Bài giảng Phân bón và độ phì - Chương 7: Các nguyên tố dinh dưỡng và phân bón vi lượng

Chia sẻ: Vi Đinh | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:32

Thêm vào BST

Báo xấu

136
lượt xem 31
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Các nguyên tố vi lượng trong đất, các nguyên tố vi lượng trong đất là những nội dung chính trong bài giảng "Phân bón và độ phì - Chương 7: Các nguyên tố dinh dưỡng và phân bón vi lượng". Mời các bạn cùng tham khảo.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Phân bón và độ phì - Chương 7: Các nguyên tố dinh dưỡng và phân bón vi lượng

CHƯƠNG 7 CÁC NGUYÊN TỐ DINH DƯỠNG VÀ PHÂN BÓN VI LƯỢNG BÀI 1: CÁC NGUYÊN TỐ DINH DƯỠNG VÀ PHÂN BÓN VI LƯỢNG I. Các nguyên tố vi lượng trong đất Cũng như với bất kỳ một chất dinh dưỡng cây trồng khác, khả năng hữu dụng đối với cây trồng của các nguyên tố vi lượng cũng chịu ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố của đất. Trong các yếu tố của đất, pH dung dịch đất và hàm lượng chất hữu cơ trong đất có tầm ảnh hưởng rất quan trọng đến khả năng hữu dụng của các chất dinh dưỡng nói chung và các nguyên tố vi lượng nói riêng. Các tiến trình có liên quan đến sự phong hóa các tinh khóang trong đất hay sự phân giải các dư thừa hữu cơ, và sự hấp thu các cation vi lượng của cây trồng được trình bày tổng quát trong hình sau. Trong đó các phức chất (hay chelate) dạng hòa tan được tiết ra từ rễ cây hoặc được hình thành từ quá trình phân giải các dư thừa hữu cơ, nên làm gia tăng tốc độ vận chuyển các nguyên tố vi lượng từ đất đến bề mặt rễ. Sự hiểu biết của chúng ta còn hạn chế về các tiến trình hấp thu dinh dưỡng của cây trồng, ví dụ như các phức chất bị phá vỡ và sự giải phóng nguyên tố vi lượng như thế nào ngay thời điểm chúng được rễ cây hấp thu. Ngoài ra, dòng chảy khối lượng và khuếch tán là động lực chính tạo nên sự di chuyển của các ion vi lượng từ dung dịch đất đến rễ cây trồng chúng ta cũng chưa thật sự hiểu rõ. II Các nguyên tố dinh dưỡng vi lượng 2.1 Sắt (Fe) Fe chiếm khoảng 5 % vỏ quả đất và là nguyên tố có hàm lượng cao thứ 4 trong thạch quyển. Các khóang Fe nguyên sinh và thứ sinh thường hiện diện trong đất là olivene [(Mg,Fe)2SiO4], pyrite (FeS), siderite (FeCO3), hematite (Fe2O3), goethite (FeOOH), magnetite (Fe2O4), và limonite [FeO(OH).nH2O + Fe2O3.nH2O. Hàm lượng Fe trong đất rất biến thiên, có thể tập trung với hàm lượng rất cao hoặc với một hàm lượng rất thấp trong quá trình phát triển của đất; nồng độ Fe trong đất biến động từ 0,7 – 55 %. Phần lớn Fe trong đất hiện diện trong các khóang nguyên sinh, khoáng sét, các khoáng oxides, và hydroxides. Sự thiếu Fe trong cây trồng đã xảy ra nhiều nơi trên thế giới. Sự thiếu Fe thường xảy ra đối với các loại cây mẫn cảm với sự thiếu Fe trồng trên đất có pH cao. Sự thiếu Fe cũng thường xảy ra trên các loại cây ăn quả trồng trên đất kiềm có hàm lượng Ca cao, trên cả đất cát, hay hữu cơ. Sự thiếu Fe cũng xảy ra trên một số loại đất có hàm lượng Mn hữu dụng cao. 2.1.1 Các dạng Fe trong đất Fe hiện diện dưới 4 dạng chính trong đất: (1) Fe trong các khoáng nguyên sinh và thứ sinh, (2) Fe hấp phụ bề mặt, (3) Fe hữu cơ, và Fe trong dung dịch. Chu trình của Fe trong đất tương tự với chu kỳ các nguyên tố vi lượng khác trong đất và sẽ được trình bày trong bài này. Nghiên cứu các mối quan hệ và động thái giữa các dạng này là điều rất cần 1
thiết để có biện pháp quản lý nhằm hạn chế sự thiếu Fe trong cây trồng trên các loại đất thiếu Fe. a. Fe trong dung dịch đất Fe hiện diện trong dung dịch đất chủ yếu là dạng Fe(OH)2+, mặc dù các dạng Fe thủy phân khác cũng góp phần đáng kể vào tổng lượng Fe trong dung dịch đất. So với các cation khác trong đất, nồng độ Fe trong dung dịch đất rất thấp. Trên các loại đất oxi hóa (thoáng khí cao), tiêu nước tốt, nồng độ Fe2+ thấp hơn so với Fe3+ trong dung dịch đất. Phương trình sau đây diễn tả mối quan hệ phụ thuộc vào pH đối với Fe3+: Fe(OH)3(đất) + 3H+ Fe3+ + 3H2O Khi pH tăng 1 đơn vị, nồng độ Fe3+ giảm 1.000 lần. Nhưng nồng độ Fe2+ chỉ giảm 100 lần khi tăng 1 đơn vị pH, tương tự tính chất của các cation kim loại hóa trị 2 khác. Khả năng hòa tan của các khóang Fe trong đất rất chậm, khoảng 106 đến 1024 Mole Fe3+ trong dung dịch, khả năng hòa tan phụ thuộc rất lớn vào pH. Khoáng được gọi là “Fe trong đất” tiêu biểu là một kết tủa Fe(OH)3 vô định hình, có thể đây là hợp chất chính kiểm soát nồng độ Fe trong dung dịch của hầu hết các loại đất. Sự hấp thu dinh dưỡng của cây trồng 2 1 8 Dung 3 Chất hữu cơ và vi Trao đổi và hấp thụ sinh vật dịch đất bề mặt 7 4 6 5 Các khoáng và kết tủa Các quan hệ giữa các dạng khác nhau của các nguyên tố vi lượng Fe, Zn, Cu, và Mn trong đất. Phản ứng 1 và 2: sự hấp thu và thải ra của thực vật; phản ứng 3 và 4: sự hấp phụ và giải phóng bề mặt; phản ứng 5 và 6: sự kết tủa và hòa tan; và phản ứng 7 và 8: sự khóang hóa và hấp thu sinh học. Tất cả các quá trình này tương tác với nhau để kiểm soát nồng độ Fe, Zn, Cu, và Mn trong dung dịch đất. Các phản ứng oxi hóa khử, thường dẫn đến sự thay đổi hàm lượng O2 trong đất, và ảnh hưởng rất lớn đến hàm lượng Fe hòa tan trong dung dịch đất. Dạng Fe 3+ không hòa tan chiếm ưu thế trong đất thóat thủy tốt, ngược lại hàm lượng Fe2+ hòa tan tăng khi đất bị ngập nước. Thông thường khi trị số redox giảm, khả năng hòa tan của Fe2+ sẽ tăng (tăng 10 lần khi giảm 1 đơn vị pe + pH), pe + pH là 1 thuật ngữ dùng để định lượng hóa tình trạng oxi hóa khử của đất. 2
Trong phạm vi pH bình thường của đất, tổng hàm lượng Fe trong dung dịch thường không đáp ứng đủ nhu cầu Fe của cây trồng, ngay cả trên đất chua là loại đất ít xảy ra sự thiếu Fe hơn so với đất có pH cao và đất đá vôi. Nhưng cần nhớ là trong đất luôn có các cơ chế khác làm tăng sự hữu dụng của Fe đối với cây trồng; nếu không có các cơ chế này cây trồng sẽ bị thiếu Fe trên hầu hết các loại đất. b. Các chelates Động thái của chelate Nhiều hợp chất hữu cơ tự nhiên hiện diện trong đất, hay các hợp chất tổng hợp nhân tạo được bón vào đất có khả năng tạo phức hay tạo chelate với Fe và các nguyên tố vi lượng kim loại khác. Nồng độ Fe trong dung dịch và hàm lượng Fe được vận chuyển đến rễ bằng dòng chảy khối lượng và khuếch tán có thể gia tăng đáng kể thông qua sự tạo phức của Fe với các hợp chất tạo chelate hữu cơ tự nhiên trong đất. Tốc độ khuếch tán của Fe đến rễ cây cao lương gia tăng do nồng độ Fe hòa tan cao. Chelate là từ có nguồn gốc tiếng Hy lạp, có nghĩa là bám vào. Chelate là các hợp chất hữu cơ hòa tan tạo nối hóa học với các kim loại như Fe, Zn, Cu, và Mn, làm tăng khả năng hòa tan và di chuyển nên làm tăng khả năng cung cấp các nguyên tố kim loại cho rễ cây trồng. Các chelate hữu cơ tự nhiên là sản phẩm của các hoạt động vi sinh vật và sự phân giải chất hữu cơ và các dư thừa thực vật trong đất . Các chất được tiết ra từ rễ thực vật cũng có khả năng tạo phức với các nguyên tố vi lượng. Có một hàm lượng đáng kể các phức Fe hữu cơ có thể được luân chuyển thông qua dư thừa thực vật, Fe trong dư thừa này sẽ kéo dài sự hữu dụng cho cây trồng về sau. Rất nhiều chelate hữu cơ tự nhiên chưa được xác định, tuy nhiên các hợp chất như citric và oxalic acids được xác định là có tính chất của 1 chelate. Động thái của chelate làm tăng khả năng hòa tan và vận chuyển của các nguyên tố vi lượng được giải thích như sau: trong thời điểm rễ đang hấp thu, nồng độ của chelate Fe hay của các nguyên tố vi lượng khác trong dung dịch luôn cao hơn nồng độ của chúng tại bề mặt rễ; vì vậy chelate Fe sẽ được khuếch tán đến bề mặt rễ do chênh lệch nồng độ. Ở bề mặt rễ, nối hóa học của chelate được phá vỡ hay Fe 3+ sẽ phân ly từ các chelate do một cơ chế nào đó chúng ta chưa hiểu rõ. Sau khi Fe phân ly từ chelate, thành phần hữu cơ sẽ trở nên “tự do” (chúng ta sẽ gọi là chelate tự do) và sẽ khuếch tán trở lại vào dung dịch đất cũng do sự chênh lệch về nồng độ (nồng độ chelate tự do gần rễ > chelate tự do trong dung dịch đất). Các chelate tự do sau đó sẽ lại tạo phức với các ion Fe khác trong dung dịch. Khi nồng độ Fe3+ không tạo chelate trong dung dịch giảm do sự tạo chelate, Fe sẽ được giải phóng từ các bề mặt khoáng nguyên sinh, thứ sinh hay do khoáng sét phân ly để tái cung cấp Fe cho dung dịch. Chu trình chelatevi lượng là một cơ chế cực kỳ quan trọng trong đất góp phần rất lớn tạo nên sự hữu dụng của Fe và các nguyên tố vi lượng khác đối với cây trồng. Tính ổn định của chelate tổng hợp Trong đất, các chelate tổng hợp khi được bón vào sẽ có tính chất tương tự như các chelate hữu cơ tự nhiên, và các chelate tổng hợp được dùng sản xuất phân bón vi lượng và phân tích các nguyên tố vi lượng trong đất. Vì vậy, việc nghiên cứu tính chất hóa học của chelate là việc rất quan trọng để quản lý tốt các nguyên tố vi lượng trong đất. Các chelate quan trọng dùng trong nông nghiệp được liệt kê trong bảng sau. Sự lựa chọn chelate nào để làm phân bón hay phân tích đất phụ thuộc vào (1) loại nguyên tố vi lượng và (2) tính bền của các chelate trong đất. Khi một chelate tổng hợp hay tự nhiên được bón vào đất, chúng nhanh chóng tạo phức với các cation hiện diện trong dung dịch đất. Ví dụ, 2 acid hữu cơ tự nhiên là citric và oxalic acid, sẽ tạo phức với Al3+ ở pH thấp, nhưng khi pH tăng lên > 5 6, Ca2+ và/hay Mg2+ 3
sẽ được tạo phức dễ dàng hơn so với Al3+. Chú ý là citric acid không có hiệu quả trong sự tạo phức với Fe trong dung dịch . DTPA và EDTA dễ dàng tạo chelate với Fe ở pH
Mặc dù chỉ có sự hiện diện của vôi không đủ yếu tố để gây ra sự thiếu Fe, nhưng sự tương tác của chúng với một số điều kiện môi trường lại có quan hệ với sự thiếu Fe. Ảnh hưởng của nước và độ thoáng khí Phản ứng nêu trên sẽ gia tăng do sự tích lũy CO2 trong các loại đất ngập nước hay thoát thủy kém. Nên đất đá vôi, có cấu trúc nặng, và bị nén chặt sẽ có tiềm năng thiếu Fe cao. Bệnh vàng lá do thiếu Fe thường đi đôi với thời tiết lạnh, mưa, ẩm độ đất cao và độ thoáng khí của đất kém. Trong trường hợp đất ngập nước nhưng không có sự hình thành HCO3, khả năng hữu dụng của Fe có thể được cải thiện do sự gia tăng nồng độ Fe2+ khi đất bị ngập nước. Trong thực tế đất phát triển trên đá basalt có thể hình thành nồng độ Fe2+ rất cao, đến mức độ gây độc trong dung dịch đất. Mặc dù sự thiếu Fe do bón vôi với liều lượng cao thường xảy ra trên đất ẩm ướt, nhưng đất đá vôi vùng bán khô hạn có hàm lượng chất hữu cơ thấp cũng thường có lượng Fe hữu dụng cho cây thấp. Đặc biệt điều này thường xảy ra trên các phần đất bị xói mòn nơi lớp đất giàu hữu cơ đã bị mất đi, phơi bày tầng đất đá vôi ra ngoài. Xây dựng bờ, kênh trên đồng ruộng cũng có thể phơi bày lên trên mặt tầng đất đá vôi bên dưới có hàm lượng Fe thấp. Chất hữu cơ Đất thoát thủy tốt khi bón chất hữu cơ có thể cải thiện khả năng hữu dụng của Fe. Các chất hữu cơ như phân chuồng có thể cung cấp các chất tạo chelate giúp duy trì khả năng hòa tan của các nguyên tố vi lượng. Bón phân hữu cơ cho đất có sa cấu mịn sẽ được cải thiện cấu trúc đồng thời làm gia tăng khả năng hữu dụng của Fe do độ thoáng khí của đất được cải thiện tốt hơn. Tuy nhiên, khi bón phân hữu cơ có thể trở nên bất lợi do nồng độ CO2 cao và kết hợp với HCO3 được hình thành do sự hoạt động mạnh của vi sinh vật. Sự hiện diện của chất hữu cơ có thể làm tăng khả năng hòa tan của Fe 2+ trong đất ngập nước. Tốc độ khử Fe tăng rất nhanh do bón các chất hữu cơ, thời gian ngập nước càng kéo dài hàm lượng Fe hòa tan và trao đổi càng tăng. Sự tương tác với các chất dinh dưỡng khác Các cation kim loại có thể đối kháng với Fe, gây ra sự thiếu Fe trên cây trồng. Sự thiếu Fe có thể xảy ra do sự tích lũy Cu sau khi bón nhiều phân có chứa Cu. Dứa ở Hawaii có biểu hiện vàng lá do thiếu Fe khi trồng trên đất có hàm lượng Mn cao, và các cây khác trồng trên đất hình thành từ đá serpentine cũng có biểu hiện thiếu Fe do thừa Ni. Sự thiếu Fe trên đậu nành cũng xảy ra do tỉ lệ Fe/(Cu+Mn) trong cây thấp. Ngoài sự thiếu Fe do thừa Cu, Mn, Zn, và Mo, sự thiếu Fe cũng có thể do P cao trong 1 số cây trồng, hiện tượng này có thể có quan hệ đến sự kết tủa của các khoáng FeP, vì vậy cây trồng cũng có thể chịu được đất có hàm lượng Fe thấp khi hàm lượng P cũng thấp. Cây trồng được cung cấp với NO3 có thể dễ xảy ra thiếu Fe so với cây dinh dưỡng bằng NH4+. Vì một anion có tính chua mạnh như NO 3 được hấp thu và được thay thế bằng 1 acid yếu (HCO3), nên pH vùng rễ tăng, đặc biệt là đối với đất có tính đệm thấp, và làm giảm sự hữu dụng của Fe. Vì vậy, khả năng hòa tan và hữu dụng của Fe được sẽ gia tăng do độ chua hình thành khi cây trồng hấp thu NH4+. Sự thiếu K hay Zn có thể ảnh hưởng đến sự vận chuyển Fe bên trong cây. Khi thiếu 1 trong 2 yếu tố dinh dưỡng này sẽ gây ra sự tích lũy Fe trong thân bắp. Các yếu tố cây trồng Mặc dù có sự khuếch tán của cả hai dạng Fe2+ và Fe3+ từ đất đến rễ cây, nhưng Fe thường bị khử thành Fe2+ trước khi được rễ cây hấp thu. Khả năng hấp thu Fe khác 3+ nhau tùy thuộc vào giống cây trồng. Một số cây có thể nằm trong nhiều cấp phân loại do 5
sự khác nhau của đất, điều kiện sinh trưởng, và khả năng đáp ứng khác nhau của các giống. Vì vậy nên chọn các giống sử dụng Fe hữu hiệu để trồng trên các loại đất thường xảy ra hiện tượng thiếu Fe. 2.1.3 Phân tích Fe trong đất Ứng dụng các quan hệ giữa chelatenguyên tố vi lượng và tính bền vững của chelate để phân tích các nguyên tố vi lượng trong đất. Khi EDDHA được bón vào đất, 100% EDDHA sẽ tạo phức với Fe phạm vi pH khá rộng của đất. Vì vậy, EDDHA là một chất dùng để trích Fe tốt; tuy nhiên, do FeEDDHA có tính rất bền nên rất ít các nguyên tố vi lượng khác có cơ hội tạo phức được với EDDHA. Mặc dù FeDTPA không bền như Fe EDDHA, nhưng các nguyên tố vi lượng khác (như Zn và Cu) lại khá bền với DTPA, đặc biệt ở pH>7 Nghiên cứu về tính bền của chelate trong đất sẽ cung cấp 1 cơ sở để phát triển việc phân tích Fe, Zn, Cu, và Mn với DTPA, đây là phương pháp dùng phổ biến trong hầu hết các phòng phân tích. Sự tương quan giữa kết quả phân tích đất được trích bằng DTPA với sự sinh trưởng của cây trồng đã được thiết lập, và việc đánh giá tổng quát của các nguyên tố vi lượng được trích bằng DTPA cũng được thiết lập. Trước khi phát hiện các chelate, phần lớn việc phân tích vi lượng trong đất dùng 1 dịch trích acid, thường là HCl. Mặc dù một số phòng thí nghiệm vẫn còn sử dụng dịch trích là acid, nhưng DTPA vẫn được ưa chuộng và phổ biến hơn. Bảng 7.2 Tính mẫn cảm của cây trồng đối với đất có hàm lượng Fe thấp Mẫn cảm Chống chịu trung bình Chống chịu Dây tây Alfalfa Alfalfa Cam quít Lúa mạch Luá mạch Các loại đậu Bắp Bắp Lanh Bông vải Bông vải Cao lương lấy lá Các loại đậu Lanh Các cây ăn quả Các loại peas Họ hòa thảo Nho Rau ăn lá Yến mạch Cao lương hạt Lanh Kê Bạc hà Cây ăn quả Khoai tây Hoa kiểng Cao lương hạt Lúa gạo Đậu phộng Họ hòa thảo Đậu nành Đậu nành Yến mạch Củ cải đường Rau cải Hoa kiểng Lúa mì Lúa gạo Đậu nành Rau cải Lúa mì Khả năng hấp thu và vận chuyển Fe do đặc tính di truyền của cây. Rễ của những cây hấp thu Fe hữu hiệu có thể tiết ra 1 số chất làm thay đổi môi trường để cải thiện khả năng hữu dụng và sự hấp thu Fe. Một số phản ứng sinh hóa và trao đổi làm tăng sự hấp thu hữu hiệu Fe của cây trồng để chống chịu được và thích ứng với sự thiếu Fe như sau: Tiết các ion H+ từ rễ. 6
Tiết các hợp chất khử hay chất tạo chelate từ rễ. Tăng tốc độ khử Fe3+ thành Fe2+ ở rễ . Tăng các acid hữu cơ, đặc biệt là citrate trong nhựa rễ. Vận chuyển nhanh Fe từ rễ lên các bộ phận bên trên. P tích lũy trong rễ và thân thấp, ngay cả khi có sự hiện diện của P với nồng độ cao trong môi trường sinh trưởng. 2.1.4 Các loại phân Fe và sử dụng Bệnh vàng lá do thiếu Fe là một trong những bệnh thiếu dinh dưỡng vi lượng khó trị nhất trên đồng ruộng. Một số chất có chứa Fe được dùng phổ biến để xử lý trong trường hợp thiếu Fe. Bón trực tiếp phân Fe vào đất thường không hiệu quả do sự kết tủa quá nhanh của phân bón thành Fe(OH)3 không hòa tan. Ví dụ, khi FeSO4.7H2O và Fe EDDHA được bón vào đất, chỉ có 20 % FeSO4.7H2O được trích ra được với DTPA sau một tuần, so với 70 % FeEDDHA sau 7 tuần và 26 % sau 14 tuần. Bảng 7.3 Fe, Zn, Cu, và Mn trích bằng DTPA Mức độ Fe(ppm) Zn(ppm) Mn(ppm) Cu(ppm) Thấp (thiếu) 0 2,5 0 - 0,5 1,0 > 1,0 > 0,2 Chữa trị sự thiếu Fe chủ yếu được thực hiện bằng cách phun dung dịch có chứa Fe lên lá. Phun dung dịch 2 % FeSO4 thường đủ cho trường hợp thiếu Fe nhẹ. Tuy nhiên, cần phun nhiều lần cách nhau 714 ngày trong trường hợp cây bị thiếu Fe nghiêm trọng. Tiêm trực tiếp các muối Fe vào thân các cây ăn quả rất có hiệu quả để chữa trị bệnh vàng lá do thiếu Fe. Có thể tiêm ở 200psi (1 psi = 0,069 bar) từ 0,52 lít cho một cây ăn quả với 12 % dung dịch FeSO4. Ngoại trừ FeSO4, phần lớn phân bón có chứa Fe là các chelate. Các chất này đều hòa tan trong nước và có thể bón vào đất hay phun lên lá. Các chelate Fe được sản xuất dưới dạng có tác dụng bảo vệ hạn chế các phản ứng tạo Fe(OH)3 không hòa tan trong đất. Bảng 7.4 Các nguồn phân Fe Nguồn Công thức % Fe (gần đúng) Ferrous sulfate FeSO4.7H2O 19 Ferric sulfate Fe2(SO)4.4H2O 23 Ferrous oxide FeO 77 Ferric oxide Fe2O3 69 Ferrous ammonium Fe(NH4)PO4.H2 29 phosphate O Ferrous ammonium sulfate (NH4)2SO4.FeS 14 O4.6H2O Iron ammonium Fe(NH4)HP2O7 22 polyphosphate Các chelate Fe NaFeEDTA 5-14 NaFeHEDTA 5-9 NaFeEDDHA 6 7
NaFeDTPA 10 Chất hữu cơ tự nhiên 510 Vì FeEDDHA là hợp chất bền nhất trong số các chelate Fe, nên rất được ưa chuộng để dùng làm phân bón, nhưng FeDTPA cũng được sử dụng, đặc biệt là trên đất chua. Nhưng các chelate Fe rất đắt tiền nếu dùng bón vào đất, do đó chỉ nên dùng bón cho các cây trồng có giá trị kinh tế cao. Sự hóa chua cục bộ của một phần vùng rễ có thể ảnh hưởng đến hiệu quả của việc chữa trị bệnh thiếu Fe. Một số loại phân bón có chứa S, như So, ammonium thiosulfate, sulfuric acid, ammonium bisulfite, sulfur dioxide, và ammonium polysulfide, khi bón sẽ làm giảm pH đất và làm tăng nồng độ Fe trong dung dịch. Sự tạo phức với các loại phân polyphosphate cũng làm tăng khả năng hữu dụng của cả hai dạng SO42 và chelate Fe, nhưng mức độ hữu hiệu của FeEDDHA cao hơn FeSO 4 ở cùng liều lượng Fe chứa trong phân. 2.2 Kẽm (Zn) 2.2.1 Hàm lượng Zn trong đất Nồng độ Zn trong thạch quyển trung bình khoảng 80ppm, và trong đất biến thiên từ 10300ppm, trung bình là 50ppm. Hàm lượng Zn trong đá magma khoảng 70ppm, trong các đá trầm tích hàm lượng Zn trong đá phiến sét (shale) nhiều hơn (95ppm) so với đá vôi (limestone)(20ppm). Franklenite (ZnFe2O4), smithsonite (ZnCO3), và willemite (Zn2SiO4) là các khoáng phổ biến có chứa Zn. Khả năng hòa tan của các khoáng Zn tương tự khả năng hòa tan của Zn trong đất. Sự thiếu Zn xảy ra trên cây trồng rất phổ biến trên nhiều loại đất trên thế giới, đặc biệt là đối với lúa cạn ở châu Á. Đất thường thiếu Zn là đất cát chua có hàm lượng Zn tổng số thấp; các loại đất trung tính, kiềm hay đất đá vôi; đất có sa cấu mịn; đất có P hữu dụng cao; một số đất hữu cơ; và các tầng bên dưới của đất bị phơi bày lên trên mặt do xói mòn hay do đào đấp. 2.2.2 Các dạng Zn trong đất Các dạng Zn trong đất bao gồm: Zn2+ trong dung dịch; Zn2+ hấp phụ trên bề mặt các khoáng sét; chất hữu cơ, carbonate, và các khoáng oxides; các phức Zn2+ nguyên sinh; và Zn2+ thay thế Mg trong các mạng lưới tinh thể của các khoáng sét. Sự định danh các thành phần này rất khó, do hàm lượng Zn trong đất quá thấp; tuy nhiên, các mối quan hệ và chu kỳ của các dạng Zn này trong đất tương tự với các mối quan hệ và chu kỳ của Fe. Zn trong dung dịch đất Hàm lượng Zn trong dung dịch đất rất thấp, khoảng 270 ppb, trong đó có hơn ½ lượng Zn trong dung dịch được tạo phức với chất hữu cơ. Một số dạng thủy phân của Zn hiện 2+ diện trong dung dịch với dạng ion Zn 2+ chiếm ưu thế ở pH 7.7, ZnOH + trở nên dạng chiếm ưu thế, cộng với một hàm lượng nhỏ Zn(OH) 2o khi pH > 9,1. Khả năng hòa tan của Zn phụ thuộc rất lớn vào pH và khả năng hòa tan giảm 100 lần khi tăng 1 đơn vị pH. Mối quan hệ này được trình bày theo công thức sau: Đất Zn + 2H+ Zn2+. 8
Trong phạm vi pH từ 5 7, khi tăng 1 đơn vị pH nồng độ Zn trong dung dịch giảm 30 lần. Khuếch tán là cơ chế chủ yếu vận chuyển Zn đến rễ cây trồng. Các chất tạo phức hay chelate do rễ tiết ra/ hay do sự phân giải chất hữu cơ sẽ làm tăng khả năng khuếch tán Zn đến rễ. Khả năng khuếch tán của Zn được chelate hóa thường lớn hơn so với các dạng Zn khác. 2.2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hữu dụng của Zn Khả năng hữu dụng của Zn2+ đối với cây trồng được quyết định bởi các yếu tố như pH, sự hấp phụ trên bề mặt khoáng sét, chất hữu cơ, carbonate, và các khoáng oxides; sự tạo phức bởi chất hữu cơ; sự tương tác với các chất dinh dưỡng khác, và các điều kiện khí hậu. pH đất Khả năng hữu dụng của Zn2+ giảm khi pH tăng. Hầu hết sự thiếu Zn 2+ do pH thường xảy ra trên đất trung tính và đất đá vôi, nhưng không phải tất cả đất này đều biểu hiện sự thiếu Zn do có sự gia tăng khả năng hữu dụng từ sự chelate Zn2+. Ở pH cao, Zn kết tủa thành các dạng Zn trong đất, ZnFe2O4, và/hay ZnSiO4 vô định hình, không hòa tan làm giảm hàm lượng Zn 2+ trong đất. Bón vôi trên đất chua, đặc biệt là đất có hàm lượng Zn thấp, sẽ làm giảm sự hấp thu Zn của cây trồng, do pH cao làm giảm khả năng hòa tan của Zn2+. Sự hấp phụ Zn trên bề mặt của CaCO 3 cũng có thể làm giảm Zn2+ trong dung dịch. Sự hấp phụ Zn 2+ bởi các khoáng sét, các oxide Al, Fe, chất hữu cơ và CaCO3 gia tăng khi pH tăng. Sự hấp phụ Zn Cơ chế hấp phụ Zn2+ trên bề mặt oxide được giải thích như sau: Sự hấp phụ được xem như là một sự giãn rộng bề mặt oxide dẫn đến sự giữ chặt Zn2+ riêng biệt hay không thuận nghịch. Sự hấp phụ không chuyên biệt của Zn2+ cũng có thể xảy ra ở những vị trí Zn2+ được giữ với một lực yếu hơn và có thể được thay thế bởi các cations khác như Ca2+ và Mg2+. Sự hấp phụ Zn2+ bởi các khoáng bentonite, illite, và kaolinite có quan hệ trực tiếp đến CEC của sét. Zn nối thuận nghịch bởi các khoáng sét có thể trao đổi được và vì thế nên có thể được phóng thích vào dung dịch. Sự hấp phụ Zn do carbonate sẽ làm giảm một phần khả năng hữu dụng của Zn2+ trên đất đá vôi. Phân tích đường cong hấp phụ Zn2+ cho thấy hàm lượng CaCO3 là yếu tố chính tạo ra sự hấp phụ Zn. Mặc dù ZnCO3 bị kết tủa ở nồng độ Zn2+ cao, nhưng khả năng hữu dụng của Zn đối với cây trồng có thể sẽ không quá nghiêm trọng do khả năng hòa tan của ZnCO3rất cao trong đất. Zn bị hấp phụ mạnh bởi khoáng magnesite (MgCO3), với mức độ trung bình ở khoáng dolomite [CaMg(CO3)2], và thấp nhất là khoáng calcite (CaCO3). Trong magnesite và dolomite, có thể là Zn bị hấp phụ vào các bề mặt tinh thể ở các vị trí trong mạng lưới được chiếm giữ bởi các nguyên tử Mg. Chất hữu cơ Các dạng Zn2+ ổn định khi tạo phức với các thành phần chất hữu cơ trong đất. Acid humic và fulvic là các thành phần hấp phụ Zn chủ yếu. Có 3 loại phản ứng của chất hữu cơ với Zn và các nguyên tố vi lượng khác được nhận biết: 9
Sự cố định do các hợp chất có trọng lượng phân tử cao như lignin. Hòa tan hóa và di động hóa do các acid và base có chuỗi ngắn. Sự tạo phức do các chất hữu cơ ban đầu hòa tan nhưng sau đó hình thành các muối không hòa tan. Tác động của chất hữu cơ đến Zn2+ phụ thuộc vào các tính chất và hàm lượng của các chất hữu cơ có liên quan. Khi các phản ứng 1 và/hay 3 chiếm ưu thế, khả năng hữu dụng của Zn sẽ bị giảm; điều này xảy ra trong các đất than bùn và đất mùn gley hóa thiếu Zn. Ngược lại, sự hình thành các hợp chất chelate Zn hòa tan sẽ làm tăng khả năng hữu dụng do Zn2+ được giữ trong dung dịch. Các chất hiện diện trong chất hữu cơ hay bắt nguồn từ các chất hữu cơ mới được bón vào đất đều có khả năng tạo chelate với Zn 2+; tuy nhiên, sự gia tăng Zn2+ trong dung dịch không phải luôn luôn gia tăng sự hấp thu Zn bởi cây trồng. Sự tương tác với các chất dinh dưỡng khác Các cations kim loại khác như Cu2+, Fe2+, và Mn2+, làm ức chế sự hấp thu Zn 2+, có thể là do sự cạnh tranh chất mang. Phosphorus Hàm lượng P hữu dụng cao có thể gây ra sự thiếu Zn, phổ biến trong các đất có hàm lượng Zn ở ngưỡng thiếu. Khi cây trồng bị thiếu Zn, khả năng điều chỉnh sự tích lũy P suy giảm nghiệm trọng. Hậu quả là P hấp thu bởi rễ và vận chuyển đến thân với lượng thừa sẽ trở nên độc đối với cây và hình thành các triệu chứng tương tự triệu chứng thiếu Zn, mặc dù nồng độ Zn trong thân lá vẫn ở mức độ đầy đủ. Ảnh hưởng của P hữu dụng cao trong đất đến sự hấp thu Zn của nấm vùng rễ cũng có thể là yếu tố gây nên sự thiếu Zn cho cây trồng. Nấm vùng rễ làm tăng sự hấp thu các nguyên tố vi lượng đối với nhiều loại cây, bón phân P có thể làm giảm sự hấp thu Zn của bắp và đậu nành. Mặc dù Zn được giữ trong đất do các phản ứng kết hợp giữa ZnP, nhưng phản ứng hình thành Zn3(PO4)2.4H2O không phải là nguyên nhân chính gây ra sự thiếu Zn vì khả năng hòa tan của Zn3(PO4)2.4H2O khá cao nên sẽ dễ dàng cung cấp Zn cho cây. Sulfate và Nitrogen Do có tính di động cao nên phức chất ZnSO40 là dạng ion quan trọng trong đất và góp phần làm tăng nồng độ Zn trong dung dịch. Ví dụ, khi bón CaSO 4 cho đất ít chua có thể làm tăng nồng độ Zn và Fe trong cây. Bón phân N làm tăng sự sinh trưởng nên đồng thời làm tăng nhu cầu Zn của cây. Các loại phân N chua sẽ làm tăng sự hấp Zn có trong đất và có trong phân bón. Ngược lại, khi bón các loại phân trung tính và kiềm làm giảm sự hấp thu Zn. Sự ngập nước Sự thiếu Zn đối với lúa nước do có liên quan đến sự gia tăng pH hay do sự hiện diện của CaCO3 khi đất bị ngập nước. Tuy nhiên, hiện tượng thiếu Zn cũng có thể xảy ra trên đất chua do khi đất bị ngập, nồng độ của nhiều chất dinh dưỡng tăng, nhưng Zn không tăng làm mất cân bằng giữa nồng độ Zn và các chất dinh dưỡng khác. Trong đất chua, hiện tượng thiếu Zn cũng có thể do pH tăng trong điều kiện khử và sau đó Zn bị kết tủa thành grnaklinite (ZnFe2O4) hay sphalerite (ZnS). Đất đá vôi, do pH giảm khi ngập nước, nên khả năng hòa tan của Zn trên đất này luôn tăng trong điều kiện ngập nước. Tuy nhiên, nếu pH đất vẫn cao và độ thoáng khí kém sẽ làm gia tăng mức độ thiếu Zn. 10
Bảng 7.5 Mức độ mẫn cảm của các cây trồng đối với hàm lượng Zn hữu dụng thấp Rất mẫn cảm Mẫn cảm yếu Không mẫn cảm Các loại đậu Alfalfa Măng tây Cam quít Lúa mạch Carrot Bắp Cỏ 3 lá Họ thập tự Lanh Bông vải Bạc hà Cây ăn quả Khoai tây Nho Cao lương Kiều mạch Củ cải đường Củ hành Cà chua Lúa mì Thông Lúa gạo Đậu nành Các điều kiện khí hậu Sự thiếu Zn thường phổ biến trong thời tiết lạnh, ẩm ướt và thường biến mất khi thời tiết ấm áp trở lại. Các điều kiện thời tiết trong đầu mùa xuân gây nên sự thiếu Zn là do ánh sáng yếu, cũng như nhiệt độ thấp và ẩm độ cao. Nhiệt độ đất tăng sẽ làm tăng sự hữu dụng của Zn đối với cây trồng do tăng khả năng hòa tan và khuếch tán của Zn2+. Các yếu tố cây trồng Độ mẫn cảm với sự thiếu Zn khác nhau giữa các loài và giống cây. Trong đó bắp và đậu rất mẫn cảm với sự thiếu Zn. Các ăn quả và cam quít cũng rất mẫn cảm với sự thiếu Zn. Khả năng hấp thu Zn cũng khác nhau giữa các giống khác cây trồng, có thể là do chúng khác nhau trong khả năng vận chuyển và sử dụng, sự tích lũy các chất dinh dưỡng khác có tính tương tác với Zn, và cả sự khác biệt về đặc tính rễ cây trong khả năng hấp thu Zn. 2.2.4 Các loại phân bón và sử dụng phân bón có chứa Zn Sulfate kẽm (ZnSO4) có chứa khoảng 35 % Zn, là nguồn phân Zn phổ biến nhất, nhưng việc sử dụng các chelate Zn ngày càng gia tăng. Các nguồn Zn vô cơ đều có thể dùng làm phân bón do khả năng hòa tan cao của chúng trong đất. Phosphate kẽm Zn3(PO4)2, mặc dù khả năng hòa tan kém hơn các loại Zn oxide, hydroxide, hay carbonate nhưng có thể cung cấp Zn hữu dụng cho cây trong 1 thời gian dài. Liều lượng phân Zn bón phụ thuộc vào loại cây trồng, loại phân, phương pháp bón, và mức độ thiếu của đất Zn. Thường bón từ 2 – 5 kg/ha với Zn vô cơ và từ 0,25 – 1 kg với chelate hay phân Zn hữu cơ. Với hầu hết các loại cây trồng và rau cải, 10 kg/ha được khuyến cáo bón cho đất sét và đất thịt và 3 5 kg/ha đối với đất cát. Trong nhiều trường hợp, bón 10 kg/ha có thể có hiệu quả trong vòng 3 5 năm. Do sự di động của Zn trong đất hạn chế, nên khi bón vãi phân Zn trên đồng phải vùi lấp đều trong đất; tuy nhiên, bón theo hàng có hiệu quả hơn, đặc biệt là đất có sa cấu mịn và đất có hàm lượng Zn thấp. Hiệu quả của việc bón phân Zn theo hàng có thể được gia tăng khi bón cùng với các loại phân N chua. 11
Đối với các cây lưu niên như cây men bia, nho, và cây ăn quả, bón phân Zn trước khi trồng có hiệu quả hơn. Liều lượng bón cho cây men bia và nho là 20 kg/ha và cây ăn quả là 100 kg/ha. Khi các cây này đã ổn định về mặt sinh trưởng, bón phân vào đất sẽ không có hiệu quả cao. Bón phân qua lá chủ yếu sử dụng cho các cây ăn quả. Phun dung dịch với liều lượng 1015 kg/ha Zn cho vườn cây ăn quả trong thời kỳ ngủ, 23 kg/ha cho các cây đang sinh trưởng. Để hạn chế sự cháy lá, có thể thêm vôi vào dung dịch hay sử dụng các loại phân có độ hòa tan thấp như ZnO hay ZnCO 3. Các phương pháp khác có thể sử dụng như phủ hạt, nhúng rễ vào dung dịch, và tiêm vào cây. Cách phủ hạt có thể cung cấp đủ Zn cho các hạt có kích thước nhỏ, nhưng ngâm hạt, rễ cây con vào dung dịch huyền phù 2 % ZnO thường có hiệu quả hơn. Phun các chelate và các hợp chất hữu cơ tự nhiên có chứa Zn lên lá sẽ có hiệu quả hơn, như thế cây sẽ nhanh chóng hồi phục hơn. Các loại phân Zn có thể được dùng chung trong các loại phân dung dịch có nồng độ cao vì chúng có khả năng hòa tan cao. Các chelate như ZnEDTA di động có thể bón trực tiếp vào đất; tuy nhiên, do giá thành cao nên phạm vi sử dụng chúng bị hạn chế. Bảng 7.6 Một số loại phân bón chứa Zn Tên Công thức % Zn (gần đúng) Zinc sulfate monohydrate ZnSO4.H2O 35 Oxide kẽm ZnO 78 Carbonatekẽm ZnCO3 52 Phosphatekẽm Zn3(PO4) 2 51 Các chelate kẽm Na2ZnEDTA 14 NaZnNTA 13 NaZnHEDTA 9 Các chất hữu cơ tự nhiên 510 2.3 Đồng (Cu) Nồng độ Cu trong vỏ quả đất trung bình khoảng 55 – 70 ppm. Các đá magma chứa khoảng 10 – 100 ppm Cu, đá trầm tích chứa khoảng 4 – 45 ppm Cu. Nồng độ Cu trong đất khoảng 1 40 ppm, trung bình 9 ppm. Cây trồng có thể bị thiếu Cu khi đất có nồng độ Cu tổng số khoảng 1 2 ppm. Chalcopyrite (CuFeS2), chalcocite (Cu2S), và bornite (CuFeS4) là các khoáng nguyên sinh quan trọng có chứa Cu. Các khoáng thứ sinh có chứa Cu bao gồm các oxide, carbonate, silicate, sulfate, và chloride, nhưng phần lớn Cu trong các khoáng này có khả năng hòa tan rất cao nên hàm lượng tồn tại trong đất rất thấp. 12
Sự thiếu Cu trên cây trồng thường ít phổ biến hơn so với các nguyên tố vi lượng khác. Cây trồng thiếu Cu thường xảy ra trên đất than bùn (Histisols). Sự thiếu Cu thường xuất hiện trên các loại đất histosols chua mới cải tạo; triệu chứng này thường được gọi là “bệnh thiếu dinh dưỡng do cải tạo đất”. Sự sử dụng các thuốc trừ nấm có chứa Cu có thể hạn chế hay chữa trị bệnh thiếu Cu trên cây trồng; tuy nhiên, khi sử dụng quá nhiều thuốc như thế có thể gây ngộ độc cho cây. Sự ngộ độc Cu cũng có thể do ảnh hưởng từ chất thải hầm mỏ. 2.3.1 Các dạng Cu trong đất Ngoài hàm lượng Cu trong các khoáng nguyên sinh và thứ sinh, Cu còn có thể hiện diện trong đất dưới các dạng sau: Trong dung dịch đấtdạng ion hay dạng phức. Trên các vị trí trao đổi cation của sét và chất hữu cơ. Bị hấp thu hay kết tủa trong các hợp chất oxide. Trên các vị trí hấp thu chuyên biệt. Trong chất hữu cơ và sinh vật trong đất. Các mối quan hệ và chu kỳ của các dạng Cu trong đất tương tự như đối với Fe. Phần lớn Cu trong đất không hòa tan và chỉ có thể trích ra được bằng các hóa chất mạnh, có thể phá hủy các cấu trúc khoáng hay hòa tan các chất hữu cơ. Tuy nhiên, trong đất có 1 nguồn cung cấp Cu rất có ý nghĩa đó là các phức Cu, các phức Cu này cân bằng với Cu trong dung dịch và có thể góp phần làm tăng sự khuếch tán Cu đến rễ cây. Cu trong dung dịch đất Nồng độ Cu trong dung dịch đất thường rất thấp, biến thiên khoảng 108106M. Ion chiếm ưu thế trong dung dịch đất là Cu2+ ở pH 7. Các phản ứng thủy phân của các ion Cu xảy ra như sau: Cu2+ + H2O CuOH+ + H+ CuOH+ + H2O Cu(OH)20 + H+ Các phức CuSO40 và CuCO30 cũng là các dạng Cu quan trọng trong đất. Khả năng hòa tan của Cu phụ thuộc vào pH, và khả năng hòa tan tăng 100 lần khi giảm 1 đơn vị pH. Đường thẳng biểu thị Cu trong đất thể hiện khả năng hòa tan của Cu trong hầu hết các loại đất tương tự khả năng hòa tan của cupric ferrite (CuFe2O4). Cu di chuyển đến rễ cây trồng chủ yếu do sự khuếch tán của chelate Cu, tương tự như cơ chế khuếch tán của chelate Fe trong đất. Các hợp chất hữu cơ trong dung dịch đất có khả năng tạo chelate với Cu trong dung dịch, các chelate này làm gia tăng nồng độ Cu trong dung dịch nên thường cao hơn hàm lượng Cu được dự đoán, do khả năng hòa tan của các khoáng Cu. 13
Cu bị hấp phụ bề mặt Ion Cu2+ thường bị hấp phụ chuyên biệt hay hấp phụ hóa học do các sét silicate có cấu trúc tầng, chất hữu cơ, và các oxide Fe, Al, hay Mn. Cu 2+ là ion bị hấp phụ mạnh nhất, chỉ đứng sau Pb2+, trong các kim loại có hóa trị 2 trên các oxide Fe và Al. Cơ chế hấp phụ của Cu2+ bởi các oxide khác với hấp phụ trên CEC của các hạt sét do ái lực tĩnh điện, sự hấp phụ Cu liên quan đến sự hình thành các nối bề mặt của Cu O Al hay Cu O Fe. Tiến trình hấp phụ hóa học này được kiểm soát bởi hàm lượng các gốc OH bề mặt. Khả năng hấp phụ Cu của đất tăng theo pH do : (1) sự gia tăng các vị trí hấp phụ phụ thuộc pH trên sét và chất hữu cơ, (2) giảm sự cạnh tranh với H +, và (3) sự thay đổi trạng thái thủy phân của Cu trong dung dịch. Khi pH tăng, do sự thủy phân của Cu2+ hấp phụ trên CEC nên làm giảm Cu2+ trao đổi và làm tăng Cu hấp phụ hóa học. Cu bị hấp phụ chặt và kết tủa Một phần Cu trong đất bị hấp phụ chặt hay bị kẹt sâu vào trong các cấu trúc khoáng, bao gồm các khoáng sét và các oxide Fe, Mn. Cu có khả năng thay thế đồng dạng với các cation khác trong tầng bát diện của các tinh thể sét silicate. Cu hiện diện dưới dạng những chất lẫn trong các khoáng CaCO3 và MgCO3 trong đất vùng khô hạn, và trong Al(OH)3 và Fe(OH)3 trên đất chua. Cu hữu cơ Phần lớn Cu hòa tan trong lớp đất mặt là các phức hữu cơ và lực liên kết của Cu với chất hữu cơ mạnh hơn so với tất cả các nguyên tố vi lượng khác. Ion Cu2+ nối hóa học trực tiếp với hai hay nhiều gốc hữu cơ, chủ yếu là gốc carboxyl và phenol. Các acid humic và fulvic do chứa nhiều vị trí nối phức tạp, chủ yếu là gốc carboxyl, nên liên kết rất mạnh đối với Cu. Trong phần lớn đất khoáng, chất hữu cơ kết hợp mật thiết với sét, có thể là ở dạng phức sétkim loạichất hữu cơ. Khi hàm lượng chất hữu cơ 8%, bề mặt của khoáng và chất hữu cơ đều có khả năng hấp phụ Cu mạnh, nhưng khi ở nồng độ chất hữu cơ > 8%, sự tạo nối với Cu chủ yếu xảy ra trên bề mặt của chất hữu cơ. Đối với các đất có tỉ lệ hàm lượng sét và chất hữu cơ tương tự nhau, chất hữu cơ tạo phức với Cu sẽ lớn nhất khi khoáng sét kaolinite chiếm ưu thế và thấp nhất khi sét montmorillonite chiếm ưu thế. 2.3.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hữu dụng của Cu Khả năng hữu dụng và sự di chuyển của Cu trong đất chịu ảnh hưởng rất lớn bởi sa cấu đất, pH, CEC, hàm lượng chất hữu cơ, và các oxide ngậm nước. Sa cấu đất Hàm lượng Cu trong dung dịch đất thường luôn thấp ở các đất cát rửa trôi mạnh, và đất đá vôi so với các loại đất khác. pH đất Nồng độ Cu trong dung dịch đất giảm khi pH tăng, và sự cung cấp Cu cho cây giảm do giảm hòa tan Cu và tăng khả năng hấp phụ Cu. Sự tương tác với các chất dinh dưỡng khác Trong đất xảy ra rất nhiều sự tương tác giữa Cu và các chất dinh dưỡng khác. Bón phân NPK với liều lượng cao có thể gây ra sự thiếu Cu. Sự thiếu Cu cũng có thể xảy ra 14
sau khi bón các loại phân N chua, nguyên nhân có thể là do tăng hàm lượng Al3+ trong dung dịch đất. Hơn nữa, sự sinh trưởng của cây trồng gia tăng do bón phân N hay các loại phân bón khác làm tăng nhu cầu hấp thu Cu của cây, gây ra tình trạng nồng độ Cu sẽ bị pha loãng trong cây (giảm nồng độ). Khi tăng cung cấp N cũng có thể làm giảm sự di chuyển của Cu trong cây, do hàm lượng N trong cây cao sẽ cản trở sự di chuyển của Cu từ các lá già đến các lá non. Nồng độ Zn, Fe, và P trong dung dịch đất cao cũng làm giảm sự hấp thu Cu của rễ cây và có thể làm gia tăng sự thiếu Cu nghiêm trọng hơn. Các yếu tố cây trồng Các cây trồng có phản ứng cao với Cu bao gồm lúa mì, lúa gạo, cỏ alfalfa, carrot, rau diếp, cam quít, và củ hành, trong khi đó các cây có thể phát triển bình thường với hàm lượng Cu thấp là các loại đậu, khoai tây, măng tây, đậu nành, cải dầu, thông. Do đó nếu đất có hàm lượng Cu thấp, chọn các giống chống chịu được tình trạng đất nghèo Cu là 1 biện pháp rất quan trọng. Sự khác nhau về mặt di truyền trong dinh dưỡng Cu của cây trồng do các nguyên nhân sau: (1) sự khác nhau về tốc độ hấp thu Cu của rễ, (2) chiều dài rễ, diện tích bề mặt rễ, (3) lượng lông hút của rễ, (4) thay đổi khả năng hữu dụng của Cu trong đất trong vùng rễ do 1 số chất được tiết ra từ rễ, (5) sự hóa chua hay sự thay đổi điện thế redox, (6) hiệu quả của sự vận chuyển Cu từ rễ đến thân, và/hay nhu cầu Cu của cây. Cày vùi các cây lấy củ họ Cải vào đất (không thu hoạch) có thể gây nên sự thiếu Cu cho cây trồng vụ sau, điều này có thể do các cây họ Cải chứa một hàm lượng lớn S và S được giải phóng trong thời gian phân giải các dư thừa thực vật này. Sự thiếu Cu nghiêm trọng trên các cây trồng gây ra bởi các dư thừa hữu cơ có tỉ lệ C/N cao có thể là do (1) các phản ứng của Cu với các hợp chất hữu cơ phát sinh từ sự phân giải rơm rạ, (2) sự cạnh tranh Cu hữu dụng giữa sự phát triển nhanh dân số vi sinh vật và cây trồng, và (3) ức chế sự phát triển của rễ và khả năng hấp thu Cu. Khi bón phân hữu cơ trên đất hàm lượng Cu hữu dụng thấp, có thể gia tăng sự thiếu Cu rất nghiêm trọng. Chất hữu cơ từ rơm rạ, phân hữu cơ, cỏ khô có thể liên kết rất chặt với Cu, làm mất tính hữu dụng của Cu đối với cây trồng. 2.3.3 Ngộ độc Cu Các triệu chứng ngộ độc Cu thể hiện qua các chỉ tiêu như giảm sự sinh trưởng của thân lá, hệ thống rễ phát triển nghèo nàn và biến màu, vàng lá. Bệnh vàng lá thể hiện rất giống như triệu chứng thiếu Fe. Sự ngộ độc Cu đối với cây trồng không phổ biến, thường xảy ra trong những vùng đất có hàm lượng Cu hữu dụng cao; sau khi bón các chất có chứa Cu cao như bùn thải thành phố, các loại phân rác, phân heo và gà vịt, và các chất thải hầm mỏ; và từ việc phun liên tục thuốc trừ sâu, bệnh có chứa Cu. 2.3.4 Các loại và sử dụng phân bón có chứa Cu Loại phân bón chứa Cu thường sử dụng là CuSO 4.5H2O, mặc dù CuO, hỗn hợp CuSO4 và Cu(OH)2 và chelate Cu cũng được sử dụng khá phổ biến. Sulfate đồng chứa 25,5% Cu, là hợp chất hòa tan trong nước, và có hiệu quả như bất cứ các loại phân bón nào khác. Ammonium phosphate Cu có thể dùng bón vào đất hay phun lên lá. Phân Ammonium phosphate Cu, chứa 30 % Cu, ít hòa tan trong nước nhưng có thể dùng dưới dạng huyền 15
phù để phun lên lá. Cũng như các loại ammonium phosphate kim loại khác, Ammonium phosphate Cu có tính hữu dụng chậm khi bón vào đất. Bón phân Cu vào đất hay phun lên lá đều có hiệu quả, có thể bón phân Cu vào đất, với liều lượng từ 0,3 – 10 kg/ha để chữa trị bệnh thiếu Cu. Nhưng để nâng cao hiệu quả phân Cu nên trộn thật đều vào vùng rễ hay bón theo hàng, theo hốc. Khi bón theo hàng nên giảm liều lượng để đề phòng việc gây tổn thương cho rễ cây. Bón phân Cu có thể không có hiệu quả do điều kiện đất quá ẩm hoặc quá khô, rễ cây bị bệnh, bị ngộ độc, và cây thiếu các chất dinh dưỡng khác. Sự tồn dư của phân Cu có thể kéo dài 2 năm hay lâu hơn khi bón vài kg/ha, thời gian tồn dư này phụ thuộc vào đất, cây và liều lượng bón. Phun phân Cu lên lá được xác định là biện pháp tức thời chữa trị bệnh thiếu Cu được phát hiện sau khi trồng cây xuất hiện triệu chứng thiếu (vàng lá). Tuy nhiên trong một số vùng, phân Cu được đưa vào chương trình bón phân chính thức. Các chelate Cu (CuEDTA) có thể dùng để phun lên lá, bón vào đất nhưng giá thành chelate Cu quá cao nên hạn chế phạm vi sử dụng chelate Cu. Bảng 7.7 Các hợp chất Cu được dùng làm phân bón Tên Công thức % Cu Khả năng hòa tan trong nước Sulfate Cu CuSO4.5H2O 25 Hòa tan Sulfate Cu.1H2O CuSO4.H2O 35 Hòa tan Nitrate Cu Cu(NO3)2.3H2O Hòa tan Acetate Cu Cu(C2H3O2)2.H2O 32 Ít hòa tan Ammonium Cu(NH4)PO4.H2O 32 Không hòa tan phosphate Cu Chelate Cu Na2Cu EDTA 13 Hòa tan NaCu HEDTA 9 Hòa tan Polyflavanoid Cu 57 Hòa tan 2.4 Manganese (Mn) Nồng độ Mn trong vỏ quả đất trung bình là 1000ppm, và Mn có trong hầu hết các loại đá FeMg, Mn được giải phóng thông qua sự phong hóa các đá nguyên sinh sẽ kết hợp với O2, CO32, và SiO2 để hình thành 1 số khoáng thứ cấp, như pyrolusite (MnO2), hausmannite (Mn3O4), manganite (MnOOH), rhodochrosite (MnCO3), và rhodonite (MnSiO3). Pyrolusite và manganite chiếm tỉ lệ cao nhất. Mn tổng số trong đất biến thiên trong khoảng 203000ppm, trung bình khoảng 600ppm. Mn hiện diện trong đất dưới dạng các oxide và hydroxide khác nhau phủ trên các hạt đất, tích tụ trong các khe nứt, trộn lẫn với các oxide Fe và các thành phần khác của đất. Nhiều diện tích đất khá lớn trên thế giới có hàm lượng Mn thấp, chủ yếu là trong các vùng có khí hậu ẩm. Các loại đất trung tính và kiềm thường có hàm lượng Mn thấp, nhưng cây trồng không thiếu Mn. Hiện tượng thiếu Mn thường xảy ra trên các loại đất trung tính và kiềm có hàm lượng chất hữu cơ cao và trên các loại đất cát và đất than bùn nhưng bên dưới có tầng đá vôi. Các trường hợp đất thường xảy ra thiếu Mn là: 16
Đất than bùn, có tầng hữu cơ mỏng, bên dưới là tầng đá vôi. Đất phù sa sét, thịt và đất đầm lầy có nguồn gốc mẫu chất là đá vôi. Đất đá vôi thoát thủy kém và có hàm lượng chất hữu cơ cao. Đất đá vôi có sa cấu cát và đất chua mới cải tạo. Đất đá vôi mới khai phá từ đất đồng cỏ. Đất vườn được bón phân hữu cơ và vôi thường xuyên. Đất khoáng chua có sa cấu cát, có hàm lượng Mn nguyên thủy thấp và Mn hữu dụng bị rửa trôi mạnh. 2.4.1 Các dạng Mn trong đất Mn hiện diện trong đất dưới các dạng Mn2+ trong dung dịch, Mn2+ trao đổi, Mn liên kết với các chất hữu cơ, và trong các loại khoáng có chứa Mn khác. Sự cân bằng của các dạng Mn này quyết định khả năng hữu dụng của Mn đối với cây trồng. Hàm lượng Mn trong dung dịch và trao đổi khoảng 23 ppm và 0,25 ppm có thể thoả mãn nhu cầu dinh dưỡng Mn cho hầu hết các loại cây trồng. Các quá trình chính trong chu kỳ Mn là oxi hóa khử Mn và sự tạo phức Mn2+ trong dung dịch với các chelate hữu cơ tự nhiên. Sự tuần hoàn liên tục của chất hữu cơ góp phần quan trọng vào sự hòa tan của Mn. Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hòa tan của Mn bao gồm pH, redox, và sự tạo phức. Ẩm độ, độ thoáng khí, và hoạt động vi sinh vật trong đất ảnh hưởng đến redox, khả năng tạo phức chịu ảnh hưởng bởi hàm lượng chất hữu cơ và sự hoạt động của vi sinh vật. Mn trong dung dịch đất Dạng ion chính trong dung dịch là Mn2+, nồng độ Mn2+, trong dung dịch giảm 100 lần khi tăng 1 đơn vị pH, tương tự như tính chất của các cation kim loại hóa trị 2 khác. Nồng độ Mn2+ trong dung dịch được kiểm soát chủ yếu bởi MnO 2. Nồng độ Mn2+ dung dịch của đất chua và trung tính thường biến thiên trong khoảng 0,011ppm, trong đó các phức Mn hữu cơ chiếm khoảng 90% tổng Mn 2+ trong dung dịch. Cây trồng hấp thu Mn 2+, Mn2+ di chuyển đến bề mặt rễ do sự khuếch tán chủ yếu do các chelate Mn 2+, tương tự như sự di chuyển của Fe. Mn trong dung dịch đất tăng rất cao khi đất chua, và trị số redox thấp. Trong đất quá chua, khả năng hòa tan của Mn2+ cao có thể gây ngộ độc cho cây đối với các cây mẫn cảm với sự thừa Mn. Trên đất cát pha thịt có pH
thu Mn2+ của cây. Bón vôi cho đất quá chua sẽ làm giảm Mn2+ trong dung dịch và Mn2+ trao đổi do sự kết tủa Mn2+ thành MnO2. Ngược lại, khả năng hữu dụng thấp của Mn trong đất đá vôi có pH cao và đất bón quá nhiều vôi, có tính đệm kém, đất có sa cấu thô. Điều này có thể khắc phục bằng cách bón các loại phân N và S chua. pH cao cũng làm tăng sự hình thành các phức Mn ít hữu dụng hơn. Sự oxi hóa Mn hòa tan thành các dạng không hữu dụng đạt tối đa ở pH =7 do sự hoạt động của các vi sinh vật đất. Ẩm độ và độ thoáng khí Đất bị ngập nước sẽ giảm hàm lượng O2 và trị số redox, và làm tăng lượng Mn2+ hòa tan; đặc biệt là trong đất chua. Khả năng hữu dụng của Mn có thể tăng do độ thoáng khí kém trong các loại đất bị nén chặt và do sự tích lũy cục bộ CO2 xung quanh rễ. Điện thế oxi hóa khử thấp sẽ có xu hướng làm tăng Mn hữu dụng xung quanh rễ. Chất hữu cơ Phản ứng giữa Mn và chất hữu cơ ảnh hưởng mạnh mẽ đến khả năng hữu dụng của Mn trong đất. Đất kiềm có hàm lượng chất hữu cơ cao làm cho khả năng hữu dụng của Mn thấp, do sự hình thành các hợp chất chelate Mn 2+ không hữu dụng. Mn cũng có thể không hữu dụng do bị giữ trên các phức hữu cơ trong đất than bùn. Bón các loại phân hữu cơ, rơm rạ làm tăng Mn trao đổi và Mn trong dung dịch. Sự tương tác với các chất dinh dưỡng khác Hàm lượng Cu, Fe, và Zn trong đất cao có thể làm giảm sự hấp thu Mn của cây trồng. Bón các loại phân NH4+ sẽ tăng cường sự hấp thu Mn. Nhưng bón các loại phân trung tính như KCl, NaCl, và CaCl2 cũng có thể làm tăng khả năng hữu dụng của Mn đối với cây và tăng nồng độ Mn trong cây. Các muối ảnh hưởng đến sự gia tăng khả năng hữu dụng của Mn theo thứ tự tương đối như sau KCl > KNO3 > K2SO4. Trong đó KCl ảnh hưởng của đến sự hấp thu mạnh nhất, có thể xuất hiện các triệu chứng ngộ độc trên các cây mẫn cảm với hàm lượng Mn cao. Các ảnh hưởng của khí hậu Khả năng hữu dụng của Mn biến đổi theo mùa đã nghiên cứu nhiều nơi trên thế giới. Thời tiết ẩm ướt thích hợp cho sự hòa tan và di động của Mn2+, ngược lại điều kiện khô, nóng thích hợp cho sự hình thành các dạng Mn oxi hóa ít hữu dụng hơn. Thời tiết khô có thể gây ra và làm gia tăng mức độ thiếu Mn, đặc biệt là trên cây ăn quả. Thời tiết ẩm ướt là một trong những điều kiện thường đi đôi với các loại bệnh trên cây do sự rối loạn dưỡng, nguyên nhân chính là do thiếu Mn. Gia tăng nhiệt độ đất trong thời gian sinh trưởng sẽ cải thiện được sự hấp thu Mn của cây trồng, do sự sinh trưởng mạnh của cây và sự hoạt động tốt của rễ. Vi sinh vật đất Có nhiều báo cáo cho thấy cây trồng thiếu Mn là do các vi sinh vật đất oxi hóa Mn 2+ thành Mn4+. Trong đất có nhiều loại vi khuẩn và nấm có khả năng oxi hóa Mn. Nhưng Mn cũng có thể góp phần vào khả năng kháng bệnh của cây. Thực tế cho thấy khi sự hoạt động của các tác nhân oxi hóa Mn giảm, như bón nhiều phân NH4+, và ức chế sự oxi hóa sẽ làm gia tăng khả năng hòa tan của Mn và làm giảm được một số bệnh trên cây. Các yếu tố cây trồng Cây trồng biểu hiện khác nhau về tính mẫn cảm đối với sự thiếu Mn tùy loại. Rất khó tổng quát hóa sự thiếu Mn, nhưng các loại ngũ cốc, đậu nành và 1 số rau cải, và cây ăn 18
quả rất mẫn cảm với điều kiện thiếu Mn. Mn là một trong những nguyên tố vi lượng thường biểu hiện triệu chứng thiếu phổ biến trên đậu nành. Sự khác nhau trong phản ứng của cây đối với Mn là do các yếu tố nội tại (di truyền) hơn là ảnh hưởng của yếu tố môi trường. Khả năng khử trong rễ có thể là yếu tố hạn chế sự hấp thu và vận chuyển Mn. Cũng có thể có sự khác nhau đáng kể trong hàm lượng và tính chất của các chất tiết ra do rễ, ảnh hưởng đến khả năng hữu dụng của Mn 2+ . Ngoài ra sự thiếu Mn cũng có thể do mức độ hiệu quả sử dụng Mn của cây trồng, làm ảnh hưởng đến sự hấp thu Mn. 2.4.3 Các loại phân và sử dụng phân bón có chứa Mn Sulfate Manganese (MnSO4) được sử dụng rộng rãi để chữa trị bệnh thiếu Mn và phân này có thể dùng bón vào đất hoặc phun lên lá. Ngoài nguồn phân bón vô cơ, các phức chất hữu cơ tự nhiên và các chelate Mn cũng có thể được dùng để phun lên lá. Bảng7.8 Tính mẫn cảm của các loại cây trồng đối với hàm lượng Mn hữu dụng trong đất thấp Mẫn cảm Chống chịu trung bình Chống chịu Alfalfa Lúc mạch(*) Lúa mạch Cam quít Bắp Bắp Cây ăn quả Bông vải Bông vải Oats Đậu đỗ Đậu đỗ Củ hành Cây ăn quả Cây ăn quả Khoai tây Oats Lúa gạo Đậu nành Khoai tây Đậu nành Củ cải đường Lúa gạo Đậu nành Lúa mì Đậu nành Rau cải Rau cải Lúa mì Lúa mì (*)Một số loại cây được liệt kê trong 2 hay 3 mức độ do sự biến đổi của đất, điều kiện sinh trưởng, và sự đáp ứng khác nhau giữa các giống. Bảng 7.9 Các loại phân bón có chứa Mn Tên Công thức % Mn (gần đúng) Manganese sulfate MnSO4.4H2O 26-28 Manganous oxide MnO 41-68 Manganese chloride MnCl2 17 Các phức chất hữu cơ tự nhiên 59 Các chelate tổng hợp MnEDTA 512 Mặc dù khả năng hòa tan của Oxide Mn rất kém trong nước nhưng đấy là một loại phân bón tốt. Kích thước hạt ảnh hưởng rất lớn đến hiệu quả của phân bón này, hạt càng mịn hiệu quả càng cao. Liều lượng bón phân Mn từ 125 kg/ha; nhưng khi bón vãi trên mặt ruộng có thể dùng liều lượng cao hơn, ngược lại khi phun lên lá nên dùng lượng thấp hơn. Bón phân Mn theo hàng thường có hiệu quả hơn là bón vãi đều trên mặt đất, và lượng bón theo hàng thường chỉ bằng ½ lượng bón vãi. Tốc độ oxi hóa Mn trong phân thành các dạng 19
ít hữu dụng hơn thường chậm nếu bón theo hàng. Đất hữu cơ có thể có nhu cầu bón phân Mn cao hơn đất khóang. Trong thực tiễn thường bón phân Mn kết hợp với các loại phân N PK khác. Thường người ta khuyến cáo không nên bón vãi phân chelate Mn và các phức chất hữu cơ tự nhiên vì Ca hay Fe trong đất có thể thay thế Mn trong các chelate này và Mn tự do (giải phóng từ phân bón) dễ dàng bị biến đổi thành các dạng không hữu dụng. Và hàm lượng các phức Ca hay Fe hữu dụng cao có thể làm gia tăng sự thiếu Mn cho cây. Sự thiếu Mn do bón vôi hay do pH cao gây ra có thể được khắc phục bằng cách sử dụng phân S hay các loại phân chua khác. 2.5 Boron (B) B là nguyên tố vi lượng duy nhất là một á kim. Nồng độ B trong vỏ quả đất rất thấp, trong phần lớn đá phún xuất nồng độ B trung bình khoảng 10 ppm. Trong các loại đá trầm tích, shale có nồng độ B cao nhất (đến 100 ppm), hiện diện chủ yếu trong các khoáng sét. Nồng độ B tổng số trong đất biến thiên từ 2200 ppm và thường nằm trong khoảng 7 80 ppm. Nhưng chỉ có khoảng 5% B tổng số hữu dụng cho cây. Tourmaline, 1 loại khoáng borosilicate, là khoáng chủ yếu có chứa B trong đất. Khoáng này không hòa tan và bền vững với sự phong hóa nên B được giải phóng từ khoáng rất chậm. Vì vậy cây trồng thường bị thiếu B trên các vùng đất canh tác lâu năm và không được cung cấp B đủ nhu cầu. B trong các loại đất vùng khô hạn thường cao do các loại đất này thường có hàm lượng borate cao nên ít khi xảy ra hiện tượng thiếu B trên cây trồng. Sự ngộ độc B đối với cây trồng ít phổ biến trên các vùng đất canh tác trừ khi bón quá nhiều phân B. Tuy nhiên trong các vùng đất khô hạn, sự ngộ độc B có thể xảy ra 1 cách tự nhiên hay có thể phát sinh do hàm lượng B trong nước tưới cao. 2.5.1 Các dạng B trong đất B hiện diện trong đất dưới 4 dạng chủ yếu: trong các đá và khoáng, hấp phụ trên bề mặt sét và các oxide Fe và Al, kết hợp với chất hữu cơ, boric acid (H 3BO30), và B(OH)4 trong dung dịch đất. Cần thiết phải nghiên cứu sự biến chuyển của B giữa các thành phần rắn và dung dịch vì ngưỡng nồng độ gây độc và thiếu của B trong dung dịch có 1 khoảng biến thiên rất hẹp. B trong dung dịch đất H3BO30 không hòa tan là dạng B chính hiện diện trong dung dịch đất trong phạm vi pH 5 9. Ở pH > 9,2 H2BO3 có thể bị thủy phân thành H4BO4. B có thể được vận chuyển từ dung dịch đất đến bề mặt hấp thu của rễ do dòng chảy khối lượng và sự khuếch tán. B bị hấp phụ bề mặt Sự hấp phụ bề mặt và giải phóng B có thể đệm được B trong dung dịch, và làm giảm sự rửa trôi của B. Đó là dạng B chính trong đất kiềm có hàm lượng B cao. Các vị trí hấp phụ bề mặt B là (1) các nối Si O và Al O bị phá vỡ ở các cạnh của khoáng sét, (2) các cấu trúc hydroxide vô định hình, và (3) các hợp chất oxy và hydroxy Fe và Al. Sự gia tăng pH, hàm lượng sét, và chất hữu cơ và sự hiện diện của các hợp chất Al làm gia tăng khả năng hấp phụ bề mặt của H4BO4. 20