CHƯƠNG 6CÁC NGUYÊN TỐ DINH DƯỠNG VÀ PHÂN BÓN TRUNG LƯỢNG

BÀI 1: CÁC NGUYÊN TỐ DINH DƯỠNG VÀ PHÂN BÓN TRUNG LƯỢNG

S, Ca và Mg là các nguyên tố dinh dưỡng mà cây trồng có nhu cầu tương đối lớn cho sự sinh trưởng và phát triển. Cây trồng có nhu cầu S và Mg với số lượng tương đương với P, trong khi đó đối với nhiều loài cây, nhu cầu Ca lớn hơn so với nhu cầu của P. Các phản ứng của S trong đất xảy ra tương tự các phản ứng của N. S chiếm phần lớn trong các thành phần hữu cơ hay vi sinh vật trong đất. Ngược lại, Ca2+ và Mg2+ thường đi cùng với thành phần keo đất và có tính chất tương tự như K+.

I Lưu huỳnh (S) 1.1 Lưu huỳnh trong đất - Hàm lượng S trong đất

S là nguyên tố có hàm lượng cao thứ 13 trong vỏ quả đất, hàm lượng trung bình từ 0,06 - 0,10 %. Các khoáng trong đá và đất có chứa S chính là gypsum (CaSO4.2H2O), epsomite (MgSO4.7H2O), mirabilite (Na2SO4.10H2O), pyrite (FeS2), sphalerite (ZnS), chalcopyrite (CuFeS2), và cobaltite (CoAsS). Các khoáng sulfides quan trọng khác bao gồm pyrrhotite (Fe11S12), galena (PbS), arsenopyrite (FeS2.FeAs2), và penlandite (Fe,Ni)9S8, được tìm thấy trên khắp thế giới.

Các khoáng silicate thường chứa hàm lượng < 0,01 % S; tuy nhiên S có thể có hàm lượng rất cao trong khoáng biotite, chlorite, và các loại khoáng có cấu trúc dạng tầng. Hàm lượng S trong các loại đá phún xuất thường biến đổi từ 0,02 - 0,07 %. Hàm lượng S trong các loại đá trầm tích biến đổi từ 0,02 - 0,22 %; vì thế các loại đất phát triển trên đá trầm tích thường chứa hàm lượng S khá cao.

Lưu huỳnh (S) nguyên tố hiện diện trong các trầm tích biển, trầm tích núi lửa, và các trầm tích được kết hợp với calcite và gypsum. Ngoài ra còn có một lượng S lớn dạng khí được giải phóng trong thời gian hoạt động của núi lửa và dạng hydrogen sulfide (H2S) của núi lửa, thủy nhiệt, và sinh học. Hydrogen sulfide, một nguồn S quan trọng, nhưng là chất gây nhiễm bẩn trong nhiều vùng khí tự nhiên. Các hợp chất hữu cơ có chứa S gồm dầu mỏ thô, than đá.

Nguồn gốc của S trong đất là các sulfide kim loại trong các loại đá. Khi các loại đá bị phong hóa, các khoáng phân rã và S2- giải phóng sẽ bị oxi hoá thành SO4

2-. SO42- sau đó hình

thành các dạng muối SO42- hòa tan, hoặc không hòa tan trong các vùng khí hậu khô hay bán

khô hạn, hoặc được hấp thụ bởi các sinh vật, bị khử bởi các vi sinh vật khác thành S2- hay S0

trong điều kiện yếm khí. Một số SO42- khác được hình thành trong thời gian phong hóa các

khoáng được tìm thấy trong nước tiêu, rửa trôi. Nước biển chứa xấp xỉ 27.000 ppm SO42-.

Trong các sông hồ tự nhiên khác, SO42- biến động trong khoảng 0,5-50 ppm, nhưng cũng có

thể đạt đến 60.000 ppm (6 %) trong các hồ và các vùng trầm tích mặn cao.

Nguồn S khác trong đất là S từ khí quyển. Trong các vùng có than đá và các sản phẩm có chứa S khác được đốt cháy, SO2 sẽ được giải phóng vào không khí và sau đó được trả lại vào đất do mưa. Cây trồng cũng có thể hấp thu SO2 khuếch tán vào trong lá. Tuy nhiên, khi tiếp xúc với hàm lượng nhỏ SO2 (0,5 ppm) trong 3 giờ có thể lá của các thực vật mẫn cảm với S sẽ bị tổn thương.

Lượng SO2 giải phóng vào khí quyển bởi các nước công nghiệp vào khoảng 100 triệu tấn trong năm 1990. Phần lớn khí này là hậu quả của việc đốt cháy các nhiên liệu dầu mỏ, các qui trình chế biến công nghiệp như nung chảy các quặng mỏ, tinh luyện dầu hỏa, và các qui trình công nghiệp khác chiếm vào khoảng 29 % tổng lượng SO2 này. Tổng lượng S được trả lại cho đất do mưa biến thiên khoảng 1 kg/ha/năm ở các vùng nông thôn cho đến 100

1

kg/ha/năm ở các vùng gần khu công nghiệp. Sự phát xạ của S vào không khí, một phần gây ra mưa acid ở các nước công nghiệp hóa. Các acids mạnh như H2SO4 làm giảm pH của nước mưa trong nhiều vùng (giảm đến pH 4 - 5). Hấp thu trực tiếp SO2 của đất là một cơ chế quan trọng để SO2 xâm nhập vào đất.

Do sự gia tăng ô nhiễm không khí nên nhiều qui định được đưa ra yêu cầu phải làm sạch và xử lý các khí thải. Nhiều công ty công nghiệp hiện nay được yêu cầu làm sạch các khí thải, biện pháp này đang được phổ biến rộng nhằm giảm bớt hàm lượng S trong nước mưa. Trong khi sự phát xạ của các hợp chất S vào không khí do các hoạt động công nghiệp bị chỉ trích mạnh, thực tế phần còn lại khoảng 70 % hợp chất S có trong không khí lại là do các tiến trình tự nhiên gây ra. Các hợp chất S bay hơi được giải phóng với một khối lượng lớn từ các hoạt động của núi lửa, từ các đầm lầy ven biển, từ sự phân hủy của chất hữu cơ và từ các nguồn khác trong thiên nhiên.

1.2 Các dạng S trong đấtTrong đất S hiện diện ở 2 dạng hữu cơ và vô cơ, nhưng gần 90 % tổng S hiện diện

chủ yếu dưới dạng vô cơ trong tầng mặt của các loại đất (không có đá vôi). Các dạng S vô cơ này bao gồm SO4

2- trong dung dịch đất, SO42- bị hấp phụ bề mặt keo sét, SO4

2- không hòa tan, và các hợp chất S vô cơ ở dạng khử. SO4

2- trong dung dịch và bị hấp phụ bề mặt là thành phần dễ hữu dụng nhất đối với cây trồng.

Chu kỳ của S trong hệ thống đất-cây trồng-khí quyển tương tự như chu kỳ của N, ở cả các thành phần dạng khí và chất hữu cơ trong đất.

1.2.1 S vô cơa. SO4

2- trong dung dịch S được rễ cây trồng hấp thu ở dạng SO4

2-, SO42- di chuyển đến rễ do sự khuếch tán và

dòng chảy khối lượng. Nếu dung dịch các loại đất có chứa 5 ppm SO42-, phần lớn nhu cầu

S của cây trồng có thể được cung cấp bằng dòng chảy khối lượng. Với nồng độ SO42- trong

dung dịch từ 3-5 ppm thường đủ cho sự sinh trưởng của phần lớn các loại cây trồng, nhưng đối với một số cây như cải dầu, cây họ đậu yêu cầu nồng độ S trong dung dịch cao hơn. Các loại đất cát thiếu S thường có nồng độ SO4

2- < 5 ppm. Ngoại trừ các loại đất ở vùng khô hạn có thể có sự tích lũy muối SO4

2-, nhưng phần lớn các loại đất hàm lượng SO42- vô cơ < 10 %

S tổng số.Hàm lượng SO4

2- hòa tan biến đổi rất lớn theo độ sâu của đất. SO42- hòa tan có thể có

nồng độ rất cao trong các tầng đất bên dưới, nhưng cũng có thể rất thấp ở các tầng sâu của các loại đất cát. Sự tích lũy SO4

2- thường xảy ra trong các tầng đá vôi hay gypsiferrous hay trong các tầng bị nén chặt, ít thấm, các tầng nơi sự di chuyển của nước và sự rửa trôi bị hạn chế.b. SO4

2- Hòa tan trong dung dịch các loại đất có thể biến động rất lớn theo mùa và theo năm.

Sự biến động này là kết quả của quá trình tương tác giữa các điều kiện môi trường và thời tiết đến sự khoáng hoá của S hữu cơ, sự di chuyển của SO4

2- trong dung dịch đất, và do sự hấp thu SO4

2- của cây trồng.Hàm lượng sulfate trong đất cũng biến đổi do bón các loại phân bón có chứa S và do

sự hiện diện của SO42- trong nước mưa và nước tưới. Trong những vùng cục bộ gần các trung

tâm công nghiệp, hàm lượng SO42- của đất có thể gia tăng do sự hấp thu trực tiếp SO2 và sự

rơi trở lại của S dưới dạng bụi.Vì có tính chất của một anion và khả năng hòa tan của các muối SO4

2-, nên SO42- cũng

giống như NO3-, có thể dễ dàng bị rửa trôi khỏi lớp đất mặt. Tuy nhiên, sự mất do rửa trôi

khác nhau rất lớn giữa các loại đất. Lượng nước thấm lậu càng lớn sự rửa trôi của SO42- càng

cao.Một yếu tố khác ảnh hưởng đến sự mất SO4

2- phụ thuộc vào bản chất của cation hiện diện trong dung dịch đất. SO4

2- mất do rửa trôi lớn nhất khi các ion có hoá trị 1 như K+ và Na+

2

chiếm ưu thế trong dung dịch; kế tiếp theo thứ tự là các cation hóa trị 2 như Ca2+ và Mg2+; SO4

2- mất do rửa trôi ít nhất trong các đất chua có lượng Al3+ trao đổi cao.c. SO4

2- hấp phụ bề mặtSO4

2- bị hấp phụ bề mặt keo đất là phần quan trọng trong các loại đất có chứa nhiều oxide Al và Fe. Nhiều loại đất thuộc bộ Ultisols và Oxisols chứa một lượng SO4

2- hấp phụ rất đáng kể. Các loại đất này có quá trình phong hóa mạnh và hiện diện trong các vùng mưa nhiều. SO4

2- bị hấp phụ trong các loại đất phong hóa mạnh có thể rất có có ý nghĩa đến nhu cầu S của cây trồng bởi vì S dạng này thường dễ hữu dụng. Mặc dù SO4

2- bị hấp phụ không hữu dụng nhanh như là SO4

2- hòa tan, nhưng chúng có thể được giải phóng trong một khoảng thời gian dài.

Sự tích tụ của SO42- bị hấp phụ trong các tầng đất sâu là kết quả của sự di chuyển hay

rửa trôi SO42- từ các tầng đất bên trên, kết quả là SO4

2- được tích lũy ở các tầng đất sâu hơn. SO4

2- bị hấp phụ có thể chiếm đến 1/3 tổng S trong các tầng đất sâu bên dưới. Trong các tầng đất mặt luôn có < 10% tổng S hiện diện.

Mặc dù cây trồng có thể sử dụng được SO42- bị hấp phụ, nhưng cây trồng có thể bị

thiếu S trong các giai đoạn đầu của sự sinh trưởng cho đến khi rễ phát triển đầy đủ để vươn sâu đến các tầng đất bên dưới. Vì vậy, các loại cây trồng có rễ ăn sâu, như cỏ cây họ đậu thường không thiếu S.

Sự hấp phụ sulfate là một phản ứng thuận nghịch và chịu ảnh hưởng bởi các tính chất của đất như sau:

Hàm lượng và loại khoáng sét Sự hấp phụ SO4

2- tăng theo hàm lượng sét trong đất. Thông thường, sự hấp phụ SO4

2- trên các sét đã bão hòa với H+ theo thứ tự sau: kaolinite> illite> montmorillonite. Khi được bão hòa với Al3+, sự hấp phụ theo thứ tự như trên đối với kaolinite và illite, nhưng thấp hơn nhiều đối với montmorillonite.

Các oxides ngậm nước Các oxides Fe và Al là các yếu tố chính gây ra sự hấp phụ phần lớn SO4

2- trong nhiều loại đất.

Tầng và độ sâu của đất Khả năng hấp phụ SO4

2- thường lớn ở các tầng đất sâu do các tầng này thường chứa nhiều sét và các oxides Fe và Al.

Ảnh hưởng của pH Sự hấp phụ SO4

2- gia tăng trong điều kiện chua mạnh, và sự hấp phụ này trở nên không đáng kể khi pH>6,5. Khả năng trao đổi anion (AEC) tăng khi pH giảm.

Do đó khi nghiền các mẫu đất trước khi chuẩn bị đất phân tích, sẽ có xu hướng là làm cho SO4

2- được trích dễ dàng hơn. Kết quả là khi đất được nghiền, S được trích thường cao hơn trong điều kiện đồng ruộng.d. S vô cơ ở dạng khử (S2- và S0)

Sulfides không hiện diện trong các loại đất vùng cao, tiêu nước tốt. Trong điều kiện yếm khí của các loại đất ngập nước, có thể có sự tích lũy H2S được hình thành do sự phân giải chất hữu cơ. SO4

2- hiện diện trong đất cũng có tác dụng như là 1 chất nhận điện tử đối với các vi khuẩn khử SO4

2-, và SO42- thường bị khử thành H2S. Trên đất oxi hoá thường không

tích lũy hoặc tích lũy rất ít S2- (khi Eh> -150 mV) hay đất có pH vượt ra ngoài khoảng 6,5 – 8,5. Sự tích lũy sulfide giới hạn chủ yếu trong các vùng ven biển bị ảnh hưởng của nước biển. Trong các loại đất bị ngập nước thường có nhiều Fe, nên H2S được giải phóng từ chất hữu cơ và từ SO4

2- sẽ hoàn toàn biến mất trong dung dịch do phản ứng với Fe2+ để hình thành FeS vô định hình, sau đó FeS sẽ biến đổi thành pyrite (FeS2).

Pyrite có thể bền trong đất, thường có một hàm lượng đáng kể vẫn còn tồn tại trong các vùng đất bị ngập nước trước đây nhiều năm sau khi được tiêu nước và canh tác. Ngược lại, sự oxi hóa các kết tủa FeS vô định hình có thể hoàn thành chỉ sau vài giờ tiếp xúc với không khí.

3

Sulfate được bón vào đất ngập nước sẽ bị khử thành H2S. Nếu H2S sau đó không bị kết tủa bởi Fe và các kim loại khác, sẽ thoát vào không khí. Ảnh hưởng của sự ngập nước đến sự hình thành H2S trong đất lúa ngập nước gia tăng theo thời gian và hàm lượng chất hữu cơ được bón vào.

Trong một số loại đất đầm lầy chịu ảnh hưởng thủy triều, một lượng lớn các hợp chất S dạng khử được tích lũy khi pH đất tăng. Nhưng khi các vùng này được tiêu nước, các hợp chất S sẽ nhanh chóng bị oxi hóa thành SO4

2-, làm giảm pH đất đáng kể. Phản ứng tổng quát của sự oxi hóa FeS2 trong đất như sau:

FeS2 + H2O + 7/2 O2 Fe2+ + 2SO42- + 2H+

Pyrite hiện diện rất phổ biến trong than đá. Chúng có thể bị phân tán rất mịn nên không thể nhìn thấy bằng mắt thường, hay có thể hiện diện dưới dạng những tập hợp lớn. Khi vật liệu pyrite được đào lên và tiếp xúc với không khí, bị oxi hóa và H2SO4 sẽ được hình thành, gây ra sự hóa chua trên các vùng này, với sự hóa chua này có thể tạo nên những vấn đề bất lợi trong canh tác và sử dụng đất.

S0 nguyên tố không phải là sản phẩm trực tiếp của sự khử SO42- trong các loại đất yếm

khí nhưng là 1 sản phẩm trung gian được hình thành trong quá trình oxi hóa hóa học của S 2-. Tuy nhiên có thể có sự tích lũy S0 trong đất khi sự oxi hóa các dạng S khử bị cản trở do sự ngập nước có tính tuần hoàn.Các yếu tố ảnh hưởng đến sự oxi hóa S0 trong đất

S0 nguyên tố, S2-, và các hợp chất S vô cơ khác có thể bị oxi hóa trong đất do các tác nhân hóa học, nhưng tốc độ phản ứng oxi hóa này thường chậm và vì thế không quan trọng so với tốc độ oxi hóa do vi sinh vật tiến hành. Tốc độ oxi hóa S 0 do vi sinh vật phụ thuộc vào sự tương tác của 3 yếu tố: (1) mật độ vi sinh vật trong đất, (2) dạng S, và (3) các điều kiện môi trường đất.

Vi sinh vật đất Có 3 loại vi khuẩn có liên quan đến sự oxi hóa S. Các vi khuẩn này là các vi khuẩn S

chemolithotrophic, chúng sử dụng năng lượng giải phóng từ sự oxi hóa S vô cơ cho sự cố định CO2 trong chất hữu cơ. Sự hoạt động của chúng được diễn tả theo phương trình tổng quát sau:

CO2 + S0 + ½ O2 + H2O [CH2O] + SO42- + 2H+.

Thiobacillus. Là vi khuẩn chemolithotrophic tiêu biểu. Phần lớn vi khuẩn này là hảo khí tự dưỡng nghiêm ngặt, nhưng cũng có một số là tự dưỡng không bắt buộc. Các tác nhân oxi hoá S0 này chiếm ưu thế trong oxi hoá S0 trong các loại đất, và chúng hoạt động mạnh trong một số môi trường nhất định.

Nhóm vi khuẩn thứ hai oxi hoá S0 là vi khuẩn S photolithotrophic, chúng tiến hành cố định C bằng quang hợp do sử dụng S2- và các hợp chất S khác như là nơi nhận các sản phẩm oxi hoá. Tính chất hoạt động của chúng được tóm tắt theo phương trình sau:

CO2 + 2H2S [CH2O] + H2O + S0

ánh sáng

Trong lớp vi sinh vật này có hai nhóm chính là: Chlorobium (vi khuẩn có màu xanh); và Chromatium (vi khuẩn có màu hồng). Chúng là các vi khuẩn yếm khí bắt buộc, môi trường sống thường là trong bùn có chứa H2S và nơi nước đọng được tiếp xúc với ánh sáng.

Lớp thứ ba của các tác nhân oxi hoá S0 hiện diện ở dạng của các vi sinh vật dị dưỡng. Các sinh vật dị dưỡng phần lớn là các tác nhân oxi hoá S0 trong đất, nơi mà 3 - 17 % tổng sinh vật dị dưỡng có khả năng biến đổi S0 thành thiosulfate. Sự oxi hoá S0 xảy ra nhiều trong vùng rễ cây trồng, nơi có vi sinh vật dị dưỡng rất đa dạng và có khả năng oxi hoá S 0 cao hơn các vùng không có rễ cây.

Trong các nhóm trên, nhóm vi sinh vật oxi hoá S được biết đến nhiều nhất là các vi khuẩn tự dưỡng thuộc chủng Thiobacillus. Tốc độ oxi hóa S0 trong các loại đất rất khác nhau là do sự khác nhau về số lượng của vi khuẩn Thiobacillus trong các loại đất đó. Tốc độ oxi

4

hóa S ban đầu có thể tăng đáng kể do chủng vi khuẩn này vào đất, nhưng tốc độ cũng có thể tăng khi chủng các vi khuẩn dị dưỡng khác.

Những ảnh hưởng có lợi này thường xảy ra trong thời gian rất ngắn, và ít hiệu quả trên các thí nghiệm đồng ruộng. Khi bón S0 vào đất sẽ kích thích sự phát triển của các vi sinh vật oxi hóa S0. Sự tăng cường khả năng oxi hóa S0 này và vượt qua ảnh hưởng của các yếu tố môi trường có thể là lý do thành công trong việc tiêm chủng vi sinh vật trên phạm vi đồng ruộng.

Nhiệt độ đất Nhiệt độ đất tăng sẽ làm tăng tốc độ oxi hóa S0 trong đất. Các số liệu cho thấy rằng

tốc độ oxi hoá gia tăng khi nhiệt độ tăng đến 300C. Nhưng trong khoảng nhiệt độ từ 55 - 600C, các vi sinh vật oxi hóa S0 sẽ bị chết, và nhiệt độ 25 - 400C là nhiệt độ lý tưởng cho sự sinh trưởng và hoạt động của các vi sinh vật này.

Ẩm độ và độ thoáng của đấtCác vi khuẩn oxi hoá S0 phần lớn là hảo khí, và sự hoạt động của chúng sẽ giảm khi bị

thiếu O2 do ngập nước. Sự oxi hóa S0 thích hợp ở khoảng ẩm độ gần độ ẩm đồng ruộng (FMC). Hoạt động oxi hóa của vi sinh vật sẽ giảm khi đất quá khô hoặc quá ướt.

pH đất Thông thường, sự oxi hóa vi sinh vật của S0 xảy ra trong một khoảng pH đất rộng,

mặc dù đối với một số loài, pH tối hảo có thể là 4,0. Loại đất và các tính chất khác của đấtCó sự khác nhau rất lớn trong tốc độ oxi hóa ban đầu của S0 giữa các loại đất, nhưng

tốc độ oxi hóa không có quan hệ với các tính chất của đất như sa cấu đất, hàm lượng chất hữu cơ khi có cùng độ ẩm đồng ruộng, pH, SO4

2- ban đầu hay mức độ thiếu S của đất. Ảnh hưởng của việc bón vôi đến các quá trình này rất khác nhau giữa các nghiên cứu.

Các vi sinh vật tham gia vào quá trình oxi hóa S0 có nhu cầu các chất dinh dưỡng tương tự như cây trồng, và một số chất khác. Vì vậy, chúng có thể cạnh tranh với cây trồng về mặt dinh dưỡng và thường xảy ra sự thiếu N tạm thời trong cây trồng theo sau sự kích thích hoạt động oxi hóa S0, khi bón S0 vào đất. Sự oxi hóa S0 xảy ra nhanh hơn trên các loại đất được bón đầy đủ phân P và K so với các loại đất có hàm lượng P và K thấp.

Các vi khuẩn Thiobacillus cần NH4+, nhưng NO3

- có thể làm chúng bị ngộ độc. Các vi sinh vật này có thể tồn tại với nồng độ NH3 cao trong các vùng được bón NH3 lỏng khan. Nhưng khi nồng độ Cl- cao sẽ làm giảm sự oxi hóa S0 và ít ảnh hưởng đến phần lớn các biến đổi sinh học trong đất. Chất hữu cơ không phải là yếu tố chính cho hoạt động của các vi khuẩn tự dưỡng, nhưng các vi khuẩn dị dưỡng cần chất hữu cơ như là 1 nguồn cung cấp năng lượng.1.2.2 S hữu cơ

Phần lớn các tầng đất mặt của đất nông nghiệp tiêu nước tốt, S hiện diện ở dạng hữu cơ, dạng này chiếm trên 90 % tổng S trong phần lớn các loại đất bình thường (không có đá vôi). Tỉ lệ S hữu cơ trong tổng S trong đất thay đổi rất đáng kể tùy theo loại đất và độ sâu của đất.

Có mối quan hệ rất chặt giữa C hữu cơ, N tổng số, và S tổng số trong các loại đất. Tỉ số C/N/S trong phần lớn các loại đất bình thường thoát thủy tốt xấp xỉ là 120/10/1,4. Thông thường tỉ lệ C/S biến động nhiều hơn tỉ lệ N/S. Sự khác nhau về tỉ lệ C/N/S giữa các loại đất và trong cùng 1 loại đất do sự khác nhau trong mẫu chất và các yếu tố hình thành đất khác như khí hậu, thực vật, cường độ rửa trôi, và sự thoát thủy. Tỉ lệ N/S trong phần lớn các loại đất biến động trong khoảng 6:1 đến 8:1.

Nguồn gốc và các tính chất của thành phần S hữu cơ trong đất có tầm rất quan trọng vì chúng kiểm soát sự giải phóng S hữu dụng cho cây trồng. Ba nhóm lớn của các hợp chất S hữu cơ được tìm thấy trong đất. Các nhóm này là HI-reducible S, S liên kết với C, và phần còn lại hay là S trơ. HI-Reducible S

5

Thành phần này bao gồm S hữu cơ bị khử thành H2S do các acid hydriodic. S trong đó phần lớn là ở dạng các esters và ethers của SO4

2- với các nối COS. Các hợp chất trong nhóm này bao gồm arysulfates, phenolic sulfates, sulfated polysaccharides, và sulfated lipids. Có khoảng 50 % S hữu cơ hiện diện trong thành phần này, biến động trong khoảng 27 – 59 %. Nhưng tỉ lệ này có thể cao đến 94,5 % trong các tầng đất sâu.S liên kết với C

S liên kết trực tiếp với C, để phân biệt nhóm này bằng cách khử chúng thành S 2- với Ni.

Các amino acids có chứa S như cysteine và methionine, là các thành phần chính của nhóm này, chiếm đến khoảng 10 - 20 % tổng S hữu cơ. Ngoài ra còn có nhiều dạng S oxi hoá khác như sulfoxide, sulfones, sulfenic, sulfinic, và sulfonic acids cũng nằm trong nhóm này.S trơ

S hữu cơ không bị khử do hydriodic acid và Ni được gọi là S trơ hay phần S còn lại. Phần chưa được xác định này thường chiếm khoảng 30 – 40 % tổng S hữu cơ trong đất.

1.3 Các sự biến đổi của S trong đấtCó rất nhiều quá trình biến đổi S trong đất. Chúng biến đổi từ các dạng vô cơ sang hữu cơ và ngược lại do có sự hiện diện của các vi sinh vật. Các nhóm vi sinh vật chính tham gia vào các phản ứng này là: các tác nhân khử dị hóa (Desulfovibrio, Desulfotomaculum, Desulfuromonas); các tác nhân khử đồng hóa (vi khuẩn, nấm, tảo, thực vật; Thiobacillus, Beggiatoa; Chlorobium và Chromatium; và vi sinh vật heterotrophic).

Khi các chất dư thừa của động vật và thực vật được trả lại cho đất, chúng sẽ được phân giải bởi các vi sinh vật, giải phóng S dưới dạng SO4

2-; tuy nhiên, phần lớn S vẫn tồn tại ở dạng hữu cơ và cuối cùng trở thành một phần của hợp chất mùn. Ngược lại với sự phân giải tương đối nhanh của các dư thừa hữu cơ tươi trong đất, sự phân giải và giải phóng S từ thành phần mùn xảy ra rất chậm.

Khả năng cung cấp S của đất cho cây trồng phụ thuộc rất lớn vào lượng SO42- được

giải phóng từ thành phần hữu cơ của đất và từ các dư thừa động và thực vật.

1.3.1 Sự khoáng hóa và sự hấp thu sinh học của S Sự khoáng hóa S là sự biến đổi S hữu cơ thành SO4

2- vô cơ và quá trình này xảy ra tương tự như quá trình khoáng hóa N hữu cơ. Và sự hấp thu sinh học là sự biến đổi SO 4

2-

thành S hữu cơ. Do đó bất cứ yếu tố nào ảnh hưởng đến sự hoạt động của các vi sinh vật đều ảnh hưởng đến quá trình khoáng hóa và hấp thu sinh học S. Các yếu tố ảnh hưởng đến sự khoáng hóa và sự hấp thu sinh học S bao gồm:a. Hàm lượng S trong chất hữu cơ

Sự khoáng hóa S phụ thuộc vào hàm lượng S trong chất hữu cơ tương tự như sự khoáng hóa N phụ thuộc vào hàm lượng N. Đối với các dư thừa hữu cơ có chứa S thấp, thường chỉ có một lượng nhỏ SO4

2- được giải phóng trong quá trình khoáng hóa, tương tự như sự khoáng hóa N. Trong các dư thừa hữu cơ chứa < 0,15% S, có thể có sự giảm nồng độ SO4

2- trong giai đoạn đầu của quá trình phân giải, là do sự hấp thu sinh học đối với S.S cũng có thể bị hấp thu sinh học khi trong đất có tỉ số C/S hay N/S quá cao. Với tỉ lệ

C/S 200/1, thường chỉ xảy ra sự khoáng hóa S. Nhưng nếu tỉ lệ này lớn hơn 200/1, sẽ xảy ra sự hấp thu sinh học hay sự giữ chặt SO4

2- thành các dạng hữu cơ khác nhau, đặc biệt khi tỉ lệ này > 400/1. S bị hấp thu sinh học có thể bị liên kết trong thành phần mùn của đất, trong các tế bào của vi sinh vật, và trong các sản phẩm phụ của sự tổng hợp vi sinh vật. Sự hấp thu sinh học xảy ra cùng lúc với sự khoáng hoá các thành phần hữu cơ có tỉ số C/S cao do trong điều kiện như thế, nhiều vi sinh vật hình thành có nhu cầu S cao hơn điều kiện tỉ lệ C/S thấp. Các dư thừa hữu cơ tươi thường có tỉ lệ C/S vào khoảng 50/1.

Trong thực tế, khi được trả lại cho đất một lượng lớn rơm rạ, thân lá bắp hay các chất hữu cơ khác, cần có đầy đủ N và S hữu dụng để tăng cường sự phân giải nhanh các rơm rạ này. Ngược lại, có thể có sự thiếu hụt N và S tạm thời cho cây trồng trong vụ sau.

6

b. Các dạng S hữu cơ dễ khoáng hóa Do đóng góp phần lớn vào quá trình khoáng hóa S hữu cơ thành SO4

2- hữu dụng cho cây trồng, nên người ta rất quan tâm đến tính di động của S trong chất hữu cơ. Phần lớn S hữu dụng được cây trồng có dạng ester SO4

2-, mặc dù các hợp chất S khác cũng có thể hữu dụng.c. Nhiệt độ đất

Sự khoáng hóa S sẽ bị hạn chế nghiêm trọng ở 10oC, sự khoáng hóa tăng khi nhiệt độ tăng từ 20 - 400C, và giảm khi nhiệt độ > 400C. Phần lớn S được giải phóng trong thời gian ủ ở 350C so với ở 200C. Hệ số Q10 của sự khoáng hóa S là 1,9 trong nhiều loại đất. d. Ẩm độ đất

Ẩm độ đất ảnh hưởng đến sự hoạt động của enzyme sulfatase, tốc độ khoáng hóa của S, dạng S được giải phóng từ chất hữu cơ, và sự di chuyển của SO4

2- trong đất. Sự khoáng hóa S trong đất bị giảm khi được ủ ở ẩm độ thấp (< 15 %) và cao (> 40 %), độ ẩm tối hảo cho khoáng hóa S là 60 % độ ẩm đồng ruộng.

Sự thay đổi độ ẩm từ từ trong phạm vi từ độ ẩm đồng ruộng và điểm héo cây có ảnh hưởng rất ít đến sự khoáng hóa S. Tuy nhiên, thường có sự khác về ẩm độ đất nơi sự khoáng hóa S đạt đỉnh cao trong một số loại đất. Sự hữu dụng của S tăng do có chu kỳ khô, ẩm xen kẻ của đất.

Một phần S hữu cơ trong đất rất không bền và rất dễ bị biến đổi thành SO42- do các tác

nhân vật lý như đun nóng, phơi khô không khí, hay nghiền. Đất chuẩn bị cho các nghiên cứu trong phòng hay trong nhà kính thường chịu các xử lý này. Đất khô không khí thường giải phóng nhiều SO4

2- đáng kể, làm tăng 20-80% SO42- trong dịch trích đã được tìm thấy trên các

loại đất khô không khí ở nhiệt độ 25oC. SO42- được giải phóng do đất khô không khí rất dễ

hữu dụng đối với cây trồng. Sự hữu dụng của SO42- gia tăng do đất khô không khí có thể

không có ý nghĩa trong điều kiện đồng ruộng, nhưng điều này có thể giúp ta giải thích sự biến động theo mùa và theo năm đối với hàm lượng SO4

2- trong đất.e. pH đất

pH ảnh hưởng đến sự khoáng hóa S thường không rõ ràng. Trong các loại đất trên các vùng khác nhau, hàm lượng S giải phóng tỉ lệ thuận với pH đến pH 7,5. Khi pH>7,5, sự khoáng hóa tăng nhanh hơn, điều này cho thấy có một yếu tố khác ví dụ như thủy phân hóa học cũng có thể có liên quan đến quá trình khoáng hóa S. Sự hình thành SO4

2- trong 1 số loại đất tỉ lệ thuận với hàm lượng CaCO3 bón vào và không chịu ảnh hưởng của pH. Với pH đất trung tính thì thường thích hợp cho sự hoạt động của vi sinh vật và sự khoáng hoá S.f. Ảnh hưởng của cây trồng

Thông thường đối với các loại đất đang trồng cây tốc độ khoáng hóa S sẽ cao hơn so với điều kiện không có cây trồng. Hiện tượng này được giải thích là do rễ cây trồng tiết các amino acids và đường vào vùng rễ nên kích thích sự hoạt động của vi sinh vật. Ngoài ra còn có một nguyên nhân khác là do có sự cố định sinh học SO4

2- khá lớn được tìm thấy trên các loại đất không canh tác. Điều này cho thấy nếu bón SO4

2- vào các vùng đất bỏ hóa, SO42- có

thể bị mất do hấp thu sinh học.g. Thời gian và phương pháp canh tác

Tương tự như N, khi đất được canh tác, hàm lượng S bị giảm rất nhanh. Theo thời gian hàm lượng S sẽ đạt được trạng thái cân bằng tùy theo điều kiện khí hậu, kỹ thuật canh tác, và loại đất. Trước khi đạt được điểm cân bằng này, tốc độ khoáng hóa S giảm dần và trở nên không đủ thỏa mãn nhu cầu của cây trồng trong quá trình canh tác. Các tỉ lệ C/N/S trong tầng đất mặt của các đất nguyên thủy thường lớn hơn so với các loại đất đã canh tác. Việc giảm tỉ lệ này cho thấy S tương đối bền với sự khoáng hóa so với C và N, hay tốc độ mất C hữu cơ và N có tỉ lệ lớn hơn tốc độ mất S.h. Sự hoạt động của enzyme Sulfatase

7

Có đến 50 % tổng lượng S trong các tầng đất mặt có thể ở dạng các esters SO42- hữu

cơ. Các enzymes sulfatase sẽ thủy phân các esters này và giải phóng SO42-, Đây là quá trình

có tầm quan trọng trong quá trình khoáng hóa S. Tác động tổng quát của sulfatase là:

R O SO3- + H2O R OH + HSO4

-

sulfataseCác sulfate ester HI-reducible được xem là các chất có tính chất tương tự như các

enzyems sulfatase trong đất.

1.3.2 Sự bay hơi của sulfurCác hợp chất S bay hơi được hình thành thông qua sự chuyển hóa vi sinh vật trong cả

điều kiện thoáng khí và yếm khí. Khi có sự bay hơi xảy ra, các hợp chất S bay hơi như dimethyl sulfide (CH3SCH3), carbon disulfide (CS2), methyl mercaptan (CH3SH), và/hay dimethyl disulfide (CH3SSCH3) có thể chiếm đến 55 - 100 % của tổng lượng S bay hơi.

Các loại đất có hàm lượng chất hữu cơ thấp lượng S bay hơi thường không đáng kể và sự bay hơi của S thường tăng theo sự gia tăng hàm lượng chất hữu cơ trong đất. Hàm lượng S bị bay hơi thực tế rất nhỏ và thường < 0,05 % tổng S trong đất. Sự mất S do bay hơi này có thể không có ý nghĩa trong điều kiện đồng ruộng.

Sự bay hơi của S cũng có thể xảy ra từ các loại đất được bón tàn dư của các cây trồng họ thập tự (cải). Các tàn dư cây họ cải có thể chứa đến 30 % S hữu cơ, nhưng không quá 5 % trong cây họ đậu, và củ cải đường. Các hợp chất S bay hơi cũng có thể bay hơi bên trong cây. Lượng S mất do bay hơi trong cây có thể từ 0,3 – 6 % tổng S chứa trong cây.

Mặc dù lượng S mất trong đất và trong cây do bay hơi chỉ là một hậu quả thứ yếu, nhưng các hợp chất bay hơi có thể có tác dụng phụ quan trọng đối với một số quá trình khác trong cây và trong đất. Các chất này khi được giải phóng vào đất trong thời gian phân giải tàn dư của các cây họ thập tự có thể hạn chế được bệnh thối rễ trên các cây họ đậu, mè. CS2 ức chế quá trình nitrate hóa, và CH3SH, CH3SCH3, và CH3SSCH3 cũng có khả năng làm đình trệ quá trình nitrate hóa. Các mùi vị khó chịu và đôi khi gây độc từ các loại phân gia súc là do các hợp chất S bay hơi gây ra như H2S, CH3SH, CH3SCH3, CH3SSCH3, COS, và CS2.

Các hợp chất S bay hơi được giải phóng bên trong cây có thể ảnh hưởng đến chất lượng của đồng cỏ nên sẽ ảnh hưởng đến sức khỏe gia súc chăn thả. S trong cỏ cũng có thể bị mất trong quá trình chế biến cỏ khô cũng có thể ảnh hưởng đến chất lượng và một số bệnh của gia súc.

1.3.3 Những vấn đề thực tiễn của sự chuyển hóa S trong đất Các cây trồng trên các loại đất có sa cấu thô thường rất nhạy cảm với sự thiếu S, bởi

vì các loại đất này thường có hàm lượng chất hữu cơ thấp và SO42-bị rửa trôi mạnh. SO4

2- mất do rửa trôi rất cao trong các loại đất có sa cấu thô và trong vùng mưa nhiều. Trong các điều kiện như thế, các loại phân bón có chứa S có thể được bón thường xuyên so với các loại đất có sa cấu mịn và trong điều kiện mưa ít. Trong một số vùng, một loại phân bón có chứa cả 2 dạng SO4

2- và S0 có thể sử dụng để kéo dài thời gian hữu dụng của S cho cây trồng. Biện pháp kỹ thuật này đã được áp dụng trong một số vùng nhiệt đới ẩm.

Sự cố định sinh học của phân S có thể xảy ra trong một số loại đất, đặc biệt là các loại đất có tỉ số C/S hay N/S cao. Ngược lại, sự khoáng hóa S thích hợp trong các loại đất có tỉ số C/S hay N/S thấp. Ngoài ra cần lưu ý, sự hữu dụng của S thường sẽ tăng theo hàm lượng chất hữu cơ. Các cây trồng trên các loại đất có hàm lượng chất hữu cơ < 1,2 - 1,5% thường được yêu cầu phải được bón thêm phân S.

Có sự khác nhau rất lớn trong nhu cầu về phân bón S của các loại cây trồng. Nhu cầu S thực tế phụ thuộc vào sự cân bằng giữa tất cả các nguồn S được đưa vào đất như do mưa, không khí, nước tưới, tàn dư thực vật, phân bón, và các hóa chất nông nghiệp khác và tất cả S trong đất bị mất do cây trồng lấy đi, rửa trôi, và xói mòn. Ngoài ra sự khác nhau về nhu cầu còn nhận thấy ở các loại cây trồng khác nhau.

8

Bảng 6.1 Phân loại tổng quát các loại cây trồng theo nhu cầu S

Cây trồng Nhu cầu phân bón trong các vùng bị thiếu *(kg S/ha)Nhóm I (cao)Họ thập tự 40 - 80Cỏ họ đậu 30 - 70Cải dầu 20 - 60Nhóm II (trung bình)Dừa 50Mía đường 20 - 40Họ hòa thảo 10 - 40Cà phê 20 - 40Bông vải 10 - 30Nhóm III (thấp)Củ cải đường 15 - 25Ngũ cốc 10 - 20Đậu phộng 5 - 10

Các cây họ hòa thảo thường có khả năng sử dụng SO42- tốt hơn là các cây họ đậu.

Trong các đồng cỏ trồng xen các cây họ đậu và hòa thảo cho thấy cây họ hòa thảo có thể hấp thu SO4

2- hữu dụng với tốc độ nhanh hơn là cây họ đậu. Vì vậy, cần duy trì lượng S hữu dụng đầy đủ trong trường hợp này vì cây họ đậu cần nhiều S cho sự cố định N bởi vi khuẩn Rhizobium.

Hàm lượng S bị lấy đi từ đất do cây trồng gia tăng do nhiều yếu tố như trồng các giống có năng suất cao, hệ thống đa canh, tưới tiêu, và bón nhiều các chất dinh dưỡng khác. Việc sử dụng lâu dài các loại phân bón không có chứa S cuối cùng sẽ gây ra sự thiếu S trên cây trồng.

Nhu cầu S của cây trồng có quan hệ rất chặt với lượng phân N bón cho cây. Bởi vì cả N và S đều có liên quan đến sự tổng hợp protein. Hiệu quả của một loại phân này phụ thuộc vào sự cung cấp của loại phân kia.

1.4 Phân tích S trong đấtPhân tích S trong đất thường không đạt kết quả tốt trong việc dự báo nhu cầu bón

phân S cho cây trồng. Tương tự như NO3-, SO4

2- rất di động trong đất; vì thế trong các vùng nhiệt đới ẩm, SO4

2- trích được trong các phương pháp phân tích thường không phải là một hàm lượng thực tế để đánh giá tình trạng S trong đất. Tuy nhiên, nhiều phòng thí nghiệm xác định bằng cách trích SO4

2- với nước, Ca(H2PO4)2, hay CaCl2. Trong 1 số loại đất, đặc biệt là trong các vùng ít mưa, các phương pháp phân tích này phản ảnh khá thực tế tình trạng S trong đất. Như đã thảo luận trước, phần lớn SO4

2- hữu dụng cho cây trồng được cung cấp do sự khoáng hóa S hữu cơ trong giai đoạn cây trồng sinh trưởng; tuy nhiên, sự phân tích đất để định lượng hóa tiềm năng S có thể được khoáng hóa cũng đã không thành công trong công tác dự báo bón phân S cho cây trồng.

Có thể phương pháp tốt nhất để đánh giá khả năng thiếu S là đánh giá sa cấu của đất và hàm lượng chất hữu cơ trong đất. Nhiều nghiên cứu cho thấy sự đáp ứng của cây trong đối với S thường xảy ra trên đất có sa cấu thô và hàm lượng chất hữu cơ thấp. Các yếu tố khác được chú ý là (1) nhu cầu S của cây trồng, (2) lịch sử cây trồng, (3) sự sử dụng phân hữu cơ, (4) gần hay xa sự phát xạ S công nghiệp, và (5) hàm lượng S trong nước tưới.1.5 Các loại phân S

Các vật liệu chứa sulfate khi bón vào mặt đất sẽ di chuyển vào sâu trong phẫu diện đất theo mưa và nước tưới là dạng hữu dụng tức thời đối với cây trồng, trừ khi sulfate này bị cố định sinh học bởi các vi sinh vật phân giải các dư thừa hữu cơ có tỉ lệ C/S hay N/S cao.

9

Những nghiên cứu so sánh hiệu quả của các loại phân SO42- cho thấy 1 loại phân có chứa

SO42- thường có hiệu quả tương đương bất kể muối đó chứa cation nào (ngoại trừ Zn, Cu, hay

Mn) và yếu tố quyết định sự chọn lựa loại phân S nào chủ yếu dựa trên đơn giá của một đơn vị S nguyên chất.

Bảng 6.2 Các loại phân bón có chứa SPhân Công thức Hàm lượng dinh dưỡng

(%)Chất khác

N P2O5 K2O SAmmonium bisulfite NH4HSO3 14,1 0 0 32,3Dung dịch Ammonium bisulfite

NH4HSO3 + H2O 8,5 0 0 17

Ammonium nitrate-sulfate

NH4NO3.(NH4)2SO4

30 0 0 5

Ammonium phosphate MAP 11 48 0 2,2Ammonium phosphate-sulfate

MAP,DAP+(NH4)2SO4

16,5 20,5 0 15,5

13 39 0 7Ammonium polysulfide NH4Sx 20,5 0 0 45Dung dịch Ammonium polysulfide

NH4Sx 20 0 0 40

Ammonium sulfate (NH4)2SO4 21 0 0 24,2Ammonium thiosulfate (NH4)2S2O3 18,9 0 0 43,3Dung dịch Ammonium thiosulfate

(NH4)2S2O3+ H2O 12 0 0 26

Ferrous sulfate FeSO4.H2O 0 0 0 18,8 32,8 (Fe)Gypsum CaSO4.2H2O 0 0 0 48,6 32,6(CaO)Magnesium sulfate (muối Epsom)

MgSO4.7H2O 0 0 0 13 9,8 (Mg)

Potassium sulfate K2SO4 0 0 50 17,6Pyrites FeS2 0 0 0 53,5 4,5 (Fe)Potassium magnesium sulfate

K2SO4.2MgSO4 0 0 22 22 11 (Mg)

Potassium thiosulfate 0 0 25 17Potassium thiosulfide 0 0 22 23Sulfuric acid (100%) H2SO4 0 0 0 32,7Sulfur S 0 0 0 100Sulfur dạngt độn 0-7 0 0 68-

95Sulfur dioxide SO2 0 0 0 50SSP Ca(H2PO4)2 +

CaSO4.2H2O0 20 0 13,9

TSP Ca(H2PO4)2 + CaSO4.2H2O

0 46 0 1.5

Urea-sulfur CO(NH2)2 + S 36 - 40 0 0 10-20

Urea-sulfuric acid CO(NH2)2.H2SO4 10 - 28 9-18Sulfate kẽm ZnSO4.H2O 0 0 0 1,8 36,4 (Zn)

10

1.5.1 S0 nguyên tố S0 là 1 chất rắn dạng tinh thể, không tan trong nước, có tính trơ, màu vàng. Trên thị

trường, S0 được sản xuất dưới dạng mỡ, trơn láng, nên S0 không bị biến đổi do sự thay đổi ẩm độ và nhiệt độ. Tuy nhiên, khi S0 được nghiền mịn và trộn vào đất, S0 sẽ nhanh chóng bị oxi hóa thành SO4

2- do các vi sinh vật đất. Hiệu quả của S0 trong việc cung cấp S cho cây trong so với SO4

2- phụ thuộc vào nhiều yếu tố, như độ mịn của hạt, liều lượng bón, phương pháp bón, và thời gian bón; các tác nhân oxi hóa S0 trong đất; và các điều kiện môi trường. Tốc độ oxi hoá S0 càng tăng khi cỡ hạt phân càng mịn. Hạt S0 càng mịn tổng diện tích bề mặt càng lớn và sự hình thành SO4

2- càng nhanh. Vì có sự tương quan nghịch giữa diện tích bề mặt và đường kính hạt, nên tốc độ oxi hóa tăng theo lũy thừa so với việc giảm đường kính hạt. Vì thế, gia tăng diện tích bề mặt phân S0 sẽ làm tăng sự hữu dụng của SO4

2- đối với cây trồng.Khi S0 được nghiền mịn và trộn với các loại đất có khả năng oxi hóa cao, S0 sẽ có hiệu

quả như là các loại phân S khác. Thời gian bón cũng đặc biệt quan trọng với các loại phân S0. Bón lượng S0 lớn sẽ làm tăng được diện tích bề mặt tiếp xúc với các vi sinh vật oxi

hóa S0, nên dẫn đến sự gia tăng tuyến tính trong sự giải phóng S hữu dụng cho cây trồng. Trong các loại đất có tính đệm kém, có thể xảy ra điều ngược lại, tỉ lệ S0 bị oxi hóa giảm khi bón lượng S0 cao.

Cách bón S0 vào đất cũng có thể ảnh hưởng đến tốc độ oxi hóa S0, bón vãi trên mặt đất sau đó bừa lấp sẽ tốt hơn bón tập trung theo hàng. Sự phân bố đều các hạt phân S0 trong đất sẽ (1) có sự tiếp xúc lớn hơn giữa hạt phân và các vi sinh vật oxi hóa S 0, (2) làm tối thiểu hóa bất cứ một vấn đề nào gây ra sự dư thừa acid trong đất.

Nếu so sánh phân S0 và SO42- được bón trên mặt, SO4

2- có thể cho một phản ứng tốt hơn trong giai đoạn đầu. Vì sự hòa tan của SO4

2- nên SO42- có thể di chuyển vào trong vùng rễ

theo nước thấm lậu. Còn đối với S0, đầu tiên phải được oxi hóa thành SO42-. Đây là một tiến

trình xảy ra khá chậm, đặc biệt là khi S0 được bón trên mặt đất. Tuy nhiên, trong trường hợp phân S0 dạng viên, 1 thời kỳ phơi bày trên mặt đất với các chu kỳ khô ẩm xen kẽ là cần thiết để làm tan rã các hạt và phân tán S0. Tiến trình phân tán này trước khi vùi lấp phân rất quan trọng để hoàn tất sự biến đổi S0 thành SO4

2- hữu dụng cho cây trồng. Ngoại trừ cây trồng lưu niên, phân S0 thường không được khuyến cáo dùng để bón thúc, và trong tất cả các trường hợp, S0 phải được bón trước một thời gian khá lâu so với nhu cầu S của cây trồng.

1.5.2 S0-Bentonite Phân bón S0- bentonite đã được sản xuất có chứa 90 % S0 và 10 % bentonite. Khi S0-

bentonite được bón vào đất, thành phần bentonite sẽ hút nước làm cho các hạt phân bị rã ra, hình thành các hạt S0 mịn hơn, nên nhanh chóng chuyển hóa thành SO4

2-. Bởi do không chắc chắn về mức độ hữu dụng đầy đủ của S0- bentonite trong thời kỳ

đầu của cây trồng sau khi bón, nên cần phải vùi lấp vào trong đất ít nhất là 4 - 5 tháng trước khi gieo trồng. Nếu bón phân này ngay trước khi gieo hạt và trên các loại đất thiếu S, cần phải bón thêm 1 ít phân SO4

2-. Tốc độ phân tán của phân S0- bentonite trên mặt đất trước khi vùi lấp vào trong đất là 1 tiêu chuẩn đánh giá hiệu quả của loại phân này.

1.5.3 Dung dịch huyền phù S0

Cho phân S0 nghiền mịn vào trong nước có chứa 3 % sét attapulgite sẽ tạo được 1 huyền phù chứa 40 – 60 % S. Huyền phù này có thể bón trực tiếp vào đất hay có thể kết hợp với các loại phân bón dạng huyền phù khác. Loại phân này dễ sử dụng và có ưu điểm là không tạo ra bụi bẩn như bentonite.

1.5.4 Ammonium Thiosulfate [(NH4)2S2O3 hay ATS]ATS là 1 dung dịch chứa 12 % N và 26 % S và là loại phân bón S được dùng phổ biến

trong công nghiệp phân bón dạng dung dịch. ATS có tính chất tương tự với các loại phân N dạng dung dịch và các loại phân hỗn hợp dạng dung dịch N-P-K, có phản ứng trung tính hay

11

chua ít. Phân này không thể sử dụng chung với các loại phân chua. Ngoài việc được áp dụng rộng rãi do có dạng hỗn hợp dung dịch sạch, phân này còn được sử dụng ở dạng huyền phù. Chúng không có tính ăn mòn cao và có thể được tồn trữ trong các bồn chứa bằng thép hay nhôm.

ATS có thể được bón trực tiếp vào đất ở dạng hỗn hợp hay bằng các vòi tưới và/ hay các hệ thống tưới bằng mương mở. Khi bón vào đất, ATS hình thành S có dạng keo và (NH4)2SO4. SO4

2- sẽ hữu dụng tức thời, trong khi đó S0 phải được oxi hóa thành SO42-, vì thế

gia tăng mức độ hữu dụng cho cây trồng. Potassium thiosulfate (KTS) cũng có tính chất tương tự như ATS.

1.5.5 Ammonium Polysulfide (NH4Sx)Ammonium polysulfide là một dung dịch có màu đỏ đến nâu hay đen có mùi H2S.

Chứa khoảng 20 % N và 45 % S. Ngoài việc dùng như là 1 loại phân bón, chúng còn được dùng để cải tạo các vùng đất có pH cao và để xử lý nước tưới nhằm hạn chế sự thấm lậu của nước vào trong đất.

Ammonium polysulfide được khuyến cáo nên trộn với NH3 lỏng khan, NH3 lỏng, và các dung dịch UAN. Để tạo sự ổn định với UAN, không được trộn quá 10 % (theo thể tích) ammonium polysulfide trong hỗn hợp này. Bón cùng lúc ammonium sulfide và NH3 lỏng khan là cách phổ biến để cung cấp cả N và S cho các vùng trồng cây lương thực. Thông thường, phân này không thể so sánh với các loại phân dung dịch chứa P. Potassium polysulfide (0-0-22-23) được dùng trong hệ thống tưới phun và hệ thống tưới ngập để rửa muối và cung cấp K.

1.5.6 Urea-sulfuric acid Một qui trình đơn giản, nhanh chóng và kinh tế là trộn phân urea và sulfuric acid thành loại phân bón dạng dung dịch có nồng độ N-S đậm đặc. Loại tiêu biểu có chứa 10 % N và 18 % S và 1 loại khác là 28 % N và 9 % S. Chúng có thể bón trực tiếp vào đất hay thông qua hệ thống tưới phun.

Vì hỗn hợp này có pH rất thấp (từ 0,5-1,0), nên các thiết bị sử dụng phải là thép không rỉ hay các vật liệu không bị ăn mòn khác. Theo dõi pH của nước tưới để tránh sự acid hoá khi dưới pH 5,0.

1.5.6 Các loại phân S0-N/PS0 có thể dễ dàng trộn vào các loại phân N/P để phân này có chứa 5 – 20 % S. S0 trộn

trong phân N-P có thể được oxi hóa nhanh hơn so với bón dưới dạng riêng rẻ. S0 trong phân super lân kép dạng hạt và DAP sẽ oxi hóa nhanh hơn phân S đơn trên đất chua hay đất đá vôi. Điều này có thể do những ảnh hưởng của N, P, hay Ca đến hoạt động của các vi khuẩn oxi hóa S0 và ẩm độ thích hợp xung quanh hạt phân (phân S có tính hút nước cao). pH tạm thời bị giảm do sự hòa tan của 1 số loại phân như TSP cũng có thể kích thích sự sinh trưởng của các vi sinh vật oxi hoá S0.

Các phản ứng của S từ urea-S0 (36-0-0-20 (S)) trong các loại đất có khác nhau, có thể là do sự khác nhau về mật độ và hoạt động của các vi sinh vật oxi hóa trong các loại đất này; tuy nhiên, ở một số nơi, S0 trong phân này có thể hữu dụng nhanh thỏa mãn nhu cầu của cây trồng.

Để hoàn tất sự chuyển hóa của S0 trong phân N-P thành SO42-, hạt phân phải được

phân rã hạt và phân tán S0 trên mặt đất trước khi vùi lấp hoàn toàn vào đất.S0-fortified super lân đơn là loại phân phổ biến sử dụng trên nhiều nước, như Úc, New

Zealand. Super lân đơn được làm giàu với S0 để hình thành những hỗn hợp chứa 18-35 % S. S0 được bón vào đất sẽ có ảnh hưởng lâu dài và tốt hơn S của CaSO4 trong phân super lân đơn.

12

1.6 Những hướng dẫn sử dụng phân bón SĐể thuận tiện trong sử dụng, những khuyến cáo về sự sử dụng và cách bón thích hợp

các loại phân S được tóm tắt trong bảng sau:Bảng 6.3 Các khuyến cáo sử dụng các loại phân bón có chứa S

Loại phân (dạng rắn) Khuyến cáo sử dụng Ghi chúAmmonium phosphate-S0.Urea-S0.Phân S0 dễ phân rả trong nước và phân S dạng hạt.

Bón trực tiếp và sản xuất dưới dạng phân hỗn hợp, bón vài tháng trước khi gieo trồng. Bón trên mặt, cần đủ ẩm để phân rã hạt trước khi vùi lấp.

Nếu bón lót hay bón ngay trước khi gieo trồng cần bón thêm phân SO4

2- (15 -20 % tổng phân S). Phân tán các hạt (đủ ẩm) trước khi vùi lấp sẽ nâng cao được hiệu quả nông học. Nơi có điều kiện nên bón 4 - 5 tháng trước khi gieo trồng; khi bón lúc gieo trồng hay bón cho các loại đất thiếu S nghiêm trọng nên bón thêm phân SO4

2-.Ammonium sulfate Bón trực tiếp và có thể

dùng sản xuất các loại phân hỗn hợp khác; có thể có hiệu quả ở bất kỳ thời gian bón nào.

Có xu hướng tách rời trong phân hỗn hợp nên cần chú ý các tính chất vật lý khi sản xuất dưới dạng hạt; nơi bị rửa trôi mạnh nên bón ngay trước khi gieo trồng.

Ammonium nitrate-sulfate; ammonium phosphate-sulfate; SSP; potassium sulfate; potassium magnesium-sulfate

Bón trực tiếp và có thể dùng sản xuất các loại phân hỗn hợp khác; có thể có hiệu quả ở bất kỳ thời gian bón nào.

Nơi rửa trôi SO42- mạnh,

bón ngay khi gieo trồng hay thời kỳ bắt đầu sinh trưởng của cây trồng.

Calcium sulfate (gypsum) Bón trực tiếp, hiệu quả ở bất cứ thời gian bón nào.

Có thể khó khăn trong thao tác bón (bụi, đóng cục).

Phân bón dạng dung dịchAmmonium thiosulfate.Potassium thiosulfate

Bón trực tiếp và dùng sản xuất phần lớn các loại phân hỗn hợp dạng dung dịch; có thể bón đều trên mặt đất trước hay ngay khi gieo trồng; có thể bón thúc cho 1 số loại cây trồng; cũng có thể bón theo các hệ thống tưới tràn, tưới phun.

Có thể sản xuất các loại phân hỗn hợp dạng dung dịch với các loại phân Lân trung tính hữu dụng nhanh, tất cả các phân dung dịch N (trừ ammonia lỏng khan) và tất cả các loại phân dung dịch dinh dưỡng vi lượng.

Ammonium bisulfite Bón trực tiếp và sản xuất phân hỗn hợp với dung dịch N và N-P; có thể phun trước khi gieo trồng; cũng có thể bón thông qua hệ thống tưới tràn và tưới phun; có thể có hiệu quả ở bất cứ thời gian bón nào.

Có thể sản xuất phân hỗn hợp với các dung dịch Lân hữu dụng nhanh và với tất cả các loại dung dịch N, trừ ammoniac lỏng khan; có thể bón cùng lúc với ammoniac lỏng khan.

13

Ammonium polysulfide.Potassium polysulfide

Bón trực tiếp và sản xuất phân hỗn hợp với các dung dịch N khác; thường tiêm vào đất; có thể phun đều trên mặt nhưng sau đó phải pha loãng bằng cách tưới nước; thường bón thúc trong các hệ thống tưới tràn.

Ammonium polysulfide thường không thích hợp để pha trộn với các dung dịch có chứa P.

Sulfuric acid Pha trộn trong quá trình sản xuất ammonium polyphosphate và ammonia lỏng khan để sản xuất phân hỗn hợp.

Sulfuric acid đã được bón trực tiếp cho các cây trồng như củ hành và tỏi với mục đích kiểm soát cỏ dại.

Các dung dịch huyền phù có chứa S0 nguyên tố.

Bón trực tiếp và bón cùng lúc với các loại phân khác, bón vài tháng trước khi cây bắt đầu sinh trưởng.

Nếu bón lót hay bón ngay khi gieo trồng, nên bón thêm SO4

2- (15 – 10 % tổng số S).

Các dung dịch huyền phù có chứa muối sulfate.

Có thể có hiệu quả ở bất cứ thời gian bón nào.

Nơi rửa trôi mạnh nên bón ngay trước khi gieo trồng hay ngay trong thời kỳ cây sinh trưởng.

II Calcium

2.1 Dạng Ca trong đất được sử dụng bởi cây trồngCalcium được cây trồng hấp thu dưới dạng Ca2+ từ dung dịch đất và Ca2+ được di

chuyển đến bề mặt rễ do cơ chế dòng chảy khối lượng và tiếp xúc trực tiếp. Hiện tượng thiếu Ca trên cây trồng thường không phổ biến nhưng có thể xảy ra trên các loại đất chua, rửa trôi mạnh và không được bón vôi. Trong đất chứa nhiều Ca2+ thường có sự tích lũy Ca xung quanh vùng rễ.

Ca2+ trong dung dịch của các loại đất vùng ôn đới biến thiên từ 30 – 300 ppm. Nhưng trong các vùng có lượng mưa cao hơn, nồng độ Ca2+ sẽ thay đổi từ 8 – 45 ppm và thường trung bình là 33 ppm. Với nồng độ 15 ppm trong dung dịch có thể đủ cho năng suất cây trồng cao.

Nồng độ Ca2+ trong đất thường cao hơn nhu cầu cho sự sinh trưởng của cây trồng do nồng độ cao ít ảnh hưởng đến sự hấp thu Ca2+, bởi vì sự hấp thu Ca2+ bị kiểm soát chủ yếu bởi đặc tính di truyền của cây trồng. Mặc dù nồng độ Ca2+ trong dung dịch đất thường lớn hơn khoảng 10 lần so với nồng độ K+, nhưng lượng Ca2+ hấp thu luôn thấp hơn K+. Do khả năng hấp thu Ca2+ của rễ cây trồng bị giới hạn ở các chóp rễ còn non trong đó các màng tế bào của nội bì vẫn còn chưa bị hóa gỗ.

Các điều kiện cản trở sự hình thành rễ mới sẽ làm giảm sự vươn dài của rễ cây tiếp cận với Ca2+ và gây ra tình trạng thiếu Ca. Các vấn đề có liên quan đến sự hấp thu không đủ Ca2+ dường như chỉ xảy ra với các cây trồng có hệ thống rễ nhỏ so với các cây có hệ thống rễ phát triển rộng hơn.

Trong nông nghiệp, chúng ta cần quan tâm đặc biệt đến nhu cầu Ca2+ của một số cây trồng nhất định, như đậu phộng, cà chua, cần tây vì các loại cây này thường không đủ khả năng hấp thu Ca2+ từ đất, mặc dù các loại đất này có khả năng cung cấp đủ Ca2+ cho các loại cây trồng khác. Cung cấp Ca2+ thích hợp có tầm rất quan trọng đối với các loại cây như cỏ họ đậu, bắp cải, khoai tây và củ cải đường là những cây có nhu cầu Ca2+ cao.

2.2 Hàm lượng Ca trong đất

14

Hàm lượng Ca trong vỏ quả đất khoảng 3,64 %; tuy nhiên, hàm lượng này khác nhau rất lớn giữa các loại đất. Các loại đất cát trong vùng nhiệt đới ẩm thường có hàm lượng Ca2+

rất thấp trong khi các loại đất trong vùng ôn đới ẩm, nồng độ Ca2+ thường biến động trong khoảng 0,7 – 1,5%, Tuy nhiên, các loại đất phong hóa mạnh trong vùng nhiệt đới ẩm có thể chứa ít hơn 0,1 – 0,3 % Ca. Hàm lượng Ca trong đất đá vôi thay đổi từ < 1 % đến > 25 %. Khi nồng độ Ca xấp xỉ 3 % chứng tỏ trong đất có sự hiện diện của CaCO3.

Ca trong đất có nguồn gốc từ các loại đá và khoáng. Khoáng plagioclase anorthite (CaAl2Si2O3) là nguồn Ca chính quan trọng nhất, mặc dù pyroxenes (augite) và amphiboles (hornblende) cũng khá phổ biến trong đất. Một hàm lượng nhỏ Ca cũng có thể có nguồn gốc từ biotite, apatite, và 1 số borosilicates.

Hàm lượng Ca trong các loại đất vùng khô hạn thường cao, bất kể sa cấu, điều này do các vùng này ít mưa và rửa trôi không đáng kể. Calcite (CaCO3) thường chiếm tỉ lệ cao trong việc cung cấp Ca trên các loại đất vùng khô hạn và bán khô hạn. Dolomite [CaMg)CO3)2] cũng có thể hiện diện cùng với CaCO3. Trong một số loại đất vùng khô hạn, calcium sulfate hay gypsum (CaSO4.2H2O) cũng có thể hiện diện.

Sự biến chuyển của Ca2+ trong dung dịch đất tương đối ít phức tạp hơn so với K+. Ca2+

có thể (1) bị mất theo nước tiêu, (2) được hấp thụ bởi vi sinh vật, (3) được hấp phụ trên CEC, hay (4) bị kết tủa thành những hợp chất Ca thứ sinh, đặc biệt là trong các vùng khí hậu khô.

Theo qui luật chung, các loại đất ở vùng ẩm, sa cấu thô, hình thành từ các đá có chứa các khoáng chứa Ca thấp. Do đó, hàm lượng Ca trên các loại đất này thường thấp. Các loại đất có sa cấu mịn và được hình thành từ các loại đá có chứa các loại khoáng mang Ca cao thường có hàm lượng Ca trao đổi và tổng số cao. Tuy nhiên, trong các vùng khí hậu ẩm, ngay cả các loại đất hình thành trên đá vôi cũng thường bị hóa chua trong các tầng đất mặt vì Ca và các cations khác bị mất do rửa trôi mạnh. Khi nước có chứa CO2 hòa tan được thấm lậu vào trong đất, H+ được hình thành sẽ thay thế Ca2+ (và các cations base khác) trên phức hệ trao đổi. Nếu nước này thấm lậu nhanh đất sẽ hóa chua theo thời gian.

Hiện tượng thiếu Ca thường ít khi xảy ra trên các loại đất sản xuất nông nghiệp vì phần lớn các loại đất chua thường vẫn chứa hàm lượng Ca2+ đủ cho cây trồng sinh trưởng. Phổ biến trong sản xuất cây trồng là sự thiếu hụt gián tiếp do hàm lượng Ca2+ thấp xuất hiện trên cây ăn quả và các bộ phận dự trữ của cây trong thời kỳ sinh trưởng nhanh nhưng sự cung cấp Ca2+ bên trong nội tại của cây bị giới hạn.

2.3 Tính chất của Ca trong đấtCa trong các loại đất chua, vùng khí hậu ẩm thường hiện diện phần lớn ở dạng trao

đổi và trong các khoáng nguyên sinh. Hầu hết các loại đất này, các ions Ca2+, Al3+, và H+

chiếm ưu thế trong phức hệ trao đổi. Cũng như các cation khác, các dạng Ca2+ trong dung dịch và Ca2+ trao đổi luôn ở trạng thái cân bằng động. Nếu nồng độ Ca2+ trong dung dịch giảm do sự rửa trôi hay cây trồng lấy đi, Ca2+ từ trên bề mặt hấp phụ trao đổi sẽ giải phóng để tái cung cấp Ca2+ cho dung dịch. Các cations khác, như H+ và/hay Al3+, sẽ chiếm các vị trí trao đổi được để lại do sự giải phóng của Ca2+. Ngược lại, nếu Ca2+ trong dung dịch tăng, sự cân bằng sẽ thay đổi theo hướng ngược lại, hậu quả là 1 số Ca2+ bị hấp phụ bởi phức hệ trao đổi.

Trong các loại đất không chứa các khoáng CaCO3, CaMg(CO3)2, hay CaSO4, hàm lượng Ca2+ trong dung dịch đất được kiểm soát bởi hàm lượng Ca2+ trao đổi. Các yếu tố quan trọng nhất của đất quyết định sự hữu dụng của Ca2+ đối với cây trồng là:

Ca tổng số, pH đất, CEC, % Ca2+ bão hòa trên CEC, loại keo đất, tỉ lệ Ca2+ với các cation khác trong dung dịch.

Đất cát, chua với CEC thấp thường hàm lượng Ca tổng số rất thấp và không thể thoả mãn Ca2+ hữu dụng cho cây. Trên những loại đất này có thể cần thiết phải bổ sung Ca, đồng thời phải hiệu chỉnh độ chua của đất. Hoạt độ H+ cao (pH đất thấp) sẽ cản trở sự hấp thụ Ca2+.

15

Ví dụ, khi pH xuống thấp từ 5,6 đến 4,0, nồng độ Ca2+ được yêu cầu phải cao hơn nhiều để rễ đậu nành sinh trưởng bình thường.

Trong các loại đất chua, Ca thường không dễ dàng hữu dụng cho cây trồng nếu đất có độ bão hòa Ca thấp. Ví dụ, một loại đất có CEC thấp và chỉ có 1000 ppm Ca2+ trao đổi nhưng có % Ca bão hòa cao có thể cung cấp Ca2+ cho cây trồng nhiều hơn so với đất có Ca2+ trao đổi là 2.000 ppm nhưng có % Ca bão hòa thấp trên CEC.

Độ bão hòa Ca2+ cao chỉ thị pH thích hợp cho sự sinh trưởng của cây trồng và hoạt động của vi sinh vật. Khi Ca có độ bão hòa cao luôn có nghĩa là các cations gây độc cho cây như Al3+ trong đất chua và Na+ trong đất mặn sẽ có nồng độ thấp. Nhiều cây trồng sẽ có phản ứng với việc bón Ca khi % Ca bão hòa thấp hơn 25 %. Ca2+ bão hòa < 40 – 60 % và Al3+ bão hòa > 40 % - 60 % sẽ làm giảm năng suất bông vải.

Loại sét trong đất cũng có ảnh hưởng đến sự hữu dụng của Ca2+; các sét 2:1 yêu cầu có độ bão hòa Ca2+ cao hơn so với sét 1:1. Đặc biệt là sét montmorillonite yêu cầu độ bão hòa Ca2+ > 70 % mới cung cấp đủ Ca hữu dụng cho cây, trong khi đó các sét kaolinite có khả năng cung cấp đủ Ca2+ ở độ bão hòa Ca2+ 40 – 50 %.

Khi tăng nồng độ Al3+ trong dung dịch đất sẽ làm giảm sự hấp thụ Ca2+ của bắp, bông vải, đậu nành và lúa mì. Cũng như Ca2+, nồng độ Al3+ trong dung dịch của các loại đất khoáng được kiểm soát bởi % độ bão hòa của chúng trên CEC. Nhưng với các loại đất hữu cơ, hàm lượng trên CEC trao đổi quyết định hàm lượng Al3+ trong dung dịch đất hơn là % độ bão hòa.

Sự hữu dụng và hấp thụ Ca đối với cây trồng cũng bị ảnh hưởng bởi tỉ lệ giữa Ca 2+ và các cations khác trong dung dịch đất. Tỉ lệ Ca/tổng cation từ 0,10 - 0,15 có thể cung cấp đủ Ca2+ cho phần lớn cây trồng.

Sự hấp thu Ca2+ bị giảm khi hàm lượng NH4+, K+, Mg2+, Mn2+ , và Al3+ cao, nhưng sự

hấp thu Ca2+ sẽ tăng khi cây trồng được cung cấp NO3—N. Sự dinh dưỡng với nồng độ NO3-

cao sẽ làm tăng cường sự tổng hợp anion hữu cơ và dẫn đến sự tích lũy các cations trong cây, đặc biệt là Ca2+.

2.4 Hiện tượng mất Ca trong đấtKhi có sự rửa trôi xảy ra, Na+ là ion dễ dàng bị mất nhất, sau đó là Ca2+; nhưng vì

trong phần lớn các loại đất, hàm lượng Ca2+ trong dung dịch và trao đổi thường lớn hơn rất nhiều so với Na+, nên lượng Ca2+ bị mất lớn hơn nhiều so với Na+. Ca thường là cation chiếm tỉ lệ cao trong nước tiêu, sông suối, và hồ.

2.5 Các loại phân CalciumCalcium không phải luôn được sản xuất dưới dạng phân bón hỗn hợp hay riêng biệt,

nhưng thường hiện diện như là một thành phần phụ của của các loại phân bón khác, đặc biệt là phân P. Super lân đơn (SSP) và super lân kép (TSP) đều có chứa 18 - 21 và 12 – 14 % Ca. Nồng độ Ca trong Ca(NO3)2 khoảng 19 %. Các chelates tổng hợp như CaEDTA chứa khoảng 3 – 5 % Ca, trong khi đó một số phức chất tự nhiên được dùng như là các chất mang các nguyên tố dinh dưỡng vi lượng có chứa khoảng 4 – 12 % Ca. Ca trong chelate cũng có thể dùng phun lên lá cây trồng. Đá phosphate có chứa 35 % Ca, và khi được bón với liều lượng cao cho các loại đất nhiệt đới chua, sẽ cung cấp một lượng Ca rất lớn.

Nguồn nguyên liệu chính để dùng làm phân bón Ca là các vật liệu có chứa vôi như CaCO3 (đá vôi),CaMg(CO3)2 (dolomite) và các vật liệu khác được dùng để trung hòa độ chua của đất. Trong trường hợp nơi Ca chỉ được yêu cầu cung cấp cho cây trồng nhưng không cần để hiệu chỉnh độ chua của đất ta có thể dùng gypsum.

Gypsum (thạch cao, CaSO4.2H2O) được tìm thấy nhiều nơi trên thế giới. Có một lượng lớn gypsum là sản phẩm trung gian được hình thành trong nhà máy sản xuất phosphoric acid.

Gypsum là phân Ca phổ biến dùng bón cho đậu phộng ở Mỹ và được bón trực tiếp cho cây ở giai đoạn ra hoa. Một số nước châu Phi, CaSO4 có trong phân super lân được bón

16

cho đậu phộng có thể cung cấp cả S và Ca cho cây. Gypsum có ảnh hưởng rất ít đến pH đất; vì thế nên có thể có giá trị trên cây trồng cần một độ chua nhất định và cần Ca cao. Gypsum được sử dụng rất phổ biến trên đất mặn trong các vùng khô hạn. Ca2+ thay thế Na+ trên phức trao đổi, và Na+ sau đó sẽ bị rửa trôi ra khỏi vùng rễ. Độ bão hòa Na+ giảm sẽ làm kết cụm các hạt đất và làm tăng khả năng thấm nước của đất.

III Magnesium (Mg)3.1 Dạng Mg cây trồng sử dụng

Cây trồng hấp thụ Mg ở dạng Mg2+ từ dung dịch đất và Mg2+ di chuyển đến rễ cây do cơ chế dòng chảy khối lượng và khuếch tán. Lượng Mg2+ cây hấp thu do cơ chế tiếp xúc trực tiếp của rễ đối với Mg thấp hơn rất nhiều so với Ca2+. Hàm lượng Mg2+ cây trồng hấp thu thường thấp hơn Ca2+ hay K+. Nồng độ Mg2+ trong dung dịch đất trong vùng nhiệt ôn đới tiêu biểu khoảng 5 - 50 ppm, mặc dù có nơi đạt đến 120 – 2400 ppm.

Nhu cầu Mg2+ khác nhau tùy loại cây trồng. Đồng cỏ, bắp, khoai tây, cọ dầu, bông vải, cam quít, thuốc lá và củ cải đường là những cây có nhu cầu Mg2+ khá cao. Hiện tượng thiếu Mg thường xuất hiện trên táo trong những năm có năng suất cao.

Sự hấp thu và phản ứng đối với phân Mg cũng khác nhau giữa các giống cây trồng. Do có sự tương tác giữa các điều kiện thời tiết và môi trường với các giống cây trồng

nên có thể dẫn đến sự thiếu Mg trong từng điều kiện nhất định.

3.2 Hàm lượng Mg trong đấtMg chiếm 1,93 % các thành phần của vỏ quả đất. Tuy nhiên, hàm lượng Mg2+ trong

đất rất biến đổi, từ 0,1 % trong đất cát có sa cấu thô trong các vùng khí hậu ẩm cho đến 4 % trong đất có sa cấu mịn trong vùng khô hạn hay bán khô hạn được hình thành từ các mẫu chất có chứa Mg cao. Mg trong đất có nguồn gốc từ sự phong hóa các đá có chứa các khoáng nguyên sinh như biotite, dolomite, hornblende, olivine, và serpentite. Mg cũng được tìm thấy trong các khoáng sét thứ sinh như chlorite, illite, montmorillonite, và vermiculite. Epsomite (MgSO4.7H2O) và bloedite [Na2Mg(SO4)3.4H2O] có thể hiện diện trong đất khô hạn hay bán khô hạn với một hàm lượng rất lớn. Trong thời gian phong hóa khoáng, Mg được giải phóng vào dung dịch đất, nơi đây Mg có thể (1) bị mất theo nước thấm lậu, (2) bị hấp thu bới các sinh vật sống, (3) bị hấp phụ trên CEC, hay (4) bị kết tủa thành khoáng thứ cấp, chủ yếu trong các vùng khí hậu khô hạn.

Mg thường có hàm lượng thấp trong dung dịch đất do các khoáng sét bị phong hóa chậm, do sự rửa trôi và cây trồng hấp thu. Vermiculite có hàm lượng Mg cao, và có thể là nguồn Mg đáng kể trong các loại đất. Mg có thể bị thiếu trong các trường hợp như đất chua, có sa cấu thô, rửa trôi mạnh với CEC thấp; đất đá vôi phát triển trên mẫu chất có Mg thấp; đất chua được bón vôi nhưng vôi có hàm lượng Mg thấp; bón nhiều phân NH4

+ hay K+; các cây trồng có nhu cầu Mg cao.

Sự dư thừa Mg cũng có thể xảy ra trong một số trường hợp đất hình thành trên đá nền là serpentite hay nơi chịu ảnh hưởng của nước ngầm có hàm lượng Mg cao. Sự dinh dưỡng Ca có thể bị phá vỡ khi Mg2+ trao đổi vượt quá Ca2+ trao đổi.

3.3 Tính chất của Mg trong đấtMg hiện diện trong đất chủ yếu ở dạng phân ly trong dung dịch và trên bề mặt trao

đổi. Cây trồng hấp thụ Mg phụ thuộc vào hàm lượng Mg2+ trong dung dịch, pH đất, độ bão hòa % Mg trên CEC, hàm lượng các ions trao đổi khác, và loại sét.

Cũng như K, nhưng ít phổ biến hơn, Mg có thể hiện diện trong đất dưới dạng chậm hữu dụng, dạng này cân bằng với Mg2+ trao đổi. Sự hình thành các dạng tương đối chậm hữu dụng này trong đất chua gia tăng khi có sự hiện diện của các hợp chất Mg hòa tan và sét 2:1. Mg2+ có thể bị giữ trong các tinh tầng của các loại khoáng có tính co trương mạnh.

17

Có thể có sự thay đổi rất lớn trong Mg2+ trao đổi sau khi đất được bón vôi có chứa Mg. Đầu tiên, nồng độ Mg2+ tăng, nhưng khi pH đạt gần trung tính nồng độ này sẽ giảm do sự cố định Mg2+ thông qua các phản ứng với silica hay aluminum chlorite và để cùng kết tủa với Al(OH)3.

Đất có sa cấu thô trong vùng khí hậu ẩm có tiềm năng thiếu Mg rất lớn. Các loại đất này thường chứa lượng Mg tổng số và trao đổi thấp. Đất có thể thiếu Mg khi hàm lượng Mg2+

trao đổi < 25 - 50 ppm.Mg trao đổi thường chiếm khoảng 4 – 20 % CEC của đất, nhưng đất phát sinh trên đá

serpentite, hàm lượng Mg2+ có thể cao hơn Ca2+. Độ bão hòa Mg ngưỡng cho sự sinh trưởng tối hảo của cây trồng thường trùng lấp trong khoảng này, nhưng trong phần lớn các trường hợp, độ bão hòa %Mg không được < 10 %.

Trên nhiều loại đất chua mạnh sự hấp thu Mg2+ của cây trồng bị giảm do nồng độ Al3+

trao đổi cao. Độ bão hòa Al 60 – 75 % thường đi kèm với sự thiếu hụt Mg. Sự hữu dụng của Mg2+ cũng có thể bị ảnh hưởng xấu do hoạt độ H+ cao trong đất hữu cơ chua, nơi mà Al3+ trao đổi không phải là nguyên nhân chính gây ra độ chua. Sự thiếu Mg cũng có thể xảy ra trong đất có tỉ lệ Ca/Mg trao đổi cao, khi tỉ lệ này vượt quá 10/1 đến 15/1. Trên các loại đất có sa cấu thô trong vùng ẩm, việc sử dụng liên tục các vật liệu vôi có chứa Ca cao có thể làm tăng tỉ lệ Ca/Mg và gây ra sự thiếu Mg trên một số cây trồng.

K trao đổi cao cũng có thể làm cản trở sự hấp thu Mg của cây trồng. Thông thường, tỉ lệ K/Mg được khuyến cáo là < 5/1 đối với phần lớn cây trồng, 3/1 đối với rau cải, và 2/1 đối với cây ăn quả và các cây trồng trong nhà kính.

Sự canh tranh giữa NH4+ và Mg2+ cũng có thể làm giảm sự hữu dụng của Mg2+ đối với

cây trồng. Sự thiếu hụt Mg2+ gây ra do NH4+ xảy ra khi bón 1 lượng lớn phân NH4

+ vào đất có Mg2+ trao đổi thấp. Sự tương tác này có thể là nguyên nhân của vấn đề tetany cho gia súc (bệnh co giật) của họ hòa thảo. Cơ chế của sự tương tác này có thể có liên quan đến H+ được giải phóng khi rễ cây hấp thụ NH4

+, cũng như ảnh hưởng trực tiếp của NH4+.

3.4 Quá trình mất Mg trong đấtCũng như Ca2+, Mg2+ có thể bị mất do rửa trôi (5 - 60 kgMg/ha/năm). Hàm lượng Mg

mất phụ thuộc vào sự tương tác của nhiều yếu tố, bao gồm hàm lượng Mg trong đất, tốc độ phong hóa, cường độ rửa trôi, và sự hấp thu của cây trồng. Sự rửa trôi Mg2+ thường là vấn đề rất nghiêm trọng trên đất cát, đặc biệt là sau khi bón phân KCl và K2SO4. Rất ít xảy ra sự thay thế Mg2+ khi một lượng K tương đương được bón vào dưới dạng CO3

2-, HCO3-, hay H2PO4

-. Có thể là sự giải phóng và rửa trôi Mg2+ trong đất có sa cấu thô được gia tăng do sự hiện diện của Cl- và SO4

2- hòa tan. Cùng với Ca2+, sự mất Mg do xói mòn cũng có thể rất nghiêm trọng trong một số loại đất.

3.5 Các loại phân MgTrái ngược với Ca, có một số loại phân bón chính có chứa Mg, ngoại trừ phân K2SO4.

MgSO4. Dolomite được dùng phổ biến cho các loại đất chua có hàm lượng Mg thấp. K2SO4.MgSO4 và MgSO4 (muối Epsom) được dùng rộng rãi trong các công thức hình thành các loại phân dạng rắn. Các vật liệu khác có chứa Mg là magnesia (MgO, 55 % Mg), magnesium nitrate [Mg(NO3)2, 16%Mg], magnesium silicate (basic slag, 3 – 4 % Mg; serpentite, 26 % Mg), dung dịch magnesium chloride (MgCl2.10H2O, 8 - 8 % Mg), các chelates tổng hợp (2 - 4 % Mg), và các phức chất hữu cơ tự nhiên (4 – 9 % Mg).

MgSO4, MgCl2, Mg(NO3)2, và các chelates tổng hợp và tự nhiên dạng dung dịch rất thích hợp cho sử dụng phun lên lá. Sự thiếu hụt Mg trên các vườn cam quít thường được hiệu chỉnh bằng cách phun Mg(NO3)2 lên lá. Trong một số vùng trồng cây ăn quả, dung dịch MgSO4 được phun lên lá, và trong các vườn cây thiếu nghiêm trọng cần thiết phải phun trong nhiều năm.

18

K2SO4.MgSO4 được sử dụng rộng rãi dưới dạng huyền phù. Nồng độ huyền phù đặc biệt, dạng này có bán trên thị trường.Grass tetany (bệnh co giật - bệnh phát sinh do thiếu Mg trong thức ăn)

Hàm lượng Mg thấp trong các đồng cỏ, có thể là một vấn đề nghiêm trọng trong 1 số đồng cỏ chăn nuôi. Trâu bò sử dụng cỏ có chứa Mg thấp sẽ bị bệnh hypomagnesia (giảm hàm lượng Mg), hay grass tetany, bệnh gây ra do hàm lượng Mg trong máu thấp không bình thường. Bón phân NH4

+ hay K+ cao có thể làm giảm nồng độ Mg2+ trong mô cây. Ví dụ, hàm lượng Mg trong cây bắp non bị giảm đáng kể khi bón NH4

+ so với bón NO3-. Grass tetany

thường xảy ra trong mùa xuân, lúc N vẫn có thể còn ở dạng NH4+, đặc biệt là nếu thời tiết

lạnh. Ngoài ra, hàm lượng protein cao của cỏ khi tiêu hoá (và các thức ăn khác) sẽ làm giảm sự hấp thụ Mg bởi động vật.

Hàm lượng Mg cũng có thể tăng do sử dụng đá vôi dolomite, hay do việc sử dụng các loại phân bón có chứa Mg. Vì vậy các cây họ đậu trồng trong hệ thống đồng cỏ được khuyến cáo là những cây này có nhu cầu Mg cao hơn các cây họ hòa thảo. Trâu bò cũng có thể ăn muối Mg để chống lại bệnh grass tetany.

Mặc dù một số nhà nghiên cứu cho rằng hypomagnesia là kết quả của sự bón thừa phân N hay K, nhưng ta xem bệnh này do thiếu Mg để xử lý thích hợp hơn.

19