I. Sự di chuyển của ion từ đất đến rễ
3. Khuếch tán
3.1 Định nghĩa.
Sự di chuyển của ion từ nơi cĩ nồng độ cao đến nơi cĩ nồng độ thấp.
Khi rễ hấp thu dinh dưỡng từ dung dịch đất, nồng độ dinh dưỡng tại bề mặt rễ sẽ giảm so với nồng độ chất dinh dưỡng tại các điểm xa bề mặt rễ trong đất. Khi đĩ, các ion sẽ khuếch tán theo biên độ nồng độ đến bề mặt rễ (nơi cĩ nồng độ thấp).
Các chất dinh dưỡng di chuyển theo cơ chế khuếch tán cĩ ý nghĩa rất quan trọng đối với các chất dinh dưỡng cĩ phản ứng hấp phụ, kết tủa mạnh với đất. Đây là cơ chế
đầu rễ
NO3- Ca2+ Ca2+ NO3-
chính cung cấp P và K trong đất và cũng quan trọng đối với các nguyên tố vi lượng, nhất lá Fe và Zn.
Hình 3.2.3. Các chất dinh dưỡng di chuyển đến rễ theo cơ chế khuếch tán. 3.2. Các yếu tốảnh hưởng đến khuếch tán.
Tốc độ khuếch tán của ion được xác định dựa vào định luật Fick, dC/dt = De * A * dC/dX, trong đĩ:
dC/dt = tốc độ khuếch tán (thay đổi nồng độ theo thời gian) De = hệ số khuếch tán hữu hiệu
A = phạm vi khuếch tán
dC/dX = biên độ nồng độ (thay đổi nồng độ theo khoảng cách)
Như vậy, tốc độ khuếch tán tỉ lệ thuận với biên độ nồng độ, hệ số khuếch tán, và phạm vi khuếch tán.
- Hệ số khuếch tán hữu hiệu, De = Dw * q * (1/T) * (1/b), với Dw = hệ số khuếch tán trong nước
q = ẩm độ thể tích T = yếu tố khúc khủy b = khả năng đệm của đất
- Hệ số khuếch tán trong nước (Dw), phụ thuộc vào yếu tố nhiệt độ, càng lạnh tốc độ khuếch tán càng chậm; ẩm độđất thấp khuếch tán càng chậm, do ẩm độ thấp nên phạm vi khuếch tán nhỏ.
- Độ khúc khủy, đường di chuyển của nước ngoằn ngịeo, ion chỉ di chuyển xung quanh hạt đất, thơng qua các màng mỏng hấp phụ trên bề mặt hạt đất, nên chịu ảnh
đầu rễ NO3- NO3- NO3- NO3- NO3-
hưởng bởi sa cấu và ẩm độ đất. Đất nhiều sét, đường đi càng dài, màng nước càng mỏng đường càng dài
- Khả năng đệm của đất. Các chất dinh dưỡng cĩ thể được giữ lại do hấp phụ khi di chuyển trong đất, làm giảm tốc độ khuếch tán.
3.3. Khả năng khuếch tán:
Các chất dinh dưỡng trong thời gian cây trồng sinh trưởng. Các chất dinh dưỡng thường khuếch tán trong 1 khoảng cách rất ngắn. Ví dụ khoảng cách khuếch tán của K: 0.2 cm, P: 0.02 cm. Vì vậy kích thước và mật độ rễ là yếu tố rất quan trọng trong việc hấp thu dinh dưỡng bởi khuếch tán, và cĩ ý nghĩa lớn trong phương pháp bĩn phân
4. Sự di chuyển của các chất dinh dưỡng
Sự di chuyển của các chất dinh dưỡng cĩ ảnh hưởng đến việc khuyến cáo bĩn phân và quản lý mơi trường
Bảng 3.2.4. Tỉ lệ tương đối các ion di chuyển đến rễ theo các cơ chế khác nhau. Chất dinh
dưỡng
Nhu cầu dinh dưỡng cho 3 tấn bắp hạt (kg/ha) Cơ chế cung cấp (%) Tiếp xúc Dịng chảy Khuếch tán N 170 1 99 0 P 35 3 6 91 K 175 2 20 78 Ca 35 171 429 0 Mg 40 38 250 0 S 20 5 95 0 Cu 0,1 10 400 0 Zn 0,3 33 33 33 B 0,2 10 350 0 Fe 1,9 11 53 36 Mn 0,3 33 133 0 Mo 0,01 10 200 0
Sự di chuyển phụ thuộc vào lực tương tác giữa các chất dinh dưỡng trong đất.
Các chất dinh dưỡng được cung cấp chủ yếu do dịng chảy khối lượng là các chất dinh dưỡng di chuyển mạnh, như N, S, Cl, B. Sự sinh trưởng của cây khơng phụ thuộc vào nồng độ chất dinh dưỡng tại bề mặt rễ.
Đối với các chất dinh dưỡng được cung cấp do khuếch tán là các chất dinh dưỡng rất ít di chuyển trong đất, như P, K. Sự sinh trưởng của cây trồng thường tỉ lệ thuận với nồng độ các chất dinh dưỡng gần bề mặt rễ.
Khi nồng độ các chất dinh dưỡng đủ thường cho năng suất cây trồng cao. Khơng thay đổi giữa các điều kiện sinh trưởng
Trong những điều kiện sinh trưởng thích hợp, rễ sinh trưởng càng mạnh, lượng chất dinh dưỡng được hấp thu càng tăng.
Năng suất tỉ lệ thuận với tổng lượng chất dinh dưỡng hiện diện trong vùng rễ
Mức độ dinh dưỡng đủ phụ thuộc vào các điều kiện sinh trưởng và tiềm năng năng suất.
Mật độ rễ cĩ ảnh hưởng giới hạn đối với hấp thu dinh dưỡng
Phân tích đất cần phải chẩn đốn tình trạng dinh dưỡng trong vùng rễ Khuyến cáo bĩn phân dựa vào tiềm năng năng suất
Tĩm lại, tùy tính chất của các chất dinh dưỡng trong đất, tỉ lệ các chất dinh dưỡng di chuyển đến rễ theo 3 cơ chế trên cĩ sự khác biệt đáng kể.
II.Sinh trưởng và hấp thu dinh dưỡng của rễ 1. Sinh trưởng của rễ.
Hệ thống rễ sinh trưởng mạnh, khỏe, phân bố rộng, sâu trong đất, các chất dinh dưỡng rễđược hấp thu từ một thể tích đất lớn, nên hấp thu dinh dưỡng nhiều hơn Các đặc điểm quan trọng của rễ là: chiều dài rễ, phát triển sâu và rộng, rễ con, lơng hút.
Diện tích bề mặt rễ là yếu tố chính trong hấp thu dinh dưỡng, chú ý diện tích bề mặt rễ cĩ khả năng hấp thu. Rễ nhỏ, mịn cĩ diện tích riêng bề mặt lớn hơn rễ cĩ kích thước to.
Ngồi ra, lơng hút, nấm vùng rễ (Mycorrhizae) gia tăng diện tích bề mặt rễ. -Lơng hút. Phát triển ngay sau chĩp rễ, cĩ thể tăng diện tích bề mặt rễ 2-10 lần
Chiều dài 0.1-1.5 mm, tùy thuộc vào giống và mơi trường. Trong đất cĩ P thấp, lơng hút thường dài, lơng hút tồn tại từ vài ngày đến vài tuần, nên sự phát triển liên tục của rễ mới là yếu tố rất quan trọng trong hấp thu dinh dưỡng.
-Mycorrhizae. Cĩ vai trị như là sự kéo dài thêm của hệ tho61g rễ
"rễ nấm". Myco = nấm, rhizae = rễ, cộng sinh giữa nấm trong đất và rễ cây trồng. Nấm nhận các sản phẩm quang hợp (thức ăn) từ cây trồng, và cây trồng nhận nước và dinh dưỡng từ nấm.
Nấm cĩ thể phát triển rộng 5-10cm từ bề mặt rễ, nên làm tăng diện tích bề mặt rễ lên 10 lần. Đặc biệt quan trọng trong hấp thu P, khi trong đất cĩ hàm lượng P thấp.
Cũng cĩ thể tăng hấp thu Zn và Cu.
Kỹ thuật làm đất sẽ phá hủy hệ rễ nấm, và khi hàm lượng chất dinh dưỡng trong đất cao cũng làm giảm sự phát triển của rễ nấm.
Các tính chất đất ảnh hưởng đến sinh trưởng của rễ: cấu trúc, độ nén chặt, cân bằng nước và khơng khí, độ thống, khả năng giữ nước, pH, sâu bệnh, tuyến trùng, nhiệt độ
2. Hấp thu ion của rễ cây trồng
Phần lớn các chất dinh dưỡng được hấp thu bởi rễ cây cĩ dạng vơ cơ. Sau khi di chuyển đến bề mặt rễ, các ion dinh dưỡng được vận chuyển đến lá cây theo các bước: rễ hấp thu thụđộng, rễ hấp thu chủđộng, và chuyển vị.
2.1 Cấu trúc của rễ.
Các ion phải di chuyển thơng qua một số tầng của mơ vỏ rễ - Biểu bì- tầng ngồi cùng
- Vỏ ngồi- là các tế bào cĩ hình dạng khơng cố định, kích thước lớn, nên tạo nhiều khoảng trống giữa chúng.
- Vỏ trong – tầng tế bào hĩa bần (suber), dãy Casparian, ngăn cản chất dinh dưỡng vào mạch mộc.
- Mạch mộc, vận chuyển nước và ion đến thân
2.2. Các bước hấp thu
2.2.1 Thụđộng. các ion di chuyển do khuếch tán và trao đổi ion từ biểu bì, thơng qua vỏ ngồi vào vỏ trong qua các khoảng trống giữa các tế bào vỏ, ngoại bào – bên trong và giữa vách tế bào. CEC của rễ nằm trên vách tế bào
2.2.2 Chủđộng. ion phải di chuyển qua màng tế bào vào dịch tế bào-
Nội bào – liên kết tế bào chất giữa các tế bào. Vận chuyển chủđộng xuyên qua màng tế bào.
2.3 Hấp thu ion dinh dưỡng chọn lọc.
Hay hấp thu ion chủđộng.
Yêu cầu năng lượng để di chuyển chất dinh dưỡng xuyên qua màng tế bào Nồng độ các chất dinh dưỡng bên trong tế bào cao hơn bên ngồi, cần năng lượng để vượt qua biên độ điện hĩa, năng lượng được cung cấp từ trao đồi chất trong tế bào thơng qua hình thành chất mang.
Chất mang ion. Ion vận chuyển xuyên qua màng tế bào nhờ các chất mang ion
Chất mang nằm bên trong màng tế bào.Liên kết với ion bên ngồi, mang qua màng tế bào, vào trong sẽ giải phĩng vào tế bào chất. Chất mang cĩ tính chọn lọc, hay cĩ tính chuyên biệt cao
2.4. Hấp thu trao đổi.
Rễ cây hấp thu dinh dưỡng chủđộng theo cơ chế trao đổi ion.
Để duy trì điện tích trong tế bào rễ, nên rễ phải giải phĩng H+ và OH- . Khi hấp thu cation: giải phĩng H+, khi hấp thu anion: giải phĩng OH-
Phần lớn cây trồng hấp thu cation nhiều hơn anion nên pH vùng rễ thường giảm
Rhizosphere (rhizo = rễ), vùng đất sát cạnh rễ cây trồng (~1-4 mm). Nơi chủ yếu xảy ra các hoạt động của vi sinh vật do rễ tiết các chất hữu cơ cung cấp cho vi sinh vật. Cả 2 yếu tố pH vùng rễ và hoạt động của vi sinh vật đều ảnh hưởng đến khả năng hữu dụng của các chất dinh dưỡng, ví dụ khả năng hịa tan vào hình thành chelate.
3. Vùng rễ và khả năng hữu dụng của các chất dinh dưỡng
pH thấp và acid hữu cơ cĩ thể làm tăng khả năng hịa tan các chất dinh dưỡng, rễ và vi sinh vật vùng rễ đều cĩ khả năng hình thành chelate. Rễ và hoạt động của vi sinh vật cũng cĩ thể làm tăng khả năng hịa tan dinh dưỡng do giảm điện thế oxi hĩa khử. Cả 2 pH vùng rễ và hoạt động của vi sinh vật đều làm tăng khả năng hịa tan các chất dinh dưỡng
4. Hấp thu chủ động và khả năng cây trồng tích lũy các chất dinh dưỡng tối cần thiết.
Cây trồng cĩ khả năng tích lũy các chất dinh dưỡng khác nhau trên đất cĩ nồng độ chất dinh dưỡng thấp, do khác nhau trong khả năng hấp thu, chuyển vị, sinh trưởng của rễ, trao đổi chất của rễ, mơi trường vùng rễ, và các yếu tố khác
Tĩm lại, rễ cây thường khơng nhìn thấy, khơng chú ý, trong đất và khĩ nghiên cứu, khơng đơn thuần hấp thu dinh dưỡng thụđộng. vận chuyển chủđộng và hấp thu chọn lọc. Cần cải thiện mơi trường đất xung quanh rễ để tăng khả năng hấp thu dinh dưỡng. Độ phì nhiêu của đất sẽ khơng phức tạp nếu khơng cĩ rễ hấp thu
Tĩm tắt.
1. Sự di chuyển của các ion dinh dưỡng đến bề mặt hấp thu của rễ theo 3 cơ chế chính: (a) trao đổi tiếp xúc, sự trao đổi này được tăng cường bởi sự phát triển của bộ rễ xuyên suốt phẩu diện đất và vai trị quan trọng của nấm rễ endomycorrhizae, (b) sự khuếch tán các ion trong dung dịch đất-các ion chỉ di chuyển từ nơi cĩ nồng độ cao đến nơi cĩ nồng độ thấp, và (c) dịng chảy khối lượng của nước từ đất vào cây, lên lá, thốt hơi nước là động lực chính tạo ra dịng chảy khối lượng của nước trong đất..
2. Dịng chảy khối lượng cung cấp 1lượng lớn Ca, Mg, 1 phần lớn N và S cho nhu cầu của cây trồng. Nhưng phần lớn P và K được cung cấp do cơ chế khuếch tán. Dịng chảy và khuếch tán chịu ảnh hưởng vởi các yếu tố: sa cấu, ẩm độ, nhiệt
độđất. Nồng độ các ion trong dung dịch đất cĩ ảnh hưởng quan trọng đến sự di chuyển các ion đến rễ.
3. Bĩn phân cĩ thể cải thiện được sự vận chuyển các ion bằng dịng chảy khối lượng và khuếch tán do nồng độ các ion trong dung dịch và chênh lệch nồng độ ion tăng.
4. Rễ cây hấp thu ion theo 2 bước: thụ động và chủ động. Hấp thu chủ động cĩ tính chọn lọc, thực hiện do chất mang mang các ion xuyên qua màng tế bào, là bước hấp thu tốn năng lượng (sản xuất chất mang). Hấp thu thụ động được kiểm sốt bởi hấp thu trao đổi và khuếch tán.
Chương 4 CẢI TẠO pH ĐẤT-NÂNG CAO
HIỆU QUẢ SỬ DỤNG PHÂN BĨN
Bài 1. CẢI TẠO ĐẤT CHUA
Mục tiêu
- Hiểu tầm quan trọng của độ chua, pH đất ảnh hưởng đến các tính chất khác của đất - Cĩ khả năng mơ tảđất là 1 hệ thống đệm pH dung dịch đất
- Hiểu các ảnh hưởng của độ chua đất đến sinh trưởng của cây trồng và khả năng hữu dụng các chất dinh dưỡng
- Hiểu các nguyên tắc và phương pháp quản lý độ chua đất.
I. Phản ứng (pH) của đất
1. Tầm quan trọng của pH đất.
Tại sao pH đất cĩ tầm quan trọng trong đất nơng nghiệp? pH là tính chất của đất rất dễ thay đổi, là yếu tố kiểm sĩat hĩa học và các phản ứng trong dung dịch đất. Ngịai pH, điện thế oxi hĩa khử (redox) cũng là 1 tính chất dễ thay đổi khác của đất. Hĩa học đất thực chất là hĩa học của dung dịch đất, hĩa học của bề mặt keo đất chỉ xảy ra khi tiếp xúc với dung dịch đất
Tại sao pH đất là quan trọng? Do pH ảnh hưởng đến tất cả các tính chất của đất, bao gồm các tính chất vật lý, hĩa học và sinh học, ảnh hưởng đến CEC, khả năng hịa tan các khĩang, dạng hĩa học của các nguyên tố, khả năng hữu dụng của các chất dinh dưỡng, họat động của vi sinh vật, sinh trưởng của rễ, phân giải chất hữu cơ.
2. pH là gì?
Là nồng độ tương đối của H+ và OH- trong dung dịch, hay mức độ chua hay kiềm của dung dịch đất. pH được diễn tả bằng Logarith âm của họat độ ion H+
Trong đất, do nồng độ các ion thường rất thấp nên họat độ ion tương đương với nồng độ ion.
pH của nước nguyên chất: H2O → H+ + OH-
Do H+ và OH- phải luơn cân bằng, vì vậy nên nước cĩ cả hai tính chất: acid yếu và kiềm yếu. Nồng độ cân bằng của H+ và OH- là 0.0000001 mol/L . Trên thang logarith, nồng độ của chúng là 10-7 mol/L.
Tĩm lại, logarith âm của nồng độ (pH) được sử dụng như là đơn vị để đo độ chua của dung dịch. pH = 7 đối với nước nguyên chất, nước cĩ cả 2 tính chất: acid yếu và base yếu
3. Thang pH.
1 dung dịch cĩ pH =7 được xem là trung tính, pH = 7 và pOH = 7.
Do là thang logarith, nên khi thay đổi 1 đơn vị pH thì nồng độ thay đổi 10 lần, nên dung dịch cĩ pH 6, chua hơn 10 lần so với pH 7, và dung dịch cĩ pH 5, chua hơn 100 lần so với pH 7. pH của 1 số sản phẩm phổ biến Sản phẩm pH Thuốc tẩy >12 MgCO3 10,5 Nước biển 8,5 Nước nguyên chất 7,0 Sửa tươi 6,5 Bia 4,5 Mưa acid <4,0-4,5 Cà phê 4,0 Giấm ăn 3,0 Nước chanh 2,0
4. pH đất và sinh trưởng của cây trồng
Phần lớn đất cĩ pH từ 2 đến 10, nhưng biên độ pH trong đất nơng nghiệp hẹp hơn nhiều, khỏang 4-9.
Độc tố Al là yếu tố hạn chế sinh trưởng của cây trồng trên đất chua. Khi pH đất <5.5, Al hịa tan cao sẽức chế sinh trưởng của rễ, làm rễ ngắn, dày…hạn chế hấp thu dinh dưỡng. Ngịai Al, H+ cĩ thể trực tiếp gây độc cho rễ, nhưng thường nồng độ H+khơng đủ cao cho đến khi pH <4, và các độc chất Al, Mn, Fe, ảnh hưởng cho cây trồng trước đĩ. Ngịai ảnh hưởng bởi pH thấp, sự sinh trưởng của cây trồng cũng bị ảnh hưởng của pH cao, thường khi pH cao, sự gây độc bởi Na và Cl, tăng độ mặn và làm giảm khả năng hút nước của cây, làm cây thiếu dinh dưỡng.
5. Khả năng thích ứng với pH khác nhau trên từng lọai cây trồng.
Phần lớn các lọai cây trồng sinh trưởng tốt trên đất cĩ pH 6 - 7 Các cây họđậu sinh trưởng tốt trên đất trung tính
Cĩ lọai cây thích ứng với pH 5.5 – 7, nhiều lọai cây rừng sinh trưởng tốt trên đất cĩ pH 5 -6, thơng, dương, chịu được điều kiện chua, cĩ cây chống chịu được điều