Bài giảng Độ phì nhiêu đất đai và phân bón - Chương 5: Các nguyên tố dinh dưỡng và phân bón đa lượng - Lê Trọng Hiếu

Chương 5 Các nguyên tố dinh dưỡng và phân bón đa lượng Bài 1 Đạm và phân bón đạm • Đạm và quá trình cố định đạm trong tự nhiên • Đạm trong đất • Các loại phân có chứa đạm Đạm và quá trình cố định đạm trong tự nhiên Vai trò của nguyên tố đạm Chu kỳ đạm trong tự nhiên Sự cố định đạm trong tự nhiên Đạm và vai trò của đạm Acid nucleic Acid amine  protein Cấu tạo của diệp lục tố • Nguyên tố diệp lục có khả năng quan hợp tạo nên màu xanh của lá Chu kỳ chất đạm trong tự nhiên • Trong khí quyển khí nitơ chiếm 78% nhưng hầu hết các động thực vật không thể sử dụng trực tiếp nguồn này Chu kỳ chất đạm trong tự nhiên tt • Sự chuyển hóa từ dạng khí  hữu dụng cho cây trồng ? Cố định bởi các vi sinh vật: Cộng sinh trên rễ các cây họ đậu và trên một số thực vật khác Sống tự do hay không cộng sinh Bởi sự phóng điện trong không khí. Công nghiệp sản xuất phân đạm tổng hợp. Chu kỳ chất đạm trong tự nhiên tt • Cố định đạm trong tự nhiên vi khuẩn công sinh trên rễ cây họ đậu (Rhizobium) N2 + 16 ATP +2H +  2NH4 ++ 16 ADP + H2 (Rhizobium) 50 % lượng đạm cố định sinh học 3 H2 + 2 N2  2 NH33 H2 + 2 N2  2 NH3 Một số vi sinh vật có khả năng cố định đạm Vi sinh vật Nơi sống Azotobacter Đất, nước, vùng rễ, cố định tự do Azospirillum Liên kết rễ hay tự do Rhizobium Nốt sần cây họ đậu Actinomycetes, frankia Liên kết với rễ cây không thuộc họ đậu, cây thân gỗ Tảo lục lam Bèo hoa dâu Azotobacter Azospirillium Actinomycetes Frankia Tảo lục lam Bèo hoa dâu Khả năng cố định đạm của vi khuẩn cộng sinh với một số cây họ đậu Cây họ đậu Khả năng cố định (kg/ha/năm) Cỏ alfalfa 55 - 330 Kudzu 20 - 170 Đậu phụng 20 – 220 Đậu nành 45 - 290 Sản xuất đạm công nghiệp 3 H2 + 2 N2  2 NH3 (ở điều kiện 1200oC và 500 atm) dựa trên quy trình Haber – Bosch Đạm tạo thành do sét Đạm trong đất Hàm lượng: 0,03 – 0,4 % Thành phần Đạm dạng vô cơ: ammonium (NH4 +), nitrite (NO2 -), nitrate (NO3 -), nitrous oxide (N2O), nitric oxide (NO) và đạm nguyên tố (N2) Hợp chất đạm hữu cơ: amino acid 20 – 40%, amino sugar như hexosamine 5 – 10% và các hợp chất có nguồn gốc như purine, pyrimidine < 1%. Dạng đạm trong đất rễ cây có thể hấp thu - NH4 + - NO3 - pH trung tính Môi trường khử pH hơi chua Môi trường oxi hóa Sự chuyển hóa đạm trong đất • Sự khoáng hóa Amine hóa: Protein  acid amine, ure, CO2, năng lượng (vi sinh vật) Amonium hóa: R – NH2 + H2O  NH3 + R – OH + năng lượng NH3 + H2O  NH4 + + OH- 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 + (Nitrosomonas) Nitrate hóa ( NO2 - tiếp tục bị oxi hóa thành NO3 -) • 2 NO2 - + O2 --------> 2NO3 - • (Nitrobacter) Các yếu tố ảnh hưởng đến sự nitrate hóa trong đất • Sự cung cấp NH4 + • Mật độ,chũng loại vi sinh vật tham gia vào sự nitrate hóa • pH đất • Độ thoáng khí của đất • Độ ẩm của đất • Nhiệt độ đất Figure 37.9 Atmosphere N2 Đất N2 N2 Nitrogen-fixing bacteria Organic material (humus) NH3 (ammonia) NH4 + (ammonium) H+ (From soil) NO3 – (nitrate) Nitrifying bacteria Vi khuẩn phản đạm hóa Rễ NH4 + Soil Khí quyển Cây hấp thu đạm vào trong rễ Ammonifying bacteria Mất nitrate trong đất Rửa trôi Các yếu tố ảnh hưởng Liều lượng, thời gian, loại và phương pháp bón phân N. Sử dụng các chất ức chế sự nitrate hóa. 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. Phản đạm hóa NO3 -  NO2 -  NO  N2O  N2 Pseudomonas, Bacillus Thiobacillus denitrificans và Thiobacillus thipbarus Các yếu tố ảnh hưởng đến sự phản N hóa • Chất hữu cơ dễ phân giải • Ẩm độ của đất • Độ thoáng khí của đất • pH đất • Nhiệt độ • Hàm lượng NO3 - • Sự hiện diện của thực vật Bay hơi của NH3 NH4 + NH3 + H+ Các yếu tố ảnh hưởng đến sự bay hơi của NH3 pH đất Nguồn đạm Cách bón Nhiệt độ Trao đổi của cây trồng Ý nghĩa của sự phản N hóa về mặt nông nghiệp • Phân N là nguồn N dễ tiêu của đất bị mất N vào không khí do phản N hóa liên tục có thể chiếm đến 0 – 70 % lượng phân N bón Sự bay hơi của NH3 • Hàm lượng NH3 chỉ xuất hiện đáng kể khi pH dung dịch vượt quá 7,5. • 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 dịch Các Loại Phân Đạm Các dạng phân hữu cơ (N trung bình trong các chất hữu cơ tự nhiên tiêu biểu từ 1 – 13 %) Các loại phân N tổng hợp Phân N ammonium (NH4) Phân đạm nitrate (NO3) Loại phân N % P2O5 % K2O % CaO % MgO % S % Cl % Ammonium sulfate 21,0 24,0 Ammonia lỏng khan 82,0 - - - - - - Ammonium chloriide 25,0-26,0 - - - - - 66,0 Ammonium 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 1,2 Sodium nitrate 16,0 - - - - - 0,6 Urea 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 - - - - - NH3 lỏng khan NH3: 82%N, NH3 có thể tồn tại ở các trạng thái khí, lỏng và rắn. NH3 lỏng khan có hòa tan cao, hút nước mạnh Ammonim nitrate (NH4NO3) • Phân NH4NO3 chứa 30 – 40 % N • Thành phần NO3 - trong phân NH4NO3 dễ dàng hữu dụng đối với cây trồng • 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 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. • Có một số nguy cơ cháy hay Có hiệu quả thấp ở đất lúa nước so với phân urea và các loại phân NH4 +. • Có nguy cơ bị rửa trôi và phản N hóa mạnh hơn là các sản phẩm NH4 +. Ammonium Sulfate (NH4)2SO4 • Chứa 21 % N, còn gọi là phân SA, • Có dạng tinh thể, mịn màu trắng hoặc xám xanh, có mùi amoniac, vị mặn và hơi chua. • Được sản xuất bằng sự trung hòa acid nitric và acid sulfuric với NH3. Các ưu điểm chính • 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. • Khuyết điểm là N tương đối thấp 19 – 21 % N : 23 – 24 %S và thường quá đắt để sử dụng như là một loại phân N, S. • Khi bón phân SA cho cây con cần thận trọng vì phân SA có thể làm cây con bị cháy lá. • Là loại phân sinh lý chua Ammonium Phosphate • Monoammonium Phosphate (NH4H2PO4) 11% N & 48% P2O5 • Diammonium Phosphate (NH4)2HPO4 18% N & 46% P2O5 Ammonium chloride (NH4Cl) Thường chứa 24 – 26 % N, dạng tinh thể mịn, màu trắng hoặc vàng ngà, dễ trong nước, ít hút ẩm, ít vón cục. được sản xuất theo phương pháp trung hòa trực tiếp NH3 với HCl ( phương pháp Dow chemical) • NH3 + HCl  NH4Cl Urea (NH2)2CO: 46 % N • Các phương pháp sản xuất urea 2 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) Biuret • 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. • 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. Các loại phân N đạm NO3 - • NaNO3 chứa 16 % N, Phần lớn các phân này có nguồn gốc trong các mỏ lớn ở vùng ven biển Chile KNO3 Ca(NO3)2 Các hợp chất N chậm hữu dụng 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. Sự nitrate hóa và các chất ức chế urease. 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. • Urea bọc lưu huỳnh (SCU) Các chất ức chế sự nitrate hóa và urea • 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; • (6) Phải tương đối rẻ tiền. BÀI 2 LÂN VÀ PHÂN LÂN Lân trong dung dịch đất • Phần lớn lân được cây trồng hấp thu ở dạng ion orthophosphate (H2PO4 - và HPO4 2-) • pH= 7,2 (H2PO4 - = HPO4 2-) • pH> 7,2 (H2PO4 - < HPO4 2-) • pH<7,2 (H2PO4 - > HPO4 2-) 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 Lân hữu cơ trong đất • Sự tuần hoàn của lân hữu cơ trong đất Sự khoáng hóa Sự cố định sinh học Lân hữu cơ lân vô cơ (H2PO4 -, HPO2-) Lân vô cơ trong đất • Khả năng hòa tan của các khoáng P sơ sinh và thứ sinh • Các yếu tố ảnh hưởng đến sự cố định lân trong đất – Tính chất và hàm lượng các khoáng trong đất – pH đất Một số điểm cần lưu ý trong việc quản lý phân lân • thời gian hữu dụng của phân lân đối với cây trồng sau khi bón phân (có thể vài tháng thậm chí vài năm) • Cách bón phân lân là biện pháp kỹ thuật quan trọng Các Loại Phân Lân • Các nguồn 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. • 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 Nồng độ lân (%) Tên phân / công thức Tên viết tắt thường dùng N P2O5 K2O S Dạng lân % lân hữu dụng so với lân tổng số 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 phosphate Monopotassium phosphate KH2PO4 51 35 Orthophosphate 100 Dipotassium phosphate 41 54 Orthophosphate 100 1 Đá phosphate (apatite nghiền ) • RP còn chứa khoảng 11,5 đến 17,5 % lân tổng số (27 – 41% P2O5) 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 % P2O5), nồng độ phổ biến là 18 – 20 – 0 (18 – 46 – 0). Potassium phosphate • Potassium 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, có nồng độ các chất dinh dưỡng cao Phân lân sinh học • Vi khuẩn Phosphobacterins đã được bón vào đất để làm tăng sự hấp thu lân Nấm cộng sinh với rễ a Mantle (fungal sheath) Epidermis Cortex Mantle (fungal sheath) Endodermis Fungal hyphae between cortical cells (colorized SEM) 100 m(a) Figure 37.12b Epidermis Cortex Fungal hyphae Root hair 10 m (LM, stained specimen) Cortical cells Endodermis Vesicle Casparian strip Arbuscules 2 (b) Nội dung chú ý về phân lân • Ảnh hưởng của phân lân chậm và kéo dài trong nhiều năm, vụ đầu bón lân thường không có ảnh hưởng nổi bậc. • 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. • 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. BÀI 3: KALI VÀ PHÂN KALI 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 % 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). Modified from the Potash & Phosphate Institute web site at www.ppi-ppic.org Animal manures and biosolids Mineral fertilizers Crop harvest Runoff and erosion Leaching Soil solution potassium (K+) Plant residues Plant uptake Mineral potassium Fixed potassium Exchangeable potassium Input to soilComponent Loss from soilThe Potassium Cycle The potassium cycle Các dạng kali trong đất • Kali trong đất hiện diện ở 4 dạng, – 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. Sự tiêu thụ xa xỉ kali của cây trồng Sự mất kali do rửa trôi Các yếu tố của cây trồng ảnh hưởng đến sự hữu dụng của kali • CEC của rễ • Hệ thống rễ và cây trồng • Giống cây trồng • Mật độ cây trồng và khoảng cách trồng • Mức độ năng suất • Yếu tố thời gian Các Loại Phân Kali • Các mỏ muối kali hòa tan, Trong thực tế tất cả các loại phân kali đều hòa tan trong nước. Chúng chủ yếu kết hợp với Cl-, SO4 2-, PO4 3- và P2O7 4-. Potassium Chloride (KCl) • KCl có chứa 50 - 52 % K (60 – 63 % K2O) 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. Potassium Sulfate (K2SO4) • Là loại phân màu trắng có chứa 42-44% K (50-53% K2O) và 17% S. • 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. Giá trị nông học của các loại phân kali • 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, cây trồng. • Thuốc lá là loại cây trồng rất mẩn cảm với lượng Cl- cao. Trong một số vùng trồng khoai tây, khoai lang và cam quít, không nên bón Cl- với hàm lượng cao Phân chậm tan • Sự lựa chọn phân woodace, Nurseryace hay IB-S1 là tùy theo trước hết thời gian của vụ mùa của cây trồng. Trong trường hợp cây trồng có vụ mùa liên tiếp như Thanh long, dâu tằm, cây chè v.v... thì có thể chọn phân Nurseryace có hiệu lực 8- 12 tháng sẽ tiết kiệm được công bón hơn so với IB-S1 có hiệu lực khoảng 4 tháng. Trong trường hợp cây lâu năm như xoài, ổi, bưỡi có thể chọn Woodace v.v...