Các Dạng K Và Sự Chuyển Hóa Giữa Các Dạng K Trong Đất

K của cây trồng. Khi bón K mà năng suất cây trồng tăng không đáng kể thì nhu cầu phân K được xác định trên cơ sở các nguồn đầu vào, đầu ra của cân bằng dinh dưỡng. Trong trường hợp năng suất cây trồng tăng đáng kể do bón phân K thì nhu cầu K của cây trồng có thể được xác định trên cơ sở kết hợp giữa tính toán cân bằng dinh dưỡng và mục tiêu năng suất (Buesh et al, 2010; Kaushik Majumdar et al, 2010 [62], [88]).

1.3. Dinh dưỡng K và kỹ thuật bón K cho mía

1.3.1. K trong đất

1.3.1.1. Nguồn gốc và hàm lượng K trong đất

K trong đất có nguồn gốc chủ yếu trong các loại đá mẹ chứa khoáng vật nguyên sinh như fenspat, mica và một số khoáng vật thứ sinh như illit, vermiculite. Hàm lượng K trong đất dao động từ 0,5 - 3,0% K2O, trung bình 1,2% K2O, phụ thuộc vào loại đất (Bertsch P. M et al, 1985 [56]). Theo Mutscher H (1996) [92], K tổng số trong đất dao động từ 0,1% đến 4% K2O. Trong đất Việt Nam hàm lượng K tổng số ở khoảng 0,2-3,0% K2O (Cao Tiến Nhuận (1979 [27]).

1.3.1.2. Các dạng K và sự chuyển hóa giữa các dạng K trong đất

Trong đất K tồn tại ở 4 dạng: K cấu trúc, K không trao đổi, K trao đổi và K hòa tan.

K cấu trúc là thành phần của fenspat và mica, được giữ bằng liên kết cộng hoá trị trong cấu trúc tinh thể. Hàm lượng K cấu trúc trong feldspar là 13-14%, trong mica là 10%. K cấu trúc là dạng khó tiêu đối với thực vật. So với K không trao đổi và K trao đổi thì hàm lượng K cấu trúc lớn hơn rất nhiều, trong một hecta đất có thể có hàng tấn K bị giữ chặt trong cấu trúc mica, cấu trúc K-feldspar và ở khu vực xung quanh bộ rễ (Spark D. L et al, 1985 [103]). K cấu trúc có thể chuyển thành dạng K dễ tiêu đối với cây trồng

Có thể bạn quan tâm!

Xem toàn bộ 220 trang tài liệu này.

do sự ảnh hưởng của quá trình phong hóa, tỷ lệ các dạng K khác, tỷ lệ K trong khoáng fenspat, mica và bản chất khoáng sét (Goulding K.W.T (1987 [76]).

K không trao đổi là dạng K bị giữ trong các lớp của khoáng vật nguyên sinh và khoáng vật thứ sinh. K không trao đổi khác với K khoáng là không có liên kết cộng hoá trị trong cấu trúc tinh thể của khoáng sét mà K được giữ ở các lớp tứ diện liền nhau của các loại khoáng sét có hai hoặc ba lớp tứ diện như mica, illite, vermiculite (Mutscher H, 1996 [92]). K không trao đổi tương đối khó tiêu đối với thực vật, nhưng có vai trò quan trọng trong việc duy trì lượng K trao đổi và K hoà tan trong đất (Spark. D.L et al,1985) [103].

K trao đổi là dạng K được hấp phụ lại trên bề mặt của keo đất mang điện tích âm như khoáng sét, chất hữu cơ. Dạng K này chiếm tỷ lệ nhỏ hơn 1% lượng K tổng số có trong đất. Vai trò chính của K trao đổi là bổ sung K cho dung dịch đất trong trường hợp K dung dịch bị mất đi do cây hút và rửa trôi (Mutscher H, 1996 [92]). Về nguyên lý trao đổi, các cation K+ được hấp phụ bề mặt keo đất rất dễ bị thay thế hoặc trao đổi khi tiếp xúc với các cation khác của dung dịch. Sự hấp phụ của K trên keo đất bị chi phối bởi loại và lượng các cation khác tham gia vào quá trình trao đổi cation trong đất (Brady N.C, 1990 [57]).

K hoà tan trong đất là nguồn cung cấp K trực tiếp cho cây, lượng K hòa tan rất ít chỉ chiếm 10% lượng K trao đổi (dt. Vũ Hữu Yêm, 1998 [52]). Việc xác định K hoà tan ít có ý nghĩa vì hàm lượng K hòa tan trong đất khoảng (4ppm) là không đáng kể. Mặt khác K hoà tan thường biến động do sự trao đổi ion xảy ra rất nhanh trong cân bằng giữa K hoà tan với K trao đổi. Sự thay đổi của độ ẩm, nồng độ các chất hoà tan trong nước do phân bón, hoạt động của sinh vật đất, rửa trôi...đều gây ra sự thay đổi nồng độ K hoà tan. (Sparks. D .L, 1987 [103]).

Trong đất, các dạng K luôn có sự chuyển hóa lẫn nhau như một cân bằng động với hai quá trình trái ngược nhau là quá trình phục hồi và quá trình thoái thoái hóa K. Sự chuyển hóa giữa các dạng K trong đất liên quan đến hiện tượng

giải phóng hoặc cố định K. Quá trình giải phóng K là dạng K bị kẹt trong khoáng sét trở thành K trao đổi hoặc K hòa tan do tác động của quá trình lý, hóa và sinh học. Khi K trao đổi và K hòa tan bị nhốt vào giữa các lớp của khoáng sét nhóm 2:1 là hiện tượng cố định K (Goulding K.W.T, 1987 [76]).

Trong đất, K trao đổi là phần K chủ yếu cung cấp cho cây. Lượng K trao đổi chỉ đủ để cung cấp cho thực vật trong một thời gian ngắn, với lượng ít, khoảng vài trăm kg trên ha, tương ứng với nhu cầu của một vài vụ thu hoạch. Khi cây hút K trao đổi của đất, hoặc khi vi sinh vật hoạt động hấp thu một lượng K hoà tan, hoặc mưa to, đất bị rửa trôi nhiều thì thế cân bằng K bị phá vỡ. Trong điều kiện đất có đủ độ ẩm cần thiết thì một phần K không trao đổi sẽ dần dần chuyển thành K trao đổi. Ngược lại, trên những loại đất quá nghèo K, khi bón phân K vào đất, một phần K trao đổi sẽ chuyển thành K không trao đổi dưới dạng silicat hoặc aluminosilicat (hiện tượng đất giữ chặt K). Đất càng khô, hiện tượng này càng được tăng cường. Trong trường hợp đất ẩm thì K lại được giải phóng.

Quá trình giải phóng K không những tác động lên lượng K trao đổi mà ngay cả đến lượng K không trao đổi, đó là quá trình “phục hồi” K. Những quá trình giải phóng, trao đổi, hoà tan, giữ chặt K... kế tiếp nhau tạo thành một chu kỳ chuyển biến liên tục theo hướng các mũi tên trên sơ đồ. Khi cây hút K của dung dịch đất, hoặc K bị mất do rửa trôi, thế cân bằng bị phá vỡ, một phần K trao đổi của phức hệ hấp thu phải chuyển vào dung dịch đất theo chiều thuận. Để lặp lại sự cân bằng thì một phần K không trao đổi trong khoáng sét bị phá vỡ và chuyển vào phức hệ hấp thu. Khi bón phân K hoặc do hoạt động phân giải chất hữu cơ của vi sinh vật, hình thành ra nhiều K cho dung dịch đất, một số K hoà tan sẽ bị keo đất hấp thu dưới dạng K trao đổi. Qua quá trình phong hoá thổ nhưỡng, đất ngày càng bị nghèo K, và K trong các tinh tầng khoáng sét bị huy động ra đến một chừng mực nào đó thì đất lại

có khả năng thu hút K ở phức hệ hấp thu vào các tinh tầng. Vì vậy, đất càng nghèo K tổng số thì khả năng giữ chặt K mạnh hơn đất giàu K, đất có tỷ lệ K không trao đổi trên K trao đổi cao thì có khả năng phục hồi K mạnh.

1.3.1.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng cung cấp K của đất

Trong đất, giữa các dạng K luôn tồn tại một trạng thái cân bằng động, do vậy khả năng cung cấp K của đất cho cây trồng bị chi phối bởi các yếu tố như: tác động của điều kiện ngoại cảnh, hàm lượng khoáng sét, hàm lượng chất hữu cơ, pH đất và bón vôi, cấu trúc đất và chế độ nước, nhiệt độ đất và thâm canh.

- Điều kiện ngoại cảnh: Các yếu tố như nhiệt độ, lượng mưa, phong hóa, phân hủy, xói mòn, rửa trôi…tác động và có ảnh hưởng lớn đến hàm lượng K và khả năng cung cấp K của đất. Theo PPIC (1995) [28], lượng K bị mất do quá trình rửa trôi là mối lo ngại chung đối với các vùng đất nhiệt đới ẩm có lượng mưa lớn thường xuyên và thoát nước tốt. Ở vùng đất đồi Carrado của Brazil, lượng K bị rửa trôi chiếm 37- 48% lượng K bón vào. Quá trình hấp thu của cây cũng là cơ chế làm giảm tối thiểu hiện tượng mất K do sự rửa trôi. Cây trồng khỏe mạnh, được chăm sóc tốt với hệ thống rễ phân bố rộng và mạnh cũng góp phần giữ lại K trong vùng rễ.

- Khoáng sét: hàm lượng và loại khoáng sét trong đất có ảnh hưởng mạnh đến khả năng cung cấp K của đất. Do quá trình phong hóa xảy ra mạnh, các khoáng nguyên sinh gồm silicat chứa K thường bị rửa trôi, để lại trong đất các phần tử sét hoạt tính thấp có điện tích thay đổi, do đó trong các hạt sét mịn của đất nhiệt đới ẩm chủ yếu là kaolinit. Thông thường, đối với những khoáng sét chứa hàm lượng K cao có tiềm năng cung cấp K lớn. Đất có chứa khoáng vermiculite hay montmorillonite có nhiều K hơn đất có chứa chủ yếu khoáng sét kaolinite vì khoáng sét kaolinite có mức độ phong hoá cao hơn và chứa ít K. Tuy nhiên, dù đất có chứa nhiều vermiculite hay montmorillonite

nhưng trồng cây liên tục mà không bón K trong thời gian dài, hàm lượng K trong đất cũng có thể thấp (PPIC,1995 [28]).

- Hàm lượng chất hữu cơ: hàm lượng chất hữu cơ tăng hay giảm đều có sự ảnh hưởng nhất định tới một số dạng K và khả năng cung cấp K của đất. Kết quả nghiên cứu của Cassman K. G et al (1989) [64] đối với đất trồng liên tục ba vụ bông cho thấy, khi hàm lượng C trong đất giảm 11% năm kéo theo hàm lượng K dễ tiêu trong đất cũng giảm.

Thí nghiệm bổ sung axit humic hoạt tính vào đất có chứa vermiculite với sự thay đổi chế độ nước luân phiên ẩm và khô hoặc duy trì liên tục chế độ ẩm cho thấy, khi tăng lượng axit humic hoạt tính thì lượng K từ phân bón bị cố định trong đất giảm đáng kể. Lượng K cây hút ở công thức bón kết hợp axit humic hoạt tính và K tăng 42% so với công thức chỉ có bón K. (Olk D. C et al 1993 [94]).

- pH đất và bón vôi: độ pH đất và bón vôi có ảnh hưởng đến lượng K trao đổi trong đất. Ở đất có độ no bazơ cao, K trao đổi bị mất do rửa trôi ít hơn là đất có độ no bazơ thấp. Bón vôi là biện pháp hay dùng để làm tăng độ no bazơ nên đồng thời cũng làm giảm sự mất K trao đổi (Baver L. D, 1941 [55]).

Việc bón vôi để điều chỉnh pH và làm giảm độc tính của nhôm (Al) và mangan (Mn) có ảnh hưởng đến khả năng cung cấp K của đất, nhất là đối với đất nhiệt đới. Khi làm giảm độc tính của Al và Mn sẽ giảm tác động không tốt tới sự hấp thụ K của cây trồng và làm cho hệ thống rễ khỏe hơn, cây hấp thu được nhiều K hơn. Nâng cao độ pH đất bằng cách bón vôi, làm tăng khả năng trao đổi cation của đất và khả năng giữ K trên bề mặt keo đất, làm giảm sự rửa trôi K. Sau một vài vụ thu hoạch, khả năng cung cấp K cho cây trồng sẽ giảm đi trừ khi có nguồn K được bón bù vào hàm lượng K trong dung dịch đất bị suy giảm. Việc bổ sung lượng K trao đổi bằng cách bón phân sẽ có lợi cho cây trồng vì đó là dạng K dễ tiêu (PPIC, 1995 [28]).

- Cấu trúc đất và chế độ nước: nước trong đất là môi trường để cây hấp thu các chất dinh dưỡng cần thiết cho sự sinh trưởng và phát triển của cây trồng, nước vận chuyển K và các chất dinh dưỡng khác tới vùng rễ.

Theo Burn. A. F et al (1961) [63], khi độ ẩm thấp, lớp nước bao quanh những hạt đất rất mỏng và không liên tục gây ra sự chuyển động của K theo con đường ngoằn ngoèo và làm giảm tốc độ khuyếch tán của K đến rễ. Với sự gia tăng lượng K hoặc tăng độ ẩm đất, quá trình khuyếch tán K sẽ nhanh hơn. Kết quả nghiên cứu của Skogley E. O (1981) [102] cho thấy, khi độ ẩm đất tăng từ 10% lên 28% lượng K vận chuyển sẽ tăng 175%.

- Nhiệt độ đất: nhiệt độ đất có ảnh hưởng lớn đến khả năng cung cấp và di chuyển của K trong đất. Khi nâng nhiệt độ đất lên từ 15 đến 29oC, mức độ khuyếch tán của K tăng. Đối với hầu hết các loại cây trồng, nhiệt độ tối thích cho sự hấp thu K từ 25 - 32oC. Khi nhiệt độ cao hơn hoặc thấp hơn, sự hấp thu K đều bị giảm (PPIC,1995) [28]).

- Ảnh hưởng của mức độ thâm canh: mức độ thâm canh có ảnh hưởng lớn đến khả năng cung cấp K của đất thông qua hàm lượng các dạng K trong đất, đặc biệt là K trao đổi và K hòa tan. Không bón hoặc bón ít K dẫn đến K hòa tan trong đất bị giảm mạnh. Đặc biệt, nếu quá trình quảng canh kéo dài, đất bị thoái hóa thì K dễ tiêu và K tổng số đều giảm. Ngược lại, bón nhiều phân K, có thể duy trì hoặc làm tăng hàm lượng K trao đổi và K hòa tan trong đất.

Làm đất là một trong các biện pháp thâm canh ảnh hưởng rõ rệt đến khả năng cung cấp K của đất. Khi cày sâu thêm (17 - 25 cm) lượng phân K cần bón cho ngô tăng 50%. Khi không làm đất, lượng K dễ tiêu giảm do đất bị chặt, chế độ thoáng khí kém. Một số nghiên cứu so sánh ảnh hưởng của làm đất không cày và có cày cho thấy hàm lượng K trong lá ở giai đoạn phun râu và năng suất ngô trên đất không cày bừa giảm đáng kể so với đất có cày bừa (Schulte E. E, 1979 [99]).

1.3.2. K trong cây và việc hút K

Mặc dù cây mía hút K nhiều nhất, sau đó mới đến đạm và lân, song K không tham gia cấu trúc tế bào mà tồn tại ở dạng ion tự do trong tế bào (Patrick Heffer , 2008 [96]). Trong cây, K tập trung nhiều ở các bộ phận non nhất như: đai sinh trưởng, mô phân sinh, tiếp đến là bẹ lá, gân lá và phiến lá. Trong thân, hàm lượng K giảm dần từ gốc đến ngọn. Hàm lượng K trong các búp non lên đến 5,7% nhưng ở các lóng gốc chỉ khoảng 0,75%. Hàm lượng K trong lá mía biến động từ 1,17 - 5,7%. K có thể chuyển từ các lá già sang thân trước khi ngừng hoạt động sinh lý và từ thân chuyển lên các bộ phận búp non trong thời kỳ cây phát triển mạnh. Nhìn chung sự phân bố K trong cây có liên quan đến các cơ quan sinh trưởng, cơ quan đồng hoá đạm và CO2(dt. Van Dillewijn, 1952 [106]).

Chức năng chính của K là kích thích sự hoạt động của các enzyme trong quá trình quang hợp, tổng hợp protein và vận chuyển đường. K tham gia trong việc tạo thành và trung hòa các axit hữu cơ, tạo sự cân bằng giữa đường và axit. K có tác dụng tăng cường quá trình hút nước, là động lực căng tế bào trong cây, duy trì áp suất trong các tổ chức tế bào sống, do vậy K cũng có vai trò giữ sự cân bằng nước trong cây, tăng khả năng chịu hạn. Kết quả nghiên cứu của Fiho, 1985 [74], cho thấy, tốc độ vận chuyển dinh dưỡng từ lá đến các mô phân sinh trong cây mía được cung cấp đầy đủ K là 2,5 cm/phút. Tốc độ này sẽ giảm xuống chỉ còn hơn một nửa trong trường hợp thiếu K, và như vậy cho đến khi thu hoạch, đường có thể vẫn còn lại trong lá mía.

Kết quả nghiên cứu của Cao Kỳ Sơn, 2005 [34] đối với giống MY 55 - 14 trồng trên đất đỏ vàng vùng Lam Sơn Thanh Hóa, cho thấy, hàm lượng K (tính theo% khối lượng khô kiệt) trong thân mía là 0,631%, trong lá khô suốt vụ là 0,522% và ngọn lá tươi cuối vụ thu hoạch là 1,432%.

Cây mía có khả năng lấy đi một lượng lớn dinh dưỡng K của đất, lượng K theo sản phẩm thu hoạch cũng có sự biến động đáng kể giữa các vùng trồng mía khác nhau trên thế giới, tuỳ thuộc vào điều kiện khí hậu, đất đai, giống mía, tuổi mía và mức năng suất. Trong điều kiện khí hậu ở phía nam châu Phi, khi lượng phân bón và lượng mưa thỏa đáng, lượng K cây mía lấy đi từ đất là 214 kg K2O/ha/vụ mía (Wood, 1990 [110]). Trong điều kiện chủ động tưới, cây mía có thể hấp thụ tới 790 kg K2O/ha/vụ mía. Trên đất Histosols ở Florida, lượng K mất theo mía cây trung bình là 343 kg K2O/ha (Coale et al, 1993 [65]). Ở Australia, lượng K mất theo sản phẩm mía cây tương ứng với mức năng suất 84 tấn mía/ha là 198 kg K2O/ha/vụ (Chapman, 1996 [66]).

Cây mía hút K chủ yếu ở giai đoạn 6 tháng đầu tiên của quá trình sinh

trưởng và tích luỹ chủ yếu trong các lá xanh. Trong những tháng sau đó, hàm lượng K trong cây được duy trì khá ổn định và ít thay đổi dưới tác động của môi trường bên ngoài. Sự tích luỹ K trong thân thường bắt đầu muộn hơn và diễn ra với tỷ lệ không giống nhau, tùy thuộc vào tốc độ phát triển và hình thành các cơ quan mới. Cây mía có hiện tượng sử dụng “xa xỉ” K, do vậy, cần phải phân biệt rõ lượng K cây hút và lượng K cần thiết để tạo nên 1 kg mía nguyên liệu (dt. Van Dillewijn, 1952 [106]).

1.3.3. Vai trò của K đối với cây mía

K là nguyên tố gây nhiều khó khăn cho các nhà nghiên cứu sinh lý cây mía. Trong những trường hợp nhất định, K thể hiện vai trò tăng năng suất, chất lượng mía, nhưng trong một số trường hợp khác, việc bón K không có tác dụng rõ rệt. Từ những kết quả nghiên cứu đó, người ta cho rằng K thể hiện chức năng địa phương cao, liên quan đến quá trình tích luỹ, quá trình vận chuyển đường và không phụ thuộc vào hàm lượng K tìm thấy trong phiến lá và trong bẹ lá (Alex Gerchell Alexander, 1973 [54]).