Nam về hiệu suất sử dụng ựạm
Cùng với thế giới, Việt Nam ựang tìm cách làm sao nâng cao ựược hiệu suất sử dụng ựạm ựồng thời giảm lượng phân bón mà vẫn ựảm bảo năng suất lúa. Từ ựó giúp giảm chi phắ, tăng thu nhập, hạn chế tác hại tới môi trường.
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ẦẦẦẦẦẦẦẦẦ.. 20
nước ựã có một số kết quả về ảnh hưởng của phân ựạm ựến sinh trưởng phát triển và năng suất của cây lúa.
Liên quan ựến việc hấp thu N của lúa là hiệu suất sử dụng N (Nitrogen Use Efficiency-NUE), Những nhà nông học thường diễn tả hiệu suất sử dụng ựạm theo kilogram lúa ựược tạo ra trên kilogram ựạm ựược bón.
Trong khi những nhà sinh lý ựịnh nghĩa hiệu suất sử dụng ựạm theo kilogram lúa ựược tạo ra trên kilogram ựạm ựược hấp thu (Yoshida 1981)[33]. Theo Yoshida 1981, hai hiệu suất này có thể liên hệ với nhau bằng cách ựưa vào thông số thứ ba là tỷ lệ ựạm thu hồi
Tỷ lệ ựạm thu hồi thay ựổi theo các ựặc tắnh ựất, phương pháp, lượng, thời ựiểm bón ựạm, và những kỹ thuật khác, Nó thường ở trong khoảng từ 30- 50% trong vùng nhiệt ựới. Tỷ lệ ựạm thu hồi có xu hướng cao ở mức ựạm thấp và khi ựạm ựược bón sâu vào ựất hoặc ựược bón vào giai ựoạn sinh trưởng muộn.
Các nghiên cứu cho thấy lúa lai có hiệu suất sử dụng N (ựược xác ựịnh là năng suất hạt/ựơn vị N bón) cao hơn lúa. điều này khơng có nghĩa là ựơn vị chất khô ựược tạo ra trên 1 ựơn vị N có trong cây tăng lên. Người ta nhận ựịnh rằng hiệu quả thu hồi N cao hơn (lượng N hút/ựơn vị N ựược bón) là do khả năng hấp thu N của rễ tốt hơn, khả năng chứa N của rễ cao hơn (lượng N chứa trong rễ, tức là rễ có thể sử dụng N nhiều và nhanh tới mức nào), khả năng tái huy ựộng N cao hơn (sự vận chuyển N tới hạt, tức là chỉ số N thu hoạch) là những nhân tố chắnh giải thắch tại sao hiệu quả N cao hơn ở lúa lai.
Trong những thắ nghiệm chậu vại về kỹ thuật canh tác ựã cho thấy kỹ thuật gieo thẳng hạt giống ựã nảy mầm trong ựiều kiện ngập nước ựã giúp
HSBđ tăng hơn 12,35 và 17,24% lần lượt trong hạt và rơm, với tổng HSBđ tăng là 29,59% khi so sánh với những hệ thống canh tác khác, HSBđ cao hơn trong công thức gieo thẳng hạt ựã nảy mầm trong ựiều kiện ngập nước, Từ ựó cho thấy lúa là cây thắch nghi với ựiều kiện ngập nước và nó hấp thu N chủ
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ẦẦẦẦẦẦẦẦẦ.. 21
yếu ở dạng amon. Trong ựiều kiện không ngập nước (ựể 80% ựộ ẩm ựất tối ựa) có thể xảy ra sự nitrat hố, phản nitrat hoá và sự mất ựạm. điều này dẫn tới sự tập trung amon kém hơn và kết quả là làm cho HSBđ thấp hơn.
Những thông số về hiệu suất sử dụng N (năng suất hạt/ựơn vị ựạm hấp thu, năng suất hạt/ựơn vị ựạm bón và tỷ lệ ựạm thu hồi) ựã rất hữu ắch trong việc phân biệt những gen lúa nước có phản ứng hiệu quả hay khơng với việc bón ựạm. Những nhà khoa học tại trường ựại học Alberta của Canada ựã phát triển ựược những dòng lúa ựược biến ựổi gen (GM) HSBđ, Những dòng lúa này chứa gen alaAT từ lúa mỳ, ựó là những mã dành cho enzyme tổng hợp axắt amin alanine. Trong những ựợt kiểm tra, những dòng lúa GM ựã sản xuất ra sinh khối lớn hơn và cho năng suất cao hơn những giống ựối chứng không ựược biến ựổi gen, Gen này ựược cho là chìa khố làm thay ựổi ựáng kể sự trao ựổi chất và hàm lượng N tổng số, ngụ ý sự tăng hiệu suất hút N.
Hiệu suất bón ựạm ựược biểu thị bằng số kg thóc ựược tạo ra do 1kg ựạm bón vào ựất. Hiệu suất bón ựạm ựược tắnh theo cơng thức sau:
Ef = Kth * Ku Trong ựó: Ef : Hiệu suất bón ựạm
Kth: Tỷ lệ ựạm thu hồi. Nó ựược tắnh bằng tỷ số giữa lượng ựạm cây hút ựược
và lượng ựạm bón vào ựất, ở vùng nhiệt ựới, hệ số thu hồi khoảng 30-35% tức là Kt,h = 0,3-0,35
Ku: Hiệu suất sử dụng ựạm. được tắnh bằng số kg thóc ựược tạo ra do 1kg
ựạm cây hút ựược, Ở vùng nhiệt ựới Ku = 0,5
Theo như các cơng trình nghiên cứu của Ximura và Chiba 1973 cho rằng: Lúa hút ựạm nhiều giai ựoạn ựầu tạo ra rơm rạ nhiều hơn hạt, ựạm ựược hút nhiều ở giai ựoạn sau tạo ra hạt nhiều hơn rơm rạ. Có hai ựỉnh về hiệu suất bón ựạm ựối với hạt. đỉnh thứ nhất không liên quan ựến giai ựoạn sinh trưởng ựặc biệt mà liên quan với số ựạm cây hút ựược. đỉnh này xuất hiện khi tổng lượng ựạm hút ựược ựạt ựến 170 mgN/cây. Xuất hiện vào
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ẦẦẦẦẦẦẦẦẦ.. 22
khoảng 23 ngày sau khi cấy. đỉnh thứ hai xuất hiện vào giai ựoạn 18 Ờ 9 ngày trước khi trổ. Khi nồng ựộ ựạm cao sẽ khơng có ựỉnh thứ hai. Như vậy thời gian bón ựạm ựể tạo sản lượng hạt có hiệu quả nhất thay ựổi tuỳ theo mức ựạm (Yohshida, 1981) [33].
Hiệu suất bón ựạm có xu hướng cao ở mức ựạm thấp và khi bón sâu vào ựất hoặc bón thúc vào thời kỳ sinh trưởng về sau . Khi liều lượng ựạm bón cho lúa từ 0 Ờ 240 kgN/ha thì hiệu suất sử dụng phân bón biến thiên từ 47,4 Ờ 17,1% trong vụ xuân và 38,6 Ờ 24,3% trong vụ mùa. Theo Trần Thúc Sơn, (1996)[27] cũng trên ựất phù sa sơng Hồng thì hiệu suất 1kgN là 10 Ờ 15 kg thóc ở vụ xuân và 6 Ờ 9 kg thóc vụ mùa, Nếu bón trên 160 kgN/ha thì hiệu suất của phân ựạm giảm rõ rệt (Trương đắch, 2002) [29].
Ở vùng nhiệt ựới hiệu suất sử dụng ựạm ựối với sản lượng hạt vào khoảng 50 kg thóc khơ/1kg ựạm cây hút ựược, Ở Nhật khoảng 62 kg, cịn ở các nước ơn ựới hiệu suất này cao hơn khoảng 20% (Yshida, 1981) [33].
Hiệu lực của các loại phân ựạm thể hiện rất khác nhau giữa vụ Xuân và vụ Mùa. Vụ Mùa có nhiều mưa giông, nhiệt ựộ không khắ cao sự phân giải chất hữu cơ mạnh nên bón ắt hơn vụ Xuân (đỗ Ánh, 2002)[9].
Ảnh hưởng của ựạm ựối với lúa thường bị tác ựộng bởi hệ số sử dụng ựạm (tỷ lệ giữa lượng ựạm cây hút với lượng ựạm bón) và hiệu suất sử dụng ựạm (kg thóc tăng/kg N cây hút hoặc kg thóc tăng/kg N bón). Lượng ựạm hấp thu, hiệu suất sử dụng ựạm phụ thuộc vào khả năng cho năng suất lúa và ựiều kiện môi trường (Cassman và cs,, 1996)[43]. Khi quản lý dinh dưỡng ựạm tốt, bón ựạm với số lượng và thời gian thắch hợp thì hiệu suất sử dụng ựạm có thể ựạt 50 kg thóc/kg N tắch lũy trong cây (De Datta, 1986)[46], hệ số sử dụng ựạm có thể ựạt 50 Ờ 70% (Peng và cs,, 1998)[70]. Hệ số sử dụng ựạm ở ruộng lúa châu Á rất thấp khoảng từ 20 Ờ 40% (De Datta và cs, (1986)[46]; Schnier và cs, 1990[77]) vì hầu hết ựạm bón dưới dạng urea thường bị mất qua sự bay hơi NH3. đất có ựộ thẩm thấu cao, ngay cả trong ựiều kiện yếm khắ hay
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ẦẦẦẦẦẦẦẦẦ.. 23
hảo khắ ở ruộng nước thì bón ựạm cũng nhanh chóng chuyển thành NO3-. đây cũng là con ựường mất ựạm do quá trình nitrat, phản nitrat hoặc cả 2 (Singh và cs,, 2002)[75]. Bón lượng ựạm cao, ựặc biệt ở mật ựộ trồng trọt lớn có thể làm cây ựổ, tăng sâu bệnh và giảm lợi nhuận của nông dân. Quản lý dinh dưỡng ựạm tốt làm tăng năng suất, lợi nhuận và giảm thiểu ô nhiễm môi trường (Buresh và cs,, 2004[42]; Dawe và cs,, 2004[44]).
Hiệu quả sử dụng ựạm của lúa rất thấp, chưa tới 40% (Phạm Sĩ Tân, 1997)[30]. Trên ựất phù sa không ựược bồi ựắp thường xun của hệ thống sơng Hồng với mức bón từ 80 - 240 kg N/ha, hệ số sử dụng ựạm biến thiên từ 17,1 Ờ 47,4% trong vụ Xuân, từ 24,3 Ờ 38,6% trong vụ Mùa. Trên ựất bạc màu bón với lượng từ 40 Ờ 120 kg N/ha thì hệ số sử dụng ựạm ở vụ Mùa biến thiên từ 17,7 Ờ 37,5%. Cứ 1 kg N lúa hút ựược từ ựất và phân bón cho bội thu 38 - 41 kg thóc ở vụ Xuân và 60 kg thóc ở vụ Mùa. Trên các loại ựất có vấn ựề (ựất gley, ựất bạc màu) khi các yếu tố hạn chế khác chưa ựược khắc phục thì vai trị của ựạm khơng phát huy ựược. Bón N hoặc NP năng suất lúa lai chỉ tăng 17,7% trên ựất bạc màu, 11,5% trên ựất gley (Nguyễn Văn Bộ và cs,, 1996)[18].
Tóm lại: Có thể nói rằng việc nâng cao hiệu suất sử dụng phân bón là một trong những giải pháp hữu hiệu nhất ựối với biện pháp canh tác lúa. Biện pháp nâng cao hiệu suất sử dụng ựạm có nhiều cách và cần có nhiều nghiên cứu cơ bản hơn ựể ựưa ra các biện pháp hiệu quả vắ dụ: Bón phân thúc sớm, dùng giống chuyển gen, bón phân dúi.
2.3.2.Những tắnh trạng liên quan ựến HSBđ và các nghiên cứu về HSBđ
HSBđ sẽ ựạt tối ưu nhất khi chúng ta xác ựịnh ựược ựường giới hạn ựạm cho sự sinh trưởng của cây nhằm nâng cao năng suất và giảm lượng ựạm bón khơng cần thiết. Năng suất của cây ựược nâng cao khi chúng ta tăng khả năng quang hợp và khả năng hút chất dinh dưỡng từ ựất của cây
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ẦẦẦẦẦẦẦẦẦ.. 24
trưởng, phát triển của cây vì khả năng quang hợp phụ thuộc chặt vào hàm lượng ựạm trong lá. đặc ựiểm sinh lý dựa trên mối quan hệ giữa quang hợp và hàm lượng ựạm trong lá ựã ựược nghiên cứu ở nhiều nơi. Kết quả chỉ rõ, quang hợp của lá cây khi bão hòa ánh sáng tăng theo ựường thẳng, thường là ựường tiệm cận với hàm lượng ựạm trong cây (Grindlay, 1997)[51].
Trong nghiên cứu của Phạm Văn Cường và cs, 2005 về ỘMối liên hệ
giữa các ựặc tắnh quang hợp và NUE của các nhóm giống lúa lai lúa cải tiến và lúa ựịa phươngỢ[72] cho rằng khi tăng lượng ựạm bón từ 90N ựến 180N
thì cường ựộ quang hợp của các giống lúa nghiên cứu ựều tăng ở tất cả các giai ựoạn sinh trưởng.
Bên cạnh ựó nhiều nghiên cứu trước ựây cũng cho thấy rằng khả năng quang hợp của cây còn phụ thuộc rất nhiều vào chỉ số diện tắch lá (LAI) vì lá là nơi chứa bộ máy quang hợp. LAI cao ựồng nghĩa với việc tiềm năng quang hợp và vận chuyển sản phẩm quang hợp về bông tốt dẫn ựến năng suất tăng.
Vậy tương quan giữa lượng ựạm bón, hàm lượng ựạm trong lá, diện tắch lá và khả năng quang hợp của tán lá giúp chúng ta giải thắch một cách có hệ thống tác ựộng của việc cung cấp ựạm ựến hiệu quả sử dụng ánh sáng của cây trồng. Và khi xác ựịnh ựược ựường giới hạn ựạm cho cường ựộ quang hợp thì chúng ta sẽ có ựược hiệu suất sử dụng ựạm cao hơn.
Hiện tại người dân thường bón ựạm theo liều lượng và số lần ựịnh sẵn cho những giai ựoạn sinh trưởng quan trọng và thừa nhận ựó là lượng ựạm mà cây lúa cần. Thực tế, nhu cầu về ựạm của lúa biến ựổi lớn vì có sự khác nhau về khả năng cung cấp ựạm của ựất trong các cánh ựồng, giữa các vụ và qua các năm. để tăng hiệu quả sử dụng ựạm thì liều lượng và thời gian bón ựạm cần ựược xác ựịnh dựa vào tình trạng dinh dưỡng ựạm của lúa, vì hàm lượng ựạm trong lá liên quan chặt với khả năng quang hợp và khối lượng chất khô mà lúa tắch lũy ựược (Dobermann và cs,, 2003)[47].
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ẦẦẦẦẦẦẦẦẦ.. 25
lượng ựạm cần bón trong suốt q trình sinh trưởng của một giống. Trên ựồng ruộng của nông dân quản lý ựạm theo CSDL làm tăng năng suất, và hiệu quả sử dụng ựạm. Trong nghiên cứu lúa ở châu Á, Peng và cs,, (1993)[68] ựã xác ựịnh CSDL giới hạn ựể người nơng dân có thể áp dụng trên ựồng ruộng là 35 (tương ựương với hàm lượng ựạm là 1,4 g/m2 lá) ựối với giống IR72 cấy ở IRRI vào mùa khơ, ựiều này có nghĩa là cần bón 30 kg N/ha khi CSDL nhỏ hơn 35. Tuy nhiên giá trị giới hạn ở mùa mưa là 32 vì mây che phủ suốt giai ựoạn cây sinh trưởng (Balasubramanian và cs,, 1999)[41], IRRI, (1995)[55] khuyến cáo: Các nhà khoa học nghiên cứu về lúa cần xác ựịnh CSDL giới hạn cho từng vùng, từng giống lúa và từng mùa vụ.
Peng và cs,, (1996)[69] thiết kế ba thắ nghiệm ở Viện nghiên cứu Lúa Quốc tế và một thắ nghiệm ở Viện Nghiên cứu Lúa Philippine trên giống IR72, Kết quả cho thấy, thời gian từ 15 ngày sau khi cấy ựến giữa thời kỳ làm ựòng nếu CSDL ở lá thứ nhất nhỏ hơn 35 thì cần bón ựạm. Lượng ựạm ựược xác ựịnh bằng phương trình tương quan giữa lượng ựạm tắch lũy trong thân lá với mỗi chỉ số máy ựo. Năng suất hạt khi bón theo CSDL ựạt khoảng 93 - 100% năng suất tối ựa so với cơng thức bón ựạm theo khuyến cáo (bón theo thời gian và lượng ựạm ựịnh trước) nhưng tổng lượng ựạm sử dụng thấp hơn, hệ số sử dụng ựạm cao hơn. Những nghiên cứu ở Nam Ấn độ ựã xác ựịnh khi giá trị CSDL nhỏ hơn 37 thì bón ựạm cho lúa thu ựược năng suất và hiệu quả sử dụng ựạm cao nhất. Thắ nghiệm ở Tây bắc Ấn độ cho kết quả là bón 30 kg N/ha vào giai ựoạn phân hóa ựịng khi CSDL nhỏ hơn 37,5 thì tổng lượng ựạm cần bón theo phương pháp này là 90 kg N/ha cho năng suất lúa tương ựương với bón 120 kg N/ha nếu bón ựạm theo quy trình với liều lượng và thời gian ựịnh trước. Như vậy bón ựạm theo CSDL tiết kiệm ựược 30 kg N/ha. Nghiên cứu cũng chỉ rõ cần thiết phải xác ựịnh chỉ số diệp lục giới hạn ở các ựiều kiện sinh thái khác nhau (Sing và cs,, 2002)[75].
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ẦẦẦẦẦẦẦẦẦ.. 26
ở Trung tâm Thực hành, Trường đại học Quốc gia Seoul, Hàn Quốc. Kết quả cho thấy, sử dụng khối lượng tươi, CSDL và lượng ựạm bón vào thời kỳ làm ựịng có thể xác ựịnh trước năng suất và hàm lượng protein trong hạt với ựộ chắnh xác 85% và 87%. Khi bón ựạm theo CSDL, hàm lượng protein của giống Hwaseongbyeo thực tế ựạt ựược là 6,74% trong khi tắnh tốn theo phương trình tương quan là 6,8%. Trung bình, bón ựạm theo năng suất chất xanh và CSDL thì hàm lượng protein có hệ số biến ựộng là 2,5% so với 4,6% ở công thức bón truyền thống ựồng thời năng suất hạt tăng.
Phạm Văn Cường và cs, 2006 nghiên cứu về Ộmối quan hệ giữa các ựặc
ựiểm nông học với NUE của một số giống lúaỢ [72] thấy kết quả rằng: khi
tăng hàm lượng ựạm bón từ 0N Ờ 150N, năng suất hạt tương quan chặt với LAI và SPAD (hàm lượng diệp lục) trong cả vụ xuân và vụ mùa.
Năng suất của cây cịn có mối quan hệ mật thiêt với khối lượng chất khô trong cây. Kết quả nghiên cứu ựường giới hạn ựạm cho khối lượng chất khô tối ựa của lúa ựược Sheehy và cs., (1998)[] thự c hiện ở hai vùng sinh thái: Vùng ôn ựới (Trung Quốc, Australia) và vùng nhiệt ựới (Phillippine) chỉ rõ: đường giới hạn ựạm của lúa phụ thuộc vào ựiều kiện khắ hậu và khác nhau giữa các giống. Nghiên cứu Sheehy và cs.,1998)[76] trên giống lúa IR72 chứng minh rằng: Khối lượng chất khô của thân lá tương quan thuận rất chặt với khối lượng bông ựược mơ tả theo phương trình y = 0,45x + 1,13 (R2=0,94), khối lượng hạt bằng 91% khối lượng bông. Mặc dù hệ số kinh tế có thể giảm nhẹ khi khối lượng chất khô của cay tăng nhưng trong ựiều kiện lúa không bị ựổ và bị sâu bệnh phá hoại thì ựường giới hạn ựạm cho khối lượng chất khô tối ựa cũng cho năng suất tối ựa trong cùng ựiều kiện trồng trọt (Hay, 1995)[52]. Vì vậy xác ựịnh ựường giới hạn ựạm cho sinh trưởng khối lượng chất khô tối ựa có ý nghĩa rất quan trọng trong nâng cao hiệu quả sử dụng ựạm của lúa, giảm thiểu ô nhiễm môi trường.