Chương 5 Các nguyên tố dinh dưỡng và phân bón đa lượng
Bài 1 Đạm và phân bón đạm
• Đạm và quá trình cố định đạm trong tự
nhiên
• Đạm trong đất • Các loại phân có chứa đạm
Đạm và quá trình cố định đạm trong tự nhiên
Vai trò của nguyên tố đạm Chu kỳ đạm trong tự nhiên Sự cố định đạm trong tự nhiên
Đạm và vai trò của đạm
Acid nucleic Acid amine protein Cấu tạo của diệp lục tố
• Nguyên tố diệp lục có khả năng quan hợp
tạo nên màu xanh của lá
Chu kỳ chất đạm trong tự nhiên
• Trong khí
quyển khí nitơ chiếm 78% nhưng hầu hết các động thực vật không thể sử dụng trực tiếp nguồn này
Chu kỳ chất đạm trong tự nhiên tt
• Sự chuyển hóa từ dạng khí hữu dụng
cho cây trồng ?
Cộng sinh trên rễ các cây họ đậu và
trên một số thực vật khác
Sống tự do hay không cộng sinh
Cố định bởi các vi sinh vật:
Bởi sự phóng điện trong không khí. Công nghiệp sản xuất phân đạm tổng hợp.
Chu kỳ chất đạm trong tự nhiên tt • Cố định đạm trong tự nhiên
vi khuẩn công sinh trên rễ cây họ đậu
(Rhizobium)
++ 16 ADP + H2
N2 + 16 ATP +2H+ 2NH4
(Rhizobium)
50 % lượng đạm cố định sinh học
3 H2 + 2 N2 2 NH3 3 H2 + 2 N2 2 NH3
Một số vi sinh vật có khả năng cố định đạm
Vi sinh vật
Nơi sống
Azotobacter
Azospirillum
Đất, nước, vùng rễ, cố định tự do Liên kết rễ hay tự do
Nốt sần cây họ đậu
Rhizobium Actinomycetes, frankia Liên kết với rễ cây không thuộc họ đậu, cây thân gỗ
Tảo lục lam
Bèo hoa dâu
Actinomycetes
Azotobacter
Azospirillium
Frankia
Tảo lục lam
Bèo hoa dâu
Khả năng cố định đạm của vi khuẩn cộng sinh với một số cây họ đậu
Cây họ đậu
Cỏ alfalfa
Khả năng cố định (kg/ha/năm) 55 - 330
Kudzu
20 - 170
Đậu phụng
20 – 220
Đậu nành
45 - 290
Sản xuất đạm công nghiệp
3 H2 + 2 N2 2 NH3 (ở điều kiện 1200oC và 500 atm) dựa trên quy trình Haber – Bosch
Đạm tạo thành do sét
Đạm trong đất
+),
Hàm lượng: 0,03 – 0,4 % Thành phần
Đạm dạng vô cơ: ammonium (NH4 -), nitrous oxide -), nitrate (NO3 nitrite (NO2 (N2O), nitric oxide (NO) và đạm nguyên tố (N2) Hợp chất đạm hữu cơ: amino acid 20 – 40%, amino sugar như hexosamine 5 – 10% và các hợp chất có nguồn gốc như purine, pyrimidine < 1%.
Dạng đạm trong đất rễ cây có thể hấp thu
+ - NH4 - - NO3
pH hơi chua Môi trường oxi hóa
pH trung tính Môi trường khử
Sự chuyển hóa đạm trong đất
• Sự khoáng hóa Amine hóa:
Protein acid amine, ure, CO2, năng lượng
+ + OH-
R – NH2 + H2O NH3 + R – OH + năng lượng NH3 + H2O NH4
(vi sinh vật) Amonium hóa:
- được
+ thành NO2
Nitrite hóa (sự oxi hóa sinh học của NH4
- + 2 H2O + 4 H+
+ + 3O2 ----------> 2 NO2 (Nitrosomonas)
trình bày như sau) 2 NH4
2 NO2
-) - tiếp tục bị oxi hóa thành NO3 - - + O2 --------> 2NO3 (Nitrobacter)
Nitrate hóa ( NO2 • •
Các yếu tố ảnh hưởng đến sự nitrate hóa trong đất
+ Sự cung cấp NH4 Mật độ,chũng loại vi sinh vật tham gia
• •
vào sự nitrate hóa
• • • • pH đất Độ thoáng khí của đất Độ ẩm của đất Nhiệt độ đất
Atmosphere
N2
N2
Khí quyển
Soil
Cây hấp thu đạm
vào trong rễ
N2
Nitrogen-fixing bacteria
Vi khuẩn phản đạm hóa
H+ (From soil)
+
NH4
NH3 (ammonia)
Đất
–
+
NO3 (nitrate)
NH4 (ammonium)
Nitrifying bacteria
Ammonifying bacteria
Organic material (humus)
Rễ
Figure 37.9
Mất nitrate trong đất
Rửa trôi Các yếu tố ảnh hưởng
Liều lượng, thời gian, loại và phương pháp
bón phân N.
Sử dụng các chất ức chế sự nitrate hóa. Thâm canh và sự hấp thu N của cây trồng. Các đặc tính của đất ảnh hưởng đến sự
thấm lậu.
Lượng, chế độ, thời gian mưa hay tưới.
Phản đạm hóa
NO3
- NO2
- NO N2O N2
Pseudomonas, Bacillus Thiobacillus denitrificans và Thiobacillus thipbarus
Các yếu tố ảnh hưởng đến sự phản N hóa
• Chất hữu cơ dễ phân giải • Ẩm độ của đất • Độ thoáng khí của đất • pH đất • Nhiệt độ - • Hàm lượng NO3 • Sự hiện diện của thực vật
Bay hơi của NH3
NH3 + H+
+ NH4
Các yếu tố ảnh hưởng đến sự bay hơi của NH3
pH đất Nguồn đạm Cách bón Nhiệt độ Trao đổi của cây trồng
Ý nghĩa của sự phản N hóa về mặt nông nghiệp
• Phân N là nguồn N dễ tiêu của đất bị mất
N vào không khí do phản N hóa liên tục có thể chiếm đến 0 – 70 % lượng phân N bón
Sự bay hơi của NH3
• Hàm lượng NH3 chỉ xuất hiện đáng kể khi
pH dung dịch vượt quá 7,5.
NH3 + H+ ( pKa =9,3 ) (1)
• NH4+ •
%
Ammonia
Ammonium
100 80 60 40 20 0
6 7 8 9 10 11 12 13 14
• • • • • • • •
pH dung dịch
Các Loại Phân Đạm
Các dạng phân hữu cơ (N trung bình trong các chất hữu cơ tự nhiên tiêu biểu từ 1 – 13 %)
Các loại phân N tổng hợp
Phân N ammonium (NH4) Phân đạm nitrate (NO3)
Loại phân
N %
S %
Cl %
P2O5 %
K2O % CaO % MgO
% -
-
-
đơn
21,0 82,0 25,0-26,0 33,0-34,0 30,0 20,5 4,0
- - - - - 16,0
- - - - - -
- - - - 10,0 23,0
- 7,0 0,5
24,0 - - - 5,0-6,0 0,6 10,0
- 66,0 - - - 0,3
11,0
48,0-55,0
phosphate
-
2,0
0,5
1,0-3,0
-
18,0-21,0 13,0-16,0 10,0-11,0 12,0 15,0 13,0 16,0 45,0-46,0 30,0-40,0 28,0-32,0 21,0-38,0 17,0
46,0-54,0 20,0-39,0 34,0-37,0 - - - - - - - 13,0-42,0 43,0-44,0
- - - - - 44,0 - - - - - -
- - - - 34,0 0,5 - - - - - -
- - - - - 0,5 - - - - - -
- 3,0-14,0 - 26,0 - 0,2 - - 6,0-11,0 - - -
- - - - - 1,2 0,6 - - - - -
Ammonium sulfate Ammonia lỏng khan Ammonium chloriide Ammonium nitrate Ammonium nitrate sulfate Ammonium nitrate với vôi Superphosphat ammoniumhóa Monoammonium MAP Diammonium phosphate DAP Ammonium phosphate – sulfate Ammonium polyphosphate DD Ammonium thiosulfate DD Calcium nitrate Potassium nitrate Sodium nitrate Urea Urea- sulfate Urea-ammonium nitrate DD Urea-ammonium phosphate Urea phosphate
NH3 lỏng khan
NH3: 82%N, NH3 có thể tồn tại ở các trạng thái khí, lỏng
và rắn. NH3 lỏng khan có hòa tan cao, hút nước mạnh
Ammonim nitrate (NH4NO3)
• Phân NH4NO3 chứa 30 – 40 % N • Thành phần NO3
- trong phân NH4NO3 dễ dàng
hữu dụng đối với cây trồng
• Là tinh thể muối kết tinh màu vàng xám, dễ tan, dễ chảy nước, dễ vón cục nên khó bảo quản. • Phương pháp thông dụng sản xuất ammonium nitrate là tổng hợp từ ammoniac và acid nitric
• NH3 + HNO3 NH4NO3
NH4NO3 có một số khuyết điểm sau
Hút nước khá mạnh và phải cẩn thận để
chống sự đóng cục và sự thoái hóa về tính chất vật lý của phân khi tồn trữ và sử dụng.
+.
• Có một số nguy cơ cháy hay
Có hiệu quả thấp ở đất lúa nước so với phân urea và các loại phân NH4
+.
• Có nguy cơ bị rửa trôi và phản N hóa
mạnh hơn là các sản phẩm NH4
Ammonium Sulfate (NH4)2SO4
• Chứa 21 % N, còn gọi là phân SA, • Có dạng tinh thể, mịn màu trắng hoặc
xám xanh, có mùi amoniac, vị mặn và hơi chua.
• Được sản xuất bằng sự trung hòa acid
nitric và acid sulfuric với NH3.
Các ưu điểm chính
• khả năng hút ẩm thấp,dễ tan trong nước, ít vón
cục và ổn định về mặt hóa học.
• Là nguồn N và S tốt. • Khuyết điểm là N tương đối thấp 19 – 21 % N : 23 – 24 %S và thường quá đắt để sử dụng như là một loại phân N, S.
• Khi bón phân SA cho cây con cần thận trọng vì
phân SA có thể làm cây con bị cháy lá.
• Là loại phân sinh lý chua
Ammonium Phosphate
• Monoammonium Phosphate (NH4H2PO4)
11% N & 48% P2O5
• Diammonium Phosphate (NH4)2HPO4
18% N & 46% P2O5
Ammonium chloride (NH4Cl)
Thường chứa 24 – 26 % N, dạng tinh thể mịn, màu trắng hoặc vàng ngà, dễ trong nước, ít hút ẩm, ít vón cục.
được sản xuất theo phương pháp trung hòa trực tiếp NH3 với HCl ( phương pháp Dow chemical)
• NH3 + HCl NH4Cl
Urea (NH2)2CO: 46 % N
• Các phương pháp sản xuất urea
2 NH3 + CO2 NH2CO2NH4 NH2CO2NH4 CO(NH2)2 + H2O • ( điều kiện: t từ 180 – 210 oC, áp suất từ
140 – 250 at, thời gian 20 -30 phút)
Biuret
• Các ảnh hưởng có hại của biuret, một tạp chất thường ảnh hưởng đến sự nẩy mầm và sự sinh trưởng của cây con với 1 nồng độ thấp.
• Nồng độ của biuret NH2-CO-NH-CO-NH2 là mối quan tâm đặc biệt đối với phân urea vì tính độc của chúng đối với thực vật.
• Mức độ 2% biuret có thể được chấp nhận trong
hầu hết các chương trình về phân bón.
-
Các loại phân N đạm NO3
• NaNO3 chứa 16 % N, Phần lớn các phân này có nguồn gốc trong các mỏ lớn ở vùng ven biển Chile
KNO3 Ca(NO3)2
Các hợp chất N chậm hữu dụng
Các chất có khả năng hòa tan trong nước
thấp và phải trải qua sự phân hủy hóa học hay vi sinh học để giải phóng N cho cây trồng.
Sự nitrate hóa và các chất ức chế urease.
urea-formaldehids hay còn gọi là urea-
forms. Chúng là sản phẩm rắn, màu trắng, không mùi chứa khoảng 38 %N, được sản xuất từ phản ứng của urea với formaldehide với sự hiện diện của chất xúc tác.
• Urea bọc lưu huỳnh (SCU)
Các chất ức chế sự nitrate hóa và urea • 1) Phải không độc đối với cây trồng, các vi sinh vật đất
- bằng cách
•
+ thành NO3
• •
•
khác, cá và động vật có vú; (2) Ngăn chặn sự biến đổi NH4 ức chế chuyên biệt sự sinh trưởng hay hoạt động của Nitrosomonas; (3) Không cản trở sự chuyển hóa NO2 của Nitrobacter; (4) Có khả năng di chuyển cùng với phân bón để phân bố đều trong đất; (5) Có khả năng duy trì các tác động ức chế trong thời gian từ vài tuần đến vài tháng; (6) Phải tương đối rẻ tiền.
•
BÀI 2 LÂN VÀ PHÂN LÂN
Lân trong dung dịch đất
- và
• Phần lớn lân được cây trồng hấp thu ở
2-) 2-) 2-)
2-) • pH= 7,2 (H2PO4 • pH> 7,2 (H2PO4 • pH<7,2 (H2PO4
- = HPO4 - < HPO4 - > HPO4
dạng ion orthophosphate (H2PO4 HPO4
Phân Lân
Cây hấp thu Lân
Dư thừa thực vật
Lân trong dung dịch
Lân hữu cơ không hữu dụng
Lân trong cơ thể VSV
Khoáng lân nguyên sinh và thứ sinh
Lân vô cơ hữu dụng
Lân hữu cơ hữu dụng
Lân hữu cơ trong đất
• Sự tuần hoàn của lân hữu cơ trong đất
Sự khoáng hóa
-, HPO2-)
Lân hữu cơ lân vô cơ (H2PO4
Sự cố định sinh học
Lân vô cơ trong đất
• Khả năng hòa tan của các khoáng P sơ
sinh và thứ sinh
• Các yếu tố ảnh hưởng đến sự cố định
lân trong đất – Tính chất và hàm lượng các khoáng trong
đất – pH đất
Một số điểm cần lưu ý trong việc quản lý phân lân
• thời gian hữu dụng của phân lân đối với cây trồng sau khi bón phân (có thể vài tháng thậm chí vài năm)
• Cách bón phân lân là biện pháp kỹ thuật
quan trọng
Các Loại Phân Lân
• Các nguồn phân lân • Công thức tổng quát của RP tinh khiết là
Ca10(PO4)6(X)2, với X có thể là F, OH- hay Cl.
• Việt Nam có một quặng apatite ở Lào Cai, nhưng hàm lượng lân trong apatite ở Lào cai không đồng đều, biến động từ 15 – 40% P2O5
Dạng lân
Tên phân / công thức
N
S
Nồng độ lân (%) P2O5
K2O
viết Tên tắt thường dùng RP
25 – 40
Orthophosphate
lân hữu % dụng so với lân tổng số 14 - 65
phosphate;
đơn
phosphate
SSP
16 – 22
11 – 22 Orthophosphate
97 -100
phosphate
TSP . CSP
kép
48 - 53 44 - 53
1 – 1,5
Orthophosphate Orthophosphate
100 97 – 100
MAP
11 -13 48 – 62
0 – 2
Orthophosphate
100
DAP
18 -21 46 – 53
0 - 2
Orthophosphate
100
APP
10 -15 35 – 62
100
21 -34 16 – 42
100
UAP, UAPP
Trộn lẫn poly và orthophosphate Trộn lẫn poly và orthophosphate
phosphate
NP
14 -29 14 – 28 0 – 20
Orthophosphate
80 – 100
2 – 5
14 – 21
9 – 11
Orthophosphate
97 – 100
4 – 6
44 – 53
0 - 1
Orthophosphate
96 - 100
51
35
Orthophosphate
100
Đá [Ca3(PO4)2]3CaF2. CaCO3(Ca(OH)2)3 Super Ca(H3PO4)2 Phosphoric acid H3PO4 Super Ca(H2PO4)2 Ammonium phosphate Monoammonium phosphate NH4H2PO4 Diammonium phosphate (NH4)2H2PO4 Ammonium polyphosohate (NH4)3HP2O7 + NH4H2PO4 Urea- ammonium phosphate NH4H2PO4.(NH4)3HP2O7 Nitric CaHPO4.NH4H2PO4 Super phosphate đơn được ammonium hóa NH4H2PO4.CaHPO4 Super phosphate kép được ammonium hóa CaHPO4.NH4H2PO4 Potassium phosphate Monopotassium phosphate KH2PO4 Dipotassium
phosphate
41
54
Orthophosphate
100
1 Đá phosphate (apatite nghiền )
• RP còn chứa khoảng 11,5 đến 17,5 % lân
tổng số (27 – 41% P2O5)
Ammonium phospate
• Được sản xuất bởi phản ứng của H3PO4 với
NH3.
• Monoammonium phosphate (MAP) chứa 11 – 13 % N và 21 – 24 % P (48 – 55 % P2O5) tuy nhiên, nồng độ phổ biến của MAP là 11 – 22 – 0, (11 – 52 – 0).
• Diammonium phosphate (DAP) chứa 18 – 21 % N và 20 – 23 % P (46 – 52 % P2O5), nồng độ phổ biến là 18 – 20 – 0 (18 – 46 – 0).
Potassium phosphate
• Potassium phosphate gồm 2 loại muối
chính, KH2PO4 với nồng độ là 0-52-35 (22 % P, 29 % K) và K2HPO4 với nồng độ là 0- 41- 54 (18 % P, 45 % K).
• Chúng hoàn toàn tan trong nước, có nồng
độ các chất dinh dưỡng cao
Phân lân sinh học
• Vi khuẩn Phosphobacterins đã được bón
vào đất để làm tăng sự hấp thu lân
Nấm cộng sinh với rễ
Epidermis
(a)
Cortex
100 m
Mantle (fungal sheath)
a
Endodermis
Fungal hyphae between cortical cells
Mantle (fungal sheath)
(colorized SEM)
Epidermis
Cortex
(b)
10 m
Cortical cells
Endodermis
2
Vesicle
Fungal hyphae
Casparian strip
Arbuscules
Root hair
(LM, stained specimen)
Figure 37.12b
Nội dung chú ý về phân lân
• Ảnh hưởng của phân lân chậm và kéo dài trong nhiều năm, vụ đầu bón lân thường không có ảnh hưởng nổi bậc.
• Đối với đất lúa nước các dạng lân cây đều sử dụng được, phân lân có ảnh hưởng rõ rệt đến năng suất và phẩm chất của cây trồng.
• ở những vùng đất có độ phì tự nhiên thấp bón lân có hiệu lực rõ hơn đất có độ phì tự nhiên cao.
• Cây họ đậu rất mẫn cảm với các loại phân lân và có khả năng hấp thu các loại phân lân khó tiêu như apatite, phosphoric…
• Bón lân dễ tiêu lâu ngày cần chú ý bổ
sung thêm kẽm cho đất.
BÀI 3: KALI VÀ PHÂN KALI
Hàm lượng kali trong đất
Kali hiện diện với hàm lượng tương đối lớn trong hầu hết các loại đất, trung bình khoảng 1,9 %
Các khoáng được xem là nguồn gốc chính của kali trong đất là feldspars orthoclase và microline (KSi3O8) muscovite (KAl3Si3O10(OH)2) biotite (K(Mg,Fe)3AlSiO10(OH)2) và phlogopite (KMg2Al2Si3O10(OH)2).
The potassium cycle
The Potassium Cycle
Loss from soil
Input to soil
Component
Crop harvest
Animal manures and biosolids
Plant residues
Mineral fertilizers
Runoff and erosion
Plant uptake
Exchangeable potassium
Soil solution potassium (K+)
Fixed potassium
Leaching
Mineral potassium
Modified from the Potash & Phosphate Institute web site at www.ppi-ppic.org
Các dạng kali trong đất
– khoáng, 5.000 – 25.000 ppm; – không trao đổi (cố định hay khó hữu dụng) 50
• Kali trong đất hiện diện ở 4 dạng,
– 750 ppm; trao đổi, 40 – 600 ppm; – và trong dung dịch: 1 – 10 ppm.
•
Sự tiêu thụ xa xỉ kali của cây trồng
Sự mất kali do rửa trôi
Các yếu tố của cây trồng ảnh hưởng đến sự hữu dụng của kali
• CEC của rễ • Hệ thống rễ và cây trồng • Giống cây trồng • Mật độ cây trồng và khoảng cách trồng • Mức độ năng suất • Yếu tố thời gian
Các Loại Phân Kali
4-.
• Các mỏ muối kali hòa tan, Trong thực tế
3- và P2O7
2-, PO4
tất cả các loại phân kali đều hòa tan trong nước. Chúng chủ yếu kết hợp với Cl-, SO4
Potassium Chloride (KCl)
• KCl có chứa 50 - 52 % K (60 – 63 % K2O) có màu sắc khác nhau về mặt nông học giữa các sản phẩm này.
• Sản phẩm màu trắng và hồng thường phổ
biến hơn trên thị trường phân bón.
Potassium Sulfate (K2SO4)
• Là loại phân màu trắng có chứa 42-44% K
(50-53% K2O) và 17% S.
•
Potassium Nitrate (KNO3)
• KNO3 chứa 13 % N và 37 % K (44 %
K2O). Về mặt nông học đây là loại phân có chứa cả đạm và kali.
Giá trị nông học của các loại phân kali
• Các nguyên tố đi kèm trong phân như S, Mg, Cl, và Na có tầm quan trọng về mặt nông học trên một số loại đất, cây trồng. • Thuốc lá là loại cây trồng rất mẩn cảm với
lượng Cl- cao.
Trong một số vùng trồng khoai tây, khoai lang và cam quít, không nên bón Cl- với hàm lượng cao
Phân chậm tan
• Sự lựa chọn phân woodace, Nurseryace hay IB-S1 là tùy theo trước hết thời gian của vụ mùa của cây trồng. Trong trường hợp cây trồng có vụ mùa liên tiếp như Thanh long, dâu tằm, cây chè v.v... thì có thể chọn phân Nurseryace có hiệu lực 8- 12 tháng sẽ tiết kiệm được công bón hơn so với IB-S1 có hiệu lực khoảng 4 tháng. Trong trường hợp cây lâu năm như xoài, ổi, bưỡi có thể chọn Woodace v.v...
