Đất trồng trọt trước hết là nơi cung cấp dinh dưỡng và nước cho cây trồng sinh trưởng và phát triển. Độ phì nhiêu tự nhiên và độ phì nhiêu thực tế rất khác nhau ở các nhóm, loại đất. Khả năng cung cấp dinh dưỡng cho cây trồng liên quan trực tiếp tới độ phì nhiêu thực tế của đất và do đó hàm lượng các chất dinh dưỡng chủ yếu (N, P,K) là một trong những thông số quan trọng trong tính toán lượng phân bón cần cung cấp cho cây trồng. Ngoài độ phì nhiêu tự nhiên vốn là đặc trưng phát sinh học của từng loại đất, đất cũng chịu nhiều tác động tự nhiên và con người trong quá trình khai thác sử dụng để canh tác. Có thể phân tích cân bằng dinh dưỡng trong đất như sau:
+ Nguồn dinh dưỡng trong đất gồm: - Độ phì tự nhiên;
- Phân bón ;
- Lắng đọng từ nước mưa và nước tưới; - Hoạt động cố định đạm từ Vi sinh vật;
- Dinh dưỡng do tàn dư thực vật được phân hủy;
Trong đó quan trọng nhất là từ độ phì tự nhiên và từ phân bón. + Nguồn dinh dưỡng mất đi:
- Cây hút (tạo sản phẩm và trong phế phụ phẩm); - Rửa trôi theo nước trọng lực;
- Rửa trôi theo đất xói mòn;
- Bị cố định ở dạng khó tiêu trong đất…
Trong đó quan trọng nhất là cây hút và mất đi do xói mòn rửa trôi.
Các yếu tố nói trên sẽ là những thông số cần thiết để xây dựng công thức tính toán dự báo phân bón cho cây trồng. Cụ thể:
a. Nguồn dinh dưỡng từ đất:
Có 4 nhóm đất chính (có diện tích lớn và việc canh tác được tập trung chủ yếu trên các nhóm đất này) ở Đồng Nai là: Đất đỏ trên bazan, đất xám, đất đen trên bazan và đất phù sa. Nghiên cứu của chúng tôi về độ phì nhiêu 4 nhóm đất này cho thấy:
- Đất đỏ trên bazan:
Đất đỏ có 95.389 ha, chiếm 16,27% tổng diện tích tự nhiên (TDTTN). Phân bố chủ yếu ở các dạng đồi núi thấp, ít dốc đến dốc vừa; tập trung nhiều ở các huyện Long Khánh, Thống Nhất, Xuân Lộc, Định Quán, bắc Vĩnh Cửu và tây bắc Tân Phú. Đất đỏ nhìn chung có thành phần cơ giới nặng thuộc các cấp thịt pha sét đến sét. Cấp hạt sét chiếm đến 45- 55% và lên đến 55- 65% ở các tầng tích tụ. Cấu tạo viên hạt, tơi xốp.
Về tính chất lý hóa học: Đất đỏ thường chua, CEC, cation kiềm trao đổi và độ no base thấp. pHH2O: 5,0 - 6,0; pHKCl: 4.0 - 6,0. Độ chua tiềm tàng khá cao11-15 meq/100g đất. Dung lượng trao đổi Cation (CEC) thấp: 13 - 20 meq/100g đất và khoảng 4 - 8 meq/100g đất; trong đó, Bazơ trao đổi chỉ chiếm khoảng 85 - 40%.
Mùn và đạm tổng số khá: 1,2 - 1,8% OC và 0,12 - 0,20% N; lân tổng số khá đến giàu: 0,15 - 0,25%. Mức độ giữ chặt lân khá cao. Vì vậy, lân dễ tiêu chỉ đạt mức
thấp đến trung bình thấp: 4 - 7 mg/100g đất. Kali tổng số nghèo: 0,1- 0,5%.
Khả năng sử dụng: Đất đỏ nhìn chung có độ phì tương đối cao, nó thích hợp với nhiều loại cây trồng có giá trị kinh tế cao.
- Đất xám: có diện tích lớn nhất với 284.864 ha, chiếm 40,05% TDTTN . Phân bố trên nhiều dạng địa hình khác nhau, từ những dạng bằng thấp, các bậc thềm khá bằng phẳng, các dạng đồi thấp thoải đến địa hình núi cao dốc. Về phân bố không gian, đất xám có trong hầu hết các huyện ở Đồng Nai; tập trung nhiều ở Vĩnh Cửu, Long Thành và Nhơn Trạch.
Đất xám ở Đồng Nai có thành phần cơ giới nhẹ,. Chua, pHH2O khoảng 4,8 - 6,5; độ chua tiềm tàng lên đến 8 - 12 meq/100 g đất. CEC, cation kiềm trao đổi và BS thấp. Dung lượng trao đổi Cation hữu hiệu (ECEC) cũng chỉ khoảng 5,0 - 5,5 me/100 g sét. Vì vậy, độ no bazơ ở tầng B chỉ đạt 85 - 40%. Đất xám nhìn chung rất nghèo mùn, đạm, lân và kali.
Đất xám tuy có độ phì không cao nhưng các loại hình sử dụng trên đất xám rất phong phú kể cả các cây có giá trị kinh tế cao, bao gồm cả các cây công nghiệp dài ngày, cây ăn quả, hoa màu lương thực và cây công nghiệp hàng năm.
Khả năng sử dụng đất xám phụ thuộc rất nhiều vào địa hình và độ dầy tầng đất mịn: * Các đất xám địa hình cao thoát nước và có tầng đất hữu hiệu dày có khả năng trồng được nhiều loại cây kể cả cây dài ngày và cây hàng năm, đặc biệt là các cây dài ngày có giá trị kinh tế cao như cao su, điều, cây ăn trái.
* Các đất có tầng đất hữu hiệu mỏng (ACf, ACx), chỉ có khả năng trồng cây hàng năm. Những nơi đất quá mỏng hoặc địa hình dốc chỉ nên trồng rừng nhằm bảo vệ đất và môi trường.
* Các đất xám địa hình thấp (ACg) có khả năng trồng lúa nước và hoa màu cạn vào mùa khô hoặc đầu mùa mưa.
- Đất đen có diện tích 131.605 ha, chiếm 22,44% TDTTN. Phân bố thành các vùng khá rộng lớn, quanh các khu vực miệng núi lửa, có địa hình thay đổi từ khá bằng phẳng đến dốc vừa; thuộc các huyện Tân Phú, Định Quán, Xuân Lộc, Long Khánh, Thống Nhất và Long Thành.
Đất đen hơn hẳn các đất khác trong vùng về tính chất lý hóa: có nhiều ưu việt về các nhân tố quy định tính chất vật lý nước như độ bền đoàn lạp, dung trọng, độ xốp, thành phần cơ giới trung bình, từ thịt pha cát mịn đến thịt, ít hoặc không chua, dung lượng
trao đổi cation cao, giàu các cation kiềm trao đổi, đặc biệt là Ca ++ và Mg++, mùn và đạm rất giàu, đạt khoảng 2,0 - 4,0% OC và 0,12 - 0,85%N. Lân tổng số rất giàu: 0,1- 0.4%. Mức độ giữ chặt lân cao: 60 - 70%, nên lân dễ tiêu không cao mà chỉ ở mức trung bình thấp: 5 - 8 mg/100g đất. Có thể nói đây là nhóm đất tốt nhất xét về hàm lượng chất dinh dưỡng ở trạng thái tĩnh.
Về khả năng sử dụng đất đen phụ thuộc vào địa hình và khả năng thoát nước:
* Các đất đen địa hình cao có thể sử dụng để trồng nhiều loại cây trồng cạn: với cây hàng năm như thuốc lá, các loại đậu đỗ, bông vải, bắp...với cây dài ngày như: cà phê, chuối, cây ăn trái...
* Các đất đen địa hình thấp có khả năng trồng lúa nước trong mùa mưa hoặc mùa khô ở những vùng có tưới. Mùa khô có thể trồng các cây trồng cạn như bắp, đậu đỗ, bông vải...
- Đất phù sa:
Nhóm đất phù sa có 27.929 ha, chiếm 4,76% tổng diện tích tự nhiên (TDTTN), được hình thành trên trầm tích aluvi tuổi Holoxen muộn – hiện đại QIV3 ven các sông. Phân bố ở các khu vực đồng bằng ven sông Đồng Nai và các trảng thủy triều miền Duyên Hải, thuộc các huyện Nhơn Trạch, Long Thành, Biên Hòa và Vĩnh An.
Phụ thuộc đặc điểm nguồn bồi tích và thời gian chịu tác động của điều kiện ngoại cảnh mà đất phù sa phát triển và phân hóa thành các loại khác nhau. Đất phù sa có thành phần cơ giới từ trung bình đến nặng. Chua nhẹ đến ít chua, (pHH2O) khoảng 5,5 – 6,0; độ chua trao đổi (pHKCl) khoảng 5,0-5,5. Hàm lượng cation kiềm tương đối khá, đặc biệt là Ca2+ (6-7meq/100g sét), CEC và độ no bazơ vào loại trung bình (CEC: 17-20 meq/100 g sét hoặc 13-14 meq/100 g đất; BS biến động từ 38-56% tùy thuộc loại đất phù sa mùn ít chua hoặc đất phù sa mùn gley.
Nhìn chung đất phù sa tương đối giàu mùn, đạm, kali nhưng nghèo lân. Khả năng giữ lân của đất phù sa thấp 20 - 80%.
Khả năng sử dụng chính là trồng lúa 2 - 3 vụ, ngoài ra còn có khả năng trồng hoa màu, rau và cây ăn trái. Vùng bưởi Tân Triều nổi tiếng của Đồng Nai là nằm trên vùng đất phù sa sông Đồng Nai.
Trong bài toán dự báo của chúng tôi, hàm lượng dinh dưỡng đa lượng (N,P,K) tổng số và dễ tiêu của 4 nhóm đất trên được sử dụng để tính toán. Theo số liệu nghiên cứu của FAO năm 1996 trên 197 nước phân bố ở các vùng khí hậu khác nhau, tỷ lệ (trung bình) phần trăm N, P2O5 và K2O mà cây trồng có khả năng hút từ đất lần lượt là
50, 40 và 70. Lấy tỷ lệ đó làm cơ sở, chúng tôi xây dựng công thức tính lượng dinh dưỡng cây có khả năng hút từ đất như sau:
Gọi Ma là lượng dinh dưỡng mà đất có khả năng cung cấp cho cây trồng, ta có: Ma(i,x,n) = [d(i) x H x Nex(i,n)] x S(j,x) x 1000 x (Za(n)), kg
Ma(i,x,n) = [d(i) x H x Nex(i,n)] x S(j,x) x (Za(n)), tấn Trong đó:
+ d là dung trọng của loại đất (g/cm3) + H là độ dày tầng đất mặt (cm).
+ Nex là hàm lượng dinh dưỡng (N, P2O5, K2O) dễ tiêu trong đất + S là diện tích canh tác cây trồng cần tính (ha)
+ Za là hệ số mà cây trồng có khả năng hấp thu hàm lượng dinh dưỡng dễ tiêu từ trong đất ứng với sự hấp thu hàm lượng N là 0,5; P2O5 là 0,4 và K2O là 0,7.
Để chi tiết hóa và thuận tiện khi cần tính toán cho từng vùng đất, chúng tôi sử dụng các đơn vị phân loại phụ cho các nhóm đất chính ở Đồng Nai, gồm 21 đơn vị như sau:
Bảng 10 - Hàm lượng dinh dưỡng tổng số
Loại đất Tên loại đất D (g/cm3) N (%) P2O5 (%) K2O (%)
ACf Đất xám kết von 1,62 0,06 0,06 0,02
ACg Đất xám Gley 1,73 0,09 0,15 0,11
ACh Đất xám điển hình 1,53 0,1 0,14 0,18
ACr Đất xám cơ giới nhẹ 1,12 0,09 0,1 0,8
ACx Đất xám vàng 1,31 0,08 0,07 0,15
ANh Đất đá bọt điển hình 0,94 0,22 0,26 0,24
ARb Đất cát mới biến đổi 1,67 0,14 0,17 0,11
FLe Đất phù sa chua 1,19 0,13 0,18 0,5
FLt Đất phèn 1,12 0,23 0,15 0,61
FRr Đất đỏ thẫm 1,03 0,17 0,11 0,53
FRx Đất đỏ vàng 1,08 0,16 0,14 0,48
GLt Đất Gley phèn 1,65 0,07 0,11 0,28
GLu Đất Gley giàu mùn 0,72 0,31 0,17 0,63
LPd Đất tầng mỏng chua 1,1 0,15 0,13 0,25
LVf Đất đen kết von 1,32 0,21 0,13 0,16
LVg Đất đen Gley 1,24 0,16 0,11 0,18
Loại đất Tên loại đất D (g/cm3) N (%) P2O5 (%) K2O (%)
LVx Đất nâu thẫm 1,03 0,16 0,11 0,18
LXg Đất nâu Gley 0,93 0,18 0,21 0,11
LXr Đất nâu cơ giới nhẹ 1,67 0,05 0,13 0,13
PTd Đất loang lỗ, chua 1,15 0,1 0,03 0,18
(Nguồn: Trung tâm nghiên cứu đất, phân bón và Môi trường phía Nam- Điều tra đánh giá đất đai theo phương pháp FAO-UNESCO, 1996)
Bảng11 - Hàm lượng dinh dưỡng dễ tiêu:
Loại đất Tên loại đất D (g/cm3) NH4 + NO3- (mg/100g) P2O5 (mg/100g) K2O (mg/100g) ACf Đất xám kết von 1,62 1,2 2,53 3,71 ACg Đất xám Gley 1,73 1,8 2,7 3,57 ACh Đất xám điển hình 1,53 2 2,71 4,5
ACr Đất xám cơ giới nhẹ 1,12 1,8 2,65 3,41
ACx Đất xám vàng 1,31 1,6 2,51 2,78
ANh Đất đá bọt điển hình 0,94 4,5 1,8 2,56
ARb Đất cát mới biến đổi 1,67 2,8 2,01 2,97
FLe Đất phù sa chua 1,19 2,7 2,68 5,88
FLt Đất phèn 1,12 4,6 2,69 6,9
FRr Đất đỏ thẫm 1,03 3,3 1,79 4,64
FRx Đất đỏ vàng 1,08 3,1 1,82 4,53
GLt Đất Gley phèn 1,65 1,4 2,67 3,98
GLu Đất Gley giàu mùn 0,72 6,3 3,91 4,45
LPd Đất tầng mỏng chua 1,1 3 2,98 3,78 LVf Đất đen kết von 1,32 4,2 3,3 4,86 LVg Đất đen Gley 1,24 3,1 3,14 4,67 LVh Đất đen điển hình 1,48 4,2 3,24 5,02 LVx Đất nâu thẫm 1,03 3,1 3,16 4,62 LXg Đất nâu Gley 0,93 3,6 3,75 3,29
LXr Đất nâu cơ giới nhẹ 1,67 1 2,96 3,44
PTd Đất loang lỗ, chua 1,15 2 3,05 3,78
(Nguồn: Trung tâm nghiên cứu đất, phân bón và Môi trường phía Nam- Điều tra đánh giá đất đai theo phương pháp FAO-UNESCO, 1996)
Sử dụng công thức nói trên để tính toán, chúng tôi có lượng dinh dưỡng mà cây có khả năng hút từ đất như sau:
Bảng 12 - Lượng dinh dưỡng đất có khả năng cung cấp cho cây.
đất (g/cm3) NO3- (kg/ha) (kg/ha) (kg/ha) đất (g/cm3) NO3- (kg/ha) (kg/ha) (kg/ha) ACf Đất xám kết von 1,62 20,41 43,04 63,11 ACg Đất xám Gley 1,73 32,33 49,05 64,85 ACh Đất xám điển hình 1,53 32,45 43,54 72,29
ACr Đất xám cơ giới nhẹ 1,12 21,17 31,16 40,1
ACx Đất xám vàng 1,31 22,01 34,53 38,24
ANh Đất đá bọt điển hình 0,94 44,22 17,77 25,27
ARb Đất cát mới biến đổi 1,67 49,1 35,25 52,08
FLe Đất phù sa chua 1,19 33,49 33,49 73,47
FLt Đất phèn 1,12 53,86 31,63 81,14
FRr Đất đỏ thẫm 1,03 35,91 19,36 50,18
FRx Đất đỏ vàng 1,08 35,38 20,64 51,37
GLt Đất Gley phèn 1,65 24,95 46,26 68,95
GLu Đất Gley giàu mùn 0,72 47,33 29,56 33,64
LPd Đất tầng mỏng chua 1,1 34,65 34,42 43,66 LVf Đất đen kết von 1,32 57,66 45,74 67,36 LVg Đất đen Gley 1,24 40,62 40,88 60,8 LVh Đất đen điển hình 1,48 65,89 50,35 78,01 LVx Đất nâu thẫm 1,03 33,74 34,18 49,97 LXg Đất nâu Gley 0,93 35,15 36,62 32,13
LXr Đất nâu cơ giới nhẹ 1,67 17,54 51,9 60,32
PTd Đất loang lỗ, chua 1,15 24,15 36,83 45,64
(Nguồn: Trung tâm nghiên cứu đất, phân bón và Môi trường phía Nam- Điều tra đánh giá đất đai theo phương pháp FAO-UNESCO, 1996)
b. Lượng dinh dưỡng mất do rửa trôi, xói mòn:
Nghiên cứu của chúng tôi cho thấy, xói mòn bề mặt do nước mưa là một trong những hiện tượng suy thoái đất đai nghiêm trọng ở Đồng Nai do địa hình dốc, lượng mưa lớn và tập trung. Ngoài ra việc canh tác trên đất dốc thiếu biện pháp bảo vệ cũng là một trong những nguyên nhân đẩy quá trình xói mòn bề mặt và rửa trôi tăng mạnh. Các loại hình đất chính của Đồng Nai đều có hiện tượng xói mòn kể cả ở hệ canh tác cây công nghiệp dài ngày vốn được coi là phương thức canh tác có lợi cho việc bảo vệ đất. Trên một ha đất dốc (8-15o) trong một mùa mưa có thể kéo theo 65 tấn đất khô đối với đất bazan trồng cà phê , 18 tấn đất khô đối với đất xám trồng xoài thời kỳ kiến thiết cơ bản, và gần 24 tấn đất khô đối với đất trồng sắn liên tục nhiều năm. Cùng với đất bị xói mòn là một lượng dinh dưỡng khá lớn bị mất đi: từ 13-96 kg N, 4-217 kg P2O5 , 7-27 kg K2O/ha/năm tùy phương thức canh tác.
Có thể nói ở Đồng Nai, nguồn mất dinh dưỡng chủ yếu từ đất là do xói mòn. Vì vậy trong công thức tính toán của chúng tôi, lượng dinh dưỡng mất đi hàng năm do xói mòn là một thông số quan trọng.
Sử dụng phương trình mất đất phổ dụng (ULSE) của Wischmeier & Smith đã xây dựng vào năm 1978: để xác định lượng dinh dưỡng mất đi do xói mòn hàng năm
A = R x K x LS x C x P
Trong đó:
A là lượng đất bị xói mòn (tấn/ha/năm)
R – Chỉ số xói mòn do mưa (được lập trên cơ sở E.I30). K – Hệ số xói mòn do đất.
LS – Hệ số độ dài sườn dốc và góc dốc; L là hệ số độ dài (lượng đất mất của thửa đất quan trắc so với thửa đất tiêu chuẩn dài 22,13m); S là hệ số độ dốc (lượng đất mất của thửa đất quan trắc so với thửa đất tiêu chuẩn có độ dốc là 9%).
C – Hệ số thảm phủ thực vật hay hệ số canh tác (lượng đất mất của thửa đất quan trắc so với thửa đất tiêu chuẩn được làm đất theo tiêu chuẩn và bỏ hóa cách năm).
P – Hệ số bảo vệ đất (lượng đất mất có bảo vệ đất so với trên thửa đất không được bảo vệ).
Áp dụng phương trình tính trong vùng nghiên cứu được viết lại như sau: A(i,j,x) = R(j) x K(i) x LS(j) x C(j,x) x P(j,x).
Trên cơ sở tính được lượng đất bị xói mòn như vậy, có thể tính được lượng dinh dưỡng N,P,K bị mất đi hàng năm theo diện tích đất canh tác bằng công thức:
10 ) ( ) , ( ) , , ( ) , , ( A xN xS x M i jx e xi x n j