Tài liệu Giáo trình dinh dưỡng khoáng

PGS.TS. VÕ MINH THỨ (Chủ b iên ) TS. NGUYỄN THANH LIÊM - TS. HUỲNH THỊ THANH TRÀ ThS. NGUYỄN THỊ Y THANH - ThS. H ồ TÂN GIÁO TRÌNH DINH DUONG k h o á n g NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI MỤC LỤC DANH MỤC CÁC HÌNH VÀ BẢNG.............. :.............................................................................. 13 Từ VIẾT TẮT.................................................... ....................................................................... 17 MỞ ĐẨU ' ......................................................................................................................... 19 Chương 1 CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH NGUYÊN TỐ KHOÁNG VÀ XÁC ĐỊNH NHU CẦU DINH DƯỠNG KHOÁNG ĐỐI VỚI CÂY TRỔNG 1.1. Lược sử phát triển của học thuyết dinh dưỡng khoáng ở thực vật................... 21 1.2. Khái niệm chung về dinh dưỡng và dinh dưdng khoáng....................................23 1.2.1. Nguyên tố dinh dưỡng (Plant nutrient elements)........................................................23 1.2.2. Nguyên tổ dinh dưỡng khoáng (Mineral nutrient elements)...................................... 23 1.2.3. Nguyên tổ dinh dưỡng khoáng thiết yếu (Essential mineral nutrient elements)........ 23 1.2.4. Vai trò của các nguyên tố khoáng đối với thực vật...................................................... 26 1.3. Phương pháp nghiên cứu dinh dưỡng khoáng.................................................29 1.3.1. Phương pháp phân tích tro (Ash analyses)................................................................ 29 1.3.2. Phương pháp trổng cây trong môi trường đất (Soil cultivation technique).................30 1.3.3. Phương pháp trổng cây trong dung dịch dinh dưỡng (Hydroponics).......................... 31 1.4. Phương pháp phân tích hàmlượngcác nguyêntố khoáng trong đất, ừong cây.... 35 Kết luận Chương 1....................................................................................... 36 Câu hỏi hướng dẫn ôn tập, thảo luận............................................................................ 36 Tài liệu tham khảo Chương 1.......................................................................................... 37 6 GIÁO TRlNH DINH DƯỠNG KHOÁNG Chương 2 DINH DƯỠNG KHOÁNG ĐA LƯỢNG ĐỐI VỚI THựC VẬT 2.1. Nitơ (Nitrogen - N) đối với cây trổng.......................................................................38 2.1.1. Nguồn nitơ trong tự nhiên........................................................................................... 38 2.1.2. Vai trò sinh lý của nitơ.................................................................................................40 2.1.3. Các quá trình biến đổi nitơ trong tự nhiên.................................................................. 41 2.1.4. Các con đường tổng hợp nitơ trong tự nhiên............................................................ 44 2.1.5. Quá trình khử nitrate và đóng hóa nitơ ở thực vật.................................................... 55 2.1.6. Nhu cáu và triệu chứng thiếu, ngộ độc nitơ.............................................................. 64 2.2. Phosphor (Phosphorus - P) đối VỚI thực vật....................................................... 65 2.2.1. Hàm lượng và các dạng p trong đát và trong cây....................................................... 65 2.2.2. Vai trò sinh lý của phosphor đối với thực vật.............................................................. 66 2.2.3. Quá trình đóng hoá phosphor..................................................................................... 70 2.2.4. Nhu cấu và triệu chứng thiếu và ngộ độc p đối với cây................................................ 72 2.3. Kali (Potassium - K) đối VỚI thực vật.....................................................................73 2.3.1. Hàm lượng và các dạng kali trong đất và trong cây...................................................74 2.3.2. Vai trò sinh lý của kali đối với thực vật....................................................................... 74 2.3.3. Quá trình đổng hoá kali đối với thực vật.................................................................... 77 2.3.4. Nhu cẩu, triệu chứng thiếu và ngộ độc kali đối với thực vật.......................................77 2.4. Lưu huỳnh (Sulfur - S) đối với thực vật...................................................................79 2.4.1. Hàm lượng và các dạng lưu huỳnh trong đất và trong cây.......................................... 79 2.4.2. Vai trò sinh lý của lưu huỳnh đối với thực vật.............................................................. 80 2.4.3. Quá trình đóng hóa lưu huỳnh (S)............................................................................. 82 2.4.4. Nhu cẩu và triệu chứng thiếu hay thừa lưu huỳnh đối với cây trồng..........................84 2.5. Calci (Calcium - Ca) đối với thực vật..................................................................... 86 7 Mục lục 2.5.1. Hàm lượng và các dạng Calci trong đất, trong cây.....................................................87 2.5.2. Vai trò sinh lý của Calci đối với thực vật...................................................................... 88 2.5.3. Sự đóng hoá Calci đối với thực vật............................................................................. 93 2.6. Magiê (Magnesium - Mg) đối với thực vậ t......................................................... 94 2.6.1. Hàm lượng và các dạng magiê trong đất và trong cây................................................94 2.6.2. Vai trò sinh lý của magiê............................ .................................................................95 2.6.3. Đổng hoá magiê đối với thực vật................................................................................ 98 2.6.4. Nhu cẩu magiê và triệu chứng của cây trổng khi thừa hoặc thiếu magiê................... 99 Kết luận Chương 2 ...........................................................................................................100 Câu hỏi hướng dẫn ôn tập, thảo lu ận .......................................................................... 100 Tài liệu tham khảo Chương 2 .........................................................................................101 Chương 3 DINH DƯỠNG KHOÁNG VI LƯỢNG ĐỐI VỚI THựC VẬT 3.1. Vai trò sinh lý chung của nguyên tố dinh dưdng khoáng vi lượng................. 103 3.2. Dinh dương khoáng vi lượng đối với thực vật..................................................... 104 3.2.1. Mangan (Manganese - Mn) đối với thực vật............................................................. 104 3.2.2. Đổng (Copper - Cu) đối với thực vật.......................................................................... 110 3.2.3. Kẽm (Zinc -Zn) đối với thực vật................................................................................ 117 3.2.4. Sắt ( Iron - Fe) đối với thực vật................................................................................. 121 3.2.5. Bo (Boron -B) đối với thực vật................................................................................... 128 3.2.6. Natri (Sodium - Na) đối với thực vật......................................................................... 132 3.2.7. Clo (Chlorine - Cl) đôi với thực.................................................................................. 136 3.2.8. Molybden (Molybdenum - Mo) đối với thực vật....................................................... 140 3.2.9. Niken (Nickel - Ni) đối với thực vật............................................................................ 144 GIÁO TRÌNH DINH DƯỠNG KHOANG 8 3.2.10. Coban (Cobalt - Co) đối với thực vật......................................................................146 Kết luận Chương 3...................................................................................... 148 Câu hỏi hướng dẫn ôn tập, thảo luận............................................................ 148 Tài liệu tham khảo Chương 3........................................................................149 Chương 4 C ơ CHẾ HẤP THỤ, VẬN CHUYỂN ION KHOÁNG VÀ CHẤT HỮU c ơ HÒA TAN CÓ TRỌNG LƯỢNG PHÂN TỬ THẤP TRONG CÂY 4.1. Rễ cây có cấu tạo phù hợp vơi chức năng hút nước và muối khoáng............ 153 4.2. Hấp thụ, trao đổi ion giữa rễ và đất.........................................................155 4.3. Vận chuyển ion và chất hữu cơ hoà tan có trọng lượng phân tử thấp qua màng sinh học............................................................................... 160 4.3.1. Sự vận chuyển nhờ chất mang trung gian (carrier - mediated transport).................160 4.3.2. Vận chuyển các chất hoà tan theo cơ chế tích cực và bị động.....................................161 4.3.3. Sự hấp thụ ion dọc theo trục chiều dài của rễ............................................................ 165 4.4. Hấp thụ các chất dinh dương qua lá........................................................ 167 4.4.1. Sự hấp thụ khí qua lỗ khí khổng................................................................................ 167 4.4.2. Sự hấp thụ các chất hòa tan trong dung dịch.............................................................167 4.5. Sựvận chuyển ở khoảng cách ngắn (Short-distance transport)................. 168 4.5.1. Con đường vận chuyển qua gian bào (apoplast)....................................................... 170 4.5.2. Con đường vận chuyển qua symplast........................................................................171 4.5.3. Sự xâm nhập của các ion vào xylem ..........................................................................172 4.6. Sựtrao đổi chất ở rễ liên quan đến sự đồng hóa khơi nguyên các chất dinh dương khoáng................................................................. 172 4.7. Sựvận chuyển ởđoạn đương dài (Long-distance transport)..................... 174 9 4.7.1. Dòng vận chuyển trong mạch ploem........................................................................ 175 4.7.2. Sự vận chuyển trong mạch xylem và các điều kiện ảnh hưởng.................................176 4.8. Các yếu tố ảnh hưdng đến quá trình hút, vận chuyển khoáng và các chất hoà tan có trọng lượng phân tử thấp ởtrong cây.......................... 177 4.8.1. Ảnh hưởng của các yếu tổ bên ngoài đến quá trình hút khoáng............................... 177 4.8.2. Các điều kiện bên trong ảnh hưởng sự hấp thụ khoáng của cây................................ 182 4.9. Mối quan hệ giữa quá trình hút khoáng với các quá trình sinh lý khác......183 Kết luận Chương 4............................................................................................................184 Câu hỏi hướng dẫn ôn tập, thảo luận............................................................184 Tài liệu tham khảo Chương 4.........................................................................................185 Chương 5 DINH DƯỠNG KHOÁNG VÀ NĂNG SUẤT CÂY TRỒNG 5.1. Một số khái niệm chung về năng suất cây trồng......................................186 5.1.1. Năng suất sinh học....................................................................................................186 5.1.2. Năng suất kinh tế...................................................................................................... 186 5.2. Phương pháp xác định năng suất.......................................................... 186 5.2.1. Năng suất sinh học.....................................................................................................186 5.2.2. Năng suất kinh tế ...................................................................................................... 187 5.3. Mối quan hệ giữa quang hợp, dinh dưởng khoáng và năng suất cây trổng..189 5.3.1. Mối quan hệ giữa quang hợp và năng suất cây trổng................................................189 5.3.2. Mối quan hệ giữa dinh dưỡng khoáng và năng suất cây trồng................................. 196 5.3.3. Mối quan hệ giữa dinh dưỡnq khoáng và phẩm chất cây trổng................................ 205 Kết luận Chương 5........................................................................................................... 207 Câu hỏi hướng dẫn ôn tập, thảo luận.......................................................................... 207 Tài liệu tham khảo Chương 5........................................................................................ 208 GIAO TRÌNH DINH DUONG kh o an g 10 Chương 6 NHU CẨU DINH DƯỠNG KHOÁNG VÀ PHÂN BÓN ĐỐI VỚI CÂY TRỔNG 6.1. Vai trò, đặc điểm, tính chất của một số loại phân bón đa lượng, trung lượng và vi lượng........................................................................ 210 6.1.1. Phân bón đa lượng................................................................................................... 210 6.1.2. Phân bón trung lượng.............................................................................................. 219 6.1.3. Phân bón vi lượng.................................................................................................... 221 6.2. Nhu cắu phân bón đa lượng đối với cây lương thực....................................... 222 6.2.1. Nhu cẩu phân bón đa lượng đổi với cây lúa.............................................................. 222 6.2.2. Nhu cáu phân bón đa lượng đối với cây ng ô.............................................................225 6.2.3. Nhu cáu phân bón đa lượng đối với cây sắn ..............................................................227 6.2.4. Nhu cẩu phân bón đa lượng đối với cây khoai lang ....!............................................. 228 6.3. Nhu cấu phân bón đa lượng đối vói cây thực phẩm........................................229 6.3.1. Nhu cẩu phân bón đa lượng đối với cây lạc................................................................229 6.3.2. Nhu cáu phân bón đa lượng đối VỚI cây đậu tương................................................... 231 6.3.3. Nhu cẩu phân bón đa lượng đối với cây đậu xanh..................................................... 233 6.3.4. Nhu cáu phân bón đa lượng đổi với cây cà chua.......................................................233 6.3.5. Nhu cáu phân bón đa lượng đối với cây khoai tây.....................................................234 6.3.6. Nhu cẩu phân bón đa lượng đối với cây ớ t ...............................................................236 6.3.7. Nhu cáu phân bón đa lượng đối với cây cà rốt và cải củ............................................. 236 6.4. Nhu cẩu phân bón đa lượng đối với cây ăn quả..............................................237 6.4.1. Nhu cầu phân bón đa lượng đối với cây xoài....................... 237 6.4.2. Nhu cắu phân bón đa lượng đối với cây cam, quýt.....................................................239 6.4.3. Nhu cáu phân bón đa lượng đối với cây nhãn............................................................241 6.4.4. Nhu cẩu phân bón đa lượng đối với cây chuối............................................................241 Mục lục 11 6.4.5. Nhu cáu phân bón đa lượng đối với cây nho.............................................................. 242 6.4.6. Nhu cẩu phân bón đa lượng đối với cây thanh long...................................................243 6.4.7. Nhu cắu phân bón đa lượng đối với cây sáu riêng......................................................245 6.4.8. Nhu cáu phân bón đa lượng đối với cây bơ................................................................ 248 6 .5 . Nhu cấu phân bón đa lượng đối vói cây công n g h iệ p .................................... 249 6.5.1. Nhu cẩu phân bón đa lượng đối với cây điéú............................................................. 249 6.5.2. Nhu çàu phân bón đa lượng đối với cây dừa.............................................................. 250 6.5.3. Nhu cẩu phân bón đa lượng cho cây cà phê............................................................... 251 6.5.4. Nhu cẩu phân bón đa lượng cho cây cao su ............................................................... 252 6.5.5. Nhu cẩu phân bón đa lượng cho cây tiêu................................................................... 254 6.5.6. Nhu cẩu phân bón đa lượng cho cây m ía .................................................................. 255 6.6. Nhu cẩu phân bón trung lượng đối với một số cây trồng............................ 257 6.6.1. Nhu cáu phân bón lưu huỳnh đối với một số cây trống..............................................257 6.6.2. Nhu cẩu phân bón Calci đối với một số cây trổng...................................................... 258 6.6.3. Nhu cầu phân bón magiê đối với một số cây trổng.................................................... 259 6.7. Nhu cầu phân bón vl lượng đối với một số cây trổng..........................................260 6.7.1. Nhu cầu phân bón đống đối với một số cây trổng..................................................... 260 6.7.2. Nhu cầu phân bón kẽm đối với một số cây trổng...................................................... 262 6.7.3. Nhu cầu phân bón sắt đối với một số cây trổng......................................................... 265 6.7.4. Nhu cẩu phân bón mangan đối với một số cây trổng.................................................266 6.7.5. Nhu cáu phân bón bo đối với một số cây trổng.......................................................... 267 6.7.6. Nhu cẩu phân bón molybden đối với một sỏ' cây trống............................................ 269 Kết luận Chương 6 ...........................................................................................................270 Câu hỏi hưáng dẫn ôn tập, thảo lu ận .......................................................................... 270 Tài liệu tham khảo Chưomg 6 ........................................................................................ 271 DANH MỤC CÁC HÌNH VÀ BẢNG Tên hình. Trang Hình 1.1. Mô hình trổng cây thủy canh và khí canh 34 Hình 2.1.thu trình nitơ trong tự nhiên 42 Hình 2.2. Quá trình xâm nhập của vi khuẩn Rhizobium cố định nitơ 47 Hình 2.3. Sơ đổ của phức hệ enzyme nitrogenase, nguồn chất khử và các cơ chất trong cố định nitơ sinh học 49 Hình 2.4. Nốt sần ở rễ do vi khuẩn cộng sinh 55 Hình 2.5. Sơ đổ khử nitrate xảy ra ở lá cây 57 Hình 2.6. Sơ đổ tổng hợp diệp lục, cytochrome, enzyme, leghemoglobin 61 Hình 2.7. Sơ đổ tổng hợp các amin 62 Hình 2.8. Sơ đó phân giải allatoin và allatoate 62 Hình 2.9. Sơ đổ chuyển hóa acid pyruvic thành acid béo 81 Hình 2.10. Sơ đổ quá trình khửS042 ở thực vật 83 Hình 2.11. Sơ đổ quá trình tổng hợp allicin và dáu mù tạt ở thực vật 84 Hình 3.1. Sơ đổ vai trò của mangan trong phản ứng Hill Bendal 105 Hình 3.2. Triệu chứng thiếu mangan ở ngô (a), nho (b), cà phê (c) đậu tương (d) và cao lương (e) 109 Hình 3.3. Triệu chứng thiếu đổng ởđậu tương (a), mía (b), ngô (c, d), lúa (e) và lúa mì (f) 116 Hình 3.4. Triệu chứng thiếu kẽm ở nho (a, b), ngô (c, d, e), đậu tương (f), chuối (g) và mía (h) Hình 3.5. Triệu chứng thiếu sắt ở táo (a), nho (b, c), ngô (d), lê (e) và hướng dương (f ) 120 Hình 3.6. Triệu chứng thiếu bo ở ngô (a), bạch đàn (b, c) và cà chua (d) Hình 3.7. Triệu chứng ngộ độc bo ở đậu tương Hình 3.8. Triệu chứng thiêu natri ở dâu tây (a) và táo (b) 131 132 136 Hình 3.9. Triệu chứng thiếu do ở cà chua (a) và cam chanh (b) 140 Hình 3.10. Triệu chứng thiếu molybden mía (a), củ cải đường (b) và súp lơ 144 127 GIAO TRÌNH DINH DƯỠNG KHOẤNG 14 Hình 3.11. Triệu chứng ngộ độc niken ở cây đậu tương 146 Hình 4.1. Cấu tạo của rễ 153 Sơ đổ 4.1. Hấp thụ trao đổi ion giữa rễ và dung dịch đất 155 Hình 4.2. Lông hút rễ trong đất và trao đổi ion giữa dung dịch và keo đất 157 Hình 4.3. Sơ đổ không gian tự do Donnan và không gian tự do nước 158 Hình 4.4. Mô hình vận chuyển qua màng nguyên sinh chất nhờ chất mang 161 Hình 4.5. Vận chuyển các chất qua màng theo cơ chế bị động và tích cực 161 Hình 4.6. Sơ đó vận chuyển các chất qua màng nhờ bơm năng lượng 163 Hình 4.7 Mô hình vận chuyển tích cực chát tan qua màng nguyên sinh chất 164 Hình 4.8. Vận chuyển các chất vào mạch gỏ theo con đường apoplast và symplast 170 Hình 5.1. Nhịp điệu tích lũy cây ngô trong quá trình sinh trưởng và phát triển 193 Hình 6.1. Triệu chứng thiếu N, p, K, Mg, Ca, s đối với cây mía 256 Hình 6.2. Triệu chứng thiếu dinh dưỡng trên cà chua 258 Hình 6.3. Triệu chứng thiếu đóng (Cu) trên cây họ cam quýt vớihiện tượng chảy gôm 261 Hình 6.4. Lá xà lách bị thiếu đổng 261 Hình 6.5. Thiếu kẽm ở một số cây trổng 263 Hình 6.6. Cây lúa và cây ngô thiếu kẽm 264 Hình 6.7. Thiếu sắt ở một số cây trồng 266 Hình 6.8. Thiếu Mn ở cây cây cam, cà chua và đậu nành 267 Hình 6.9. Thiếu Bo quả ngô hạt không phát triển và cây súp lơ thối đen 268 Hình 6.10. Thiếu Mo ở cây cà chua và súp lơ 269 Tên bảng trang Bảng 1.1. Hàm lượng các nguyên tố hóa học thích hợp trong mô cẩn cho cây sinh trưởng 25 Bảng 1.2. Chức năng sinh hóa của các nguyên tổ dinh dưỡng khoáng 27 Bảng 1.3. Dung dịch dinh dưỡng Knop và Helrigel 31 Bảng 1.4. Thành phần các nguyên tố dinh dưỡng trong dung dịch cải biến của Hoagland Bảng 1.5. Thành phán các nguyên tố dinh dưỡng trong các dung dịch phổ biến 32 33 Bảng 2.1. Lượng nitơ được tổng hợp trong tự nhiên và trong công nghiệp 45 Bảng 2.2. Ảnh hưởng của nitơ đến kích thước và trọng lượng lá 64 DANH MỤC CÁC HÌNH VÀ BẢNG 15 Bảng 2.3. Ảnh hường của kali đến năng suất hạt và ti lệ nhiễm bệnh của hạt ở cây đậu 78 Bảng 2.4. Ảnh hưởng của việc thiếu s đến thành phẩn lácây cà chua 85 Bảng 2.5. Ảnh hưởng của phân chứa s lên các amino acid của protein nội nhũ của cây lúa mạch 85 Bảng 2.6. Ảnh hưởng của việc bón sulfat lên năng suất và hàm lượng tinh dẩu ở thân cây BrassiJúncea 86 Bảng 2.7. Ảnh hưởng của Mg đến hàm lượng sắc tố và hàm lượng chất khô trong lá cây đậu ngựa 98 Bảng 3.1. Ảnh hưởng cùa đổng đến hàm lượng sắc tố và sự vận chuyển electrón trong 2 hệ ánh sáng ở cây Spinach 111 Bảng 3.2. Ảnh hưởng của thiếu đóng lên sự ra hoa và hoạt tính enzyme ở cây Chrysanthemummorifolium 113 Bảng 3.3. Ảnh hưởng của Cu lên sự sinh trưởng, hàm lượng protein, diệp lục và quang hợp ở cây Spinach 114 Bảng 3.4. Ảnh hưởng của đổng lên năng suất lúa mì trên đất nghèo đóng 114 Bảng 3.5. Ảnh hưởng của việc cung cấp Zn đến khối lượng chất khô và thành phẩn 118 các hợp chất ở đỉnh chổi và lá non của cây mẫm đậu Bảng 3.6. Mối quan hệ giữa cung cấp sát và hàm lượng diệp lục trong lá, Acid hữu cơ trong rễ cây đại mạch Bảng 3.7. Ảnh hưởng của nổng độ Na2S04lên sự sinh trưởng và hàm lượng của Na và K của lá cây Atriplex vesicariũ L. 125 133 Bảng 3.8. Ảnh hưởng của sự thay thế K+bằng Na+trong dung dịch ở lá cây củ cải đường 134 Bảng 3.9. Mối quan hệ giữa hàm lượng do trong lá và rối loạn sinh trưởng ở cây dừa Bảng 3.10. Ảnh hưởng các dạng muối lên bơm H+-ATPase 138 139 Bảng 3.11. Hàm lượng Mo ở các phẩn khác nhau của cây đậu Hà Lan 141 Bảng 3.12. Ảnh hưởng của Mo lên sinh khôi và hàm lượng nitơcủa cằyAlnusglutinosa ở đất nghèo Mo Bảng 3.13. Ảnh hưởng của Mo và dạng nitơ lên sự sinh trưởng, hàm lượng diệp lục, nitrat và ađd ascorbic của cây cà chua 142 143 6IẤ0 TRÌNH DINH DƯỠNG KHOÁNG 16 Bảng 3.14. Ảnh hưởng của bón Mo đổi với cây ngô lên sự hình thành hạt phấn và hiệu quả hạt phấn có ích 143 Bảng 4.1. Mối quan hệ giữa nóng độ ion trong chất nén và trong dịch bào của tảo Nitella và Valonia 156 Bảng 4.2. Khả năng trao đổi cation của một số loài thực vật 158 Bảng 4.3. Đường kính vách tế bào, đường saccharose và ion kali, Calci 159 Bảng 4.4. Trị số pH thích hợp đối với một số nguyên tố khoáng cây hấp thụ 178 Bảng 4.5. Môi trường pH thích hợp với một số loại cây trống 179 Bảng 5.1. Ảnh hưởng của mức bón nitơ lên hàm lượng vitamin B1của hạt lúa mì 206 Bảng 6.1. Nhu cáu phân bón đa lượng cho giống lúa thuán và lúa lai 223 Bảng 6.2. Nhu cẩu phân bón đa lượng cho giống lúa trung ngày và dài ngày ngắn ngày, 224 Bảng 6.3. Nhu cầu phân bón đa lượng cho cây ngô 226 Bảng 6.4. Nhucẩu phân bón đa lượng cho cây sắn (kg/ha) 228 Bảng 6.5. Lượng phân bón cho cây đậu tương theo thời vụ và năng suất 232 Bảng 6.6. Lượng phân bón cho cam theo tuổi cây 239 Bảng 6.7. Bón phân cho cam quýt thời kỳ cây dưới 7 tuổi 240 Bảng 6.8. Lượng phân bón cho cam, quýt theo năng suất 240 Bảng 6.9. Nhu cầu phân bón đa lượng ở thời kỳ cho quả 243 Bảng 6.10. Nhu cẩu phân bón đa lượng cho cà phê theo tuổi cây 252 Bảng 6.11. Nhu cầu phân bón đa lượng ở thời kỳ kiến thiết cơ bản cho cao su 253 Bảng 6.12. Nhu cáu phân bón đa lượng ở thời kỳ kinh doanh cho cây cao su 253 Bảng 6.13. Nhu cẩu phân bón đa lượng theo năm cho cây tiêu 255 Từ VIẾT TẮT DNA Deoxyribonucleic acid RNA Ribonucleic acid rRNA RNA ribosome mRNA tRNA ATP NADPH RNA thông tin (messenger RNA) RNA vận chuyển (tranfer RNA) Adenosine triphosphate Nicotinamide adenine dinudeotide phosphate FAD Flavine adenine dinudeotide TPP Thiamine pyrophospate NSKT Năng suất kinh tế NSSH Năng suất sinh học NSLT Năng suất lý thuyết HSQH Hệ số quang hợp LPB Lượng phân bón CoA Coenzyme A cs. Nxb Cộng sự Nhà xuất bản MỞDẦU Dinh dưỡng khoáng ở thực vật là một phần kiến thức trong giáo trình Sinh lý học thực vật đi cùng với'sự trao đổi nước, quang hợp, hô hấp, sinh trưởng, phát triển và sinh lý chống chịu. Tuy nhiên, trong giáo trình Sinh lý học thực vật phần dinh dưỡng khoáng chưa được đề cập đầy đủ và chuyên sâu, chưa trình bày được nhu cầu phân bón đối với từng nhóm cây trồng, mối quan hệ giữa quang hợp, dinh dưõn6 kí?, trong khi đó trọng lượng cùa đât chỉ giảm có 56 g. Ông kết luận ràng cày chi cần nước đề sống. Johan Baptista van Helmont là người đầu tiên biết sử dụng phương pháp trông cây trong chậu (trong đất) và phương pháp cân trọng lượng so sánh. 22 GIÀO TRÌNH DINH DƯỠNG KHOAjto Năm 1699, John Woodward - nhà khoa học người Anh đã lặp lại thị nghiệm của Johan Baptista van Helmont với một loại cỏ thơm và đira ra một kết luận mới: Để sinh trưởng bình thường, cây không chỉ cầu nước mà còn có những chất do đất cung cấp. John Woodward là người đầu tiên sáng tạo ra phương pháp trồng cây trong dung dịch, mở đường cho khoa học phát triển. Kết quả thực nghiệm của ông có ý nghĩa quan trọng đặt nền móng cho thuyết dinh dưỡng đất (dinh dưỡng khoáng) đối với thực vật. Suốt thế kỷ 18 tới thế kỷ 19, các nhà khoa học tập trung vào việc tìm chất gì trong đất có ý nghĩa chủ yếu đối với đời sống thực vật. Thuyết chất mùn của Albrecht Thaer (1828) đã được hình thành: Chất mùn là nguồn dinh dưỡng chủ yếu của thực vật, còn các chất khác có trong đất như muối khoáng, các hạt cát, các hạt sét chỉ có tác dụng hồ trợ cho sự đồng hóa các chất béo của mùn. Người có công to lớn trong việc xây dựng và hoàn chỉnh học thuyết dinh dưỡng khoáng thực vật là nhà khoa học người Đức - Justus von Liebig (1803 - 1873). Ông là người đầu tiên đề ra và sử dụng phương pháp phân tích tro để đánh giá vai trò của các nguyên tố khoáng. Ong phát hiện trong tro thực vật có nhiều nguyên tố khoáng với hàm lượng lớn như s, K, Mg, Ca, Fe, Si, N a... Ông chứng minh độ phì của đất không phải do mùn mà do các chất khoáng và đánh giá cao vai trò của chất khoáng và xem nhẹ vai trò của chất mùn. Ông đã đề ra “Định luật tôi thiểu”, nghĩa là bón bất kỳ liều lượng nào các chất khoáng sẽ không làm tăng thu hoạch cho đến khi chưa loại bỏ được sự thiếu hụt của các chất còn lại ở lượng tối thiểu. Mặc dù lý thuyết dinh dưỡng khoáng thực vật của Justus von Liebig còn nhiều mặt hạn chế, song kết quả nghiên cứu của ông đã có ảnh hưởng lớn đến việc đẩy mạnh sản xuất và sử dụng phân bón hóa học ớ các nước phương Tây từ nửa sau thế kỷ 19. Nhờ đó chỉ trong vài chục năm năng suất lúa mì của châu Âu đã tăng lên gấp đôi (7 tạ/ha/năm lên 14 tạ/ha/năm). Mức độ tăng năng suất này trước đó phải mất đến vài thê ký và có thể nói đó là “cuộc cách mạng xanh lần thứ hai”. Chương 1 CẨC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH NGUYÊN Tố KHOÁNG VÀ XẤC ĐỊNH NHU CẨU... 23 1.2. Khái niệm chung về dinh dưỡng và dinh dưỡng khoáng 1.2.1. Nguyên tổ dinh dưỡng (Plant nutrient elements) Thực vật muốn sinh trưởng và phát triển thì cần hút các chất để cung cấp cho hoạt động sống của mình. Các nguyên tố mà thực vật hấp thụ trong suốt quá trình sống đó chính là nguyên tố dinh dưỡng. 1.2.2. Nguyên tổ dinh dưỡng khoáng (Mineral nutrient elements) Có hai khái niệm về nguyên tố khoáng trong cây: Một là, nguyên tố khoáng là các nguyên tố chứa trong phần tro thực vật. Đe phát hiện nguyên tố khoáng của cây thì người ta phân tích tro thực vật. Đốt thực vật ở nhiệt độ cao (khoảng 1000°C), các nguyên tố c, o, H, N sẽ mất đi dưới dạng khí C 0 2, hơi H20 và NO,, 0 2 hoặc N,... Phần còn lại là tro thực vật (ashes). Nguyên tố c chiếm khoảng 42 - 45% khối lượng chất khô, 0 2 chiếm khoảng 40 - 42%, H chiếm khoảng 6,5 - 7,0% và N khoảng 1,5 - 5,0% hàm lượng chất khô. Các nguyên tố c , H, N, o , s, p là thành phần chủ yếu cấu tạo nên các chất hữu cơ trong cây. số còn lại chiếm xấp xỉ 5% khối lượng chất khô của cây là các nguyên tố khoáng. Hai là, trừ các nguyên tố có nguồn gốc từ c ơ 2 và nước (C, H và O), các nguyên tố còn lại được cây hấp thu từ đất gọi là các nguyên tố khoáng. Theo quan niệm này thì N là nguyên tố khoáng vì nó được rễ hấp thu trong đất. Do đó, các phân bón có N (phân đạm) đều gọi là phân chứa khoáng (phân khoáng). Các phân bón chứa các nguyên tố khác như p, K, s, Ca, M g... cũng được gọi là phân khoáng. Quan niệm này hiện nay được nhiều người thừa nhận. 1.2.3. Nguyên tố dinh dưỡng khoáng thiết yếu (Essential mineral nutrient eỉements) Khoa học ngày càng phát trièn. việc tìm ra vai trò của các nguyên tô trong tự nhiên tham gia vào đời sông cùa cây trông đã mớ ra nhiêu hướng thâm canh để nâng cao năng suất cùng như chất lượng cây trông. Việc ra đời của các loại phân bón, phân bón lá có chứa nguyên tô vi lượng đang được sứ dụng nhiều trong sán xuất. Nâng cao hiêu biêt vè 24 g ia o t r ìn h d in h d ưỡng k h o á n g những nguyên tố hoá học tham gia vào đời sống của cây và nhu cầu của cây đối với các nguyên tố đó như thế nào là cơ sở để sử dụng phân bón hiệu quả hơn. Nhiều công trình nghiên cứu trong và ngoài nước cho thấy, trong thành phần của thực vật có mặt khoảng 92 nguyên tố hoá học, nhưng chỉ có 19 nguyên tố thiết yếu với cây trồng, trong đó có 13 nguyên tố khoáng. Những nguyên tố được xem là thiết yếu với thực vật phải đáp ứng với 3 nguyên tắc sau: Một là, nếu thiếu hụt nguyên tố đó thì cây không thể hoàn thành chu trình sống. Hai là, nguyên tố đó phải tham gia vào trong thành phần cấu tạo các hợp chất cấu trúc nên chất nguyên sinh của tế bào hoặc tham gia vào một khâu nào đó của quá trình trao đổi chất. Ba là, vai trò của nguyên tổ đó không thể thay thế bằng nguyên tố khác. Các nguyên tố dinh dưỡng thiết yếu đều quan trọng như nhau cho sự sinh trường và phát triên của cây trồng. Sự thiếu hụt hay dư thừa bất kỳ nguyên tố nào xuất hiện trong quá trình sinh trưởng và phát triển của cây đều gây ra ảnh hưởng bât lợi. Ngoài những nguyên tố dinh dưỡng thiết yếu, một số cây trồng còn có nhu cầu những chất khác như: natri và nhôm cần thiết cho cây nho; coban cần cho cây họ đậu Tuỳ theo vai trò và nhu cầu của cây trồng, các nguyên tố thiết yếu được chia thành 2 nhóm: - Nguyên tố đa lượng (M acronutrient elements): Đây là nhóm các chất dinh dưỡng thiêt yêu mà cây trồng cần nhiều chiếm 0 1 10% khối lượng khô của cây, bao gồm: nitơ (N), kali (K), phosphor (P), lưu hùynh (S), Calci (Ca), magiê (Mg). - Nhóm vi lượng (Micronutrỉent elements): Đây là các chất dinh dưỡng khoáng thiết yếu mà cây trồng cần hàm lượng rất ít, bao gồm các nguyên tố: kẽm (Zn), sắt (Fe), đồng (Cu), mangan (Mn) bo (B), molybden (Mo), clo (Cl), coban (Co), selen (Se), niken (Ni), vanadi (V), iôt (I)... Các nguyên tô này chiếm khoảng 5 phần triệu (5 ppm) đến nhỏ hơn 0,02%. Chương 1■CẤC PHƯƠNG PHẤP PHÂN TÍCH NGUYÊN Tố KHOÁNG VÀ XÁC ĐỊNH NHU CẨU... 25 Các nguyên tố carbon (C), hydrogen (H), oxygen (O) là các nguyên tố đa lượng đóng vai trò cấu trúc (structural elements), chúng không phải là nguyên tố dinh dưỡng khoáng và không được xem là nguyên tố dinh dưỡng bởi vì chúng được thu từ nước và cacbonic. Các chất dinh dưỡng thiết yếu với cây trồng (gồm các chất đa lượng và vi lượng) đều phải được cung cấp đầy đủ và cân đối mới giúp cho cây trồng sinh trưởng, phát triển tốt, cho năng suất và chất lượng cao. Bất kỳ sự thiếu hụt hay dư thừa nguyên tố dinh dưỡng nào cũng như sự mất cân đối đều làm giảm năng suất và ảnh hưởng xấu đến chất lượng nông sản. Theo Epstein (1999) mức dinh dưỡng thích hợp trong mò lổ bào cần cho cây sinh trưởng được trình bày ở Bảng 1.1. Bảng 1.1. Hàm lượng các nguyên tô' hóa học thích hợp trong mô cần cho cây sinh trưởng Nguyên tố Ký hiệu hóa học Hàm lượng Nguyên tố (%) Kỷ hiệu hóa học Hàm lượng (ppm) Cl Fe B Mn Na Zn Cu Ni Mo 100 100 20 50 10 20 6 0,1 0,1 Thu đ ư ợ c từ n ư ớ c hoặc carbonic c Carbon Hydro Oxy H o 45 6 45 Thu đ ư ợ c từ đất N g u y ê n tố vi lu ụ n g N g u y ê n tố đa lư ợ ng Nitơ Kali Calci Magiê Phosphor Lưu huỳnh Silic N K Ca Mg p s Si 1,5 1,0 0,5 0,2 0,2 0,1 0,1 Clo Sắt Bo Magan Natri Kẽm Đồng Niken Molybden (Nguồn: Theo Epstein 1999)