Dinh dưỡng cây trồng - P1: Dinh dưỡng đa lượng

Vai trò của các yếu tố dinh dưỡng đối với cây trồng

Để sinh trưởng và phát triển bình thường cây trồng sử dụng 20 nguyên tố cơ bản, trong đó có 6 nguyên tố cấu tạo và 14 nguyên tố phát triển cần thiết: C, H, O, N, P, S (cấu tạo), Ca, Mg, K, Fe, Mn, Mo, Cu, B, Zn, Cl, Na, Co, V, Si (phát triển). Dưới đây trình bày 17 nguyên tố cây hấp thu qua rễ.

Phần 1: Dinh dưỡng đa lượng

1.1. Vai trò của đạm (N)

Tỷ lệ đạm trong cây biến động trong phạm vi 0,5% (rơm rạ) đến 6% (bèo hoa dâu), trong hạt biến động từ 0,8 - 1,2% (hạt thóc) đến 5,5 - 7,5% (hạt đậu tương) so với chất khô. Giữa các bộ phận trong cây tỷ lệ đạm giảm dần theo thứ tự sau đây: hạt -> lá -> thân -> rễ.

Dạng hút: NH⁴⁺, NO^3- và cây hút cả Urê.

Đạm là yếu tố quan trọng hàng đầu đối với cơ thể sống vì đạm là thành phần cơ bản của prôtein - chất biểu hiện có sự sống tồn tại.

Đạm là thành phần của các enzim, chất xúc tác sinh học, khiến cho các quá trình sống trong cây có thể thực hiện được ở điều kiện áp suất và nhiệt độ bình thường trong cơ thể sống.

Đạm nằm cùng với lân trong axit desoxyribonucleic (ADN) và axit ribonucleic (ARN), nơi khu trú các thông tin di truyền của nhân bào.

Đạm là thành phần của diệp lục, nơi thực hiện các phản ứng quang hợp.

Đạm kích thích sự phát triển của bộ rễ, giúp cây trồng huy động mạnh mẽ các chất khoáng khác trong đất.

Do vậy, đạm đóng vai trò vô cùng quan trọng trong sự phát triển của cây.

Đạm được xem là yếu tố có ảnh hưởng gần như là quyết định đến năng suất và chất lượng sản phẩm.

Cây hút đạm từ đất chủ yếu dưới dạng anion nitrat (NO₃^-) và cation amôn (NH₄⁺). Ngoài ra cây cũng có thể hút một lượng nhỏ đạm hữu cơ dễ thủy phân phân tử lượng nhỏ. Khi đánh giá khả năng cung cấp đạm cho cây của đất có thể dựa vào hàm lượng đạm thủy phân trong đất.

Trong cây, nitrat (NO₃^-) được hút vào sẽ bị khử thành amôn (NH₄⁺), NH₄⁺ kết hợp với các xêtô axit, hình thành trong quá trình hô hấp, tạo thành axit amin và prôtêin.

Do vậy, khi đất cung cấp nhiều N - NO₃ mà điều kiện khử NO₃^- thành NH₄⁺ không thuận lợi (thiếu vi lượng cần cho hoạt động của men chuyển hóa chẳng hạn), đạm trong cây tồn tại nhiều dưới dạng NO₃^- không lợi cho người tiêu thụ sản phẩm. Quá trình quang hợp không cung cấp đủ gluxit và quá trình hô hấp không cung cấp đủ xêtô axit cho cây, đạm trong cây lại tồn tại nhiều dưới dạng NH₄⁺ độc cho cây.

Cây hút đạm nhiều thì cũng hút nhiều các nguyên tố khác. Bón nhiều đạm cũng phải bón nhiều nguyên tố khác một cách cân đối mới có năng suất cao, phẩm chất nông sản tốt.

Được bón đủ đạm lá cây có màu xanh tươi, sinh trưởng khỏe mạnh, chồi búp phát triển nhanh, cành quả phát triển nhiều, lúa đẻ nhánh khỏe. Đó là những cơ sở để cây trồng cho năng suất cao.

Bón thừa đạm, do cây phải hút nhiều nước để giảm nồng độ amôn (NH₄⁺) trong cây nên tỷ lệ nước trong thân lá cao, thân lá vươn dài, mềm mại, che bóng lẫn nhau, lại ảnh hưởng đến quang hợp, đối với lúa thì dễ bị lốp đổ. Đạm hữu cơ hòa tan (amin, amit) trong cây nhiều, cây dễ mắc bệnh. Bón nhiều đạm tỷ lệ diệp lục trong lá cao lá có màu xanh tối lại hấp dẫn côn trùng nên thường bị sâu phá hoại mạnh. Bón thừa đạm quá trình sinh trưởng sinh dưỡng (phát triển thân lá) bị kéo dài; quá trình sinh trưởng sinh thực (hình thành hoa, quả, hạt) bị chậm lại. Cây thành thục muộn.

Bón thừa đạm phẩm chất nông sản kém, giá trị sinh học thấp: tỷ lệ NO₃^- trong rau, quả dễ vượt quá ngưỡng cho phép, rau có vị nhạt, thậm chí đắng. Tỷ lệ nước trong rau, củ cao khó bảo quản. Tỷ lệ hydrat cacbon thấp, tỷ lệ đạm cao dưa muối dễ bị khú.

Cam, quýt bón nhiều đạm mã xấu đi.

Bón thừa đạm, cây không dùng hết, đất không giữ lại được (như trên các loại đất nhẹ, nghèo chất hữu cơ) nên đạm (kể cả NO3- và NH4+) bị kéo xuống sâu, hoặc bị cuốn theo nước mặt, làm ô nhiễm nguồn nước, kể cả nước mặt và nước ngầm.

Trong cây đạm rất linh động, khi đất thiếu đạm hay cây không hút đủ đạm, đạm có thể chuyển từ lá già về nuôi các lá non nên lá già rụng sớm. Hiện tượng thiếu đạm thể hiện ở các lá già trước.

Đối với các cây ăn quả, cây lâu năm đến cuối vụ sinh trưởng lá già rụng đi, đạm được chuyển về tích lũy vào thân và rễ làm nguồn dự trữ cho mùa phát triển sau.

Thiếu đạm cây sinh trưởng phát triển kém, còi cọc, chồi búp bị thui chột.

Chè phát sinh búp mù nhiều.

Cây thiếu đạm buộc phải hoàn thành chu kì sống nhanh, thời gian tích lũy ngắn, năng suất thấp.

1.2. Vai trò của lân (P)

Trong cây, tính theo chất khô, tỷ lệ lân trong thân lá biến động từ 0,2% P2O5 (rơm rạ lúa) đến 0,6 - 0,7% P2O5 (thân lá đậu tương); trong hạt biến động từ 0,48% P2O5 (hạt thóc) đến 1,0 - 1,2% P2O5 (hạt đậu tương). Như vậy, là cây bộ đậu chứa nhiều lân hơn cây ngũ cốc và lân có nhiều ở hạt.

Dạng hút: H₂PO₄^- (primary phosphate) HPO₄^-- (Orthophosphat) và cả phosphate hữu cơ dễ hoà tan như: nucleic và phytin.

Cũng như đạm, trong các cơ quan non đang phát triển tỷ lệ lân cao. Lân có thể được vận chuyển từ các lá già về các cơ quan non, cơ quan đang phát triển để dùng vào việc tổng hợp chất hữu cơ mới. Do vậy, triệu chứng thiếu lân xuất hiện ở các lá già trước.

Lân trong cây đại bộ phận nằm dưới dạng hữu cơ, chỉ có một phần nhỏ nằm dưới dạng vô cơ.

Lân vô cơ nằm dưới dạng các octôphôtphat, đóng vai trò quan trọng trong việc hình thành hệ thống đệm trong tế bào nhờ sự chuyển hóa giữa các ion phốtphat:

HPO₄^-- + H₂O <=> H₂PO₄^- + OH^-

H₂PO₄^- <=> HPO₄^-- + H⁺

Sự chuyển hóa này cũng cung cấp thêm H+ cho quá trình khử NO3- thành NH4+, có lợi cho việc tổng hợp prôtêin. Cho nên dinh dưỡng lân có liên quan đến dinh dưỡng đạm của cây. Lân vô cơ cũng là nguồn dự trữ cần thiết cho việc tổng hợp lân hữu cơ.

Lân hữu cơ bao gồm axit photphoglyxêric, axit nuclêic, các chất dự trữ cao năng ađênôzin điphốtphat (ADP), ađênôzin triphốtphat (ATP), coenzim (nicotinamit-adenin-dinucleotit phốtphat (NADP), lêxitin, phốtpholipid... đó là các chất đóng vai trò quan trọng trong hoạt động sống của cây.

Axit phốtphoglyxêric hình thành trong giai đoạn đầu của quá trình quang hợp có tác động như là chất khởi động quá trình quang hợp của cây xanh.

Axit nuclêic trong nhân bào quyết định việc sinh sôi nảy nở của tế bào.

ADP và ATP là những hợp chất cao năng cung cấp năng lượng cho các hoạt động sống của cây.

NADP là một coenzim quan trọng, vận chuyển H⁺ trong quá trình khử NO₃^- thành NH₄⁺, thúc đẩy việc tổng hợp prôtêin trong cây.

Lêxitin là hợp chất lân hữu cơ có nhiều trong hạt, khi thủy phân sẽ cung cấp lân vô cơ, là thức ăn dự trữ cần thiết cho quá trình nảy mầm của hạt.

Phốtpholipit là thành phần quan trọng của màng tế bào (membrane), có chức năng bảo vệ cho tế bào giúp cây chịu đựng được các điều kiện bất thuận.

Do vai trò sinh lý của lân, cây rất cần lân trong thời kỳ sinh trưởng đầu (phát triển rễ), trong giai đoạn hình thành hạt, giúp cây chống đỡ với điều kiện bất thuận (hạn và rét). Dinh dưỡng lân có liên quan mật thiết với dinh dưỡng đạm. Cây được bón cân đối đạm - lân sẽ phát triển xanh tốt, khỏe mạnh (ít sâu bệnh), nhiều hoa, sai quả và phẩm chất nông sản tốt. Người ta xem lân là yếu tố của sự phát triển, kích thích quá trình chín.

Cây lúa được bón đủ lân đẻ khỏe, bộ rễ phát triển tốt, trỗ và chín sớm (ngay cả trong điều kiện nhiệt độ thấp - A. Doberman và ctv, 2000). Lúa được bón đủ lân thì hạt mẩy, sáng.

Lúa thiếu lân cây còi cọc, đẻ nhánh kém, bộ lá lúa ngắn, phiến lá hẹp, lá có tư thế dựng đứng và có màu xanh tối, số lá, số bông và số hạt trên bông đều giảm. Thiếu lân vừa phải các lá non có vẻ bình thường song các lá già hơn chuyển sang màu nâu rồi chết.

Thiếu lân, đường tích lũy có khuynh hướng tạo thành antôxian nên nhiều loại cây trồng khi thiếu lân lá chuyển sang màu tím đỏ (huyết dụ ở ngô) hay đỏ.

Lân đóng góp vào quá trình hình thành chất béo và tổng hợp prôtêin trong cây. Cây bộ đậu, cây lấy dầu cần được cung cấp đủ lân. "Không lân, không vôi thì thôi trồng lạc" là tổng kết của nông dân ta về vai trò của lân đối với cây bộ đậu và lấy dầu.

Lân thúc đẩy việc ra rễ, đặc biệt là rễ bên và lông hút. Lân, do vậy đặc biệt quan trọng trong thời gian sinh trưởng đầu. Trong qui trình bón, phân lân thường được bón lót.

Trong ruộng lúa thiếu lân thì không thấy có tảo phát triển. Cây ăn quả thiếu lân quả xấu xí.

1.3. Vai trò của Kali (K)

Khác với đạm và lân, tỷ lệ kali trong thân, lá cao hơn tỷ lệ kali trong hạt. Tỷ lệ K₂O trong thân lá lúa biến động trong khoảng 0,60 - 1,50% trong khi tỷ lệ K₂O trong hạt gạo biến động trong khoảng 0,30 - 0,45%. Tỷ lệ K₂O trong lá cây thuốc lá đặc biệt cao, đến 4,5 - 5,0% theo chất khô.

Các loại cây có nhu cầu kali cao như hướng dương, thuốc lá, củ cải đường và các loại cây ăn củ như khoai tây, tỷ lệ kali trong lá cũng cao.

Dạng hút: K⁺

Trong thời kỳ cây đang phát triển tỷ lệ kali ở bộ phận non, ở các cơ quan đang hoạt động cao hơn ở các bộ phận già. Khi đất không cung cấp đủ kali thì kali ở các bộ phận già được chuyển về các bộ phận non, về cơ quan hoạt động mạnh hơn để bảo đảm cho các hoạt động sinh lý của cây tiến hành được bình thường. Do vậy, hiện tượng thiếu kali xuất hiện ở các lá già trước.

Khác với đạm và lân, kali trong cây không nằm trong thành phần cấu tạo của bất kỳ hợp chất hữu cơ nào. Kali trong cây nằm dưới dạng ion trong dịch bào và một phần nhỏ kết hợp với chất hữu cơ trong tế bào chất.

Cây lúa thiếu kali lá có màu lục tối trong khi mép lá có màu nâu hơi vàng. Thiếu kali nghiêm trọng trên đỉnh lá có vết hoại tử màu nâu tối trong khi các lá già phía dưới thường có vết bệnh tiêm lửa. Ngô thiếu kali lá bị mềm đi, uốn cong như gợn sóng và có màu vàng sáng. Khoai tây thiếu kali lá quăn xuống, quanh gân lá có màu xanh lục, sau đó mép lá chuyển sang màu nâu.

Khi tỷ lệ kali trong cây giảm xuống chỉ còn bằng 1/2 đến 1/3 so với bình thường mới thấy xuất hiện triệu chứng thiếu kali trên lá. Cho nên khi để triệu chứng thiếu kali xuất hiện trên lá thì năng suất đã giảm do thiếu kali mà việc bón kali không bù đắp được. Do vậy, không nên đợi đến lúc xuất hiện triệu chứng thiếu kali rồi mới bón kali cho cây.

Vai trò sinh lý của kali bắt nguồn từ đặc tính vật lý của nguyên tố kali: ion kali rất dễ hydrat hóa.

Trong các tế bào thực vật, kali tồn tại dưới dạng ion ngậm nước. Nhờ hình thức tồn tại này kali rất linh động, nó có thể di chuyển được ngay trong các vi cấu trúc trong tế bào.

Nhờ trạng thái hydrat hóa, kali có thể len lỏi vào giữa các bào quan để trung hòa các axit ngay trong quá trình được tạo thành, như các axit của chu trình Krebs, khiến cho các axit này không bị ứ lại, nhờ vậy mà quá trình hô hấp không bị ức chế. Kali len lỏi vào trong lòng các phiến lục lạp, lôi cuốn các sản phẩm của quá trình quang hợp về các cơ quan dự trữ, do vậy mà quá trình quang hợp được liên tục. Thiếu kali việc chuyển vận đường được hình thành qua quá trình quang hợp ở lá về các cơ quan dự trữ gặp khó khăn. Thí dụ ở cây mía dinh dưỡng kali bình thường tốc độ vận chuyển đường từ lá xuống thân là 2,5 cm/phút, thì ở cây mía thiếu kali tốc độ vận chuyển đó giảm xuống chỉ còn bằng một nửa.

Quá trình peptit hóa các nguyên tử kali ngậm nước cho phép kali tẩm ướt các á cấu trúc. Sự có mặt khắp nơi của các á cấu trúc khiến kali đóng vai trò chất hoạt hóa phổ biến nhất. K⁺ thỏa mãn yêu cầu hydrat hóa các prôtêin và các chất keo khác trong tế bào khiến các chức năng nội bào tiến triển được bình thường.

Kali một mặt, do làm tăng áp suất thẩm thấu mà tăng khả năng hút nước của bộ rễ, mặt khác lại điều khiển hoạt động của khí khổng khiến cho nước không bị mất quá mức, ngay cả trong lúc gặp khô hạn. Nhờ tiết kiệm được nước mà kali tăng cường khả năng chống hạn cho cây.

Hiện nay người ta ghi nhận kali có thể hoạt hóa được đến 60 loại men trong cơ thể thực vật. Trong hoạt động hoạt hóa, kali vừa đóng vai trò trực tiếp, như một coenzim, vừa đóng vai trò gián tiếp, như một chất xúc tác. Do vậy mà trong các mô phân sinh rất giàu kali.

Do tác động đến quá trình hô hấp và quang hợp, kali ảnh hưởng tích cực đến việc trao đổi đạm và tổng hợp prôtid. Thiếu K⁺ mà nhiều N-NH₄⁺, NH₄⁺ tích lũy, độc cho cây. Kali thúc đẩy việc tổng hợp prôtid do vậy mà hạn chế việc tích lũy nitrat trong lá. Thiếu kali đạm hữu cơ hòa tan tích lũy tạo thức ăn dồi dào cho nấm nên cây dễ mắc bệnh. Kali hạn chế tác hại của việc bón thừa đạm.

Kali có vai trò ngược lại với canxi trong việc cân bằng nước trong cây. Kali làm tăng sức trương, tăng áp suất thẩm thấu trong tế bào nên tăng sức chống hạn và chống rét cho cây.

Bón đủ kali các bó mạch, mô chống đỡ phát triển đầy đủ khiến cho cây cứng cáp, cây ngũ cốc đỡ bị đổ ngả. Cây lấy sợi được cung cấp đủ kali chất lượng sợi được bảo đảm.

Kali xúc tiến quá trình quang hợp, tạo đường bột và vận chuyển đường bột về cơ quan dự trữ nên cây lấy đường, cây ăn củ, ăn quả cần được cung cấp nhiều kali.