Khi cây mía là một trong những cây trồng tiêu thụ phân bón lớn nhất và đáp ứng rất tốt với phân bón, nghiên cứu về nhu cầu dinh dư ng của mía và nâng cao hiệu quả sử dụng phân bón đã nhận được nhiều sự chú . Phân bón là thành phần quan tr ng nhất của hệ thống cung cấp chất dinh dư ng tổng hợp cho sản xuất mía đường khi nó chiếm gần 50% gia tăng năng suất. Các khuyến cáo phân bón cho cây mía ở các vùng trồng mía lớn của Ấn Độ khác nhau từ khu vực này đến khu vực khác tùy thuộc vào loại đất, vụ trồng, mức năng suất và điều kiện tưới tiêu/lượng mưa. Liều lượng khuyến cáo khoảng từ 70-400 kgN, 0-80 kgP2O5 và 0-141 kgK2O ha-1 (Singh and Yadav, 1996). Lượng phân khuyến cáo thường cao hơn ở các vùng nhiệt đới so với các vùng cận nhiệt đới. Saini et al. (2006) c ng báo cáo rằng cung cấp chất dinh dư ng lên đến 400 kgN, 170 kgP và 180-190 kgK ha-1 đã được khuyến cáo cho mía tùy thuộc vào thời điểm và tình trạng phì nhiêu đất.
2.4.2 Vai trò của N, P và K đối với cây mía 2.4.2.1 Đạm (N)
Đạm là chất dinh dư ng chính ảnh hưởng đến năng suất và chất lượng mía. Cây mía đáp ứng với bón đạm là phổ biến. Đạm làm tăng sức chứa nguồn, cụ thể là chỉ số diện tích lá, duy trì diện tích lá, đóng tán lá và tốc độ quang hợp sớm (Hunsigi, 1993). Năng suất mía tăng theo bổ sung thêm đạm là do tăng số chồi và thành phần năng suất như là chiều cao thân, đường kính lóng và số thân mía p (Abayomi, 1987). Gascho et al. (1986) đã quan sát thấy rằng hàm lượng đạm trong lá mía có thể được duy trì trên 15 g kg-1 trong suốt giai đoạn vươn lóng cho năng suất mía tối ưu. Mỗi kg đất được bón đạm đã cho một đáp ứng năng suất 0,07-0,35 tấn mía (Yadav and Singh, 1995). Hiệu quả sử dụng đạm theo mùa được ước tính khoảng 0,841 tấn mía kg-1
bón đạm ở các quốc gia trồng mía trên thế giới thay đổi khoảng từ 50 đến 300 kgN ha-1 và 1 kg đạm cho một đáp ứng 0,5-1,2 t ha-1 (Hunsigi, 1993).
Verma (2004) đã tổng kết đáp ứng với bón đạm được quan sát trong các thí nghiệm được tiến hành ở Ấn Độ. Nhu cầu đạm của mía thay đổi từ 67,5 đến 450 kg ha-1 do sự khác biệt trong các loại đất, thời vụ trồng và nước hữu dụng. Nói chung nhu cầu đạm thấp hơn (100-225 kgN ha-1) cho vùng cận nhiệt đới ở Ấn Độ so với các vùng nhiệt đới (100-450 kgN ha-1). Jadhav et al. (1997) báo cáo đáp ứng lên đến 400 kgN ha-1 trong vụ mía đầu trong khi cho vụ mía suru là 304 kg ha-1 đã được tìm thấy tối ưu (Sondge et al., 1992).
Mía thiếu hụt đạm biểu thị lá vàng toàn bộ, chậm tăng trưởng, đường kính thân nh , khô và lão hóa những lá già trước khi trưởng thành (Humbert and Martin, 1955). Bón dư thừa đạm không những dẫn đến năng suất thấp mà còn ảnh hưởng xấu đến chất lượng nước mía (Singh and Yadav, 1996). Sản lượng nước ở thân mía ép với hàm lượng đường giảm cao hơn khi bón đạm cao và bón muộn c ng làm giảm chất lượng nước p.
Ảnh hưởng bất lợi của liều lượng N cao hơn trong nước p c ng do sự tích l y của các chất chứa nitơ và giảm hàm lượng P2O5 (Srinivasan, 1995). Chiranjivi Rao et al. (1974) đã báo cáo sụt giảm năng suất mía và hàm lượng đường ở mức bón N cao đối với giống Co 6304. Bón dư thừa đạm làm cho cây chứa nhiều nước và mềm, trở nên nhạy cảm với sâu bệnh. Cây trồng c ng có xu hướng lốp đổ bởi vì ng n mía nặng (Verma, 2004).
2.4.2.2 Lân (P)
Lân là yếu tố cần thiết để thúc đẩy sự hình thành của r chồi và tăng đẻ nhánh nhưng độ hữu dụng của nó tùy thuộc vào sự cố định của đất địa phương và bổ sung P. Cải thiện năng suất sau khi bón P là do sự gia tăng trong sản sinh chồi, tr ng lượng mía và mật độ cây sau cùng. mức bón P tối ưu, hàm lượng đường và độ tinh khiết nước p c ng được nâng cao (Elamin et al., 2007).
Một số nghiên cứu trước đây chỉ ra rằng cây mía đáp ứng không đáng kể với bón lân (Singh and Yadav, 1996) hoặc đáp ứng rất hay thay đổi (Verma, 2004). Tuy nhiên, trong một thí nghiệm đã được tiến hành tại Viện nghiên cứu mía đường Ấn Độ, Lucknow thì đáp ứng đáng kể về cải tiện năng suất mía do đất c ng như bón lân trên lá mía tơ c ng như lưu gốc đã được báo cáo. Trong một số thí nghiệm, bón lân không ảnh hưởng năng suất và chất lượng mía lưu gốc đến một mức độ đáng kể do thực tế là trong hầu hết các trường hợp, đất có tình trạng lân hữu dụng cao. Tuy nhiên, nhu cầu bón lân khoảng từ 30 đến 100 kgP2O5 ha-1 đã được báo cáo. Andreis and McCray (1998) đã báo cáo sản lượng đường đáp
ứng tích cực đáng kể với bón P ở vụ lưu gốc, thể hiện tầm quan tr ng của việc duy trì cân bằng mức P trong đất. Bihar (Pusa) bón 35 kgP ha-1
cho mía được báo cáo trung bình tăng trưởng (đẻ nhánh, chiều dài cây, và chỉ số diện tích lá) cao hơn đáng kể, thành phần năng suất (mía p, tr ng lượng một cây và đường kính cây mía) và năng suất mía (Kumar Navnit and Sinha, 2008).
Thí nghiệm được tiến hành tại Florida Histosols cho thấy có sự đáp ứng tích cực cả năng suất mía và sản lượng đường (McCray et al., 2010), nhưng kết quả c ng chỉ ra sự cần thiết cho cập nhật hiệu chỉnh kiểm tra đất nên được áp dụng trên một khoảng pH rộng. Năng suất mía lưu gốc đáp ứng trên kg P2O5 dao động từ 75 tại Mandya đến 263 kg tại Jalandhar (Verma, 2002). Thiếu hụt P dẫn đến thân cây còi c c, giảm đẻ nhánh, lá hẹp, r phát triển hạn chế và tăng trưởng chậm. Theo Hunsigi (1993), thiếu hụt P được thể hiện bởi đẻ nhánh và r k m và lóng ngắn hơn trở nên nh dần ở đỉnh sinh trưởng.
2.4.2.3 Kali (K)
Kali đáp ứng một số vai trò quan tr ng trong sinh trưởng cây trồng và sự trao đổi chất. Vai trò của nó trong việc điều hòa sự hút thu nước và mở khí khẩu lá, duy trì tế bào trương lên và sự hình thành proline trong thời gian stress ẩm độ được quan tâm đặc biệt trong điều kiện thời tiết khô hạn định k ảnh hưởng lên ngành công nghiệp đường. Kali c ng cần thiết cho sự tổng hợp và vận chuyển protein và carbohydrate và cho tích l y sucrose. Giá trị nông h c của kali về tăng khối lượng mía, chu vi và tr ng lượng mỗi cây, kháng khô hạn và bệnh và giảm lốp đổ. Bón K thường làm tăng tỷ lệ đường trong cây mía và thu hồi nước p, đặc biệt là khi thu hoạch muộn (Hunsigi, 2011).
Đáp ứng với bón K về gia tăng năng suất hoặc chất lượng nước p tốt hơn nhìn chung là không phổ biến. Dựa trên sự quan sát ngư ng tới hạn về đáp ứng của cây mía với phân K, Verma (2004) đã khuyến cáo bón 50-200 kgK2O ha-1 ở vùng nhiệt đới cho thấy đáp ứng đáng kể. Nhưng đáp ứng rất hạn chế ở các quốc gia cận nhiệt đới. Tuy nhiên, bón 66 kgK2O ha-1 với tưới nước ở mía tơ trước khi thu hoạch cải thiện sự m c chồi, tích l y chất khô và hút thu chất dinh dư ng ở mía lưu gốc tại vùng cận nhiệt đới Ấn Độ (Shukla et al., 2009).
Trong một số thí nghiệm được tiến hành trên rộng khắp Ấn Độ đã báo cáo rằng mía lưu gốc hiếm khi đáp ứng với bón kali ngoại trừ một số khu vực địa phương của Karnataka, Tamil Nadu và Andhra Pradesh. Thiếu đáp ứng này được báo cáo là do K dự trữ trong đất thiếu hụt và các phản ứng trao đổi giữa các dạng khác nhau của kali trong đất (Verma, 2002). Ng Kee and Deville (1989) đã phát biểu rằng trong các khu vực có lượng mưa ít hơn 2000 mm/năm, phân K được rãi
theo hàng lúc trồng có thể đáp ứng nhu cầu của 6 vụ trồng mía. Brazil, đáp ứng đáng kể với bón K về sự tăng trưởng cây mía, số chồi, năng suất mía và sản lượng đường đã được báo cáo bởi Otto et al. (2010).
Thiết hụt K biểu thị đầu tiên trên lá già và rìa lá, và chót là trở nên nâu với những đốm hoại tử, được kết hợp lại và biểu thị cháy rìa lá điển hình (Hunsigi, 1993). Dư thừa kali trong mô cây có thể ảnh hưởng vào quá trình chế biến đường do sự hình thành cặn (Hunsigi, 2011). Meyer and Wood (2001) c ng cho thấy rằng hút thu kali dư thừa và mức K cao trong nước p có thể ảnh hưởng đến tính làm cạn gỉ mật sau cùng và màu sắc và hàm lượng tro của đường thô.
2.5 PHƢƠNG PHÁP QUẢN LÝ DINH DƢỠNG THEO VÙNG ĐẶC THÙ (Site-specific Nutrient Management = SSNM)
2.5.1 Khái niệm Quản lý dinh dƣỡng theo vùng đặc thù (SSNM)
Năng suất của các lô bón phân được tạo thành từ hai phần, một là năng suất từ cung cấp chất dinh dư ng từ đất địa phương, và còn lại là từ phân bón. Khuyến cáo phân bón dựa trên cung cấp chất dinh dư ng từ đất địa phương có khả năng giúp giảm tỷ lệ bón và mất mát phân bón, và cải thiện hiệu quả sử dụng phân bón.
Quản l dinh dư ng theo vùng đặc thù (SSNM), bao gồm việc sử dụng mô hình Đánh giá định lượng độ phì đất nhiệt đới (QUEFTS = Quantitative Evaluation of the Fertility of Tropical Soils) để xác định nhu cầu hút thu chất dinh dư ng cây trồng. SSNM được sử dụng đầu tiên cho lúa gạo vào giữa thập niên 1990 như một phương pháp để quản l động thái dinh dư ng, và để tối ưu hóa cung và cầu của một chất dinh dư ng theo vùng đặc thù ở một vụ trồng cụ thể (Dobermann et al., 2002). Mô hình QUEFTS được phát triển bởi Janssen et al. (1990) và được sửa đổi và hợp thức hóa để ước tính nhu cầu chất dinh dư ng tối ưu ở một năng suất mục tiêu (Smaling and Janssen, 1993; Witt et al., 1999, 2008; Pathak et al., 2003; Liu et al., 2006a; Buresh et al., 2010; Setiyono et al., 2010; Chuan et al., 2012). Những nỗ lực nghiên cứu về nhu cầu phân bón cho cây mía đường cho các năng suất mục tiêu khác nhau c ng được thực hiện. Những nghiên cứu về đáp ứng của cây trồng với phân tích đất được thực hiện để nghiên cứu hiệu quả của đất và các chất dinh dư ng phân bón và đưa ra khuyến cáo dựa vào năng suất mục tiêu (Prasad et al., 1984; Murugappan et al., 1988). Các phương trình về hiệu quả của đất, hiệu quả phân bón và năng suất mục tiêu được thực hiện đối với các giống mía khác nhau. Bón phân theo vùng đặc thù dựa trên phân tích đất và nhu cầu dinh dư ng cây trồng cho năng suất mía cao hơn và cải thiện đường thu hồi và lợi nhuận kinh tế tương đối hơn khuyến cáo trên diện rộng và kỹ thuật của nông dân (Phonde et al., 2005).
Quản l dinh dư ng theo vùng đặc thù (SSNM) là phương pháp tiếp cận để cung cấp chất dinh dư ng cho cây trồng khi cần. Cung cấp và quản l các chất dinh dư ng được tự động điều chỉnh theo nhu cầu cây trồng theo vùng hoặc mùa vụ.
Phương pháp SSNM nhấn mạnh đến việc cung cấp chất dinh dư ng theo nhu cầu của cây trồng. Phương pháp này giúp nông dân điều chỉnh phân bón để bù đắp sự thiếu hụt chất dinh dư ng giữa nhu cầu chất dinh dư ng cần để đạt năng suất cao và chất dinh dư ng cung cấp từ đất, lượng hữu cơ bón bổ sung, từ xác thực vật, nước tưới. Phương pháp tiếp cận này nhằm mục đích tăng lợi nhuận của nông dân thông qua tăng năng suất cây trồng, bổ sung các chất dinh dư ng (chủ yếu là N, P và K) theo địa điểm và mùa chuyên biệt và sử dụng tối ưu nguồn dinh dư ng bản địa như xác bã thực vật và phân hữu cơ.
2.5.2 Phƣơng pháp luận về “Quản lý dinh dƣỡng theo vùng đặc thù” (SSNM)
2.5.2.1 C s u ề “Qu ý d d ỡ eo ù ặc
ù” (SSNM)
Theo Witt et al. (2006) quản l dinh dư ng theo vùng đặc thù (SSNM) (Site- Specific Nutrient Management) với mục đích cung cấp cho những người trồng ngô những kiến thức để h sử dụng phân bón hiệu quả nhất và đạt được lợi nhuận tối ưu giữa dinh dư ng cần cho mùa vụ năng suất cao và nguồn dinh dư ng bản địa được cung cấp từ tự nhiên như đất, vật chất hữu cơ, thải thực vật vụ trước, phân bón và nước tưới. Phương pháp mới để khuyến cáo phân bón này được thực hiện dựa vào mô hình QUEFTS (Quantitative Evaluation of the Fertility of Tropical Soils) được phát triển cho ngô ở Châu Phi (Janssen et al., 1990; Smaling và Janssen, 1993) và sau đó được xây dựng cho việc phát triển phương pháp bón phân chuyên vùng cho lúa (Witt et al., 1999; Wang et al., 2001; Dobermann et al., 2002).
2.5 2 2 C c b ớc c b ề “Qu ý d d ỡ eo ù ặc ù” (SSNM)
Mục tiêu của phương pháp 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:
Bước 1: Thiết lập năng suất mục tiêu
Năng suất cây trồng khác biệt tu theo địa điểm và mùa vụ, tu theo khí hậu, giống và kỹ thuật canh tác. Năng suất mục tiêu cho từng địa điểm và mùa vụ là năng suất đạt được tối đa trong điều kiện canh tác tối ưu của nông dân khi N, P, K được cung cấp đầy đủ. Lượng chất dinh dư ng được thu hút bởi cây trồng tu
thuộc vào năng suất, có được năng suất mục tiêu sẽ xác định được lượng chất dinh dư ng cần cung cấp cho cây trồng để đạt năng suất mong muốn (Hình 2.4).
Hình 2.4: Xác định lượng dư ng chất bổ sung cho cây trồng sau khi xác định dư ng chất bản địa để đạt năng suất mong muốn.
Năng suất mục tiêu được sử dụng trực tiếp để tính toán lượng phân bón cần thiết. Năng suất này nông dân phải đạt được trong điều kiện canh tác cụ thể của h , không phải năng suất đạt được trong điều kiện thí nghiệm. Năng suất mục tiêu nếu ước lượng cao hơn năng suất nông dân có thể đạt sẽ dẫn đến lượng phân khuyến cáo sẽ cao hơn thực tế, không đạt được hiệu quả sử dụng phân bón cao và hiệu quả kinh tế cao.
Nếu năng suất thấp hơn năng suất mà người dân có thể đạt được sẽ dẫn đến năng suất thấp và lợi nhuận thấp. Năng suất mục tiêu có thể được định nghĩa là mức năng suất ở 80-90% năng suất tiềm năng và là năng suất trung bình cao nhất trong vòng 3-5 năm mà người nông dân có thể đạt được trong điều kiện canh tác tốt nhất. Năng suất ở lô có đầy đủ chất dinh dư ng và quản l tốt (thí dụ lô bón NPK hoặc lô bón đủ NPK+vi lượng) có thể dùng để ước lượng năng suất mục tiêu.
Nghiên cứu của Dobermann and Witt (2004) trên lúa gạo đã báo cáo rằng năng suất tiềm năng (Ymax) có thể được định nghĩa là năng suất hạt chỉ bị giới hạn bởi khí hậu và kiểu gen, với tất cả các yếu tố khác không giới hạn sinh trưởng cây trồng. Ymax biến động theo vùng, nông trại và năm (thường là ±10%) do sự biến đổi khí hậu, sự khác biệt về kiểu gen, và sự thay đổi ngày trồng. Để xác định tỷ lệ phân bón theo cánh đồng đặc thù bằng sử dụng QUEFTS, năng suất mục tiêu theo mùa vụ đặc thù đã được thiết lập trong khoảng 70% đến 80% Ymax. Lý do cho
điều này là vượt quá thì mức độ hiệu quả các chất dinh dư ng trong cây trồng sụt giảm (Witt et al., 1999), khó đạt đến hiệu quả tối ưu của N, P và K. Hơn nữa, kinh nghiệm thực tế cho thấy rằng năng suất khoảng 80% Ymax dường như đại diện cho mức trần mà có thể đạt được bởi nông dân tiên tiến trong điều kiện ngoài đồng (Cassman and Harwood, 1995).
Bước 2: Ước lượng khả năng cung cấp dinh dưỡng từ đất
Phương pháp SSNM sử dụng tối đa chất dinh dư ng có sẵn trong đất, trong phân hữu cơ, xác bã thực vật, nước tưới. Lượng chất dinh dư ng cung cấp từ đất