THỔ NHƯỠNG - YẾU TỐ DINH DƯỠNG

QUAN HỆ GIỮA ĐẤT VÀ CÂY TRỒNG

I. Sự di động của các chất dinh dưỡng
Sự di chuyển của chất dinh dưỡng đến rễ
Thể tích rễ trong vòng 0-15 cm của tầng đất mặt:
0.5 đến 1%
Vì vậy, sự di chuyển của chất dinh dưỡng đến rễ rất hạn chế.
Các cơ chế di chuyển chất dinh dưỡng đến rễ
1. Dòng chảy khối lượng
a. Sự di chuyển của các chất dinh dưỡng hòa tan trong dung dịch đất với nước khi nước di chuyển đến rễ cây

rễ
Nước di chuyển
Dòng chảy khối lượng

Do sự bốc thoát hơi nước, rễ sẽ hấp thu nước bù lại lượng nước bốc hơi
Quá trình hấp thu nước đồng thời hấp thu các chất hòa tan trong nước
Dòng chảy khối lượng

b. Ước tính lượng chất dinh dưỡng bởi dòng chảy khối lượng
Nồng độ dinh dưỡng trong dung dịch trung bình.
Ca = 30 mg/L
Mg = 25 mg/L
K = 4 mg/L
P = 0.04 mg/L
Thoát hơi trung bình: 2 - 4 triệu L/ha/năm
Dòng chảy khối lượng

c. Ước tính khả năng di chuyển của các chất dinh dưỡng bằng dòng chảy khối lượng
Hàm lượng các chất dinh dưỡng trung bình được di chuyển bởi dòng chảy khối lượng
Ca = 60 - 120 kg/ha
Mg = 50 - 100 kg/ha
K = 8 - 16 kg/ha
P = 0.08 - 0.16 kg/ha

Lượng chất dinh dưỡng hấp thu bởi 1 số cây trồng (kg/ha)
Cây trồng Ca Mg K P
Bắp 5 10 40 25
Đậu nành 10 10 50 15
Cỏ họ đậu-chăn nuôi 112 20 200 25
Sự di chuyển chất dinh dưỡng
SO42- tích lũy gần rễ
Màu đen= tích lũy
Các cơ chế di chuyển chất dinh dưỡng đến rễ
2. Khuếch tán
a. Sự di chuyển chất dinh dưỡng thông qua dung dịch đất do chênh lệch nồng độ

Rễ
đất
b. Các chất dinh dưỡng sẽ khuếch tán từ nơi có nồng độ cao đến nơi có nồng độ thấp
Nồng độ ở gần rễ bị hấp thu nên sẽ giảm và do đó các chất dinh dưỡng từ nơi khác ? gần rễ
c. Định luật Fick F = -DA dC/dx
F = tốc độ khuếch tán
dC/dx = chênh lệch nồng độ C theo khoảng cách x
A = diện tích khuếch tán
D = hệ số khuếch tán

Khoảng cách từ bề mặt rễ
Nồng độ trong
dung dịch đất

d. Hệ số khuếch tán
Kích thước ion
Độ nhớt của dung dịch
Nhiệt độ đất
A�m độ đất
Độ khúc khủy
Khả năng đệm của đất
Rễ
Đất
Đất
Đất
Khuếch tán

Hệ số khuếch tán
NO3-, Cl- D = 10-6 cm2/sec
NH4+, K+, Ca2+, Mg2+ D = 10-7 cm2/sec
Zn2+, Mn2+ D = 10-8 cm2/sec
H2PO4- D = 10-10 cm2/sec
Khoảng cách khuếch tán
N 1 cm
K 0.2 cm
P 0.02 cm
Khoảng cách trung bình giữa bề mặt các rễ bắp s ~ 0.7cm

Khuếch tán
3. Tiếp xúc trực tiếp của rễ
Khi rễ xuyên phá vào trong đất, sẽ tiếp xúc các chất dinh dưỡng trên bề mặt keo đất và hấp thu các chất dinh dưỡng này.
Cơ chế hấp thu này sẽ tăng cường sự khuếch tán các chất dinh dưỡng
Giảm khoảng cách khuếch tán


Các cơ chế di chuyển chất dinh dưỡng đến rễ
Sự di chuyển chất dinh dưỡng
II. Hấp thu dinh dưỡng
1. Sự hấp thu dựa trên quan hệ về năng lượng
Hoạt độ các ion trong dung dịch liên quan đến rễ
Năng lượng trao đổi chất
Rễ
Dung dịch đất
II. Hấp thu dinh dưỡng của cây trồng
1. Hấp thu thụ động
Nồng độ dung dịch trong đất càng nhiều ? cây trồng hấp thu càng nhiều
N, K : hấp thu xa xỉ ? năng suất không tăng hay giảm
Ions di chuyển vào trong cây làm giảm chênh lệch năng lượng
Không chuyên biệt
Rễ
Dung dịch đất
Sử dụng năng lượng sinh hóa để vận chuyển ions vào trong tế bào, vượt qua chênh lệch năng lượng.
Có thể là các chất dinh dưỡng chuyên biệt
Rễ
Dung dịch đất
P
ATP
Chất mang
Màng tế bào
P
ADP
Chất mang
2. Hấp thu chủ động
Cân bằng điện tích
Nếu cations được hấp thu, cations khác phải được giải phóng vào dung dịch đất - Luôn là H+
Nếu anions được hấp thu, anions khác phải được giải phóng vào dung dịch đất - Luôn là OH-
Sự trao đổi chủ yếu xảy ra trong vùng rễ
%P trong cây
pH vùng rễ
4 5 6 7 8
+
+
+
+
+
+
Phân NH4+
+ phân N03-
Tương tác của các chất dinh dưỡng đối với cây trồng
Tương tác đối kháng: khi có mặt của ion này thì sự hấp thụ của ion kia giảm

Tương tác phụ trợ
Sự có mặt của ion này làm ion kia hấp phụ dễ dàng hơn

Các yếu tố ảnh hưởng đến sự sinh trưởng của cây trồng
I. Các yếu tố ảnh hưởng đến năng suất

> 50 yếu tố ảnh hưởng đến sự sinh trưởng và năng suất của cây trồng
-- các yếu tố không kiểm soát được: khí hậu [ngoại trừ nước, có thể kiểm soát thông qua tưới tiêu]
-- các yếu tố đất và cây trồng có thể quản lý được để tạo năng suất cao
Cần hiểu biết và tác động đúng vào các yếu tố giới hạn năng suất cây trồng
Ví dụ:
-- nước là yếu tố giới hạn chính, nước làm giảm sự phản ứng của cây trồng đối với phân N.
-- thể hiện sự tương tác giữa các yếu tố giới hạn năng suất.
"định luật tối thiểu" (Liebig, 1860`s)
"đất có thể chứa tối đa 1 hay nhiều chất dinh dưỡng và cũng chứa tối thiểu 1 hay nhiều chất dinh dưỡng. Với các chất dinh dưỡng tối thiểu, có thể là Ca, Mg, K, hay bất kỳ chất dinh dưỡng nào khác, năng suất sẽ tương quan trực tiếp với các chất dinh dưỡng tối thiểu này

Yếu tố tối thiểu kiểm soát năng suất.
Ví dụ, yếu tố tối thiểu trong đất là vôi, năng suất sẽ không tăng Ngay cả khi chúng ta bón các loại phân bón khác tăng 100 lần**.
Tóm lại:
Yếu tố giới hạn cao nhất* quyết định tiềm năng năng suất.
Chỉ khi nào giải quyết được yếu tố giới hạn này....năng suất cây trồng mới được cải thiện.
*đối với các chất dinh dưỡng. Chất giới hạn năng suất mạnh nhất là chất dinh dưỡng hiện diện trong đất với hàm lượng tương đối thấp nhất.
II. Các yếu tố chính ảnh hưởng đến năng suất cây trồng
Yếu tố khí hậu
Yếu tố đất trồng
Yếu tố sinh học

Yếu tố khí hậu
Ánh sáng
Yếu tố hạn chế cơ bản - nguồn năng lượng: Quang tổng hợp
Độ dài và cường độ chiếu sáng
Thời gian chiếu sáng: cây ra hoa phụ thuộc vào độ dài chiếu sáng gọi là quang kỳ tính
Vĩ độ và khí hậu

Độ ẩm
Là một yếu tố giới hạn phổ biến
Nhu cầu nước trong đời sống cây trồng
Nguồn cung cấp H và O
Hiệu quả sử dụng nước có liên quan với dinh dưỡng cây trồng
Sự di chuyển của các chất dinh dưỡng trong đất và trong cây
Nhiệt độ
Nhiệt độ giới hạn cho sự tồn tại: -35 to +75 �C
Giới hạn thực tế 5 đến 40 �C (40 - 100�F)
Giới hạn này khác nhau giữa các giống và loài
Hoạt động của vi sinh vật - chu kỳ luân chuyển các chất dinh dưỡng
Di truyền, ẩm độ, nhiệt độ ánh sáng
Đường cong sinh trưởng của bắp
Thời gian
Th.5
th.6
Th.7
Th.8
Th.9
Yếu tố đất

Sa cấu
Khả năng giữ nước
Cấu trúc
Sinh trưởng của rễ
Di chuyển của khí
Độ nén chặt của đất;
Kỹ thuật làm đất;
Độ sâu;
pH
Độ phì tự nhiên tầng
đất thực


Yếu tố sinh học

Giống cây trồng
Năng suất cao do cải thiện yếu tố di truyền sẽ gia tăng nhu cầu dinh dưỡng
Tạo giống thích ứng với các điều kiện độ phì nhiêu đất đai khác nhau
Cải thiện yếu tố di truyền tăng tiềm năng năng suất



Cỏ dại sâu bệnh, Thuốc diệt cỏ
Cỏ dại tranh giành dinh dưỡng với cây trồng
Sâu bệnh có thể hạn chế năng suất và ức chế hấp thu dinh dưỡng của cây trồng

Yếu tố sinh học

Chế độ luân canh cây trồng
Phương pháp bón phân
Mật độ cây trồng
Phương pháp bón phân
Khí quyển
Nguồn cung cấp CO2, O2, N2
Cây trồng phản ứng tốt với nồng độ CO2 cao
Mưa acid



Di truyền
Năng suất
Ảnh hưởng của sự cải thiện yếu tố di truyền đến năng suất bắp
Các yếu tố dinh dưỡng giới hạn chính
Năng suất cây trồng không thể vượt quá tiềm năng năng suất do sự giới hạn của các yếu tố sinh trưởng chủ yếu.

Các yếu tố hạn chế chính- đường cong phản ứng
Growth Factor (Fertilizer)
Plant Response
Mức độ phản ứng
Yếu tố sinh trưởng (phân bón)
Các tính chất tổng quát của đường cong phản ứng
Hiệu quả giảm dần
Yếu tố sinh trưởng (phân bón)
Mức độ phản ứng của cây trồng
Một số khái niệm trong dinh dưỡng cây trồng
Mức độ ngưỡng
Điểm giới hạn giữa sự thiếu và đủ dinh dưỡng
Ví dụ:
Kết quả phân tích đất: thấp, bón phân sẽ có hiệu quả
Nồng độ dinh dưỡng trong cây thấp: thiếu dinh dưỡng
Nếu bón phân với 1 lượng lớn, cây sẽ không phản ứng tiếp tục
Mức độ ngưỡng sinh học có thể khác với mức độ ngưỡng kinh tế
Đặc điểm của đường cong phản ứng

Số liệu
Ví dụ về bón phân
(kg/ha)
0
30
60
90
120
150

30
90
0
150
60
120
60
120
90
30
150
0
0
150
30
120
90
60
Rep 3
Rep 2
Rep 1
Đặc điểm của đường cong phản ứng

Số liệu
Số liệu
phân bón Năng suất
(kg/ha) (T/ha)
0 1.3
30 3.6
60 4.6
90 5.2
120 5.0
150 5.1

Yếu tố sinh trưởng (phân bón (kg/ha)
Năng suất (tấn/ha)
0 30 60 90 120 150
6
4
2
Đặc điểm của đường cong phản ứng
Kết quả thí nghiệm nhiều năm trên nhiều địa điểm
Yếu tố sinh trưởng -phân bón- (kg/ha)
Năng suất (tấn/ha)
0 30 60 90 120 150
6
4
2
Đặc điểm của đường cong phản ứng
Các mô hình diễn tả đường cong phản ứng

Mô hình Mitscherlich
Y = A(1-10-cx)
Y = năng suất
A = tiềm năng năng suất
X = yếu tố sinh trưởng
C = hằng số

Mô hình tương quan tuyến tính
Y = aX + b & Y=A
Y = năng suất
A = tiềm năng năng suất
X = yếu tố sinh trưởng
a, b = hằng số


Yếu tố sinh trưởng
Mức độ phản ứng
Vùng phản ứng
Mức độ ngưỡng
Vùng không phản ứng
Mô hình phương trình bậc 2
Y = (aX2 + bX + c)
Y = năng suất
X = yếu tố sinh trưởng
a, b, c = hằng số
Yếu tố sinh trưởng
Phản ứng
Vùng phản ứng
Mức độ ngưỡng
Vùng không phản ứng
Hay
Y = (aX2 + bX + c)
Y = A
Y = năng suất
X = yếu tố sinh trưởng
A = năng suất tối đa
a, b, c = hăng số
Yếu tố sinh trưởng
Mức độ phản ứng
Vùng phản ứng
Mức độ ngưỡng
Vùng không phản ứng
Mô hình đường cong phản ứng
Dinh dưỡng
cây trồng

I. Các nguyên tố dinh dưỡng tối cần thiết

Liên quan đến các hoạt động trao đổi chất của cây.
Cây không thể hoàn thành chu kỳ sống (sinh trưởng&sinh sản) nếu không có chất này.
Không chất nào có thể thay thế tất cả vai trò của chúng*.
16 (17) được xem là thiết yếu cho cây trồng.

Các chất dinh dưỡng tối cần thiết cho cây trồng

3 nguyeân toá: C,H, O : chieám 1 löôïng raát lôùn trong töï nhieân: C* & O** töø khoâng khí & H töø nöôùc trong ñaát.
*quang hôïp (laù) hình thaønh ñöôøng thoâng qua söï haáp thu CO2 töø khoâng khí
**hoâ haáp(laù & reã) söû duïng O2 töø khoâng khí (trong khí khoång laù & trong teá khoång ñaát) trong quaù trình toång hôïp ATP (cao naêng)
Các tương quan giữa nồng độ dinh dưỡng trong cây và năng suất.

"Thiếu dinh dưỡng":
--- nồng độ dinh dưỡng thấp, năng suất giảm nghiêm trọng.
--- thường thể hiện triệu chứng thiếu dinh dưỡng, nồng độ thiếu ở mức nhẹ hay trung bình, năng suất vẫn giảm, mặc dù không thể hiện triệu chứng thiếu .

Thiếu dinh dưỡng
Chồi ngọn: Ca, B
Lá non: Fe, Zn, Mn, S, Cu
Lá già: N, P, K, Mg, Mo
Thiếu dinh dưỡng
Lá non: Di chuyển chậm, phần ngọn không di chuyển tới nên biểu hiện thiếu; kế đến là trái và hoa
Lá già: khả năng hấp thu nhanh nên di chuyển lên các bộ phận bên trên nên ở lá già thường bị thiếu
"Nồng độ ngưỡng":
--- nồng độ dinh dưỡng thấp hơn ngưỡng giới hạn năng suất-khi bón phân có chất dinh dưỡng đó, năng suất sẽ tăng. Vùng chuyển tiếp giữa đủ và thiếu dinh dưỡng.

"Đủ dinh dưỡng":
--- nồng độ dinh dưỡng cao, bón thêm phân sẽ không làm tăng năng suất*,
Mặc dù có thể tăng nồng độ dinh dưỡng trong cây.
" Tiêu thụ xa xĩ."
*có thể cải thiện chất lượng nông sản ?? nồng độ dinh dưỡng trong cây tăng.
(lá xanh hơn, protein cao hơn..)
"Thừa dinh dưỡng hay ngộ độc":
Nồng độ dinh dưỡng cao làm giảm năng suất hay chất lượng nông sản và gây ra sự mất can bằng với các chất dinh dưỡng khác.
Ngộ độc đặc biệt với các nguyên tố vi lượng (B và các cation (Zn, Fe, Mn, Cu)).
Thöøa dinh döôõng:
-- Thöøa N coù theå daãn ñeán nhöõng taùc ñoäng xaáu: moäng nöôùc, ñoå ngaõ, phaùt trieån nhieàu caønh, nhaùnh voâ hieäu, giaûm chaát löôïng noâng saûn (vò ñaéng treân baép caûi…), khaùng saâu beänh keùm…
Maát caân baèng ion: thöôøng xaûy ra vôùi caùc cations
-- Na cao,  haáp thu K hay Ca .
-- K vaø NH4+ cao daãn ñeán thieáu Mg.

CHÚ Ý
-- Nếu nồng độ dinh dưỡng trong khoảng "rất thiếu", hiệu quả bón phân sẽ cao nhất.
Nồng độ dinh dưỡng trong cây không cao do sự pha loãng bởi sinh trưởng g?i là "hiệu ứng Steenberg": Hàm lượng hấp thu tăng, nhưng sự phát triển chất khô lớn hơn.

-- Khoảng đủ dinh dưỡng": rộng đối vơi� 1 số chất như (N,K); hẹp (B) ? Trước khi chuyển qua khoảng thừa hay ngộ độc
13 (14) nguyên tố: nguyên tố dinh dưỡng khoáng-phần lớn có nguồn gốc từ đất.
Liên quan đến tất cả các hoạt động trao đổi chất.
3 nguyên tố dinh dưỡng đa lượng: N, P, K,
3 nguyên tố dinh dưỡng trung lượng: Ca, Mg, S
7 [8] nguyên tố dinh dưỡng vi lượng: Fe, Zn, Mn, Cu / B, Cl, Mo / [Ni].
Nồng độ tương đối của các nguyên tố hóa học trong mô cây.
-- đa&trung lượng: thường diễn tả = (%)
-- vi lượng " " = ppm* (phần triệu).
Ngoaïi tröø C,H,O:
-- N & K coù noàng ñoä cao nhaát. Caùc caây troàng ñöôïc boùn phaân nay ñuû, noàng ñoä: 1-5% troïng löôïng chaát khoâ
-- Ñoàng & molybdenum coù noàng ñoä thaáp nhaát.
Söï bieán ñoäng noàng ñoä dinh döôõng trong caây, do

Nhu caàu trao ñoåi chaát cuûa chaát dinh döôõng, khaùc nhau do loaøi, gioáng.
Taùc ñoäng cuûa caùc yeáu toá khaùc nhö ñaát, khí haäu, kyõ thuaät canh taùc…
Đạm (N)
Lân (P)
Kali (K)
Calcium (Ca)
Magnesium (Mg)
Lưu huỳnh (S)
Boron (B)
Sắt (Fe)
Manganese
Đồng (Cu)
Kẽm (Zn)
Molybdenum (Mo)
Chlorine (Cl)
"Các nguyên tố có ích"

-- có thể làm tăng năng suất hay phẩm chất, nhưng không phải là chất tối cần thiết.
-- có thể thay thế 1 số chức năng trong quá trình trao đổi chất của các nguyên tố tối cần thiết (không thay thế tất cả).
-- Một số cây trồng có thể tăng năng suất, phẩm chất khi bổ sung các nguyên tố
Sodium (Na)
*Silicon (Si)
Cobalt (Co)
Vanadium (Va)

Nên tổng các "Nguyên tố dinh dưỡng tối cần thiết" & "nguyên tố có ích" khoảng 20,
-- nhưng có hơn 60 nguyên tố hóa học được tìm thấy trong cây.
Một số chất không phải là nguyên tố tối cần thiết hay có ích

"Các nguyên tố không là tối cần thiết"

Được cây trồng hấp thu nhưng "không cần thiết và có ích"
Aluminum (Al):
-- ? nghiêm trọng sự phát triển của rễ.
Có thể có nồng độ cao trên cây trồng trên đất chua, phèn. Đặc biệt với các loại cây không "kháng phèn"
Một trong những nguyên nhân chính làm cho độ phì của đất đất chua không cao

-- có rất nhiều trong đất, nhưng chủ yếu trong cấu trúc khoáng sét, chỉ hòa tan khi pH thấp.
Chì (Pb): cao trong đất ô nhiễm.
Cadmium (Cd): cao trong đất ô nhiễm (bùn cống).

Mercury (Hg): "
Phần lớn các nguyên tố "không cần thiết" là kim loại nặng.