Các Nguồn Dinh Dưỡng Đầu Vào, Đầu Ra Của Cân Bằng Dinh Dưỡng

nguyên tố cây mía hấp thu nhiều nhất. K có ảnh hưởng tích cực đến hầu hết các quá trình sinh lý, sinh hóa xảy ra trong tế bào, đặc biệt là quá trình tổng hợp, vận chuyển và tích lũy đường. Tuy nhiên, mức độ phản ứng của mía với việc bón K lại có sự biến động, thể hiện tính địa phương cao, phụ thuộc vào điều kiện khí hậu, đất đai, giống mía, kỹ thuật canh tác và mối quan hệ tương tác với các nguyên tố dinh dưỡng thiết yếu khác [53], [40].

Khác với N và P, cây mía có hiện tượng tiêu dùng “xa xỉ” K [106]. Bên cạnh đó, triệu chứng thiếu K thường không thể hiện ngay lập tức trong các trường hợp K bị mất do xói mòn, rửa trôi hay bị cố định. Nhu cầu bón K chỉ xuất hiện rõ sau một vài vụ trồng mía không bón hoặc bón thiếu so với lượng K mất đi sau mỗi vụ thu hoạch. Vì vậy, trong cả hai trường hợp bón thừa hoặc thiếu K đều dẫn đến làm giảm hiệu quả sản xuất mía [78].

Vùng mía Lam Sơn Thanh Hóa được qui hoạch trên địa bàn 10 huyện thuộc khu vực trung du, miền núi phía Tây của tỉnh Thanh Hóa với tổng diện tích đất trồng mía 54.314 ha, trong đó trên 80% thuộc nhóm đất xám Ferralit [37]. Trong điều kiện khí hậu nhiệt đới, quá trình khoáng hóa, quá trình xói mòn, rửa trôi xảy ra mạnh, hàm lượng chất hữu cơ, tỷ lệ và thành phần các loại khoáng sét giàu K trong đất thấp là những yếu tố làm cho đất trồng mía không chỉ nghèo về K mà khả năng giữ K của đất cũng thấp, dẫn đến làm giảm hiệu suất bón phân K, giảm năng suất, chất lượng và hiệu quả sản xuất mía.

Nghiên cứu khả năng cung cấp K của đất và mối quan hệ giữa các nguồn dinh dưỡng K đầu vào, đầu ra với năng suất, chất lượng mía trong những điều kiện sản xuất cụ thể, làm cơ sở để đánh giá hiện trạng dự trữ K trong đất, phát hiện các nguyên nhân gây mất cân bằng. Đồng thời, qua đó xác định lượng bón K và các biện pháp kỹ thuật canh tác phù hợp theo hướng “Quản lý dinh dưỡng theo vùng chuyên biệt - Site specific nutrient management - SSNM” đảm bảo yêu cầu vừa nâng cao năng suất, chất lượng,

hiệu quả sản xuất mía, vừa duy trì dự trữ K trong đất, chống thoái hóa đất để phát triển sản xuất bền vững là vấn đề có ý nghĩa khoa học, thực tiễn và cấp thiết đối với các vùng trồng mía ở nước ta hiện nay.

Xuất phát từ những vấn đề nêu trên, chúng tôi thực hiện đề tài “Nghiên cứu cân bằng dinh dưỡng kali cho mía đồi vùng Lam Sơn Thanh Hóa”.

2. Mục đích yêu cầu của đề tài

2.1. Mục đích

Thiết lập phương trình xác định lượng bón K phù hợp cho mía thông qua cân bằng dinh dưỡng, tạo cở sở để thực hiện quản lý bền vững dinh dưỡng K theo vùng chuyên biệt, góp phần nâng cao năng suất, chất lượng, hiệu quả sản xuất mía đồi vùng Lam Sơn Thanh Hóa.

2.2. Yêu cầu

- Đánh giá được điều kiện cơ bản vùng mía Lam Sơn trong mối quan hệ với cân bằng K cho mía.

- Xác định được khả năng cung cấp K cho mía của đất xám ferralit và lượng các nguồn dinh dưỡng đầu vào, đầu ra của cân bằng K cho mía.

- Xác định được mối quan hệ giữa lượng bón K với năng suất, chất lượng mía, năng suất đường và lượng K mất theo sản phẩm thu hoạch.

- Xác định được cân bằng K ở các mức bón K khác nhau và trong điều kiện sản xuất mía hiện tại.

- Thiết lập được phương trình xác định lượng bón K phù hợp cho mía thông qua cân bằng dinh dưỡng.

- Xác định được hiệu quả mô hình thực nghiệm quản lý bền vững dinh dưỡng K cho mía trên cơ sở kết quả cân bằng dinh dưỡng.

3. Giới hạn nghiên cứu

Nghiên cứu cân bằng dinh dưỡng K cho mía vùng Lam Sơn Thanh Hóa được thực hiện ở cấp độ nhỏ (qui mô cánh đồng) trong các điều kiện cụ thể sau:

- Loại đất: đất Xám ferralit điển hình

- Giống mía MY 55 - 14: giống chủ lực, chiếm trên 60% cơ cấu giống mía hiện tại của vùng Lam Sơn

- Chu kỳ trồng mía: 3 vụ (1 vụ mía trồng mới, 2 vụ mía để lưu gốc).

- Kỹ thuật thâm canh mía: ngoại trừ lượng bón K là yếu tố nghiên cứu, các biện pháp kỹ thuật thâm canh mía trong thí nghiệm được thực hiện theo quy trình kỹ thuật thâm canh mía của Công ty cổ phần Mía đường Lam Sơn hiện đang được áp dụng phổ biến trong vùng [13].

4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

4.1. Ý nghĩa khoa học

Kết quả nghiên cứu của đề tài luận án góp phần bổ sung dữ liệu khoa học phục vụ cho đánh giá cân bằng dinh dưỡng và xác định lượng bón K phù hợp cho mía thông qua cân bằng dinh dưỡng trên đất xám Ferralit, vùng đồi Lam Sơn Thanh Hóa.

4.2. Ý nghĩa thực tiễn

Kết quả nghiên cứu của đề tài là cơ sở để phổ biến, khuyến cáo thực hiện quản lý bền vững dinh dưỡng K theo vùng chuyên biệt trong sản xuất mía đồi vùng Lam Sơn nói riêng, các vùng mía đồi trong tỉnh Thanh Hóa và trong cả nước nói chung.

5. Điểm mới của luận án

Đề tài luận án đã xác định được khả năng cung cấp K của đất; lượng và mối quan hệ giữa các nguồn dinh dưỡng đầu vào, đầu ra của cân bằng K. Qua đó thiết lập phương trình xác định lượng bón K phù hợp cho mía thông qua cân bằng dinh dưỡng và xây dựng mô hình quản lý bền vững dinh dưỡng K cho mía trên đất xám ferralit điển hình vùng đồi Lam Sơn Thanh Hóa, đạt năng suất, chất lượng, hiệu quả cao, duy trì được hàm lượng K dự trữ trong đất.

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN TÀI LIỆU NGHIÊN CỨU

1.1. Lý luận chung về cân bằng dinh dưỡng

1.1.1. Cân bằng dinh dưỡng trong hệ thống cây trồng

Theo FAO (1998) [71], cân bằng dinh dưỡng trong hệ thống cây trồng là việc xác định lượng của tất cả các nguồn dinh dưỡng đầu vào và đầu ra trên một đơn vị diện tích đất canh tác trong những điều kiện cụ thể xác định. Cân bằng dinh dưỡng trong hệ thống cây trồng được thiết lập khi tổng giá trị các nguồn dinh dưỡng đầu ra bằng tổng giá trị các nguồn dinh dưỡng đầu vào.

Mục đích chính của cân bằng dinh dưỡng trong hệ thống cây trồng là đánh giá tình trạng dự trữ dinh dưỡng trong đất, thông qua xác định lượng các nguồn dinh dưỡng đầu vào, đầu ra trong toàn bộ hệ thống cây trồng, qua đó đánh giá mức độ thoái hóa đất. Kết quả nghiên cứu cân bằng dinh dưỡng là cơ sở quan trọng để xây dựng chiến lược quản lý bền vững dinh dưỡng cây trồng nhằm cung cấp đầy đủ, cân đối các nguyên tố dinh dưỡng cho cây, đồng thời cải thiện, duy trì và nâng cao độ phì nhiêu đất, đảm bảo cho sự phát triển bền vững của hệ thống cây trồng.

Trong hệ sinh thái tự nhiên, bản thân các thành phần sinh vật trong hệ sinh thái có khả năng bù đủ số lượng tối thiểu các chất dinh dưỡng bị mất do xói mòn, rửa trôi. Thậm chí trong những điều kiện thích hợp, các thành phần sinh vật không chỉ bù đủ lượng dinh dưỡng bị mất mà còn tích lũy được một lượng nhất định ở lớp đất mặt. Khác với hệ sinh thái tự nhiên, trong các hệ thống cây trồng, hàng năm một lượng dinh dưỡng nhất định bị lấy ra khỏi hệ sinh thái và một lượng dinh dưỡng từ bên ngoài được bổ sung vào để đảm bảo duy trì và nâng cao năng suất, chất lượng sản phẩm trồng trọt. Sự can thiệp của con người vào các giai đoạn khác nhau trong chu kỳ sinh trưởng của cây trồng nhằm mục đích thu được sản phẩm cây trồng tối đa đồng nghĩa với việc lấy ra

khỏi hệ thống một lượng chất dinh dưỡng tương ứng theo sản phẩm thu hoạch (Iftikar W, 2010) [82].

Trong hệ thống cây trồng, khả năng cung cấp dinh dưỡng của đất cho cây được coi là “Nguồn vốn cố định - Immobilized Capital” vì các yếu tố dinh dưỡng trong đất không có khả năng tự di chuyển từ cánh đồng hay khu ruộng này đến cánh đồng hoặc khu ruộng khác. Dự trữ dinh dưỡng trong đất là có giới hạn. Việc sụt giảm quá mức dự trữ dinh dưỡng trong đất sẽ dẫn đến giảm độ phì nhiêu và thoái hóa đất. Các nguồn dinh dưỡng có trong tàn dư cây trồng, phân hữu cơ, phân xanh và phế phụ phẩm nông, công nghiệp thực phẩm hợp thành “Nguồn vốn lưu động - Working Capital” bởi vì chúng có thể được di chuyển và phân chia cho từng đối tượng cây trồng trong hệ thống luân canh tùy theo mục đích, yêu cầu của người sản xuất (Buresh R. J, 2010 (a); 2010 (b) [59], [60]).

Trong hệ thống dinh dưỡng cây trồng, sự thiếu hụt một nguyên tố dinh dưỡng nào đó sẽ dẫn đến hạn chế hiệu quả của các nguyên tố dinh dưỡng khác, từ đó làm giảm năng suất, chất lượng nông sản (Chu Văn Hách, 2012; Trần Minh Tiến và cộng sự (cs), 2013; FAO STAT, 2012 [23], [39], [70]). Việc mất cân bằng các nguyên tố dinh dưỡng dễ tiêu có thể dẫn đến khai thác quá mức dự trữ dinh dưỡng trong đất, đồng thời thúc đẩy cây trồng hút thừa các nguyên tố dinh dưỡng khác, dẫn đến làm giảm hiệu suất phân bón và lãng phí nguồn tài nguyên đất (Nguyễn Trọng Thi và cs, 1999; FAO, 2010; IFA, 2011; 2012 [49],

[72], [80], [81])

Trong thực tế sản xuất, số lượng các chất dinh dưỡng dễ tiêu cho tái sử dụng thông qua tàn dư cây trồng và sản phẩm thải của động vật rất khó bù đắp đủ số lượng dinh dưỡng mất đi theo sản phẩm thu hoạch, thậm chí đối với cả các hệ thống cây trồng được quản lý tốt. Vì vậy việc bón phân khoáng được xác định là yêu cầu bắt buộc để tăng năng suất cây trồng (Nguyễn Văn Bộ, 2013 [2]).

Về mặt lý luận, bón phân cho cây trồng phải tuân theo các định luật về sử dụng phân bón: định luật trả lại, định luật yếu tố dinh dưỡng hạn chế, định luật hiệu suất phân bón giảm dần, định luật ưu tiên chất lượng sản phẩm, định luật bón phân cân đối (dẫn theo (dt.) Vũ Hữu Yêm, 1998 [52]). Chế độ bón phân cân đối và hợp lý là cơ sở để đảm bảo đạt được năng suất, chất lượng nông sản và hiệu suất phân bón cao, đồng thời duy trì và cải thiện được độ phì nhiêu đất, hạn chế các tác nhân gây ô nhiễm nguồn nước ngầm, nước mặt và phát thải khí nhà kính (Bộ Tài nguyên và Môi trường, 2010; Phạm Quang Hà và cs, 2013; IPCC, 2010; Cao Kỳ Sơn, 2013 [12], [22], [25], [35]).

Thực tế cho thấy, các nguồn dinh dưỡng đầu vào, đầu ra của cân bằng dinh dưỡng có sự thay đổi lớn, phụ thuộc vào hệ thống canh tác, phạm vi không gian, thời gian trong những điều kiện cụ thể xác định. Việc đánh giá cân bằng dinh dưỡng có thể được thực hiện trên một hoặc nhiều loại đất với các chế độ canh tác và trình độ quản lý khác nhau. Do vậy, nguồn dinh dưỡng đầu vào, đầu ra trong hệ thống cây trồng cũng được gắn với các yếu tố đặc trưng về điều kiện tự nhiên, kỹ thuật canh tác trong phạm vi vùng nghiên cứu.

Theo Roy R. N et al (2003) [97], để đánh giá cân bằng dinh dưỡng trong hệ thống cây trồng, trước hết cần phải rà soát tất cả các yếu tố có liên quan đến nguồn dinh dưỡng đầu vào, đầu ra trong khu vực nghiên cứu để xác định chính xác các nguồn đầu vào, đầu ra của cân bằng dinh dưỡng, sau đó mới tiến hành xác định lượng của chúng. Việc xác định lượng của các yếu tố đầu vào, đầu ra được thực hiện bằng phương pháp trực tiếp hay gián tiếp. Cân bằng dinh dưỡng đạt được độ chính xác và tính khả thi cao khi các nguồn dinh dưỡng đầu vào, đầu ra được xác định thông qua bố trí thí nghiệm. Trong điều kiện không bố trí được thí nghiệm hoặc một số dữ liệu điều tra không có sẵn, có thể dùng phương pháp ngoại suy hoặc ước lượng dựa trên các công thức chuẩn để xác định và tính toán cân bằng.

1.1.2. Các cấp độ nghiên cứu cân bằng dinh dưỡng

Tùy thuộc vào phạm vi không gian nghiên cứu, có ba cấp độ nghiên cứu cân bằng dinh dưỡng trong hệ thống cây trồng là: cấp độ vĩ mô, cấp độ trung bình và cấp độ vi mô. Cấp độ vĩ mô áp dụng cho những nghiên cứu ở quy mô quốc gia, châu lục và phạm vi toàn cầu. Cấp độ trung bình áp dụng cho những nghiên cứu ở quy mô cấp tỉnh, huyện, vùng sinh thái hoặc một vùng sản xuất chuyên canh. Cấp độ vi mô áp dụng cho những nghiên cứu ở quy mô nông trại và nhóm hộ gia đình.

Đối với các nghiên cứu ở cấp độ vĩ mô, nội dung cân bằng dinh dưỡng tập trung chủ yếu vào việc định lượng nguồn dinh dưỡng đầu vào, đầu ra đối với ba nguyên tố dinh dưỡng đa lượng N, P, K trong lớp đất canh tác ở phạm vi quốc gia hay châu lục. Các nguyên tố này có trong đất ở dạng dễ tiêu hoặc cố định đối với cây trồng và có sự biến động sau mỗi vụ thu hoạch do sự thay đổi của các nguồn dinh dưỡng đầu vào, đầu ra.

Ở vùng Sahara châu Phi, trong giai đoạn từ năm 1983 đến năm 2000, đánh giá cân bằng dinh dưỡng được thực hiện trên cơ sở dữ liệu của FAO gắn với các loại hình sử dụng đất nhằm đánh giá tình trạng suy giảm N, P, K trong đất. Các kết quả nghiên cứu cân bằng dinh dưỡng ở Ghana, Kenya và Mali do trường Đại học Wageningen, Hà Lan thực hiện đã cải tiến hơn bằng cách giới hạn rõ ràng về không gian kết hợp sử dụng cơ sở dữ liệu của FAO và hệ thống thông tin địa lý (GIS) nên việc tính toán nhanh và dễ dàng hơn, độ tin cậy cao hơn so với việc chỉ sử dụng số liệu duy nhất của FAO gắn với các loại hình sử dụng đất (Roy. R. N et al, 2003 [97]).

Ở Trung Quốc, điểm mới trong đánh giá cân bằng dinh dưỡng, giai đoạn 1961 - 1997 là xây dựng mô hình các giá trị đầu vào, đầu ra của tuần hoàn dinh dưỡng để kiểm soát dinh dưỡng ở cấp quốc gia. Phương pháp này cho phép thực hiện đánh giá cân bằng một cách nhanh chóng, đảm bảo độ chính xác cao (Sheldrick et al, 2003 [100]).

Đối với các nghiên cứu ở cấp độ trung bình, quy mô cấp huyện, vùng sinh thái hoặc các vùng sản xuất chuyên canh, mục tiêu của cân bằng dinh dưỡng là tạo cơ sở cho việc hoạch định các chính sách và kế hoạch sản xuất kinh doanh trong khu vực. Vì vậy, lượng các yếu tố đầu vào, đầu ra cần được tính toán chi tiết nhằm đảm bảo độ chính xác, tính khả thi cao của kết quả cân bằng.

Đối với các nghiên cứu ở cấp độ vi mô, mục tiêu của cân bằng dinh dưỡng là phục vụ cho việc tiếp cận quản lý dinh dưỡng tại chỗ trong phạm vi cánh đồng, trang trại hoặc nông hộ sản xuất. Ở cấp độ này, việc xác định nguồn và lượng của các nguồn dinh dưỡng đầu vào, đầu ra thường được thực hiện theo phương pháp tiếp cận có sự tham gia của các bên liên quan, nhằm phân tích đánh giá điều kiện đặc trưng, tình trạng dinh dưỡng, hiệu quả kinh tế. Qua đó cung cấp cơ sở dữ liệu tin cậy để tính toán cân bằng dinh dưỡng, đồng thời gắn với chiến lược SSNM cho từng đối tượng cây trồng (FAO, 1998) [71].

1.1.3. Các nguồn dinh dưỡng đầu vào, đầu ra của cân bằng dinh dưỡng

Việc xác định đúng các nguồn dinh dưỡng đầu vào, đầu ra của cân bằng dinh dưỡng phù hợp với phạm vi không gian và điều kiện cụ thể của vùng nghiên cứu là nội dung có tính chất quyết định mức độ chính xác của cân bằng dinh dưỡng. Theo Roy R. N et al (2003) [97], có 5 nguồn dinh dưỡng đầu vào và 5 nguồn dinh dưỡng đầu ra của cân bằng dinh dưỡng cho các hệ thống cây trồng, cụ thể như sau:

Bảng 1.1. Các nguồn dinh dưỡng đầu vào, đầu ra của cân bằng dinh dưỡng

Nguồn dinh dưỡng đầu vào

Ký hiệu	Nguồn dinh dưỡng đầu ra	Ký hiệu
Phân khoáng	IN 1	Sản phẩm thu hoạch	OUT 1
Phân hữu cơ	IN 2	Tàn dư thực vật	OUT 2
Lắng đọng (bụi/mưa)	IN 3	Rửa trôi	OUT 3
Vi sinh vật cố định N	IN 4	Bay hơi	OUT 4
Trầm tích, đóng cặn (tưới/phù sa)	IN 5	Xói mòn	OUT 5