CH NG 7 ƯƠ
CÁC NGUYÊN T DINH D NG VÀ PHÂN BÓN VI L NG ƯỠ ƯỢ
BÀI 1: CÁC NGUYÊN T DINH D NG VÀ ƯỠ
PHÂN BÓN VI L NGƯỢ
I. Các nguyên t vi l ng trong đt ượ
Cũng nh v i b t k m t ch t dinh d ng cây tr ng khác, kh năng h u d ng điư ưỡ
v i cây tr ng c a các nguyên t vi l ng cũng ch u nh h ng b i nhi u y u t c a đt. ượ ưở ế
Trong các y u t c a đt, ế pH dung d ch đt và hàm l ng ch t h u c trong đt có t m ượ ơ
nh h ng r t quan tr ng đn kh năng h u d ng c a các ch t dinh d ng nói chung và ưở ế ưỡ
các nguyên t vi l ng nói riêng ượ . Các ti n trình có liên quan đn s phong hóa các tinhế ế
khóang trong đt hay s phân gi i các d th a h u c , và s h p thu các cation vi l ng ư ơ ượ
c a cây tr ng đc trình bày t ng quát trong hình sau. Trong đó các ph c ch t (hay chelate) ư
d ng hòa tan đc ti t ra t r cây ho c đc hình thành t quá trình phân gi i các d ượ ế ượ ư
th a h u c , nên làm gia tăng t c đ v n chuy n các nguyên t vi l ng t đt đn b ơ ượ ế
m t r . S hi u bi t c a chúng ta còn h n ch v các ti n trình h p thu dinh d ng c a ế ế ế ưỡ
cây tr ng, ví d nh các ph c ch t b phá v và s gi i phóng nguyên t vi l ng nh th ư ượ ư ế
nào ngay th i đi m chúng đc r cây h p thu. Ngoài ra, dòng ch y kh i l ng và khu ch ượ ượ ế
tán là đng l c chính t o nên s di chuy n c a các ion vi l ng t dung d ch đt đn r ượ ế
cây tr ng chúng ta cũng ch a th t s hi u rõ. ư
II Các nguyên t dinh d ng vi l ng ư ượ
2.1 S t (Fe)
Fe chi m kho ng 5 % v qu đt và là nguyên t có hàm l ng cao th 4 trongế ượ
th ch quy n. Các khóang Fe nguyên sinh và th sinh th ng hi n di n trong đt là ườ olivene
[(Mg,Fe)2SiO4], pyrite (FeS), siderite (FeCO3), hematite (Fe2O3), goethite (FeOOH),
magnetite (Fe2O4), và limonite [FeO(OH).nH2O + Fe2O3.nH2O. Hàm l ng Fe trong đt r tượ
bi n thiên, có th t p trung v i hàm l ng r t cao ho c v i m t hàm l ng r t th p trongế ượ ượ
quá trình phát tri n c a đt; n ng đ Fe trong đt bi n đng t 0,7 55 %. Ph n l n Fe ế
trong đt hi n di n trong các khóang nguyên sinh, khoáng sét, các khoáng oxides, và
hydroxides.
S thi u Fe trong cây tr ng đã x y ra nhi u n i trên th gi i. S thi u Fe th ng ế ơ ế ế ườ
x y ra đi v i các lo i cây m n c m v i s thi u Fe tr ng trên đt có pH cao. S thi u Fe ế ế
cũng th ng x y ra trên các lo i cây ăn qu tr ng trên đt ki m có hàm l ng Ca cao, trênườ ượ
c đt cát, hay h u c . S thi u Fe cũng x y ra trên m t s lo i đt có hàm l ng Mn h u ơ ế ượ
d ng cao.
2.1.1 Các d ng Fe trong đt
Fe hi n di n d i 4 d ng chính trong đt: ướ (1) Fe trong các khoáng nguyên sinh và
th sinh, (2) Fe h p ph b m t, (3) Fe h u c , và Fe trong dung d ch. ơ Chu trình c a Fe
trong đt t ng t v i chu k các nguyên t vi l ng khác trong đt và s đc trình bày ươ ượ ượ
trong bài này. Nghiên c u các m i quan h và đng thái gi a các d ng này là đi u r t c n
1
thi t đ có bi n pháp qu n lý nh m h n ch s thi u Fe trong cây tr ng trên các lo i đtế ế ế
thi u Fe.ế
a. Fe trong dung d ch đt
Fe hi n di n trong dung d ch đt ch y u là d ng Fe(OH) ế 2+, m c dù các d ng Fe
th y phân khác cũng góp ph n đáng k vào t ng l ng Fe trong dung d ch đt. So v i các ượ
cation khác trong đt, n ng đ Fe trong dung d ch đt r t th p. Trên các lo i đt oxi hóa
(thoáng khí cao), tiêu n c t t, n ng đ Feướ 2+ th p h n so v i Fe ơ 3+ trong dung d ch đt.
Ph ng trình sau đây di n t m i quan h ph thu c vào pH đi v i Feươ 3+:
Fe(OH)3(đt) + 3H+ Fe3+ + 3H2O
Khi pH tăng 1 đn v , n ng đ Feơ 3+ gi m 1.000 l n. Nh ng n ng đ Fe ư 2+ ch gi m
100 l n khi tăng 1 đn v pH, t ng t tính ch t c a các cation kim lo i hóa tr 2 khác. ơ ươ
Kh năng hòa tan c a các khóang Fe trong đt r t ch m, kho ng 10 -6 đn 10ế-24 Mole
Fe3+ trong dung d ch, kh năng hòa tan ph thu c r t l n vào pH. Khoáng đc g i là “Fe ượ
trong đt” tiêu bi u là m t k t t a Fe(OH) ế 3 vô đnh hình, có th đây là h p ch t chính ki m
soát n ng đ Fe trong dung d ch c a h u h t các lo i đt. ế
Các quan h gi a các d ng khác nhau c a các nguyên t vi l ng Fe, Zn, Cu, và Mn trong ượ
đt. Ph n ng 1 và 2: s h p thu và th i ra c a th c v t; ph n ng 3 và 4: s h p ph và
gi i phóng b m t; ph n ng 5 và 6: s k t t a và hòa tan; và ph n ng 7 và 8: s khóang ế
hóa và h p thu sinh h c. T t c các quá trình này t ng tác v i nhau đ ki m soát n ng đ ươ
Fe, Zn, Cu, và Mn trong dung d ch đt.
Các ph n ng oxi hóa kh , th ng d n đn s thay đi hàm l ng O ườ ế ượ 2 trong đt, và
nh h ng r t l n đn hàm l ng Fe hòa tan trong dung d ch đt. D ng Fe ưở ế ượ 3+ không hòa tan
chi m u th trong đt thóat th y t t, ng c l i hàm l ng Feế ư ế ượ ượ 2+ hòa tan tăng khi đt b
ng p n c. Thông th ng khi tr s ướ ườ redox gi m, kh năng hòa tan c a Fe 2+ s tăng (tăng
10 l n khi gi m 1 đn v pe + pH), ơ pe + pH là 1 thu t ng dùng đ đnh l ng hóa tình ượ
tr ng oxi hóa kh c a đt.
2
S h p thu dinh d ng ưỡ
c a cây tr ng
Ch t h u c và vi ơ
sinh v t
Trao đi và h p th
b m t
Các khoáng và k tế
t a
Dung
d ch đt
7
6 5
4
3
2
1
8
Trong ph m vi pH bình th ng c a đt, t ng hàm l ng Fe trong dung d ch th ng ườ ượ ườ
không đáp ng đ nhu c u Fe c a cây tr ng, ngay c trên đt chua là lo i đt ít x y ra s
thi u Fe h n so v i đt có pH cao và đt đá vôi. Nh ng c n nh là trong đt luôn có các cế ơ ư ơ
ch khác làm tăng s h u d ng c a Fe đi v i cây tr ng; n u không có các c ch này câyế ế ơ ế
tr ng s b thi u Fe trên h u h t các lo i đt. ế ế
b. Các chelates
Đng thái c a chelate
Nhi u h p ch t h u c t nhiên hi n di n trong đt, hay các h p ch t t ng h p ơ
nhân t o đc bón vào đt có kh năng t o ph c hay t o chelate v i Fe và các nguyên t vi ượ
l ng kim lo i khác. ượ N ng đ Fe trong dung d ch và hàm l ng Fe đc v n chuy n đn ượ ượ ế
r b ng dòng ch y kh i l ng và khu ch tán có th gia tăng đáng k thông qua s t o ượ ế
ph c c a Fe v i các h p ch t t o chelate h u c t nhiên trong đt. T c đ khu ch tán ơ ế
c a Fe đn r cây cao l ng gia tăng do n ng đ Fe hòa tan cao. ế ươ
Chelate là t có ngu n g c ti ng Hy l p, có nghĩa là bám vào. Chelate là các h p ế
ch t h u c hòa tan t o n i hóa h c v i các kim lo i nh Fe, Zn, Cu, và Mn, làm tăng kh ơ ư
năng hòa tan và di chuy n nên làm tăng kh năng cung c p các nguyên t kim lo i cho r
cây tr ng. Các chelate h u c t nhiên là s n ph m c a các ho t đng vi sinh v t và s ơ
phân gi i ch t h u c và các d th a th c v t trong đt . Các ch t đc ti t ra t r th c ơ ư ượ ế
v t cũng có kh năng t o ph c v i các nguyên t vi l ng. ượ
Có m t hàm l ng đáng k các ph c Fe h u c có th đc luân chuy n thông qua ượ ơ ượ
d th a th c v t, Fe trong d th a này s kéo dài s h u d ng cho cây tr ng v sau. R tư ư
nhi u chelate h u c t nhiên ch a đc xác đnh, tuy nhiên các h p ch t nh citric và ơ ư ượ ư
oxalic acids đc xác đnh là có tính ch t c a 1 chelate. ượ
Đng thái c a chelate làm tăng kh năng hòa tan và v n chuy n c a các nguyên t vi
l ng đc gi i thích nh sau: trong th i đi m r đang h p thu, n ng đ c a chelate Feượ ượ ư
hay c a các nguyên t vi l ng khác trong dung d ch luôn cao h n n ng đ c a chúng t i ượ ơ
b m t r ; vì v y chelate Fe s đc khu ch tán đn b m t r do chênh l ch n ng đ. ượ ế ế
b m t r , n i hóa h c c a chelate đc phá v hay Fe ượ 3+ s phân ly t các chelate do m t
c ch nào đó chúng ta ch a hi u rõ. Sau khi Fe phân ly t chelate, thành ph n h u c sơ ế ư ơ
tr nên “t do” (chúng ta s g i là chelate t do) và s khu ch tán tr l i vào dung d ch đt ế
cũng do s chênh l ch v n ng đ (n ng đ chelate t do g n r > chelate t do trong
dung d ch đt). Các chelate t do sau đó s l i t o ph c v i các ion Fe khác trong dung
d ch. Khi n ng đ Fe 3+ không t o chelate trong dung d ch gi m do s t o chelate, Fe s
đc gi i phóng t các b m t khoáng nguyên sinh, th sinh hay do khoáng sét phân ly đượ
tái cung c p Fe cho dung d ch. Chu trình chelate-vi l ng là m t c ch c c k quan tr ngượ ơ ế
trong đt góp ph n r t l n t o nên s h u d ng c a Fe và các nguyên t vi l ng khác đi ượ
v i cây tr ng.
Tính n đnh c a chelate t ng h p
Trong đt, các chelate t ng h p khi đc bón vào s có tính ch t t ng t nh các ượ ươ ư
chelate h u c t nhiên, và các chelate t ng h p đc dùng s n xu t phân bón vi l ng và ơ ượ ượ
phân tích các nguyên t vi l ng trong đt. Vì v y, vi c nghiên c u tính ch t hóa h c c a ượ
chelate là vi c r t quan tr ng đ qu n lý t t các nguyên t vi l ng trong đt. Các chelate ượ
quan tr ng dùng trong nông nghi p đc li t kê trong b ng sau. ượ S l a ch n chelate nào
đ làm phân bón hay phân tích đt ph thu c vào (1) lo i nguyên t vi l ng và (2) tính ượ
b n c a các chelate trong đt.
Khi m t chelate t ng h p hay t nhiên đc bón vào đt, chúng nhanh chóng t o ượ
ph c v i các cation hi n di n trong dung d ch đt. Ví d , 2 acid h u c t nhiên là citric và ơ
oxalic acid, s t o ph c v i Al 3+ pH th p, nh ng khi pH tăng lên > 5 - 6, Ca ư 2+ và/hay Mg2+
3
s đc t o ph c d dàng h n so v i Al ượ ơ 3+. Chú ý là citric acid không có hi u qu trong s
t o ph c v i Fe trong dung d ch . DTPA và EDTA d dàng t o chelate v i Fe pH<7 và
pH<6,5 t ng ng, ng c l i khi pH l n h n các giá tr này, Ca s thay th Fe trong c haiươ ượ ơ ế
chelate trên. Vì v y, trên đt đá vôi và đt trung tính, Ca s chi m u th trong các chelate ế ư ế
t ng h p ngo i tr đi v i EDDHA. Chelate EDDHA có c ng đ t o ph c r t m nh v i ườ
Fe và b n v ng trong m t ph m vi pH r ng. T k t qu này, nên Fe-EDDHA đc dùng ế ư
t o chelate v i Fe và làm phân bón Fe ph bi n do ái l c c a EDDHA đi v i Fe r t m nh. ế
Ví d , khi bón Fe-EDTA, Fe-DTPA, và Fe-EDDHA vào đt, chelate EDDHA cung c p Fe
cho cây nhi u h n các chelate khác. ơ
B ng 7.1 Công th c hóa h c c a 1 s chelate t nhiên và t ng h p ph bi n ế
Các chelate ph bi n ế Công th cVi t t tế
Ethylenediaminetetraacetic acid C10H16O8N2EDTA
Diethylenetriaminepentaacetic acid C14H23O10N3DTPA
Cyclohexanediaminetetraacetic acid C14H22O8N2CDTA
Ethylenediaminedi-o-hydroxyphenlyacetic acid C18H20O6N2EDDHA
Hydroxyethylenediaminetriacetic acid C10H18O7N2HEDTA
Nitrilotriacetic acid C6H9O6N NTA
Ethylene glycol bis(2-aminoethyl ether)tetraacetic
acid
C14H24O10N2EGTA
Citric acid C6H8O7CIT
Oxalic acid C2H2O4OX
Pyrophosphoric acid H4P2O7P2O7
Triphosphoric acid H5P3O10 P3O10
2.1.2 Các y u t nh h ng đn kh năng h u d ng c a Feế ưở ế
Nguyên nhân gây ra s thi u Fe c a cây tr ng tr c tiên có liên quan đn Fe t ng s ế ướ ế
trong đt th p. Nh đã th o lu n, do kh năng hòa tan các khoáng Fe trong đt th p d n ư
đn n ng đ Fe trong dung d ch r t th p.ế
pH đt, Bicarbonate và Carbonate trong đt
S thi u Fe th ng g p trên đt đá vôi và đt có pH cao trong vùng khô h n, nh ng ế ườ ư
cũng có th x y ra trên đt chua có hàm l ng Fe t ng s th p. N c t i có ch a ượ ướ ướ
bicarbonate HCO3- cũng có th làm gia tăng s thi u Fe, có th là do có s tích lũy HCO ế 3-
làm pH cao. pH c a h u h t các lo i đt có ch a CaCO ế 3 th ng n m trong kho ng 7,3 - ườ
8,5, trùng h p v i t l thi u Fe l n nh t và kh năng hòa tan c a Fe trong đt th p nh t. ế
Ion bicarbonate cũng có th đc hình thành trên đt đá vôi do ph n ng sau: ượ
CaCO3 + CO2 + H2O Ca2+ + 2HCO3-
4
M c dù ch có s hi n di n c a vôi không đ y u t đ gây ra s thi u Fe, nh ng ế ế ư
s t ng tác c a chúng v i m t s đi u ki n môi tr ng l i có quan h v i s thi u Fe. ươ ườ ế
nh h ng c a n c và đ thoáng khí ưở ướ
Ph n ng nêu trên s gia tăng do s tích lũy CO 2 trong các lo i đt ng p n c hay ướ
thoát th y kém. Nên đt đá vôi, có c u trúc n ng, và b nén ch t s có ti m năng thi u Fe ế
cao. B nh vàng lá do thi u Fe th ng đi đôi v i th i ti t l nh, m a, m đ đt cao và đ ế ườ ế ư
thoáng khí c a đt kém.
Trong tr ng h p đt ng p n c nh ng không có s hình thành HCOườ ướ ư 3-, kh năng
h u d ng c a Fe có th đc c i thi n do s gia tăng n ng đ Fe ượ 2+ khi đt b ng p n c. ướ
Trong th c t đt phát tri n trên đá basalt có th hình thành n ng đ Fe ế 2+ r t cao, đn m c ế
đ gây đc trong dung d ch đt.
M c dù s thi u Fe do bón vôi v i li u l ng cao th ng x y ra trên đt m t, ế ượ ườ ướ
nh ng đt đá vôi vùng bán khô h n có hàm l ng ch t h u c th p cũng th ng có l ngư ượ ơ ườ ượ
Fe h u d ng cho cây th p. Đc bi t đi u này th ng x y ra trên các ph n đt b xói mòn ườ
n i l p đt giàu h u c đã b m t đi, ph i bày t ng đt đá vôi ra ngoài. Xây d ng b , kênhơ ơ ơ
trên đng ru ng cũng có th ph i bày lên trên m t t ng đt đá vôi bên d i có hàm l ng ơ ướ ượ
Fe th p.
Ch t h u c ơ
Đt thoát th y t t khi bón ch t h u c có th c i thi n kh năng h u d ng c a Fe. ơ
Các ch t h u c nh phân chu ng có th cung c p các ch t t o chelate giúp duy trì kh ơ ư
năng hòa tan c a các nguyên t vi l ng. Bón phân h u c cho đt có sa c u m n s đc ượ ơ ượ
c i thi n c u trúc đng th i làm gia tăng kh năng h u d ng c a Fe do đ thoáng khí c a
đt đc c i thi n t t h n. Tuy nhiên, khi bón phân h u c có th tr nên b t l i do n ng ượ ơ ơ
đ CO2 cao và k t h p v i HCOế 3- đc hình thành do s ho t đng m nh c a vi sinh v t.ượ
S hi n di n c a ch t h u c có th làm tăng kh năng hòa tan c a Fe ơ 2+ trong đt
ng p n c. T c đ kh Fe tăng r t nhanh do bón các ch t h u c , th i gian ng p n c ư ơ ướ
càng kéo dài hàm l ng Fe hòa tan và trao đi càng tăng.ượ
S t ng tác v i các ch t dinh d ng khác ươ ưỡ
Các cation kim lo i có th đi kháng v i Fe, gây ra s thi u Fe trên cây tr ng. S ế
thi u Fe có th x y ra do s tích lũy Cu sau khi bón nhi u phân có ch a Cu. D a Hawaii ế
có bi u hi n vàng lá do thi u Fe khi tr ng trên đt có hàm l ng Mn cao, và các cây khác ế ượ
tr ng trên đt hình thành t đá serpentine cũng có bi u hi n thi u Fe do th a Ni. S thi u ế ế
Fe trên đu nành cũng x y ra do t l Fe/(Cu+Mn) trong cây th p. Ngoài s thi u Fe do ế
th a Cu, Mn, Zn, và Mo, s thi u Fe cũng có th do P cao trong 1 s cây tr ng, hi n t ng ế ượ
này có th có quan h đn s k t t a c a các khoáng Fe-P, vì v y cây tr ng cũng có th ế ế
ch u đc đt có hàm l ng Fe th p khi hàm l ng P cũng th p. ượ ượ ượ
Cây tr ng đc cung c p v i NO ượ 3- có th d x y ra thi u Fe so v i cây dinh d ng ế ưỡ
b ng NH4+. Vì m t anion có tính chua m nh nh NO ư 3- đc h p thu và đc thay th b ngượ ượ ế
1 acid y u (HCOế3-), nên pH vùng r tăng, đc bi t là đi v i đt có tính đm th p, và làm
gi m s h u d ng c a Fe. Vì v y, kh năng hòa tan và h u d ng c a Fe đc s gia tăng ượ
do đ chua hình thành khi cây tr ng h p thu NH 4+.
S thi u K hay Zn có th nh h ng đn s v n chuy n Fe bên trong cây. Khi ế ưở ế
thi u 1 trong 2 y u t dinh d ng này s gây ra s tích lũy Fe trong thân b p.ế ế ưỡ
Các y u t cây tr ngế
M c dù có s khu ch tán c a c hai d ng Fe ế 2+ và Fe3+ t đt đn r cây, nh ng ế ư
Fe3+ th ng b kh thành Feườ 2+ tr c khi đc r cây h p thu. Kh năng h p thu Fe khác ướ ượ
nhau tùy thu c vào gi ng cây tr ng. M t s cây có th n m trong nhi u c p phân lo i do
5