CHƢƠNG 1 : LƢỢC KHẢO TÀI LIỆU
1.5 BIẾN CHUYỂN CỦA ĐẠM TRONG ĐẤT VÀ BIẾN CHUYỂN CỦA
1.5.1.1 Sự bất động đạm
Sự bất động đạm là sự chuyển đạm vô cơ hữu dụng sang dạng đạm không hữu dụng cho cây hoặc hữu dụng chậm. Có hai tiến trình làm bất động chất đạm trong đất: Tiến trình hóa học và tiến trình sinh học.
Tiến trình cố định hóa học có 3 nguyên nhân: - Sự cố định đạm của sét 2:1.
- Do sự tạo thành phosphate ammonium - alunium khó tan. - Do các chất tạo thành hợp chất khó tan với chất hữu cơ.
Tiến trình sinh học là sự biến chuyển của dạng đạm vô cơ sang hữu cơ trong các cơ thể sinh vật trong quá trình phân hủy chất hữu cơ.
1.5.1.2 Sự khống hóa
Là q trình biến đổi đạm từ đạm hữu cơ sang dạng đạm hữu cơ hữu dụng. Quá trình này xảy ra sau 3 bƣớc:
- Q trình amin hóa: Là q trình biến đổi các hợp chất hữu cơ sang dạng đạm vô cơ hữu dụng.
Protein R-NH2 + amino acid + năng lƣợng
- Q trình amonium hóa:
NH3 hình thành tác dụng với khí CO2 và H2O có sẵn trong đất để tạo ra (NH4)2CO3 và sau đó sẽ phân ly thành 2NH4+ + CO32-.
- Q trình nitrat hóa chia thành hai giai đoạn: + Giai đoạn 1: NH4+ nitrosomonas NO2- 2NH4+ + 3O2 2NO2- + 2H2O + 4H+ + Giai đoạn 2: NO2- nitrobacteri NO3- 1.6.1.3 Sự mất đạm ở đất lúa ngập nước
Theo Zhu (1985) khi rải phân trên bề mặt ngay lúc cấy lƣợng đạm bị mất từ 30 - 70%. Sau 42 ngày bón đạm vào đất lúa sẽ mất 60% nếu là S.A và 75% nếu là Urea. Qua kết quả nghiên cứu của nhiều tác giả cho thấy rằng đạm mất ở ruộng lúa do các nguyên nhân sau:
- Sự nitrat hóa và sự khử:
Khi bón đạm trên mặt đất ruộng đạm nitrat hóa ở tầng đất oxi hóa dày (2 - 3 mm), đạm NH4+ bị oxi hóa thành NO3-, NO2- đi xuống tầng khử của đất bị khử thành N2O và N2 bay vào khí quyển.
Hiệu quả của phân đạm khi bón vào đất chỉ đạt 30 - 40% (Zhu, 1985) và trong đó đạm mất do khử nitrat là chủ yếu, nó chiếm 25 - 45% lƣợng đạm mất. Sự ngập nƣớc không liên tục ở đất lúa nƣớc cũng làm gia tăng lƣợng đạm mất do sự nitrat hóa xảy ở giai đoạn thống khí và tiếp theo đó là sự khử nitrat mãnh liệt trong giai đoạn đất ngập nƣớc (Lê Văn Căn, trích của Patrick và Weyalt, 1964).
Theo Lê Văn Căn (1978) thì Reddy và Patrick cho rằng đất lúa ngập nƣớc gián đoạn thì sự rút ngắn thời gian của một chu trình ngập nƣớc sẽ làm gia tăng sự mất đạm lên đến 63% tổng lƣợng đạm bón vào đất.
- Sự bay hơi Ammonia:
Có khoảng 40% NH3 bị mất ở đất ngập nƣớc, theo Mikkelsen và et al. (1978) đạm bị mất ở thể NH3 bay hơi làm thay đổi 0 - 60% tổng lƣợng đạm bón vào đất. Đặc biệt khi bón rãi trên mặt đất ruộng đạm mất do NH3 bay hơi của Urea cao hơn bón S.A do bởi Urea bón vào đất sẽ bị thủy phân mạnh, sự thủy phân này tạo điều kiện thích hợp để NH3 bay hơi mạnh (pH đất cao). Theo Freney và Simpon (1985) cho biết Urea mất 18,2% và S.A mất 7,2% do NH3 bay hơi.
- Sự rữa trôi: Đạm NO3-
ít bị keo đất hấp thụ, vì vậy rất dễ bị rữa trôi. Theo Kochino (1973) tổng kết những thí nghiệm đo lƣờng từ năm 1928 - 1971 cho biết rằng sự mất đạm do rữa trôi thay đổi từ 3,4 - 25,4% tổng lƣợng đạm bón cho đất.
Sự mất đạm do rữa trôi phụ thuộc vào cơ cấu đất, độ thấm lọc của đất, độ dốc của mặt đất, đồng thời số lần bón cũng ảnh hƣởng rõ rệt. Theo Pandle và Adak (1971) cho biết đạm mất do sự rữa trôi chiếm 11-33% khi bón nhiều lần và 45 - 60% tổng lƣợng đạm bón 1 lần.
- Sự chảy thốt:
Do đặc tính của phân đạm là hịa tan và khuếch tán nhanh vào trong đất nên lƣợng đạm mất do chảy thoát trên mặt đất ruộng một lƣợng đáng kể, lƣợng đạm mất này thay đổi từ 2,6 - 5,6kg N/ha tùy thuộc vào điều kiện chế độ nƣớc và phân bón.
Dạng NH4+
ở đất lúa một phần nhỏ bị kẹp chặt giữa hai lá sét và của các loại sét 2:1 (Vermiculite, Montmorillonite). Ion NH4+ đi vào những lá Silic rồi sau đó thực hiện phƣơng thức trao đổi cation.
1.5.2 Sự biến chuyển của phân đạm khi bón vào đất
Phân đạm bón vào đất chủ yếu ở 2 dạng NH4+
và NO3-. Nguồn đạm này bao gồm cả phân vô cơ (SA, Urea, ...) và phân hữu cơ (phân chuồng và phân xanh). Theo Tơn Thất Trình (1971) khi bón vào đất, phân sẽ bị biến đổi qua các giai đoạn sau:
+ Hòa tan và khuếch tán với nƣớc trong đất. + Ammonia hóa.
+ Nitrat hóa và khử nitrat.
Phân Urea CO(NH2)2 khi bón rải trên mặt đất ruộng sẽ bị thủy phân dƣới tác dụng của phân hóa tố Ureaza. Ở đất tốt, sau 2 - 3 ngày Urea bị thủy phân hoàn toàn. Ở đất xấu, sau 7 - 10 ngày bị thủy phân thành NH4+
theo phƣơng trình: O=C(NH2)2 + 2H2O Urease (NH4)2CO3
(NH4)2CO3 + H2O NH4HCO3 + NH4OH
Các ion NH4+ đƣợc tạo thành tạm thời làm đất hóa kiềm, NH4+ một phần đƣợc hấp thu, một phần bị mất do khử nitrat, bay hơi NH3, rửa trơi NH4+
. Q trình nitrat hóa chỉ xảy ra ở đất thống khí. Ở đất trồng lúa, do ngập nƣớc thƣờng xuyên nên quá trình này hầu nhƣ khơng xảy ra. Nếu phân đạm dạng ammon đƣợc bón bằng cách rãi trên mặt ruộng mà khơng đƣợc vùi thì ion NH4+
có thể bị nitrat hóa ở tầng oxi hóa dày 2 - 3mm, sau đó bị khử khi NO3-
di chuyển xuống tầng khử của đất.
1.5.3.1 Đặc điểm của phân chậm tan
Ƣu điểm chính của các loại phân chậm tan là phân bón đƣợc cung cấp từ từ, cây lúc nào cũng có đủ dinh dƣỡng, giảm chi phí lao động cho việc bón phân, phun thuốc, hạn chế độc hại cho môi trƣờng. Tiềm năng sử dụng phân chậm tan sẽ là rất lớn, đặc biệt là ở những nơi có nguy cơ bị mất đạm lớn và đối với những cây trồng có bộ rễ ăn nơng (Balkcom et al, 2003), các thí nghiệm áp dụng các loại phân này
cho thấy khi bón cho bơng làm giảm đƣợc 40% lƣợng đạm bón, làm tăng năng suất lúa mì 20% (Hutchinson và Howard, 1997).
1.5.3.2 Đạm hạt vàng chậm tan 46A+
.
Theo Viện nghiên cứu lúa quốc tế IRRI, cây trồng chỉ sử dụng đƣợc 40 - 45% lƣợng phân đạm chúng ta bón vào, phần 55 - 60% cịn lại bị thất thoát đi do bị bay hơi, phản nitrat hóa, rữa trơi và thấm sâu. Các nhà khoa học đã bỏ nhiều thời gian và công sức để nghiên cứu nhằm giảm bớt thất thốt đạm, giảm chi phí cho nơng dân. Các biện pháp sản xuất đạm dạng viên lớn (cỡ viên bi), bọc áo urea bằng lƣu huỳnh hay các loại hóa chất giúp urea chậm tan hoặc chậm phân hủy khác cũng nhƣ áp dụng kỹ thuật dúi phân đạm sâu xuống đất...
Năm 1997, các nhà khoa học đã tiến thêm một bƣớc bằng việc sử dụng hoạt chất N (n-Butyl) Thiophosphoric Triamide đƣa vào phân đạm để ức chế men urease, hạn chế q trình chuyển hóa urê thành amoniac sau khi bón, giảm thất thốt đạm. Cơng nghệ này đã hạn chế tối đa việc thất thoát đạm, giúp tăng hiệu suất sử dụng phân đạm lên 75 - 80% và tiết kiệm 20 - 25% lƣợng đạm cần bón. Các loại phân đạm “Tiết kiệm” này đã đƣợc các nƣớc tiên tiến nhƣ Mỹ, Canada, Úc, Newzealand sử dụng rộng rãi và đã mang lại hiệu quả cao cho ngƣời nông dân.
Tại Việt Nam, phân đạm có thành phần N (n-Butyl) Thiophosphoric Triamide đã đƣợc khảo nghiệm tại nhiều cơ quan nghiên cứu nông nghiệp nhƣ Viện Lúa đồng bằng sông Cửu Long, viện Khoa học nông nghiệp miền Nam... Kết quả các khảo nghiệm tiến hành trong 2 năm 2006 - 2007 tại tỉnh Cần Thơ, Sóc Trăng,
Tiền Gang v.v... trên các chân đất phù sa ngọt, nhiễm phèn mặn trên cả 2 vụ ĐX và HT đều đạt kết quả tốt. Các kết quả nghiên cứu cho thấy, phân đạm có hoạt chất N (n-Butyl) Thiophosphoric Triamide sẽ tiết kiệm đƣợc 20kg N/ha (43kg urê), có nghĩa là tiết kiệm đƣợc hơn 25% lƣợng urê (cứ 1 tấn urê tiết giảm đƣợc 250kg).
Phân đạm hạt vàng chậm tan 46A +
là loại phân đạm tiên tiến nhất, áp dụng công nghệ hàng đầu của Mỹ. Phân đạm hạt vàng chậm tan 46A +
phù hợp với tất cả các loại đất và cây trồng ở Việt Nam. Sử dụng phân đạm hạt vàng chậm tan 46A + sẽ giúp nơng dân tiết kiệm chi phí phân bón, tăng hiệu quả sử dụng, tăng năng suất cây trồng, giảm giá thành sản xuất và tăng lợi nhuận cho nông dân và giảm ô nhiễm môi trƣờng. Phân đạm hạt vàng chậm tan 46A +
là phân đạm duy nhất có hoạt chất N (n-Butyl) Thiophosphoric Triamide ở Việt Nam.
1.6 SỰ CỐ ĐỊNH ĐẠM CỦA VI SINH VẬT
1.6.1 Các thí nghiệm về sự cố định đạm sinh học của Azospirillum
Về dòng Azospirillum đã đƣợc phát hiện rất sớm và đƣợc thí nghiệm trên nhiều giống cây trên thế giới: trên lúa mì đã làm tăng từ 3-55% thí nghiệm đƣợc thực hiện ngoài đồng tại ý (Faillivi, 1987) và 1 số nơi khác trên thế giới ngồi ra cịn có trên lúa miến làm tăng từ 13-30% (Okon et al. 1994) Theo dƣ liệu cửa thế giới ở thập kỉ qua,khi ủ thử nghiệm hạt giống với Azospirillum hoặc kết hợp với vi cố định khuẩn đạm dẫn đến kết quả là vi khuẩn có khả năng tăng sản lƣợng nông nghiệp trên những loại đất và khu vực khác nhau(sumner set et al. 1990) điều này đƣợc giải thích nhƣ sau: khi ủ hạt giống với vi khn A khơng chỉ giúp có định đạm trong vùng rễ mà còn làm cho hệ thống rễ phát triễn nhiều hơn.
1.6.2 Một số nghiên cứu về Azospirillum tại Việt Nam
Theo nghiên cứu của Nguyễn Thái Huy (1999), ông sử dụng nhóm phân đạm(Azospirillum lồi Pseudomonas, Enterobacter), cho thấy lúa có tăng năng suất từ 10-15%, tiết kiện đƣợc 30-40 kg đạm/ha tại viện khoa học kỷ thuật việt Nam, ở bộ mơn vi sinh vật, thí nghiệm về sử lý mầm mạ với chế phẩm phun Azospirillum
cho thấy mạ cứng chắt và lớn hơn chống chịu rét tốt hơn nếu mạ gặp rết đặm kéo dài (100C). Lúa chín sớm từ đến năn ngày so với cây lúa không sữ lý chế phẩm Azospirillum (Nguyễn Bảo Vệ 2004)
Theo Phạm Thị Ngọc Lan và Lý Kim Bảng (2004), số lƣợng vi khuẩn cố định trong mẫu đất phân lập( trong đó có Azospirillum) đạt từ 414,0-428,3 CF/g đất khô tuyết đối và khi sử lý hạt giống lúa Khang Dân với nồng độ vi khuẩn 105
, 106, 107 tế bào\ml, các chỉ tiêu nảy mầm,chiều dài rể và thân mầm đều tăng so với đối chứng, ngoại trừ chỉ tiêu của rể mầm ở nồng độ107
tế bào/ml
Nguyễn Khắt Loan Và Đào Thanh Hoàng (2005) đã phân lập đƣợc một số dòng vi khuẩn Azospirillum Lipoferum trên cây lúa. Riêng Đào Thanh Hoàng (2005) đã phân lâp đƣợc phân lập đƣợc 28 dòng vi khuẩn cố định đạm từ lúa trồng, láu hoang hay cỏ dại và đã xác định đƣợc ba dòng A16, A28 và A31 là Azospirillum lipoferum có nguồn gốc từ thân rễ lúa trồng(lúa cao sản) và lúa hoang. Tác giả cho rằng nồng độ acid malic, nguồn cacbon chín cho Azospirillum trong mơi trƣờng NFb, thích hợp nhất là 4g/l
Kết quả thí nghiệm cho thấy loài Azospirillum Lipoferum phân bố rộng và chúng có những đống góp lớn trong việc tăng năng suất cây trồng, thay thế phần nào lƣợng phân hoá học bón cho cây, cải tạo đất đai và giảm thiểu ô nhiễm môi trƣờng.
1.6.3 Phân vi sinh Dasvila
Cơng trình nghiên cứu các dòng vi khuẩn cố định đạm Azospirillum lipoferum (nguồn gốc từ cây lúa) và vi khuẩn phân giải lân Pseudomonas stutzeri
(nguồn gốc từ đất vùng rễ) do các nhà khoa học của Viện nghiên cứu & Phát triển Công nghệ Sinh học phân lập và nhận diện để ứng dụng trong lĩnh vực sản xuất nơng nghiệp. Cơng trình nghiên cứu trên đã đƣợc Cơng ty trách nhiệm hữu hạn một thành viên Dịch vụ phát triển nông nghiệp Đồng Tháp (gọi tắt là DASCO) thƣơng mại hóa thành sản phẩm Dasvila bán ra thị trƣờng. Phân vi sinh Dasvila là sản phẩm chuyên dùng cho cây lúa, giúp nhà nơng giảm hơn 50% chi phí bón phân, từ đó tiết kiệm đƣợc chi phí sản xuất.
Phân vi sinh Dasvila chứa 2 chủng vi khuẩn Azospirillum lipoferum và Pseudomonas stutzeri có khả năng cố định đạm trong khơng khí thành đạm hữu
dụng và Dasvila nhờ chứa vi khuẩn cộng sinh hoạt động trong cây lúa, sẽ phân giải lân khó tan (CaHPO3, Ca3PO4, Ca5OHPO4, AlPO4, FePO4) trong đất thành dạng dễ hấp thu (H3PO4) cung cấp 100% lƣợng lân giúp cây lúa hấp thụ tốt trong suốt quá trình sinh trƣởng và phát triển, khơng cần phải bón thêm lân. Vi khuẩn cộng sinh với cây lúa tạo ra kích thích tố tăng trƣởng IAA (Indole-3-acetic acid), Cytokinins, Auxin, Gibberelin giúp cho bộ rễ lúa phát triển dài và nhiều, cây lúa có thể hấp thu đƣợc nhiều chất dinh dƣỡng hơn. Bên cạnh đó sử dụng phân vi sinh Dasvila thời gian dài có tác dụng cải tạo đất, tăng độ phì cho đất, khơng ảnh hƣởng đến sức khỏe con ngƣời và môi trƣờng sống.
Từ khi có mặt trên thị trƣờng đến nay, sản phẩm phân vi sinh Dasvila đã đƣợc ứng dụng trên 150.000 ha đất sản xuất lúa khác nhau từ vùng đất phù sa màu mỡ đến vùng đất nhiễm phèn mặn. Với cách sử dụng đơn giản chỉ cần trộn 1 lít Dasvila cho 12 - 15 kg hạt giống đã nẩy mầm (ra càng) từ 1 - 3 mm và ủ lại thêm 3 giờ nữa rồi mang ra sạ. Về chi phí bón phân sẽ giúp bà con nơng dân tiết kiệm từ 2 - 2,5 triệu đồng/ha/vụ từ việc giảm phân bón và tăng năng suất. Bên cạnh tiết kiệm 50% lƣợng phân đạm và 100% lƣợng phân lân, nơng dân cịn giảm đƣợc 1 - 2 lần phun thuốc BVTV, ruộng ít sâu bệnh lại cho năng suất cao, mang lại niềm tin và cơ hội làm giàu cho ngƣời nông dân (Website công ty TNHH MTV Dịch vụ phát triển Nông nghiệp Đồng Tháp: http://www.dasco.vn).
CHƢƠNG 2
PHƢƠNG TIỆN VÀ PHƢƠNG PHÁP 2.1 Phƣơng tiện
2.1.1 Thời gian và địa điểm thí nghiệm
Thí nghiệm đƣợc thực hiện trong vụ Hè Thu từ tháng 3 đến tháng 7 năm 2012, tại nhà lƣới thuộc Bộ môn Khoa học Cây trồng, Khoa Nông nghiệp và Sinh học Ứng dụng, Trƣờng Đại học Cần Thơ.
2.1.2 Tình hình thời tiết
Nhìn chung nhiệt độ trung bình từ tháng 3 đến tháng 7 là 28oC, ẩm độ trung bình là 82,5%. Với nhiệt độ và ẩm độ này thích hợp cho sự sinh trƣởng và phát triển của cây lúa. Tuy nhiên, nó cũng là điều kiện thuận lợi cho sâu bệnh bộc phát. Qua Bảng 2.1 cho thấy nhiệt độ và ẩm độ khơng khí trong thời gian thí nghiệm giữa các tháng chênh lệch khơng cao, lƣợng mƣa trung bình từ tháng 3-7 là khá cao (140,2 mm), số giờ nắng trung bình của tháng cao và giảm dần qua các tháng. Với những đặc điểm khí hậu nhƣ vậy là những điều kiện thích hợp để cây lúa phát triển, tuy nhiên trong điều kiện mƣa nhiều nhƣ thế cũng là điều kiện thuận lợi cho sâu bệnh hại cây trồng phát triển.
Bảng 2.1 Tình hình thời tiết khí hậu trong thời gian làm thí nghiệm tại Cần Thơ từ tháng 3 đến tháng 7 năm 2012 Thời gian Nhiệt độ trung bình (oC) Thời gian nắng/tháng (giờ) Lƣợng mƣa (mm) Đợ ẩm (%) Tháng 3 28,1 262,5 141,6 77
Tháng 4 28,6 253,4 111,5 79
Tháng 5 28,0 224,6 71,6 84
Tháng 6 27,9 221,3 136,5 83
Tháng 7 27,6 217,5 133,1 84
Trung bình
Nguồn: Trung tâm dự báo khí tượng thủy văn thành phố Cần Thơ 2012.
2.1.3 Giống lúa
Theo Viện Nghiên Cứu Phát Triển ĐBSCL (tháng 4/2009) giống lúa MTL560 có thời gian sinh trƣởng từ 85-88 ngày, mềm cơm, gạo trong, chiều cao trung bình đạt 90-95 cm, nhiễm rầy nâu, cháy lá và vàng lùn, trọng lƣợng 1000 hạt là 26-27g, dài hạt là 6,8 mm, thích hợp cho vùng đất phù sa và đất phèn.
2.1.4 Chậu thí nghiệm
Lúa đƣợc trồng trong chậu đất nung, lƣợng đất cho từng chậu là 5 kg đất khô tự nhiên (cột đất cao 20 cm), chậu có đƣờng kính miệng 30 cm và chiều cao 35 cm (Hình 2.1).
30 cm
15 cm 35 cm
2.1.5 Phân bón và thuốc bảo vệ thực vật