Nitơ là gì ? Vai trò của Nitơ trong phân bón và đối với cây trồng.
Trung Giang Co.Ltd
Trung Giang Co.Ltd
Trung Giang Co.Ltd
Hotline
0944 919 698
Hotline
0944 919 698
Nitơ là một chất dinh dưỡng thiết yếu cho sự tăng trưởng, phát triển và sinh sản của thực vật. Mặc dù nitơ là một trong những nguyên tố phong phú nhất trên trái đất, nhưng thiếu nitơ có lẽ là vấn đề dinh dưỡng phổ biến nhất ảnh hưởng đến thực vật trên toàn thế giới - nitơ từ khí quyển và vỏ trái đất không có sẵn trực tiếp cho thực vật.
Cây khỏe mạnh thường chứa 3 đến 4 phần trăm nitơ trong các mô trên mặt đất của chúng. Đây là nồng độ cao hơn nhiều so với các chất dinh dưỡng khác. Carbon, hydro và oxy, những chất dinh dưỡng không đóng vai trò quan trọng trong hầu hết các chương trình quản lý độ màu mỡ của đất, là những chất dinh dưỡng duy nhất khác có nồng độ cao hơn.
Nitơ rất quan trọng vì nó là thành phần chính của chất diệp lục, hợp chất mà thực vật sử dụng năng lượng ánh sáng mặt trời để tạo ra đường từ nước và carbon dioxide (nghĩa là quá trình quang hợp). Nó cũng là một thành phần chính của axit amin, các khối xây dựng của protein. Không có protein, thực vật khô héo và chết. Một số protein đóng vai trò là đơn vị cấu trúc trong tế bào thực vật trong khi một số khác đóng vai trò là enzym, tạo ra nhiều phản ứng sinh hóa làm cơ sở cho sự sống. Nitơ là một thành phần của các hợp chất truyền năng lượng, chẳng hạn như ATP (adenosine triphosphate). ATP cho phép các tế bào bảo tồn và sử dụng năng lượng được giải phóng trong quá trình trao đổi chất. Cuối cùng, nitơ là một thành phần quan trọng của axit nucleic như DNA, vật liệu di truyền cho phép các tế bào (và cuối cùng là toàn bộ thực vật) phát triển và sinh sản. Không có nitơ, sẽ không có sự sống như chúng ta biết.
Nitơ rất cần thiết cho cây trồng để đạt năng suất tối ưu. Một thành phần quan trọng của axit amin trong protein, nó cũng trực tiếp làm tăng hàm lượng protein của thực vật.
Nitơ trong đất tồn tại ở ba dạng chung: hợp chất nitơ hữu cơ, ion amoni (NH₄⁺) và ion nitrat (NO₃⁻).
Tại bất kỳ thời điểm nào, 95 đến 99 phần trăm lượng nitơ có sẵn trong đất ở dạng hữu cơ, hoặc trong tàn dư thực vật và động vật, trong chất hữu cơ tương đối ổn định của đất hoặc trong các sinh vật sống trong đất, chủ yếu là các vi sinh vật như vi khuẩn. Nitơ này không có sẵn trực tiếp cho cây trồng, nhưng một số có thể được chuyển đổi thành dạng có sẵn bởi vi sinh vật. Một lượng rất nhỏ nitơ hữu cơ có thể tồn tại trong các hợp chất hữu cơ hòa tan, chẳng hạn như urê, có thể có sẵn cho cây trồng.
Phần lớn nitơ có sẵn trong thực vật ở dạng vô cơ NH₄⁺ và NO₃⁻ (đôi khi được gọi là nitơ khoáng). Các ion amoni liên kết với phức hợp trao đổi cation tích điện âm (CEC) của đất và hoạt động giống như các cation khác trong đất. Các ion nitrat không liên kết với chất rắn trong đất vì chúng mang điện tích âm, nhưng tồn tại ở dạng hòa tan trong nước trong đất hoặc kết tủa dưới dạng muối hòa tan trong điều kiện khô ráo.
Nitơ trong đất mà cuối cùng có thể được thực vật sử dụng có hai nguồn: khoáng chất chứa nitơ và kho chứa nitơ khổng lồ trong khí quyển. Nitơ trong khoáng chất đất được giải phóng khi khoáng chất bị phân hủy. Quá trình này nói chung diễn ra khá chậm và chỉ đóng góp một chút vào dinh dưỡng nitơ trên hầu hết các loại đất. Tuy nhiên, trên các loại đất có chứa một lượng lớn đất sét giàu NH₄⁺ (xuất hiện tự nhiên hoặc phát triển bằng cách cố định NH₄⁺ được thêm vào dưới dạng phân bón), nitơ do phần khoáng cung cấp có thể đáng kể trong một số năm.
Nitơ khí quyển là nguồn nitơ chính trong đất. Trong khí quyển, nó tồn tại ở dạng N₂ rất trơ và phải được chuyển đổi trước khi trở nên hữu ích trong đất. Lượng nitơ được thêm vào đất theo cách này có liên quan trực tiếp đến hoạt động của giông bão, nhưng hầu hết các khu vực có thể nhận được không quá 20 lb nitơ/mẫu Anh mỗi năm từ nguồn này.
Các vi khuẩn như Rhizobia lây nhiễm (nốt nốt sần) vào rễ và nhận nhiều năng lượng thức ăn từ cây họ đậu có thể cố định nhiều nitơ hơn mỗi năm (một số trên 100 lb nitơ/mẫu Anh). Khi lượng nitơ cố định bởi Rhizobia vượt quá lượng cần thiết của chính vi khuẩn, nó sẽ được giải phóng để cây họ đậu sử dụng. Đây là lý do tại sao các cây họ đậu có nốt sần thường không đáp ứng với việc bổ sung phân đạm. Họ đã nhận đủ từ vi khuẩn.
Nitơ có thể trải qua nhiều biến đổi trong đất. Những biến đổi này thường được nhóm lại thành một hệ thống gọi là chu trình nitơ, có thể được trình bày ở các mức độ phức tạp khác nhau. Chu trình nitơ phù hợp để hiểu về quản lý dinh dưỡng và phân bón. Bởi vì các vi sinh vật chịu trách nhiệm cho hầu hết các quá trình này, chúng xảy ra rất chậm, nếu có, khi nhiệt độ đất dưới 50° F, nhưng tốc độ của chúng tăng nhanh khi đất trở nên ấm hơn.
Trọng tâm của chu trình nitơ là chuyển đổi nitơ vô cơ thành nitơ hữu cơ và ngược lại. Khi các vi sinh vật phát triển, chúng loại bỏ H₄⁺ và NO₃⁻ khỏi nguồn nitơ vô cơ, sẵn có của đất, chuyển hóa nó thành nitơ hữu cơ trong một quá trình gọi là cố định. Khi những sinh vật này chết và bị phân hủy bởi những sinh vật khác, NH₄⁺ dư thừa có thể được giải phóng trở lại bể vô cơ trong một quá trình gọi là khoáng hóa. Nitơ cũng có thể được khoáng hóa khi các vi sinh vật phân hủy vật liệu chứa nhiều nitơ hơn mức chúng có thể sử dụng cùng một lúc, chẳng hạn như tàn dư cây họ đậu hoặc phân. Quá trình cố định và khoáng hóa được thực hiện bởi hầu hết các vi sinh vật và diễn ra nhanh nhất khi đất ấm và ẩm, nhưng không bão hòa nước.
Các ion amoni (NH₄⁺) không được thực vật bậc cao cố định hoặc hấp thụ nhanh chóng thường được chuyển đổi nhanh chóng thành các ion NO₃⁻ bằng một quá trình gọi là nitrat hóa. Đây là quy trình gồm hai bước, trong đó vi khuẩn có tên là Nitrosomonas chuyển đổi NH₄⁺ thành nitrit (NO₂⁻), và sau đó vi khuẩn khác, Nitrobacter, chuyển đổi NO₂⁻ thành NO₃⁻. Quá trình này yêu cầu đất thoáng khí và diễn ra đủ nhanh để người ta thường tìm thấy chủ yếu là NO₃⁻ chứ không phải NH₄⁺ trong đất trong mùa sinh trưởng.
Chu trình nitơ chứa một số con đường mà nitơ có sẵn từ thực vật có thể bị mất khỏi đất. Nitrat-nitơ thường dễ bị thất thoát hơn amoni-nitơ. Các cơ chế mất mát đáng kể bao gồm rửa trôi, khử nitơ, bay hơi và loại bỏ cây trồng.
Dạng nitrat của nitơ rất dễ hòa tan nên nó dễ dàng bị rò rỉ khi lượng nước dư thừa thấm qua đất. Đây có thể là một cơ chế mất mát lớn trong đất có kết cấu thô, nơi nước thấm tự do, nhưng ít gặp vấn đề hơn ở đất có kết cấu mịn hơn, không thấm nước hơn, nơi nước thấm rất chậm.
Những loại đất sau này có xu hướng dễ dàng trở nên bão hòa và khi các vi sinh vật cạn kiệt nguồn cung cấp oxy tự do trong đất ẩm ướt, một số thu được nó bằng cách phân hủy NO₃⁻. Trong quá trình này, được gọi là quá trình khử nitrat, NO₃⁻ được chuyển đổi thành các oxit nitơ ở dạng khí hoặc thành khí N₂, cả hai đều không có sẵn cho thực vật. Quá trình khử nitơ có thể gây ra sự mất mát lớn nitơ khi đất ấm và duy trì trạng thái bão hòa trong hơn một vài ngày.
Mất nitơ NH₄⁺ ít phổ biến hơn và chủ yếu xảy ra do bay hơi. Ion amoni về cơ bản là các phân tử amoniac khan (NH₃) có gắn thêm một ion hydro (H⁺). Khi lượng H⁺ bổ sung này bị loại bỏ khỏi ion NH₄ bởi một ion khác như hydroxyl (OH⁻), phân tử NH₃ tạo thành có thể bay hơi hoặc bay hơi khỏi đất. Cơ chế này quan trọng nhất trong đất có độ pH cao chứa một lượng lớn ion OH⁻.
Việc loại bỏ cây trồng thể hiện sự mất mát vì nitơ trong các phần thu hoạch của cây trồng bị loại bỏ hoàn toàn khỏi cánh đồng. Nitơ trong tàn dư cây trồng được tái chế trở lại hệ thống và được coi là cố định hơn là loại bỏ. Phần lớn cuối cùng được khoáng hóa và có thể được tái sử dụng bởi một loại cây trồng.
Thực vật hấp thụ nitơ từ đất dưới dạng cả ion NH₄⁺ và NO₃⁻, nhưng do quá trình nitrat hóa quá phổ biến trong đất nông nghiệp nên phần lớn nitơ được hấp thụ dưới dạng nitrat. Nitrat di chuyển tự do về phía rễ cây khi chúng hấp thụ nước. Khi vào bên trong cây, NO₃⁻ bị khử thành dạng NH₂ và được đồng hóa để tạo ra các hợp chất phức tạp hơn. Vì thực vật cần một lượng nitơ rất lớn nên hệ thống rễ phát triển là điều cần thiết để cho phép hấp thụ không hạn chế. Cây bị hạn chế rễ do nén chặt có thể có dấu hiệu thiếu nitơ ngay cả khi có đủ nitơ trong đất.
Nguồn: TFI
Hầu hết thực vật lấy nitơ từ đất liên tục trong suốt cuộc đời của chúng và nhu cầu nitơ thường tăng lên khi kích thước cây tăng lên. Một cây được cung cấp đầy đủ nitơ sẽ phát triển nhanh chóng và tạo ra một lượng lớn lá xanh, mọng nước. Cung cấp đầy đủ nitơ cho phép một loại cây trồng hàng năm, chẳng hạn như ngô, phát triển đến độ chín hoàn toàn, thay vì trì hoãn nó. Một cây thiếu nitơ thường nhỏ và phát triển chậm vì nó thiếu nitơ cần thiết để tạo ra các vật liệu di truyền và cấu trúc đầy đủ. Nó thường có màu xanh nhạt hoặc hơi vàng vì thiếu chất diệp lục thích hợp. Các lá già thường bị hoại tử và chết khi cây di chuyển nitơ từ các mô già ít quan trọng hơn sang các mô non quan trọng hơn.
Mặt khác, một số thực vật có thể phát triển quá nhanh khi được cung cấp quá nhiều nitơ đến mức chúng phát triển nguyên sinh chất nhanh hơn so với việc chúng có thể xây dựng đủ vật liệu hỗ trợ trong thành tế bào. Những cây như vậy thường khá yếu và có thể dễ bị chấn thương cơ học. Sự phát triển của rơm yếu và hạt nhỏ nằm lại là một ví dụ về hiệu ứng như vậy.
Tỷ lệ phân bón nitơ được xác định bởi loại cây trồng sẽ được trồng, mục tiêu năng suất và lượng nitơ có thể được cung cấp bởi đất. Tỷ lệ cần thiết để đạt được năng suất khác nhau với các loại cây trồng khác nhau tùy theo vùng và các quyết định như vậy thường dựa trên các khuyến nghị và kinh nghiệm của địa phương.
Lượng nitơ được giải phóng từ chất hữu cơ trong đất
Lượng nitơ được giải phóng bằng cách phân hủy tàn dư của vụ trước
Bất kỳ nitơ nào được cung cấp bởi các ứng dụng trước đây của chất thải hữu cơ
Bất kỳ lượng nitơ nào được mang theo từ các lần bón phân trước đó.
Những đóng góp như vậy có thể được xác định bằng cách lấy các khoản tín dụng nitơ (được biểu thị bằng lb/mẫu Anh) cho các biến này. Ví dụ, ngô sau cỏ linh lăng thường cần ít nitơ bổ sung hơn ngô sau ngô và cần ít phân đạm hơn để đạt được mục tiêu năng suất nhất định khi bón phân. Như với tỷ lệ, các khoản tín dụng thường dựa trên các điều kiện địa phương.
Thử nghiệm đất đang được đề xuất thường xuyên hơn như một giải pháp thay thế cho việc lấy tín dụng nitơ. Thử nghiệm đất để tìm nitơ là một phương pháp hữu ích ở các vùng khô hạn hơn của Great Plains trong nhiều năm và ở vùng đó, tỷ lệ phân bón thường được điều chỉnh để tính đến NO₃⁻ được tìm thấy trong đất trước khi trồng. Trong những năm gần đây, đã có một số quan tâm đến việc kiểm tra các cánh đồng ngô để tìm NO₃⁻ ở các vùng ẩm ướt hơn ở miền đông Hoa Kỳ và Canada, sử dụng các mẫu được lấy vào cuối mùa xuân, sau khi cây trồng trổ bông, thay vì trước khi trồng. Chiến lược này, thử nghiệm đất chứa đạm trước khi bón phân (PSNT), đã nhận được rất nhiều sự quan tâm của công chúng và dường như cung cấp một số dấu hiệu về việc liệu có cần bổ sung thêm đạm bón lót hay không.
Các quyết định bố trí nên tối đa hóa lượng nitơ sẵn có cho cây trồng và giảm thiểu tổn thất tiềm ẩn. Rễ cây thường không mọc ngang qua vùng rễ của cây khác, vì vậy nitơ phải được đặt ở nơi tất cả các cây có thể tiếp cận trực tiếp với nó. Các ứng dụng phát sóng hoàn thành mục tiêu này. Việc tạo dải cũng thực hiện khi tất cả các hàng xén nằm ngay cạnh một dải. Đối với ngô, dải amoniac khan hoặc urê amoni nitrat (UAN) ở giữa các hàng xen kẽ thường hiệu quả như dải ở mỗi giữa vì tất cả các hàng đều có thể tiếp cận với phân bón.
Điều kiện đất ẩm là cần thiết cho sự hấp thu chất dinh dưỡng. Vị trí bên dưới bề mặt đất có thể làm tăng khả năng cung cấp nitơ trong điều kiện khô hạn vì rễ có nhiều khả năng tìm thấy nitơ trong đất ẩm với vị trí như vậy. Tiêm UAN trên mặt đất có thể tạo ra năng suất ngô cao hơn so với phun trên bề mặt trong những năm khi thời tiết khô hạn sau khi bón phân bên. Trong những năm khi lượng mưa xảy ra ngay sau khi ứng dụng, việc đặt dưới bề mặt không quan trọng bằng.
Vị trí dưới bề mặt thường được sử dụng để kiểm soát thất thoát nitơ. Amoniac khan phải được đặt và niêm phong bên dưới bề mặt để loại bỏ sự thất thoát bay hơi trực tiếp của khí amoniac. Sự bay hơi từ dung dịch urê và UAN có thể được kiểm soát bằng cách kết hợp hoặc tiêm. Kết hợp các vật liệu urê (bằng cơ học hoặc bằng lượng mưa ngay sau khi sử dụng) đặc biệt quan trọng trong các tình huống không làm đất, trong đó quá trình bay hơi bị trầm trọng hơn bởi một lượng lớn vật liệu hữu cơ trên bề mặt đất. Tuy nhiên, việc áp dụng một lượng nhỏ nitơ "khởi động" dưới dạng UAN trong thuốc diệt cỏ phun thường ít được quan tâm.
Bón đạm cùng với phốt pho thường làm tăng khả năng hấp thụ phốt pho, đặc biệt khi đạm ở dạng NH₄⁺ và cây trồng đang phát triển trong đất kiềm. Lý do cho hiệu ứng này không hoàn toàn rõ ràng, nhưng có thể là do nitơ làm tăng hoạt động của rễ và khả năng hấp thu phốt pho, và quá trình nitrat hóa NH₄⁺ tạo ra tính axit, làm tăng khả năng hòa tan phốt pho.
Thời gian có ảnh hưởng lớn đến hiệu quả của các hệ thống quản lý nitơ. Nitơ nên được bón để tránh các giai đoạn thất thoát đáng kể và cung cấp đủ nitơ khi cây trồng cần nhất. Lúa mì chiếm phần lớn nitơ vào mùa xuân và đầu mùa hè, còn ngô hấp thụ hầu hết nitơ vào giữa mùa hè, vì vậy lượng nitơ dồi dào vào những thời điểm này là rất quan trọng. Nếu tổn thất dự kiến là tối thiểu, hoặc có thể được kiểm soát hiệu quả, thì việc bón phân trước hoặc ngay sau khi gieo trồng sẽ có hiệu quả đối với cả hai loại cây trồng. Nếu dự đoán được những tổn thất đáng kể, đặc biệt là những tổn thất do khử nitrat hoặc rửa trôi, thì các ứng dụng chia nhỏ, trong đó phần lớn nitơ được áp dụng sau khi cây trồng nảy mầm, có thể có hiệu quả trong việc giảm tổn thất. Các ứng dụng mùa thu cho ngô có thể được sử dụng trên đất thoát nước tốt,® ; tuy nhiên, nên tránh bón phân vào mùa thu trên đất thoát nước kém, do khả năng thất thoát đáng kể do khử nitrat hầu như không thể tránh khỏi. Khi phần lớn nguồn cung cấp nitơ của cây trồng sẽ được bón sau khi cây trồng phát triển đáng kể hoặc được đặt cách xa hàng gieo hạt (amoniac khan hoặc UAN phân bố ở giữa hàng), việc bón một ít nitơ dễ tiếp cận cho cây con khi trồng đảm bảo rằng cây trồng sẽ không trở thành đạm thiếu hụt trước khi được tiếp cận với nguồn cung cấp nitơ chính.
Các cơ chế chính làm thất thoát phân đạm là khử nitrat, lọc và bay hơi. Quá trình khử nitrat và rửa trôi xảy ra trong điều kiện đất rất ẩm ướt, trong khi quá trình bay hơi phổ biến nhất khi đất chỉ ẩm và đang khô.
Sử dụng nguồn nitơ NH₄⁺ sẽ axit hóa đất vì các ion hydro (H⁺) được giải phóng trong quá trình nitrat hóa NH₄⁺ là nguyên nhân chính gây ra độ axit trong đất. Theo thời gian, quá trình axit hóa và giảm độ pH của đất có thể trở nên nghiêm trọng.
Phân đạm có chứa NO₃⁻ nhưng không có NH₄⁺ làm cho đất bớt chua hơn một chút theo thời gian, nhưng thường được sử dụng với số lượng ít hơn nhiều so với các loại khác. Axit hóa do nitơ NH₄⁻ là một yếu tố quan trọng trong quá trình axit hóa các cánh đồng nông nghiệp, nhưng có thể dễ dàng kiểm soát bằng các biện pháp bón vôi thông thường.
*Dấu trừ cho biết số pound canxi cacbonat tương đương cần thiết để trung hòa axit hình thành khi 1 tấn vật liệu được thêm vào đất. (Lưu ý rằng sẽ cần khoảng gấp đôi lượng này nếu sử dụng vôi nông nghiệp.) Dấu cộng cho biết vật liệu này có tính chất cơ bản.
Bởi vì vi khuẩn Rhizobia lây nhiễm vào rễ cây họ đậu thường cung cấp đủ nitơ cho cây ký chủ, nên cây họ đậu có nốt sần hiếm khi phản ứng với việc bổ sung phân đạm. Tuy nhiên, đôi khi, đậu tương có thể phản ứng với việc bón đạm vào cuối vụ, có lẽ là do quá trình cố định đạm trong các nốt sần đã giảm đáng kể. Tuy nhiên, những phản ứng như vậy khá thất thường và việc bón đạm cho đậu tương vào cuối vụ không được khuyến nghị thường xuyên. Lượng nitơ trong khí quyển được cố định bởi các sinh vật đất không cộng sinh khác nhau tùy theo loại đất, chất hữu cơ hiện có và độ pH của đất .
