CHƯƠNG 5CÁC NGUYÊN TỐ DINH DƯỠNG VÀ PHÂN BÓN ĐA LƯỢNGBÀI 1: ĐẠM TRONG ĐẤT VÀ CÁC LOẠI PHÂN BÓN CÓ CHỨA ĐẠM

I Đạm Trong Tự Nhiên1 Chu kỳ chất đạm trong tự nhiên

Đạm là chất dinh dưỡng rất quan trọng và thường bị thiếu hụt trong sản xuất cây trồng, vì vậy hầu hết các hệ thống cây trồng trừ cây họ đậu đều phải được bón phân đạm. Nghiên cứu về trạng thái và tính chất của đạm trong đất là việc rất cần thiết để nâng cao năng suất trong sản xuất nông nghiệp, đồng thời giảm thiểu tác động xấu của phân đạm đến môi trường.

Hiện nay, có rất nhiều nguồn phân bón được dùng để cung cấp đạm cho cây trồng. Ngoài phân đạm vô cơ được sản xuất từ các nhà máy công nghiệp, phân đạm hữu cơ từ các loại phân gia súc và chất thải khác và từ sự cố định đạm bởi các cây họ đậu đều có thể cung cấp đạm cho cây trồng.

Nguồn nguyên liệu N chủ yếu được dùng để sản xuất phân bón đạm là khí N 2 trong khí quyển, khí này chiếm 75 % thể tích khí quyển, và đạm hữu cơ trong các loại phân hữu cơ. Thực vật bậc cao không thể đồng hóa N2 thành protein trực tiếp được, đạm dạng khí phải được biến đổi thành các dạng khác hữu dụng cho cây trồng. Sự chuyển hóa đạm từ dạng khí sang dạng đạm hữu dụng cho thực vật có thể thực hiện bằng một trong những con đường sau:

Cố định bởi các vi sinh vật cộng sinh trên rễ các cây họ đậu và trên một số thực vật khác.Cố định bởi các vi sinh vật sống tự do hay không cộng sinh.Cố định đạm dạng khí thành các oxide bởi sự phóng điện trong không khí.Cố định đạm N2 thành NH3, NO3

-, hay CN22- bởi công nghiệp sản xuất phân đạm tổng hợp.

Hình 5.1 Chu kỳ đạm trong tự nhiênSự luân chuyển đạm trong khí quyển là một sự cân bằng động, trong đó những dạng đạm

khác nhau được cố định trong đất. Cùng lúc với quá trình cố định đạm N 2 cũng sẽ có rất nhiều tiến trình hóa học và sinh học giải phóng đạm trở lại khí quyển. Chu kỳ của đạm trong hệ thống đất cây trồng khí quyển liên quan đến rất nhiều quá trình chuyển hóa của các dạng đạm vô cơ và hữu cơ. Trong chu kỳ đạm ta cần phải hiểu rõ hai phần quan trọng là đầu vào và đầu ra của đạm, hay sự thu nhập và mất đi của đạm trong đất. Ngoại trừ phân đạm công nghiệp, tất cả sự chuyển hóa này đều xảy ra trong tự nhiên, con người cũng có tác động rất lớn đến quá trình chuyển hóa này thông qua các hoạt động quản lý đất và cây trồng. Mục đích phần này là nêu lên chu kỳ hóa học và sinh vật học của đạm trong tự nhiên; chủ yếu là trong đất và các tác động hay quản lý của con người nhằm đạt năng suất cây trồng một cách tối hảo và hạn chế tối đa tác hại của phân đạm đối với môi trường.

1

2 Quá trình cố định trong tự nhiên2.1 Sự cố định đạm bởi vi khuẩn cộng sinhTrong lịch sử nông nghiệp, các cây họ đậu và phân súc vật là nguồn cung cấp đạm chính cho cây trồng. Từ những năm 1940, giá trị của các chất hữu cơ này bị giảm dần do gia tăng sản xuất và sử dụng đạm tổng hợp có giá thành rẻ và có phản ứng nhanh với cây trồng. Tuy nhiên đạm hữu cơ vẫn còn là nguồn đạm quan trọng ở nhiều nước.

2.1.1 Lượng đạm được cố định do sự cộng sinhNgười ta ước đoán, hàng năm trên địa cầu tổng lượng đạm N2 được cố định sinh học 100 –

175.106 tấn, trong đó khoảng 90.106 tấn được cố định bởi vi khuẩn Rhizobia. Sự sử dụng phân bón đạm tổng hợp trên thế giới là 77,1.106 tấn trong năm 1977.

Lượng đạm N được cố định bởi các cây họ đậu có nốt sần chiếm khoảng 75% tổng lượng đạm sử dụng bởi cây trồng.

2.1.2 Các sinh vật có liên quan đến sự cố định đạmLượng đạm cố định được bởi các cây họ đậu khác nhau. Sự cố định đạm bởi phần lớn các

cây họ đậu đa niên biến động từ 100 – 200 kg/ ha/năm, nhưng trong những điều kiện tối hảo, lượng đạm cố định có thể đạt gấp 2 – 3 lần giá trị này. Các cây họ đậu ngắn ngày có thể cố định được 10 – 20 kg/ha/năm.

Hình 5.2 Vi khuẩn RhizobiumCó rất nhiều chủng Rhizobium hiện diện trong đất, mỗi chủng yêu cầu cây chủ riêng biệt. Ví

dụ, vi khuẩn cộng sinh với cây đậu nành sẽ không cố định N với cỏ alfalfa. Hạt giống của cây họ đậu được khuyến cáo nên chủng với các vi khuẩn thích hợp trước khi gieo cho các vùng lần đầu tiên trồng các loại cây họ đậu mới. Ví dụ, sự cố định đạm của cỏ alfalfa tăng 40% khi chủng vi khuẩn và các dòng alfalfa thích hợp.

Sự hiện diện của các nốt sần trên rễ cây họ đậu không phải luôn luôn hữu hiệu. Các nốt sần trưởng thành hữu hiệu của alfalfa thường to, có màu hồng hay đỏ ở trung tâm nốt sần. Màu đỏ là do đặc tính của chất leghemoblobin và màu này chứng tỏ những tế bào nốt sần này có chứa rhizobia và đang hoạt động cố định N2. Những nốt sần vô hiệu thường nhỏ (đường kính< 2 mm), thường chiếm số lượng nhiều phân bố rải rác trên toàn bộ hệ thống rễ, trong một số trường hợp các nốt sần vô hiệu có kích thước lớn và số lượng ít. Ở trung tâm nốt sần này thường có màu xanh hay trắng.

2.1.3 Sự sử dụng đạm trong cây họ đậu đối với cây trồng khácNăng suất của các cây trồng khác thường tăng khi chúng được trồng ngay sau vụ trồng các

cây họ đậu. Một số nguyên nhân là do có liên quan đến lượng đạm hữu dụng của đất được cải thiện, mặc dù cũng có những ảnh hưởng do luân canh có thể làm tăng năng suất. Có rất nhiều nghiên cứu đồng ruộng đã được thiết lập để đánh giá sự hữu dụng của đạm trong cây họ đậu đến các cây trồng khác trong vụ sau. Thông thường, khi trồng bắp sau vụ đậu nành thì nhu cầu đạm cho năng suất tối hảo thường thấp hơn nhu cầu đạm khi trồng hai vụ bắp liên tục. Sự khác nhau này có sự đóng góp của đạm hữu dụng từ cây trồng họ đậu như bắp trồng sau đậu nành. Các kết quả này minh chứng

2

mạnh mẽ rằng lợi ích của sự luân canh cây họ đậu và một số lợi ích khác là do mức độ hữu dụng của đạm trong đất tăng lên.

Lượng đạm hữu dụng do cố định sinh học trong hệ thống phụ thuộc vào các yếu tố sau: Lượng đạm được cố định.Lượng và loại dư thừa của cây họ đậu được vùi trong đất.Lượng đạm hữu dụng trong đất đối với cây họ đậu.Sự quản lý khi thu hoạch.Sử dụng đạm trong cây phân xanh của cây trồng vụ sau cũng biến đổi rất cao. Mức độ hữu

dụng của đạm trong dư thừa cây họ đậu đối với cây trồng vụ sau biến thiên từ 20 – 50 %. Sự hữu dụng của đạm trong cây họ đậu đến các cây trồng xen chưa được nghiên cứu nhiều, một lượng nhỏ các amino acid và các hợp chất đạm hữu cơ khác có thể được tiết ra từ rễ cây họ đậu. Sự phân giải sinh học của rễ chết và nốt sần cũng đóng góp một phần đạm cho cây trồng được trồng cùng với cây họ đậu. Trong một số điều kiện, lượng đạm được cố định và sự hữu dụng của đạm của cây họ đậu thường không đủ cho nhu cầu của cây trồng sau đó, nên cần thiết phải bón thêm phân đạm cho cả hai loại cây trồng, cây họ đậu và cây trồng khác đạt năng suất tối hảo.

Để sử dụng đạm trong cây họ đậu của các cây trồng khác, sự khoáng hóa đạm của cây họ đậu yêu cầu xảy ra cùng lúc với thời gian cây trồng sử dụng đạm. Sự khoáng hóa đạm trong cây họ đậu bởi các vi sinh vật đất được kiểm soát bởi khí hậu, sự khoáng hóa này tăng khi nhiệt độ và độ ẩm thích hợp. Nhưng thời kỳ hấp thu đạm của các cây trồng có thể khác nhau, phụ thuộc vào loại cây trồng. Vì vậy, để các cây trồng khác sử dụng tối đa đạm của cây họ đậu, sự hấp thu phải đồng thời với sự khoáng hóa đạm. Do đó, để quản lý đạm của cây họ đậu hiệu quả cần phải chọn cây trồng thích hợp trong hệ thống luân canh.

2.1.4 Bón phân đạm cho cây họ đậuSự cố định đạm tối đa chỉ xảy ra khi đạm hữu dụng trong đất ở mức tối thiểu. Sự hoạt động

của Rhizobium giảm khi cây họ đậu được bón phân vô cơ. Tuy nhiên, đôi khi người ta khuyến cáo bón lót ruộng một lượng đạm nhỏ để đảm bảo cho cây con của cây họ đậu đủ đạm cho đến khi Rhizobia cộng sinh trong rễ. Bón phân đạm cũng có lợi cho cây họ đậu khi sự hoạt động của Rhizobia bị hạn chế do những điều kiện thời tiết khắc nghiệt như lạnh, ẩm ướt. Trong điều kiện này sự cố định đạm của các cây thường thấp và nên bón phân đạm cho cây. 2.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến sự cố định đạm của vi khuẩn cộng sinh

Các yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến lượng đạm cố định bởi Rhizobia là pH đất, dinh dưỡng khoáng trong đất, hoạt động quang hợp, khí hậu, và sự quản lý cây họ đậu. Bất cứ sự khủng hoảng nào trong cây họ đậu gây ra bởi các yếu tố này cũng có thể làm giảm nghiêm trọng năng suất của cây họ đậu và mức độ hữu dụng của đạm đối với cây trồng sau.

pH đất, độ chua của đất là yếu tố chính hạn chế sự tồn tại và sinh trưởng của Rhizobia trong đất và có thể ảnh hưởng nghiêm trọng đến sự hình thành nốt sần và tiến trình cố định đạm. Rhizobia và rễ của cây họ đậu có thể bị tổn thương bởi độ chua do liên quan đến độ độc Al3+, Mn2+, và H+

trong đất, cũng như mức độ hữu dụng của Ca2+, H2PO4- thấp. Sự mẫn cảm của các loài Rhizobia đến

độ chua của đất khác nhau rất đáng kể. pH < 6,0 làm giảm nghiêm trọng số lượng Rhizobium melilote trong vùng rễ của alfalfa, mức độ hình thành nốt sần và năng suất của alfalfa, trong khi đó pH khoảng 5,0 – 7 chỉ có ảnh hưởng rất ít đến R. trifoli và cây họ đậu chủ yếu là cỏ ba lá.

Bón vôi cho đất chua là một biện pháp cải thiện pH cho các cây họ đậu cộng sinh với Rhizobium. Đối với những nơi không có nguồn vôi có thể thay đổi phương pháp trồng cây họ đậu, bằng cách chủng các vi khuẩn vào trong hạt hay sử dụng các chủng thích ứng với đất chua.

Tình trạng dinh dưỡng khoáng trong các loại đất, các loại đất chua thiếu Ca2+, H2PO4- có thể

hạn chế sự sinh trưởng của Rhizobia; nhưng sự thiếu hụt các chất dinh dưỡng khoáng khác ít khi làm giảm sự cố định đạm. Sự cố định đạm trong nốt sần cây yêu cầu nhiều Mo hơn cây chủ, vì vậy Mo là yếu tố vi lượng rất quan trọng đối với các cây cố định đạm. Sự bắt đầu hình thành và phát triển của nốt sần có thể bị ảnh hưởng do thiếu các nguyên tố Co, B, Fe và Cu. Sự khác nhau trong mẫn cảm của các chủng Rhizobium đến sự thiếu các chất dinh dưỡng. Nồng độ NO3

- cao trong đất

3

có thể làm giảm sự hoạt động của enzym nitrogenase và vì vậy làm giảm sự cố định đạm. Các nốt sần bị mất màu hồng khi trong đất có hàm lượng NO3

- cao. Ngoài ra sự giảm cố định đạm cũng có liên quan đến sự cạnh tranh trong sử dụng các sản phẩm quang hợp giữa quá trình khử NO 3

- và các phản ứng cố định đạm.

Quang hợp và khí hậu, tốc độ hình thành các sản phẩm quang hợp có liên quan mạnh mẽ đến sự gia tăng cố định đạm bởi vi khuẩn Rhizobia. Những yếu tố làm giảm tốc độ quang hợp cũng đồng thời làm giảm sự cố định đạm. Các yếu tố này bao gồm cường độ ánh sáng giảm, thiếu nước và nhiệt độ thấp.

Phương pháp quản lý cây họ đậu, thông thường bất cứ biện pháp kỹ thuật nào làm giảm năng suất của cây họ đậu sẽ làm giảm lượng đạm được cố định bởi cây họ đậu. Những biện pháp kỹ thuật này bao gồm việc quản lý nước và chất dinh dưỡng, cỏ dại côn trùng, bệnh và thu hoạch. Kỹ thuật thu hoạch thường khác nhau rất nhiều giữa các khu vực, chu kỳ thu hoạch quá ngắn, quá sớm hoặc quá trễ đều có thể làm giảm năng suất của cây họ đậu và lượng đạm cố định.

2.3 Sự cố định đạm bởi các cây gỗ và cây bụi thuộc họ đậuSự cố định đạm bởi các cây gỗ và cây bụi thuộc cây họ đậu rất quan trọng trong hệ sinh thái

rừng nhiệt đới và á nhiệt đới, và cho các hệ thống nông lâm kết hợp trong các quốc gia đang phát triển. Nhiều cây họ đậu cố định được lượng đạm đáng kể. Ví dụ, Mimosa, Acaica, bồ kết đen, và ba loài cây họ đậu lấy gỗ là Gliricidia sepium, Leucaena leucocephala, Sesbania biosbinosa đã được dùng làm cây phân xanh trên những hệ thống cây trồng với lúa là cây trồng chính.

Sự cố định đạm của các thực vật khác. Một số cây khác được phân bố rộng rãi cũng có khả năng cố định đạm bởi cơ chế tương tự như cây họ đậu và Rhizobia cộng sinh. Một số họ thực vật sau đây có mang nốt sần trên rễ và cố định được đạm. Betulaceae, Elaegnaceae, Myricaceae, Coriariaceae, Rhamnaceae và Casurinaceae. Phi lao và Ceanothus là hai loài được tìm thấy phổ biến trong các vùng rừng ở Tây Bắc Thái Bình Dương, có thể đóng góp một phần đạm đáng kể vào hệ sinh thái ở đây. Frankia, một loại xạ khuẩn và vi sinh vật tham gia trong quá trình cố định đạm bởi các cây lấy gỗ không thuộc họ đậu này.

2.4 Sự cố định đạm bởi các vi sinh vật không cộng sinh trong đấtSự cố định đạm trong đất cũng có thể được tiến hành bởi một số chủng vi khuẩn sống tự do

và các loại tảo lục lam.

2.4.1 Tảo

Hình 5.3 Tảo lam và bèo hoa dâuCác loại tảo lục lam là những sinh vật hoàn toàn tự dưỡng có nhu cầu ánh sáng, nước, N 2,

CO2, và các nguyên tố khoáng cần thiết khác. Số lượng các loài này trong đất ngập nước cao hơn nhiều so với các vùng đất khô. Vì cần ánh sáng, cho nên chúng chỉ góp một phần nhỏ đạm cho đất cây trồng cạn sau khi cây trồng đã giao tán. Trong sa mạc hay các vùng bán khô hạn, tảo lục lam hay rong rêu chứa tảo sẽ bắt đầu hoạt động sau vài cơn mưa và cố định lượng đạm đáng kể trong thời gian hoạt động rất ngắn của chúng. Sự cố định đạm của tảo lục lam rất có ý nghĩa về mặt kinh

4

tế trong các vùng khí hậu nóng, đặc biệt trên các vùng đất nhiệt đới, đạm trở nên hữu dụng cho các sinh vật khác bởi tảo lục lam có thể khá quan trọng trong các giai đoạn đầu của sự hình thành đất.

Có một quan hệ cộng sinh đáng chú ý giữa Anabaena azola (một loại tảo lục- lam) và Azolla (bèo hoa dâu) trong sông hồ nhiệt đới và ôn đới. Tảo lục lam định vị trong khoang lá của bèo hoa dâu nên được bảo vệ chống lại các điều kiện bên ngoài và có khả năng cung cấp tất cả đạm cần thiết cho cây chủ. Một đặc điểm quan trọng của tổ hợp này là bèo hoa dâu có bề mặt thu nhận ánh sáng rất lớn, đây là một đặc điểm giới hạn khả năng cố định đạm của tảo lam sống tự do.

Vi sinh vật Beijerinckia, hiện diện trong hầu hết các vùng nhiệt đới, sống trên bề mặt lá của nhiều loại cây nhiệt đới và cố định đạm trên những lá này thay vì hoạt động trong đất.

Ở khu vực Đông Nam Á, Azolla được sử dụng làm phân xanh hàng thế kỷ nay trên các vùng canh tác lúa nước, cũng như làm thức ăn cho gia súc, hay làm các loại phân bón hỗn hợp bón cho các loại cây trồng khác, và cũng được sử dụng như là một biện pháp diệt cỏ dại. Khi sử dụng làm phân xanh bèo hoa dâu cung cấp 50 – 60 kg N/ hecta làm tăng năng suất lúa đáng kể so với ruộng lúa không bón phân.

2.4.2 Vi khuẩn liên kết cố định đạmMột số vi khuẩn cố định đạm có thể sinh trưởng trên bề mặt rễ và trong một số trường hợp

có thể sinh trưởng ngay trong mô rễ của bắp, cỏ, kê, lúa, cao lương, lúa mì và rất nhiều loại thực vật bậc cao khác. Azospirillum brasilense là loại vi khuẩn cố định đạm được xác định. Tiêm chủng Azospirillum brasilense cho cây ngũ cốc cải thiện được sự sinh trưởng và dinh dưỡng đạm, mặc dù phản ứng của sự chủng này biến động rất cao. Một số yếu tố có thể làm gia tăng sự hấp thu chất dinh dưỡng của cây trồng là khả năng thấm của rễ được thay đổi những hoạt động của hormon và tăng cường sự khử NO3

- trong rễ. Đối với chủng Azotobacter và Clostridium có thể cung cấp tối đa 5 kg N/ hecta; vì vậy những sinh vật không cộng sinh này có giá trị rất thấp đối với sự hữu dụng của đạm trong nền nông nghiệp thâm canh.

2.5 Sự bổ sung đạm trực tiếp từ khí quyển vào đấtCác hợp chất đạm trong khí quyển được trả lại cho đất theo mưa, dưới các dạng NH3, NO3

-, NO2

-, N2O; và đạm hữu cơ, đạm dạng ammonia chiếm một lượng lớn ở các khu công nghiệp, nơi NH3 được sử dụng hay sản xuất. Ammonia cũng có thể thoát ra từ bề mặt đất do kết quả của các phản ứng hóa học trong đất. Đạm hữc cơ tích lũy dưới dạng những dư thừa hữu cơ bị phân giải và thoát vào khí quyển từ bề mặt trái đất.

Đất có khả năng hấp thu một lượng đáng kể NH3 từ khí quyển. Trong những vùng không khí có nồng độ NH3 cao đất có thể hấp thu 50 – 70 kg NH3/ hecta/ năm. Sự hấp thu này tương quan thuận với nồng độ NH3 và nhiệt độ nhưng độc lập với lượng mưa.

Do có một lượng nhỏ NO2- hiện diện trong khí quyển nên thường cả NO2

- và NO3- được gọi

chung là NO3-, NO3

- trong khí quyển được hình thành trong thời gian phóng điện trong khí quyển, nhưng những nghiên cứu mới đây cho thấy rằng chỉ có khoảng 10 – 20 % NO3

- trong nước mưa có liên quan đến sấm sét. Phần còn lại do khí thải công nghiệp hay phát sinh từ đất.

Các hợp chất đạm trong khí quyển liên tục được trả lại cho đất thông qua nước mưa. Tổng lượng đạm trong nước mưa biến thiên từ 1 – 50 kg/hecta/ năm, phụ thuộc vào vị trí địa lý. Điều này cho thấy rằng lượng đạm trong nước mưa thường cao ở các vùng xung quanh khu công nghiệp, và thông thường nồng độ đạm trong nước mưa trong vùng nhiệt đới cao hơn so với vùng cực và ôn đới.

2.6 Sự cố định đạm công nghiệp, công nghiệp sản xuất phân đạm vô cơĐạm được cố định từ công nghiệp là nguồn đạm quan trọng nhất hiện nay và trong tương

lai. Quá trình sản xuất đạm bằng phương pháp cố định công nghiệp dựa trên quy trình Haber – Bosch, trong đó khí H2 và N2 phản ứng với nhau để tạo thành NH3

3 H2 + 2 N2 2 NH3 (ở điều kiện 1200oC và 500 atm)NH3 được sản xuất có thể được sử dụng làm phân bón trực tiếp (NH 3 khan) tuy nhiên NH3 thường dùng làm nguyên liệu để sản xuất các dạng phân đạm khác.

5

3 Đạm trong đất3.1 Các dạng đạm trong đất

Lượng đạm trong đất thay đổi từ 0,02 % ở tầng đất sâu đến 2,5 % trong đất than bùn. Nồng độ đạm trong lớp đất mặt của phần lớn các loại đất canh tác thường biến thiên từ 0,03 – 0,4 %. Đạm trong đất hiện diện ở hai dạng đạm hữu cơ và đạm vô cơ. Nhưng 95 % đạm trong đất mặt là đạm hữu cơ.

Các hợp chất đạm vô cơ, các dạng đạm vô cơ trong đất bao gồm ammonium (NH4+), nitrite

(NO2-), nitrate (NO3

-), nitrous oxide (N2O), nitric oxide (NO) và đạm nguyên tố (N2) chỉ được sử dụng bởi Rhizobia và các vi sinh vật cố định đạm khác.

Trên quan điểm về độ phì nhiêu của đất, NH4+, NO3

- và NO2- là quan trọng nhất và được

hình thành từ sự phân giải hảo khí của chất hữu cơ trong đất hay từ các loại phân đạm được bón vào. Tuy nhiên ba dạng đạm này chỉ chiếm khoảng 2 – 5 % tổng lượng đạm trong đất. N2O và NO là các dạng đạm rất dễ bị mất thông qua quá trình phản N hóa.

Các hợp chất đạm hữu cơ, đạm hữu cơ trong đất tồn tại ở các dạng như là protein, amino acid, amino sugar và các hợp chất đạm phức tạp khác. Tỉ lệ của các dạng đạm hữu cơ này khác nhau như sau: amino acid 20 – 40 %, amino sugar như hexosamine 5 – 10 % và các hợp chất có nguồn gốc như purine, pyrimidine < 1 %. Protein thường kết hợp với sét, lignin và các chất khó phân giải khác. Các kỹ thuật phân tích hiện nay có thể tách các amino acid tự do không nối với peptide hay kết hợp với các polymer hữu cơ cao phân tử, sét và lignin từ trong đất. Do dễ dàng bị oxi hóa sinh học nên các hợp chất này thường không được tích lũy trong đất và chúng có thể là nguồn NH4

+ quan trọng đối với dinh dưỡng cây trồng. So với các dạng khác, lượng amino acid tự do trong đất tương đối thấp.

3.2 Các dạng N trong đất mà rễ cây trồng có thể hấp thụRễ cây trồng hấp thu đạm ở hai dạng NH4

+ và NO3-. Thông thường, trên đất không ngập

nước, NO3- có nồng độ cao hơn NH4

+, NO3- di chuyển đến rễ bằng dòng chảy khối lượng và khuếch

tán. Nhưng đồng thời, một số NH4+ luôn hiện diện trong đất và có ảnh hưởng đến sự sinh trưởng và

trao đổi chất của cây trồng bằng nhiều cơ chế khác nhau.Mức độ hấp thu đạm dạng NH4

+ hay NO3- của cây trồng tùy thuộc vào tuổi và loại cây trồng,

điều kiện môi trường và các yếu tố khác. Ngũ cốc, bắp, đậu, củ cải đường, dứa, lúa sử dụng cả hai dạng này. Cải xoăn, cần tây, các loại đậu, bí, sinh trưởng tốt nhất khi được cung cấp dạng đạm NO3

-

cao. Các cây thuộc họ cà như thuốc lá, ca chua, khoai tây thích hợp môi trường dinh dưỡng có tỉ lệ NO3

-/NH4+ cao.

3.2.1 NitrateTốc độ hấp thụ NO3

- cao và thích hợp trong điều kiện pH thấp, khi cây hấp thụ NO3-, sẽ gia

tăng sự tổng hợp các anion hữu cơ trong cây, cùng với sự gia tăng tương ứng các cation vô cơ (Ca, K, Mg) nên môi trường sẽ trở nên kiềm tính và một số HCO3

- có thể được phóng thích từ rễ cây để duy trì sự trung hòa điện tích trong cây và trong dung dịch đất.

3.2.2 AmmoniumNhiều giả thuyết cho rằng NH4

+ là nguồn đạm cây trồng ưa chuộng hơn, vì sẽ tiết kiệm được năng lượng khi cây trồng sử dụng dạng đạm này thay vì hấp thu NO3

- để tổng hợp protein. Quá trình khử NO3

- trong cây là tiến trình cần năng lượng, chúng cần hai phân tử NADH cho mỗi ion NO 3-

được khử trong việc tổng hợp protein. Hơn nữa, NH4+ trong đất ít bị mất do rửa trôi và phản N hóa.

Sự hấp thu NH4+ của cây trồng tốt nhất ở pH trung tính và sự hấp thu này giảm khi độ chua

tăng. Sự hấp thu NH4+ của rễ sẽ làm giảm sự hấp thu Ca2+, Mg2+ và K+ trong khi đó làm tăng sự hấp

thu H2PO4-, SO4

2- và Cl- do tính tương tác thuận và nghịch của các ion.Cây trồng hấp thu NH4

+ có thể gia tăng hàm lượng carbohydrate và protein so với hấp thu NO3

-. pH vùng rễ bị giảm khi cây trồng hấp thu NH4+ do rễ tiết H+ để trung hòa điện tích hay cân

bằng điện tích bên trong cây. Người ta nhận thấy trên lúa mì có sự khác biệt đến hai đơn vị pH khi

6

lúa mì được cung cấp NH4+ và NO3

-. Sự hóa chua này có ảnh hưởng đến sự hữu dụng của các chất dinh dưỡng và sự hoạt động sinh học xung quanh vùng rễ.

Giới hạn chống chịu với nồng độ NH4+ trong cây tương đối hẹp, khi nồng độ NH4

+ tăng cao sẽ gây ra các phản ứng ngộ độc. Hàm lượng NH4

+ cao có thể làm ngưng sự tăng trưởng, hạn chế sự hấp thu K+, và phát sinh hiện tượng thiếu K+, ngược lại, cây trồng chống chịu với nồng độ NO3

- cao và tích lũy NO3

- trong mô ở mức độ rất cao.

3.3 Sự tổng hợp NH4+ và NO3

- trong cây Sự sinh trưởng của cây trồng thường được cải thiện khi được cung cấp cả hai dạng NH4

+ và NO3

- so với trường hợp chỉ cung cấp từng loại riêng lẻ. Có nhiều dẫn chứng cho thấy khi cung cấp cả hai dạng đạm này sẽ có lợi ở một số giai đoạn sinh trưởng đối với một số giống bắp, cao lương, đậu nành, lúa mì, và lúa mạch. Năng suất của lúa mì, lúa mạch và cao lương tăng khi được bón NH4

+ và NO3- và số nhánh cũng cao hơn. Năng suất bắp tăng từ 8 – 25 % khi cung cấp NH4

+ và NO3

- so với việc cung cấp đơn thuần NO3-.

Những kết quả nghiên cứu gần đây cho rằng nên bón NH4+ trong giai đoạn hạt vào chắc để

năng suất bắp tăng tối đa và tỉ lệ bón NH4+ / NO3

- 50:50 là tối hảo. Các kết quả thí nghiệm khác cũng nhận thấy là 2 – 4 ngày sau khi phun râu là giai đoạn tốt nhất để bón NH 4

+ sẽ làm tăng năng suất đáng kể.

3.4 Dạng đạm vô cơ và các bệnh của cây trồngDinh dưỡng NH4

+ và NO3- là yếu tố ảnh hưởng đến sự xuất hiện và mức độ nghiêm trọng

của các loại bệnh cây. Một số loại bệnh sẽ nghiêm trọng hơn khi dạng đạm NH 4+ là dạng đạm chủ

yếu hiện diện trong vùng rễ, một số bệnh khác lại chiếm ưu thế khi NO3- hiện diện trong vùng rễ.

Có hai tiến trình có thể liên quan đến vấn đề này, bắt đầu với sự ảnh hưởng trực tiếp của các dạng đạm đến hoạt động phát sinh bệnh. Nguyên nhân khác là do ảnh hưởng của NH4

+ hay NO3-

đến hoạt động của các vi sinh vật có khả năng làm thay đổi sự hữu dụng của các cation vi lượng. Ví dụ, bón NO3

- cao kích thích hoạt động của một số vi khuẩn làm giảm mức độ hữu dụng của Mn đối với lúa mì. Ảnh hưởng của dạng đạm đến pH đất trong vùng rễ cũng là một phần lý do giải thích tại sao có sự khác biệt trong mức độ nghiêm trọng của các bệnh khi bón các dạng phân đạm khác nhau.

3.5 Chuyển hóa đạm trong đấtKhả năng hữu dụng của NH4

+ và NO3- đối với cây trồng phụ thuộc rất nhiều vào các điều

kiện như liều lượng, dạng phân đạm được bón vào đất, lượng đạm được bón và lượng đạm trong chất hữu cơ của đất được khoáng hóa. Trong đó, lượng đạm được giải phóng từ đạm hữu cơ phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến sự khoáng hóa chất hữu cơ, hấp thu sinh học đạm và các quá trình mất đạm của đất.

Chất hữu cơ trong đất là các vật liệu hữu cơ có tình trạng phân giải ở nhiều giai đoạn khác nhau. Chất hữu cơ trong đất có thể chia làm hai loại:

Mùn là các vật liệu tương đối ổn định và bền vững phân giải tương đối chậm.Những vật liệu hữu cơ phân giải khá nhanh bao gồm các vật liệu còn tươi từ dư thừa thực

vật đến hợp chất sắp hình thành mùn tương đối ổn định.Các tiến trình sinh học chủ yếu liên quan đến sự chuyển hóa của dư thừa thực vật và hình

thành mùn trong đất là quá trình khoáng hóa và cố định sinh học của đạm trong đất. Những phản ứng này kết hợp với các yếu tố vật lý, hóa học, và môi trường khác có ý nghĩa rất quan trọng trong sự ổn định của chất hữu cơ trong đất và sự hữu dụng của đạm vô cơ đối với cây trồng.

3.6 Sự khoáng hóa đạm trong đấtSự khoáng hóa đạm là quá trình biến đổi đạm hữu cơ thành đạm vô cơ, sự khoáng hóa đạm

hữu cơ bao gồm hai phản ứng, amine hóa và amonium hóa, các phản ứng này diễn ra thông qua sự hoạt động của nhiều vi sinh vật dị dưỡng. Các vi sinh vật dị dưỡng cần các hợp chất carbon hữu cơ làm nguồn cung cấp năng lượng.

7

Sự khoáng hóa gia tăng khi nhiệt độ gia tăng, đủ nước, và đầy đủ oxy, sự phân giải cũng có thể xảy ra trong điều kiện ngập nước mặc dù với tốc độ chậm hơn, thường không phân giải hoàn toàn. Sự hô hấp thoáng khí và trong điều kiện ít yếm khí chất hữu cơ bị phân giải sẽ giải phóng đạm dưới dạng NH4

+.Phản ứng amine hóa: các vi khuẩn dị dưỡng và nấm tham gia vào một hay nhiều bước trong

các phản ứng phân giải chất hữu cơ. Vi khuẩn chiếm ưu thế trong việc phá vỡ các chất hữu cơ trong môi trường trung tính và kiềm, và một số ít loại nấm; trong điều kiện đất chua nấm là tác nhân chính tiến hành phản ứng amine hóa. Sản phẩm cuối cùng của những hoạt động của nhóm này sẽ là chất nền cho các hoạt động của nhóm tiếp theo và tiếp tục cho đến khi vật liệu bị phân giải. Một trong những giai đoạn cuối cùng là sự phân giải protein và giải phóng amine, amino acid và urea. Bước này gọi là amine hóa, được hình thành theo sơ đồ sau:

Phản ứng Amonium hóa. Các amine và amino acid được sản sinh bởi sự amine hóa của N hữu cơ được tiếp tục phân giải bởi các sinh vật dị dưỡng khác, giải phóng ammonium. Bước này được gọi là quá trình ammonium hóa và được trình bày như sau:

R – NH2 + H2O NH3 + R – OH + năng lượng NH3 + H2O NH4

+ + OH-

Rất nhiều loại vi khuẩn hảo khí và kị khí, nấm, và xạ khuẩn có khả năng tham gia vào quá trình này để giải phóng NH4

+.Khi NH4

+ hình thành chúng có thể bị biến đổi như sau:Có thể được biến đổi thành NO2

- và NO3- bởi các quá trình nitrite và nitrate hóa.

Có thể hấp thụ trực tiếp bởi thực vật bậc cao.Có thể được sử dụng bởi các vi sinh vật dị dưỡng trong sự phân giải các dư thừa của C hữu

cơ sau đó hấp thu sinh học.Có thể bị cố định, bị kẹt trong các lá sét, thành dạng không hữu dụng trong một số loại

khoáng sét có tính trương nở.Có thể được giải phóng trở lại khí quyển dưới dạng NH4

- quá trình bay hơi.

3.7 Nồng độ đạm trong dư thừa thực vậtNồng độ đạm trong dư thừa thực vật cũng có thể được dùng để dự đoán lượng đạm có thể

hấp thu sinh học hay được khoáng hóa. Nồng độ đạm khoảng 1,5 – 1,7% trong dư thừa hữu cơ đủ để tối thiểu hóa sự hấp thu sinh học của đạm trong đất, trong điều kiện thoáng khí. Trong điều kiện yếm khí, đất ngập nước, nhu cầu đạm cho sự phân giải các dư thừa thực vật có thể chỉ là 0,5%.

Các ảnh hưởng của sự khoáng hóa và hấp thu sinh học đến chất hữu cơ trong đất; Trên các loại đất nguyên thủy (chưa có sự canh tác) hàm lượng mùn được quyết định bởi thành phần cơ giới của đất, địa hình và các điều kiện khí hậu. Thông thường đất ở vùng khí hậu lạnh có hàm lượng chất hữu cơ cao hơn trong vùng khí hậu nóng và chất hữu cơ tăng khi lượng mưa tăng. Những sự khác nhau này do sự giảm oxi hóa chất hữu cơ trong điều kiện lạnh và sinh khối tăng khi lượng mưa tăng. Hàm lượng mùn trong đất có sa cấu mịn thường cao hơn trong đất có sa cấu thô vì liên quan đến sự hình thành sinh khối trong đất có sa cấu mịn thường cao vì sự dự trữ nước của đất được cải thiện và có sự giảm tiềm năng oxi hóa mùn. Hàm lượng chất hữu cơ trong đất đồng cỏ thường cao hơn trong đất rừng. Những quan hệ này thường được thể hiện rõ ràng trên các loại đất được tiêu nước tốt. Trong điều kiện ngập nước, sự phân giải hảo khí bị cản trở và chất hữu cơ sẽ tích lũy với hàm lượng cao, bất kể trong điều kiện nhiệt độ và sa cấu như thế nào.

Duy trì mức độ OM đầy đủ sẽ ảnh huởng rất lớn đến nhiều đặc tính khác của đất, các đặc tính này có ảnh hưởng rất lớn đến khả năng sản xuất của đất. OM rất quan trọng trong việc duy trì

8

Protein R – NH2 H

+ C =O+R – C – COOH + CO2 + năng lượng NH2 NH2

NH2

R – NH2

Vi khuẩn, nấm

H2O

Amino acids Amines Urea

cấu trúc của đất, đặc biệt là đất có sa cấu mịn. OM làm tăng CEC, làm giảm tiềm năng rửa trôi các nguyên tố như K+, Ca2+, Mg2+. Sự khoáng hóa chất hữu cơ cung cấp một cách liên tục, mặc dù hàm lượng bị giới hạn, N hữu dụng cho cây trồng và cả P và S. Khả năng giữ nước của đất được cải thiện khi hàm lượng OM tăng. Sự bền vững và gia tăng khả năng sản xuất của đất cho các thế hệ tương lai tùy thuộc vào việc duy trì hàm lượng chất hữu cơ trong đất một cách tối hảo.

3.8 Quá trình nitrate hóaMột số NH4

+ được phóng thích trong quá trình khoáng hóa của đạm hữu cơ sẽ được biến đổi thành NO3

-, quá trình này được gọi là quá trình nitrate hóa, là một tiến trình bao gồm hai bước trong đó đầu tiên NH4

+ bị biến đổi thành NO2- và sau đó thành NO3

-. Nitrite hóa: sự oxi hóa sinh học của NH4

+ thành NO2- được trình bày như sau:

2 NH4+ + 3O2 ----------> 2 NO2

- + 2 H2O + 4 H+

NitrosomonasNitrosomonas là vi khuẩn tự dưỡng bắt buộc, chúng thu nhận năng lượng từ sự oxi hóa đạm và nhận C từ CO2. Các vi khuẩn tự dưỡng khác (nitrosolobus, nitrospira, nitrosovibrio), và một số vi khuẩn dị dưỡng cũng có thể oxi hóa NH4

+ và các hợp chất đạm khử khác (amine) thành NO2-.

Nitrate hóa: trong bước thứ 2 NO2- tiếp tục bị oxi hóa thành NO3

-

2 NO2- + O2 --------> 2NO3

-

NitrobacterSự oxi hóa nitrite xảy ra do vi khuẩn tự dưỡng nitrobacter, mặc dù tiến trình này cũng có

một số vi khuẩn khác tham gia. Nguồn NH4+ có thể được cung cấp từ sự khoáng hóa N hữu cơ hay

từ phân đạm có chứa NH4+, hay các loại phân đạm sẽ hình thành NH4

+ khi bón vào đất. Tốc độ phản ứng liên quan đến sự nitrate hóa trong phần lớn các loại đất thoát nước tốt theo thứ tự NO2

- NO3-

> NH4+ NO2

-. Do đó NO2- thường không được tích lũy trong đất, NO2

- là chất gây độc cho rễ khi ở nồng độ cao. Cả hai phản ứng trên đều cần O2 phân tử vì vậy sự nitrate hóa chỉ xảy ra trên đất thoáng khí. Những phản ứng trên cũng cho thấy rằng khi nitrate hóa một mole NH4

+ sẽ hình thành 2 mole H+. Sự gia tăng độ chua của đất với tiến trình nitrate hóa là tiến trình tự nhiên, mặc dù sự hóa chua của đất sẽ càng thêm nghiêm trọng khi bón liên tục các loại phân đạm chứa NH 4

+ hay các loại phân đạm khi bón vào đất sẽ hình thành NH4

+. Bởi vì ion NO3- được hình thành dễ dàng và rất di

động nên cũng dễ dàng bị rửa trôi. Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến sự nitrate hóa trong đất sẽ giúp chúng ta hiểu biết kỹ thuật quản lý nhằm tối thiểu hóa sự mất NO3

- dưới dạng rửa trôi.

3.8.1Các yếu tố ảnh hưởng đến sự nitrta hóa Do có liên quan đến sự hoạt động của các vi sinh vật, nên tốc độ và phạm vi nitrate hóa

chịu ảnh hưởng rất lớn bởi các điều kiện môi trường. Thông thường bất cứ yếu tố môi trường nào thích hợp cho sự sinh trưởng của phần lớn cây trồng cạn thì sẽ thích hợp cho sự hoạt động của các vi khuẩn nitrate hóa. Các yếu tố ảnh hưởng đến sự nitrate hóa trong đất bao gồm

Sự cung cấp NH4+

Mật số các vi sinh vật tham gia vào sự nitrate hóapH đấtĐộ thoáng khí của đấtĐộ ẩm của đấtNhiệt độ đất

Sự cung cấp NH4+ là yêu cầu đầu tiên cho sự nitrate hóa

Nếu điều kiện không thích hợp cho sự khoáng hóa của NH4+ từ chất hữu cơ (hay đất không

đuợc bón các loại phân chứa hay hình thành NH4+) quá trình nitrate hóa sẽ không xảy ra. Nhiệt độ

và độ ẩm thích hợp cho nitrate hóa cũng thích hợp cho quá trình amonium hóa.Nếu có một lượng lớn rơm rạ của ngũ cốc, thân bắp hay các vật liệu tương tự có tỉ lệ C/N

cao được vùi vào trong đất có hàm lượng đạm vô cơ thấp, điều này sẽ dẫn đến kết quả là có sự cố định đạm sinh học bởi các vi sinh vật tham gia trong quá trình phân giải các dư thừa thực vật. Nếu cây trồng được trồng ngay sau khi cày đất cây trồng có thể bị thiếu đạm, sự thiếu đạm có thể được

9

hạn chế bằng cách bón phân đạm để cung cấp đủ đạm cho nhu cầu của vi sinh vật và cây trồng đang sinh trưởng.Mật độ vi sinh vật nitrate hóa

Các loại đất khác nhau sẽ có khả năng nitrate hóa khác nhau mặc dù có những điều kiện nhiệt độ, ẩm độ, và mức độ NH4

+ cung cấp giống nhau. Yếu tố gây nên sự khác nhau này là dân số các vi khuẩn nitrate hóa hiện diện với mật độ khác nhau trong các loại đất khác nhau.

Sự hiện diện của các vi khuẩn trong đất khác nhau về mật độ sẽ dẫn đến kết quả là sẽ có sự khác nhau về thời gian từ khi cung cấp NH4

+ đến khi hình thành NO3- trong đất. Dân số vi sinh vật

có khuynh hướng tăng rất nhanh khi cung cấp đầy đủ C, nên tổng lượng nitrate hóa không ảnh hưởng bởi số lượng vi sinh vật ban đầu, chỉ phụ thuộc vào điều kiện nhiệt độ ẩm độ thích hợp cho sự nitrate hóa.pH đất

Sự nitrate hóa có thể xảy ra trên một biên độ pH rộng (4,5 – 10) nhưng pH tối hảo cho nitrate hóa là trung tính. Các vi khuẩn nitrate hóa cần cung cấp đầy đủ Ca2+ và H2PO4

- và sự cân bằng hợp lý của các nguyên tố vi lượng. Ảnh hưởng của pH và Ca2+ hữu dụng đến sự hoạt động của các vi sinh vật nitrate hóa cho thấy tầm quan trọng của việc bón vôi trên đất nông nghiệp.Độ thoáng khí của đất

Các vi khuẩn nitrate hóa là vi khuẩn hảo khí cho nên chúng sẽ không hoạt động khi thiếu O2, sự nitrate hóa xảy ra tối đa ở nồng độ 20% O2 tương tự nồng độ O2 trên khí quyển. Cho thấy tầm quan trọng của sự duy trì các điều kiện cho phép sự khuếch tán nhanh của các chất khí ra vào trong đất. Các loại đất có sa cấu thô hay cấu trúc tốt sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho sự trao đổi khí nhanh chóng và đảm bảo cho sự cung cấp O2 đầy đủ cho các vi sinh vật nitrate hóa.

Trả lại dư thừa thực vật và những chất bổ sung hữu cơ khác cho đất sẽ duy trì hay cải thiện được độ thoáng khí của đất làm gia tăng tiến trình nitrate hóa.

Độ ẩm của đất, sự hoạt động của các vi vật rất mẫn cảm với độ ẩm của đất. Tốc độ nitrate hóa cao nhất ở độ ẩm là 1/3 bar (độ ẩm đồng ruộng). Nước chiếm khoảng 80 – 90% các lỗ rỗng của đất. Sự khoáng hóa và nitrate hóa bị giảm khi đất quá ẩm ướt với độ ẩm vượt quá độ ẩm đồng ruộng.Nhiệt độ

Phần lớn các phản ứng sinh học đều bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ. Hệ số nhiệt độ Q 10 của sự khoáng hóa N = 2, trong khoảng nhiệt độ từ 5 – 350C. Có nghĩa là tốc độ khoáng hóa tăng 2 lần khi nhiệt độ tăng 100C trong khoảng nhiệt độ này (hình 5.12). Nhiệt độ dưới 50C và trên 400C sẽ làm giảm tốc độ khoáng hóa, thường nhiệt độ tối hảo từ 30 – 350 C, hàm lượng NO3

- hình thành đáng kể chỉ sau 2 tháng khi nhiệt độ từ 0 – 20C. Nhiệt độ rất tối hảo cho sự nitrate hóa NH4

+ thành NO3- từ 25

– 350C, mặc dù sự nitrate hóa có thể xảy ra trong khoảng nhiệt độ rộng hơn. Trong điều kiện đồng ruộng, sự thay đổi nhiệt độ sẽ quyết định mức độ nitrate hóa. Vì vậy

nếu bón phân NH4+ trong mùa đông, vùng có nhiệt độ trung bình trong những tháng lạnh là 2,80C,

có thể sự thay đổi nhiệt độ đất sẽ cho phép sự nitrate hóa đáng kể. Nhiệt độ cao xảy ra trước nhiệt độ thấp dẫn đến kết quả là sự nitrate hóa lớn hơn nếu tình trạng ngược lại xảy ra.

3.8.2 Sự di động của NO3-

Anion NO3- rất dễ hòa tan trong nước và không chịu ảnh hưởng bởi sự hấp thu bề mặt của

keo đất. Do đó nên NO3- di động rất cao và bị mất do rửa trôi là chính khi hàm lượng N trong đất

cao và có sự di chuyển của nước. Sự rửa trôi NO3- thường là cơ chế mất N chính trên các loại đất

trong các vùng khí hậu ẩm.Cần phải kiểm soát cẩn thận sự rửa trôi của NO3

- vì NO3- có tác động nghiêm trọng đối với

môi trường. Mức độ NO3- (và H2PO4

-) cao trong nước chảy tràn trên mặt và nước thấm lậu sẽ có thể làm ô nhiễm nguồn nước sinh hoạt và sẽ kích thích sự sinh trưởng của các thực vật có hại và tảo trong các ao hồ và các nơi dự trữ nước.

Một số yếu tố ảnh hưởng đến lượng NO3- mất do rửa trôi là

. Liều lượng, thời gian, loại và phương pháp bón phân N.

. Sử dụng các chất ức chế sự nitrate hóa.

10

. 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.

3.9 Một số quá trình mất đạm khác trong đất3.9.1Sự cố định Ammonium

Một số khoáng sét, đặc biệt là vermiculite, illite, có khả năng cố định NH4+ do sự thay thế

NH4+ bởi các cation khác trong các lá sét NH4

+ bị cố định cũng có thể lại được thay thế bởi các cation khác trong lá sét như Ca2+, Mg2+, Na+, H+ nhưng không bị thay thế bởi các cation cùng kích thước với nó (K+). Sự cố định NH4

+ mới được bón vào đất có thể xảy ra trên các hạt có kích thước sét, thịt và cát nếu đất chứa hàm lượng vermiculite cao. Sét thô (0,2 – 2 m) và thịt mịn (2 – 5 m) là các phần quan trọng nhất trong việc cố định khi NH4

+ được bón vào đất.Sự hiện diện của K+ thường sẽ hạn chế cố định NH4

+ vì K+ cũng có thể bị cố định đầy các vị trí cố định trên lá sét. Do đó, người ta cho rằng việc bón phân K+ trước khi bón phân NH4

+ là một biện pháp kỹ thuật để làm giảm sự cố định NH4

+ trên các vùng đất cố định NH4+cao.

Sự cố định NH4+ của sét xảy ra tương đối nhanh trên một số loại đất khi NH4

+ được phóng thích chậm. Sự hữu dụng của NH4

+ mới bị cố định có thể bị thay thế, ít nhất là một phần, NH4+ đã bị

cố định tại chỗ. Hơn nữa, người ta cũng nhận thấy rằng chất ức chế nitrate hóa làm giảm sự hữu dụng của NH4

+ mới bị cố định đối với cây trồng, điều này đã củng cố thêm lý thuyết cho rằng một số NH4

+ bị cố định thường trao đổi và biến đổi thành NO3- nên có thể được cây trồng sử dụng dễ

dàng.

3.9.2 Sự mất N ở dạng khíN trong đất bị mất chủ yếu là do cây trồng lấy đi và rửa trôi. Tuy nhiên trong 1 số điều kiện,

các ion N vô cơ có thể biến đổi thành dạng khí và bị mất vào khí quyển. Con đường N chủ yếu bị mất ở dạng khí là sự phản N hóa và sự bay hơi của NH3 (bảng 5.1). Phần sau đây sẽ nhấn mạnh đến các cơ chế được xem là quan trọng nhất trong sự mất N.

Bảng 5.1 Sự mất N trong đất ở dạng khí

Dạng N bị mất Nguồn cung cấp N Phản ứng tổng quátKhí N2 và NO2 A. Sự phản N hóa

B. Sự nitrate hóa

C. Các phản ứng hóa học của nitrite với: Ammonium -Amino acidsD. Lignin

E. Phenol Sự phân hủy của nitrous acid cation kim

loại chuyển tiếp

NO3- NO2

- NO N2O N2NH4

+NH2OH(thí dụH2N2O2)NO2- NO3

- NO3

-

NH4+ + NO2 - N2 + 2 H2O

HNO2 + NH2-R N2 + R-OH+ H2O HNO2 + Lignin N2 + N2O CH3ONO

3 HNO2 2NO + H NO3 + H2O

Mn2+ + HNO2 H+ Mn2+ + NO + H2OFe2+ + HNO2 + H+ Fe3+ + NO + H2O

Khí NH3 A. Phân NH3 lỏng khan Urea Muối NH4

+

B. Sự phân giải chất hữu cơ và phân hữu cơ

NH3 lỏng NH3 khí(NH2)2CO + H2O 2NH3 + CO2

(pH > 7) NH4+ + OH- NH3 + H2O

Giải phóng và bay hơi NH3

11

3.10 Sự phản N hóaKhi đất bị ngập nước, đất mất O2 và xảy ra sự phân giải chất hữu cơ trong điều kiện yếm

khí. Một số vi sinh vật có khả năng nhận O2 cho hoạt động của chúng từ NO2- và NO3

-, kèm theo là sự giải phóng N2 và N2O. Con đường hóa sinh có thể dẫn đến sự mất N này được trình bày trong phương trình sau : 2HNO3 + 4H+ 2HNO2 + 2H+ 2NO 2H+ N2O 2H+ N2 2H2O 2H2O 2H2O 2H2O

Những thí dụ về sự mất NO2- và NO3

- và sự hình thành N2 và N2O bởi sự phản N hóa trong đất chua và đất kiềm được trình bày trong hình 5.15. Chỉ có 1 ít loại vi khuẩn hảo khí không bắt buộc riêng biệt tham gia trong quá trình phản N hóa và các vi khuẩn chủ động tham gia vào quá trình nitrate hóa thuộc các chủng Pseudomonas, Bacillus và Paracoccus. Một số sinh vật tự dưỡng cũng có thể tham gia vào quá trình phản N hóa bao gồm Thiobacillus denitrificans và T .thipbarus . Các sinh vật phản N hóa thường có mật số rất lớn trong đất trồng trọt và chúng thường tập trung xung quanh rễ cây. Carbonat tiết ra từ các rễ hoạt động kích thích sự sinh trưởng của vi khuẩn phản N hóa trong vùng rễ. Tiềm năng của sự phản N hóa rất lớn trong hầu hết các loại đất đang canh tác, nhưng phải có các điều kiện phát sinh làm cho những sinh vật này tăng hoạt động từ sự hô hấp hảo khí đến kiểu phản N hóa của chế độ trao đổi chất liên quan đến việc sử dụng NO 3

- như là chất nhận điện tử trong điều kiện thiếu O2.

Số lượng N bị mất ở dạng khí do phản N hóa rất biến đổi tùy thuộc các điều kiện môi trường, từ mùa này sang mùa khác và năm này sang năm khác. Các tỉ lệ của 2 sản phẩm chính của sự phản N hóa, N2 và N2O cũng thay đổi và sự tương quan đơn giữa chúng chưa được xác nhận. Tuy nhiên, người ta cho rằng N2 chiếm ưu thế, đôi khi chiếm đến 90% của tổng N bị mất. Sự hình thành N 2O trở nên lớn hơn khi sự cung cấp O2 của đất được cải thiện.

3.10.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến sự phản N hóaHàm lượng và tốc độ của sự phản N hóa chịu ảnh hưởng rất lớn bởi một số yếu tố về đất và

môi trường. Quan trọng nhất trong các yếu tố này là hàm lượng và tính chất của chất hữu cơ hiện diện trong đất, ẩm độ đất, độ thoáng khí, pH đất, nhiệt độ đất, hàm lượng và dạng N vô cơ (thí dụ NH4

+ và NO3-).

Chất hữu cơ dễ phân giảiHàm lượng chất hữu cơ dễ phân giải trong đất cũng có ảnh hưởng đến sự nitrate hóa N trong

đất. 4(CH2O) + 4 NO3

- + 4H+ 4CO2+2N2O+6H2O 5(CH2O) + 4 NO3

- + 4H+ 5CO2+2N2+7H2O Theo những phương trình này, cần 1 ppm C hữu dụng để sản sinh 1,17 ppm N-N2O hay

0,99 ppm N-N2.

Phần lớn các thông tin cơ bản có liên quan tới sự phản N hóa trong đất đã được thu nhận những nghiên cứu trong phòng thí nghiệm với các mẫu đất khô không khí được giữ trong những khoảng thời gian dài khác nhau trước khi phân tích. Đất được phơi khô và trữ trong không khí làm gia tăng rất lớn khả năng phản N hóa NO3

- dưới điều kiện yếm khí. Việc xử lý đất trước này làm tăng đáng kể hàm lượng chất hữu cơ của đất được các vi sinh vật phản N hóa sử dụng dễ dàng.

Trong điều kiện đồng ruộng, dư thừa thực vật tươi được bón vào đất có thể kích thích làm gia tăng sự phản N hóa. Ẩm độ của đất

Trong các điều kiện môi trường, ẩm độ đất là yếu tố quan trọng nhất quyết định sự mất N do phản N hóa. Đất ngập nước làm tăng nhanh sự phản N hóa do sự khuếch tán của O 2 đến các địa điểm hoạt động của vi sinh vật bị hạn chế. Các nhà khoa học Anh đã cho rằng đối với mỗi 25 mm mưa trong khoảng thời gian 4 tuần lễ sau khi bón phân N, sẽ có khoảng 8 % N được bón sẽ bị mất. Sự biến đổi NO3

- thành N2O và N2 sẽ tăng nhanh khi mưa làm bão hòa 1 loại đất do làm tăng hoạt

12

động sinh học. Tiềm năng mất N do phản N hóa lên đến 16 kg N/ha trong những ngày đầu khi đất mới bão hòa nước.

Tỷ lệ N mất (% NO3 –N bón vào)

100 90 550% 80 450% 70 350% 60 50 40 100% 30 20 20 75% 10 50% 0

-10

2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 Thời gian (ngày)

Hình 5.4 Ảnh hưởng của ẩm độ (diễn tả bằng % khả năng giữ nước của đất) đến sự phản N hóa trong đất (đất được xử lý với glucose).

Trên các loại đất lúa nước, các loại phân N-NO3- thường không hiệu quả do sự mất N từ quá

trình phản N hóa. Tuy nhiên, có một số NO3- luôn hiện diện trong các loại đất này bởi vì một phần

NH4+ trong vùng thoáng khí (lớp oxid hóa) của hệ thống cây trồng – đất – nước được biến đổi thành

NO3-. Khi NO3

- này khuếch tán vào các phần đất yếm khí, nó nhanh chóng bị phản N hóa hoàn toàn.

Độ thoáng khí của đất Độ thoáng khí hay sự hữu dụng của O2 ảnh hưởng đến sự phản N hóa theo 2 cách tương phản nhau. Sự hình thành NO3

- và NO2- phụ thuộc vào sự cung cấp đầy đủ O2. Tuy nhiên sự phản N hóa

của chúng chỉ tiến hành khi sự cung cấp O2 bị hạn chế đến mức thấp nhất cho nhu cầu vi sinh vật. Tiến trình phản N hóa cũng có thể xảy ra trong đất có độ thoáng khí tốt, có thể là các vị trí yếm khí nơi mà nhu cầu O2 sinh học vượt quá sự cung cấp. Sự mất N lớn do sự phản N hóa có thể xảy ra đồng thời với sự khuếch tán O2 thấp vào trong đất và nhu cầu hô hấp cao trong đất.

Áp suất O2 giảm sẽ làm tăng sự mất N do phản N hóa. Tuy nhiên N mất trong điều kiện này sẽ không đáng kể cho đến khi hàm lượng O2 giảm nghiêm trọng đến nồng độ 10 % hay thấp hơn. pH đất

Độ chua của đất có thể có ảnh hưởng đáng kể đến sự phản N hóa do có nhiều vi khuẩn tham gia trong quá trình phản N hóa rất mẫn cảm với pH thấp. Kết quả là các loại đất chua thường chứa một dân số rất nhỏ các vi sinh vật phản N hóa. Sự phản N hóa không đáng kể trong các loại đất có pH 5,0 nhưng phản N hóa sẽ xảy ra rất nhanh trong các loại đất có pH cao

Độ chua cũng làm thay đổi các tiến trình hình thành và hàm lượng tương đối của các loại N dạng khí khác nhau trong quá trình phản N hóa. Ở pH dưới 6,0 đến 6,5, N2O chiếm ưu thế và chúng thường hiện diện hơn ½ N dạng khí được giải phóng trong môi trường chua. Sự hình thành NO luôn được hình thành trong điều kiện pH thấp (pH luôn thấp hơn 5,5). NO2 có thể là dạng khí đầu tiên hình thành trong đất có phản ứng trung tính hay hơi chua, nhưng do bị khử về mặt vi sinh vật học nên N2 có xu hướng là sản phẩm chính ở pH > 6,0. Sự hiện diện của N2O đến sự khử tiếp tục thành N2.

13

Nhiệt độSự phản N hóa rất mẫn cảm với nhiệt độ đất và tốc độ phản N hóa tăng rất nhanh trong

khoảng nhiệt độ 2 – 250C. Sự phản N hóa xảy ra ở tốc độ cao hơn khi nhiệt độ tăng trong khoảng 25 – 600C. Sự phản N hóa bị ức chế khi nhiệt độ > 600C. Sự phản N hóa tăng nhanh khi nhiệt độ đất tăng là do các vi sinh vật hảo khí đóng vai trò chính trong sự phản N hóa.

Hàm lượng NO3-

Sự cung cấp NO3- hay NO2

- trong đất là điều kiện tiên quyết cho sự phản N hóa. Nồng độ NO3

- cao làm tăng tốc độ phản N hóa và ảnh hưởng lớn đến tỷ lệ các khí N2O:N2 được giải phóng từ đất do sự phản N hóa. Một thí dụ về NO3

-, NO2- và các hỗn hợp của 2 dạng này chịu ảnh hưởng như

thế nào đến sự tích lũy N2O trong điều kiện yếm khí được trình bày trong bảng 5.2. Mặc dù NO2- ức

chế sự khử N2O thành N2, nhưng các số liệu cho thấy rằng NO3- lại có một tác động lớn hơn nhiều

trong quá trình nitrate hóa.Bảng 5.2: Ảnh hưởng của các hàm lượng NO3

- và NO2- đến hàm lượng N2 và N2O hình

thành trong điều kiện khử

Đất pH NO3 -N bón NO2 –N bón N2 hình thành trong 4 giờ

Sự ức chế sự khử N2O (%)

µ g / g đất

Clarion 7,2

0 0 43 -20 0 17 6010 10 20 535 15 21 510 20 27 37

Tama 6,6

0 0 33 -20 0 5 8510 10 8 765 15 12 64

Đất khô không khí (30g) được đặt trong bình thủy tinh được xử lý với 8ml nước và ủ ở 300C với He trong 15 giờ. Các mẫu đất sau đó được cho vào 10 ml nước hay 10 ml nước có chứa KNO 3

hay NaNO3 (20 µg/g đất) và ủ 300C trong He có chứa N2O (1.000 µg N2O – N /g đất).

Sự hiện diện của thực vậtMặc dù các kết quả nghiên cứu cho thấy rằng tốc độ mất N do phản N hóa chưa thống nhất

được, nhưng người ta đã nhất trí một cách tổng quát là trong điều kiện đồng ruộng tốc độ phản N hóa gia tăng bởi cây trồng vì sự giải phóng C hữu dụng tiết ra từ rễ và từ các mô rễ bị chết. Sự phản N hóa trong hầu hết các hệ thống canh tác có bón phân được tác nhân chính cung cấp C hữu cơ cho vi sinh vật phản N hóa.

Cây trồng cũng có làm gia tăng sự phản N hóa do:- Sự tiêu thụ O2 thông qua hoạt động của rễ.- Sự làm tăng dân số vi sinh vật trong vùng rễ. Cây trồng cũng có thể hạn chế sự phản N

hóa do sự tiêu thụ O2 thông qua hoạt động của rễ hấp thu NO3-.

- Sử dụng NH4+ mà NH4

+ dễ dàng biến đổi thành NO3-.

- Làm giảm ẩm độ đất, kết quả là cải thiện sự cung cấp O2.- Trực tiếp làm tăng mức độ O2 trong vùng rễ của một số loại cây có thể tự vận chuyển O 2

(thí dụ như cây lúa nước).

3.10.2 Ý nghĩa của sự phản N hóa về mặt nông nghiệpPhân N là nguồn N dễ tiêu của đất bị mất N vào không khí do phản N hóa liên tục. Vì khí

quyển có hàm lượng N2 rất lớn, trong khi NO3- trong nước biển ở dạng tự do nên sự phản N hóa có

thể là tiến trình chính trong việc luân chuyển N vào khí quyển. Vì vậy đây là quá trình bù trừ vào quá trình cố định N2 sinh học.

Có thể có 2 kiểu mất N do sự phản N hóa :- Các dòng chảy nhanh và rộng kết hợp với các trận mưa to, tưới, tuyết tan.

14

- Mất ít nhưng liên tục trong những thời kỳ dài trong các vị trí yếm khí trong đất.Những sự mất N như thế này có thể chiếm đến 0 – 70 % lượng phân N bón, tiêu biểu là 10 –

30 %. Cả 2 tốc độ và phạm vi của các sự mất N trong điều kiện đồng ruộng vẫn còn là sự ước đoán mặc dù được nghiên cứu rất nhiều.

Sự mất N chủ yếu do sự phản N hóa là tổng N mất do bay hơi N 2O + N2 từ một loại đất thịt pha sét, được tưới và tiêu nước tốt là 2,5% tổng phân N bón cho bắp. Trong đó xấp xỉ 75% N mất dạng khí là N2O. Có sự tương quan giữa gia tăng sự sử dụng phân N và sự bay hơi của N2O từ đất và do đó dẫn đến sự phá hủy từng phần tầng ozone bảo vệ sinh quyển từ tia cực tím có hại về mặt sinh học từ mặt trời. Mặc dù rõ ràng rằng sự phản N hóa của NO3

- có từ phân N là nguyên nhân chính của sự bay hơi N2O, nhưng lượng NO3

- được hình thành bởi các sự chuyển hóa tự nhiên của chất hữu cơ trong đất và các tàn dư thực vật thường bị bỏ qua hay không được tính đến trong nghiên cứu.

Sự phản N hóa có thể có lợi đối với việc mất đi 1 lượng thừa NO3- từ nước tưới và từ các

nguồn nước thải khác. Đối với việc xử lý nước trực tiếp, có thể cần thiết phải chủng cấy vi sinh vật phản N hóa và cung cấp đầy đủ C ở các dạng có thể được khoáng hóa dễ dàng như methanol. Nơi những hệ thống xử lý nước thải bị nhiễm bẩn trên đất, cần phải tính để bảo đảm nồng độ C có thể được khoáng hóa phải đủ trong vùng đất đang được xử lý.

4. Các phản ứng hóa học liên quan đến NO2-

Ngoài sự phản N hóa sinh học, có một số trường hợp sự mất N trong đất và trong phân bón có thể xảy ra thông qua các phản ứng hóa học liên quan đến NO2

- (bảng 5.9). Mặc dù NO2- không

phải luôn luôn được tích lũy trong đất, nhưng hàm lượng có thể cao trong các loại đất đá vôi và trong một số vùng đất cục bộ bị ảnh hưởng do việc bón phân N chứa NH4

+ hay sẽ hình thành NH4+

trong đất.

4.1 Phản ứng của NO2- với chất hữu cơ trong đất

Sự mất N từ NO2- do các phản ứng hóa học gia tăng theo sự gia tăng hàm lượng chất hữu cơ.

Các vị trí phenolic của chất hữu cơ trong đất có thể là yếu tố chính khử NO2- thành N2 và N2O, với

nitrophenols được hình thành như là các sản phẩm trung gian. Tất cả N2O hay N2 bay hơi đều phát sinh NO2

- tích lũy, mặc dù tổng lượng N mất do phản ứng này không cao. NO2- khi phản ứng với

thành phần của chất hữu cơ trong đất như lignin sẽ trở thành cố định hay liên kết dưới dạng hữu cơ và bền vững đối với sự khoáng hóa.

4.2 Các yếu tố thích hợp cho sự tích lũy NO2-

NO2- không phải luôn luôn được tích lũy trong đất, nhưng khi được tích lũy NO2

- có thể ảnh hưởng bất lợi cho cây trồng và vi sinh vật. Các điểm bất lợi do NO2

- thường gây ra là hoạt động của Nitrobacter bị giảm, do có liên quan đến pH và mức độ NH4

+ cao. Ở pH 7,5 – 8,0 tiềm năng biến đổi NH4

+ thành NO2- vượt quá tiềm năng biến đổi NO2

- thành NO3-, nhưng ở pH trung tính thì ngược

lại. Mặc dù sự hình thành NO2- trong đất do pH cao, nhưng sự biến đổi NO2

- thành N2O và N2 lại bị hạn chế do pH đất cao

4.3 Ảnh hưởng của các loại phân bón đến sự tích lũy NO2-

Bón các loại phân Urea, NH3 lỏng khan, DAP theo hàng sẽ gây ra sự gia tăng nồng độ NH4+

và pH tạm thời, do đó làm gia tăng sự tích lũy NO2- trong hàng, bất kể pH ban đầu như thế nào.

Khoảng cách hàng trồng cây cũng ảnh hưởng tốc độ chuyển hóa NH4+ và sự hình thành NO2

-

và NO3- . Các hạt phân urea to hay các kỹ thuật bón đặc biệt, đặt các hạt phân urea có kích thước to

được điều chỉnh trong các lưới hay dụng cụ phân tán sẽ làm gia tăng tạm thời pH và nồng độ NO2-

cục bộ.Sự khuếch tán hay sự pha loãng của NH4

+ trong các hàng được bón phân sẽ tạo điều kiện thích hợp cho sự biến đổi NO2

- thành NO3-. NO2

- có thể khuếch tán qua các điểm ở vùng có pH cao và NH4

+ cao để đạt đến môi trường đất nơi Nitrobacter hoạt động sẽ nhanh chóng biến đổi NH4+ thành

NO3-. Một lượng nhỏ N2O cũng có thể được hình thành bởi sự nitrate hóa NH4

+ từ phân bón do các

15

vi sinh vật tự dưỡng. Các kết quả nghiên cứu cho thấy rằng khoảng 0,15% N được bón bị mất ở dạng N2O. Tuy nhiên, NH3 lỏng khan sẽ sản sinh N2O nhiều hơn rất đáng kể so với phân NH4

+.

Tóm lại, các cơ chế có thể xảy ra đối với sự mất N liên quan đến NO2- bao gồm như sau:

Sự phân giải của NH4NO3.Sự tự phân giải của HNO2 , kết quả hình thành nên NO + NO2

-.Sự biến dạng của NO2

- do sự khử các hợp chất hữu cơ.Sự cố định NO2

- do chất hữu cơ trong đất và sự biến đổi một phần NO2- thành N2 và N2O.

Phản ứng xúc tác của NO2- với các kim loại như Cu, Fe,và Mn.

Tầm quan trọng tương đối của các cơ chế mất N này sẽ có thể khác nhau giữa các loại đất và phụ thuộc vào các hệ thống quản lý N. Trên quan điểm thực tiễn, sự mất N do phản N hóa hóa học trong điều kiện đồng ruộng là quá nhỏ.

5. Sự bay hơi của NH3

Sự bay hơi của NH3 là cơ chế mất N xảy ra một cách tự nhiên trong đất (hình 5.1). Tuy nhiên, so với sự bay hơi NH3 từ phân N thì sự mất NH3 từ N được khoáng hóa từ N hữu cơ tương đối hơi nhỏ. Vì vậy, sự bay hơi NH3 sẽ được thảo luận liên quan đến sự bón phân N vãi trên mặt đất. Rất nhiều các yếu tố đất, môi trường, quản lý phân N ảnh hưởng đến lượng N bị bay hơi từ phân bón. Để hiểu biết các yếu tố này tương tác như thế nào cần phải hiểu biết các phản ứng hóa học của các loại phân N với đất.

Sự bay hơi NH3 hoàn toàn phụ thuộc vào hàm lượng NH3 và NH4+ trong dung dịch đất, hàm

lượng này phụ thuộc rất lớn vào pH (hình 5.5). Sự quan hệ được mô tả như sau:NH4

+ NH3 + H+ ( pKa =9,3 ) (1)

% 100 Ammonia

80

60

40

20 Ammonium

0

6 7 8 9 10 11 12 13 14 pH dung dịchHình 5.5 Ảnh hưởng của pH đến tỉ lệ NH3 và NH4

+ trong dung dịch

Hàm lượng NH3 chỉ xuất hiện đáng kể khi pH dung dịch vượt quá 7,5. Thí dụ, ở pH 8 và 9,3, NH3 hiện diện là 10% và 50% tổng NH3 + NH4

+ trong dung dịch. Vì vậy, sự mất NH3 gia tăng do pH đất cao tự nhiên hay do các phản ứng tạm thời làm tăng pH. Khi NH4

+ trong phân bón được bón vào đất chua hay trung tính thì sẽ có rất ít hay không có sự bay hơi NH3 xảy ra vì pH của dung dịch đất không tăng. Cần nhớ lại rằng pH đất sẽ giảm nhẹ khi NH4

+ bị nitrate hóa. Khi bón các loại phân sẽ hình thành NH4

+ trong đất chua hay trung tính như urea, pH dung dịch chung quanh hạt urea tăng trong thời gian thủy phân theo phương trình như sau :

(NH2)2CO + H+ + 2H2O 2NH4+ + HCO3

- (2 )

pH dung dịch tăng trên 7 vì H+ được tiêu thụ trong phản ứng; vì vậy sự cân bằng của NH4+ -

NH3 sẽ dịch về phía phải (phương trình 1) tạo điều kiện thích hợp cho sự bay hơi NH3. Vì vậy trên

16

đất chua và đất trung tính, phân NH4+ sẽ bị mất NH3 ít hơn là phân urea và các loại phân N có chứa

urea. Sự thủy phân của urea sẽ được thảo luận chi tiết ở phần sau.Trên các loại đất phát triển trên đá vôi, pH được đệm ở khoảng 7,5; vì vậy các loại phân

chứa NH4+ có thể bị mất do bay hơi NH3. Thí dụ, khi bón (NH4)2SO4 vào đất đá vôi, phân sẽ bị phản

ứng theo các phương trình sau :(NH4)2SO4 + 2CaCO3 + 2 H2O 2NH4

+ + 2HCO3- + Ca2+ + CaSO4 (3)

NH4+

+ HCO3 - NH3 + CO2 + H2O (4)

pH của dung dịch đất sẽ tăng do sự hình thành OH-. Ca2+ và OH- sau đó có thể kết hợp với (NH4)2SO4 như sau :

(NH4)2SO4 + Ca2+ + 2 OH NH3 + CaSO4 + H2O (5)

Khi cả 3 phương trình (3,4,5) được kết hợp lại, một phản ứng tổng quát có thể được trình bày như sau :

(NH4)2SO4 + CaCO3 2NH3 + CO2 + CaSO4 + H2O (6)

Vì CaSO4 được hình thành có tính hòa tan yếu nên phản ứng sẽ dịch chuyển về phía phải và sự bay hơi NH3 sẽ thuận lợi hơn. Các phản ứng tương tự xảy ra với các loại phân NH 4

+ khác và sẽ hình thành các kết tủa Ca không hòa tan như (NH4)2HPO4. Sự mất N do bay hơi sẽ giảm đối với các loại phân chứa NH4

+ nhưng hình thành các sản phẩm có phản ứng hình thành các muối Ca hòa tan như NH4NO3, NH4Cl.

Thông thường sự mất N do bay hơi NH3 trên đất đá vôi khá lớn đối với các loại phân urea hơn là các muối NH4

+, ngoại trừ sự hình thành các kết tủa Ca không hòa tan. Sự mất NH 3 cũng gia tăng với sự gia tăng liều lượng phân bón và với phân dạng lỏng so với nguồn phân N dạng rắn.

Sự bay hơi NH3 cao rất nhiều khi bón vãi đều trên mặt ruộng so với cách bón vùi sâu dưới lớp đất mặt hay phương pháp bón theo hàng. Bón vãi phân N và cày vùi ngay sẽ giảm đáng kể lượng NH3 bay hơi.

Sự mất NH3 cũng chịu ảnh hưởng bởi các điều kiện môi trường trong giai đoạn phản ứng của urea và các muối NH4

+ với đất. Thông thường, sự bay hơi gia tăng với sự tăng nhiệt độ đến khoảng 450C, do liên quan đến tốc độ phản ứng cao hơn và hoạt động của urease. Nếu đất mặt khô, sẽ làm chậm các phản ứng vi sinh học và hóa học. Sự mất NH3 tối đa xảy ra khi ẩm độ đất xung quanh độ ẩm đồng ruộng và khi đất bị khô. Sự bốc hơi nước từ mặt đất sẽ làm thích hợp hơn cho sự bay hơi NH3.

Sự hiện diện của các dư thừa thực vật trên mặt đất cũng có thể làm tăng rất lớn tiềm năng bay hơi NH3. Dư thừa thực vật làm tăng sự mất NH3 do duy trì điều kiện ẩm, ướt ở mặt đất và do làm giảm lượng phân urea khuếch tán vào trong đất. Các tàn dư thực vật cũng làm cho sự hoạt động của urease cao. Cày vùi một phần tàn dư thực vật có thể làm giảm sự mất NH 3 có ý nghĩa khi bón phân urea vãi trên mặt đất.

Mặc dù sự mất NH3 chủ yếu được xác định trong phòng thí nghiệm, nhưng giá trị của chúng được nghiên cứu tỉ mỉ. Người ta nhận thấy rằng kết quả của các hệ thống thí nghiệm với các điều kiện nhân tạo về sự di chuyển không khí, nhiệt độ và ẩm độ tương đối khá đặc biệt với những gì xảy ra trong tự nhiên.

Thí dụ, sự mất do bay hơi NH3 cao đến 70 % lượng phân N bón đã được báo cáo từ những nghiên cứu trong phòng thí nghiệm, nhưng những nghiên cứu trên đồng ruộng được thiết lập trên một số điều kiện cho thấy rằng sự mất N do bay hơi với (NH4)2SO4 được bón vãi trên mặt đất đá vôi có thể chỉ 50 % tổng lượng phân bón, trong khi sự mất do bay hơi chỉ cao khoảng 25 % đối với urea. Trên đất chua, sự mất NH3 đối với urea sẽ lớn hơn đối với SA. Lượng NH3 bị mất phụ thuộc vào sự tương tác của nhiều yếu tố đất, môi trường và phân N. Sự mất do bay hơi NH 3 sẽ lớn nhất trên đất đá vôi có sa cấu thô cùng với sự che phủ bởi các dư thừa trên bề mặt.

6 Sự trao đổi NH3 với cây trồng

17

Các cây trồng có thể nhận đến 10% nhu cầu N của chúng do hấp thu trực tiếp NH 3 từ khí quyển. Các nhà nghiên cứu cho thấy rằng cây bắp non có thể hấp thu NH3 trong khí quyển, có thể hấp thu đến 43% từ không khí chứa 1 ppm NH3. NH3 được hình thành gần mặt đất của đồng cỏ 3 lá có thể hấp thu hoàn toàn bởi cây trồng trên đó.

Một phản ứng bất lợi là sự bay hơi NH3 từ lá cây, cũng được nhận thấy từ một số cây trồng, bao gồm cỏ 3 lá, bắp, lúa mì mùa đông. Sự giải phóng của NH3 có liên quan đến giai đoạn sinh trưởng của cây trồng, sự mất NH3 xảy ra trong thời kỳ thuần thục và úa tàn của cây. Một số nghiên cứu cho thấy rằng nhiều hơn 1/3 N trong lúa mì bị bay hơi ở dạng NH3 sau thời kỳ nở hoa. Sự mất NH3 cũng được báo cáo xảy ra ở lúa gạo và đậu nành.

Các kết quả nghiên cứu cũng cho thấy rằng cả 2 sự hấp thu và mất NH3 có thể xảy ra trên các cây trồng trên đồng ruộng. Hàm lượng NH3 mất phụ thuộc vào ẩm độ của mặt đất và mức độ bốc hơi, cả 2 đều ảnh hưởng đến lượng NH3 giải phóng vào không khí tiếp xúc với tán cây trồng.

II Các Loại Phân ĐạmCả 2 nguồn N hữu cơ và vô cơ đều là nguồn hữu dụng để cung cấp N cần thiết cho khả năng

sản xuất tối hảo của cây trồng. Trên quan điểm quản lý, sự hiểu biết về các tiến trình và các phản ứng của N trong đất là rất quan trọng (sự nitrate hóa, sự bay hơi, sự phản N hóa, sự rửa trôi) bất kể khi sử dụng nguồn N nào. Vì vậy, các biện pháp kỹ thuật quản lý nhằm làm tối thiểu hóa sự mất N và gia tăng hiệu quả của phân N sẽ làm tăng hiệu quả sản xuất và làm giảm tiềm năng tác động xấu của sự sử dụng phân N đến môi trường.

1 Các dạng phân hữu cơTrước năm 1850 toàn bộ các loại phân N được tiêu thụ trên thế giới là dạng của các vật liệu

hữu cơ thiên nhiên, chủ yếu là N trong phân gia súc và của cây họ đậu. Hiện nay các vật liệu này chỉ còn chiếm khoảng 0,1 % hay thấp hơn tổng lượng N sử dụng. Tuy nhiên, phụ thuộc vào khối lượng phân gia súc được bón mà lượng N và các chất dinh dưỡng khác được bón vào đất cùng với phân gia súc chiếm 1 tỉ lệ đáng kể. Nồng độ N trung bình trong các chất hữu cơ tự nhiên tiêu biểu từ 1 – 13 %.

Các vật liệu hữu cơ ở một thời điểm nhất định được cho là có sự giải phóng N chậm, tuy nhiên các chất hữu cơ ngoài sự cung cấp N cho cây trồng đồng thời tránh sự hấp thu thừa và làm giảm tiềm năng bị mất do rửa trôi và phản N hóa. Phần lớn N trở nên hữu dụng chỉ trong vòng 2 – 4 tuần đầu tiên sau khi bón phân hữu cơ.

Trong các điều kiện tối hảo cho sự khoáng hóa và nitrate hóa, chỉ có khoảng ½ tổng số N sẽ được biến đổi thành dạng hữu dụng cho cây trồng ở 2 – 3 tháng cuối. Ngoài ra, N được khoáng hóa trong khoảng thời gian 2-3 tháng, 80% được biến đổi thành dạng NO3

- ở cuối 3 tuần đầu tiên. Rõ ràng trong điều kiện đủ ẩm và ấm, sự giải phóng chậm của N từ các vật liệu hữu cơ không bị ảnh hưởng, và lượng N hữu dụng cho cây từ phân hữu cơ là một phần của tổng lượng N chứa trong cây trồng.

2 Các loại phân N tổng hợpPhân hóa học hay phân tổng hợp là nguồn phân N quan trọng nhất. Trên 20 năm qua, lượng

phân N trên thế giới tăng từ 22 đến 79 triệu tấn. Sự tiêu thụ này có xu hướng sẽ tiếp tục tăng trong thế kỷ 21.

NH3 lỏng khan là vật liệu cơ bản để sản xuất các loại phân N khác. Phần lớn NH 3 được sản xuất tổng hợp trên thế giới bằng cách cho các phản ứng các khí N2 và H2 (tiến trình Haber- Bosch). Từ NH3 rất nhiều hợp chất N khác được sản xuất. Có một ít loại phân N không bắt nguồn từ NH3

tổng hợp, chúng chỉ chiếm phần nhỏ trong các loại phân N. Để thuận tiện, các hợp chất N khác nhau được xếp nhóm thành các loại: phân N ammonium, phân N nitrate, phân N chậm phân ly.

2.1 Phân N ammonium2.1.1 NH3 lỏng khan

18

NH3 lỏng khan chứa xấp xỉ 82%N, có hàm lượng N cao nhất so với bất kỳ loại phân N nào (bảng 5.3). NH3 có tính chất tương tự như nước, chúng có thể tồn tại ở các trạng thái khí, lỏng và rắn. Ưu điểm lớn của NH3 lỏng khan là đặc tính hòa tan của chúng. Sự thu hút nước mạnh của NH3

là điểm nổi bậc của NH3 lỏng khan trong đất. Hậu quả của tính chất này là NH3 nhanh chóng bị hấp thu bởi nước trong tế bào con người. Bởi vì NH3 dễ gây phản ứng với mắt, phổi và da nên những cảnh báo an toàn phải luôn được thực hiện trong sử dụng NH3 lỏng khan. Cần thiết phải có các dụng cụ bảo hộ khi sử dụng NH3 lỏng khan. Bảng 5.3 Thành phần tiêu biểu của một số phân phổ biếnLoại phân N % P2O5 % K2O

%CaO % MgO

%S % Cl %

Ammonium sulfate 21,0 24,0Ammonia lỏng khan 82,0 - - - - - -Ammonium chloriide 25,0-26,0 - - - - - 66,0Ammonium nitrate 33,0-34,0 - - - - - -Ammonium nitrate sulfate 30,0 - - - - 5,0-6,0 -Ammonium nitrate với vôi 20,5 - - 10,0 7,0 0,6 -Superphosphat đơn ammoniumhóa

4,0 16,0 - 23,0 0,5 10,0 0,3

Monoammonium phosphate MAP

11,0 48,0-55,0 - 2,0 0,5 1,0-3,0 -

Diammonium phosphate DAP 18,0-21,0 46,0-54,0 - - - - -Ammonium phosphate – sulfate 13,0-16,0 20,0-39,0 - - - 3,0-

14,0-

Ammonium polyphosphate DD 10,0-11,0 34,0-37,0 - - - - -Ammonium thiosulfate DD 12,0 - - - - 26,0 -Calcium nitrate 15,0 - - 34,0 - - -Potassium nitrate 13,0 - 44,0 0,5 0,5 0,2 1,2Sodium nitrate 16,0 - - - - - 0,6Urea 45,0-46,0 - - - - - -Urea- sulfate 30,0-40,0 - - - - 6,0-

11,0-

Urea-ammonium nitrate DD 28,0-32,0 - - - - - -Urea-ammonium phosphate 21,0-38,0 13,0-42,0 - - - - -Urea phosphate 17,0 43,0-44,0 - - - - -

Trong điều kiện khí quyển bình thường, NH3 lỏng khan trong một bồn chứa mở sẽ sôi và bay hơi. Để tránh sự bay hơi này, cần phải giữ NH3 dưới điều kiện áp suất cao. Nếu giữ trong các bồn có áp suất thấp ở áp suất không khí thì phải giữ trong điều kiện lạnh – 33oC như thường làm trong các kho lớn hiện đại. Khi NH3 lỏng được giải phóng từ một bồn áp suất, sẽ lan truyền rất nhanh, bay hơi và sản sinh ra các đám mây hơi nước màu trắng. Đám mây này được hình thành do sự cô đọng của nước trong không khí chung quanh NH3 lỏng khi chúng bay hơi.

Tất cả các thiết bị liên quan đến việc sử dụng NH3 phải được thiết kế với áp suất thích hợp. Vì NH3 bay hơi nhanh nên khi bón phải tiêm sâu vào đất 8 - 20cm.

Thiết bị dùng cho việc bón trực tiếp NH3 bao gồm 1 bồn chứa, 1 dụng cụ bón, một hệ thống vận chuyển từ bồn chứa đến dụng cụ bón và một máy kéo để kéo dụng cụ bón

Vì NH3 tồn tại ở dạng khí ở điều kiện áp suất không khí bình thường nên một số có thể mất trong lúc và sau khi bón.

Các yếu tố có liên quan tới sự mất NH3 là tính chất vật lý của đất, sa cấu đất và ẩm độ đất, độ sâu và khoảng cách bón. Nếu đất cứng và làm đất với kích thước cục đất to trong lúc bón thì đường rạch phía sau lưỡi cày của dụng cụ bón sẽ không sát và đầy, và 1 số NH3 sẽ thoát ra ngoài khí quyển.Các vùng giữ NH3 trong đất

Ngay sau khi tiêm NH3 vào trong đất sẽ hình thành 1 vùng cục bộ có chứa cả NH3 và NH4+

cao, theo trắc diện, 1 vùng có dạng hình oval có đường kính khoảng 4-13 cm phụ thuộc vào phương pháp và liều lượng bón, khoảng cách bón, CEC, ẩm độ đất. Sự di chuyển ngang thường khoảng 5 cm với chiều hướng là hướng lên mặt đất.

19

Có nhiều thay đổi mãnh liệt tạm thời xảy ra trong vùng được bón NH3 nên ảnh hưởng đáng kể đến các trạng thái hóa học, sinh học và vật lý của đất. Một số tình trạng được phát sinh bao gồm:

1. Nồng độ NH3 và NH4+ gia tăng, đạt đến mức độ 1000-3000ppm.

2. pH tăng đến 9 hay cao hơn.3. NO2

- tăng đến 100ppm hay cao hơn.4. Áp lực thẩm thấu của dung dịch đất vượt quá 10 bar.5. Dân số vi sinh vật bị giảm thấp.6. Sự hòa tan của chất hữu cơ trong đất giảm.

Nguồn Ammonium

Áp suất thẩm thấu > 10 bars hay NH4-N > 3000 ppm Không có sự nitrate hóa

pH > 8

Có sự tích lũy ion NO2-

pH > 7

Có sự tích lũy NO3-

Hình 5.6 Sơ đồ trình bày các ảnh hưởng của áp suất thẩm thấu và pH đến nitrate hóa

NH3 tự do cực kỳ độc đối với vi sinh vật, thực vật bậc cao và động vật. NH3 có thể dễ dàng thấm vào màng tế bào. Có sự tương quan rất chặt giữ pH và nồng độ NH 3 tự do (hay không bị ion hóa) và NH4

+. Giữa pH 6,0 và 9,0 thì nồng độ NH3 tăng khoảng 500 lần.Ảnh hưởng của áp suất thẩm thấu cao hay NH4

+ trong dung dịch đều ảnh hưởng đến vi khuẩn Nitrosomonas. Sự hoạt động của Nitrosomonas bị đình trệ khi pH > 8,0, đặc biệt là khi nồng độ NH3 cao. NO2

- sẽ tích lũy ở khoảng giá trị pH 7 – 8, trong khi đó NO3- sẽ trở nên chiếm

ưu thế khi pH < 7.NH3 sẽ bị mất vào khí quyển nếu không được phản ứng nhanh với các thành phần vô cơ và

hữu cơ của đất. NH3 có thể được giữ lại trong đất có thể theo các cơ chế sau: Cơ chế hóa học

a. NH3 + H+ NH4+

b. NH3 + H2O NH4+ + OH –

c. Phản ứng với nước thủy hóa xung quanh các cation trao đổi trên phức hệ trao đổi.d. Phản ứng của NH3 với các gốc OH- và nước bám chặt vào các khoáng sét.e. Sự kết tủa của Ca2+ và Mg2+ ở các dạng carbonat khi có mặt CO2 và các vị trí tự do tạo

phản ứng với NH4+.

Cơ chế vật lýa. Sự cố định NH4

+ do sự co trương của các khoáng sét.b. Sự hấp thu bề mặt của các khoáng sét và các thành phần hữu cơ thông qua nối hydro.Tầm quan trọng tương đối của các cơ chế này sẽ khác nhau từng loại đất và chúng cũng có

thể chịu ảnh hưởng của điều kiện môi trường.Khả năng giữ NH3 của đất gia tăng theo ẩm độ đất, với sự giữ NH3 tối đa khi đất có độ ẩm

đồng ruộng. Khi đất có độ ẩm khô hơn hay ướt hơn độ ẩm đồng ruộng, đất sẽ có khả năng giữ NH 3. Kích thước của vùng giữ NH3 ban đầu sẽ giảm theo sự gia tăng ẩm độ đất. Sự khuếch tán của NH3

20

từ vùng được tiêm bị giới hạn bởi ẩm độ cao. Tính hấp dẫn mạnh đối với nước của NH 3 cũng có thể là 1 yếu tố làm hạn chế sự khuếch tán NH3.

Khả năng giữ NH3 của đất tăng theo hàm lượng sét, Sự di chuyển của NH3 trong đất cát lớn hơn trong đất sét vì NH3 có thể khuếch tán 1 cách tự do hơn trong các tế khổng lớn được tìm thấy trong các loại đất có sa cấu thô. Những sự khác biệt về sa cấu đất trong sự lưu giữ NH 3 thường không thấy rõ do các tính chất khác như loại và hàm lượng các khoáng của đất, chất hữu cơ trong đất và ẩm độ đất.

Thông thường sự giữ NH3 của đất gia tăng khi gia tăng độ sâu tiêm NH3 và khác nhau đáng kể tùy thuộc vào các tính chất và trạng thái của đất. Các nghiên cứu cho thấy rằng tiêm sâu 5 cm sẽ có hiệu quả đối với đất thịt, nhưng tiêm sâu 10 cm lại cần thiết cho đất thịt pha cát. Trên đất khô, sự mất NH3 sẽ giảm khi tăng độ sâu tiêm NH3 vào đất.

Một số lý do chính làm cây trồng sinh trưởng nhanh khi sử dụng các loại phân dung dịch N như sau:

1. Phân N dạng dung dịch dễ bón hơn là các loại phân N khác.2. Phân dung dịch có thể bón đồng đều hơn và chính xác hơn là các loại phân N dạng rắn.3. Nhiều loại thuốc trừ sâu bệnh phù hợp với các loại phân N dạng dung dịch và cả 2 có thể

bón cùng một lúc.4. Phân N dạng dung dịch có thể bón thông qua các kiểu hệ thống tưới khác nhau và rất

thích hợp cho việc sử dụng trong các điểm trung tâm của hệ thống tưới.5. Chúng có thể được vận chuyển một cách an toàn trong các ống dẫn, rễ và ít nguy hiểm

hơn là vận chuyển NH3 lỏng khan.6. Các phương tiện tồn trữ rẻ tiền được dùng để tồn trữ phân này nên kinh tế hơn là tồn trữ

các loại sản phẩm N khác.7. Các loại phân N dạng dung dịch có áp suất bình thường là các loại phân tuyệt vời đối với

việc sử dụng trong sản xuất các loại phân bón N, P, K và S dạng lỏng.8. Giá thành thấp hơn phần lớn các loại phân N khác.9. Chúng an toàn khi sử dụng so với NH3 lỏng khan.Một điểm nổi bật của các loại phân dung dịch áp suất bình thường này là chúng dễ sử dụng.

Phần lớn các loại phân này có thể được dùng bón trực tiếp và được bón rải đều trên mặt ruộng hay bón theo hàng.

Phân N dạng dung dịch thường được bón trực tiếp cho đồng cỏ và cho các cây ngũ cốc.

2.1.2 Ammonim nitrate (NH4NO3)Phân NH4NO3 chứa 30 – 40 % N và là loại phân bón được sử dụng phổ biến ở châu Âu,

chiếm 11 % tổng lượng đạm (N) được sản xuất trên thế giới. Thành phần NO 3- trong phân NH4NO3

dễ dàng hữu dụng đối với cây trồng, và kết quả là phân này được sử dụng rộng rãi trong các tình huống nơi mà cây trồng cần bón thúc phân N để tăng cường sự sinh trưởng, được bón cho nhiều loại cây trên nhiều loại đất khác nhau, thích hợp cho cây trồng cạn như bông, thuốc lá, bắp mía và một số cây trồng khác, có thể pha thành dạng dung dịch dinh dưỡng để phun cho cây trong nhà kính hoặc nhà lưới đối với cây rau và cây ăn quả. 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:1. 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.2. Có một số nguy cơ cháy hay nổ nên cần thực hiện đúng những khuyến cáo. Khi tiếp xúc

với các chất có dạng C có thể oxid hóa như dầu hỏa, chúng sẽ hình thành một hỗn hợp nổ nên được sử dụng rộng rãi như là một loại thuốc nổ.

3. Có hiệu quả thấp ở đất lúa nước so với phân urea và các loại phân NH4+.

4. Có nguy cơ bị rửa trôi và phản N hóa mạnh hơn là các sản phẩm NH4+

.

2.1.3 Ammonium Sulfate

21

Chứa 21 % (NH4)2SO4 còn gọi là phân SA, chiếm khoảng 8 % tổng số phân đạm trên thế giới. Có dạng tinh thể, mịn màu trắng hoặc xám xanh, có mùi amoniac, vị mặn và hơi chua. Là loại phân được sản suất lâu đời nhất, chiếm đến 2,8.106 tấn phân N trên toàn thế giới.dạng hạt nhỏ được sản xuất bằng sự trung hòa acid nitric và acid sulfuric với NH3. Hỗn hợp Ammonium Nitrate – Sulfate ít hút nước hơn là từng thành phần riêng biệt. Có rất nhiều thành công trong việc sử dụng loại phân này để bón cho các loại cây ăn lá, cây lấy hạt, ngũ cốc.

Ngoài ra, (NH4)2SO4 còn được sản xuất bằng cách tận dụng khí trong các lò nung than cốc từ công nghiệp thép và chúng cũng là 1 sản phẩm trung gian từ công nghiệp luyện kim.

Các ưu điểm chính của (NH4)2SO4 là 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. Phản ứng hình thành tính chua cao của phân (NH4)2SO4 là một ưu điểm trên đất có pH cao và đối với các cây trồng có nhu cầu độ chua cao. Phân này có hiệu quả cho đất đồi, đất bạc màu và có thể bón cho nhiều loại cây trồng trên các loại đất không bị chua phèn. Là loại phân có tác dụng tương đối nhanh nên thường được sử dụng để bón thúc. Là loại phân sinh lý chua vì vậy cần tránh bón phân này trên đất chua, phèn có thể làm tăng độ chua của đất. Sự sử dụng chúng trên đất chua đã được bón vôi có thể là một điểm không kinh tế.

Khuyết điểm chính của ammonium sulfate là chứa hàm lượng N tương đối thấp 19 – 21 % N : 23 – 24 %S và thường quá đắt để sử dụng như là một loại phân N. Tuy nhiên, phân này có thể là một loại phân có tính kinh tế do giá vận chuyển thấp, giá thành các nguyên liệu từ các sản phẩm trung gian rẻ và sử dụng cho các cây cần S. Khi bón phân SA cho cây con cần thận trọng vì phân SA có thể làm cây con bị cháy lá.

Các phương pháp phổ biến để sản xuất phân (NH4)2SO4

Phương pháp Fauser ( dung ammoniac cho phản ứng với acid sunfuric để tạo (NH4)2SO4

2 NH3 + H2SO4 (NH4)2SO4 + 67,71 kcal/g/molPhương pháp Merseburg ( amon cacbonat và thạch cao)

Ammoniac kết hợp với cacbonic tạo ra amon cacbonatNH3 + H2O NH4OH2 NH4OH + CO2 (NH4)2CO3 + H2Oamon cacbonat tác dụng với thạch cao tạo ra (NH4)2SO4

(NH4)2CO3 +CaSO4.2H2O (NH4)2SO4 + CaCO3 + 2 H2O

2.1.4 Ammonium Phosphate Monoammonium Phosphate (NH4H2PO4) 11% N & 48% P2O5

Diammonium Phosphate (NH4)2HPO4 18% N & 46% P2O5

Ammonium phosphate thường được xem là loại phân P hơn là phân N.

2.1.5 Ammonium chloride (NH4Cl) Phân (NH4Cl) thường chứa 24 – 26 % N, dạng tinh thể mịn, màu trắng hoặc vàng ngà, dễ

tan trong nước, ít hút ẩm, ít vón cục. Khoảng 2/3 sản lượng phân này được sản xuất ở Nhật, 1/3 được sản xuất ở Ấn độ. Phần lớn chúng được sản xuất theo phương pháp sản xuất khác là sự trung hòa trực tiếp NH3 với HCl ( phương pháp Dow chemical)

NH3 + HCl NH4ClPhương pháp Miscellameous

(NH4)2SO4 + NaCl 2NH4Cl + Na2SO4

Hay :SO2 + 2NH3 + H2O + 2NaCl 2NH4Cl + NaSO4

Phương pháp (Dual clorua)NH3 + H2O + CO2 (NH2)2CO3

(NH2)2CO3 + H2O + CO2 2NH4HCO3

NH4HCO3 + NaCl NH4Cl + NaHCO3

Một số ưu điểm của phân này bao gồm nồng độ N cao hơn phân ammonium sulfate. Ammonium thường tốt hơn ammonium sulfate khi bón cho lúa nước, chúng cũng thích hợp cho 1

22

số loại cây trồng khác như lúa, bắp, cao lương, các cây lấy sợi, mía đường. (NH4Cl) là nguồn cung cấp tốt N và Cl- cho dừa, cọ dầu và quả Kiwi do yếu tố Cl-.

Là loại phân sinh lý chua, NH4Cl là loại phân hình thành acid như (NH4)2SO4 / đơn vị N, ảnh hưởng này gây bất lợi trên đất chua, đặc biệt những nơi giá vôi đắt. Một nhược điểm là hàm lượng N trong phân thấp so với NH4NO3 và hàm lượng Cl cao sẽ giới hạn sử dụng cho một số cây trồng, rất hạn chế dùng phân này bón cho chè, khoai, thuốc lá, khoai tây, hành tỏi, bắp cải, vừng… Các vùng đất khô hạn, đất mặn không nên bón phân này vì nó làm tích lũy Cl - dễ làm cây bị ngộ độc.

2.1.5 Ammonium bicarbonate (NH4HCO3)Hiện nay loại phân có hàm lượng N thấp này 17,7 % N là là loại phân N chính được sản xuất

ở TQ, chiếm hơn 50 % sản lượng 15.106 tấn trong 1 năm ở nước này. Phân có dạng bột trắng kết tinh, dễ chảy nước, có tính hút ẩm và không bền về mặt hóa học nên kết quả là hiệu quả sử dụng N của cây trồng thường thấp hơn 30 %.

2.1.6 Xianamit canxi (CaCN2)Chứa 20 – 21 % N, 20 – 28 % vôi, 9 – 12 % thanPhương pháp sản xuấtCaCO3 + 2NH3 CaCN2 + 2 H2OHay: CaO + 3 C CaC2 + COCaC2 + N2 CaCN2 + C

2.1.7 Urea (NH2)2CO: 46 % NMặc dù urea được giữ một vị trí lịch sử trong hóa học hữu cơ, được tách ra từ urine vào năm

1773 nhưng chỉ trong vòng 50 năm qua urea mới nhận được sự chú ý như là một vật liệu phân bón. Vào năm 1828, Wohler, nhà hóa học Đức trình bày rằng urea có thể được hình thành bằng cách nung ammonium cyanate, một hợp chất được hình thành từ NH3 và CO2. Sự sản xuất urea được bắt đầu ở Đức vào năm 1922 và ở Mỹ năm1932.

Các phương pháp sản xuất urea2 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)

Hay: 7 CH4 + 10 H2O + 8 N2 + 2 O2 16 NH3 + 7 CO2

2NH3 + 2CNOH 2CO(NH2)2

Hay: 2CaCN2 + 3 H2O CO(NH2)2 +2 Ca(OH)2

Những nghi ngờ về tính thích hợp của urea trong nông học đã làm giới hạn phạm vi áp dụng của nó. Nhiều nhà Nông học đã rất bảo thủ trong việc sử dụng urea bởi vì các tiềm năng gây ra các vấn đề liên quan đến :

. 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.

. Gây độc cho hạt giống và cây con do nồng độ NH3 cao được giải phóng trong thời gian thủy phân và sự tích lũy NO2

- trong thời gian nitrae hóa.. Sự mất NH3 của urea khi phân phơi bày trên mặt đất. Nhưng những kinh nghiệm thực tiễn

đối với urea trong 30 năm qua cho thấy rằng urea là một loại phân bón tốt như bất cứ 1 loại phân bón nào nếu sử dụng thích hợp.

Các tính chất hoàn hảo về mặt vật lý (urea có dạng hạt) cộng với tính kinh tế thích hợp trong sản xuất, sử dụng, tồn trữ và vận chuyển làm cho urea trở nên là 1 loại phân N có tính cạnh tranh nhất định với các loại phân khác. Lượng urea sử dụng trên thế giới cao gấp 3 lần so với NH4NO3

23

vào năm 1990. Ngoài việc cải thiện đáng kể về kích thước, lực và mật độ của urea dạng hạt, phân này còn có một số tính chất có giá trị khác :

. Ít có xu hướng bị đóng cục như NH4NO3.

. Không mẫn cảm với cháy nổ.

. Ít ăn mòn tay và các thiết bị bón.Nồng độ biuret. 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. Vì cam quýt và các loại cây trồng khác như dứa rất mẫn cảm với biuret trong việc bón urea bằng cách phun qua lá nên được khuyến cáo nên dùng sản phẩm có chứa < 1,5% biuret. Các dung dịch được hình thành từ urea có chứa 1,55 biuret được chấp nhận để phun lên lá cho bắp và đậu nành. Nên tránh việc bón phân urea có nồng độ biuret cao gần hay ngay trên các hàng gieo hạt.

Tính chất của urea trong đất. Khi được bón vào đất, urea sẽ bị thủy phân bởi enzyme urease thành NH4

+. Tùy thuộc vào pH đất mà NH4+có thể hình thành NH3, NH3 này có thể bị bay hơi

ở mặt đất theo phương trình sau :(NH2)2CO + H+ + 2H2O 2 NH4

+ + HCO3-

Urease

NH4+ NH3 + H+

NH3 được giải phóng sẽ phản ứng trong đất tượng tự như là NH3 trong NH3 lỏng khan và NH3 lỏng. Có sự gia tăng pH đáng kể gần chung quanh hạt phân urea. Những sự thay đổi về các tính chất của đất này ảnh hưởng đến sự chuyển hóa của N và sự phát triển của cây trồng ngay khi chúng hoạt động chung quanh vùng lưu giữ NH3 khan. Khi có đủ nước hay các chất cho H+ khác, NH4

+ sẽ được giữ lại trong đất.

Sự thủy phân urea thực hiện nhanh khi các điều kiện của đất thích hợp cho sự sinh trưởng của cây trồng. Trong các loại đất ẩm, ấm, hầu hết urea chuyển hóa thành NH4

+ trong vài ngày.Urease là chất xúc tác cho sự thủy phân urea có rất nhiều trong đất. Phần lớn vi khuẩn, nấm

và xạ khuẩn trong đất đều có chứa urease. Một nhóm nhỏ vi khuẩn, gọi là vi khuẩn urea, có khả năng ngoại lệ là phân hủy được urea. Hoạt động của urease gia tăng theo mật độ dân số vi sinh vật và hàm lượng chất hữu cơ trong đất. Sự hiện diện nhiều dư thừa thực vật tươi thường cung cấp nhiều urea.

Hoạt động của urea cao nhất trong vùng rễ, nơi hoạt động vi sinh vật cao và nơi chúng có thể tích lũy từ rễ cây trồng. Hoạt động của urea vùng rễ khác nhau tùy thuộc vào loại cây trồng và mùa trong năm. Mặc dù nhiệt độ đến 370C thích hợp cho hoạt động men urease nhưng sự thủy phân của urea có thể xảy ra ở nhiệt độ xuống thấp đến 20C hay thấp hơn. Điều này cho thấy hoạt động của urease ở nhiệt độ thấp nên một phần urea được bón trong mùa thu hay đầu mùa xuân có thể bị biến đổi thành NH3 hay NH4

+ trước mùa xuân.Những ảnh hưởng của ẩm độ đất đến sự hoạt động của urease thường là nhỏ so với ảnh

hưởng của nhiệt độ và pH. Tốc độ sự thủy phân có thể cao nhất ở độ ẩm tối hảo cho sự sinh trưởng của cây trồng. Độ ẩm đất trong khoảng 24 – 100 % có ảnh hưởng rất ít đến tốc độ thủy phân urea.

NH3 tự do ức chế hoạt động của enzyme urease. Vì một nồng độ đáng kể của NH 3 có thể hiện diện ở pH > 7 nên một số ức chế tạm thời của urease do NH3 tự do xảy ra sau khi bón urea vì pH trong vùng sát quanh nguồn urea có thể đạt đến 9,0. Vì thế với liều lượng bón urea cao và bón tập trung theo hàng và những phương pháp bón tập trung khác có thể tạo điều kiện hạn chế sự hoạt động cửa enzyme urease.

Quản lý sử dụng các loại phân urea Sự quản lý cẩn thận phân urea và các loại phân có gốc là urea sẽ làm giảm được tiềm năng

mất N do bay hơi NH3 và gia tăng hiệu quả của việc bón phân urea.Bón vãi urea trên bề mặt ruộng có hiệu quả nhất khi phân được thấm vào trong đất hay bón

cho đất có tiềm năng bay hơi thấp. Các điều kiện tốt nhất cho việc bón urea trên mặt đất là đất lạnh và khô ở thời điểm bón hay có lượng mưa có ý nghĩa, có thể lớn hơn 0,25cm trong vòng 3 – 6 ngày

24

đầu sau khi bón. Sự di chuyển của nước trong đất có chứa NH 3 hòa tan và sự khuếch tán của hơi nước đến mặt đất trong quá trình khô có thể góp phần vào sự bay hơi của NH3 ở ngay hay gần mặt đất.

Cày vùi phân urea bón vãi vào trong đất sẽ tối thiểu hóa sự mất NH3 do tăng thể tích đất giữ NH3. Nhờ thế, NH3 trong đất phải được khuếch tán trên 1 khoảng cách lớn hơn nhiều trước khi vào khí quyển. Nếu đất và các điều kiện môi trường thích hợp cho sự bay hơi NH 3 thì nên cày vùi urea sâu hơn.

Bón urea theo hàng có thể dẫn đến kết quả là có những sự thay đổi của đất tương tự như là bón NH3 lỏng khan. Sự khuếch tán của urea khi bón theo hàng có thể là 2,5cm trong vòng 2 ngày sau khi bón, trong khi đó với lượng NH4

+ thích hợp có thể quan sát thấy được ở khoảng cách là 3,8 cm khi bón theo hàng. Sau khi được pha loãng hay phân tán bón phân theo hàng thì sự thủy phân sẽ bắt đầu trong vòng 3 – 4 ngày hay ít hơn trong điều kiện nhiệt độ thích hợp.

Bón phân urea hạt to sẽ làm tăng đáng kể hiệu quả của phân urea đối với lúa nước. Thường thực hiện trên các ruộng lúa nhỏ trong các nước đang phát triển là bón vãi phân urea hạt nhỏ vào trong nước ngập nên thường có kết quả là cây lúa chỉ có thể sử dụng 20 – 30 % lượng phân bón. Việc cày vùi phân urea bón ban đầu vào trong bùn có thể làm tăng hiệu quả từ 35 – 44 %. Bón urea hạt to bằng tay có thể làm tăng hiệu quả sử dụng phân đến 75 – 85 %.

Bón urea cùng lúc với việc gieo hạt không được khuyến cáo vì ảnh hưởng độc của NH3 tự do đến sự nẩy mầm của cây con. Có thể hạn chế các ảnh hưởng bất lợi của việc bón urea theo các hàng gieo hạt bằng cách bón theo hàng ít nhất là 2,5 cm ngay bên dưới hay bên cạnh hạt của phần lớn các loại cây trồng.

Ảnh hưởng của việc bón urea đặt gần hạt ngũ cốc chịu ảnh hưởng bởi ẩm độ đất hữu dụng. Với đất thịt có sa cấu trung bình, đủ ẩm trong thời điểm gieo hạt có thể bón 30 kg N /ha không có sự giảm sự nẩy mầm và mọc mầm. Tuy nhiên, trong các loại đất thịt pha cát (sa cấu thô) với ẩm độ thấp, bón 10 – 20 kg N/ha thường làm giảm độ nẩy mầm và cả năng suất cây trồng. Ẩm độ của vườn ươm ít bị ảnh hưởng nghiêm trọng hơn trong đất có sa cấu mịn (sét và thịt pha sét) và urea luôn được bón với liều lượng bón 30 kg N /ha.

Cũng như các loại phân bón hình thành acid, urea có thể làm tăng pH đất và NH3 được hình thành trong thời gian thủy phân urea. Ưu điểm của các loại phân chua có thể bị hạn chế trên đất đá vôi bởi vì CaCO3 có thể trung hòa H+ trước khi sự thủy phân urea xảy ra. Sự mất do bay hơi N từ việc bón trên mặt có thể giảm nếu urea dạng rắn được bón với muối Ca rắn như CaCl2, Ca(NO3)2

hay với các loại phân P như Ca(H2PO4)2, (NH4)2HPO4.Tóm lại, hiệu quả của phân urea tùy thuộc tương tác của nhiều yếu tố, gây ra một số biến đổi

trong sự đáp ứng của cây trồng đối với urea. Tuy nhiên nếu quản lý thích hợp, urea sẽ có hiệu quả không thua kém gì các loại phân N khác.Các loại phân có gốc urea

Urea Phosphate (NH2)2CO H3PO4 là sản phẩm có dạng tinh thể được hình thành do phản ứng của urea với acid orthophosphoric. Hàm lượng dinh dưỡng của phân này thường là 17 - 44 - 0 và được sử dụng chủ yếu là để sản xuất các loại phân bón khác có hàm lượng dinh dưỡng thấp hơn. Urea phosphate có tiêu chuẩn độ tinh khiết thấp có thể đủ để sản xuất các loại phân bón dạng huyền phù và cho phân bón sử dụng trong hệ thống tưới. Urea cũng có thể được kết hợp với phân (NH4)2HPO4 (DAP) thành phân dạng rắn 28 - 28 - 0.

Urea sulfate dạng hạt có hàm lượng dinh dưỡng từ 40-0-0-4 đến 30-0-0-13 đã được sản xuất. Tỉ lệ N/S trong sản phẩm này thay đổi từ 3 : 1 đến 7 : 1, vì vậy có thể đủ để hiệu chỉnh sự thiếu N và S trong hầu hết các loại đất.

2.2 Các loại phân N đạm NO3-

Ngoài phân NH4NO3 có rất nhiều loại phân bón chứa NO3- như sodium nitrate NaNO3,

potassium nitrate KNO3 và Ca nitrate Ca(NO3)2 có thể được nêu ra vì tầm quan trọng của chúng cho một số vùng nhất định. Các loại phân NO3

- này khá hòa tan nên chúng rất di động trong dung dịch đất. Chúng hữu dụng nhanh chóng cho cây trồng và rất nhạy cảm với sự rửa trôi trong điều kiện

25

mưa nhiều. Chúng cũng có thể bị hấp thu sinh học bởi các vi sinh vật đất trong sự phân giải tàn dư hữu cơ. Cũng như các loại phân NO3

- khác, chúng cũng bị mất do phản N hóa.Thông thường các muối NO3

- của K+, Na+, và Ca2+ không hình thành acid như các loại phân NH4

+. Bởi vì NO3- thường được cây trồng hấp thu nhanh hơn là các cation mang theo trong phân,

HCO3- và các anions hữu cơ được tiết ra từ rễ cây nên làm cho pH dung dịch đất tăng nhẹ. Như sử

dụng lâu dài NaNO3 sẽ duy trì hay thậm chí làm tăng pH nguyên thủy của đất.

2.2.1 NaNO3- 16 % N

Là nguồn nguyên liệu chính để sản xuất acid nitric và phân N trong nhiều quốc gia. Phần lớn các phân này có nguồn gốc trong các mỏ lớn ở vùng ven biển Chile và sự sản xuất NO3

- tiếp tục trở thành công nghiệp chính ở Chile. Số lượng lớn nhất của NaNO3

tổng hợp đã một lần được thực hiện ở châu Âu và Mỹ. Nhưng sự sản xuất và tiêu thụ chúng bị giảm từ năm 1950 và ngày nay chỉ còn một lượng rất nhỏ phân này được sản xuất từ các nguồn sản phẩm trung gian.

Phương pháp sản xuất4 HNO3 + 3NaCl 3NaNO3 + Cl2 + 2 H2O + NOCl

2.2.2 KNO3 Có chứa 2 nguyên tố chủ yếu và được sản xuất bởi phản ứng của acid Nitric HNO3 đậm đặc

với KCl. Ngày nay phân này được sản xuất nhiều ở Chile, Israel, Mỹ và một số nước khác. KNO 3

sử dụng lớn nhất cho các cây trồng thâm canh cao như cà chua, khoai tây, thuốc lá, rau ăn lá, cam quýt, đào và nhiều loại cây trồng khác. Các tính chất của KNO3 làm cho chúng hấp dẫn đối với cây trồng là có chỉ số muối trung bình, sự hấp thu NO3

- nhanh, tỷ lệ N/ K2O thích hợp, hàm lượng Cl-

không đáng kể và có phản ứng kiềm trong đất. Khả năng hút ẩm thấp nên thích hợp trong việc sử dụng bón trực tiếp và tạo các loại phân hỗn hợp.

2.2.3 Ca(NO3)2 Có hàm lượng N: 15,5 %, Ca: 36,0 %, phát sinh chủ yếu từ Châu Âu, nơi mà chúng được

sản xuất bằng cách xử lý CaCO3 với HNO3. Phân này rất hút ẩm, nên làm giảm giá trị sử dụng. Ngoại trừ các vùng khí hậu rất khô, Ca(NO3)2 thường có nguy cơ bị hóa lỏng, thường phải tồn trữ trong các bao chống ẩm. Cũng như các loại phân NO3 khác, rất nhạy cảm với CO3

2-.Phương pháp sản xuất:CaCO3 + 2 HNO3 Ca(NO3)2 + CO2 + H2ODo thành phần NO3

- có tác động nhanh nên Ca(NO3 )2 là một loại phân bón hữu ích cho các

loại rau cải. Đôi khi chúng được dùng để phun lên lá cho rau cần tây, cà chua, và táo. Trên các loại đất bị ảnh hưởng của Na, Ca(NO3)2 có thể được sử dụng như là 1 nguồn Ca2+ để thay thế Na+ trên CEC của đất.

2.3 Các hợp chất N chậm hữu dụngNgoài việc hấp thu N bởi cây trồng, các loại phân N còn chịu nhiều tác động trong đất; vì

thế nên cây trồng ít khi hấp thu vượt quá 60-70 % phân được bón vào. Sự phát minh ra các loại phân N hiệu quả cao là mong muốn của con người, vì sự sản xuất phân N tiêu tốn nhiều năng lượng và vì có sự liên quan đến vấn đề môi trường do sự di chuyển rộng lớn của N vào nước mặt và nước ngầm, cũng như sự mất N dạng khí vào khí quyển.

Người ta mong muốn rằng có những loại phân có khả năng chỉ giải phóng N trong một thời kỳ nào đó, như thế sẽ tránh được việc phải bón lại các loại phân hòa tan trong nước nhiều lần. Các vật liệu này cũng làm giảm được nguy cơ gây tổn thương cho sự nẩy mầm của cây trồng khi sử dụng với liều lượng cao hay gần hạt giống.

Một sản phẩm lý tưởng có thể là một sản phẩm mà sự giải phóng N phù hợp với nhu cầu của cây trồng trong suốt mùa sinh trưởng. Hầu hết các vật liệu được phát minh cho sự kiểm soát sự hữu dụng của N có thể chia thành các nhóm như sau:

1. 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.

26

2. Sự nitrate hóa và các chất ức chế urease.

2.3.1 Các chất đạm ít hòa tan trong nướcNhóm này bao gồm các hợp chất hóa học chỉ hòa tan nhẹ trong nước hay trong dung dịch

đất. Tốc độ giải phóng N từ chúng có liên quan tới sự hòa tan trong nước của chúng và liên quan đến tốc độ tác động của vi sinh vật và sự thủy phân hóa học. Tốc độ phân hủy vi sinh học và hóa học có liên quan đến nồng độ trong dung dịch, nồng độ này phụ thuộc vào sự hòa tan, cỡ hạt, và các yếu tố khác.

Các sản phẩm nổi tiếng trong loại này là 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.

Một ureaform tiêu biểu có chứa 30 % N (trong tổng N của chúng) hòa tan trong nước lạnh 250C. N trong thành phần nước lạnh này hầu hết được nitrate hóa nhanh chóng như urea. Mức độ hòa tan trong nước sôi quyết định chất lượng của 70 % N còn lại của chúng. Ít nhất là 40 % N không hòa tan trong nước lạnh có thể được hòa tan trong nước nóng thì có thể chấp nhận được về mặt nông học; giá trị tiêu biểu là 50 - 70 %. Chỉ số hoạt động được dùng để đánh giá khả năng thích hợp của hợp chất urea-formaldehide được định nghĩa như sau:

Với AI : chỉ số hoạt độ.CWIN : % N không hòa tan trong nước lạnh 250C.HWIN : % N không hòa tan trong nước nóng 98 -1000C.Khả năng thích hợp các hợp chất này như là 1 loại phân bón tùy thuộc vào các điểm sau:1. Hàm lượng N không hòa tan trong nước, đó là nguồn N chậm hữu dụng.2. Chất lượng của N không hòa tan trong nước lạnh được quyết định bởi chỉ số hoạt độ của

nó, chỉ số này phản ảnh ở tốc độ đó N không hòa tan trong nước lạnh trở nên hữu dụng đối với cây trồng.

Phần lớn việc sử dụng ureaform là cho thị trường phi nông nghiệp như cỏ sân golf, quang cảnh, sử dụng cho hoa kiểng, cây ăn quả, cây trồng trong nhà kính và được sử dụng như là một công cụ trợ giúp cây trồng vượt qua các khủng hoảng bất thường khi gieo cấy cây con. Một số hợp chất có chứa urea khác như crotonylidene (CDU, 30 % N), isobutylidene diurea (IBDU, 30 % N và urea-Z (urea-Z 35 % N). Các hợp chất này không được sử dụng trong phạm vi rộng.Urea bọc lưu huỳnh (SCU) là loại phân bón có thể kiểm soát sự giải phóng N bao gồm một vỏ bọc xung quanh mỗi hạt urea. Nồng độ N khoảng 36 – 38 % N, và tất cả N ở dạng urea. Tốc độ giải phóng của SCU có thể được hiệu chỉnh bằng cách thay đổi hàm lượng S sử dụng việc bọc các hạt urea. Lớp phủ S phải được oxid hóa bởi vi sinh vật đất trước khi urea được phơi bày ra ngoài và sau đó sẽ bị thủy phân.

SCU có tiềm năng sử dụng lớn nhất ở những nơi cần phải bón nhiềi loại phân N hòa tan trong mùa sinh trưởng của cây trồng, đặc biệt trong vùng đất cát mưa nhiều. Chúng có ưu điểm cho việc sử dụng trên mía đường, dứa, cỏ chăn nuôi, cỏ sân golf, hoa kiểng, cây ăn quả như dâu tây và lúa nước trong giai đoạn thiếu nước. SCU cũng thường được sử dụng trong những điều kiện nơi mà sự mất N do sự phân hủy cao.

Ưu điểm khác của SCU là hàm lượng S. Mặc dầu S chỉ là lớp phủ bên ngoài nên có thể là không đủ lượng để hiệu chỉnh sự thiếu hụt trong những năm đầu tiên sau khi bón phân này, nhưng có thể là 1 nguồn S hữu dụng đối với cây trồng quan trọng trong những năm sau đó.

2.3.2 Các chất ức chế sự nitrate hóa và ureaMột số chất gây độc cho các vi khuẩn nitrate hóa và sẽ ức chế tạm thời sự nitrate hóa khi

được bón vào đất. Nhiều loại hóa chất đã được thử trong những năm gần đây về khả năng của

27

%CWIN -HWINAI = x 100

%CWIN

chúng đối với sự ức chế nitrate hóa trong đất và do đó bổ sung vào công tác quản lý phân N có hiệu quả hơn. Một chất ức chế nitrate hóa lý tưởng có thể là (1) Phải không độc đối với cây trồng, các vi sinh vật đất khác, cá và động vật có vú; (2) Ngăn chặn sự biến đổi NH4

+ thành NO3- bằng cách 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; và (6) Phải tương đối rẻ tiền.

Hai hợp chất nổi tiếng nhất là N-serve, hay 2-chloro-6(trichloromethyl) pyridine, thường được gọi là Nitrapyrin và AM, là 1 pyrimidine được thay thế (2-amino-4-chloro-6-methylpyrimidine). Có khoảng 5 triệu acres đất canh tác ở Mỹ được xử lý hàng năm với Nitrapyrin. Dwell hay Etridiazol [5-ethoxy-3-(trichloromethyl)-1,2,4-thiadiazol] cũng cho thấy một sự hứa hẹn như là 1 chất ức chế nitrate hóa khi cho vào các dung dịch NH3, urea, và UAN.

NH Dicyandiamide NH2 C NH C NH hay DCD đã được thử nghiệm trên cả 2 tính ức chế nitrate hóa và loại phân N giải phóng chậm. Ở Nhật hóa chất này được thêm vào các loại phân hỗn hợp và 1 sản phẩm chứa ureaform cộng với 10% DCD theo trọng lượng đã được sản xuất. DCD được dùng trong cả 2 trường hợp để kiểm soát nitrate hóa và để làm tăng hàm lượng N hòa tan trong nước.

Một loại phân bón gồm urea và DCD với tỉ lệ 4:1 đã có trên thị trường Tây Đức. DCD rất dễ hòa tan và ổn định trong NH3 lỏng khan, và sự nitrate hóa bị ức chế có hiệu quả đến 3 tháng khi bón 15 kg DCD / ha. Urea chứa 1,4% DCD (theo trọng lượng) và dung dịch UAN với 0,8% hiện có trên thị trường Bắc Mỹ nhằm làm tăng hiệu quả của việc bón phân N.

Các chất ức chế nitrate hóa sẽ ngăn chặn sự mất N chỉ khi nào điều kiện thích hợp cho sự biến đổi thành NO3

- ngoài ý muốn trùng hợp với thời kỳ hiệu quả của chất ức chế. Nếu đất và các điều kiện môi trường thích hợp cho việc mất NO3

-, thì việc xử lý chất ức chế thường làm tăng hiệu quả phân N. Thông thường, đất có OM thấp, sa cấu thô rất phản ứng với việc bón phân N với các chất ức chế nitrate hóa. Mặc dầu có nhiều tình huống thích hợp cho việc mất NO 3-N thông thường được nhận biết, nhưng rất khó dự đoán một cách chính xác N bị mất khi nào và mất bao nhiêu. Cũng vậy, tác động kiểm soát cũng không giống nhau khi các tình huống mất nitrate NO3

- phát sinh sau các ảnh hưởng của chất ức chế.

Có 1 lượng lớn các chất ức chế urease đã được đánh giá khả năng kiểm soát sự thủy phân urea của chúng trong đất. Tất cả các chất ức chế đã biết được xếp vào 3 loại :

Nhóm thứ 1: Các chất ức chế sự hoạt động của urea bằng cách bao bọc các gốc sulfhydryl chủ yếu ở các vị trí hoạt động trên các enzymes.

Các ion kim loại như Ag+, Hg2+, và Cu2+ thuộc vào nhóm thứ nhất, và sự ức chế tỉ lệ nghịch với sản phẩm hòa tan của phức sulfit - kim loại. Benzoquinones, quinones, và Dihydric phenols, khi hiện diện ở dạng quinone cũng phản ứng với các gốc sulfhydryl của urease. Các hợp chất Heterocyclic S ảnh hưởng tương tự đến urease do sự kết hợp với các gốc sulfhydryl. Quinpns là chất ức chế hữu hiệu của urease trong đất, là các chất mẫn cảm nhẹ đối với con người. Tác động ức chế có triển vọng trong các hợp chất heterocyclic S là chúng hoàn toàn không hữu hiệu trong điều kiện khử.

Nhóm thứ 2: Các chất có cấu trúc tương tự như urea bao gồm Thiourea, methylurea, và các urea được thay thế khác. Chúng ức chế urease do sự cạnh tranh cùng điểm hoạt động trên enzyme và vì vậy chúng không có hiệu quả ở các nồng độ urea cao.

Nhóm 3: Các hợp chất phản ứng với Ni trong phân tử urease, mặc dù không phải tất cả các hợp chất có phản ứng với Ni là có thể ức chế urease. Hydroxamic acids là đặc biệt, là các chất ức chế urease không cạnh tranh, và chúng là 1 trong những chất ức chế đã được nghiên cứu nhiều nhất. Caprylohydroxamic acid là đại diện nổi tiếng nhất trong nhóm này.

Phenyl phosphorodiamidate (PPD) cũng được đánh giá là chất ức chế urea có triển vọng. Có nhiều chất bắt nguồn từ cyclotriphosphazatriene đã được đăng ký như là các chất ức chế urea trong đất hữu hiệu cao.

28

Gần đây, Ammonium thiosulfate (ATS) đã được công nhận là chất ức chế urea. Các kết quả trong phòng thí nghiệm cho thấy rằng ATS khi trộn với UAN (10% thể tích) sẽ ức chế được urease khoảng vài tháng, phụ thuộc vào các tính chất của đất và các điều kiện môi trường. Các kết quả nghiên cứu đồng ruộng cho thấy hiệu quả của phân N gia tăng với ATS.

Các hợp chất được cho là các chất ức chế urease có hiệu quả có thể phải có các đặc tính là:- Hiệu quả ở nồng độ thấp.- Tương đối không độc đối với các sinh vật bậc cao.- Rẻ tiền.- Hiệu quả về mặt phân bón hơn urea.- Cùng di động trong đất như urea.

29

BÀI 2 LÂN VÀ PHÂN LÂN

Lân (P) hiện diện trong đất với hàm lượng thấp hơn nhiều so với Đạm (N) và Kali (K). Nồng độ lân tổng số trong tầng đất mặt trung bình từ 0,02 đến 0,10 %. Thông thường lượng lân tổng số trong đất có liên quan rất ít hoặc không liên quan đến hàm lượng lân hữu dụng đối với cây trồng. Ví dụ như các loại đất đồng cỏ, mặc dù thường có nồng độ lân tổng số cao nhưng lại rất thấp lân hữu dụng. Lân hữu dụng thấp thường xảy ra nghiêm trọng hơn khi nhiệt độ và ẩm độ đất thấp trong đầu mùa vụ. Vì vậy, nghiên cứu về các mối quan hệ và tương tác của các dạng lân khác nhau trong đất và những yếu tố khác ảnh hưởng đến sự hữu dụng của lân là rất cần thiết trong việc quản lý lân có hiệu quả.

I. Chu kỳ của lân trong tự nhiên

Hình 5.7 trình bày các mối quan hệ của các dạng lân trong đất.

Khi nồng độ lân trong dung dịch đất giảm do sự hấp thu lân của cây trồng, lân sẽ được bù đắp bởi cả 2 dạng lân vô cơ và một phần lân hữu cơ hiện diện trong đất. Các khoáng lân nguyên sinh và thứ sinh sẽ tái cung cấp H2PO4

-/HPO42- vào dung dịch đất. Lân vô cơ hấp phụ trên các

khoáng và bề mặt sét như H2PO4-/ HPO4

2- cũng có thể được phóng thích để bù đắp lân trong dung dịch đất bị mất. Ngoài ra, trong đất còn có rất nhiều vi sinh vật hoạt động phân giải các dư thừa thực vật có chứa lân và tạo ra rất nhiều hợp chất lân hữu cơ trong đất. Những hợp chất lân hữu cơ này có thể được khoáng hóa thông qua các hoạt động của vi sinh vật để cung cấp lân cho dung dịch đất.

Phân lân hòa tan trong nước khi được bón vào đất rất dễ dàng hòa tan và làm tăng nồng độ lân của dung dịch đất. Nhưng do tính đệm của đất, nên thường không làm nồng độ lân trong dung dịch tăng cao. Cùng lúc ấy rễ cây sẽ hấp thu lân, và lân trong dung dịch có thể được hấp phụ trên bề mặt các khoáng và cũng có thể kết tủa thành các khoáng thứ sinh. Vi sinh vật đất cũng hấp thu lân trong dung dịch để hình thành cơ thể chúng, trong cơ thể vi sinh vật lân tồn tại ở dạng hữu cơ, sau

30

khi vi sinh vật chết sẽ tạo thành các hợp chất lân dễ dàng được khoáng hóa và các dạng lân hữu cơ ít bị phân giải bởi vi sinh vật hơn.

Nồng độ lân trong dung dịch đất được gọi là yếu tố cường độ, và phần lân vô cơ, hữu cơ tổng số được gọi là yếu tố số lượng. Sự duy trì nồng độ lân trong dung dịch đất để cung cấp đủ lân cho cây trồng phụ thuộc vào hàm lượng lân dễ khoáng hóa, đó là lượng để bù đắp lân cho dung dịch đất bị giảm khi cây trồng hấp thu. Tỉ lệ giữa yếu tố số lượng và cường độ được gọi là yếu tố khả năng cung cấp lân, tỉ lệ này diễn tả khả năng đệm của đất khi hàm lượng lân trong dung dịch đất thay đổi. Nói một cách tổng quát, yếu tố khả năng càng lớn thì khả năng tái cung cấp lân cho dung dịch đất càng lớn.Chu kỳ của P có thể được đơn giản hóa bằng sự quan hệ sau:

P trong dung dịch đất P dễ hữu dụng P khó hữu dụngTrong đó lân dễ và khó được cây hấp thu bao gồm cả 2 dạng lân vô cơ và hữu cơ (hình 5.7). Lân dễ hữu dụng (dễ tiêu) là một phần của yếu tố số lượng, có tốc độ phân ly cao và nhanh chóng bù đắp lân cho dung dịch đất. Khi lân dễ tiêu bị cạn kiệt, một phần lân khó hữu dụng (khó tiêu) trở thành dễ hữu dụng, nhưng quá trình này thường xảy ra rất chậm. Tóm lại, thuật ngữ yếu tố số lượng bao gồm cả hai phần lân dễ tiêu và lân khó tiêu.Sự tương tác giữa các dạng lân trong đất rất phức tạp, vì vậy việc nghiên cứu về động thái và sự chuyển hóa lân trong đất sẽ cung cấp cơ sở cho việc quản lý lân trong đất và phân bón lân tốt hơn nhằm đảm bảo đầy đủ lân hữu dụng cho cây trồng.

1. Lân trong dung dịch đấtPhần lớn lân được cây trồng hấp thu ở dạng ion orthophosphate (H2PO4

- và HPO42-), các

dạng lân này hiện diện đồng thời trong dung dịch đất. Nhưng hàm lượng hiện diện của mỗi dạng phụ thuộc vào pH của dung dịch đất. Ở pH: 7,2 hàm lượng hiện diện của 2 ion trên bằng nhau. Khi pH nhỏ hơn 7,2, H2PO4

- là dạng chính trong dung dịch đất, ngược lại khi pH lớn hơn 7,2 HPO42- sẽ

là dạng chiếm ưu thế. Cây trồng hấp thu dạng HPO42- chậm hơn rất nhiều so với dạng H2PO4

-. Nhưng có một số hợp chất lân hữu cơ hòa tan, hay hợp chất lân có trọng lượng phân tử thấp cũng hiện diện trong dung dịch đất và cũng có thể được cây hấp thu, nhưng thông thường nguồn này ít quan trọng trong dinh dưỡng cây trồng.

Bề mặt hấp thu lân chủ yếu của rễ cây trồng là những mô non gần với chóp rễ. Lân thường tích lũy ở chóp rễ với nồng độ tương đối cao. Do đó, khi bổ sung lân cho dung dịch đất, điều quan trọng nhất là cần phải cung cấp lân gần nơi vùng rễ hấp thu.

Nồng độ lân trong dung dịch đất trung bình là 0,05ppm và nồng độ này khác nhau tùy theo loại đất. Phần lớn các loại cây trồng có nhu cầu lân trong dung dịch vào khoảng 0,003 – 0,3ppm,

31

Phân Lân

Lân trong dung dịch

Lân trong cơ thể VSV

Lân hữu cơ không hữu dụng

Cây hấp thu Lân Dư thừa thực vật

Khoáng lân nguyên sinh và thứ sinh

Lân vô cơ hữu dụng

Lân hữu cơ hữu dụng

phụ thuộc vào loại cây trồng và năng suất thu hoạch (bảng 5.4 ). Năng suất tối đa bắp hạt có thể thu được với 0,01ppm lân nếu tiềm năng năng suất thấp, nhưng nếu tiềm năng năng suất của bắp cao, nồng độ lân trong dung dịch đất phải đạt đến 0,05 ppm. Nhu cầu lân của lúa mì cao hơn bắp và cao lương một ít. Đậu nành có nhu cầu lân cao hơn bắp. Nồng độ lân tối hảo trong dung dịch đất có thể khác nhau tùy loại cây trồng khác nhau, giai đoạn sinh trưởng của cây trồng và các yếu tố gây khủng hoảng cho cây (bệnh, khí hậu bất lợi…) có thể ảnh hưởng lớn đến nhu cầu lân trong dung dịch đất.Bảng 5.4 Lân trong dung dịch đất ảnh hưởng đến năng suất một số loại cây trồng

Các loại cây trồngLân trong dung dịch đất (ppm)

75 % năng suất tối đa 95 % năng suất tối đaKhoai mì 0,003 0,005Đậu phộng 0,003 0,01Bắp 0,008 0,025Lúa mì 0,009 0,028Bắp cải 0,012 0,04Khoai tây 0,02 0,18Đậu nành 0,025 0,2Cà chua 0,05 0,2Rau diếp 0,1 0,3

Để được rễ hấp thu, lân từ dung dịch đất phải được vận chuyển đến bề mặt rễ do cơ chế khuếch tán và dòng chảy khối lượng. Đối với đất có hàm lượng lân thấp, sự cung cấp lân do dòng chảy chiếm một tỉ lệ không đáng kể so với nhu cầu lân của cây – lượng lân được cây hấp thu do dòng chảy khối lượng có thể được tính dựa trên lượng nước thoát hơi trên một đơn vị trọng lượng chất khô của cây, nồng độ lân trong dung dịch đất và nồng độ lân trong chất khô của cây lá. Nếu nồng độ trung bình của lân trong dung dịch đất là 0,05 ppm, nồng độ lân trong chất khô là 0,2 %. Lượng lân được cây trồng hấp thu do dòng chảy khối lượng có thể tính được. Ví dụ, giả sử tỉ lệ thoát hơi nước của cây là 400 (để hình thành 1g chất khô, cây phải thoát một lượng nước là 400 g):400 g H2O/g cây x 100 g cây/0,2 g P x 0,05 g P/10-6g H2O x 100 = 1 %

Trong trường hợp này, lân cung cấp cho cây bằng dòng chảy khối lượng chỉ cung cấp được 1% tổng lượng lân cây hấp thu.

Nếu đất được bón phân lân và đạt nồng độ trong dung dịch đến 1ppm, lượng lân cung cấp cho cây do dòng chảy khối lượng cũng chỉ chiếm 20% tổng nhu cầu lân của cây.

Khi bón lân theo hàng, nồng độ lân trong dung dịch đất gần nơi có bón lân có thể tạm thời tăng lên rất cao và cũng có thể điều này làm tăng khả năng hấp thu lân do dòng chảy khối lượng cũng như do khuếch tán. Ví dụ, người ta tìm thấy nồng độ lân có thể đạt đến 2 – 14 ppm trong vùng rễ bón lân cao.

Do lượng lân cung cấp do dòng chảy khối lượng quá thấp so với tổng nhu cầu lân của cây nên sự vận chuyển lân đến bề mặt hấp thu của rễ chủ yếu là do cơ chế khuếch tán. Trong đất có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến sự khuếch tán của lân. Những yếu tố chủ yếu đó là: ẩm độ đất, dung trọng đất, khả năng đệm lân của đất và nhiệt độ.1.1 Lân hữu cơ trong đất

Lân hữu cơ thường chiếm 50% tổng lượng lân trong đất, trung bình biến thiên từ 15 – 80 % trong các loại đất khác nhau. Cũng như chất hữu cơ trong đất, lân hữu cơ thường giảm theo độ sâu của đất, sự phân bố lân theo độ sâu cũng khác nhau tùy theo loại đất. Hàm lượng lân hữu cơ trong đất thường tăng theo hàm lượng C và N trong đất; tuy nhiên tỉ lệ C/P và N/P khác nhau rất nhiều giữa các loại đất so với tỉ lệ C/N. Thông thường tỉ số C/N/P/S trong đất là 140/10/1,3/1,3.Có rất nhiều hợp chất lân hữu cơ trong đất chưa được nhận biết công thức một cách chính xác. Nhưng phần lớn lân hữu cơ trong đất là ester của orthophosphoric acid (H2PO4

-) như inositol phosphate, phospholipid và nucleic acid. Tỉ lệ của các hợp chất này trong tổng lân hữu cơ là:

Inositol phosphate 10 – 50 %Phospholipid 1 - 5 %

32

Nucleacid 0,2 – 2,5 %Như vậy trung bình chỉ có khoảng 50 % hợp chất lân hữu cơ được chúng ta nhận biết.Inositol phosphate là đại diện cho các phosphate ester, từ monophosphate đến

hexaphosphate. Phytic acid (myoinosytol hexaphosphate) có những nhóm có chứa 6 orthophosphate (H2PO4

-) gắn vào mỗi nguyên tử C trong vòng benzen. Sự thay thế lần lượt của H2PO4- với OH- sẽ

hình thành 5 ester phosphate khác nhau. Ví dụ, pentaphosphate có 5 nhóm H2PO4- và một nhóm

OH-. Inositol hexaphosphate là một ester phosphate phổ biến nhất và chiếm hơn 50 % tổng P hữu cơ trong đất, phần lớn các inositol phosphate trong đất là sản phẩm của hoạt động vi sinh vật và sự phân hủy của tàn dư thực vật.

Inositol phosphate dễ dàng kết hợp với các protein để hình thành nên nhiều phức chất khác nhau. Inositol phosphate cũng kết hợp với Fe3+ và Al3+ trong điều kiện chua và với Ca trong điều kiện đất kiềm để hình thành các muối không hòa tan. Trong các phức chất này, inositol hexaphosphate là bền nhất đối với sự tấn công của các enzyme, điều này có thể được giải thích bằng sự hiện diện cao của inositol hexaphosphate trong đất so với các ester phosphate khác.

Các khoáng sét như là montmorillonite và các Fe, Al oxide hấp thụ bề mặt rất mạnh insitol hexaphosphate. Sự hấp thụ của inositol pentaphosphate và hexaphosphate có thể xảy ra trên cùng một điểm hấp thụ trên keo sét.

Nucleic acid hiện diện trong tất cả tế bào sinh vật và được giải phóng trong quá trình phân giải tàn dư thực vật do hoạt động của vi sinh vật đất hai dạng nucleic acid là deoxyribonucliec acid và ribonucleic acid được giải phóng vào trong đất với hàm lượng lớn hơn rất nhiều so với insitol phosphate, vào trong đất các acid này bị phân giải rất nhanh so với inositol phosphate vì vậy nucleic acid chỉ hiện diện với một lượng nhỏ so với lân tổng số trong đất, khoảng 2,5 % hay ít hơn.

Phospholipid không tan trong nước nhưng được vi sinh vật sử dụng và tổng hợp dễ dàng. Một số phospholipid phổ biến có nguồn gốc từ glycerol. Tốc độ giải phóng phospholipid từ nguồn hữu cơ vào trong đất khá nhanh. Vì vậy, hàm lượng phospholipid trong đất thường thấp, khoảng 5% hay thấp hơn so với lân tổng số trong đất.

1.2 Sự tuần hoàn của lân hữu cơ trong đấtThông thường sự khoáng hóa và cố định lân cũng tương tự như sự khoáng hóa và cố định

sinh học đạm. Cả hai tiến trình này xảy ra đồng thời trong đất và có thể trình bày như sau: Sự khoáng hóaLân hữu cơ lân vô cơ (H2PO4

-, HPO2-) Sự cố định sinh học

Nguồn nguyên liệu lân hữu cơ ban đầu trong đất là các tàn dư thực vật và động vật, các tàn dư này được phân giải bởi các vi sinh vật để hình thành nên các hợp chất hữu cơ khác và giải phóng lân vô cơ. Một số lân hữu cơ bền vững với sự phân giải vi sinh vật và phần lớn dạng này là humic acid. Inositol phosphate, nucleic acid và phospholipid cũng có thể được khoáng hóa trong đất bởi các phản ứng với xúc tác của enzyme phosphatase.

+ H2O + ROH

Enzyme phosphatase đóng vai trò chủ yếu trong quá trình khoáng hóa lân hữu cơ trong đất. Với sự hiện diện của các vi sinh vật rất khác nhau trong đất, thông qua sự hoạt động của phosphatase tất cả lân hữu cơ có nguồn gốc thực vật có thể được khoáng hóa. Hoạt độ của phosphatase trong đất có liên quan đến các thực vật bậc thấp và các enzyme tự do hữu hiệu. Hoạt độ của enzyme phosphatase trong đất tăng khi hàm lượng chất C trong đất tăng, nhưng hoạt độ của phosphatase trong đất cũng bị ảnh hưởng bởi pH, nhiệt độ, ẩm độ, và các yếu tố khác. Sự khoáng hóa lân hữu cơ trong đất có thể được xác định bằng cách đo sự thay đổi của lân hữu cơ trong đất

33

OR – O – P – O

O

OH – O – P – O

O

Phosphatase enzyme

trong thời gian cây trồng sinh trưởng. Hàm lượng của lân hữu cơ giảm theo thời gian sinh trưởng và phát triển của cây trồng và hàm lượng này tăng khi cây trồng được thu hoạch.

Có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến hàm lượng lân được khoáng hóa trong đất. Trong phần lớn các loại đất, tổng lân hữu cơ có quan hệ chặt với C hữu cơ của đất. Do đó, sự khoáng hóa lân tăng theo tổng P hữu cơ. Ngược lại, số luợng lân bị cố định sinh học có tương quan nghịch với lân hữu cơ của đất. Như vậy, khi tỉ lệ C/P hữu cơ của đất tăng, sự khoáng hóa P hữu cơ giảm.

Tỉ lệ C/P của sự phân giải các dư thừa, kiểm soát tính ưu thế của sự khoáng hóa hay cố định sinh học của lân, cũng như tỉ lệ C/N đối với sự khoáng hóa và cố định sinh học của đạm.

Tỉ lệ C/P Khoáng hóa/ Cố định sinh học< 200 Có sự khoáng hóa của P hữu cơ200 – 300 Không có sự khoáng hóa/mất P vô cơ > 300 Có sự cố định sinh học của P vô cơĐược diễn tả bằng %P trong sự phân giải của tàn dư, sự cố định sinh học lân xảy ra khi %

P< 0,2 % và sự khoáng hóa thực sự xảy ra khi > 0,3 % P. Khi cung cấp dư thừa thực vật vào đất, sự cố định sinh học xảy ra trong giai đoạn đầu của sự phân giải, sau đó sự khoáng hóa xảy ra khi tỉ lệ C/P của dư thừa thực vật giảm. Vì vậy, các tiến trình khoáng hóa và cố định sinh học lân cũng tương tự như quá trình khoáng hóa và cố định sinh học đạm.

Tỉ lệ N/P cũng có liên quan đến sự khoáng hóa và cố định sinh học P. Khi cung cấp của chất này bị giảm sẽ làm tăng sự khoáng hóa của chất kia. Do đó, nếu thiếu N, P vô cơ có thể tích lũy trong đất và sự hình thành chất hữu cơ của đất có thể bị hạn chế. Khi bón phân đạm cho đất này không chỉ xảy ra sự cố định sinh học P vô cơ đã được tích lũy mà còn cố định cả đạm của phân bón.

Những yếu tố khác ảnh hưởng đến sự cố định/ khoáng hóa lân là nhiệt độ, ẩm độ, độ thông thoáng, pH của đất, chế độ canh tác, và phân bón lân. Các ảnh hưởng của môi trường đến các quá trình này tương tự như đối với đạm bởi vì cả hai đều là những quá trình có sự tham gia của vi sinh vật. Nhiều nghiên cứu cho thấy rằng sự khoáng hóa lân hữu cơ tăng theo sự tăng pH. Ảnh hưởng pH đến sự khoáng hóa lân phụ thuộc vào sự gia tăng C hữu cơ. Ảnh hưởng của pH đến sự khoáng hóa lân có thể do (1) sự cạnh tranh của OH- và H2PO4

-/ HPO42- trên các điểm nối hóa học, (2) vi sinh

vật hoạt động mạnh khi pH trung tính và (3) kết tủa của các khoáng Ca-P gia tăng khi pH > 7. Phân lân vô cơ có thể bị cố định sinh học thành lân hữu cơ do sự hấp thu của vi sinh vật.

Hàm lượng lân được cố định sinh học rất thay đổi, từ 25 – 100 % lượng lân được bón vào đất. Trên một số loại đất, bón lân liên tục có thể làm tăng hàm lượng lân hữu cơ và sau đó là tăng sự khoáng hóa lân. Thông thường, lân hữu cơ sẽ được tích lũy theo việc bón phân lân. Lân vô cơ sẽ được tích lũy nếu đất có hàm lượng C và N thấp.

Một bằng chứng khác cho thấy có quá trình khoáng hóa của lân hữu cơ đó là hàm lượng lân hữu cơ giảm dần theo quá trình canh tác liên tục. Khi đất nguyên thủy được khai phá để canh tác, hàm lượng chất hữu cơ sẽ giảm dần theo thời gian. Do chất hữu cơ giảm nên ban đầu có sự tăng lân vô cơ, nhưng sau đó hàm lượng lân vô cơ cũng giảm dần. Trong cả vùng ôn đới, sự giảm lân hữu cơ theo quá trình canh tác có thể thấp hơn sự giảm C hữu cơ và đạm hữu cơ, do các cơ chế làm mất lân tác động yếu hơn các cơ chế làm mất đạm và carbon. Ngược lại trong vùng nhiệt đới, sự mất lân, đạm, carbon có thể là như nhau.

Việc xác định chu kỳ lân trong đất khó hơn nhiều so với đạm, bởi vì lân vô cơ được hình thành thông qua quá trình khoáng hóa có thể bị mất đi khỏi dung dịch đất do sự hấp thụ P trên các bề mặt khoáng sét, do lân kết tủa thành các khoáng thứ sinh với Fe3+, Al3+, Ca2+. Vì vậy, lượng P được khoáng hóa trong thời gian sinh trưởng của cây trồng rất khác nhau trong từng loại đất. Ở vùng nhiệt đới có một lượng lớn lân được khoáng hóa ở môi trường có nhiệt độ cao.

Sự khoáng hóa và cố định sinh học lân trong đất và mối quan hệ giữa các quá trình này với chu kỳ C, N và S cần được nghiên cứu thêm nhiều. Những phản ứng này rất quan trọng trong kỹ thuật bón phân. Nhưng để an toàn trong việc quản lý lân trong đất cần thực hiện những vấn đề sau:

Nếu đất được bón đầy đủ N, P, S và dư thừa thực vật được trả lại cho đất, một số chất dinh dưỡng được bón vào có thể bị cố định sinh học trong các hợp chất C hữu cơ.

Với đất canh tác liên tục không bón phân N, P và S đất sẽ kiệt quệ các nguyên tố này do sự khoáng hóa.

34

Nếu hàm lượng N, P, S không đủ, có thể làm giảm sự tổng hợp chất hữu cơ của đất.Mặc dù một số loại đất khoáng có 1/2 đến 2/3 lân là lân hữu cơ, nhưng phần quan trọng này

không được tính đến trong việc xác định lân hữu dụng trong đất. Phần lớn các phương pháp phân tích lân của đất là xác định tỉ lệ lân vô cơ dễ sử dụng cho cây trồng.

1.3 Lân vô cơ trong đấtKhi lân hữu cơ được khoáng hóa thành lân vô cơ hay phân lân được bón vào đất. Lân vô cơ

trong dung dịch đất sẽ được hấp thu bởi cây trồng, bị cố định sinh học bởi vi sinh vật và phần còn lại bị hấp thụ trên các bề mặt khoáng sét hoặc kết tủa thành các hợp chất lân thứ sinh.

Bảng 5.5 Lượng lân hữu cơ được khoáng hóa trong một mùa trên một số loại đấtĐịa điểm Cách sử

dụng đất Đất Thời gian

nghiên cứu (năm)

Lân hữu cơ được khoáng hóa (kg/hecta/năm)

% lân hữu cơ được khoáng hóa /năm (%/năm)

Đất vùng ôn đới, phong hóa yếuÚc

Cỏ 4 6 4Lúa mì 55 0,3 0,3

Canada Lúa mì Thịt 90 7 0,4Thịt pha cát 65 5 0,3

Anh Đồng cỏ Thịt và thịt pha cát 1 7 – 40 1,3 – 4,4Bỏ hóa Thịt và thịt pha cát 1 2 – 11 0,5 – 1,7Cây lấy gổ Thịt 1 22 2,8Ngũ cốc 0,5 – 8,5Rừng cây thay lá

Đất nâu 1 9 1,2

Cỏ Đất nâu 1 14 1Iowa Cây trồng

theo hàngThịt pha sét 80 8 0,7

Maine Khoai tây Thịt 50 6 0,9Minesota Alfalfa Thịt pha sét 60 12 1,2Mississippi Bông vải Thịt 60 5 1

Đậu nành Đậu nành 40 8 1New Mexico

Cây trồng theo hàng

Thịt 30 2 0,4

Taxas Cao lương Sét 60 7 1Đất nhiệt đới phong hóa mạnh Honduras Bắp Sét 2 6 – 27 5,9 – 11,9

Sét 2 10 – 22 6,9 – 8,8Nigeria Cây bụi Thịt pha cát 1 123 24

Cacao Thịt pha cát 1 91 28Ghana Đất không

che phủ Ochrosol mịn 3 141 6

Đất che phủ 1/2

Thịt pha cát 3 336 17

Đất rừng nhiệt đới

3 396 17

Những thuật ngữ dùng để diễn tả sự hấp phụ bề mặt và những phản ứng kết tủa thường được gọi là sự cố định lân. Tính chất và mức độ của các phản ứng cố định lân phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố trong đó quan trọng nhất là pH của đất. Trên đất chua, P vô cơ bị kết tủa thành các khoáng Fe/Al-P thứ sinh, đồng thời P cũng được hấp phụ trên bề mặt các sét Fe/Al oxide và các khoáng sét

35

khác. Trên đất đá vôi và trung tính, P vô cơ bị kết tủa thành các khoáng Ca-P và bị hấp phụ trên bề mặt các khoáng sét và khoáng CaCO3.

Bảng 5.6 Tương quan giữa hàm lượng lân tổng số và lân dễ tiêu đến năng suất lúa trên một số vùng đất.

Lân tổng số P2O5(%) Lân dễ tiêu P2O5 (mg/100 g đất)

Năng suất lúa (tạ/ha)

Trên đất phù sa sông Hồng (Tùng Thiện – Hà Tây)0,050 <1,00 12,200,056 0,25 12,200,069 <1,00 14,000,078 2,00 19,00

Trên đất ở Thái Bình0,086 >26,000,067 4,00 23,00 – 26,000,058 3,40 20,00 – 23,000,057 5,40 <20,00

Có nhiều dẫn chứng cho thấy là có rất nhiều cơ chế hấp phụ và kết tủa P xảy ra trong đất, nhưng chưa có sự thống nhất về việc định lượng tương đối của sự hấp phụ này. Một kết luận phổ biến nhất về sự cố định P là hệ quả của sự kết tủa và hấp phụ liên tục. khi nồng độ P trong dung dịch đất thấp, sự hấp phụ P có thể chiếm ưu thế, trong khi đó những phản ứng kết tủa chỉ xảy ra khi nồng độ P và các cation có liên quan trong dung dịch cao, vượt quá hệ số sản phẩm hòa tan (K sp) của khoáng. Khi phân P hòa tan được bón vào đất, nồng độ P trong dung dịch đất và các cation đi kèm theo trong phân tăng rất cao trong thời gian đầu. Đầu tiên, những phản ứng kết tủa P xảy ra, nhưng do nồng độ P và các cation đi kèm trong dung dịch vượt cao hơn hệ số hòa tan của các khoáng riêng biệt. Nhưng khi nồng độ P trong dung dịch giảm, sự hấp phụ P trên các bề mặt khoáng sét sẽ xảy ra. Trong một phạm vi nhất định có thể cả 2 phản ứng cùng xảy ra ngay sau khi phân P được bón vào. Không cần phân biệt riêng tính chất của từng phản ứng hấp phụ và kết tủa, chúng ta cần hiểu rằng cả 2 quá trình cố định P này rất quan trọng cho sự dinh dưỡng P tối hảo và quản lý phân P có hiệu quả.

1.3.1 Khả năng hòa tan của các khoáng P sơ sinh và thứ sinhHàm lượng P vô cơ (H2PO4

- hay HPO42-) hiện diện trong dung dịch đất phụ thuộc rất lớn vào

pH đất. Do cây trồng có thể hấp thu cả 2 dạng P này, nên nồng độ của P trong dung dịch và khả năng tái cung cấp P cho dung dịch của các hợp chất P khác có vai trò rất quan trọng cho sự hữu dụng của P đối với cây trồng. Chu kỳ P cho thấy là nồng độ P trong dung dịch được đệm bởi các quá trình giải phóng của P hấp phụ trên bề mặt các khoáng sét (labile P), sự khoáng hóa của P hữu cơ, và sự hòa tan của các khoáng có chứa P. Cuối cùng là nồng độ P trong dung dịch được quyết định bởi mức độ hòa tan của các khoáng P vô cơ trong đất. Các khoáng P phổ biến được tìm thấy trong đất chua là các khoáng Al-P và Fe-P, trên đất đá vôi và trung tính là Ca-P.

36

Bảng 5.7 Các khoáng chứa lân phổ biến trong các loại đấtĐất chua

Variscite AlPO4.2H2OStrengite FePO4.2H2O

Đất đá vôi và trung tính Dicalcium phosphate dihydrate (DCPD) CaHPO4.2H2O

Dicalcium phosphate (DCP) CaHPO4

Octacalcium phosphate (OCP) Ca4H(PO4)3.2.5 H2OBeta-tricalcium phosphate (β Ca3(PO4)2

Hydroxyapatite (HA) Ca3(PO4)3OHFluorapatite (FA) Ca3(PO4)3F

1.3.2 Các phản ứng hấp phụ PDạng P vô cơ dễ hấp thu đối với cây trồng là H2PO4

- và HPO42- thường được hấp phụ trên bề

mặt các khoáng. Thuật ngữ hấp phụ (absorption) và hấp phụ hóa học (chemisorption) được dùng để diễn tả các phản ứng của lân với bề mặt khoáng, nơi sự hấp phụ hóa học có mức độ kết nối rất cao giữa lân với bề mặt khoáng. Thuật ngữ absorption thường được sử dụng hơn. Đôi khi người ta còn dùng thuật ngữ absorption bao gồm cả absorption và chemisorption.

Trên đất chua, các khoáng Fe, Al oxide và hydroxide là các khoáng chính hấp phụ lân vô cơ. Do dung dịch đất chua nên điện tích thật bề mặt các khoáng này mang điện tích (+), mặc dù cả hai điện tích (-), (+) cùng hiện diện trên khoáng. Nhưng ưu thế của điện tích dương (+) sẽ thu hút dễ dàng H2PO4

- và anion khác. Trên đất đá vôi, một lượng nhỏ P có thể được hấp thụ thông qua sự thay thế CO 3

2- trên bề mặt khoáng CaCO3. Nhưng ở nồng độ P thấp, sự hấp thụ bề mặt chiếm ưu thế; tuy nhiên, với nồng độ P cao, các khoáng Ca-P sẽ kết tủa trên bề mặt CaCO3. Các khoáng khác phần lớn là Al(OH)3 và Fe(OH)3 cũng góp phần vào việc hấp thụ P trong dung dịch đất của đất đá vôi.

Sự cố định P là vấn đề bất lợi cho dinh dưỡng lân đối với cây trồng trên đất chua, chứa nhiều Fe/Al oxide. Các loại đất chua tiêu biểu thường cố định lân gấp hai lần trên một đơn vị diện tích bề mặt của các hạt đất so với đất trung tính và kiềm yếu. Lực của các nối giữ chặt lân trên đất chua cũng cao gấp 5 lần so với đất trung tính và kiềm yếu.

1.3.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến sự cố định lân trong đấtCó rất nhiều đặc tính lý hóa của đất ảnh hưởng đến các phản ứng hòa tan và hấp phụ lân

trong đất do đó, các đặc điểm của đất ảnh hưởng lớn đến nồng độ lân trong dung dịch, mức độ hữu dụng của lân đối với cây trồng, hiệu quả sử dụng phân lân của cây. Nghiên cứu về các ảnh hưởng này sẽ giúp chúng ta quản lý phân lân có hiệu quả hơn.Tính chất và hàm lượng các khoáng trong đất

Các phản ứng hấp phụ và phóng thích chịu ảnh hưởng bởi loại sét có bề mặt tiếp xúc với lân trong dung dịch đất. Các Al/Fe oxide có khả năng hấp phụ một lượng lớn lân trong dung dịch. Mặc dù chúng hiện diện trong tất cả các loại đất nhưng thường hiện diện với lượng cao trong các loại đất chua phong hóa mạnh. Al/Fe oxide có thể hiện diện dưới dạng những hạt kết von trong đất, hay bao phủ một lớp áo bên ngoài các thành phần hạt khác của đất. Chúng cũng có thể hiện diện dưới dạng những hợp chất Al hydroxy vô định hình giữa các tầng của các nhôm silicate có tính trương nở. Trên đất có hàm lượng Fe/Al cao có oxide tinh thể thấp, nhưng Al/Fe vô định hình cao sẽ có khả năng hấp phụ lân cao vì bề mặt của chúng mang nhiều điện tích (+). Tuy nhiên, các tinh thể oxide kim loại ngậm nước có khả năng hấp phụ lân cao hơn các dạng vô định hình hay các dạng silicate có cấu trúc tầng.

Các khoáng 1: 1 (như là kaolinite) có khả năng hấp phụ lân lớn hơn nhiều so với các khoáng 2: 1 (như khoáng montmorillonite). Điều này có thể do đất có chứa khoáng sét kaolinite cao thường có lượng Fe/Al oxide cao do bị phong hóa mạnh sét kaolinite với các lá Si/Al 1 : 1, có nhóm OH -

trong tầng Al nên có thể trao đổi với lân. Ngoài ra sét kaolinite còn hình thành các điện tích phụ thuộc pH trên các cạnh, nên có thể hấp phụ được.

37

Trên đất đá vôi, sự hấp phụ lân xảy ra trên bề mặt khoáng CaCO3, tuy nhiên, sự hấp phụ mạnh là do sự lẫn tạp của các Fe oxide trong đất đá vôi. Hàm lượng và khả năng hoạt động của CaCO3 không tinh khiết, với diện tích bề mặt lớn sẽ hấp phụ lân cao và sự kết tủa của các khoáng Ca-P cũng nhanh hơn. Đất đá vôi với CaCO3 hoạt động cao và chứa một lượng lớn sét bão hòa Ca sẽ làm giảm hàm lượng lân trong dung dịch, do lân rất dễ bị kết tủa hay bị hấp phụ.

Ngược lại, để duy trì nồng độ lân nhất định trong dung dịch trên đất có khả năng cố định lân cao, việc bón một lượng lớn phân lân là cần thiết. Trong bất kỳ một loại đất nào, nồng độ lân trong dung dịch đều tăng khi bón phân lân vào. Để đạt được một nồng độ lân nhất định trong dung dịch đất, nếu đất có sa cấu mịn sẽ có nhu cầu bón phân lân cao hơn đất có sa cấu thô. Tóm lại để đạt một năng suất cao như nhau, đất có hàm lượng sét cao, thường được yêu cầu bón phân lân nhiều hơn so với đất thịt.pH đất

pH đất có ảnh hưởng rất lớn đến lượng lân hấp phụ và kết tủa. Sự hấp phụ lân bởi Fe/Al oxide giảm khi pH đất tăng. Gibbsite [γ-Al(OH)3] hấp phụ lân lớn nhất ở pH 4-5. Sự hấp phụ lân bởi Goethite (α-FeOOH) giảm đáng kể khi pH tăng từ 3 đến 12 (hình 6.17).

Sự hữu dụng của lân trong hầu hết các loại đất nằm trong khoảng pH 5.5-6.5. Ở pH thấp, sự cố định lân phần lớn là do phản ứng của lân với các Fe/Al oxide và kết tủa thành AlPO4 và FePO4. Khi pH tăng, sự hoạt động của Fe/Al oxide giảm, nên sự hấp phụ và kết tủa lân giảm, đồng thời làm tăng nồng độ lân trong dung dịch. Ở pH 7.0, Ca2+ sẽ kết tủa với lân thành các khoáng Ca-P và sự hữu dụng của lân lại giảm. pH trong khoảng 6.0-6.5, sự hấp phụ lân là tối thiểu như trình bày trong hình 5.8

Hình 5.8 Ảnh hưởng pH đến sự hữu dụng của lân trong đất

Thông thường khi bón vôi cho đất chua sẽ làm tăng sự hòa tan của lân. Tuy nhiên, nếu bón quá nhiều vôi có thể làm giảm sự hòa tan, tương tự như trường hợp đất kiềm tự nhiên có chứa nhiều Ca2+.Ảnh hưởng của các cation

Sự hiện diện của các cation hóa trị 2 sẽ làm tăng sự hấp phụ lân hơn là cation có hóa trị 1. Ví dụ, các khoáng sét bão hòa với Ca2+ sẽ cố định lượng lân lớn hơn là sét bão hòa với Na+ hay các ion hóa trị 1 khác. Điều này được giải thích do ảnh hưởng của Ca2+, hình thành các điện tích (+) ở các cạnh của các khoáng sét nên dễ dàng thu hút anion lân. Hoạt động này của Ca2+ cũng có thể xảy ra ở pH hơi thấp hơn 6.5, nhưng xảy ra nhiều hơn ở đất có pH cao, các khoáng Ca-P có thể được kết tủa trực tiếp từ dung dịch.Nồng độ của Al trao đổi cũng là một yếu tố trong sự hấp phụ lân trên nhiều loại đất bởi vì 1 meq Al3+ trao đổi/100 g đất, khi bị thủy phân hoàn toàn, có thể kết tủa đến 100 ppm lân trong dung dịch. Phản ứng thủy phân: Al3+ + 2H2O ↔ Al(OH)2+ + 2H+

Phản ứng kết tủa và/hay sự hấp phụ:Al(OH)2+ + H2PO4 ↔ Al(OH)2H2PO4 (Kp = 10-29)

38

Ảnh hưởng của các anionCả 2 loại anion hữu cơ và vô cơ đều có thể cạnh tranh về mặt hấp phụ với P trên các vị trí

hấp phụ, nên các anion có thể làm giảm sự hấp phụ lân khi bón phân lân vào đất. Các anion được giữ trong đất yếu như NO3

- và Cl- có khả năng cạnh tranh rất thấp, ngược lại, đặc biệt là các anion bị hấp phụ và các acid như OH-, H3SiO4

-, SO42- và MoO4

2- có thể cạnh tranh mạnh mẽ trên các vị trí hấp phụ với lân. Lực nối của các anion với bề mặt khoáng sét sẽ quyết định khả năng cạnh tranh của anion đó. Ví dụ, SO4

2- không thể cạnh tranh với H2PO4-, bởi vì H2PO4

- có khả năng hình thành nối hóa học mạnh hơn SO4

2-.Các anion hữu cơ hình thành từ sự phân giải chất hữu cơ có thể có ảnh hưởng đến các phản

ứng hấp phụ-giải phóng lân trong đất. Ảnh hưởng của các anion hữu cơ đến sự giảm sự hấp phụ lân có thể có liên quan đến cấu trúc phân tử của anion và pH. Các anion hữu cơ hình thành các phức chất ổn định với Fe và Al, các phức này làm giảm sự hấp phụ lân. Các anion của các tricarboxylic acid có khả năng làm giảm sự hấp phụ lân cao hơn là các dicarboxylic và monocarboxylic acid. Oxalate, citrate và polygalacturonate có thể được hấp phụ ở bề mặt đất tương tự như H2PO4

-. Một số ảnh hưởng của anion hữu cơ đến sự hấp phụ lân một phần nào đó có lợi cho tính hữu dụng của chất hữu cơ trong đất.Mức độ bão hòa lân

Thông thường lượng lân bị hấp phụ rất lớn trong đất nhưng chỉ có một phần nhỏ lân bị hấp phụ trên bề mặt sét. Càng tăng lượng phân lân bón vào đất, lượng lân hấp phụ càng tăng, nhưng tiềm năng hấp phụ của đất giảm dần khi bón lượng phân lớn vào đất. khi tất cả các vị trí trong đất có khả năng hấp phụ lân được bão hòa với H2PO4

-, sẽ không xảy ra sự hấp phụ nữa, và hiệu quả sử dụng lân sẽ tăng.Chất hữu cơ trong đất

Các hợp chất lân hữu cơ có thể di chuyển sâu xuống các tầng đất bên dưới so với các ion lân vô cơ trong dung dịch. Nhiều nghiên cứu cho thấy là lân di chuyển sâu xuống dưới đáng kể khi được bón phân hữu cơ. Bón phân hữu cơ liên tục có thể làm tăng nồng độ lân ở độ sâu 60 – 120 cm. Ngược lại, nếu bón cùng một lượng lân ở dạng vơ cơ, sự di chuyển xuống sâu của lân kém hơn rất nhiều.

Sự phân giải của các dư thừa thực vật có ảnh hưởng đến sự hữu dụng của lân đã được nghiên cứu nhiều. Rất nhiều nghiên cứu cho thấy là các hợp chất hữu cơ trong đất làm tăng sự hữu dụng của lân là do: sự hình thành các phức chất organophosphate (các chất này được cây hấp thu dễ dàng), sự thay thế anion của H2PO4

- trên các vị trí hấp phụ và Fe/Al được bao phủ một lớp mùn nên làm giảm sự hấp phụ lân.

Các anion hữu cơ được hình thành từ sự phân giải chất hữu cơ trong đất cũng có thể tạo các phức ổn định với Fe/Al, do đó hạn chế được phản ứng của các chất này với H2PO4

-. Các phức chất này có thể giải phóng lân trước khi bị cố định bởi Fe/Al do có cùng một cơ chế. Các anion thường thay thế H2PO4

- trong đất là citrate, oxalate, tartrate, malate, và malonate. Các chất này hiện diện trong đất như là những sản phẩm của sự phân giải chất hữu cơ.

Trong một số trường hợp, sự hấp phụ lân có quan hệ với hàm lượng C hữu cơ trong đất, mặc dù đây có thể chỉ là yếu tố phụ. Fe/Al bị hấp phụ bởi các keo hữu cơ. Thông thường, khi vùi phân xanh vào đất, cây trồng vụ sau sử dụng lân trong đất có hiệu quả hơn. Điều này có thể do liên quan đến sự phân giải các dư thừa thực vật kèm theo sự phóng thích CO2. Khi hòa tan trong nước CO2 sẽ hình thành H2CO3 có khả năng phân hủy các khoáng sét nguyên sinh trong đất. Trên đất trung tính và đất kiềm, khi tăng CO2 làm tăng sự hòa tan của khoáng Ca-P. Vì vậy, khi bón chất hữu cơ vào đất khoáng, có thể làm tăng sự hữu dụng của lân trong đất.

Sự rửa trôi của lân vô cơ cũng có thể xảy ra trong đất, nhưng chỉ xảy ra trong điều kiện nhất định. Đất có chứa hàm lượng cát thạch anh cao và đất than bùn có thể lân sẽ bị rửa trôi khi được bón vào. Số liệu trong bảng 5.7 cho thấy có sự hấp phụ lân rất ít trong lớp đất mặt hay dưới tầng đất sâu sau khi bón phân lân cho các loại đất này. Điều này xảy ra do không có sự hiện diện của các hợp chất Fe/Al là những hợp chất chính hấp phụ lân trên đất chua. Khi AlCl 3 được bón vào các loại đất trên sự rửa trôi lân ngừng hẳn.

39

Bảng 5.7 Sự rửa trôi của lân trên đất hữu cơ chuaLân bón vào (mg/cột đất)

pH Al trao đổi (mg/100g đất)

Lân bị rửa trôi (mg/cột đất)

Lân trong phân bón bị hấp thu (mg/cột đất)

Lớp 0 4,6 0,02 0,48

2,5 4,6 0,02 2,59 0,0310 4,6 0,02 8,68 1,18

Lớp đất sâu 0 3,3 0,5410 3,3 10,22 0,32

Nhiệt độ và thời gian phản ứngTrong một phạm vi nhiệt độ nhất định, tốc độ của hầu hết các phản ứng hóa học và sinh học

tăng khi nhiệt độ tăng. Sự khoáng hóa của lân từ chất hữu cơ trong đất hay tàn dư thực vật phụ thuộc vào hoạt động sinh học của đất, và sự khoáng hóa này tăng theo nhiệt độ, tốc độ tăng dần cho đến khi nhiệt độ tối hảo cho hoạt động của sinh vật trong đất. Sự hấp phụ lân trong đất theo hai kiểu khác biệt rõ rệt: tốc độ phản ứng nhanh ban đầu sau đó rất chậm. Các phản ứng hấp phụ có liên quan đến sự trao đổi của lân với các ion trên bề mặt của các Fe/Al oxide xảy ra rất nhanh. Các phản ứng chậm có liên quan đến: sự hình thành các nối cộng hóa trị Fe-P hay Al-P trên bề mặt các Fe/Al oxide, sự kết tủa của các hợp chất lân có độ hòa tan cao. Tốc độ của phản ứng chậm này có liên quan đến sự chuyển tiếp từ sự hấp phụ lân bằng một nối hóa học yếu sang một nối hóa học chặt hơn, khó hấp thu bởi cây trồng.

Những hợp chất mới bị kết tủa ban đầu trong đất trong một thời gian phản ứng của lân tương đối không bền và luôn thay đổi theo thời gian, dần dần trở thành những hợp chất bền vững hơn và ít hòa tan hơn. Bảng 5.8 Phần trăm DCPD bị thủy phân thành OCP theo thời gian và nhiệt độ

Nhiệt độ % OCP hiện diện1 tháng 2 tháng 3 tháng 4 tháng

10 <5 20 20 7020 <5 40 75 10030 <5 30 80 100

Ảnh hưởng của sự ngập nướcTrên hầu hết các loại đất, lân hữu dụng tăng sau khi ngập nước, phần lớn do sự biến chuyển

của Fe3+-P thành Fe2+-P hòa tan và do sự thủy phân của Al-P. Ngoài ra còn có những cơ chế khác làm tăng sự hữu dụng của lân sau khi đất ngập nước bao gồm: sự hòa tan của lân bị cố định chặt, sự thủy phân của Fe-P, sự khoáng hóa của lân trong đất chua tăng, sự hòa tan của CaP trong đất kiềm tăng, và sự khuếch tán của lân lớn hơn trong điều kiện đất ngập nước. Những sự thay đổi về sự hữu dụng của lân này giải thích tại sao việc bón phân lân cho đất lúa có tưới nước luôn thấp hơn các cây trồng cạn khi trồng trên cùng một loại đất.

1.4 Một số điểm cần lưu ý trong việc quản lý phân lânMột hậu quả thực tế rất quan trọng của các phản ứng hấp phụ và kết tủa lân cần chú ý là:

thời gian hữu dụng của phân lân đối với cây trồng sau khi bón phân. Trên một số loại đất có khả năng cố định lân cao, thời gian này có thể ngắn, ngược lại trên các loại đất khác thời gian này có thể vài tháng thậm chí vài năm. Thời gian hấp phụ và kết tủa sẽ quyết định phương pháp bón phân, bón một lần theo sự luân canh cây trồng hay phải bón nhiều lần trong một vụ. Đất có sa cấu mịn sẽ hấp phụ lân cao bởi vì khoáng này có bề mặt hoạt động cao hơn đất có sa cấu thô.

Biện pháp kỹ thuật quan trọng khác là cách bón phân lân. Nếu bón rải đều trên mặt ruộng hay cày vùi trong đất thì lượng phân tiếp xúc với bề mặt các hạt đất sẽ lớn, như thế sự cố định lân sẽ

40

cao hơn là bón theo hàng. Bón phân lân theo hàng sẽ làm giảm sự tiếp xúc giữa đất và phân bón cho nên làm giảm được sự hấp phụ lân. Điều này không chỉ là một yếu tố cần chú ý trong cách bón phân lân, mà còn rất quan trọng cho dinh dưỡng cây trồng trên đất có hàm lượng lân thấp và khả năng hấp phụ lân cao. Vì vậy, bón phân theo hàng sẽ làm tăng hiệu quả sử dụng phân lân hòa tan như super phosphate, ammonium phosphate. Tuy nhiên, có những loại phân lân không hòa tan trong nước, hiệu quả sử dụng phân bón của cây trồng sẽ cao nhất khi bón trộn đều vào trong đất thay vì bón theo hàng.

1.5 Phân tích lân trong đấtPhân tích lân trong đất thường sử dụng các nguyên lý hóa học và các phương pháp phân tích

thường liên quan chủ yếu đến dạng lân vô cơ trong đất. Khi lân trong dung dịch đất giảm do cây trồng hấp thu, các khoáng lân có thể hòa tan hay lân hấp phụ trên bề mặt keo đất có thể được giải phóng để bù đắp lại lân cho dung dịch. Các chất hóa học dùng để phân tích lân trong đất mô phỏng theo quá trình này do chúng làm giảm hàm lượng Al hay Ca thông qua phản ứng kết tủa thành các khoáng Al-P hay Ca-P. Khi Al hay Ca giảm trong thời gian trích các khoáng Al-P, Ca-P sẽ hòa tan để bù bắp lại Al, Ca trong dung dịch đất. Đồng thời lân trong dung dịch cũng tăng, đây là nguyên tắc chính của các phương pháp xác định lân hữu dụng của đất cho cây trồng.

Chất trích trong phương pháp Bray -1 được sử dụng cho đất chua, dung dịch Bray-1 chứa 0,025M HCl và 0,03M NH4F. Trong đất chua khoáng chính kiểm soát nồng độ lân trong dung dịch là AlPO4.F sẽ tạo phức chất với Al3+ trong dung dịch vì vậy khi nồng độ Al trong dung dịch giảm. AlPO4 sẽ hòa tan để bù đắp lại lượng Al trong dung dịch, đồng thời giải phóng lân vào trong dung dịch. Hàm lượng lân này có thể dùng tính toán khả năng cung cấp lân hữu dụng của đất cho cây. HCl trong chất trích cũng làm hòa tan các Ca-P thường hiện diện trong đất ít chua và trung tính.

Chất trích của phương pháp Olsen (Bicar-P) được sử dụng cho đất trung tính và đất kiềm chứa 0,5M NaHCO3 được đệm ở pH = 8,5. Trên những loại đất này, các khoáng Ca-P kiểm soát nồng độ lân trong dung dịch. Ion HCO3

- sẽ tạo phản ứng với Ca2+ tạo thành CaCO3 kết tủa trong thời gian trích nên làm giảm nồng độ Ca2+ trong dung dịch, đồng thời giải phóng lân vào trong dung dịch trích cung cấp cho chúng ta một ước đoán về khả năng cung cấp lân hữu dụng của đất cho cây.

Mặc dù các phương pháp trên thường được sử dụng riêng cho đất chua và đất kiềm, nhưng cả hai đều được sử dụng để định lượng lân hữu dụng cho cây trồng trên cả hai loại đất. Ví dụ, phương pháp Bray- 1 trích được lượng lân tuy không bằng nhau nhưng tương quan chặt với lân được trích bằng phương pháp Olen trên đất kiềm. Điều này cho thấy là cần phải thận trọng trong việc xây dựng thang chuẩn cho từng phương pháp khác nhau. Có nghĩa là phải có những thang đánh giá riêng cho từng phương pháp phân tích từ thí nghiệm về liều lượng phân bón trong chậu hoặc ngoài đồng.

Các phương pháp phân tích lân khác được sử dụng trên các vùng đất khác nhau như phương pháp Mehlich, NH4F + CH3COOH + NH4NO3/HNO3 hay NH4Cl/HCl được sử dụng rộng rãi ở Mỹ. Kết quả của phương pháp này tương tự với phương pháp Bray-1. hay phương pháp Oniani 0,1N HCl, được sử dụng rộng rãi trong các phòng thí nghiệm của Việt Nam, kết quả phương pháp này thường bằng 1/2 giá trị phân tích được bằng phương pháp Bray-1.

Mặc dù thang đánh giá của các phương pháp phân tích đất khác nhau giữa các vùng và cây trồng, nhưng hàm lượng lân đủ cho phần lớn cây trồng được trình bày trong bảng 5.9. Sự phân hạng này cho thấy phương pháp Mehlich và Bray-1 cho số liệu tương đương nhau, ngược lại phương pháp Olsen cho số liệu nhỏ hơn 2 lần so với hai phương pháp trên.

Kết quả phân tích lân trong đất phải phản ảnh sự đáp ứng của cây trồng với phân lân được bón vào trong đất với các mức độ lân trích được khác nhau. Một phương pháp tốt phải có kết quả số liệu phân tích lân tăng thì sự đáp ứng của cây trồng đối với phân lân giảm được xác định bằng % năng suất. Những số liệu này mức độ ngưỡng của lân trong phương pháp Bray-1 là 25 ppm, có nghĩa là khi phân tích lân trong đất theo phương pháp Bray-1 cho số liệu lân lớn hơn 2 ppm, cây trồng trên đất đó sẽ không tăng năng suất nữa nếu chúng ta bón thêm lân vào. Tương tự, kết quả phân tích lân trong đất phải dự đoán được liều lượng phân lân cần bón để đạt năng suất nhất định của cây trồng. Khi mức độ lân của phương pháp Bray-1 tăng, lượng phân lân cần bón giảm. Khi

41

hàm lượng phân tích ở mức ngưỡng hay cao hơn, được khuyến cáo không nên bón lân thêm nữa. Những số liệu này cho thấy kết quả phân tích đất sẽ cho một ước đoán mức độ lân đủ cho một loại đất nhất định và khuyến cáo liều lượng phân bón tối hảo. Phân tích lân trong đất phải thực hiện cho từng loại hệ thống quản lý cây trồng- đất để đảm bảo cho năng suất tối hảo cho từng cây trồng trong hệ thống.

Bảng 5.9 Thang đánh giá hàm lượng lân trong đất bằng các phương pháp phân tích khác nhau

Mức độ Bray- 1 Mehlich III Olsen Mức độ lân khuyến cáoppm lbP2O5/a Kg P2O5/ hectaRất thấp <0,5 <0,7 <0,3 50 25Thấp 0,6 – 12 0,8 – 14 0,4 - 0,7 30 15Trung bình 13 – 25 15 – 28 0,8 - 11 10 8Cao >25 >28 > 12 0 0

II Các Loại Phân Lân

Công nghiệp sản xuất phân lân hiện đại được thiết lập sau các kết quả thí nghiệm của Liebig năm 1840, kết quả này cho thấy rằng giá trị của việc bón xương động vật có thể làm tăng năng suất cây trồng khi xương được xử lý với H2SO4. Vào năm 1842, John P. Lawes phát minh ra tiến trình xử lý đá phosphate vơi H2SO4, và sự sản xuất loại vật liệu này làm phân bón ở Anh vào năm 1843. Việc bán các sản phẩm super phosphate đơn ở Mỹ chỉ bắt đầu vào năm 1852. Ngày nay công nghiệp phân lân sử dụng chủ yếu nguyên lý sản xuất phân phosphate hòa tan của Lawes (1842).

1 Hàm lượng lân trong phân lân Trong lịch sử, hàm lượng lân của phân bón được biểu thị ở dạng oxide, P2O5 thay vì ở dạng

nguyên tố P. Mặc dù người ta cố gắng chuyển đổi từ % P2O5 thành % P, nhưng phần lớn các công nghiệp phân lân vẫn trình bày nồng độ lân trong phân bón bằng % P2O5. Tương tự, nồng độ kali trong phân bón được diễn tả bằng % K2O thay vì % K. Nhưng nồng độ lân của phân bón diễn tả bằng % P sẽ dễ dàng hơn trong việc tính toán và thảo luận so với dùng % P2O5. Sự chuyển đổi %P thành % P2O5 và ngược lại như sau:

% P = % P2O5 x 0,43; % P x 2,29 = %P2O5

Hệ số chuyển đổi bắt nguồn từ tỉ lệ của trọng lượng phân tử của P và P2O5.

2 Các thuật ngữ thường dùng đối với phân lânMức độ hòa tan của lân trong các loại phân rất khác nhau giữa các loại phân lân. Khi phân

lân được bón vào đất chỉ có một phần nhỏ hòa tan ngay vào nước, vì vậy mức độ hòa tan của phân lân trong nước không phải luôn luôn là một chỉ tiêu đánh giá tốt nhất sự hữu dụng của lân đối với cây trồng. Phần lớn sự xác định chính xác sự hữu dụng của lân đối với cây trồng trong một phạm vi nhất định là hàm lượng lân được hấp thu bởi cây trồng trong những điều kiện nhất định đối với sự sinh trưởng. Những điều kiện như thế dễ dàng xác định khi mức độ hữu dụng của lân chỉ được xác định bằng một số phương pháp phân tích. Hiện nay có nhiều phương pháp hóa học đã được phát triển để ước đoán nhanh hàm lượng lân hòa tan trong nước, lân hữu dụng và lân tổng số trong phân lân.

Các thuật ngữ được dùng để diễn tả hàm lượng lân trong phân là lân hòa tan trong nước, lân hòa tan trong citrate, lân hữu dụng và lân tổng số. Một mẫu phân được trích bằng nước lọc và xác định hàm lượng lân trong dịch lọc, đó là hàm lượng lân tan trong nước. Phần còn lại trên lọc là vật liệu không tan trong nước, được trích với dung dịch 1N ammonium citrate. Lọc và xác định lân trong dung dịch lọc, đó là hàm lượng lân tan trong citrate. Tổng hàm lượng lân tan trong nước và tan trong citrate được gọi là hàm lượng lân hữu dụng đối với cây trồng. Lượng lân còn lại sau khi trích bằng nước và citrate là phần lân không tan trong citrate. Tổng lân hữu dụng và lân không tan trong citrate là lân tổng số trong phân.

42

3 Các nguồn phân lân Nguồn lân chính dùng để sản xuất phân lân đầu tiên là xương động vật, nhưng việc cung cấp

xương nhanh chóng bị cạn kiệt. Ngày nay, đá phosphate (RP) là nguyên liệu thô quan trọng nhất dùng để sản xuất 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. Những khoáng này gọi chung là apatites, RP phổ biến nhất được khai thác từ hầm mỏ là Fluorapatite, RP được khai thác hiện nay chứa rất nhiều tạp chất, các tạp chất phổ biến là CO3, Na, và Mg. Các quặng phosphate quan trọng nhất trên thế giới hiện nay chứa các apatite trầm tích. Carbonate Fluoapatite (francolite) là khoáng apatite nguyên sinh, là thành phần chính của các đá phosphate. Các quặng apatite quan trọng được tìm thấy ở Mỹ, Moroco, Nga, Nam Phi và Trung Quốc. Riêng Mỹ sản xuất khoảng 40% tổng RP của thế giới, mặc dù Moroco chiếm 50% trữ lượng RP của thế giới. 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. Các loại phân lân phổ biến hiện nay thường được sản xuất bằng phương pháp xử lý apatite với acid hay nhiệt để phá vỡ các nối của apatite và làm tăng hàm lượng lân trong nước. Các loại phân lân thương mại phổ biến được trình bày trong bảng 5.10

3.1 Đá phosphate (apatite nghiền)Sau một số bước chế biến và tinh khiết hóa, RP còn chứa khoảng 11,5 đến 17,5 % lân tổng

số (27 – 41% P2O5). Tất cả P này không hòa tan trong nước, nhưng có thể hòa tan trong citrate, mức độ hòa tan biến động từ 5 – 17 % so với lân tổng số. RP có thể sử dụng làm phân bón trong một số điều kiện nhất định; tuy nhiên, trong hầu hết các trường hợp, sử dụng phân lân được chế biến sẽ có hiệu quả hơn. Sự hòa tan của RP trong đất chủ yếu phụ thuộc vào đặc điểm phản ứng của RP và các đặc điểm của đất, pH đất, Ca2+, Al3+, và chất hữu cơ có thể ảnh hưởng đến sự hòa tan của RP.

Các loại RP có mức độ hòa tan trong 2 % formic acid, 2 % citric acid và ammonium citrate trung tính lần lượt là 65, 40, và 18 % được xem là có tính phản ứng cao và có hiệu quả tương tự như lân hòa tan trong nước trong những điều kiện thích hợp. Do đó có thể dùng 2 % formic acid để xác định mức độ hòa tan của phân RP.

Giá trị hiệu quả của RP đối với cây trồng rất hạn chế trừ khi RP được nghiền thật mịn. Khi bón cần phải trộn thật đều vào đất và phải bón với lượng cao gấp 3 - 5 lần lượng phân lân hòa tan trong nước.

Đá apatite nghiền mịn chỉ có hiệu quả trên các loại đất chua, với pH < 6. Trên các loại đất chua, có hàm lượng lân thấp, bón RP có thể có lợi, nhưng nếu bón phân lân chế biến thường có hiệu quả kinh tế hơn. Nói một cách tổng quát, RP có thể làm tăng sự sinh trưởng cây trồng cao hơn super phosphate đơn. Với điều kiện RP được cung cấp với khối lượng lân cao gấp 2 - 3 lần. RP được xem là có hiệu quả lâu dài, có ảnh hưởng của dư lượng so với super phosphate. Các yếu tố môi trường như khí hậu nóng, đất ẩm, và thời gian sinh trưởng dài sẽ làm tăng hiệu quả của RP. RP thường được bón cho các đồn điền như cao su, cọ dầu, và ca cao trồng trên các loại đất chua (pH < 5) ở Đông Nam Á. RP nghiền đôi khi được dùng để bón nhằm làm tăng lân tổng số trong đất đối với đất có hàm lượng lân thấp, đất bỏ hoang và đất mới khai phá. Với những mục đích này, người ta khuyến cáo nên bón lân ngay từ đầu từ 2 - 6 tấn/ha, chu kỳ bón có thể 5 - 10 năm /lần. Bón RP là chìa khóa kỹ thuật để phục hồi sức sản xuất của các vùng đất nhiệt đới ở Đông Nam Á.

Các yếu tố giới hạn trong việc sử dụng RP: giới hạn trong một số giá trị nông học, không phù hợp khi bón bằng tay do vật liệu bẩn, mịn và hàm lượng lân tương đối thấp so với super phosphate kép (TSP). Trong những tình huống mà phản ứng của RP không đủ nhanh theo nhu cầu của cây trồng và những nơi mà khả năng cố định lân của đất nhanh làm cho phân lân hòa tan không hữu dụng đối với cây trồng, sử dụng RP acide hóa một phần có thể làm tăng hàm lượng lân hòa tan trong nước và cải thiện được hiệu quả của RP đối với cây ngắn ngày. RP được acide hóa một phần được sản xuất bằng cách xử lý RP với 10 – 20 % lượng H3PO4, loại acide được dùng để sản xuất TSP hay cho RP phản ứng với 40 – 50 % lượng H2SO4 được dùng trong sản xuất MSP.

43

Bảng 5.10 Các loại phân lân phổ biếnTên phân / công thức Tên viết

tắt thường dùng

Nồng độ lân (%) Dạng lân % lân hữu dụng so với lân tổng số

N P2O5 K2O S

Đá phosphate; [Ca3(PO4)2]3CaF2. CaCO3(Ca(OH)2)3

RP 25 – 40 Orthophosphate 14 - 65

Super phosphate đơn Ca(H3PO4)2

SSP 16 – 22 11 – 22 Orthophosphate 97 -100

Phosphoric acid H3PO4 48 - 53 Orthophosphate 100 Super phosphate kép Ca(H2PO4)2

TSP . CSP 44 - 53 1 – 1,5 Orthophosphate 97 – 100

Ammonium phosphate Monoammonium phosphate NH4H2PO4

MAP 11 -13 48 – 62 0 – 2 Orthophosphate 100

Diammonium phosphate (NH4)2H2PO4

DAP 18 -21 46 – 53 0 - 2 Orthophosphate 100

Ammonium polyphosohate (NH4)3HP2O7 + NH4H2PO4

APP 10 -15 35 – 62 Trộn lẫn poly và orthophosphate

100

Urea- ammonium phosphate NH4H2PO4.(NH4)3HP2O7

UAP, UAPP

21 -34 16 – 42 Trộn lẫn poly và orthophosphate

100

Nitric phosphate CaHPO4.NH4H2PO4

NP 14 -29 14 – 28 0 – 20 Orthophosphate 80 – 100

Super phosphate đơn được ammonium hóa NH4H2PO4.CaHPO4

2 – 5 14 – 21 9 – 11 Orthophosphate 97 – 100

Super phosphate kép được ammonium hóa CaHPO4.NH4H2PO4

4 – 6 44 – 53 0 - 1 Orthophosphate 96 - 100

Potassium phosphateMonopotassium phosphate KH2PO4

51 35 Orthophosphate 100

Dipotassium phosphate K2HPO4

41 54 Orthophosphate 100

Potassium polyphosphate K3HP2O7. KH2PO4 + chất khác

51 40 Poly và Orthophosphate

100

Phosphoric acide (H3PO4) được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp phân bón, được sản xuất bằng cách xử lý RP với H2SO4 và sản phẩm này được gọi là acide xanh hay acide chế biến ẩm. Một H2SO4 nồng độ đậm đặc được sử dụng để sản xuất MSP. Cả 2 phản ứng trong sản xuất gypsum (CaSO4.2H2O) có thể dùng cho mục đích khác. Nhưng gypsum cũng có thể dùng để bón cho các vùng đất mặn và một nguồn cung cấp S cho đất. Phosphoric acide cũng có thể được sản xuất bằng cách nung RP trong lò nung điện để sản xuất lân nguyên tố, sau đó cho lân nguyên tố phản ứng với O2 để tạo ra P2O5 và P2O5 kết hợp nước để hình thành H3PO4. Acide phosphoric sản xuất bằng phương pháp nung gọi là acide trắng hay acide lò nung và được dùng trong công nghiệp hóa chất nhưng không dùng trong công nghiệp phân bón. Acide trắng có độ tinh khiết hơn acide xanh; tuy nhiên vì năng lượng cần để sản xuất acide trắng cao hơn rất nhiều để sản xuất acide xanh vì vậy việc dùng acide trắng để chế biến phân bón rất hạn chế. Acide xanh dùng trong nông nghiệp chứa 17 – 24 % lân (39 – 55 % P2O5), được dùng để acide hóa RP thành TSP và được trung hòa với NH3

để sản xuất ammonium phosphate và các loại phân bón dạng lỏng khác. Người ta cũng có thể bón phân dạng lỏng này bằng cách tiêm vào đất hay hòa trong nước tưới, đặc biệt trên vùng đất kiềm hay đất đá vôi, nhưng phương pháp này yêu cầu phải có những dụng cụ đặc biệt. Nên hầu hết acide xanh dùng để sản xuất ra các loại phân lân dạng rắn khác.

Calcium orthophosphate phân Ca orthophosphate- superphosphate đơn chứa 7 – 9,5 % P (16 – 22,0 % P2O5), super phosphate kép (TSP) chứa 17 – 23 %P (44 – 52 % P2O5) và super phosphate

44

được làm giàu lân, chứa 11 -13 % P (25 – 30 % P2O5) là các nguồn phân lân quan trọng trong nông nghiệp.

Các super phosphate là các loại phân bón trung tính, chúng không làm ảnh hưởng đáng kể đến pH của đất nếu không có dư lượng acid cao. Các loại phân super phosphate ammonium hóa có phản ứng hơi chua, mức độ chua phụ thuộc vào mức độ ammonium hóa. Super phosphate đơn (SSP) được sản xuất bằng phản ứng của H2SO4 với RP

[Ca3(PO4)2]3CaF2 + 7 H2SO4 3Ca(H2PO4)2 + 7 CaSO4 + 2HFSSP chứa 7 – 9,5 % P (16 – 22 % P2O5), trong đó có 90 % tan trong nước và tất cả đều hữu dụng với cây trồng. Ngoài ra, SSP còn khoảng 12 % S cũng là nguồn dinh dưỡng tốt đối với cây trồng.

Thành phần lân của super phosphate phản ứng với đất tương tự như phản ứng của orthophosphate tan trong nước. Đây là nguồn lân chính, nhưng có một hạn chế trong việc sử dụng loại phân này là tính phân ly chậm. Do đó, đây là loại phân không được sử dụng nhiều ở các nước phát triển, nhưng do chi phí thấp trong sản xuất và tận dụng được sản phẩm trung gian H2SO4 của các công nghiệp khác, còn một thực tế là nhu cầu S và các nguyên tố vi lượng khác của cây trồng tăng lên trên phần lớn các vùng đất trên thế giới, nên việc sử dụng SSP có thể tăng lên trong tương lai.

Super phosphate kép hay đậm đặc (TSP hay CSP) chứa 17 – 23 % P (44 – 52 % P 2O5) được sản xuất bằng cách xử lý RP với H3PO4.

[Ca3(PO4)2]3CaF2 + 7 H3PO4 + 9H2O 9Ca(H2PO4)2 + 7 CaF2

TSP được sản xuất nhằm tăng hàm lượng lân trong phân bón lên cao hơn trong SSP, nhưng trong TSP chứa rất ít S (0 -1 %).

TSP là nguồn phân lân chủ yếu ở các nước công nghiệp phát triển cho đến đầu những năm 1960, khi các loại phân phosphate ammonium hóa trở thành phổ biến, do chứa hàm lượng lân cao nên có hiệu quả kinh tế trong việc vận chuyển, tồn trữ, công bón. TSP được chế tạo thành dạng hạt, và được sử dụng bằng cách pha trộn với các nguyên liệu khác hoặc bón trực tiếp. SSP và TSP có thể được ammonium hóa để sản xuất mono amomnium phosphate hay MAP (NH4H2PO4). Hàm lượng lân tổng số trong sản phẩm bị giảm theo tỉ lệ của lượng NH3 thêm vào. Ammonium hóa super phosphate sẽ tạo ra loại phân rẻ hơn nhưng làm giảm hàm lượng P hòa tan trong sản phẩm.

3.2 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 % P 2O5), nồng độ phổ biến là 18 – 20 – 0 (18 – 46 – 0). Mặc dù sử dụng MAP tăng đáng kể trong những thập niên vừa qua, nhưng DAP vẫn được sử dụng rộng rãi hơn bất kỳ loại phân lân nào khác. Sự gia tăng việc sử dụng ammonium phosphate là do kết quả nghiên cứu cho thấy là cây trồng hấp thu H2PO4

-

tăng khi có sự hiện diện NH4+.

Cả hai loại MAP và DAP đều là các loại phân dạng hạt hòa tan hoàn toàn trong nước. Chúng có ưu điểm là chứa một hàm lượng chất dinh dưỡng cho cây trồng cao. Do đó giảm thiểu được giá thành vận chuyển, tồn trữ, công bón. Hai dạng này cũng được dùng để sản xuất các loại phân bón dạng rắn và dạng huyền phù khác.

Khi bón DAP theo hàng hoặc bón ngay khi gieo hạt có thể gây thương tích cho cây con và hạn chế sự sinh trưởng của rễ, vì NH3 tự do có thể được phóng thích. Điều này thường xảy ra trên đất đá vôi hay đất có pH cao. Cần có một khoảng cách an toàn giữa hạt giống và phân DAP để hạn chế sự hủy hoại rễ cây con. Trong nhiều trường hợp, liều lượng đạm không nên vượt quá 8 – 15 kg/ha khi bón DAP cùng với gieo hạt. Việc làm tổn thương cây con do MAP ít xảy ra hơn, trừ trường hợp các loại cây trồng mẫn cảm với đạm như cải dầu, lanh.

pH ban đầu khi bón DAP vào đất khoảng 8,0 pH này thích hợp cho sự hình thành NH3, trong khi đó pH ban đầu của MAP là 3,5. Ngoại trừ sự khác nhau giữa pH và gây tổn thương cho cây con khi bón cùng lúc với hạt có rất ít sự khác nhau về mặc nông học giữa DAP và MAP. Các nghiên cứu so sánh phản ứng của cây trồng đối với MAP và DAP trên đất có pH cao hay đá vôi cho thấy không có sự khác biệt đáng kể. Phản ứng pH thấp của MAP có thể làm tăng mức độ hữu dụng

45

của các nguyên tố vi lượng trên đất đá vôi, nhưng điều này chưa được kiểm chứng bằng thực nghiệm.

3.3 Ammonium polyphosphateAmmonium polyphosphate (APP) được sản xuất bằng phản ứng giữa pyrophosphoric acid

với NH3. Pyrophosphoric acid (H4P2O7) được sản xuất từ sự khử nước trong tiến trình sản xuất orthophosphoric acid. Polyphosphate là thuật ngữ dùng để diễn tả hợp chất có 2 hay nhiều ion orthophosphate nối với nhau, do 2 ion H2PO4

- bị mất một phân tử nước. APP có dạng lỏng chứa 10 – 15 % N và 15 -16 % P (34 -37 % P2O5), với khoảng 75 % P ở dạng polyphosphate và 25 % P ở dạng orthophosphate. Nồng độ phổ biến của APP là 10 – 15 – 0 (10 – 34 – 0).

Sự tạo dạng hạt trong quá trình sản xuất APP sẽ tạo được sản phẩm dạng rắn có tính phân ly cao 11 – 24 – 0 (11 – 55 – 0). Khi vào một dung dịch urea 99,5%. Sẽ tạo ra một loại phân bón Urea- APP dạng hạt có nồng độ 28 – 28 – 0 (12 % P). Nhưng APP dạng lỏng được sản xuất phổ biến hơn và có thể bón trực tiếp nếu trộn với các loại phân loãng khác. UAN và APP thường được trộn và bón theo hàng vùi sâu dưới tầng đất mặt. APP dạng hạt cũng được bón trực tiếp hay trộn với các chất dinh dưỡng khác để tạo ra phân bón hỗn hợp hay phức hợp.

Một đặc điểm nổi bật khác của APP là phản ứng tạo chelate với các cation kim loại, với phản ứng này sẽ duy trì được nồng độ cao của các nguyên tố vi lượng trong APP so với dung dịch orthophasphate. Ví dụ, APP có thể duy trì 2 % Zn trong dung dịch so với 0,05 % Zn trong dung dịch orthophosphate. Sự tạo chelate của Zn trong dung dịch polyphosphate.

Một loại phân bón dạng hạt tương đối mới là urea- amoniumphosphate(UAP), được sản xuất do phản ứng giữa urea với APP. Nồng độ phân là 28 – 12 – 0 (28 – 28 – 0) chứa 20 – 40 % polyphosphate, và 100 % lân hòa tan trong nước. Tương tự như DAP, sự gây tổn thương cây con sẽ xảy ra khi bón UAP cùng lúc với hạt giống.Ammonium hóa superphosphate đơnCa(H2PO4)2 + NH3 = CaHPO4 + NH4H2PO4Monocalcium phosphate Ammonia dicalcium phosphate monoammonium phosphate

NH4H2PO4 + CaSO4 + NH3 = CaHPO4 + (NH4)2SO4monoammonium phosphate calcium phosphate ammonium sulphate

2CaHPO4 + CaSO4 + NH3 = Ca3(PO4)2 + (NH4)2SO4 Tricalcium phosphate Ammonium sulphate

Ammonium hóa superphosphate képCa(H2PO4)2 + NH3 = CaHPO4 + NH4H2PO4Monocalcium phosphate Ammonia dicalcium phosphate monoammonium phosphate

3CaHPO4 + NH3 = NH4H2PO4 + Ca3(PO)2Dicalcium phosphate monoammonium phosphate tricalcium phosphate

*(ammonium hóa luôn được diễn tả bằng kg NH3/20kgP2O5. Đối với super lân đơn, thường dùng 4 – 6 kgNH3/20kg P2O5 đối với super lân kép dùng 3 – 4 kg NH3/20kg P2O5.

Sản xuất MAP bằng phương pháp ammonium hóa SSP và TSP. Cần kiểm soát cẩn thận các phản ứng không để sự ammonium hóa thừa và sự hình thành tricalcium phosphate không hòa tan trong nước và DCP.NH3 + H3PO4 = NH4H2PO4

2 NH3 + H3PO4 = (NH4)2H2PO4

3NH3 + H4P2O4 = (NH4)3HP2O7

3.4 Nitric phosphatNitric phosphat được sản xuất bởi phản ứng của HNO3 với RP. Sản phẩm của phản ứng,

Ca(NO3)2 rất háo nước nên cần phải được biến đổi thành CaHPO4 hay CaSO4 bằng phản ứng với H3PO4 hay H2SO4. Ca(NO3)2 cũng có thể được tách ra bằng cách lọc và sử dụng như là một loại phân đạm.

[Ca(PO4)2]3CaF2 + 4 H3PO4 + 20 HNO3 10 H3PO4 + 10 Ca(NO3)2 + 2HF 10 H3PO4 + 10 Ca(NO3)2 + 2HF + 21 NH3 9 CaHPO4 + NH4H2PO4 + 20 NH4NO3 + CaF2

Nitric phosphat là loại phân bón có dạng hạt, chứa 14 – 28 % đạm và 6 -10 % P (14-28 % P2O5). Nồng độ phổ biến là 20-9-0 (20-20-0). Nhược điểm chính của loại phân bón này là chỉ có

46

50% lân hòa tan trong nước. Nitric phosphat được sử dụng rộng rãi ở Châu Âu. Kết quả của nhiều thử nghiệm cho thấy đây là nguồn phân lân tốt. Nhưng hiệu quả phân Nitric phosphat có thể bị hạn chế so với các loại phân lân có độ hòa tan trong nước cao khi bón cho cây trồng có nhu cầu lân hòa tan cao. Một cách tổng quát bón Nitric phosphat sẽ cho kết quả tốt trên đất chua với những cây trồng dài ngày như đồng cỏ. Tuy nhiên, cần nhấn mạnh là nếu giữ được mức độ lân hòa tan trong nước của lân cao (60 % hay cao hơn) thì hiệu quả của loại phân này không thua kém các loại phân lân khác như super lân hay ammonium phosphate. Nitric phosphat là nguồn phân bón có tiềm năng quan trọng trên nhiều nước. Ngoài việc tăng mức độ lân hòa tan trong nước, tính kinh tế và khả năng tăng hàm lượng đạm của các loại phân này là 2 yếu tố quyết định tương lai của phân bón Nitric phosphat trong nông nghiệp.

3.5 Potassium phosphatePotassium 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 do có nồng độ các chất dinh dưỡng cao nên Potassium phosphate rất được ưa chuộng. Potassium phosphate còn có đặc tính khác nếu không chứa Cl- cao Potassium phosphate là loại phân bón lý tưởng cho các loại cây mẫn cảm với nồng độ Cl- như khoai tây, cà chua và nhiều loại rau cải khác. Do có chỉ số muối thấp nên loại phân này làm giảm được nguy cơ gây tổn thương cho sự nảy mầm của hạt và cây con khi bón theo hàng hay bón cùng với hạt.

3.6 Phân lân sinh họcĐã có nhiều tài liệu báo cáo về việc sử dụng vi sinh vật để làm tăng sự hữu dụng của phân

lân đối với cây trồng. Từ cuối những năm 1950, vi khuẩn Phosphobacterins đã được bón vào đất để làm tăng sự hấp thu lân và năng suất cây trồng ở Nga và các nước Đông Âu. Trong nhiều thí nghiệm được báo cáo là khi bón phân này năng suất tăng khoảng 10 %. Người ta cho rằng khi bón vi khuẩn vào đất sẽ làm tăng sự phân giải sinh học đối với lân hữu cơ. Tuy nhiên, nhiều nghiên cứu gần đây cho thấy là cơ chế này không giải thích được tại sao mức độ hữu dụng của lân tăng. Những nghiên cứu ở Mỹ cho thấy là không có phản ứng khi bón Phosphobacterins cho nhiều loại cây trồng trên nhiều vùng địa lý khác nhau. Ngoài ra, các vi sinh vật phân giải chất hữu cơ đã được khuyến cáo nên hạn chế sử dụng trên nhiều nước vì ảnh hưởng đến tốc độ làm kiệt quệ chất hữu cơ trên đất nông nghiệp.

Trong những năm, một số loại nấm, đặc biệt là Penicillium bilaji cho thấy làm tăng sự hấp thu lân của rễ cây trồng, đặc biệt trên đất đá vôi, đất có pH cao. Sự hòa tan của khoáng lân trong đất và RP được bón vào sẽ gia tăng. Các sinh vật hòa tan lân có thể là do chúng phóng thích các acid hữu cơ, các acid này có thể hòa tan khoáng lân. Mặc dù tương lai của việc sử dụng sinh vật hòa tan lân không chắc chắn nhưng có thể đây là hướng phát triển cho các nước không sản xuất được hay không thể nhập được phân lân, và những nơi chỉ có nguồn RP nhưng không thể sản xuất được phân lân chế biến. Các nghiên cứu này vẫn đang tiếp tục trên nhiều nước.

4 Sự chuyển hóa của phân lân trong đấtCác đặc tính hóa học của đất và của phân lân sẽ quyết định các phản ứng giữa đất và phân

bón, và sẽ ảnh hưởng đến sự hữu dụng đối với cây trồng của lân trong phân. Nhiều yếu tố trong đất ảnh hưởng đến sự hữu dụng của lân cũng có ảnh hưởng tương tự đối với lân trong phân khi bón vào đất. Phân lân được bón vào đất, đầu tiên sẽ làm tăng nồng độ lân trong dung dịch, nhưng sau đó sẽ giảm dần theo các cơ chế hấp phụ của đất, vi sinh vật, cây trồng.

Các loại phân lân dạng hạt được sử dụng phổ biến có đến 90 – 100 % hòa tan trong nước, vì vậy chúng hòa tan rất nhanh khi bón vào đất ẩm. Khi có đủ nước các hạt phân hòa tan và ban đầu sẽ phát tán trong đất bởi sự mao dẫn hay bay hơi. Một dung dịch phân lân gần hoàn toàn bão hòa được hình thành trong hay xung quanh các hạt phân.Trong khi đó sẽ hình thành một vùng nước quanh hạt phân bón do sự vận chuyển hơi nước, làm cho dung dịch phân bón sẽ di chuyển lan ra xung quanh. Sự di chuyển của nước hướng vào các hạt phân và dung dịch phân bón từ bên trong ra ngoài xảy ra liên tục duy trì một dung dịch bão hòa cho đến

47

khi các hạt phân hòa tan hoàn toàn. Sự di chuyển của lân tính từ vị trí hạt phân thường ít khi vượt quá 3 – 5 cm.

Sự khuếch tán của phân lân tăng khi độ ẩm đất tăng. Ví dụ, nhiều nghiên cứu cho thấy khi hàm lượng nước trong đất là 6,7 %, sự khuếch tán của lân là 18 mm, khi độ ẩm là 9,6 % và 19 % thì sự khuếch tán là 25 mm và 34 mm. Phạm vi của vùng phản ứng kết hợp với sự phân bố đồng đều của các sản phẩm phản ứng là những yếu tố làm gia tăng sự hấp thu lân của rễ cây trồng trong vùng phản ứng. Khi dung dịch lân bão hòa di chuyển vào trong lớp đất đầu tiên, môi trường hóa học chiếm ưu thế bởi các đặc điểm của dung dịch lân hơn là các đặc điểm của đất. Các dung dịch được hình thành từ các loại phân lân hòa tan trong nước có giá trị pH từ 1 – 8 và chứa từ 2,9 – 6,8 mol lân/ lít. Nồng độ của các cation có trong phân biến đổi từ 1,3 – 10,2 mole/lít.

Khi dung dịch lân đậm đặc từ hạt phân di chuyển vào trong đất, các thành phần này của đất sẽ bị thay đổi do dung dịch phân lân này, ở cùng một thời điểm, thành phần của các dung dịch thay đổi do sự tiếp xúc giữa dung dịch và đất. Một số khoáng của đất có thể bị hòa tan bởi dung dịch lân đậm đặc này, tạo nên sự phóng thích một lượng lớn các cation như Fe3+, Al3+, Mn2+, K+, Ca2+, và Mg2+. Các cation trên các vị trí trao đổi trên keo đất cũng có thể bị thay thế bởi dung dịch đậm đặc này. Lân trong dung dịch đậm đặc phản ứng với các cation này để tạo thành những hợp chất riêng, được gọi là những sản phẩm do phản ứng của phân bón và đất tạo ra.

Monocalcium phosphate (MCP, Ca(H2PO4)2) được bón vào đất, nước được khuếch tán vào trong hạt phân làm hòa tan phân. Khi MCP hòa tan, H3PO4 được hình thành tạo nên một dung dịch có pH là 1,5 gần hạt phân. Các khoáng trong đất tiếp xúc với H 3PO4 nên có thể sẽ bị hòa tan, làm tăng nồng độ các cation gần hạt phân. Sau đó, pH dung dịch tăng dần khi H3PO4 bị trung hòa. Trong vòng vài ngày hay một tuần lễ, DCP, và DCPD sẽ kết tủa như là sản phẩm của phản ứng phân bón đầu tiên. Tùy thuộc vào các khoáng lân tại chỗ mà OCP, TCP, HA, hay Fe/AlPO4 cuối cùng có thể được kết tủa trong đất.Bảng 5.10 Lân trong dung dịch đất

Hợp chất Công thức Các thành phần trong dung dịch bão hòaKý hiệu pH Lân

(mol/lit)Cation kèm

theoCation Mol/ lit

Hòa tan trong nước Monocalcium phosphate

Ca(H2PO4)2.H2O TPS 1,5 4,5 Ca 1,3

Monoammonium phosphate

NH4H2PO4 MAP 3,5 2,9 NH4+ 2,9

Triammonium phosphate

(NH4)3HP2O7.H2O TPP 6,0 6,8 NH4+ 10,2

Hòa tan kém trong nước Dicalcium phosphate

CaHPO4

CaHPO4.2H2O DCP 6,5 0,002 Ca 0,001

Hydroxyapatite Ca10(PO4)6(OH)2 HAP 6,5 10 -3 Ca 0,001

Các phản ứng kết tủa này xảy ra nhanh khi nồng độ lân cao hiện diện xung quanh hạt phân. Các phản ứng hấp phụ lân được xem là phản ứng quan trọng nhất trong vùng xảy ra phản ứng giữa đất và phân bón, nơi mà nồng độ lân thấp hơn nhiều so với vùng xung quanh hạt phân. Mặc dù cả hai hiện tượng kết tủa và hấp phụ đều xảy ra ở điểm có phân bón, nhưng phản ứng kết tủa luôn luôn chiếm hầu hết lượng lân hiện diện xung quanh đó. Có đến 20 – 30 % lân được bón vào đất sẽ bị giữ lại dưới dạng sản phẩm phản ứng này tại vị trí hạt phân.

Mặc dù các sản phẩm phản ứng ban đầu không ổn định và luôn biến đổi theo thời gian thành dạng ổn định hơn, nhưng các hợp chất này càng ngày càng kém hòa tan trong nước hơn, do đó ảnh hưởng đáng kể đến dinh dưỡng lân cho cây trồng. Một số sản phẩm phản ứng ban đầu sẽ làm cho nồng độ lân trong dung dịch cao gấp 1.000 lần so với dung dịch đất không có bón phân lân. Tốc độ

48

thay đổi của các sản phẩm phản ứng ban đầu chịu ảnh hưởng bởi các đặc điểm của đất và các yếu tố môi trường. Ví dụ, sau khi hình thành DCP đầu tiên, sự hình hành OCP có thể xảy ra từ 3 – 5 tháng. Sau đó sự hình thành TCP hay HA có thể xảy ra sau một năm hay lâu hơn. Giá trị tồn dư của lân trong phân bón phụ thuộc vào tính chất và mức độ phản ứng trong một thời gian dài.

Trên các đất chua, các sản phẩm phản ứng được hình thành từ MCP bao gồm DCP và cuối cùng là AlPO4 và FePO4 kết tủa. Nếu đất rất chua cộng với Ca2+ thấp, AlPO4 có thể được kết tủa trước tiên. Tương tự, trên đất đá vôi, DCP là sản phẩm phản ứng đầu tiên chiếm ưu thế. Khi đất có hàm lượng calcium carbonate cao thì OCP có thể được hình thành.

Sự tạp lẫn của các loại phân bón khác như (NH4)2SO4, NH4NO3, NH4Cl, KNO3, K2SO4 và KCl với MCP sẽ làm giảm đáng kể lượng phân lân bị kết tủa trong các vùng phụ cận điểm bón phân. Bởi vì MAP có pH là 3,5 so với DAP có pH là 8,5 nên lân có thể hòa tan nhiều hơn gần với hạt phân. pH chua của MAP có thể tạm thời làm giảm tốc độ kết tủa của sản phẩm phản ứng của lân trên đất đá vôi. Mặc dù có sự khác nhau về pH của các loại phân lân tạo nên sự khác nhau về tính chất hóa học của các sản phẩm phản ứng, nhưng toàn bộ ảnh hưởng chỉ là tạm thời vì thể tích đất chịu ảnh hưởng của hạt phân là rất nhỏ so với toàn bộ khối đất canh tác. Sự khác nhau về mức độ hữu dụng của các loại phân lân khác nhau đối với cây trồng rất nhỏ so với sự khác nhau của các yếu tố quản lý phân lân khác như liều lượng bón, cách bón.

Ammonium phosphate ở dạng lỏng (10 – 15 – 0) bón cho đất sẽ có phản ứng tương tự như các loại phân lân dạng hạt. Ở pH 6,2 cả hai, hiện tượng hấp phụ và kết tủa của polyphosphate và orthophosphat hiện diện đầu tiên, sự hình thành bởi sự thủy phân của poluphosphate cũng xảy ra trong đất tương tự như với orthophosphate.

Sự thủy phân hay phản ứng của nước với polyphosphate từng bước hình thành orthophosphate và các polyphosphate ngắn hơn khác. Các polyphosphate ngắn này sau đó bị thủy phân tiếp tục. Các phản ứng của polyphosphate trong đất và tính chất của các sản phẩm hình thành phụ thuộc vào tốc độ chuyển hóa ngược trở lại thành các orthophosphate. Tốc độ thủy hóa chậm cho phép phosphate có thể tích lũy tạo nên một nồng độ đậm đặc để hình thành các phức chất hòa tan với các cation trong đất và do đó tránh được hay giảm thiểu các phản ứng cố định lân.

Sự biến chuyển của polyphosphate thành H3PO4 xảy ra bằng hai con đường chính, hóa học và sinh học. Quá trình thủy phân hóa học hay phosphate bị ngưng tụ xảy ra rất chậm trong dung dịch trung tính, trong điều kiện vô trùng ở nhiệt độ phòng. Các khoáng sét và các hydrous oxide, đặc biệt là Fe oxide, được xem là tác nhân phụ trong sự thủy phân hóa học của polyphosphate. Trong đất, nếu hai cơ chế đều xảy ra, sự thủy phân luôn luôn xảy ra với tốc độ nhanh hơn.

Có một yếu tố khống chế tốc độ thủy phân các khoáng lân trong đất, sự hoạt động của các enzyme do rễ cây tiết ra và các vi sinh vật có thể là tác nhân quan trọng nhất trong quá trình này. Các enzyme phosphatase và các sinh vật vùng rễ chi phối sự thủy phân sinh học của pyro – và polyphosphate.

Nhiệt độ, ẩm độ, chất hữu cơ trong đất, pH và các điều kiện khác làm gia tăng sự phát triển của rễ và vi sinh vật sẽ làm tăng cường hoạt động của phosphatase và sự thủy phân của polyphosphate. Nhiệt độ có thể là yếu tố môi trường quan trọng nhất ảnh hưởng đến tốc độ thủy phân của polyphosphate. Mức độ thủy phân của pyro và polyphosphate tăng đáng kể khi tăng nhiệt độ từ 3,5 – 5,0oC.

Sự cố định của pyrophosphate bởi các thành phần của đất sẽ làm giảm thấp đáng kể khả năng hoạt động sự chuyển đổi của phosphate. Có một số dẫn chứng cho thấy là pyrophosphate bị hấp thụ trên sét và đất mạnh hơn là H2PO4

-.Sự khuếch tán của lân từ nơi bón phân đến nơi khác bằng hai phản ứng: (1) sự thủy phân của

pyro và polyphosphate thành orthophosphate và (2) sự kết tủa của các anion phosphate. Sự thủy phân của các polyphosphate hòa tan trong nước diễn ra rất nhanh, và sự khuếch tán của pyro và polyphosphate cũng xảy ra nhanh hơn là H2PO4

-. Những phản ứng kết tủa của pyrophosphate cũng xảy ra nhanh chóng và định vị trong vùng bón phân.

Hiệu quả của polyphosphate đối với cây trồng tương đương với H2PO4-, cây trồng có thể hấp

thu và sử dụng trực tiếp polyphosphate.

49

Bởi vì polyphosphate có khả năng hình thành các phức chất với các ion kim loại, nên người ta cho rằng polyphosphate có thể có hiệu quả hơn trong việc làm cho kẽm (Zn) trong đất có thể di động hơn. Kẽm là nguyên tố thường hay bị thiếu khi pH đất cao, hay những nơi bón phân lân với hàm lượng cao. Sau khi bón một lượng polyphosphate cao hàm lượng kẽm trong đất tăng 1 ít. Điều này có thể do kẽm được tạo chelate với polyphosphate hay các chất hữu cơ trong đất. Bất cứ sự tạo phức nào của kẽm với polyphosphate cũng chỉ là tạm thời vì sự thủy phân polyphosphate luôn xảy ra và rất nhanh.

4.1 Sự tương tác của đạm với lânVì đạm chiếm ít nhất 1/2 tổng số ion cây hấp thu, nên có thể nói là sự hấp thu lân chịu ảnh

hưởng rất lớn bởi sự hiện diện của đạm trong phân bón. Đạm làm tăng sự hấp thụ lân của cây do: tăng sự phát triển của thân lá rễ, thay đổi sự trao đổi chất trong cây trồng, và tăng khả năng hữu dụng của lân. Khối lượng rễ tăng sẽ làm tăng khả năng hấp thu lân của cây. Phân lân ammonium có ảnh hưởng lớn đến sự hấp thu lân hơn là phân NO3

-.

4.2 Ảnh hưởng bởi cỡ hạt phân bónHiệu quả tương đối của phân lân chịu ảnh hưởng của kích thước hạt phân và khả năng hòa

tan trong nước của phân lân. Phản ứng của cây trồng đối với phân lân được cải thiện với phosphate ít tan hay không tan trong nước trên cả hai loại đất chua và kiềm khi chúng được bón bằng dạng bột hay dạng hạt thật mịn và trộn đều với đất trong vùng rễ.

Bởi vì, phân lân hòa tan trong nước nhanh chóng bị biến đổi thành những phản ứng lân ít hòa tan trong nước hơn, nên nếu làm giảm sự tiếp xúc giữa đất và phân bón sẽ cải thiện được hiệu quả của phân lân. Tăng cỡ hạt hay bón phân theo hàng sẽ làm giảm sự tiếp xúc giữa đất và lân và duy trì được nồng độ lân trong dung dịch trong một thời gian dài so với phương pháp bón rãi nếu phân lân có cỡ hạt mịn. Phần lớn phân lân bán trên thị trường có chứa 90% hay hơn lượng lân tan trong nước, và cỡ hạt của MAP và DAP là 0,84 – 3,0 mm. Vì vậy, so sánh với phân bón vãi, bón lân theo hàng sẽ tăng mức độ hữu dụng của lân đối với cây trồng, đặc biệt trên những loại đất nghèo lân. Với phân lân dạng lỏng (APP), cỡ giọt phun thay đổi tùy theo kiểu dụng cụ bón, nhưng thông thường bón phân lân dạng lỏng theo hàng sẽ tăng mức độ hữu dụng của lân so với phun đều trên mặt đất.

4.3 Ẩm độ đấtẨm độ đất có ảnh hưởng đến hiệu quả và sự hữu dụng của các dạng phân lân khác nhau. Khi

đất có độ ẩm đồng ruộng, khoảng 50 – 80 % lân hòa tan trong nước có thể di chuyển khỏi hạt phân trong vòng 24 giờ. Ngay khi ẩm độ đất chỉ 2 – 4 % thì cũng có đến 20 – 50 % lân hòa tan trong nước ra khỏi hạt phân trong vòng 1 ngày.

4.4 Liều lượng phân bónBón một lượng thấp phân lân hòa tan trong nước có thể tốt hơn là bón một lượng cao.

Nhưng nếu không thể áp dụng liều lượng bón tối hảo, nên bón ít lượng phân lân hòa tan trong nước. Mặc dù tất cả phân lân cuối cùng đều hình thành các hợp chất lân ít hòa tan hơn, nhưng nồng độ lân trong dung dịch sẽ tăng khi bón phân lân. Theo thời gian nồng độ giảm khi các hợp chất lân bị kết tủa thành các dạng ít hòa tan. Trong thời gian kéo dài, sự gia tăng nồng độ lân trong dung dịch phụ thuộc vào lượng lân được bón, phương pháp bón, lượng lân bị cây trồng lấy đi, và các đặc điểm ảnh hưởng đến sự hữu dụng của lân trong đất.

4.5 Lân tồn dưKhi bón một lượng phân lân vào đất cao hơn lượng phân lân lấy đi do cây trồng hấp thu, thì

lượng lân tồn dư dần dần được tăng lên, kèm theo sự tăng lên nồng độ lân trong dung dịch. Trên cả hai loại đất chua và kiềm, lợi ít của lân tồn dư kéo dài 5 – 10 năm hay hơn nữa. Thời gian kéo dài ảnh hưởng của lân tồn dư chịu ảnh hưởng bởi lượng lân bón thừa. Theo sau là sự giảm nhanh lân hữu dụng trong năm đầu sau đó giảm 2 -7 ppm /năm tùy thuộc vào lượng lân bón vào. Ở cuối thí

50

nghiệm, kết quả phân tích cho thấy là lân trong đất cao gấp 2,4 – 8 lần ở các công thức bón phân so với công thức không bón phân lân. Phân lân luôn được khuyến cáo là nên bón khi kết quả phân tích theo phương pháp Olsen có nồng độ < 15ppm, và có sự gia tăng hiệu quả kinh tế khi kết quả phân tích đất < 10 ppm.

Có một số vấn đề đặt ra là có cần thiết bón phân lân không, khi mức độ lân tồn dư cao. Trong trường hợp này nên bón lót phân lân với liều lượng thấp, hay bón cùng lúc gieo hạt là có lợi trên những loại đất có hàm luợng lân cao và khi cây trồng bị tác động bởi các yếu tố môi trường như lạnh, ẩm ướt và bệnh. Mặc dù lân tồn dư có ảnh hưởng đáng kể đến năng suất cây trồng, nhưng bón thêm phân lân theo hàng có thể làm tăng tối đa năng suất cây trồng.

5 Nội dung chú ý về phân lânẢnh hưởng của phân lân chậm và kéo dài trong nhiều năm, vụ đầu bón lân thường không có

ảnh hưởng nổi bật.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.Những vùng đất giàu lân thường có độ phì tự nhiên cao, 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.

51

BÀI 3: KALI VÀ PHÂN KALI

Kali hay potassium (K) được cây trồng hấp thu với một lượng lớn hơn bất kỳ lượng chất dinh dưỡng nào khác, chỉ sau đạm. Mặc dù hàm lượng kali tổng số trong đất luôn lớn hơn rất nhiều so với hàm lượng kali được hấp thụ bởi cây trồng trong thời gian sinh trưởng và phát triển, nhưng trong phần lớn các trường hợp chỉ có một phần nhỏ kali trong đất là hữu dụng cho cây trồng. Các mối quan hệ giữa kali và các khoáng khác trong đất thường có ý nghĩa rất quan trọng trong dinh dưỡng kali của cây trồng.

I 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 %. Hàm lượng kali tổng số có thể biến động từ vài trăm kg/ha trên các loại đất có sa cấu thô hình thành trên sa mạc hay quartzite, cho đến 25.000 kg/ha hay cao hơn trên các loại đất có sa cấu mịn được hình thành trên các loại đá có chứa khoáng kali.

Trong các loại đất nhiệt đới, hàm lượng kali tổng số có thể khá thấp do nguồn gốc phát sinh của đất, mưa nhiều và nhiệt độ liên tục cao. Không như đạm và lân cây trồng thường bị thiếu ngay thời gian mới khai phá đất canh tác trên hầu hết các loại đất nhiệt đới do rửa trôi, hay cố định, các vùng đất khác nhu cầu kali của cây chỉ phát sinh sau vài năm trồng trọt trên đất nguyên thủy. Từ 70 – 90% kali tổng số chứa trong thực vật rừng, nhưng chỉ có một số loại rất ít cây trồng hấp thu được kali trong các dư thừa thực vật của cây rừng.

Ngoài việc kali được bổ sung bằng phân bón, phần lớn kali trong đất có nguồn gốc từ sự phong hóa của các khoáng có chứa kali, quá trình phong hóa các khoáng này tương đối chậm. 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). Mức độ phong hóa các chất này tùy thuộc vào các tính chất của khoáng và điều kiện môi trường. Mức độ hữu dụng của kali trong các khoáng này tùy thuộc vào các tính chất khoáng và điều kiện môi trường. Mức độ hữu dụng của kali trong các khoáng này đối với cây trồng, mặc dù có sự khác nhau không nhiều, theo thứ tự: biotite> muccovite> potassium feldsrars. Kali cũng được tìm thấy trong các khoáng thứ sinh hay các khoáng sét trong đất: illinite hay mica ngậm nước, vermiculites, các khoáng có cấu trúc tầng.2 Các dạng kali trong đất

Kali trong đất hiện diện ở 4 dạng, mỗi dạng có mức độ hữu dụng khác nhau đối với cây trồng, hàm lượng mỗi dạng được ước tính như sau: khoáng, 5.000 – 25.000 ppm; không trao đổi (cố định hay khó hữu dụng) 50 – 750 ppm; trao đổi, 40 – 600 ppm; và trong dung dịch: 1 – 10 ppm. Tầm quan trọng tương đối của 4 dạng này tùy thuộc chủ yếu vào thành phần khoáng học đất.

Chu kỳ hay sự chuyển biến các dạng kali trong đất là một quá trình động và trong đất ít khi đạt được sự cân bằng giữa các dạng này. Kali trong dung dịch và kali trao đổi có thể được cân bằng nhanh chóng trong khi đó sự cân bằng giữa kali cố định hay kali khó hữu dụng với dạng kali trao đổi hay dạng hòa tan trong dung dịch xảy ra rất chậm. Sự vận chuyển kali từ khoáng hay từ các thành phần cấu trúc của khoáng đến bất kỳ một trong 3 dạng khác xảy ra cực kỳ chậm trong hầu hết các loại đất, và kali này được xem là không hữu dụng với cây trồng trong một thời gian nhất định.

Kali trong cấu trúc feldspars và mica rất bền với sự phong hóa. Kali không trao đổi hay kali bị cố định hiện diện chủ yếu trong các khoáng sét illite, vermiculite và chlorite. Các loại sét có kích thước càng nhỏ thì việc giải phóng kali ra dung dịch càng dễ dàng.

Do kali trong dung dịch bị mất liên tục do cây trồng hấp thu và do rửa trôi, nên hầu như không bao giờ xảy ra sự cân bằng tĩnh giữa kali trong dung dịch và kali ở các dạng khác. Có sự vận chuyển kali chậm nhưng xảy ra liên tục trong các khoáng nguyên sinh hình thành nên các dạng kali hữu dụng và kali chậm trao đổi. Trong một số điều kiện nhất định của đất, bao gồm bón một lượng phân kali lớn, một số kali được dự trữ thành dạng hữu dụng chậm. Dạng không hữu dụng chiếm đến 90 – 98 % kali tổng số trong đất, dạng hữu dụng chậm 1- 10 % và dạng dễ hữu dụng từ 0,2 – 1 %.

52

2.1 Kali trong dung dịch đấtCây trồng hấp thụ ion K+ từ trong dung dịch đất. Nồng độ kali trong dung dịch thường biến

đổi rất lớn, tùy thuộc vào loại cây trồng và tốc độ tăng trưởng. Mức độ kali tối hảo trong dung dịch đất vào khoảng 10 – 60 ppm, tùy thuộc vào tính chất cây trồng cấu trúc độ phì nhiêu và ẩm độ đất.

Hàm lượng kali trong dung dịch các loại đất ở vùng khí hậu ẩm thường biến thiên từ 1 - 80 ppm, trung bình là 4 ppm. Nồng độ kali trong dung dịch đất trích bão hòa thường biến động từ 3 – 156 ppm, và nồng độ cao hơn thường tìm thấy ở các loại đất mặn và khô hạn. Trong điều kiện đồng ruộng, nồng độ kali trong dung dịch đất biến động đáng kể do các tiến trình pha loãng và tích tụ xảy ra bởi mưa và bốc hơi nước.

Hiệu quả của kali trong dung dịch đất đối với sự hấp thụ của cây trồng chịu ảnh hưởng bởi sự hiện diện của các cation khác, đặc biệt là Ca2+ và Mg2+. Hiệu quả này cũng có thể liên quan đến Al3+ trong các loại đất chua và Na+ trong các loại đất ảnh hưởng bởi mặn. Có thể dùng tỉ lệ hoạt độ (ARe

K) trong một dung dịch ở trạng thái cân bằng để làm cơ sở tính toán sự hữu dụng của kali. Tỉ lệ này là một đại lượng đo lường “cường độ” của kali di động trong đất và thể hiện kali hữu dụng tức thời đối với rễ cây trồng.Hoạt độ của kali (aK)Hoạt độ của Ca2+ và Mg2+ (aCa +Mg)Đại lượng ARe

K sẽ thể hiện sự hữu dụng tức thời của K. Nhưng các loại đất có AReK tương tự có thể

có những khả năng khác nhau trong việc duy trì AReK, trong lúc K+ bị kiệt quệ do sự hấp thu của

cây trồng hay do rửa trôi. Vì thế mô tả tình trạng kali trong đất cần hiểu rõ tiềm năng kali hiện hữu trong dạng hữu dụng mà còn phải hiểu được cường độ phụ thuộc vào hàm lượng kali di động hiện có. Các mối quan hệ của hàm lượng và cường độ (Q/I) sẽ được thảo luận trong phần kali trao đổi, có vai trò chính trong việc bổ sung kali cho dung dịch đất.

2.2 Sự hấp thu kali bởi cây trồngKali được cây hấp thu chủ yếu là do kali di chuyển đến rễ bằng cơ chế khuếch tán và dòng

chảy khối lượng. Hàm lượng kali được vận chuyển do khuếch tán có quan hệ trực tiếp với nồng độ kali trong dung dịch đất.

Hàm lượng kali cung cấp do dòng chảy khối lượng phụ thuộc vào lượng nước được sử dụng bởi cây trồng và nồng độ kali trong dung dịch. Sự đóng góp tương đối của dòng chảy khối lượng đối với sự hấp thu kali bởi cây trồng có thể được tính toán bằng ví dụ: nồng độ kali trung bình trong cây là 2,5 % và tỉ lệ thoát hơi nước là 4,0 g H2O/g cây trồng. Trên cơ sở này, nước di chuyển đến rễ cần phải chứa hơn 60 ppm K. Bởi vì phần lớn các loại đất, đặc biệt là các vùng có khí hậu ẩm chỉ chứa 1/10 lượng này cho nên dòng chảy khối lượng chỉ góp 10 % nhu cầu kali của cây trồng. Tuy nhiên dòng chảy khối lượng có thể cung cấp kali nhiều hơn đáng kể cho cây trồng sinh trưởng trên các vùng đất có hàm lượng kali hòa tan cao hay những nơi có bón phân làm tăng nồng độ kali trong dung dịch đất.

Sự khuếch tán của kali xảy ra do sự chênh lệch về nồng độ, dẫn đến việc vận chuyển kali từ vùng có nồng độ cao đến vùng có nồng độ thấp. Đây là một tiến trình diễn ra tương đối chậm so với dòng chảy khối lượng. Sự khuếch tán kali xảy ra trong các màng nước xung quanh các hạt đất và chịu ảnh hưởng bởi các tính chất của đất và điều kiện môi trường như nhiệt độ, ẩm độ, độ rỗng, các điều kiện này ảnh hưởng đến tốc độ khuếch tán của ion kali.

Sự khuếch tán của ion kali đến rễ chỉ giới hạn trong một phạm vi rất ngắn trong đất, thường từ 1 – 4 mm xung quanh bề mặt rễ trong giai đoạn sinh trưởng của cây. Cơ chế khuếch tán trong nhiều loại đất chiếm từ 88 – 96 % tổng lượng kali hấp thu của rễ. Có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến sự khuếch tán của kali, và vì thế ảnh hưởng đến sự hữu dụng của kali đối với cây trồng, các yếu tố đó bao gồm sự chênh lệch nồng độ kali, tốc độ khuếch tán và điện tích bề mặt của rễ.

2.3 Sự tiêu thụ xa xỉ kali của cây trồngSự tiêu thụ xa xỉ có nghĩa là cây trồng tiếp tục hấp thụ một chất dinh dưỡng nào đó với số

lượng vượt quá nhu cầu cho sự sinh trưởng tối hảo. Điều này dẫn đến sự tích lũy chất dinh dưỡng đó trong cây không tương ứng với sự gia tăng sinh trưởng và điều này được gọi là sự sử dụng chất

53

dinh dưỡng đó không hiệu quả và không kinh tế. Tuy nhiên, cũng như các chất dinh dưỡng khác, với một yêu cầu năng suất cây trồng cao hơn, thì yêu cầu nồng độ kali phải lớn hơn. Ví dụ, với nồng độ kali trong cỏ alfalfa là 1,0 – 1,2 % ngày trước được cho là đủ cho sự sinh trưởng và phát triển của cây nhưng ngày nay mức độ kali là 2 – 3 % được xem là cần thiết để duy trì năng suất cao và tăng cường sự tồn tại của có alfalfa trong điều kiện khủng hoảng dinh dưỡng và các yếu tố khác ảnh hưởng đến tốc độ sinh trưởng.

2.4 Kali trao đổiCũng như các cation khác kali (K+) được giữ chung quanh các keo đất mang điện tích âm (-)

do lực hấp dẫn tĩnh điện. Các cation được giữ trên các keo này tương đối dễ trao đổi khi tiếp xúc với dung dịch muối trung tính. Trong nhiều phòng thí nghiệm dung dịch muối trung tính ammonium acetate trung tính (NH4OAc) là dịch trích chuẩn để trích kali trao đổi. Thường thì có khoảng 1% kali tổng số ở dạng này.

Sự phân bố kali giữa các vị trí mang điện (-) trên các keo đất và dung dịch đất phụ thuộc vào loại và lượng của các cation bổ sung nồng độ anion và các tính chất của các chất trao đổi cation trong đất. Calcium là một cation chính rất phổ biến trong dung dịch đất và trên các phức trao đổi. Một số nguyên lý của sự trao đổi kali từ keo đất được tóm tắt bởi hai phương trình sau:Đầu tiên là phản ứng:

Nếu keo đất được bão hòa bởi K+, và một muối trung tính như CaSO4 được bón vào, một số K+ bị hấp thu trên bề mặt keo sẽ được thay thế bởi Ca2+. Số lượng kali được thay thế phụ thuộc vào tính chất hàm lượng của muối được bón vào, cũng như hàm lượng K+ bị hấp thụ trên bề mặt keo sét. Trên một số loại đất trồng cây lưu niên, CaSO4 thường được bón vào để tăng cường sự thay thế K+

và kali này sẽ di chuyển xuống tầng đất sâu hơn, nơi đó kali sẽ hữu dụng cho phần rễ sâu hơn trong phẫu diện đất.

Khi KCl được bón vào do Ca2+ dễ thay thế hơn Al3+, nên khi K+ được bón vào , K+ sẽ thay thế một phần Ca2+ và một phần khác sẽ bị hấp phụ trên bề mặt sét. Phản ứng này cho một điểm quan trọng là: mức độ bão hòa Ca2+ càng lớn thì sự hấp thu K+ càng lớn. Điều này phù hợp với ví dụ trước đây, trong đó Ca2+ từ CaSO4 thay thế K+ trên keo đất. Calcium được bón dưới dạng muối trung tính chỉ thay thế một phần nhỏ Al3+ nếu trong đất ngoài Al3+ còn chứa K+, Na+, và NH4

+ thì những ion này dễ dàng bị thay thế hơn là Al3+. Trong trường hợp như thế, có một sự di chuyển thật sự của kali từ dung dịch đất. Sự khác nhau giữa các cation trong mức độ dễ dàng thay thế là do điện tích hóa trị và kích thước nguyên tử trong điều kiện ngậm nước của các cation trao đổi, có nghĩa là lực hấp thụ của ion tăng dần theo thứ tự sau:

Al3+> Ca2+>Mg2+>K+=NH4+>Na+

Trong các loại đất có sa cấu thô và có độ bão hòa base cao bị mất ít K+ trao đổi do rửa trôi hơn là các loại đất có độ bão hòa base thấp. Bón vôi là phương pháp phổ biến làm tăng độ bão hòa base của đất, và bón vôi sẽ làm giảm sự mất K+ trao đổi. Một phần điều này là do sự gia tăng giá trị CEC phụ thuộc pH.

Thông thường sự quan hệ giữa kali trao đổi và kali trong dung dịch đất ảnh hưởng rất lớn đến sự hữu dụng của kali di động trong đất đối với cây trồng. Khả năng duy trì hoạt độ chống lại sự kiệt quệ do rễ cây trồng hấp thu và rửa trôi được kiểm soát một phần bởi nguồn kali di động, một phần do tốc độ giải phóng kali cố định và một phần do sự khuếch tán và vận chuyển ion trong dung dịch đất.

2.5 Kali không trao đổi và kali trong khoáng Phần kali còn lại trong đất thường được gọi là kali không trao đổi và kali trong các tinh

khoáng hay kali tiềm tàng và được xem là có tính hữu dụng rất thấp. Mặc dù kali không trao đổi là nguồn dự trữ nhưng thường không hữu dụng tức thời đối với cây trồng, chúng chỉ có thể góp phần trong sự duy trì nguồn kali di động trong đất. Trong một số loại đất, kali không trao đổi có thể trở nên hữu dụng khi kali trao đổi và K+ trong dung dịch bị lấy đi do cây trồng hay mất đi do rửa trôi. Trong một số loại đất khác, sự giải phóng kali vào dung dịch từ kali không trao đổi rất chậm, không thể đáp ứng được nhu cầu kali của cây trồng đang sinh trưởng.

54

Kali không trao đổi trong các khoáng illite, đặc biệt là vermiculite và các sét 2:1, thì thường được xác định bằng cách trích đất với 1 acide mạnh như 1N HNO3 đun sôi. Với một số loại đất nhất định, sự giải phóng kali không trao đổi trong đất giúp chúng ta có thể giải thích mức độ đáp ứng của cây trồng đối với việc bón phân kali.

Tốc độ giải phóng kali không trao đổi vào dung dịch hay thành kali trao đổi được kiểm soát phần lớn do sự phong hóa các khoáng micas và feldspars có mang kali. Feldspars có cấu trúc tinh thể 3 chiều, với kali được định vị ở các tầng liên kết xuyên suốt mạng lưới khoáng. Kali chỉ có thể được giải phóng từ feldspars do sự phá hủy khoáng. Trong micas, kali trong các tầng liên kết có thể được giải phóng do sự trao đổi với các cations khác, nhưng không có một sự thay đổi cơ bản cấu trúc của khoáng. Kali feldspars là nguồn dự trữ kali lớn nhất trong nhiều loại đất. Trong các loại đất có mức độ phong hóa trung bình, thường có một lượng kali feldspars đáng kể. Chúng thường hiện diện với một hàm lượng nhỏ hơn hay có thể không hiện diện trong các loại đất phong hóa mạnh như các loại đất trong các vùng nhiệt đới ẩm. Các khoáng có mang kali có thể hiện diện trong thành phần sét cũng trong các thành phần thịt và cát trong đất.Sự cố định kali

Khả năng cố định kali thường khác nhau trên các loại đất. Thông thường các loại đất có hàm lượng sét 2:1 cao và sét illite cao có khả năng cố định kali cao. Sự cố định kali là kết quả của sự bị kẹp giữ (reentrapment) lại của các ions K+ giữa các tầng của sét 2:1. Các khoáng kiểu 1:1 như kaolinite thì hầu như không cố định kali.

Kích thước của các ions kali đủ nhỏ để có thể đi vào các lá silica, tại đây chúng được giữ rất chặt bằng các lực tĩnh điện. Ion NH4

+ có bán kính ion xấp xỉ với ion K+ nên cũng chịu đựng sự cố định tương tự như ion K+. Các cation khác như Ca2+ và Na+ có bán kính ion lớn hơn K+ nên không thể di chuyển và các vị trí trong tầng trung gian của sét. Bởi vì NH4

+ có thể bị cố định bởi các loại sét tương tự như K+, nên sự hiện diện của NH4

+ sẽ làm thay đổi sự cố định phân kali khi được bón vào và sự giải phóng kali đã bị cố định, ngược lại khi có sự hiện diện của NH 4

+ có thể sẽ ngăn chặn sự giải phóng của K+ đã bị cố định. Như vậy, ngoài việc giữ các cation khác, các ions NH 4

+ rõ ràng cũng bị giữ trong các vị trí của tầng trung gian.

Các loại đất có thể khác nhau rất lớn trong tốc độ giải phóng kali không trao đổi vào dung dịch. Tuy nhiên sự giải phóng này đều bị giới hạn khi có sự hiện diện của NH4

+.Thông thường sự cố định kali có ý nghĩa quan trọng đối với các loại đất có cấu trúc mịn, là

loại đất có khả năng cố định cao cả hai ion K+ và NH4+. Mặc dù không được xem là một yếu tố

nghiêm trọng trong sự giới hạn sự đáp ứng của cây trồng đối với việc bón phân NH4+ và K+ nhưng

nếu gia tăng nồng độ K+ trong đất có khả năng cố định cao sẽ làm tăng cường sự cố định kali nhiều hơn nữa.

Khả năng cố định kali có thể bị giảm do sự hiện diện của Al 3+ và các polymers của nhôm hình thành trong điều kiện chua. Các cation Al3+ này sẽ chiếm các vị trí nối của kali. Sự hiện diện của các gốc của tầng trung gian Al-Fe trong điều kiện chua sẽ ngăn chặn sự sụp đổ các tầng Si trong các sét có tính trương nở cao. Điều này ngăn chặn sự kẹp giữa các ions K+ và sau đó cố định chúng do sự sụp đổ các tầng Si. Khi bị khô, có thể làm gia tăng sự cố định kali, đồng thời làm giảm kali trao đổi trên một số loại đất có hàm luợng kali trao đổi cao. Ngược lại, đối với các loại đất có hàm lượng kali trao đổi thấp khi thoát nước cho đến mức độ đất đạt độ ẩm đồng ruộng, đặc biệt là các tầng đất bên dưới, sẽ làm tăng kali trao đổi. Trong một số trường hợp, kali trao đổi của tầng đất sâu có thể tăng vài lần khi đất bị khô. Sự giải phóng khi đất khô có thể là do sự nứt vỡ của các lá sét nên kali trong tầng trung gian bị phơi bày ra ngoài, và sau đó được giải phóng, di chuyển đến các vị trí trao đổi. Phần lớn sự cố định kali khi đất bị khô, thường chỉ xảy ra trên đất có kali trao đổi cao, và chứa nhiều sét vermiculite hay các loại khoáng khác có chứa mica trương nở (beidellite, illite).

Các ảnh hưởng của ẩm độ đất đến sự hữu dụng của kali trong điều kiện đồng ruộng đã được nghiên cứu. Tính chất này rất quan trọng trong phân tích đất, vì các tiến trình phân tích đất thường tiến hành với các mẫu đất khô không khí. Sự xử lý làm khô này có thể làm thay đổi đáng kể các giá trị phân tích của kali, và hậu quả là có thể làm sai lệch sự khuyến cáo về việc bón phân kali. Sự lưu giữ các dạng kali ít hữu dụng có ý nghĩa khá quan trọng trong thực tiễn. Cũng như đối với lân, sự biến đổi kali hòa tan hay kali trao đổi thành dạng kali hữu dụng chậm hay kali cố định sẽ làm giảm

55

giá trị dinh dưỡng tức thời cho cây trồng. Tuy nhiên, không phải sự cố định kali hòa tan hoàn toàn bất lợi. Kali bị cố định có thể trở nên hữu dụng trong một thời gian sau đó và vì thế kali không hoàn toàn mất đi đối với dinh dưỡng cây trồng, tuy nhiên cần lưu ý là cây trồng khác nhau sẽ có khả năng sử dụng các dạng kali hữu dụng chậm này rất khác nhau.

3 Các yếu tố của đất ảnh hưởng đến sự hữu dụng của kali.3.1 Các loại khoáng sét

Đất có chứa các loại khoáng sét có kali cao thì tiềm năng hữu dụng của kali càng lớn. Các loại đất có chứa vermiculite hay montmorillonite sẽ chứa nhiều kali hơn là các loại đất chỉ chứa chủ yếu là sét kaolinite, vì đất này bị phong hóa ở mức độ cao nên hàm lượng kali thấp. Tuy nhiên, các loại đất vermoculite và montirillonite nếu canh tác liên tục có thể dẫn đến hàm lượng kali thấp cần phải bón kali để đạt năng suất cao. Đôi khi các loại đất cát mặc dù chứa kali thấp, nhưng lại không thấy sự đáp ứng của năng suất đối với việc bón phân kali, đó là do sự giải phóng kali từ trong khoáng hay các dạng bị cố định, đủ nhanh để duy trì mức độ kali trong dung dịch và kali trao đổi cho nhu cầu của cây trồng.

3.2 Khả năng trao đổi cationĐất có sa cấu mịn thường có CEC cao và có thể giữ được nhiều kali trao đổi, tuy nhiên, hàm

lượng kali trao đổi không phải luôn luôn có nghĩa là nồng độ kali trong dung dịch duy trì ở mức độ cao. Thực ra, kali trong dung dịch trong các loại đất có sa cấu mịn (đất thịt) có thể thấp hơn đáng kể so với đất có sa cấu thô (đất cát) bất kể hàm lượng kali trao đổi có trong dung dịch đất.

3.3 Hàm lượng kali trao đổi Xác định hàm lượng kali trao đổi là phương pháp phổ biến để dự đoán khả năng hữu dụng

của kali và nhu cầu bón phân kali. Rất nhiều nghiên cứu cho thấy sự quan hệ giữa phân tích kali trong đất và sự đáp ứng của cây trồng đối với phân kali. Điều này có nghĩa là liều lượng bón phân kali có thể càng giảm khi giá trị của kali hữu dụng trong kết quả phân tích đất càng tăng. Tuy nhiên cần chú ý là những đáp ứng mang lại lợi nhuận đối với các cây ngũ cốc và các loại cây trồng khác đối với việc bón phân kali xảy ra trên một số đất đồng bằng có liên quan đến sự phân tích đất có kali trao đổi cao. Một số loại đất có hàm lượng kali cao nhưng bón phân kali cho bắp vẫn mang lại lợi nhuận. Vì vậy, sự kết hợp giữa năng suất cây trồng cao với nhu cầu kali cao hơn, cộng với các giai đoạn ẩm độ đất và nhiệt độ đất thấp thường xuyên xảy ra trên vùng đất này, có thể giúp chúng ta giải thích tại sao những sự đáp ứng như thế.

Điều kiện ẩm ướt trong mùa xuân có thể làm giảm sự hữu dụng của kali. Các điều kiện khử trong đất gây ra sự khử Fe trong các khoáng sét có tính co ngót. Sự khử Fe này dẫn đến sự cố định kali của các khoáng sét, do đó kali sẽ không hữu dụng cho cây trồng trong thời kỳ đầu của quá trình sinh trưởng. Nhưng trong thời gian đất bị khô trong quá trình sinh trưởng sẽ xảy ra sự oxi hóa của Fe trong cấu trúc sét và kết quả là có sự giải phóng của kali bị cố định.

3.4 Khả năng cố định kaliThông thường lượng kali cần thiết để tăng kali trao đổi trong dung dịch lên 1ppm có thể

thay đổi từ 1-25 kg/ha hay cao hơn, phụ thuộc vào loại đất. Sự khác biệt rất lớn này một phần có liên quan đến sự khác biệt trong tiềm năng cố định kali giữa các loại đất. Cần chú ý là một số kali bị cố định, sau đó có thể được giải phóng cho cây trồng, nhưng sự giải phóng này có thể xảy ra rất chậm so với nhu cầu cao của cây trồng.3.5 Kali trong các tầng đất sâu và độ sâu của rễ

Kali trao đổi trong các tầng đất sâu có thể thay đổi tùy theo loại đất; tuy nhiên, có rất ít nghiên cứu về mối tương quan giữa kali trong các tầng đất sâu với sự đáp ứng với phân kali của cây trồng. Trong các vùng khí hậu miền bắc, nhiệt độ đất thấp có thể ức chế sự giải phóng và khuếch tán kali, vì thế làm tăng xác suất sự đáp ứng của cây trồng đối với phân kali trên các vùng đất này. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến sự cung cấp kali của đất sẽ được thảo luận chi tiết sau.

56

3.6 Ẩm độ của đấtKhi ẩm độ đất thấp, các màng nước xung quanh các hạt đất sẽ mỏng hơn và bị đứt đoạn, tạo

ra một đường di chuyển quanh co hơn cho sự khuếch tán của K+ đến rễ. Sự gia tăng nồng độ kali hay độ ẩm trong đất sẽ làm tăng sự khuếch tán kali.

Ẩm độ đất có thể có ảnh hưởng rất lớn đến sự vận chuyển kali trong đất. Tăng ẩm độ đất từ 10 – 48 % sẽ tăng tổng lượng kali lên đến 175 %.

3.7 Nhiệt độ đấtẢnh hưởng của nhiệt độ đối với sự hấp thu kali của cây trồng do sự thay đổi sự hữu dụng

của kali và sự thay đổi trong sự hoạt động của rễ và cả tốc độ phát triển sinh lý của cây trồng. Thông thường người ta thống nhất rằng nhiệt độ giảm làm chậm các quá trình sinh lý của cây trồng, sự sinh trưởng của cây, và tốc độ hấp thu kali. Ví dụ, sự di chuyển của kali vào rễ bắp ở 150C chỉ bằng khoảng ½ so với ở 290C.

Trong một số nghiên cứu, chiều dài rễ tăng trong 6 ngày ở 290C lớn hơn gấp 8 lần so với ở 150C. Nồng độ kali trong thân là 8,1 % ở 290C và lá 3,7 % ở 150C.

Nhưng đất sẽ ngưng cung cấp kali ở nhiệt độ thấp. Do đó cần thiết phải bổ sung kali để làm tăng sự hấp thu kali ở nhiệt độ thấp, để vượt qua ảnh hưởng bất lợi do nhiệt độ thấp làm chậm tốc độ khuếch tán của kali.

Như đã trình bày, khả năng cung cấp kali đến rễ bị giảm do ảnh hưởng của nhiệt độ thấp đến sự khuếch tán. Tăng nhiệt độ từ 5 - 300C làm tăng sự tích lũy kali trong nhựa trao đổi đến 65 % cho mỗi mức độ ẩm độ đất.

Nồng độ kali trong dung dịch đất cũng ảnh hưởng đến khả năng của đất cung cấp kali cho nhu cầu cây trồng. Ảnh hưởng của nhiệt độ này lớn nhất ở đất có hàm lượng kali thấp. Hiện tượng này cũng được quan tâm đặc biệt trong trường hợp những nơi không có bón phân kali, trong điều kiện này hệ số khuếch tán hữu hiệu ở 150C chỉ là 0,4 % so với ở 290C. Sự khác biệt trong hệ số khuếch tán hữu hiệu ở 2 nhiệt độ khác nhau có xu hướng giảm ở các loại đất có hàm lượng kali cao.

Cung cấp kali với liều lượng cao là một phương pháp thực tế để khắc phục ảnh hưởng của nhiệt độ thấp. Các ảnh hưởng của nhiệt độ có thể là lý do chính đối với sự đáp ứng của cây trồng đối với việc bón phân theo hàng cho những cây trồng như bắp.

3.8 Độ thoáng khí của đấtSự hô hấp và sự hoạt động bình thường của rễ phụ thuộc rất lớn vào sự cung cấp O 2 đầy đủ.

Trong điều kiện ẩm độ cao hay đất bị nén chặt, sự sinh trưởng của rễ sẽ bị hạn chế. Khi sự cung cấp O2 giảm thì sự hấp thu kali và các chất dinh dưỡng khác cũng sẽ bị giảm. Tác động ức chế của độ thoáng kém đến sự hấp thu dinh dưỡng quan trọng đối với kali.

Các hệ thống cây trồng mà đất có tính chất bất lợi cho sự sinh trưởng của cây trồng do kết quả của sự làm đất và làm tăng độ chặt của đất đã cho thấy sự trở ngại trong việc hấp thu kali. Bón phân kali để làm tăng nồng độ kali trong đất có thể giúp vượt qua ảnh hưởng bất lợi do độ thoáng kém này và làm tăng sự hấp thu kali bởi cây trồng. Ví dụ, có sự giảm hàm lượng kali đáng kể trong lá mầm củ cải đường khi ẩm độ đất cao và hàm lượng không khí trong đất giảm. Bón kali dọc theo hàng rất có hiệu quả làm giảm tối thiểu sự giảm năng suất do hậu quả đất bị nén chặt.

3.9 pH đấtTrong các loại đất rất chua, với hàm lượng gây độc của Al3+ và Mn2+ trao đổi sẽ hình thành

một môi trường bất lợi cho sự hấp thu kali và chất dinh dưỡng khác trong vùng rễ cây trồng. Nhưng khi đất chua được bón vôi, Al3

+ trao đổi và các cation hydroxyaluminum như Al(OH)2- sẽ được biến

đổi thành dạng không hòa tan Al(OH)3. Sự thay đổi này sẽ làm giảm đi sự cạnh tranh trao đổi cation giữa Al3+ với K+, và do Al3+ ngăn chặn các vị trí nối nên K+ có thể cạnh tranh với Ca2+. Kết quả là khả năng hấp thu trao đổi kali lớn hơn, và hàm lượng kali bị lấy đi khỏi dung dịch cũng lớn hơn. Sự mất kali do rửa trôi dường như cũng bị giảm. Khi tăng pH từ 5,5 – 7,0 sẽ làm tăng sự sụp đổ của các tầng silicate của các khoáng trương nở và K+ bị kẹt lại trong các tầng trung gian. Các cation hydroxyaluminum có tác dụng như các vật nêm giữ các tầng sét với nhau, nhưng sẽ mất khả năng

57

này khi chúng bị biến thành Al(OH)3. Khi kali bị nhốt trong tình trạng này thì không thể di chuyển đến rễ cây trồng được. Đất chua có thấp khi bón vôi có thể gây ra sự thiếu kali do ảnh hưởng cạnh tranh của Ca2+ với K+. Bón vôi cho đất đến pH 6,0 – 7,0 sẽ thường làm giảm kali trao đổi và làm giảm sự hấp thu kali của cây trồng. Khi đất chua được bón vôi, luôn có sự gia tăng đáng kể CEC phụ thuộc pH. Tăng pH đất từ 5 – 6 sẽ tăng CEC lên 50%. Tuy nhiên, ảnh hưởng cạnh tranh của Ca2+ và Mg2+ sẽ tăng nếu hàm lượng kali không tăng tương ứng.

Bón KCl với lượng cao trên đất chua có thể làm tăng nồng độ các nguyên tố tiềm năng gây độc như Al3+ và Mn2+ trong dung dịch đất. Do độ độc của Al3+ và Mn2+ có thể tăng lên, nên trong trường hợp này lợi ích của việc tăng sự cung cấp kali cho đất là không còn ý nghĩa. Trong điều kiện đồng ruộng, bón KCl với liều lượng cực kỳ cao sẽ gây ra hiện tượng này và cũng giống như trường hợp xảy ra trong các hàng được bón phân hay bên cạnh các hạt phân.

3.10 Ca và Mg Cả hai ion Ca2+ và Mg2+ đều cạnh tranh với K+ để đi vào rễ cây trồng, vì thế nếu đất có hàm

lượng một trong hai cation này cao thì yêu cầu mức độ K+ phải cao để thỏa mãn nhu cầu dinh dưỡng của cây trồng. Theo tỉ lệ hoạt độ đã được định nghĩa trước, sự hấp thu K+ sẽ bị giảm khi Ca2+

và Mg2+ tăng, ngược lại sự hấp thụ của hai cation này có thể giảm khi gia tăng sự cung cấp K +. Do đó, sự hữu dụng của kali ít nhiều phụ thuộc vào nồng độ tương đối của K + với hai cation Ca2+, Mg2+

hơn là trên hàm lượng kali tổng số trong đất. Bởi vì tỉ lệ hoạt độ không phải luôn luôn tương ứng với hàm lượng hấp thu của K+, Ca2+ và Mg2+, nhưng cần chú ý đến hàm lượng tuyệt đối của kali.

Mặc dù Ca2+ trên đất đá vôi tác động làm giảm sự hấp thu kali đã được nghiên cứu nhiều, nhưng vẫn có rất nhiều phân tích đất trong phòng thí nghiệm nhằm khuyến cáo về bón phân kali thích hợp đã bị thất bại. Trên đất đá vôi, khi phân tích kali cho thấy là có hàm lượng kali đủ cho lúa mì, lúa mạch sinh trưởng tốt, nhưng bón phân kali vẫn có hiệu quả.

3.11 Hàm lượng tương đối của các chất dinh dưỡng khácNếu các chất dinh dưỡng khác ngoài kali bị giới hạn, thì nhu cầu kali đối với cây trồng

không lớn cho sự sinh trưởng của cây bị giảm. Ví dụ, trên đất có lân thấp, bón phân đạm sẽ có ảnh hưởng rất ít đến sự hấp thu kali của cây trồng mặc dù được bón đến 150 kg K 2O/ha. Sự hấp thu kali tăng đáng kể với sự gia tăng bón N khi bón 65 kg P2O5/ha. Trong nhiều trường hợp khi các chất dinh dưỡng khác có hàm lượng thấp, bón kali có thể làm giảm năng suất. Ví dụ, năng suất bắp cải giảm với việc bón kali mà bón ít hoặc không bón đạm. Tuy nhiên, năng suất sẽ tăng khi bón đủ đạm.

Với cây trồng cần NH4+ cao, nếu cung cấp kali không đầy đủ có có thể xuất hiện triệu chứng

thiếu kali. Nồng độ kali có thể cao trong các cây trồng dinh dưỡng NH4+ hơn là các cây dinh dưỡng

với NO3-. Dường như kali cần thiết cho sự sử dụng NH4

+ với mức độ cao.

3.12 Làm đất Phần lớn các khuyến cáo về bón phân thường dựa trên tầng đất với độ sâu 15 cm, tuy nhiên làm đất sâu 30 – 40 cm đã trở nên phổ biến trên nhiều vùng. Khi làm đất tăng từ 6,75 đến 10 inch thì sẽ có thêm 50 % hay hơn lượng đất được tính đến. Do đó khi sử dụng biện pháp bón phân kali cho đất, nhu cầu kali phải được tăng khoảng 50 % phụ thuộc vào tình trạng kali trong tầng đất cày. Các biện pháp kỹ thuật làm đất có thể ảnh hưởng đến sự hữu dụng của kali do có sự thay đổi về độ thoáng của đất… dư thừa của cây trồng để lại trên mặt đất có thể làm giảm nhiệt độ đất, làm giảm sự bốc hơi nước, và tăng cường sự di chuyển ẩm độ vào trong đất, do đó làm thay đổi các mối quan hệ giữa các chất dinh dưỡng với nước.

Làm đất theo phương pháp cổ truyền làm giảm sự hữu dụng của kali do gia tăng sự nén chặt của đất, đất ít thoáng hơn, nhiệt độ thấp hơn và sự hữu dụng của kali trên mặt đất. Trong nhiều nghiên cứu so sánh các phương pháp làm đất đến năng suất bắp và sự hấp thu kali, giảm làm đất làm giảm sự hữu dụng của kali và làm giảm năng suất cây trồng. Ví dụ, kali trong lá bắp giảm có ý nghĩa trong điều kiện không làm đất so với làm đất đầy đủ. Năng suất luôn đi với nồng độ kali trong

58

lá gần 2 %. Vì vậy trong điều kiện không làm đất cần bón nhiều phân kali hơn để bù đắp lại khả năng hữu dụng thấp trong điều kiện này.

3.12 Sự mất kali do rửa trôiTrong phần lớn các loại đất, trừ loại đất cát hay bị ngập nước, sự mất kali do rửa trôi rất thấp.

Trong khi đó, chất hữu cơ của đất, có CEC cao, nhưng lực nối kali không mạnh, nên hàm lượng kali trao đổi có xu hướng thay đổi theo cường độ mưa. Vì vậy cần quan tâm đến việc bón phân kali hàng năm thay vì bón một lượng lớn để tăng hàm lượng kali trong đất. Vì cây trồng trên đất hữu cơ có đặc điểm là cần nhiều kali, nên sự theo dõi mức độ phì nhiêu thông qua phân tích đất là rất quan trọng. Trong các vùng nhiệt đới ẩm, rửa trôi là yếu tố chính giới hạn khả năng sản xuất của đất. Trong điều kiện thực vật tự nhiên rửa trôi thấp, biến thiên từ 0 – 3 kg/ha/năm. Nhưng trên đất khai hoang, sau khi bón phân, 35 % kali có thể bị rửa trôi trong điều kiện có trồng cây, và kali mất nhiều hơn ở đất bỏ hoang. Trong các loại đất này cần chú ý việc bón phân kali hàng năm thay vì bón một lần với lượng lớn. Theo dõi sự sinh trưởng của cây kết hợp với phân tích đất là tối cần thiết. Trong phân tích cuối cùng cho thấy sự mất kali do rửa trôi chỉ quan trọng trên các loại đất nhiệt đới ẩm, đất có sa cấu thô, đất hữu cơ trong vùng mưa nhiều.

4 Các yếu tố của cây trồng ảnh hưởng đến sự hữu dụng của kali4.1 CEC của rễ

Một giải thích về khả năng khác nhau của cây trồng trong việc sử dụng kali của đất là tính chất CEC của rễ cây. Họ hòa thảo và ngũ cốc có CEC thấp nên có phản ứng thấp với việc bón phân kali, ngược lại với các loại cây như cỏ ba lá có CEC rễ cao nên thường có sự đáp ứng cao với phân kali. Mặc dù CEC của rễ có thể là quan trọng trong việc quyết định khả năng hấp thu của cây trồng đối với các dạng kali hữu dụng chậm trong đất. Nhưng đó chỉ là một yếu tố phụ trong trong vấn đề cung cấp kali của đất cho rễ.

4.2 Hệ thống rễ và cây trồngCác yếu tố của cây trồng có ảnh hưởng đáng kể đến sự hấp thu kali

Sự di chuyển của ion và nồng độ của ionBán kính của rễTốc độ hấp thu nướcChiều dài của rễTốc độ sinh trưởng của rể

Dạng rễ và mật độ rễ là hai tính chất chính ảnh hưởng đến sự hấp thu kali đối với cây trồng. Lượng nước thoát hơi cũng ảnh hưởng đến sự hấp thu kali của cây trồng. Phần lớn các cây họ hòa thảo có hệ thống rễ dạng sợi với nhiều nhánh ngang, trong khi đó cỏ alfalfa đặc biệt là trong điều kiện kali thấp, chủ yếu là rễ cọc, rất ít rễ mới. Sự hữu dụng của kali cao thực tế tăng cường sự phát triển của rễ, hình thành nhiều rễ ngang trong cả hai loại alfalfa và cây họ hòa thảo, cũng như cây lấy hạt và cây bắp.

Sự khác nhau về tốc độ hút kali của các loại cây có thể là kết quả của sự cạnh tranh trong sự hấp thu kali. Một vùng sản xuất kết hợp ổn định giữa cỏ 3 lá và cây họ hòa thảo có thể khó duy trì được, vì khả năng hút kali của cây họ hòa thảo nhanh gấp 2 – 3 lần cỏ ba lá. Tốc độ hấp thu này của họ hòa thảo càng tăng thêm do hệ thống rễ chúng phát triển rất rộng.

4.3 Giống cây trồngSự hấp thu ion của cây trồng được kiểm soát bởi các đặc tính di truyền, trong cùng một

giống cũng có sự khác biệt khác đáng kể giữa các dòng với nhau.

4.4 Mật độ cây trồng và khoảng cách trồngTrong nhiều loại cây trồng hiện nay người ta có xu hướng là sử dụng mật độ cây trồng cao

hơn hay trồng với khoảng cách dày hơn. Khi số lượng cây trồng tăng cao mà không có sự tăng

59

tương ứng việc bón phân kali hay kali hữu dụng, thì có thể lượng kali được hấp thu tăng nhiều hơn nhưng năng suất có thể bị giảm.

4.5 Mức độ năng suấtVới năng suất cao, điều quan trọng là phải hiệu chỉnh liều lượng duy trì phù hợp với mức

độ kali trong đất tối hảo và năng suất cần đạt được.

4.6 Yếu tố thời gianMức độ thâm canh cây trồng cũng có thể ảnh hưởng đến sự quản lý kali trong đất. ban đầu

một số loại đất có thể cung cấp kali tốt, và chúng cho thấy ít có sự đáp ứng của cây trồng đối với việc bón phân kali. Tuy nhiên, đối với các loại đất không có tính đệm lớn đối với kali, thì hàm lượng kali có thể bị giảm nhanh chóng và sự đáp ứng của cây trồng đối với việc bón kali sẽ xảy ra sau khi canh tác một vài vụ.

Có nhiều nghiên cứu cho thấy sự hình thành lâu dài của nhu cầu kali đối với lúa trồng trên loại đất mà ban đầu lúa không phản ứng với phân kali. Điều đáng chú ý khác là nhu cầu kali tối đa cho sự sinh trưởng của cây trồng gia tăng lũy tiến. Nhu cầu kali đối với cây trồng khác nhau phụ thuộc vào giai đoạn sinh trưởng của cây trồng

Khi thực hiện kỹ thuật đa canh, cả hai tổng năng suất và kali bị lấy đi/1 đơn vị thời gian đều tăng. Điều này làm tăng nhu cầu kali trong đất, gia tăng lượng kali bị lấy đi và gia tăng nhu cầu kali đối với việc duy trì mức độ kali trong đất.

4.7 Phân tích kali trong đấtKali trong dung dịch và kali trao đổi thường được trích với một dung dịch muối trung tính.

Ammonium acetate 1M là dung dịch trích phổ biến, nhưng có nhiều loại dịch trích khác cũng được sử dụng. Mục tiêu của phân tích đất nghiên cứu khả năng cung cấp dinh dưỡng của đất. Điều này được thực hiện bằng cách thử nghiệm mô phỏng các hoạt động dinh dưỡng của rễ cây trồng và xác định các thành phần dinh dưỡng trong đất hữu dụng đối với cây trồng trong mùa vụ sinh trưởng. Điều này là một thử thách đối với chất dinh dưỡng kali.

Đầu tiên, kali di chuyển tiến đến rễ cây trồng thông qua sự khuếch tán và dòng chảy khối lượng. Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến sự di chuyển như thế đã đuợc thảo luận trong các phần trước. Thứ hai, khả năng đệm và các cơ chế giải phóng và hấp thụ làm phức tạp cho việc đo lường sự hữu dụng kali. Như thảo luận trước đây, hàm lượng sét và chất hữu cơ và tính chất khoáng học của sét là các yếu tố chính. Các phương pháp phân tích thường khác nhau trong các phòng thí nghiệm. Một số nơi thì dùng cách hiệu chỉnh CEC, nơi khác tính lượng dinh dưỡng lấy đi trong sản phẩm thu hoạch, và mục tiêu năng suất. Ngoài việc ước đoán tình trạng kali và nhu cầu kali cho cây trồng kế tiếp, phân tích đất cũng còn có ích trong việc phát hiện các chương trình bón phân làm tăng hay giảm mức độ kali trao đổi trong đất. Mặc dù có nhiều khó khăn nhưng giá trị kali trao đổi đã được sử dụng trong 50 năm qua để xác định nhu cầu kali cho rất nhiều loại đất. Biện pháp kỹ thuật này sẽ còn tiếp tục sử dụng, nhưng cần phải có nhiều phương pháp phân tích chính xác hơn. Nhu cầu này sẽ được thỏa mãn bằng các nghiên cứu trong phòng, nhà kính và đồng ruộng sau này.

II Các Loại Phân KaliCác mỏ muối kali hòa tan được tìm thấy nhiều nơi trên thế giới, phần lớn các mỏ này nằm

bên dưới lòng đất nhưng cũng có một số nằm trong nước muối của các hồ hay biển chết. Các trầm tích hay nước muối này có độ tinh khiết cao được khai thác cho sản xuất muối kali nông nghiệp và công nghiệp, trong công nghiệp phân bón thường được gọi là potash.Mỏ Saskatchewna là mỏ muối potash có nồng độ cao nhất được biết trên thế giới. Mỏ này rất rộng và sâu từ 900 – 2100 m.

Cũng như đạm và lân, mức độ sử dụng phân kali gia tăng rất lớn trong những năm gần đây trên toàn thế giới. Do sự hiểu biết về nhu cầu kali của cây trồng gia tăng, sự gia tăng dân số và cần

60

thiết phải gia tăng năng suất cây trồng, nên không chỉ riêng phân kali mà tất cả các loại phân bón khác sẽ phải tiếp tục gia tăng.Cũng như lân, hàm lượng phân bón nguyên chất kali trong phân bón được dùng thuật ngữ là K 2O. Điều này được quy định bởi hàm lượng muối kali hòa tan trong dung dịch ammonium oxalate. Sự biến đổi % K thành K2O và ngược lại, có thể thực hiện bằng các biểu thức sau:

% K = % K2O/1,2% K2O = % K x 1,2Trong thực tế tất cả các loại phân kali đều hòa tan trong nước. Chúng chủ yếu kết hợp với

Cl-, SO42-, PO4

3- và P2O74-. Ngoài ra có một số muối kép như potassium-magnesium sulfate.

1 Potassium Chloride (KCl)Muối này có tên thương mại là phân potash. KCl có chứa 50 - 52 % K (60 – 63 % K 2O) và

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.KCl là loại phân được sử dụng rộng rãi trên thế giới. Có thể dùng bón trực tiếp vào đất hay dùng để sản xuất các loại phân N-P-K. Khi bón vào đất, KCl nhanh chóng hòa tan trong dung dịch đất.

2 Potassium Sulfate (K2SO4) Là loại phân màu trắng có chứa 42-44% K (50-53% K2O) và 17% S. K2SO4 được sản xuất bằng 1 số quy trình khác nhau, liên quan đến những phản ứng của S hay H2SO4.

3 Potassium Magnesium sulfate (K2SO4, MgSO4)Đây là một loại muối kép có chứa một ít NaCl, nhưng hàm lượng NaCl bị mất đi phần lớn

trong quá trình chế biến. Phân này chứa 18 % K (22 % K2O), 11% Mg, và 22 % S. Phân này có ưu điểm là cung cấp cả Mg và S cho các loại đất thiếu các nguyên tố này. Phân này có phản ứng trong đất như là những muối trung tính khác.

4 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. KNO3 được bán nhiều trên thị trường dùng bón cho cây ăn quả và các cây trồng khác như bông vải và rau cải. Nếu giá thành sản xuất hạ thì phân này có thể cạnh tranh với các loại phân đạm và kali khác để bón cho các loại cây trồng có giá trị kinh tế thấp.

5 Potassium Phosphate (KPO3, K4P2O7, KH2PO4, K2HPO4)Các loại phân Potassium Phosphate rất hạn chế trong sản xuất và bán trên thị trường. Các

loại phân này có các ưu điểm:1. Khả năng phân ly cao.2. Chỉ số muối thấp.3. Thích hợp cho việc sản xuất các loại phân bón dạng dung dịch có chứa K2O cao.4. Sự hình thành công thức của các polyphosphate với khả năng kiểm soát được sự hòa tan

của phân.5. Không có Fluorine và Chlorine nên chúng rất thích hợp để bón cho thuốc lá, khoai tây và

các cây trồng mẫn cảm với hàm lượng Cl- cao.

6 Potassium Carbonate (K2CO3), Potassium Bicarbonate (KHCO3), và Potassium Hydroxide (KOH)

Các loại muối này được dùng chủ yếu để sản xuất các loại phân có độ tinh khiết cao dùng để bón lá hay dùng trong các mục đích đặc biệt khác. Do giá thành sản xuất cao nên hạn chế sự sử dụng rộng rãi các loại phân này. Những nghiên cứu về mặt nông học của KHCO 3 cho thấy rằng khi bón trên đất chua sẽ giảm sự rửa trôi của các cation. Những nghiên cứu này cũng cho thấy rằng phân này làm tăng hiệu quả của phân lân.

61

7 Potassium Thiosulfate (K2S2O3), và Potassium Polysulfide (KSx)Nồng độ phân ly của các loại phân bón dạng dung dịch mới này là (0-0-25-17) và (0-0-22-

23). K2S2O3 có tác dụng tương đương với hầu hết các loại phân bón dạng dung dịch khác và rất thích hợp cho việc dùng để bón lá và hòa tan nước tưới trong hệ thống tưới nhỏ giọt.

8 Giá trị nông học của các loại phân kaliCác loại phân kali đã được so sánh trong nhiều thí nghiệm đồng ruộng và nhà kính. Các kết

quả được tóm tắt như sau: Thông thường, nếu phân bón được sử dụng chỉ chứa có một yếu tố kali, thì các loại phân có

tác dụng tương đương nhau. Sự lựa chọn loại phân nào chỉ cần dựa trên giá thành của một đơn vị kali.

Các loại phân như KNO3 và K4P2O7, có chứa các chất dinh dưỡng khác, có hiệu quả như là KCl và phải được đánh giá dựa trên cơ sở hiệu quả kinh tế của sự cung cấp kali cũng như đạm và lân. Các loại phân này có thể được cây trồng hấp thu hoàn toàn, và không có các anions như Cl - hay SO4

2- tồn tại trong đất. Trong nhà kính cho phép nồng độ N, P và K với nồng độ đầy đủ mà không sợ sự nguy hiểm do sự tích lũy các muối dư thừa. Kết quả thí nghiệm trong nhà kính, ít nhất là một phần, sẽ được áp dụng trên đồng ruộng với nhu cầu bón phân cao hơn.

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. Giá trị của các chất dinh dưỡng đi kèm phải được xem xét trong phân kali.

Thuốc lá là loại cây trồng rất mẫn cảm với lượng Cl - cao. Mặc dù khi bón đến 10 kg/ha là có lợi, nhưng nếu bón đến 15 – 20 kg/ha sẽ làm giảm chất lượng cháy của thuốc lá. Trong một số vùng trồng khoai tây, khoai lang và cam quýt, không nên bón Cl - với hàm lượng cao. Thay vào đó, nên bón K2SO4 hay KNO3 có thể cung cấp phần lớn kali cho cây.

62