CH NG 5ƯƠ
CÁC NGUYÊN T DINH D NG VÀ PHÂN BÓN ĐA L NG ƯỠ ƯỢ
BÀI 1: ĐM TRONG ĐT VÀ CÁC LO I PHÂN BÓN CÓ CH A ĐM
I Đm Trong T Nhiên
1 Chu k ch t đm trong t nhiên
Đm là ch t dinh d ng r t quan tr ng và th ng b thi u h t trong s n xu t cây tr ng, ưỡ ườ ế
vì v y h u h t các h th ng cây tr ng tr cây h đu đu ph i đc bón phân đm. Nghiên c u ế ượ
v tr ng thái và tính ch t c a đm trong đt là vi c r t c n thi t đ nâng cao năng su t trong ế
s n xu t nông nghi p, đng th i gi m thi u tác đng x u c a phân đm đn môi tr ng. ế ườ
Hi n nay, có r t nhi u ngu n phân bón đc dùng đ cung c p đm cho cây tr ng. Ngoài ượ
phân đm vô c đc s n xu t t các nhà máy công nghi p, phân đm h u c t các lo i phân ơ ượ ơ
gia súc và ch t th i khác và t s c đnh đm b i các cây h đu đu có th cung c p đm cho
cây tr ng.
Ngu n nguyên li u N ch y u đc dùng đ s n xu t phân bón đm là khí N ế ượ 2 trong khí
quy n, khí này chi m 75 % th tích khí quy n, và đm h u c trong các lo i phân h u c . Th c ế ơ ơ
v t b c cao không th đng hóa N 2 thành protein tr c ti p đc, đm d ng khí ph i đc bi n ế ượ ượ ế
đi thành các d ng khác h u d ng cho cây tr ng. S chuy n hóa đm t d ng khí sang d ng
đm h u d ng cho th c v t có th th c hi n b ng m t trong nh ng con đng sau: ườ
C đnh b i các vi sinh v t c ng sinh trên r các cây h đu và trên m t s th c v t khác.
C đnh b i các vi sinh v t s ng t do hay không c ng sinh.
C đnh đm d ng khí thành các oxide b i s phóng đi n trong không khí.
C đnh đm N 2 thành NH3, NO3-, hay CN22- b i công nghi p s n xu t phân đm t ng
h p.
Hình 5.1 Chu k đm trong t nhiên
S luân chuy n đm trong khí quy n là m t s cân b ng đng, trong đó nh ng d ng đm
khác nhau đc c đnh trong đt. Cùng lúc v i quá trình c đnh đm Nượ 2 cũng s có r t nhi u
ti n trình hóa h c và sinh h c gi i phóng đm tr l i khí quy n. Chu k c a đm trong h th ngế
đt cây tr ng khí quy n liên quan đn r t nhi u quá trình chuy n hóa c a các d ng đm vô c ế ơ
và h u c . Trong chu k đm ta c n ph i hi u rõ hai ph n quan tr ng là đu vào và đu ra c a ơ
đm, hay s thu nh p và m t đi c a đm trong đt. Ngo i tr phân đm công nghi p, t t c s
chuy n hóa này đu x y ra trong t nhiên, con ng i cũng có tác đng r t l n đn quá trình ườ ế
chuy n hóa này thông qua các ho t đng qu n lý đt và cây tr ng. M c đích ph n này là nêu lên
1
chu k hóa h c và sinh v t h c c a đm trong t nhiên; ch y u là trong đt và các tác đng hay ế
qu n lý c a con ng i nh m đt năng su t cây tr ng m t cách t i h o và h n ch t i đa tác h i ườ ế
c a phân đm đi v i môi tr ng. ườ
2 Quá trình c đnh trong t nhiên
2.1 S c đnh đm b i vi khu n c ng sinh
Trong l ch s nông nghi p, các cây h đu và phân súc v t là ngu n cung c p đm chính cho cây
tr ng. T nh ng năm 1940, giá tr c a các ch t h u c này b gi m d n do gia tăng s n xu t và ơ
s d ng đm t ng h p có giá thành r và có ph n ng nhanh v i cây tr ng. Tuy nhiên đm h u
c v n còn là ngu n đm quan tr ng nhi u n c.ơ ướ
2.1.1 L ng đm đc c đnh do s c ng sinhượ ư
Ng i ta c đoán, hàng năm trên đa c u t ng l ng đm Nườ ướ ượ 2 đc c đnh sinh h c 100ượ
175.106 t n, trong đó kho ng 90.10 6 t n đc c đnh b i vi khu n ượ Rhizobia. S s d ng phân
bón đm t ng h p trên th gi i là 77,1.10 ế 6 t n trong năm 1977.
L ng đm N đc c đnh b i các cây h đu có n t s n chi m kho ng 75% t ngượ ượ ế
l ng đm s d ng b i cây tr ng.ượ
2.1.2 Các sinh v t có liên quan đn s c đnh đm ế
L ng đm c đnh đc b i các cây h đu khác nhau. S c đnh đm b i ph n l nượ ượ
các cây h đu đa niên bi n đng t 100 200 kg/ ha/năm, nh ng trong nh ng đi u ki n t i ế ư
h o, l ng đm c đnh có th đt g p 2 – 3 l n giá tr này. Các cây h đu ng n ngày có th ượ
c đnh đc ượ 10 – 20 kg/ha/năm.
Hình 5.2 Vi khu n Rhizobium
Có r t nhi u ch ng Rhizobium hi n di n trong đt, m i ch ng yêu c u cây ch riêng
bi t. Ví d , vi khu n c ng sinh v i cây đu nành s không c đnh N v i c alfalfa. H t gi ng
c a cây h đu đc khuy n cáo nên ch ng v i các vi khu n thích h p tr c khi gieo cho các ượ ế ướ
vùng l n đu tiên tr ng các lo i cây h đu m i. Ví d , s c đnh đm c a c alfalfa tăng 40%
khi ch ng vi khu n và các dòng alfalfa thích h p.
S hi n di n c a các n t s n trên r cây h đu không ph i luôn luôn h u hi u. Các n t
s n tr ng thành h u hi u c a alfalfa th ng to, có màu h ng hay đ trung tâm n t s n. Màu ưở ườ
đ là do đc tính c a ch t leghemoblobin và màu này ch ng t nh ng t bào n t s n này có ch a ế
rhizobia và đang ho t đng c đnh N 2. Nh ng n t s n vô hi u th ng nh (đng kính< 2 mm), ườ ườ
th ng chi m s l ng nhi u phân b r i rác trên toàn b h th ng r , trong m t s tr ng h pườ ế ượ ườ
các n t s n vô hi u có kích th c l n và s l ng ít. trung tâm n t s n này th ng có màu ướ ượ ườ
xanh hay tr ng.
2.1.3 S s d ng đm trong cây h đu đi v i cây tr ng khác
2
Năng su t c a các cây tr ng khác th ng tăng khi chúng đc tr ng ngay sau v tr ng ườ ượ
các cây h đu. M t s nguyên nhân là do có liên quan đn l ng đm h u d ng c a đt đc ế ượ ượ
c i thi n, m c dù cũng có nh ng nh h ng do luân canh có th làm tăng năng su t. Có r t ưở
nhi u nghiên c u đng ru ng đã đc thi t l p đ đánh giá s h u d ng c a đm trong cây h ượ ế
đu đn các cây tr ng khác trong v sau. Thông th ng, khi tr ng b p sau v đu nành thì nhu ế ườ
c u đm cho năng su t t i h o th ng th p h n nhu c u đm khi tr ng hai v b p liên t c. S ườ ơ
khác nhau này có s đóng góp c a đm h u d ng t cây tr ng h đu nh b p tr ng sau đu ư
nành. Các k t qu này minh ch ng m nh m r ng l i ích c a s luân canh cây h đu và m t sế
l i ích khác là do m c đ h u d ng c a đm trong đt tăng lên.
L ng đm h u d ng do c đnh sinh h c trong h th ng ph thu c vào các y u t sau: ượ ế
L ng đm đc c đnh.ượ ượ
L ng và lo i d th a c a cây h đu đc vùi trong đt.ượ ư ượ
L ng đm h u d ng trong đt đi v i cây h đu.ượ
S qu n lý khi thu ho ch.
S d ng đm trong cây phân xanh c a cây tr ng v sau cũng bi n đi r t cao. M c đ ế
h u d ng c a đm trong d th a cây h đu đi v i cây tr ng v sau bi n thiên t 20 50 %. ư ế
S h u d ng c a đm trong cây h đu đn các cây tr ng xen ch a đc nghiên c u nhi u, ế ư ượ
m t l ng nh các amino acid và các h p ch t đm h u c khác có th đc ti t ra t r cây h ượ ơ ượ ế
đu. S phân gi i sinh h c c a r ch t và n t s n cũng đóng góp m t ph n đm cho cây tr ng ế
đc tr ng cùng v i cây h đu. Trong m t s đi u ki n, l ng đm đc c đnh và s h uượ ượ ượ
d ng c a đm c a cây h đu th ng không đ cho nhu c u c a cây tr ng sau đó, nên c n thi t ườ ế
ph i bón thêm phân đm cho c hai lo i cây tr ng, cây h đu và cây tr ng khác đt năng su t
t i h o.
Đ s d ng đm trong cây h đu c a các cây tr ng khác, s khoáng hóa đm c a cây
h đu yêu c u x y ra cùng lúc v i th i gian cây tr ng s d ng đm. S khoáng hóa đm trong
cây h đu b i các vi sinh v t đt đc ki m soát b i khí h u, s khoáng hóa này tăng khi nhi t ượ
đ và đ m thích h p. Nh ng th i k h p thu đm c a các cây tr ng có th khác nhau, ph ư
thu c vào lo i cây tr ng. Vì v y, đ các cây tr ng khác s d ng t i đa đm c a cây h đu, s
h p thu ph i đng th i v i s khoáng hóa đm. Do đó, đ qu n lý đm c a cây h đu hi u
qu c n ph i ch n cây tr ng thích h p trong h th ng luân canh.
2.1.4 Bón phân đm cho cây h đu
S c đnh đm t i đa ch x y ra khi đm h u d ng trong đt m c t i thi u. S ho t
đng c a Rhizobium gi m khi cây h đu đc bón phân vô c . Tuy nhiên, đôi khi ng i ta ượ ơ ườ
khuy n cáo bón lót ru ng m t l ng đm nh đ đm b o cho cây con c a cây h đu đ đmế ượ
cho đn khi Rhizobia c ng sinh trong r . Bón phân đm cũng có l i cho cây h đu khi s ho tế
đng c a Rhizobia b h n ch do nh ng đi u ki n th i ti t kh c nghi t nh l nh, m t. ế ế ư ướ
Trong đi u ki n này s c đnh đm c a các cây th ng th p và nên bón phân đm cho cây. ườ
2.2 Các y u t nh h ng đn s c đnh đm c a vi khu n c ng sinhế ưở ế
Các y u t quan tr ng nh t nh h ng đn l ng đm c đnh b i Rhizobia là pH đt,ế ưở ế ượ
dinh d ng khoáng trong đt, ho t đng quang h p, khí h u, và s qu n lý cây h đu. B t cưỡ
s kh ng ho ng nào trong cây h đu gây ra b i các y u t này cũng có th làm gi m nghiêm ế
tr ng năng su t c a cây h đu và m c đ h u d ng c a đm đi v i cây tr ng sau.
pH đt, đ chua c a đt là y u t chính h n ch s t n t i và sinh tr ng c a Rhizobia ế ế ưở
trong đt và có th nh h ng nghiêm tr ng đn s hình thành n t s n và ti n trình c đnh ưở ế ế
đm. Rhizobia và r c a cây h đu có th b t n th ng b i đ chua do liên quan đn đ đc ươ ế
Al3+, Mn2+, và H+ trong đt, cũng nh m c đ h u d ng c a Ca ư 2+, H2PO4- th p. S m n c m c a
các loài Rhizobia đn đ chua c a đt khác nhau r t đáng k . pH < 6,0 làm gi m nghiêm tr ngế
s l ng Rhizobium melilote trong vùng r c a alfalfa, m c đ hình thành n t s n và năng su t ượ
3
c a alfalfa, trong khi đó pH kho ng 5,0 7 ch có nh h ng r t ít đn R. trifoli và cây h đu ưở ế
ch y u là c ba lá. ế
Bón vôi cho đt chua là m t bi n pháp c i thi n pH cho các cây h đu c ng sinh v i
Rhizobium. Đi v i nh ng n i không có ngu n vôi có th thay đi ph ng pháp tr ng cây h ơ ươ
đu, b ng cách ch ng các vi khu n vào trong h t hay s d ng các ch ng thích ng v i đt chua.
Tình tr ng dinh d ng khoáng trong các lo i đt, các lo i đt chua thi u Ca ưỡ ế 2+, H2PO4- có
th h n ch s sinh tr ng c a Rhizobia; nh ng s thi u h t các ch t dinh d ng khoáng khác ế ưở ư ế ưỡ
ít khi làm gi m s c đnh đm. S c đnh đm trong n t s n cây yêu c u nhi u Mo h n cây ơ
ch , vì v y Mo là y u t vi l ng r t quan tr ng đi v i các cây c đnh đm. S b t đu hình ế ượ
thành và phát tri n c a n t s n có th b nh h ng do thi u các nguyên t Co, B, Fe và Cu. S ưở ế
khác nhau trong m n c m c a các ch ng Rhizobium đn s thi u các ch t dinh d ng. N ng đ ế ế ưỡ
NO3- cao trong đt có th làm gi m s ho t đng c a enzym nitrogenase và vì v y làm gi m s
c đnh đm. Các n t s n b m t màu h ng khi trong đt có hàm l ng NO ượ 3- cao. Ngoài ra s
gi m c đnh đm cũng có liên quan đn s c nh tranh trong s d ng các s n ph m quang h p ế
gi a quá trình kh NO 3- và các ph n ng c đnh đm.
Quang h p và khí h u, t c đ hình thành các s n ph m quang h p có liên quan m nh m
đn s gia tăng c đnh đm b i vi khu n Rhizobia. Nh ng y u t làm gi m t c đ quang h pế ế
cũng đng th i làm gi m s c đnh đm. Các y u t này bao g m c ng đ ánh sáng gi m, ế ườ
thi u n c và nhi t đ th p.ế ướ
Ph ng pháp qu n lý cây h đu, thông th ng b t c bi n pháp k thu t nào làm gi mươ ườ
năng su t c a cây h đu s làm gi m l ng đm đc c đnh b i cây h đu. Nh ng bi n ượ ượ
pháp k thu t này bao g m vi c qu n lý n c và ch t dinh d ng, c d i côn trùng, b nh và thu ướ ưỡ
ho ch. K thu t thu ho ch th ng khác nhau r t nhi u gi a các khu v c, chu k thu ho ch quá ườ
ng n, quá s m ho c quá tr đu có th làm gi m năng su t c a cây h đu và l ng đm c ượ
đnh.
2.3 S c đnh đm b i các cây g và cây b i thu c h đu
S c đnh đm b i các cây g và cây b i thu c cây h đu r t quan tr ng trong h sinh
thái r ng nhi t đi và á nhi t đi, và cho các h th ng nông lâm k t h p trong các qu c gia đang ế
phát tri n. Nhi u cây h đu c đnh đc l ng đm đáng k . Ví d , Mimosa, Acaica, b k t ượ ượ ế
đen, và ba loài cây h đu l y g là Gliricidia sepium, Leucaena leucocephala, Sesbania
biosbinosa đã đc dùng làm cây phân xanh trên nh ng h th ng cây tr ng v i lúa là cây tr ngượ
chính.
S c đnh đm c a các th c v t khác. M t s cây khác đc phân b r ng rãi cũng có ượ
kh năng c đnh đm b i c ch t ng t nh cây h đu và Rhizobia c ng sinh. M t s h ơ ế ươ ư
th c v t sau đây có mang n t s n trên r và c đnh đc đm. Betulaceae, Elaegnaceae, ượ
Myricaceae, Coriariaceae, Rhamnaceae và Casurinaceae. Phi lao và Ceanothus là hai loài đc tìmượ
th y ph bi n trong các vùng r ng Tây B c Thái Bình D ng, có th đóng góp m t ph n đm ế ươ
đáng k vào h sinh thái đây. Frankia, m t lo i x khu n và vi sinh v t tham gia trong quá trình
c đnh đm b i các cây l y g không thu c h đu này.
2.4 S c đnh đm b i các vi sinh v t không c ng sinh trong đt
S c đnh đm trong đt cũng có th đc ti n hành b i m t s ch ng vi khu n s ng ượ ế
t do và các lo i t o l c lam.
2.4.1 T o
4
Hình 5.3 T o lam và bèo hoa dâu
Các lo i t o l c lam là nh ng sinh v t hoàn toàn t d ng có nhu c u ánh sáng, n c, ưỡ ướ
N2, CO2, và các nguyên t khoáng c n thi t khác. S l ng các loài này trong đt ng p n c cao ế ượ ướ
h n nhi u so v i các vùng đt khô. Vì c n ánh sáng, cho nên chúng ch góp m t ph n nh đmơ
cho đt cây tr ng c n sau khi cây tr ng đã giao tán. Trong sa m c hay các vùng bán khô h n, t o
l c lam hay rong rêu ch a t o s b t đu ho t đng sau vài c n m a và c đnh l ng đm ơ ư ượ
đáng k trong th i gian ho t đng r t ng n c a chúng. S c đnh đm c a t o l c lam r t có ý
nghĩa v m t kinh t trong các vùng khí h u nóng, đc bi t trên các vùng đt nhi t đi, đm tr ế
nên h u d ng cho các sinh v t khác b i t o l c lam có th khá quan tr ng trong các giai đo n
đu c a s hình thành đt.
Có m t quan h c ng sinh đáng chú ý gi a Anabaena azola (m t lo i t o l c- lam) và
Azolla (bèo hoa dâu) trong sông h nhi t đi và ôn đi. T o l c lam đnh v trong khoang lá c a
bèo hoa dâu nên đc b o v ch ng l i các đi u ki n bên ngoài và có kh năng cung c p t t cượ
đm c n thi t cho cây ch . M t đc đi m quan tr ng c a t h p này là bèo hoa dâu có b m t ế
thu nh n ánh sáng r t l n, đây là m t đc đi m gi i h n kh năng c đnh đm c a t o lam
s ng t do.
Vi sinh v t Beijerinckia, hi n di n trong h u h t các vùng nhi t đi, s ng trên b m t lá ế
c a nhi u lo i cây nhi t đi và c đnh đm trên nh ng lá này thay vì ho t đng trong đt.
khu v c Đông Nam Á, Azolla đc s d ng làm phân xanh hàng th k nay trên các ượ ế
vùng canh tác lúa n c, cũng nh làm th c ăn cho gia súc, hay làm các lo i phân bón h n h pướ ư
bón cho các lo i cây tr ng khác, và cũng đc s d ng nh là m t bi n pháp di t c d i. Khi s ượ ư
d ng làm phân xanh bèo hoa dâu cung c p 50 60 kg N/ hecta làm tăng năng su t lúa đáng k so
v i ru ng lúa không bón phân.
2.4.2 Vi khu n liên k t c đnh đm ế
M t s vi khu n c đnh đm có th sinh tr ng trên b m t r và trong m t s tr ng ưở ườ
h p có th sinh tr ng ngay trong mô r c a b p, c , kê, lúa, cao l ng, lúa mì và r t nhi u lo i ưở ươ
th c v t b c cao khác. Azospirillum brasilense là lo i vi khu n c đnh đm đc xác đnh. Tiêm ượ
ch ng Azospirillum brasilense cho cây ngũ c c c i thi n đc s sinh tr ng và dinh d ng ượ ưở ưỡ
đm, m c dù ph n ng c a s ch ng này bi n đng r t cao. M t s y u t có th làm gia tăng ế ế
s h p thu ch t dinh d ng c a cây tr ng là kh năng th m c a r đc thay đi nh ng ho t ưỡ ượ
đng c a hormon và tăng c ng s kh NO ườ 3- trong r . Đi v i ch ng Azotobacter và
Clostridium có th cung c p t i đa 5 kg N/ hecta; vì v y nh ng sinh v t không c ng sinh này có
giá tr r t th p đi v i s h u d ng c a đm trong n n nông nghi p thâm canh.
2.5 S b sung đm tr c ti p t khí quy n vào đt ế
Các h p ch t đm trong khí quy n đc tr l i cho đt theo m a, d i các d ng NH ượ ư ướ 3,
NO3-, NO2-, N2O; và đm h u c , đm d ng ammonia chi m m t l ng l n các khu công ơ ế ượ
5