nguồn cung cấp P cho cây trồng.
5.1 Phân giải chất hữu cơ. P trong chất hữu cơ chiếm 20 - 80% P tổng số trong đất 5.2. Phân chuồng, phân ủ, chất thải rắn sinh học
5.3. Hịa tan từ các khống chứa P, bao gồm các khống nguyên sinh và thứ sinh. Các khĩang nguyên sinh khả năng hịa tan rất chậm, nhưng là nguồn cung cấp P lâu dài.
5.4 Tích tụ từ các vật liệu xĩi mịn. 5.5. Các loại phân P
6. Các dạng P được hấp thu bởi rễ cây.
Phần lớn P được rễ cây hấp thu dưới dạng ion orthophosphate, HPO4 2- hay H2PO4 -
Hàm lượng tương đối của các dạng này phụ thuộc vào pH của dung dịch đất.
Hai dạng này cĩ tỉ lệ cân bằng ở pH 7.2, nồng độ HPO4 2- cao hơn trung điều kiện kiềm, và nồng độ H2PO4 – cao hơn trong điều kiện chua.
Ngồi ra, rễ cây cũng cĩ thể hấp thu 1 ít P hữu cơ, nhưng chủ yếu vẫn là P hữu cơ được khống hĩa, như P trong nucleic acids, phytin.
7. Hấp thu P của rễ cây trồng.
H2PO4 – được rễ cây hấp thu nhanh hơn HPO4 2- . Do liên quan đến hĩa trị của ion, cân bằng Cation/anion, nên khi cây hấp thu Phosphate làm tăng hấp thu Ca, Mg, K và hấp thu Phosphate cĩ thể ức chế hấp thu nitrate và sulfate.
8. Sự di chuyển của P đến rễ.
HPO4 2- hay H2PO4 –di chuyển đến rễ chủ yếu do khuếch tán. Nồng độ P trong dung dịch đất rất thấp, trung bình khoảng 0.05 ppm trên đất nơng nghiệp, do cĩ rất nhiều phản ứng hấp phụ, kết tủa P xảy ra trong đất. Tốc độ di chuyển của P trong đất rất chậm, 1 ion phosphate riêng biệt di chuyển <1 mm trong 1 mùa vụ. Vì vậy, kích thước và mật độ rễ rất quan trọng trong việc hấp thu P. Xem lại các yếu tố ảnh hưởng đến khuếch tán ion.
III. Sự chuyển hĩa P trong đất
Khi P hiện diện trong đất, các tiến trình sau đây cĩ thể xảy ra: khống hĩa, hấp thu sinh học (tương tự N hữu cơ), hấp phụ-giải phĩng P từ bề mặt khĩang, khĩang sét, Oxides Fe và Al, carbonates, kết tủa – hịa tan của các khống thứ sinh, Ca, Al, Fe phosphates, và phong hĩa các khống nguyên sinh (Apatites).
1. Khống hĩa P.
Chất hữu cơ trong đất chứa khoảng 1% P. P hữu cơ được giải phĩng dưới dạng vơ cơ hữu dụng cho cây trồng.
Các yếu tố ảnh hưởng đến khống hĩa P tương tự như khoang hĩa N, đĩ là: họat động của vi sinh vật (vi khuẩn, nấm, xạ khuẩn), nhiệt độ, ẩm độ, độ thống, pH, hàm lượng dinh dưỡng, dư thừa thực vật… enzymes Phosphatase giải phĩng các orthophosphate ions.
P hữu cơ trong đất, cĩ đến 50% dạng inositol phosphates, Phospholipids, nucleic acids <10%, khỏang 50% P hữu cơ chưa xác định được tính chất
Inositol phosphates, C6H6(OH)6 = inositol. Gốc -OH được thay thế bởi phosphate. Phần lớn là phytic acid, Inositol hexaphosphate, nhĩm 6 phosphate. Là sản phẩm của họat động vi sinh vật phân giải dư thừa thực vật
2. Hấp thu sinh học P.
Ngược lại với tiến trình khĩang hĩa, vi sinh vật hấp thu P vơ cơ từ đất và hình thành P hữu cơ trong cơ thể, vi sinh vật hấp thu HPO4 2- hay H2PO4 -
- Cân bằng giữa khống hĩa và hấp thu sinh học, phụ thuộc vào tỉ lệ C:P. Tỉ lệ này cĩ thể hạn chế sự phân giải chất hữu cơ, tương tự như tỉ lệ C:N. Sự khĩang hĩa P cũng cĩ thể bị hạn chế bởi tỉ lệ C:N. Khi tỉ lệ C:P cao, vi sinh vật sử dụng P cĩ sẳn trong đất, làm Kiệt quệ nguồn P cung cấp cho cây trồng, và khi nồng độ P trong dung dịch đất thấp, sinh trưởng của vi sinh vật bị hạn chế và sự phân giải chất hữu cơ chậm. Tỉ lệ C:P của chất hữu cơ trong đất khoảng 100:1, tỉ lệ C:P thay đổi nhiều hơn tỉ lệ C:N. Tỉ lệ C:N:P ~120:10:1.3.
Khi C:P >300, hay dư thừa thực vật <0.2% P, hấp thu sinh học P > khống hĩa P,
Khi C:P = 200 – 300, hay dư thừa thực vật 0.2-0,3% P, hấp thu sinh học P = khống hĩa P
Khi C:P < 200, hay dư thừa thực vật >0,3% P, hấp thu sinh học P < khống hĩa P
3. Cố định P trong đất.
3.1 Các cơ chế làm P khơng hịa tan trong dung dịch đất
P được khĩang hĩa từ chất hữu cơ, hoặc được bĩn từ phân P hịa tan, hay P được giải phĩng từ các phản ứng hịa tan khác xảy ra trong đất sẽ trải qua các phản ứng sau
3.1.1 Hấp phụ P. P được giữ trên bề mặt các khĩang, 3.1.2 Kết tủa. Hình thành nên các khống P thứ sinh,
Cố định P là 1 chuỗi phản ứng liên tục, phức tạp, khơng cĩ ranh giới rõ ràng giữa các phản ứng hấp phụ và kết tủa. Kiểu cố định P khác nhau tùy lọai đất, đặc biệt là pH của dung dịch đất, các cations hịa tan, bề mặt khống, nồng độ Phosphate (và cation). Hấp phụ chiếm ưu thế khi nồng độ P thấp và kết tủa chiếm ưu thế khi nồng độ P cao.
3.2 Hấp phụ P.
Trên đất chua, nhiều các Al-, Fe-oxides và hydroxides, khĩang sét, P chủ yếu hấp phụ trên bề mặt khống này. Phần lớn P dạng H2PO4 - , bề mặt Oxide, hydroxide
mang điện tích (+) trong điều kiện chua, Phosphate phản ứng với bề mặt nhĩm -OH và -OH2 + . Đây là hấp phụ chuyên biệt, hay hấp phụ hĩa học, chiếm chỗ -OH, -OH2 và nối với Al, Fe, ví dụ Al-O-Phosphate.
Khi Phosphate được liên kết với 1Al: Al-O-P, cĩ thể dễ dàng được giải phĩng ra dung dịch đất, nên cũng được xem như là P họat động (dễ tiêu)
Ngược lại, khi P nối với 2Al: Al-O-P hay 2Fe: Fe-O-P, P khĩ giải phĩng ra dung dịch đất, được xem là P khĩ tiêu
Các bề mặt khống sét, cạnh vỡ của khĩang sét phơi bày gốc –OH, P hấp phụ tương tự như trao đổi -OH trên bề mặt Al-, Fe-oxide.
Sự hấp phụ P bởi sét 1:1 (như kaolinite) cao hơn sét 2:1 (như monmorillonite)
Trên đất đá vơi, các khống carbonate, P hấp phụ chủ yếu trên bề mặt khĩang trong điều kiện kiềm. Dạng carbonate ổn dịnh trong khỏang pH >7.8, phosphate thay thế gốc -CO3 2- . 1 số P hấp phụ trên bề mặt Al(OH)3, Fe(OH)3
Đất cĩ sa cấu mịn khả năng hấp phụ p cao hơn đất cĩ sa cấu thơ do diện tích bề mặt riêng lớn
Đất chua cĩ khả năng hấp phụ P cao hơn đất trung tính và đất đá vơi, vì Al-, Fe- oxides cĩ khả năng hấp phụ P cao hơn carbonates.
Khĩang oxide vơ định hình cĩ khả năng hấp phụ P cao hơn khĩang cĩ cấu trúc tinh thể do diện tích bề mặt riêng lớn
Tĩm lại, đất cĩ khả năng cố định P cao, nhu cầu bĩn phân P càng cao
3.3 Các phương trình hấp phụ
Sử dụng để diễn tả khả năng hấp phụ P của đất Phương trình Freundlich
q = acb
lượng P hấp (q) tỉ lệ với lượng nồng độ P hịa tan trong dung dịch (c) a và b là hệ số thực nghiệm, khác nhau tùy lọai đất
Ứng dụng tốt trên đất cĩ nồng độ P hịa tan thấp Khơng tính được khả năng hấp phụ tối đa
Phương trình Langmuir
Dự đĩan khi P bảo hịa, khơng cịn khả năng hấp phụ P thêm nữa q = abc/1+ac
b hệ số hấp phụ tối đa
tăng nồng độ P trong dung dịch, P hấp phụ sẽ khơng tăng
Những lọai đất cĩ khả năng cố định P lớn và nồng độ P trong dung dịch thấp, khả năng giữ P cĩ thể vuợt quá khả năng hấp phụ Vì dụ bĩn liên tục phân chuồng với liều lượng cao
3.4 Kết tủa P
Trên đất chua, Al và Fe là 2 cations hịa tan chính dẫn đến P bị kết tủa dưới dạng khĩang Al-phosphate và Fe-phosphate.
Đất trung tính và kiềm, Ca là cation hịa tan chính, và P kết tủa dưới dạng khĩang Ca- phosphate.
pH dung dịch đất và khả năng hịa tan của Al-, Fe-, và Ca-phosphates kiểm sĩat khả năng hịa tan của P trong dung dịch.
Khả năng hữu dụng tối đa của P ở khoảng pH 6 – 7, iữa vùng khả năng kết của Al- và Fe-phosphates và Ca-phosphates tối thiểu.
Phản ứng kết tủa cĩ thể xảy ra rất chậm, các khống mới kết tủa cĩ thể dễ hịa tan hơn các khĩang kết tủa trong thời gian dài.
FePO4 . 2H2O + H2O ↔ H2PO4 - + H+ + Fe(OH)3
Khi (H+) tăng, phản ứng cân bằng dịch về phía trái, Fe-phosphate kết tủa và P trong dung dịch giảm. Nếu (H+) giảm, phản ứng cân bằng dịch về phía phải
Khi rễ cây hấp thu H2PO4 -, phản ứng cân bằng cũng dịch về phía phải, Fe- phosphate hịa tan và bù đất lại P trong dung dịch.
Fe-phosphate dạng rắn sẽ duy trì H2PO4 - ở nồng độ cân bằng, mặc dù phản ứng này xảy ra rất chậm, phụ thuộc vào pH đất
Đất trung tính và đá vơi
CaHPO4 . 2H2O + H+ ↔ Ca2+ + H2PO4 - + 2H2O
Khi (H+) giảm, phản ứng cân bằng dịch về phía trái, Ca-phosphate kết tủa và P trong dung dịch giảm. Nếu (H+) tăng, phản ứng cân bằng dịch về phía phải, Ca- phosphate hịa tan và P trong dung dịch tăng
Khi rễ cây hấp thu H2PO4 - , phản ứng cân bằng cũng dịch về phía phải, Ca- phosphate hịa tan và bù đất lại P trong dung dịch.
Ca-phosphate dạng rắn sẽ duy trì H2PO4 - ở nồng độ cân bằng, mặc dù phản ứng này xảy ra rất chậm, phụ thuộc vào pH đất
4. Khả năng hữu dụng và cố định của phân P
Các yếu tố về hàm lượng tổng số và dễ tiêu, liên quan giữa khả năng đệm và cố định P của đất.
BC = dQ/dI,
Yếu tố cường độ (hịa tan).
Khi bĩn phân P hịa tan, sẽ làm tăng nồng độ P hịa tan trong dung dịch, làm tăng nồng độ dinh dưỡng trong dung dịch, P hữu dụng nhanh. Nhưng do chịu tác động bởi các phản ứng hấp thu sinh học, hấp phụ bề mặt và kết tủa nên cố định P làm giảm nồng độ P trong dung dịch. Nhưng đĩ là nguồn bổ sung P cho dung dịch nhờ khả năng đệm. Là khả năng của đất duy trì nồng độ các chất dinh dưỡng trong dung dịch đất, khả năng bù đắp chất dinh dưỡng trong dung dịch khi được cây trồng hấp thu của thành phần rắn của đất.
Yếu tố khối lượng (hấp phụ, kết tủa)
Bao gồm P hữu cơ, P hấp phụ và các khĩang chứa P. Trong đĩ bao gồm thành phần dễ tiêu và khĩ tiêu.
P dễ tiêu. Là thành phần nhanh chĩng bổ sung P vào dung dịch, bao gồm một phần P hấp phụ dễ giải phĩng, một phần P hữu cơ là thành phần chất hữu cơ phân giải nhanh. P khĩ tiêu. Là thành phần bổ sung P vào dung dịch hay chuyển thành P dễ tiêu chậm, bao gồm P hấp phụ mạnh, P hữu cơ trong chất hữu cơ phân giải chậm, và P trong các khống.
III. Các loại phân lân. 1.Apatite. 1.Apatite.
Là loại khống cĩ chứa lượng P cao, Ca10(PO4)6X2, với X cĩ thể là F hay Cl, cĩ thể được sử dụng bĩn trực tiếp cho cây sau khi nghiền mịn. Nhưng hiệu quả khơng cao do tính chất của apatite khơng hịa tan, nên thường được hịa tan trước khi sử dụng.