Các Nguồn Dinh Dưỡng Đầu Ra Sản Phẩm Thu Hoạch (Out 1)

1.1.3.1. Các nguồn dinh dưỡng đầu vào Phân khoáng (IN 1)

Phân khoáng là nguồn đầu vào không thể thiếu đối với đất canh tác ở bất kỳ một vùng miền nào. Đối với mỗi loại cây trồng, trên các loại đất, từng mùa vụ thì yêu cầu về lượng phân khoáng khác nhau. Việc bón bổ sung một lượng phân khoáng phù hợp để cân bằng giữa lượng dinh dưỡng đầu vào và lượng dinh dưỡng đầu ra là điều kiện tiên quyết, đảm bảo cho sự phát triển nông nghiệp bền vững và tăng năng suất cây trồng (Brentrup et al, 2009; Dongxin Feng, 2012 [58], [67]).

Lượng phân khoáng bón vào đất trong tính toán cân bằng dinh dưỡng được xác định thông qua hoạt động điều tra, thu thập thông tin về tình hình sử dụng phân khoáng. Ở cấp độ quốc gia, có thể điều tra lượng phân khoáng đã được sử dụng bằng cách thông qua xác định số lượng phân khoáng nhập khẩu và lượng phân khoáng được sản xuất tại chỗ.

Tùy thuộc vào điều kiện và số liệu sẵn có ở từng vùng để lựa chọn phương pháp xác định lượng phân khoáng cho phù hợp. Ở tiểu vùng Sahara châu Phi, lượng phân khoáng đã sử dụng được xác định bằng cách tính toán lượng phân bón đối với mỗi loại cây trồng. Trong khi đó, ở Ghana và Mali, các số liệu này lại không có đủ, do vậy lượng phân khoáng được xác định bằng cách sử dụng dữ liệu từ các quốc gia lân cận có hệ sinh thái nông nghiệp tương tự (Roy R. N et al, 2003 [97]).

• Phân hữu cơ (IN 2)

Ở vùng Sahara châu Phi, lượng phân hữu cơ đã sử dụng cho cây trồng hàng năm được tính toán trên cơ sở bản đồ các loại vật nuôi chính (gia súc, gia súc nhai lại, gia cầm). Tổng lượng dinh dưỡng trong phân chuồng được xác định thông qua các yếu tố quản lý, mật độ vật nuôi và lượng phân thải ra.

Ở Trung Quốc, lượng phân hữu cơ cung cấp cho cây trồng được xác định thông qua số lượng và hàm lượng các chất dinh dưỡng có trong phân động vật và lượng phân chuồng trả lại của các loại vật nuôi khác nhau (đại gia súc, lợn, cừu, dê, ngựa và gia cầm). Dữ liệu về số lượng và trọng lượng trung bình của động vật giết mổ trong quốc gia cũng được thu thập để tính toán xác định nguồn và lượng phân của vật nuôi (Sheldrick et al, 2003 [100]).

Lắng đọng (IN 3)

Có thể bạn quan tâm!

Xem toàn bộ 220 trang tài liệu này.

Lắng đọng là nguồn đầu vào chịu sự chi phối của điều kiện tự nhiên tại một địa điểm cụ thể. Lắng đọng bao gồm 2 dạng: lắng đọng khô do bụi từ nơi khác đưa đến (nhìn chung số lượng không đáng kể, chỉ có ở một số vùng có khí hậu đặc trưng riêng) và lắng đọng ẩm do mưa (dạng lắng đọng phổ biến cần được xem xét trong tính toán cân bằng dinh dưỡng) (Roy. R. N et al, 2003 [97]).

Mưa là một nguồn cung cấp dinh dưỡng đầu vào cho đất. Trong nghiên cứu cân bằng ở cấp độ lớn đối với các quốc gia ở châu Phi, lượng dinh dưỡng do nước mưa cung cấp (kg/ha/năm) được xác định bằng tích của (lượng mưa)1/2 nhân với các hệ số 0,14; 0,053 và 0,11 đối với các chất dinh dưỡng N; P2O5; K2O, tương ứng.

Cố định N (IN 4)

Phần lớn nguồn cung cấp N cho đất là từ quá trình cố định N thông qua hoạt động của vi sinh vật chuyển N ở dạng khí N2 có trong không khí và trong đất thành dạng N cây trồng sử dụng được. Có hai dạng cố định đạm: cố định đạm cộng sinh (symbiotic) và cố định đạm không cộng sinh (nonsymbiotic). Ở dạng cộng sinh, vi khuẩn gây ra sự hình thành các nốt sần (sự phát triển không bình thường của rễ) ở một số loại cây (chủ yếu là cây họ đậu) và sống ở đó để thực hiện quá trình cố định đạm. Cố định đạm cộng sinh của vi khuẩn với cây họ đậu có thể bổ sung cho đất 50 - 280 kg N/ha/năm, phụ thuộc vào loại cây họ đậu.

Đối với hình thức cố định đạm không cộng sinh (cố định đạm tự do) một số loại vi sinh chuyên biệt (vi sinh vật và tảo xanh lam) trong đất và nước có khả năng thực hiện quá trình chuyển đạm khí N2 thành dạng đạm trong tế bào của cơ thể, sau đó giải phóng đạm cho cây trồng thông qua quá trình khoáng hóa xác vi sinh vật. Lượng đạm cố định được theo hình thức này thay đổi từ vài kg đến trên 112 kg/ha, trung bình 28 kg/ha (Roy. L. Donahue, 1977 [98]).

Trầm tích, đóng cặn (IN5)

Hiện tượng trầm tích, đóng cặn do lắng đọng của phù sa hoặc nước tưới thường chỉ xảy ra đối với vùng ven sông, ven biển. Đối với những vùng đất canh tác chủ động tưới, lượng dinh dưỡng do nước tưới mang lại được xem như một nguồn đầu vào trong tính toán cân bằng dinh dưỡng cho hệ thống cây trồng.

Khi tính toán cân bằng dinh dưỡng cho cấp quốc gia và vùng miền, Roy. R. N et al (2003) [97] đề nghị sử dụng số liệu về lượng dinh dưỡng do nước tưới cung cấp (kg/ha/năm) là 10 N, 3 P2O5 và 5 K2O đối với các vùng sản xuất nông nghiệp được coi là chủ động tưới khi lượng nước tưới trung bình đạt 300 mm/ha/năm.

1.3.1.2. Các nguồn dinh dưỡng đầu ra Sản phẩm thu hoạch (OUT 1)

Chất dinh dưỡng do cây trồng lấy đi theo sản phẩm thu hoạch là nguồn đầu ra chính trong việc tính toán cân bằng dinh dưỡng trong hệ thống cây trồng. Lượng chất dinh dưỡng bị lấy đi theo sản phẩm thu hoạch có sự biến động lớn, tùy thuộc vào mùa vụ, loại cây trồng và vùng đất canh tác. Sự biến động này lớn đến mức khó có thể đưa ra được số liệu trung bình. Nhân tố ảnh hưởng đến sự biến động là năng suất thu hoạch.

Ở tiểu vùng Sahara châu Phi, người ta căn cứ vào hàm lượng các chất dinh dưỡng có trong tất cả các bộ phận của cây và các yếu tố có liên quan là diện tích, năng suất để tính toán lượng chất dinh dưỡng mất theo sản phẩm thu hoạch (Roy. R. N et al, 2003 [97]).

• Tàn dư thực vật (OUT 2)

Trong thực tế, việc tính toán lượng dinh dưỡng mất đi theo tàn dư thực vật là rất khó xác định khi nghiên cứu cân bằng dinh dưỡng ở cấp độ quốc gia do tập quán canh tác của người nông dân ở các địa phương, vùng miền khác nhau là rất khác nhau. Tàn dư cây trồng có thể được sử dụng cho nhiều mục đích: chất đốt, tấm lợp, thức ăn cho gia súc, đốt tại đồng ruộng hoặc được vùi trả lại cho đất.

Lượng dinh dưỡng mất theo tàn dư cây trồng chiếm một phần đáng kể, chỉ đứng thứ hai sau yếu tố sản phẩm thu hoạch. Để xác định lượng các chất dinh dưỡng mất đi theo tàn dư, cần xác định thành phần, số lượng, hàm lượng các chất dinh dưỡng có trong tàn dư, tỷ lệ tàn dư so với năng suất thu hoạch cũng như tập quán sử dụng tàn dư trong phạm vi vùng nghiên cứu.

Ở Trung Quốc, kết quả đánh giá cân bằng dinh dưỡng trên toàn bộ diện tích đất canh tác (Sheldrick et al, 2002 [100]) cho thấy: chỉ khoảng 40% tổng số tàn dư thực vật được trả lại cho đất, 25% được sử dụng làm thức ăn cho gia súc và 35% là sử dụng vào mục đích khác hoặc nằm ngoài chu trình tuần hoàn dinh dưỡng của đất.

Rửa trôi (OUT 3)

Rửa trôi là một nguồn đầu ra quan trọng cần được xem xét trong tính toán cân bằng dinh dưỡng cho hệ thống cây trồng. Đối với đất nhiệt đới, chỉ trừ P2O5 thường bị giữ chặt trong đất, ít bị rửa trôi, còn lại N và K2O là hai yếu tố bị mất đáng kể do quá trình rửa trôi.

Việc tính toán lượng dinh dưỡng mất do quá trình rửa trôi trong nghiên cứu cân bằng ở cấp độ vĩ mô là rất phức tạp vì rửa trôi xảy ra không đồng đều ở phạm vi cấp quốc gia hay vùng miền. Ở Sahara châu Phi, lượng dinh dưỡng bị mất do rửa trôi có mối tương quan thuận với lượng mưa, độ phì đất, lượng phân khoáng và phân hữu cơ và tương quan nghịch với tổng lượng hấp thụ N và K2O.

Bay hơi đạm (OUT 4)

Đạm trong đất có thể bị mất ở dạng khí do quá trình phản nitrat hoá và bay hơi NH3, trong đó chủ yếu là mất do quá trình phản nitrat hoá do vi sinh vật

chuyển NO - thành dạng N hoặc N O. Phản nitrat hoá thường xảy ra trong điều

3 2 2

kiện đất yếm khí, thiếu O2 tự do, bắt buộc vi sinh vật phải sử dụng O2 của NO - để tồn tại, còn lại N được chuyển thành dạng N2 hoặc N2O thoát ra môi trường xung quanh. Lượng N mất do quá trình phản nitrat hóa dao động trong khoảng 3

- 12 kg N/ha/năm, tùy thuộc vào đất đai và điều kiện khí hậu từng vùng.

Mất đạm do bay hơi NH3 xảy ra đối với ion NH + trong điều kiện dung dịch đất có phản ứng kiềm. Việc mất đạm xảy ra mạnh nhất khi bón phân trên bề mặt ở các loại đất có nguồn gốc đá vôi (tỷ lệ CaCO3) cao và nhỏ nhất ở đất không bón phân. Việc mất đạm do bay hơi NH3 từ việc bón phân amôn hoặc urê có thể đạt mức 30%, thông thường nhỏ hơn 10% (Roy. L. Donahue, 1977 [98]).

Xói mòn (OUT5)

Hậu quả của xói mòn là gây nên tình trạng thoái hóa đất, đặc biệt là đất vùng đồi núi. Vì vậy ngoài lượng dinh dưỡng mất đi theo sản phẩm thu hoạch và tàn dư thực vật không được tái sử dụng lại trên đồng ruộng, xói mòn cũng làm mất một lượng đáng kể các chất dinh dưỡng (Nguyễn Tử Siêm và cs, 1999 [32]).

Theo Roy. R.N et al 2003 [97], lượng đất bị mất do xói mòn và các yếu tố ảnh hưởng đến lượng đất mất diễn ra theo thời gian và địa điểm trên các vùng đất khác nhau ở châu Phi bằng cách sử dụng phương trình phổ dụng mất đất do xói mòn (USLE) và các dữ liệu có sẵn. Phương trình phổ dụng USLE của Wischmeier et al (1958) được xem là phổ dụng vì tách hẳn ra khỏi ảnh hưởng mang tính địa phương của các yếu tố gây xói mòn, vì vậy có thể áp dụng cho các vùng lãnh thổ khác nhau, chỉ cần có các hệ số được đo đạc thực nghiệm tại địa phương để xác định các nhân tố ảnh hưởng.

Khi tính toán cân bằng dinh dưỡng trên toàn bộ diện tích đất canh tác ở Trung Quốc, Sheldrick et al 2003 [100] không tính toán trực tiếp từ mô hình mà tính gián tiếp thông qua tỷ lệ suy giảm dinh dưỡng để xác định tổng lượng dinh dưỡng mất do xói mòn, rửa trôi và bay hơi.

Nhìn chung, nghiên cứu cân bằng dinh dưỡng ở mức vĩ mô yêu cầu một số lượng lớn các nguồn dữ liệu khác nhau. Trong nhiều trường hợp, các nguồn dữ liệu là không có sẵn, người ta lựa chọn cách làm “tìm nhanh” là dựa vào giá trị trung bình, hoặc tham khảo các vùng canh tác khác có cùng điều kiện tương tự, do vậy độ tin cậy của kết quả cân bằng dinh dưỡng trong các trường hợp này thường không cao.

Đối với các nghiên cứu cân bằng dinh dưỡng ở cấp độ trung bình áp dụng cho quy mô cấp tỉnh, huyện, vùng sinh thái hoặc một vùng sản xuất chuyên canh, các phương pháp nghiên cứu vẫn thống nhất theo nguyên tắc chung là cân bằng tổng lượng dinh dưỡng của 5 nguồn đầu vào và tổng dinh dưỡng của 5 nguồn đầu ra. Phương pháp định lượng các nguồn đầu vào, đầu ra được tính toán như đối với các nguồn đầu vào, đầu ra tương ứng ở cấp vĩ mô, song yêu cầu tính toán chi tiết, cụ thể hơn. Các nguồn đầu vào như phân khoáng, phân hữu cơ và đầu ra như sản phẩm thu hoạch, tàn dư thực vật được tính toán trên cơ sở số liệu điều tra khảo sát tại địa phương hay địa điểm canh tác, thay vì dự tính hoặc dựa trên số liệu trung bình của quốc gia. Lượng dinh dưỡng mất do xói mòn được tính toán tại một địa điểm cụ thể bằng cách sử dụng phương trình mất đất phổ dụng thay vì ước tính thông qua số liệu trung bình.

Đối với các nghiên cứu về cân bằng dinh dưỡng ở mức độ vi mô, việc định lượng các nguồn đầu vào, đầu ra của cân bằng dinh dưỡng dựa trên 4 phương pháp: (1) sử dụng bảng câu hỏi đối với nông dân, (2) xác định đầu vào, đầu ra trong điều kiện cụ thể, (3) xem xét chế độ vật nuôi, (4) đưa ra giả thuyết và kiểm chứng. Ở mức độ này, các phương pháp nghiên cứu vẫn trên cơ sở nguyên tắc chung là: cân bằng tổng lượng dinh dưỡng của các nguồn đầu vào

và tổng dinh dưỡng của các nguồn đầu ra, cân bằng dinh dưỡng đạt được khi tổng các nguồn đầu ra không cao hơn so với tổng lượng các nguồn đầu vào. Tuy nhiên, ngoài 5 nguồn đầu vào và 5 nguồn đầu ra chính, tùy vào điều kiện cụ thể của từng trang trại hoặc nông hộ để bổ sung thêm các nguồn đầu vào, đầu ra khác nhằm đảm bảo tính chính xác cân bằng dinh dưỡng (FAO, 1998) [71].

Tóm lại: cân bằng dinh dưỡng cây trồng thực chất là việc cân đối về mặt số lượng các nguồn dinh dưỡng đầu vào, đầu ra trong hệ thống cây trồng. Mục đích của cân bằng dinh dưỡng là đánh giá tình trạng dự trữ dinh dưỡng của đất, trên cơ sở đó đề ra chiến lược quản lý dinh dưỡng phù hợp nhằm ngăn ngừa tình trạng thoái hóa đất. Nội dung của nghiên cứu cân bằng dinh dưỡng trong hệ thống cây trồng là việc xác định thành phần và lượng các nguồn dinh dưỡng đầu vào, đầu ra trong điều kiện sản xuất và phạm vi không gian nghiên cứu cụ thể. Thành phần và phương pháp xác định lượng các nguồn dinh dưỡng đầu vào, đầu ra của cân bằng dinh dưỡng trong hệ thống cây trồng có sự thay đổi, phụ thuộc vào đối tượng nghiên cứu, phạm vi không gian nghiên cứu và các điều kiện cụ thể trong sản xuất trong hệ thống cây trồng.

1.2. Cân bằng dinh dưỡng trong mối quan hệ với quản lý dinh dưỡng theo vùng chuyên biệt

Để đảm bảo an ninh lương thực và phát triển sản xuất nông nghiệp trong khi việc mở rộng diện tích canh tác gần như là không thể, thì lượng phân khoáng được sử dụng ngày càng tăng, nhằm cung cấp các chất dinh dưỡng cần thiết để nâng cao năng suất cây trồng (FAO 2011; IFA, 2012; [68], [81]). Tuy nhiên, việc áp dụng thuần túy chế độ bón phân trong thời gian dài không tính đến điều kiện đặc thù và nhu cầu của từng loại cây trồng trong các điều kiện cụ thể về thời tiết, đất đai, mùa vụ, chế độ tưới tiêu, tập quán canh tác… làm ảnh hưởng đáng kể tới tính chất đất, năng suất cây trồng và hiệu quả sử dụng phân bón. Vì vậy, vận dụng quan điểm SSNM là rất cần thiết nhằm cung cấp đầy đủ, cân đối các chất dinh dưỡng cho cây trồng để đạt mục

tiêu tăng năng suất, chất lượng, hiệu quả sản xuất và duy trì độ phì nhiêu đất (Buresh R. J et al, 2013; IRRI, 2012 [61], [87]). Mục tiêu của SSNM không phải là tăng hay giảm lượng phân bón sử dụng mà chú trọng đến việc cân bằng dinh dưỡng cho cây trồng ở mức tối ưu. SSNM cung cấp nguyên lý khoa học trong quản lý các loại phân bón N, P, K thông qua việc thu thập các dữ liệu đầu vào và tính toán nhu cầu phân bón cho một đối tượng cây trồng trong từng vùng cụ thể (IRRI, 2010, 2011, [85], [86]).

Nội dung của phương pháp tiếp cận SSNM bao gồm việc xác định nhu cầu dinh dưỡng thông qua năng suất đạt được, sử dụng kỹ thuật lô khuyết để xác định khả năng cung cấp dinh dưỡng từ đất và nhu cầu bổ sung dinh dưỡng cho cây trồng trên cơ sở cân bằng dinh dưỡng (Buresh et al, 2010) [62]). Điều này được thực hiện trên từng cánh đồng với việc tận dụng tất cả các nguồn phân hữu cơ, sản phẩm dư thừa có được trong điều kiện cụ thể của địa phương (With. C et al, 2009 [109]).

Các kết quả nghiên cứu về SSNM đối với cây lúa trong điều kiện có tưới ở châu Á từ những năm 1970 - 1980 của thế kỷ 20 đã chỉ ra rằng: 1/3 lượng N bón vào bị bay hơi, 1/3 lượng N được cây lúa hấp thu và 1/3 lượng N còn lại nằm trong đất không được cây trồng sử dụng. Do vậy, trong thời gian này các nghiên cứu tập trung vào biện pháp làm tăng lượng N hấp thu của cây lúa và giảm lượng N bị bay hơi, tăng hiệu suất bón N và hiệu quả sản xuất cho nông dân (Buresh et al, 2010 [62]).

Sau N và P, K là chất dinh dưỡng cây trồng sử dụng với số lượng lớn (Agroinfo, 2010; FI, 2009 [1], [73]), Hiệu quả sử dụng phân K trung bình ở mức 50 - 60%, tùy thuộc vào từng điều kiện cụ thể (Gregory et al, 2010 [77]). Nhu cầu phân K cho một thửa ruộng hoặc trong phạm vi cánh đồng có thể được xác định dựa theo nguyên lý SSNM. Vai trò của cân bằng dinh dưỡng K trong mối quan hệ với SSNM được thể hiện thông qua việc xác định nhu cầu