Tải bản đầy đủ

CÁC NGUYÊN TỐ DINH DƯỠNG VÀ PHÂN BÓN ĐA LƯỢNG

CHƯƠNG 5
CÁC NGUYÊN TỐ DINH DƯỠNG VÀ PHÂN BÓN ĐA LƯỢNG
BÀI 1: ĐẠM TRONG ĐẤT VÀ CÁC LOẠI PHÂN BÓN CÓ CHỨA ĐẠM
I Đạm Trong Tự Nhiên
1 Chu kỳ chất đạm trong tự nhiên
Đạm là chất dinh dưỡng rất quan trọng và thường bị thiếu hụt trong sản xuất cây trồng, vì
vậy hầu hết các hệ thống cây trồng trừ cây họ đậu đều phải được bón phân đạm. Nghiên cứu về
trạng thái và tính chất của đạm trong đất là việc rất cần thiết để nâng cao năng suất trong sản xuất
nông nghiệp, đồng thời giảm thiểu tác động xấu của phân đạm đến môi trường.
Hiện nay, có rất nhiều nguồn phân bón được dùng để cung cấp đạm cho cây trồng. Ngoài
phân đạm vô cơ được sản xuất từ các nhà máy công nghiệp, phân đạm hữu cơ từ các loại phân gia
súc và chất thải khác và từ sự cố định đạm bởi các cây họ đậu đều có thể cung cấp đạm cho cây
trồng.
Nguồn nguyên liệu N chủ yếu được dùng để sản xuất phân bón đạm là khí N 2 trong khí
quyển, khí này chiếm 75 % thể tích khí quyển, và đạm hữu cơ trong các loại phân hữu cơ. Thực vật
bậc cao không thể đồng hóa N2 thành protein trực tiếp được, đạm dạng khí phải được biến đổi thành
các dạng khác hữu dụng cho cây trồng. Sự chuyển hóa đạm từ dạng khí sang dạng đạm hữu dụng
cho thực vật có thể thực hiện bằng một trong những con đường sau:
Cố định bởi các vi sinh vật cộng sinh trên rễ các cây họ đậu và trên một số thực vật khác.
Cố định bởi các vi sinh vật sống tự do hay không cộng sinh.
Cố định đạm dạng khí thành các oxide bởi sự phóng điện trong không khí.

Cố định đạm N2 thành NH3, NO3-, hay CN22- bởi công nghiệp sản xuất phân đạm tổng hợp.

Hình 5.1 Chu kỳ đạm trong tự nhiên
Sự luân chuyển đạm trong khí quyển là một sự cân bằng động, trong đó những dạng đạm
khác nhau được cố định trong đất. Cùng lúc với quá trình cố định đạm N 2 cũng sẽ có rất nhiều tiến
trình hóa học và sinh học giải phóng đạm trở lại khí quyển. Chu kỳ của đạm trong hệ thống đất cây
trồng khí quyển liên quan đến rất nhiều quá trình chuyển hóa của các dạng đạm vô cơ và hữu cơ.
Trong chu kỳ đạm ta cần phải hiểu rõ hai phần quan trọng là đầu vào và đầu ra của đạm, hay sự thu
nhập và mất đi của đạm trong đất. Ngoại trừ phân đạm công nghiệp, tất cả sự chuyển hóa này đều
xảy ra trong tự nhiên, con người cũng có tác động rất lớn đến quá trình chuyển hóa này thông qua
các hoạt động quản lý đất và cây trồng. Mục đích phần này là nêu lên chu kỳ hóa học và sinh vật
học của đạm trong tự nhiên; chủ yếu là trong đất và các tác động hay quản lý của con người nhằm
đạt năng suất cây trồng một cách tối hảo và hạn chế tối đa tác hại của phân đạm đối với môi trường.

1


2 Quá trình cố định trong tự nhiên
2.1 Sự cố định đạm bởi vi khuẩn cộng sinh
Trong lịch sử nông nghiệp, các cây họ đậu và phân súc vật là nguồn cung cấp đạm chính cho cây
trồng. Từ những năm 1940, giá trị của các chất hữu cơ này bị giảm dần do gia tăng sản xuất và sử
dụng đạm tổng hợp có giá thành rẻ và có phản ứng nhanh với cây trồng. Tuy nhiên đạm hữu cơ vẫn
còn là nguồn đạm quan trọng ở nhiều nước.
2.1.1 Lượng đạm được cố định do sự cộng sinh
Người ta ước đoán, hàng năm trên địa cầu tổng lượng đạm N 2 được cố định sinh học 100 –
6
175.10 tấn, trong đó khoảng 90.10 6 tấn được cố định bởi vi khuẩn Rhizobia. Sự sử dụng phân bón
đạm tổng hợp trên thế giới là 77,1.106 tấn trong năm 1977.
Lượng đạm N được cố định bởi các cây họ đậu có nốt sần chiếm khoảng 75% tổng lượng
đạm sử dụng bởi cây trồng.
2.1.2 Các sinh vật có liên quan đến sự cố định đạm
Lượng đạm cố định được bởi các cây họ đậu khác nhau. Sự cố định đạm bởi phần lớn các
cây họ đậu đa niên biến động từ 100 – 200 kg/ ha/năm, nhưng trong những điều kiện tối hảo, lượng
đạm cố định có thể đạt gấp 2 – 3 lần giá trị này. Các cây họ đậu ngắn ngày có thể cố định được 10 –
20 kg/ha/năm.

Hình 5.2 Vi khuẩn Rhizobium
Có rất nhiều chủng Rhizobium hiện diện trong đất, mỗi chủng yêu cầu cây chủ riêng biệt. Ví
dụ, vi khuẩn cộng sinh với cây đậu nành sẽ không cố định N với cỏ alfalfa. Hạt giống của cây họ
đậu được khuyến cáo nên chủng với các vi khuẩn thích hợp trước khi gieo cho các vùng lần đầu tiên


trồng các loại cây họ đậu mới. Ví dụ, sự cố định đạm của cỏ alfalfa tăng 40% khi chủng vi khuẩn và
các dòng alfalfa thích hợp.
Sự hiện diện của các nốt sần trên rễ cây họ đậu không phải luôn luôn hữu hiệu. Các nốt sần
trưởng thành hữu hiệu của alfalfa thường to, có màu hồng hay đỏ ở trung tâm nốt sần. Màu đỏ là do
đặc tính của chất leghemoblobin và màu này chứng tỏ những tế bào nốt sần này có chứa rhizobia và
đang hoạt động cố định N2. Những nốt sần vô hiệu thường nhỏ (đường kính< 2 mm), thường chiếm
số lượng nhiều phân bố rải rác trên toàn bộ hệ thống rễ, trong một số trường hợp các nốt sần vô hiệu
có kích thước lớn và số lượng ít. Ở trung tâm nốt sần này thường có màu xanh hay trắng.
2.1.3 Sự sử dụng đạm trong cây họ đậu đối với cây trồng khác
Năng suất của các cây trồng khác thường tăng khi chúng được trồng ngay sau vụ trồng các
cây họ đậu. Một số nguyên nhân là do có liên quan đến lượng đạm hữu dụng của đất được cải thiện,
mặc dù cũng có những ảnh hưởng do luân canh có thể làm tăng năng suất. Có rất nhiều nghiên cứu
đồng ruộng đã được thiết lập để đánh giá sự hữu dụng của đạm trong cây họ đậu đến các cây trồng
khác trong vụ sau. Thông thường, khi trồng bắp sau vụ đậu nành thì nhu cầu đạm cho năng suất tối
hảo thường thấp hơn nhu cầu đạm khi trồng hai vụ bắp liên tục. Sự khác nhau này có sự đóng góp
của đạm hữu dụng từ cây trồng họ đậu như bắp trồng sau đậu nành. Các kết quả này minh chứng
2


mạnh mẽ rằng lợi ích của sự luân canh cây họ đậu và một số lợi ích khác là do mức độ hữu dụng
của đạm trong đất tăng lên.
Lượng đạm hữu dụng do cố định sinh học trong hệ thống phụ thuộc vào các yếu tố sau:
Lượng đạm được cố định.
Lượng và loại dư thừa của cây họ đậu được vùi trong đất.
Lượng đạm hữu dụng trong đất đối với cây họ đậu.
Sự quản lý khi thu hoạch.
Sử dụng đạm trong cây phân xanh của cây trồng vụ sau cũng biến đổi rất cao. Mức độ hữu
dụng của đạm trong dư thừa cây họ đậu đối với cây trồng vụ sau biến thiên từ 20 – 50 %. Sự hữu
dụng của đạm trong cây họ đậu đến các cây trồng xen chưa được nghiên cứu nhiều, một lượng nhỏ
các amino acid và các hợp chất đạm hữu cơ khác có thể được tiết ra từ rễ cây họ đậu. Sự phân giải
sinh học của rễ chết và nốt sần cũng đóng góp một phần đạm cho cây trồng được trồng cùng với cây
họ đậu. Trong một số điều kiện, lượng đạm được cố định và sự hữu dụng của đạm của cây họ đậu
thường không đủ cho nhu cầu của cây trồng sau đó, nên cần thiết phải bón thêm phân đạm cho cả
hai loại cây trồng, cây họ đậu và cây trồng khác đạt năng suất tối hảo.
Để sử dụng đạm trong cây họ đậu của các cây trồng khác, sự khoáng hóa đạm của cây họ
đậu yêu cầu xảy ra cùng lúc với thời gian cây trồng sử dụng đạm. Sự khoáng hóa đạm trong cây họ
đậu bởi các vi sinh vật đất được kiểm soát bởi khí hậu, sự khoáng hóa này tăng khi nhiệt độ và độ
ẩm thích hợp. Nhưng thời kỳ hấp thu đạm của các cây trồng có thể khác nhau, phụ thuộc vào loại
cây trồng. Vì vậy, để các cây trồng khác sử dụng tối đa đạm của cây họ đậu, sự hấp thu phải đồng
thời với sự khoáng hóa đạm. Do đó, để quản lý đạm của cây họ đậu hiệu quả cần phải chọn cây
trồng thích hợp trong hệ thống luân canh.
2.1.4 Bón phân đạm cho cây họ đậu
Sự cố định đạm tối đa chỉ xảy ra khi đạm hữu dụng trong đất ở mức tối thiểu. Sự hoạt động
của Rhizobium giảm khi cây họ đậu được bón phân vô cơ. Tuy nhiên, đôi khi người ta khuyến cáo
bón lót ruộng một lượng đạm nhỏ để đảm bảo cho cây con của cây họ đậu đủ đạm cho đến khi
Rhizobia cộng sinh trong rễ. Bón phân đạm cũng có lợi cho cây họ đậu khi sự hoạt động của
Rhizobia bị hạn chế do những điều kiện thời tiết khắc nghiệt như lạnh, ẩm ướt. Trong điều kiện này
sự cố định đạm của các cây thường thấp và nên bón phân đạm cho cây.
2.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến sự cố định đạm của vi khuẩn cộng sinh
Các yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến lượng đạm cố định bởi Rhizobia là pH đất, dinh
dưỡng khoáng trong đất, hoạt động quang hợp, khí hậu, và sự quản lý cây họ đậu. Bất cứ sự khủng
hoảng nào trong cây họ đậu gây ra bởi các yếu tố này cũng có thể làm giảm nghiêm trọng năng suất
của cây họ đậu và mức độ hữu dụng của đạm đối với cây trồng sau.
pH đất, độ chua của đất là yếu tố chính hạn chế sự tồn tại và sinh trưởng của Rhizobia trong
đất và có thể ảnh hưởng nghiêm trọng đến sự hình thành nốt sần và tiến trình cố định đạm. Rhizobia
và rễ của cây họ đậu có thể bị tổn thương bởi độ chua do liên quan đến độ độc Al 3+, Mn2+, và H+
trong đất, cũng như mức độ hữu dụng của Ca2+, H2PO4- thấp. Sự mẫn cảm của các loài Rhizobia đến
độ chua của đất khác nhau rất đáng kể. pH < 6,0 làm giảm nghiêm trọng số lượng Rhizobium
melilote trong vùng rễ của alfalfa, mức độ hình thành nốt sần và năng suất của alfalfa, trong khi đó
pH khoảng 5,0 – 7 chỉ có ảnh hưởng rất ít đến R. trifoli và cây họ đậu chủ yếu là cỏ ba lá.
Bón vôi cho đất chua là một biện pháp cải thiện pH cho các cây họ đậu cộng sinh với
Rhizobium. Đối với những nơi không có nguồn vôi có thể thay đổi phương pháp trồng cây họ đậu,
bằng cách chủng các vi khuẩn vào trong hạt hay sử dụng các chủng thích ứng với đất chua.
Tình trạng dinh dưỡng khoáng trong các loại đất, các loại đất chua thiếu Ca 2+, H2PO4- có thể
hạn chế sự sinh trưởng của Rhizobia; nhưng sự thiếu hụt các chất dinh dưỡng khoáng khác ít khi
làm giảm sự cố định đạm. Sự cố định đạm trong nốt sần cây yêu cầu nhiều Mo hơn cây chủ, vì vậy
Mo là yếu tố vi lượng rất quan trọng đối với các cây cố định đạm. Sự bắt đầu hình thành và phát
triển của nốt sần có thể bị ảnh hưởng do thiếu các nguyên tố Co, B, Fe và Cu. Sự khác nhau trong
mẫn cảm của các chủng Rhizobium đến sự thiếu các chất dinh dưỡng. Nồng độ NO 3- cao trong đất
3


có thể làm giảm sự hoạt động của enzym nitrogenase và vì vậy làm giảm sự cố định đạm. Các nốt
sần bị mất màu hồng khi trong đất có hàm lượng NO 3- cao. Ngoài ra sự giảm cố định đạm cũng có
liên quan đến sự cạnh tranh trong sử dụng các sản phẩm quang hợp giữa quá trình khử NO 3- và các
phản ứng cố định đạm.
Quang hợp và khí hậu, tốc độ hình thành các sản phẩm quang hợp có liên quan mạnh mẽ
đến sự gia tăng cố định đạm bởi vi khuẩn Rhizobia. Những yếu tố làm giảm tốc độ quang hợp cũng
đồng thời làm giảm sự cố định đạm. Các yếu tố này bao gồm cường độ ánh sáng giảm, thiếu nước
và nhiệt độ thấp.
Phương pháp quản lý cây họ đậu, thông thường bất cứ biện pháp kỹ thuật nào làm giảm
năng suất của cây họ đậu sẽ làm giảm lượng đạm được cố định bởi cây họ đậu. Những biện pháp kỹ
thuật này bao gồm việc quản lý nước và chất dinh dưỡng, cỏ dại côn trùng, bệnh và thu hoạch. Kỹ
thuật thu hoạch thường khác nhau rất nhiều giữa các khu vực, chu kỳ thu hoạch quá ngắn, quá sớm
hoặc quá trễ đều có thể làm giảm năng suất của cây họ đậu và lượng đạm cố định.
2.3 Sự cố định đạm bởi các cây gỗ và cây bụi thuộc họ đậu
Sự cố định đạm bởi các cây gỗ và cây bụi thuộc cây họ đậu rất quan trọng trong hệ sinh thái
rừng nhiệt đới và á nhiệt đới, và cho các hệ thống nông lâm kết hợp trong các quốc gia đang phát
triển. Nhiều cây họ đậu cố định được lượng đạm đáng kể. Ví dụ, Mimosa, Acaica, bồ kết đen, và ba
loài cây họ đậu lấy gỗ là Gliricidia sepium, Leucaena leucocephala, Sesbania biosbinosa đã được
dùng làm cây phân xanh trên những hệ thống cây trồng với lúa là cây trồng chính.
Sự cố định đạm của các thực vật khác. Một số cây khác được phân bố rộng rãi cũng có khả
năng cố định đạm bởi cơ chế tương tự như cây họ đậu và Rhizobia cộng sinh. Một số họ thực vật
sau đây có mang nốt sần trên rễ và cố định được đạm. Betulaceae, Elaegnaceae, Myricaceae,
Coriariaceae, Rhamnaceae và Casurinaceae. Phi lao và Ceanothus là hai loài được tìm thấy phổ biến
trong các vùng rừng ở Tây Bắc Thái Bình Dương, có thể đóng góp một phần đạm đáng kể vào hệ
sinh thái ở đây. Frankia, một loại xạ khuẩn và vi sinh vật tham gia trong quá trình cố định đạm bởi
các cây lấy gỗ không thuộc họ đậu này.
2.4 Sự cố định đạm bởi các vi sinh vật không cộng sinh trong đất
Sự cố định đạm trong đất cũng có thể được tiến hành bởi một số chủng vi khuẩn sống tự do
và các loại tảo lục lam.
2.4.1 Tảo

Hình 5.3 Tảo lam và bèo hoa dâu
Các loại tảo lục lam là những sinh vật hoàn toàn tự dưỡng có nhu cầu ánh sáng, nước, N 2,
CO2, và các nguyên tố khoáng cần thiết khác. Số lượng các loài này trong đất ngập nước cao hơn
nhiều so với các vùng đất khô. Vì cần ánh sáng, cho nên chúng chỉ góp một phần nhỏ đạm cho đất
cây trồng cạn sau khi cây trồng đã giao tán. Trong sa mạc hay các vùng bán khô hạn, tảo lục lam
hay rong rêu chứa tảo sẽ bắt đầu hoạt động sau vài cơn mưa và cố định lượng đạm đáng kể trong
thời gian hoạt động rất ngắn của chúng. Sự cố định đạm của tảo lục lam rất có ý nghĩa về mặt kinh
4


tế trong các vùng khí hậu nóng, đặc biệt trên các vùng đất nhiệt đới, đạm trở nên hữu dụng cho các
sinh vật khác bởi tảo lục lam có thể khá quan trọng trong các giai đoạn đầu của sự hình thành đất.
Có một quan hệ cộng sinh đáng chú ý giữa Anabaena azola (một loại tảo lục- lam) và Azolla
(bèo hoa dâu) trong sông hồ nhiệt đới và ôn đới. Tảo lục lam định vị trong khoang lá của bèo hoa
dâu nên được bảo vệ chống lại các điều kiện bên ngoài và có khả năng cung cấp tất cả đạm cần thiết
cho cây chủ. Một đặc điểm quan trọng của tổ hợp này là bèo hoa dâu có bề mặt thu nhận ánh sáng
rất lớn, đây là một đặc điểm giới hạn khả năng cố định đạm của tảo lam sống tự do.
Vi sinh vật Beijerinckia, hiện diện trong hầu hết các vùng nhiệt đới, sống trên bề mặt lá của
nhiều loại cây nhiệt đới và cố định đạm trên những lá này thay vì hoạt động trong đất.
Ở khu vực Đông Nam Á, Azolla được sử dụng làm phân xanh hàng thế kỷ nay trên các vùng
canh tác lúa nước, cũng như làm thức ăn cho gia súc, hay làm các loại phân bón hỗn hợp bón cho
các loại cây trồng khác, và cũng được sử dụng như là một biện pháp diệt cỏ dại. Khi sử dụng làm
phân xanh bèo hoa dâu cung cấp 50 – 60 kg N/ hecta làm tăng năng suất lúa đáng kể so với ruộng
lúa không bón phân.
2.4.2 Vi khuẩn liên kết cố định đạm
Một số vi khuẩn cố định đạm có thể sinh trưởng trên bề mặt rễ và trong một số trường hợp
có thể sinh trưởng ngay trong mô rễ của bắp, cỏ, kê, lúa, cao lương, lúa mì và rất nhiều loại thực vật
bậc cao khác. Azospirillum brasilense là loại vi khuẩn cố định đạm được xác định. Tiêm chủng
Azospirillum brasilense cho cây ngũ cốc cải thiện được sự sinh trưởng và dinh dưỡng đạm, mặc dù
phản ứng của sự chủng này biến động rất cao. Một số yếu tố có thể làm gia tăng sự hấp thu chất
dinh dưỡng của cây trồng là khả năng thấm của rễ được thay đổi những hoạt động của hormon và
tăng cường sự khử NO3- trong rễ. Đối với chủng Azotobacter và Clostridium có thể cung cấp tối đa
5 kg N/ hecta; vì vậy những sinh vật không cộng sinh này có giá trị rất thấp đối với sự hữu dụng của
đạm trong nền nông nghiệp thâm canh.
2.5 Sự bổ sung đạm trực tiếp từ khí quyển vào đất
Các hợp chất đạm trong khí quyển được trả lại cho đất theo mưa, dưới các dạng NH 3, NO3-,
NO2-, N2O; và đạm hữu cơ, đạm dạng ammonia chiếm một lượng lớn ở các khu công nghiệp, nơi
NH3 được sử dụng hay sản xuất. Ammonia cũng có thể thoát ra từ bề mặt đất do kết quả của các
phản ứng hóa học trong đất. Đạm hữc cơ tích lũy dưới dạng những dư thừa hữu cơ bị phân giải và
thoát vào khí quyển từ bề mặt trái đất.
Đất có khả năng hấp thu một lượng đáng kể NH 3 từ khí quyển. Trong những vùng không khí
có nồng độ NH3 cao đất có thể hấp thu 50 – 70 kg NH 3/ hecta/ năm. Sự hấp thu này tương quan
thuận với nồng độ NH3 và nhiệt độ nhưng độc lập với lượng mưa.
Do có một lượng nhỏ NO2- hiện diện trong khí quyển nên thường cả NO 2- và NO3- được gọi
chung là NO3-, NO3- trong khí quyển được hình thành trong thời gian phóng điện trong khí quyển,
nhưng những nghiên cứu mới đây cho thấy rằng chỉ có khoảng 10 – 20 % NO 3- trong nước mưa có
liên quan đến sấm sét. Phần còn lại do khí thải công nghiệp hay phát sinh từ đất.
Các hợp chất đạm trong khí quyển liên tục được trả lại cho đất thông qua nước mưa. Tổng
lượng đạm trong nước mưa biến thiên từ 1 – 50 kg/hecta/ năm, phụ thuộc vào vị trí địa lý. Điều này
cho thấy rằng lượng đạm trong nước mưa thường cao ở các vùng xung quanh khu công nghiệp, và
thông thường nồng độ đạm trong nước mưa trong vùng nhiệt đới cao hơn so với vùng cực và ôn
đới.
2.6 Sự cố định đạm công nghiệp, công nghiệp sản xuất phân đạm vô cơ
Đạm được cố định từ công nghiệp là nguồn đạm quan trọng nhất hiện nay và trong tương
lai. Quá trình sản xuất đạm bằng phương pháp cố định công nghiệp dựa trên quy trình Haber –
Bosch, trong đó khí H2 và N2 phản ứng với nhau để tạo thành NH3
3 H2 + 2 N2  2 NH3 (ở điều kiện 1200oC và 500 atm)
NH3 được sản xuất có thể được sử dụng làm phân bón trực tiếp (NH 3 khan) tuy nhiên NH3 thường
dùng làm nguyên liệu để sản xuất các dạng phân đạm khác.
5


3 Đạm trong đất
3.1 Các dạng đạm trong đất
Lượng đạm trong đất thay đổi từ 0,02 % ở tầng đất sâu đến 2,5 % trong đất than bùn. Nồng
độ đạm trong lớp đất mặt của phần lớn các loại đất canh tác thường biến thiên từ 0,03 – 0,4 %. Đạm
trong đất hiện diện ở hai dạng đạm hữu cơ và đạm vô cơ. Nhưng 95 % đạm trong đất mặt là đạm
hữu cơ.
Các hợp chất đạm vô cơ, các dạng đạm vô cơ trong đất bao gồm ammonium (NH 4+), nitrite
(NO2-), nitrate (NO3-), nitrous oxide (N2O), nitric oxide (NO) và đạm nguyên tố (N 2) chỉ được sử
dụng bởi Rhizobia và các vi sinh vật cố định đạm khác.
Trên quan điểm về độ phì nhiêu của đất, NH 4+, NO3- và NO2- là quan trọng nhất và được
hình thành từ sự phân giải hảo khí của chất hữu cơ trong đất hay từ các loại phân đạm được bón
vào. Tuy nhiên ba dạng đạm này chỉ chiếm khoảng 2 – 5 % tổng lượng đạm trong đất. N 2O và NO
là các dạng đạm rất dễ bị mất thông qua quá trình phản N hóa.
Các hợp chất đạm hữu cơ, đạm hữu cơ trong đất tồn tại ở các dạng như là protein, amino
acid, amino sugar và các hợp chất đạm phức tạp khác. Tỉ lệ của các dạng đạm hữu cơ này khác nhau
như sau: amino acid 20 – 40 %, amino sugar như hexosamine 5 – 10 % và các hợp chất có nguồn
gốc như purine, pyrimidine < 1 %. Protein thường kết hợp với sét, lignin và các chất khó phân giải
khác. Các kỹ thuật phân tích hiện nay có thể tách các amino acid tự do không nối với peptide hay
kết hợp với các polymer hữu cơ cao phân tử, sét và lignin từ trong đất. Do dễ dàng bị oxi hóa sinh
học nên các hợp chất này thường không được tích lũy trong đất và chúng có thể là nguồn NH 4+ quan
trọng đối với dinh dưỡng cây trồng. So với các dạng khác, lượng amino acid tự do trong đất tương
đối thấp.
3.2 Các dạng N trong đất mà rễ cây trồng có thể hấp thụ
Rễ cây trồng hấp thu đạm ở hai dạng NH4+ và NO3-. Thông thường, trên đất không ngập
nước, NO3- có nồng độ cao hơn NH4+, NO3- di chuyển đến rễ bằng dòng chảy khối lượng và khuếch
tán. Nhưng đồng thời, một số NH 4+ luôn hiện diện trong đất và có ảnh hưởng đến sự sinh trưởng và
trao đổi chất của cây trồng bằng nhiều cơ chế khác nhau.
Mức độ hấp thu đạm dạng NH4+ hay NO3- của cây trồng tùy thuộc vào tuổi và loại cây trồng,
điều kiện môi trường và các yếu tố khác. Ngũ cốc, bắp, đậu, củ cải đường, dứa, lúa sử dụng cả hai
dạng này. Cải xoăn, cần tây, các loại đậu, bí, sinh trưởng tốt nhất khi được cung cấp dạng đạm NO 3cao. Các cây thuộc họ cà như thuốc lá, ca chua, khoai tây thích hợp môi trường dinh dưỡng có tỉ lệ
NO3-/NH4+ cao.
3.2.1 Nitrate
Tốc độ hấp thụ NO3- cao và thích hợp trong điều kiện pH thấp, khi cây hấp thụ NO 3-, sẽ gia
tăng sự tổng hợp các anion hữu cơ trong cây, cùng với sự gia tăng tương ứng các cation vô cơ (Ca,
K, Mg) nên môi trường sẽ trở nên kiềm tính và một số HCO 3- có thể được phóng thích từ rễ cây để
duy trì sự trung hòa điện tích trong cây và trong dung dịch đất.
3.2.2 Ammonium
Nhiều giả thuyết cho rằng NH4+ là nguồn đạm cây trồng ưa chuộng hơn, vì sẽ tiết kiệm được
năng lượng khi cây trồng sử dụng dạng đạm này thay vì hấp thu NO3- để tổng hợp protein. Quá trình
khử NO3- trong cây là tiến trình cần năng lượng, chúng cần hai phân tử NADH cho mỗi ion NO 3được khử trong việc tổng hợp protein. Hơn nữa, NH4+ trong đất ít bị mất do rửa trôi và phản N hóa.
Sự hấp thu NH4+ của cây trồng tốt nhất ở pH trung tính và sự hấp thu này giảm khi độ chua
tăng. Sự hấp thu NH4+ của rễ sẽ làm giảm sự hấp thu Ca 2+, Mg2+ và K+ trong khi đó làm tăng sự hấp
thu H2PO4-, SO42- và Cl- do tính tương tác thuận và nghịch của các ion.
Cây trồng hấp thu NH4+ có thể gia tăng hàm lượng carbohydrate và protein so với hấp thu
NO3-. pH vùng rễ bị giảm khi cây trồng hấp thu NH 4+ do rễ tiết H+ để trung hòa điện tích hay cân
bằng điện tích bên trong cây. Người ta nhận thấy trên lúa mì có sự khác biệt đến hai đơn vị pH khi
6


lúa mì được cung cấp NH4+ và NO3-. Sự hóa chua này có ảnh hưởng đến sự hữu dụng của các chất
dinh dưỡng và sự hoạt động sinh học xung quanh vùng rễ.
Giới hạn chống chịu với nồng độ NH4+ trong cây tương đối hẹp, khi nồng độ NH4+ tăng cao
sẽ gây ra các phản ứng ngộ độc. Hàm lượng NH 4+ cao có thể làm ngưng sự tăng trưởng, hạn chế sự
hấp thu K+, và phát sinh hiện tượng thiếu K +, ngược lại, cây trồng chống chịu với nồng độ NO 3- cao
và tích lũy NO3- trong mô ở mức độ rất cao.
3.3 Sự tổng hợp NH4+ và NO3- trong cây
Sự sinh trưởng của cây trồng thường được cải thiện khi được cung cấp cả hai dạng NH 4+ và
NO3 so với trường hợp chỉ cung cấp từng loại riêng lẻ. Có nhiều dẫn chứng cho thấy khi cung cấp
cả hai dạng đạm này sẽ có lợi ở một số giai đoạn sinh trưởng đối với một số giống bắp, cao lương,
đậu nành, lúa mì, và lúa mạch. Năng suất của lúa mì, lúa mạch và cao lương tăng khi được bón
NH4+ và NO3- và số nhánh cũng cao hơn. Năng suất bắp tăng từ 8 – 25 % khi cung cấp NH 4+ và
NO3- so với việc cung cấp đơn thuần NO3-.
Những kết quả nghiên cứu gần đây cho rằng nên bón NH 4+ trong giai đoạn hạt vào chắc để
năng suất bắp tăng tối đa và tỉ lệ bón NH 4+ / NO3- 50:50 là tối hảo. Các kết quả thí nghiệm khác
cũng nhận thấy là 2 – 4 ngày sau khi phun râu là giai đoạn tốt nhất để bón NH 4+ sẽ làm tăng năng
suất đáng kể.
3.4 Dạng đạm vô cơ và các bệnh của cây trồng
Dinh dưỡng NH4+ và NO3- là yếu tố ảnh hưởng đến sự xuất hiện và mức độ nghiêm trọng
của các loại bệnh cây. Một số loại bệnh sẽ nghiêm trọng hơn khi dạng đạm NH 4+ là dạng đạm chủ
yếu hiện diện trong vùng rễ, một số bệnh khác lại chiếm ưu thế khi NO3- hiện diện trong vùng rễ.
Có hai tiến trình có thể liên quan đến vấn đề này, bắt đầu với sự ảnh hưởng trực tiếp của các
dạng đạm đến hoạt động phát sinh bệnh. Nguyên nhân khác là do ảnh hưởng của NH 4+ hay NO3đến hoạt động của các vi sinh vật có khả năng làm thay đổi sự hữu dụng của các cation vi lượng. Ví
dụ, bón NO3- cao kích thích hoạt động của một số vi khuẩn làm giảm mức độ hữu dụng của Mn đối
với lúa mì. Ảnh hưởng của dạng đạm đến pH đất trong vùng rễ cũng là một phần lý do giải thích tại
sao có sự khác biệt trong mức độ nghiêm trọng của các bệnh khi bón các dạng phân đạm khác nhau.
3.5 Chuyển hóa đạm trong đất
Khả năng hữu dụng của NH4+ và NO3- đối với cây trồng phụ thuộc rất nhiều vào các điều
kiện như liều lượng, dạng phân đạm được bón vào đất, lượng đạm được bón và lượng đạm trong
chất hữu cơ của đất được khoáng hóa. Trong đó, lượng đạm được giải phóng từ đạm hữu cơ phụ
thuộc vào rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến sự khoáng hóa chất hữu cơ, hấp thu sinh học đạm và các
quá trình mất đạm của đất.
Chất hữu cơ trong đất là các vật liệu hữu cơ có tình trạng phân giải ở nhiều giai đoạn khác
nhau. Chất hữu cơ trong đất có thể chia làm hai loại:
Mùn là các vật liệu tương đối ổn định và bền vững phân giải tương đối chậm.
Những vật liệu hữu cơ phân giải khá nhanh bao gồm các vật liệu còn tươi từ dư thừa thực
vật đến hợp chất sắp hình thành mùn tương đối ổn định.
Các tiến trình sinh học chủ yếu liên quan đến sự chuyển hóa của dư thừa thực vật và hình
thành mùn trong đất là quá trình khoáng hóa và cố định sinh học của đạm trong đất. Những phản
ứng này kết hợp với các yếu tố vật lý, hóa học, và môi trường khác có ý nghĩa rất quan trọng trong
sự ổn định của chất hữu cơ trong đất và sự hữu dụng của đạm vô cơ đối với cây trồng.
3.6 Sự khoáng hóa đạm trong đất
Sự khoáng hóa đạm là quá trình biến đổi đạm hữu cơ thành đạm vô cơ, sự khoáng hóa đạm
hữu cơ bao gồm hai phản ứng, amine hóa và amonium hóa, các phản ứng này diễn ra thông qua sự
hoạt động của nhiều vi sinh vật dị dưỡng. Các vi sinh vật dị dưỡng cần các hợp chất carbon hữu cơ
làm nguồn cung cấp năng lượng.
7


Sự khoáng hóa gia tăng khi nhiệt độ gia tăng, đủ nước, và đầy đủ oxy, sự phân giải cũng có
thể xảy ra trong điều kiện ngập nước mặc dù với tốc độ chậm hơn, thường không phân giải hoàn
toàn. Sự hô hấp thoáng khí và trong điều kiện ít yếm khí chất hữu cơ bị phân giải sẽ giải phóng đạm
dưới dạng NH4+.
Phản ứng amine hóa: các vi khuẩn dị dưỡng và nấm tham gia vào một hay nhiều bước trong
các phản ứng phân giải chất hữu cơ. Vi khuẩn chiếm ưu thế trong việc phá vỡ các chất hữu cơ trong
môi trường trung tính và kiềm, và một số ít loại nấm; trong điều kiện đất chua nấm là tác nhân
chính tiến hành phản ứng amine hóa. Sản phẩm cuối cùng của những hoạt động của nhóm này sẽ là
chất nền cho các hoạt động của nhóm tiếp theo và tiếp tục cho đến khi vật liệu bị phân giải. Một
trong những giai đoạn cuối cùng là sự phân giải protein và giải phóng amine, amino acid và urea.
Bước này gọi là amine hóa, được hình thành theo sơ đồ sau:
Protein

NH2
R – C – COOH+
Vi khuẩn, nấm
H
H2O

Amino acids

NH2
+
C
=O
R – NH
2

Amines

+ CO2 + năng lượng

NH2

Urea

Phản ứng Amonium hóa. Các amine và amino acid được sản sinh bởi sự amine hóa của N
hữu cơ được tiếp tục phân giải bởi các sinh vật dị dưỡng khác, giải phóng ammonium. Bước này
được gọi là quá trình ammonium hóa và được trình bày như sau:
R – NH2 + H2O  NH3 + R – OH + năng lượng
NH3 + H2O  NH4+ + OHRất nhiều loại vi khuẩn hảo khí và kị khí, nấm, và xạ khuẩn có khả năng tham gia vào quá
trình này để giải phóng NH4+.
Khi NH4+ hình thành chúng có thể bị biến đổi như sau:
Có thể được biến đổi thành NO2- và NO3- bởi các quá trình nitrite và nitrate hóa.
Có thể hấp thụ trực tiếp bởi thực vật bậc cao.
Có thể được sử dụng bởi các vi sinh vật dị dưỡng trong sự phân giải các dư thừa của C hữu
cơ sau đó hấp thu sinh học.
Có thể bị cố định, bị kẹt trong các lá sét, thành dạng không hữu dụng trong một số loại
khoáng sét có tính trương nở.
Có thể được giải phóng trở lại khí quyển dưới dạng NH4- quá trình bay hơi.
3.7 Nồng độ đạm trong dư thừa thực vật
Nồng độ đạm trong dư thừa thực vật cũng có thể được dùng để dự đoán lượng đạm có thể
hấp thu sinh học hay được khoáng hóa. Nồng độ đạm khoảng 1,5 – 1,7% trong dư thừa hữu cơ đủ
để tối thiểu hóa sự hấp thu sinh học của đạm trong đất, trong điều kiện thoáng khí. Trong điều kiện
yếm khí, đất ngập nước, nhu cầu đạm cho sự phân giải các dư thừa thực vật có thể chỉ là 0,5%.
Các ảnh hưởng của sự khoáng hóa và hấp thu sinh học đến chất hữu cơ trong đất; Trên các
loại đất nguyên thủy (chưa có sự canh tác) hàm lượng mùn được quyết định bởi thành phần cơ giới
của đất, địa hình và các điều kiện khí hậu. Thông thường đất ở vùng khí hậu lạnh có hàm lượng chất
hữu cơ cao hơn trong vùng khí hậu nóng và chất hữu cơ tăng khi lượng mưa tăng. Những sự khác
nhau này do sự giảm oxi hóa chất hữu cơ trong điều kiện lạnh và sinh khối tăng khi lượng mưa
tăng. Hàm lượng mùn trong đất có sa cấu mịn thường cao hơn trong đất có sa cấu thô vì liên quan
đến sự hình thành sinh khối trong đất có sa cấu mịn thường cao vì sự dự trữ nước của đất được cải
thiện và có sự giảm tiềm năng oxi hóa mùn. Hàm lượng chất hữu cơ trong đất đồng cỏ thường cao
hơn trong đất rừng. Những quan hệ này thường được thể hiện rõ ràng trên các loại đất được tiêu
nước tốt. Trong điều kiện ngập nước, sự phân giải hảo khí bị cản trở và chất hữu cơ sẽ tích lũy với
hàm lượng cao, bất kể trong điều kiện nhiệt độ và sa cấu như thế nào.
Duy trì mức độ OM đầy đủ sẽ ảnh huởng rất lớn đến nhiều đặc tính khác của đất, các đặc
tính này có ảnh hưởng rất lớn đến khả năng sản xuất của đất. OM rất quan trọng trong việc duy trì
8


cấu trúc của đất, đặc biệt là đất có sa cấu mịn. OM làm tăng CEC, làm giảm tiềm năng rửa trôi các
nguyên tố như K+, Ca2+, Mg2+. Sự khoáng hóa chất hữu cơ cung cấp một cách liên tục, mặc dù hàm
lượng bị giới hạn, N hữu dụng cho cây trồng và cả P và S. Khả năng giữ nước của đất được cải
thiện khi hàm lượng OM tăng. Sự bền vững và gia tăng khả năng sản xuất của đất cho các thế hệ
tương lai tùy thuộc vào việc duy trì hàm lượng chất hữu cơ trong đất một cách tối hảo.
3.8 Quá trình nitrate hóa
Một số NH4+ được phóng thích trong quá trình khoáng hóa của đạm hữu cơ sẽ được biến đổi
thành NO3-, quá trình này được gọi là quá trình nitrate hóa, là một tiến trình bao gồm hai bước trong
đó đầu tiên NH4+ bị biến đổi thành NO2- và sau đó thành NO3-.
Nitrite hóa: sự oxi hóa sinh học của NH4+ thành NO2- được trình bày như sau:
2 NH4+ + 3O2 ----------> 2 NO2- + 2 H2O + 4 H+
Nitrosomonas
Nitrosomonas là vi khuẩn tự dưỡng bắt buộc, chúng thu nhận năng lượng từ sự oxi hóa đạm và nhận
C từ CO2. Các vi khuẩn tự dưỡng khác (nitrosolobus, nitrospira, nitrosovibrio), và một số vi khuẩn
dị dưỡng cũng có thể oxi hóa NH4+ và các hợp chất đạm khử khác (amine) thành NO2-.
Nitrate hóa: trong bước thứ 2 NO2- tiếp tục bị oxi hóa thành NO32 NO2- + O2 --------> 2NO3Nitrobacter
Sự oxi hóa nitrite xảy ra do vi khuẩn tự dưỡng nitrobacter, mặc dù tiến trình này cũng có
một số vi khuẩn khác tham gia. Nguồn NH 4+ có thể được cung cấp từ sự khoáng hóa N hữu cơ hay
từ phân đạm có chứa NH4+, hay các loại phân đạm sẽ hình thành NH 4+ khi bón vào đất. Tốc độ phản
ứng liên quan đến sự nitrate hóa trong phần lớn các loại đất thoát nước tốt theo thứ tự NO 2-  NO3> NH4+  NO2-. Do đó NO2- thường không được tích lũy trong đất, NO2- là chất gây độc cho rễ khi
ở nồng độ cao. Cả hai phản ứng trên đều cần O 2 phân tử vì vậy sự nitrate hóa chỉ xảy ra trên đất
thoáng khí. Những phản ứng trên cũng cho thấy rằng khi nitrate hóa một mole NH 4+ sẽ hình thành 2
mole H+. Sự gia tăng độ chua của đất với tiến trình nitrate hóa là tiến trình tự nhiên, mặc dù sự hóa
chua của đất sẽ càng thêm nghiêm trọng khi bón liên tục các loại phân đạm chứa NH 4+ hay các loại
phân đạm khi bón vào đất sẽ hình thành NH 4+. Bởi vì ion NO3- được hình thành dễ dàng và rất di
động nên cũng dễ dàng bị rửa trôi. Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến sự nitrate hóa trong đất sẽ
giúp chúng ta hiểu biết kỹ thuật quản lý nhằm tối thiểu hóa sự mất NO3- dưới dạng rửa trôi.
3.8.1Các yếu tố ảnh hưởng đến sự nitrta hóa
Do có liên quan đến sự hoạt động của các vi sinh vật, nên tốc độ và phạm vi nitrate hóa
chịu ảnh hưởng rất lớn bởi các điều kiện môi trường. Thông thường bất cứ yếu tố môi trường nào
thích hợp cho sự sinh trưởng của phần lớn cây trồng cạn thì sẽ thích hợp cho sự hoạt động của các
vi khuẩn nitrate hóa. Các yếu tố ảnh hưởng đến sự nitrate hóa trong đất bao gồm
Sự cung cấp NH4+
Mật số các vi sinh vật tham gia vào sự nitrate hóa
pH đất
Độ thoáng khí của đất
Độ ẩm của đất
Nhiệt độ đất
Sự cung cấp NH4+ là yêu cầu đầu tiên cho sự nitrate hóa
Nếu điều kiện không thích hợp cho sự khoáng hóa của NH4+ từ chất hữu cơ (hay đất không
đuợc bón các loại phân chứa hay hình thành NH4+) quá trình nitrate hóa sẽ không xảy ra. Nhiệt độ
và độ ẩm thích hợp cho nitrate hóa cũng thích hợp cho quá trình amonium hóa.
Nếu có một lượng lớn rơm rạ của ngũ cốc, thân bắp hay các vật liệu tương tự có tỉ lệ C/N
cao được vùi vào trong đất có hàm lượng đạm vô cơ thấp, điều này sẽ dẫn đến kết quả là có sự cố
định đạm sinh học bởi các vi sinh vật tham gia trong quá trình phân giải các dư thừa thực vật. Nếu
cây trồng được trồng ngay sau khi cày đất cây trồng có thể bị thiếu đạm, sự thiếu đạm có thể được
9


hạn chế bằng cách bón phân đạm để cung cấp đủ đạm cho nhu cầu của vi sinh vật và cây trồng đang
sinh trưởng.
Mật độ vi sinh vật nitrate hóa
Các loại đất khác nhau sẽ có khả năng nitrate hóa khác nhau mặc dù có những điều kiện
nhiệt độ, ẩm độ, và mức độ NH4+ cung cấp giống nhau. Yếu tố gây nên sự khác nhau này là dân số
các vi khuẩn nitrate hóa hiện diện với mật độ khác nhau trong các loại đất khác nhau.
Sự hiện diện của các vi khuẩn trong đất khác nhau về mật độ sẽ dẫn đến kết quả là sẽ có sự
khác nhau về thời gian từ khi cung cấp NH4+ đến khi hình thành NO3- trong đất. Dân số vi sinh vật
có khuynh hướng tăng rất nhanh khi cung cấp đầy đủ C, nên tổng lượng nitrate hóa không ảnh
hưởng bởi số lượng vi sinh vật ban đầu, chỉ phụ thuộc vào điều kiện nhiệt độ ẩm độ thích hợp cho
sự nitrate hóa.
pH đất
Sự nitrate hóa có thể xảy ra trên một biên độ pH rộng (4,5 – 10) nhưng pH tối hảo cho
nitrate hóa là trung tính. Các vi khuẩn nitrate hóa cần cung cấp đầy đủ Ca 2+ và H2PO4- và sự cân
bằng hợp lý của các nguyên tố vi lượng. Ảnh hưởng của pH và Ca 2+ hữu dụng đến sự hoạt động của
các vi sinh vật nitrate hóa cho thấy tầm quan trọng của việc bón vôi trên đất nông nghiệp.
Độ thoáng khí của đất
Các vi khuẩn nitrate hóa là vi khuẩn hảo khí cho nên chúng sẽ không hoạt động khi thiếu
O2, sự nitrate hóa xảy ra tối đa ở nồng độ 20% O2 tương tự nồng độ O2 trên khí quyển. Cho thấy tầm
quan trọng của sự duy trì các điều kiện cho phép sự khuếch tán nhanh của các chất khí ra vào trong
đất. Các loại đất có sa cấu thô hay cấu trúc tốt sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho sự trao đổi khí nhanh
chóng và đảm bảo cho sự cung cấp O2 đầy đủ cho các vi sinh vật nitrate hóa.
Trả lại dư thừa thực vật và những chất bổ sung hữu cơ khác cho đất sẽ duy trì hay cải thiện
được độ thoáng khí của đất làm gia tăng tiến trình nitrate hóa.
Độ ẩm của đất, sự hoạt động của các vi vật rất mẫn cảm với độ ẩm của đất. Tốc độ nitrate
hóa cao nhất ở độ ẩm là 1/3 bar (độ ẩm đồng ruộng). Nước chiếm khoảng 80 – 90% các lỗ rỗng của
đất. Sự khoáng hóa và nitrate hóa bị giảm khi đất quá ẩm ướt với độ ẩm vượt quá độ ẩm đồng
ruộng.
Nhiệt độ
Phần lớn các phản ứng sinh học đều bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ. Hệ số nhiệt độ Q 10 của sự
khoáng hóa N = 2, trong khoảng nhiệt độ từ 5 – 35 0C. Có nghĩa là tốc độ khoáng hóa tăng 2 lần khi
nhiệt độ tăng 100C trong khoảng nhiệt độ này (hình 5.12). Nhiệt độ dưới 5 0C và trên 400C sẽ làm
giảm tốc độ khoáng hóa, thường nhiệt độ tối hảo từ 30 – 35 0 C, hàm lượng NO3- hình thành đáng kể
chỉ sau 2 tháng khi nhiệt độ từ 0 – 20C. Nhiệt độ rất tối hảo cho sự nitrate hóa NH4+ thành NO3- từ 25
– 350C, mặc dù sự nitrate hóa có thể xảy ra trong khoảng nhiệt độ rộng hơn.
Trong điều kiện đồng ruộng, sự thay đổi nhiệt độ sẽ quyết định mức độ nitrate hóa. Vì vậy
nếu bón phân NH4+ trong mùa đông, vùng có nhiệt độ trung bình trong những tháng lạnh là 2,8 0C,
có thể sự thay đổi nhiệt độ đất sẽ cho phép sự nitrate hóa đáng kể. Nhiệt độ cao xảy ra trước nhiệt
độ thấp dẫn đến kết quả là sự nitrate hóa lớn hơn nếu tình trạng ngược lại xảy ra.
3.8.2 Sự di động của NO3Anion NO3- rất dễ hòa tan trong nước và không chịu ảnh hưởng bởi sự hấp thu bề mặt của
keo đất. Do đó nên NO3- di động rất cao và bị mất do rửa trôi là chính khi hàm lượng N trong đất
cao và có sự di chuyển của nước. Sự rửa trôi NO 3- thường là cơ chế mất N chính trên các loại đất
trong các vùng khí hậu ẩm.
Cần phải kiểm soát cẩn thận sự rửa trôi của NO 3- vì NO3- có tác động nghiêm trọng đối với
môi trường. Mức độ NO3- (và H2PO4-) cao trong nước chảy tràn trên mặt và nước thấm lậu sẽ có thể
làm ô nhiễm nguồn nước sinh hoạt và sẽ kích thích sự sinh trưởng của các thực vật có hại và tảo
trong các ao hồ và các nơi dự trữ nước.
Một số yếu tố ảnh hưởng đến lượng NO3- mất do rửa trôi là
. Liều lượng, thời gian, loại và phương pháp bón phân N.
. Sử dụng các chất ức chế sự nitrate hóa.
10


. Thâm canh và sự hấp thu N của cây trồng.
. Các đặc tính của đất ảnh hưởng đến sự thấm lậu.
. Lượng, chế độ, thời gian mưa hay tưới.
3.9 Một số quá trình mất đạm khác trong đất
3.9.1Sự cố định Ammonium
Một số khoáng sét, đặc biệt là vermiculite, illite, có khả năng cố định NH4+ do sự thay thế
+
NH4 bởi các cation khác trong các lá sét NH 4+ bị cố định cũng có thể lại được thay thế bởi các
cation khác trong lá sét như Ca2+, Mg2+, Na+, H+ nhưng không bị thay thế bởi các cation cùng kích
thước với nó (K+). Sự cố định NH4+ mới được bón vào đất có thể xảy ra trên các hạt có kích thước
sét, thịt và cát nếu đất chứa hàm lượng vermiculite cao. Sét thô (0,2 – 2 m) và thịt mịn (2 – 5 m)
là các phần quan trọng nhất trong việc cố định khi NH4+ được bón vào đất.
Sự hiện diện của K+ thường sẽ hạn chế cố định NH 4+ vì K+ cũng có thể bị cố định đầy các vị
trí cố định trên lá sét. Do đó, người ta cho rằng việc bón phân K + trước khi bón phân NH4+ là một
biện pháp kỹ thuật để làm giảm sự cố định NH4+ trên các vùng đất cố định NH4+cao.
Sự cố định NH4+ của sét xảy ra tương đối nhanh trên một số loại đất khi NH 4+ được phóng
thích chậm. Sự hữu dụng của NH4+ mới bị cố định có thể bị thay thế, ít nhất là một phần, NH 4+ đã bị
cố định tại chỗ. Hơn nữa, người ta cũng nhận thấy rằng chất ức chế nitrate hóa làm giảm sự hữu
dụng của NH4+ mới bị cố định đối với cây trồng, điều này đã củng cố thêm lý thuyết cho rằng một
số NH4+ bị cố định thường trao đổi và biến đổi thành NO 3- nên có thể được cây trồng sử dụng dễ
dàng.
3.9.2

Sự mất N ở dạng khí
N trong đất bị mất chủ yếu là do cây trồng lấy đi và rửa trôi. Tuy nhiên trong 1 số điều kiện,
các ion N vô cơ có thể biến đổi thành dạng khí và bị mất vào khí quyển. Con đường N chủ yếu bị
mất ở dạng khí là sự phản N hóa và sự bay hơi của NH3 (bảng 5.1). Phần sau đây sẽ nhấn mạnh đến
các cơ chế được xem là quan trọng nhất trong sự mất N.
Bảng 5.1 Sự mất N trong đất ở dạng khí
Dạng N bị mất
Khí N2 và NO2

Nguồn cung cấp N
A. Sự phản N hóa
B. Sự nitrate hóa
C. Các phản ứng hóa học của nitrite với:
Ammonium
 -Amino acids
D. Lignin

Khí NH3

E. Phenol
Sự phân hủy của nitrous acid cation kim
loại chuyển tiếp
A. Phân NH3 lỏng khan
Urea
Muối NH4+
B. Sự phân giải chất hữu cơ và phân hữu cơ

Phản ứng tổng quát
NO3-  NO2 -  NO  N2O  N2
NH4+NH2OH(thí dụH2N2O2)NO2- NO3
NO3NH4+ + NO2 -  N2  + 2 H2O
HNO2 + NH2-R  N2  + R-OH+ H2O
HNO2 + Lignin  N2  + N2O CH3ONO
3 HNO2  2NO + H NO3 + H2O
Mn2+ + HNO2 H+  Mn2+ + NO + H2O
Fe2+ + HNO2 + H+  Fe3+ + NO + H2O
NH3 lỏng  NH3  khí
(NH2)2CO + H2O  2NH3 + CO2
(pH > 7) NH4+ + OH-  NH3  + H2O
Giải phóng và bay hơi NH3

11


3.10 Sự phản N hóa
Khi đất bị ngập nước, đất mất O 2 và xảy ra sự phân giải chất hữu cơ trong điều kiện yếm
khí. Một số vi sinh vật có khả năng nhận O 2 cho hoạt động của chúng từ NO2- và NO3-, kèm theo là
sự giải phóng N2 và N2O. Con đường hóa sinh có thể dẫn đến sự mất N này được trình bày trong
phương trình sau :
2HNO3 + 4H+  2HNO2 + 2H+  2NO 2H+  N2O 2H+  N2
2H2O

2H2O

2H2O

2H2O

Những thí dụ về sự mất NO 2- và NO3- và sự hình thành N2 và N2O bởi sự phản N hóa trong
đất chua và đất kiềm được trình bày trong hình 5.15. Chỉ có 1 ít loại vi khuẩn hảo khí không bắt
buộc riêng biệt tham gia trong quá trình phản N hóa và các vi khuẩn chủ động tham gia vào quá
trình nitrate hóa thuộc các chủng Pseudomonas, Bacillus và Paracoccus. Một số sinh vật tự dưỡng
cũng có thể tham gia vào quá trình phản N hóa bao gồm Thiobacillus denitrificans và T
.thipbarus .
Các sinh vật phản N hóa thường có mật số rất lớn trong đất trồng trọt và chúng thường tập
trung xung quanh rễ cây. Carbonat tiết ra từ các rễ hoạt động kích thích sự sinh trưởng của vi khuẩn
phản N hóa trong vùng rễ. Tiềm năng của sự phản N hóa rất lớn trong hầu hết các loại đất đang canh
tác, nhưng phải có các điều kiện phát sinh làm cho những sinh vật này tăng hoạt động từ sự hô hấp
hảo khí đến kiểu phản N hóa của chế độ trao đổi chất liên quan đến việc sử dụng NO 3- như là chất
nhận điện tử trong điều kiện thiếu O2.
Số lượng N bị mất ở dạng khí do phản N hóa rất biến đổi tùy thuộc các điều kiện môi trường,
từ mùa này sang mùa khác và năm này sang năm khác. Các tỉ lệ của 2 sản phẩm chính của sự phản
N hóa, N2 và N2O cũng thay đổi và sự tương quan đơn giữa chúng chưa được xác nhận. Tuy nhiên,
người ta cho rằng N2 chiếm ưu thế, đôi khi chiếm đến 90% của tổng N bị mất. Sự hình thành N 2O
trở nên lớn hơn khi sự cung cấp O2 của đất được cải thiện.
3.10.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến sự phản N hóa
Hàm lượng và tốc độ của sự phản N hóa chịu ảnh hưởng rất lớn bởi một số yếu tố về đất và
môi trường. Quan trọng nhất trong các yếu tố này là hàm lượng và tính chất của chất hữu cơ hiện
diện trong đất, ẩm độ đất, độ thoáng khí, pH đất, nhiệt độ đất, hàm lượng và dạng N vô cơ (thí dụ
NH4+ và NO3-).
Chất hữu cơ dễ phân giải
Hàm lượng chất hữu cơ dễ phân giải trong đất cũng có ảnh hưởng đến sự nitrate hóa N trong
đất.
4(CH2O) + 4 NO3- + 4H+
4CO2+2N2O+6H2O
5(CH2O) + 4 NO3- + 4H+
5CO2+2N2+7H2O
Theo những phương trình này, cần 1 ppm C hữu dụng để sản sinh 1,17 ppm N-N2O hay
0,99 ppm N-N2.
Phần lớn các thông tin cơ bản có liên quan tới sự phản N hóa trong đất đã được thu nhận
những nghiên cứu trong phòng thí nghiệm với các mẫu đất khô không khí được giữ trong những
khoảng thời gian dài khác nhau trước khi phân tích. Đất được phơi khô và trữ trong không khí làm
gia tăng rất lớn khả năng phản N hóa NO 3- dưới điều kiện yếm khí. Việc xử lý đất trước này làm
tăng đáng kể hàm lượng chất hữu cơ của đất được các vi sinh vật phản N hóa sử dụng dễ dàng.
Trong điều kiện đồng ruộng, dư thừa thực vật tươi được bón vào đất có thể kích thích làm gia
tăng sự phản N hóa.
Ẩm độ của đất
Trong các điều kiện môi trường, ẩm độ đất là yếu tố quan trọng nhất quyết định sự mất N do
phản N hóa. Đất ngập nước làm tăng nhanh sự phản N hóa do sự khuếch tán của O 2 đến các địa
điểm hoạt động của vi sinh vật bị hạn chế. Các nhà khoa học Anh đã cho rằng đối với mỗi 25 mm
mưa trong khoảng thời gian 4 tuần lễ sau khi bón phân N, sẽ có khoảng 8 % N được bón sẽ bị mất.
Sự biến đổi NO3- thành N2O và N2 sẽ tăng nhanh khi mưa làm bão hòa 1 loại đất do làm tăng hoạt
12


động sinh học. Tiềm năng mất N do phản N hóa lên đến 16 kg N/ha trong những ngày đầu khi đất
mới bão hòa nước.
Tỷ lệ N mất (% NO3 –N bón vào)
100
90
80
70
60
50
40
30
20
20
10
0
-10

550%
450%
350%
100%
75%
50%

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22
Thời gian (ngày)

Hình 5.4 Ảnh hưởng của ẩm độ (diễn tả bằng % khả năng giữ nước của đất) đến sự phản N
hóa trong đất (đất được xử lý với glucose).
Trên các loại đất lúa nước, các loại phân N-NO 3- thường không hiệu quả do sự mất N từ quá
trình phản N hóa. Tuy nhiên, có một số NO 3- luôn hiện diện trong các loại đất này bởi vì một phần
NH4+ trong vùng thoáng khí (lớp oxid hóa) của hệ thống cây trồng – đất – nước được biến đổi thành
NO3-. Khi NO3- này khuếch tán vào các phần đất yếm khí, nó nhanh chóng bị phản N hóa hoàn toàn.
Độ thoáng khí của đất
Độ thoáng khí hay sự hữu dụng của O 2 ảnh hưởng đến sự phản N hóa theo 2 cách tương phản
nhau. Sự hình thành NO3- và NO2- phụ thuộc vào sự cung cấp đầy đủ O2. Tuy nhiên sự phản N hóa
của chúng chỉ tiến hành khi sự cung cấp O2 bị hạn chế đến mức thấp nhất cho nhu cầu vi sinh vật.
Tiến trình phản N hóa cũng có thể xảy ra trong đất có độ thoáng khí tốt, có thể là các vị trí yếm khí
nơi mà nhu cầu O2 sinh học vượt quá sự cung cấp. Sự mất N lớn do sự phản N hóa có thể xảy ra
đồng thời với sự khuếch tán O2 thấp vào trong đất và nhu cầu hô hấp cao trong đất.
Áp suất O2 giảm sẽ làm tăng sự mất N do phản N hóa. Tuy nhiên N mất trong điều kiện này
sẽ không đáng kể cho đến khi hàm lượng O2 giảm nghiêm trọng đến nồng độ 10 % hay thấp hơn.
pH đất
Độ chua của đất có thể có ảnh hưởng đáng kể đến sự phản N hóa do có nhiều vi khuẩn tham
gia trong quá trình phản N hóa rất mẫn cảm với pH thấp. Kết quả là các loại đất chua thường chứa
một dân số rất nhỏ các vi sinh vật phản N hóa. Sự phản N hóa không đáng kể trong các loại đất có
pH 5,0 nhưng phản N hóa sẽ xảy ra rất nhanh trong các loại đất có pH cao
Độ chua cũng làm thay đổi các tiến trình hình thành và hàm lượng tương đối của các loại N
dạng khí khác nhau trong quá trình phản N hóa. Ở pH dưới 6,0 đến 6,5, N 2O chiếm ưu thế và chúng
thường hiện diện hơn ½ N dạng khí được giải phóng trong môi trường chua. Sự hình thành NO
luôn được hình thành trong điều kiện pH thấp (pH luôn thấp hơn 5,5). NO 2 có thể là dạng khí đầu
tiên hình thành trong đất có phản ứng trung tính hay hơi chua, nhưng do bị khử về mặt vi sinh vật
học nên N2 có xu hướng là sản phẩm chính ở pH > 6,0. Sự hiện diện của N 2O đến sự khử tiếp tục
thành N2.

13


Nhiệt độ
Sự phản N hóa rất mẫn cảm với nhiệt độ đất và tốc độ phản N hóa tăng rất nhanh trong
khoảng nhiệt độ 2 – 250C. Sự phản N hóa xảy ra ở tốc độ cao hơn khi nhiệt độ tăng trong khoảng 25
– 600C. Sự phản N hóa bị ức chế khi nhiệt độ > 60 0C. Sự phản N hóa tăng nhanh khi nhiệt độ đất
tăng là do các vi sinh vật hảo khí đóng vai trò chính trong sự phản N hóa.
Hàm lượng NO3Sự cung cấp NO3- hay NO2- trong đất là điều kiện tiên quyết cho sự phản N hóa. Nồng độ
NO3- cao làm tăng tốc độ phản N hóa và ảnh hưởng lớn đến tỷ lệ các khí N 2O:N2 được giải phóng từ
đất do sự phản N hóa. Một thí dụ về NO 3-, NO2- và các hỗn hợp của 2 dạng này chịu ảnh hưởng như
thế nào đến sự tích lũy N2O trong điều kiện yếm khí được trình bày trong bảng 5.2. Mặc dù NO 2- ức
chế sự khử N2O thành N2, nhưng các số liệu cho thấy rằng NO3- lại có một tác động lớn hơn nhiều
trong quá trình nitrate hóa.
Bảng 5.2: Ảnh hưởng của các hàm lượng NO3- và NO2- đến hàm lượng N2 và N2O hình
thành trong điều kiện khử
Đất

pH

Clarion

7,2

Tama

6,6

NO3 -N bón

NO2 –N bón

0
20
10
5
0
0
20
10
5

µ g / g đất
0
0
10
15
20
0
0
10
15

N2 hình thành trong
4 giờ

Sự ức chế sự khử
N2O (%)

43
17
20
21
27
33
5
8
12

60
53
51
37
85
76
64

Đất khô không khí (30g) được đặt trong bình thủy tinh được xử lý với 8ml nước và ủ ở 30 0C
với He trong 15 giờ. Các mẫu đất sau đó được cho vào 10 ml nước hay 10 ml nước có chứa KNO 3
hay NaNO3 (20 µg/g đất) và ủ 300C trong He có chứa N2O (1.000 µg N2O – N /g đất).
Sự hiện diện của thực vật
Mặc dù các kết quả nghiên cứu cho thấy rằng tốc độ mất N do phản N hóa chưa thống nhất
được, nhưng người ta đã nhất trí một cách tổng quát là trong điều kiện đồng ruộng tốc độ phản N
hóa gia tăng bởi cây trồng vì sự giải phóng C hữu dụng tiết ra từ rễ và từ các mô rễ bị chết. Sự phản
N hóa trong hầu hết các hệ thống canh tác có bón phân được tác nhân chính cung cấp C hữu cơ cho
vi sinh vật phản N hóa.
Cây trồng cũng có làm gia tăng sự phản N hóa do:
- Sự tiêu thụ O2 thông qua hoạt động của rễ.
- Sự làm tăng dân số vi sinh vật trong vùng rễ. Cây trồng cũng có thể hạn chế sự phản N
hóa do sự tiêu thụ O2 thông qua hoạt động của rễ hấp thu NO3-.
- Sử dụng NH4+ mà NH4+ dễ dàng biến đổi thành NO3-.
- Làm giảm ẩm độ đất, kết quả là cải thiện sự cung cấp O2.
- Trực tiếp làm tăng mức độ O 2 trong vùng rễ của một số loại cây có thể tự vận chuyển O 2
(thí dụ như cây lúa nước).
3.10.2 Ý nghĩa của sự phản N hóa về mặt nông nghiệp
Phân N là nguồn N dễ tiêu của đất bị mất N vào không khí do phản N hóa liên tục. Vì khí
quyển có hàm lượng N2 rất lớn, trong khi NO3- trong nước biển ở dạng tự do nên sự phản N hóa có
thể là tiến trình chính trong việc luân chuyển N vào khí quyển. Vì vậy đây là quá trình bù trừ vào
quá trình cố định N2 sinh học.
Có thể có 2 kiểu mất N do sự phản N hóa :
- Các dòng chảy nhanh và rộng kết hợp với các trận mưa to, tưới, tuyết tan.
14


- Mất ít nhưng liên tục trong những thời kỳ dài trong các vị trí yếm khí trong đất.
Những sự mất N như thế này có thể chiếm đến 0 – 70 % lượng phân N bón, tiêu biểu là 10 –
30 %. Cả 2 tốc độ và phạm vi của các sự mất N trong điều kiện đồng ruộng vẫn còn là sự ước đoán
mặc dù được nghiên cứu rất nhiều.
Sự mất N chủ yếu do sự phản N hóa là tổng N mất do bay hơi N 2O + N2 từ một loại đất thịt
pha sét, được tưới và tiêu nước tốt là 2,5% tổng phân N bón cho bắp. Trong đó xấp xỉ 75% N mất
dạng khí là N2O. Có sự tương quan giữa gia tăng sự sử dụng phân N và sự bay hơi của N 2O từ đất
và do đó dẫn đến sự phá hủy từng phần tầng ozone bảo vệ sinh quyển từ tia cực tím có hại về mặt
sinh học từ mặt trời. Mặc dù rõ ràng rằng sự phản N hóa của NO 3- có từ phân N là nguyên nhân
chính của sự bay hơi N2O, nhưng lượng NO3- được hình thành bởi các sự chuyển hóa tự nhiên của
chất hữu cơ trong đất và các tàn dư thực vật thường bị bỏ qua hay không được tính đến trong nghiên
cứu.
Sự phản N hóa có thể có lợi đối với việc mất đi 1 lượng thừa NO 3- từ nước tưới và từ các
nguồn nước thải khác. Đối với việc xử lý nước trực tiếp, có thể cần thiết phải chủng cấy vi sinh vật
phản N hóa và cung cấp đầy đủ C ở các dạng có thể được khoáng hóa dễ dàng như methanol. Nơi
những hệ thống xử lý nước thải bị nhiễm bẩn trên đất, cần phải tính để bảo đảm nồng độ C có thể
được khoáng hóa phải đủ trong vùng đất đang được xử lý.
4. Các phản ứng hóa học liên quan đến NO2Ngoài sự phản N hóa sinh học, có một số trường hợp sự mất N trong đất và trong phân bón
có thể xảy ra thông qua các phản ứng hóa học liên quan đến NO 2- (bảng 5.9). Mặc dù NO2- không
phải luôn luôn được tích lũy trong đất, nhưng hàm lượng có thể cao trong các loại đất đá vôi và
trong một số vùng đất cục bộ bị ảnh hưởng do việc bón phân N chứa NH 4+ hay sẽ hình thành NH4+
trong đất.
4.1 Phản ứng của NO2- với chất hữu cơ trong đất
Sự mất N từ NO2- do các phản ứng hóa học gia tăng theo sự gia tăng hàm lượng chất hữu cơ.
Các vị trí phenolic của chất hữu cơ trong đất có thể là yếu tố chính khử NO 2- thành N2 và N2O, với
nitrophenols được hình thành như là các sản phẩm trung gian. Tất cả N 2O hay N2 bay hơi đều phát
sinh NO2- tích lũy, mặc dù tổng lượng N mất do phản ứng này không cao. NO 2- khi phản ứng với
thành phần của chất hữu cơ trong đất như lignin sẽ trở thành cố định hay liên kết dưới dạng hữu cơ
và bền vững đối với sự khoáng hóa.
4.2 Các yếu tố thích hợp cho sự tích lũy NO2NO2- không phải luôn luôn được tích lũy trong đất, nhưng khi được tích lũy NO2- có thể ảnh
hưởng bất lợi cho cây trồng và vi sinh vật. Các điểm bất lợi do NO 2- thường gây ra là hoạt động của
Nitrobacter bị giảm, do có liên quan đến pH và mức độ NH4+ cao. Ở pH 7,5 – 8,0 tiềm năng biến
đổi NH4+ thành NO2- vượt quá tiềm năng biến đổi NO 2- thành NO3-, nhưng ở pH trung tính thì ngược
lại. Mặc dù sự hình thành NO2- trong đất do pH cao, nhưng sự biến đổi NO 2- thành N2O và N2 lại bị
hạn chế do pH đất cao
4.3 Ảnh hưởng của các loại phân bón đến sự tích lũy NO2Bón các loại phân Urea, NH3 lỏng khan, DAP theo hàng sẽ gây ra sự gia tăng nồng độ NH4+ và
pH tạm thời, do đó làm gia tăng sự tích lũy NO2- trong hàng, bất kể pH ban đầu như thế nào.
Khoảng cách hàng trồng cây cũng ảnh hưởng tốc độ chuyển hóa NH 4+ và sự hình thành NO2và NO3- . Các hạt phân urea to hay các kỹ thuật bón đặc biệt, đặt các hạt phân urea có kích thước to
được điều chỉnh trong các lưới hay dụng cụ phân tán sẽ làm gia tăng tạm thời pH và nồng độ NO 2cục bộ.
Sự khuếch tán hay sự pha loãng của NH 4+ trong các hàng được bón phân sẽ tạo điều kiện thích
hợp cho sự biến đổi NO2- thành NO3-. NO2- có thể khuếch tán qua các điểm ở vùng có pH cao và
NH4+ cao để đạt đến môi trường đất nơi Nitrobacter hoạt động sẽ nhanh chóng biến đổi NH4+ thành
NO3-. Một lượng nhỏ N2O cũng có thể được hình thành bởi sự nitrate hóa NH 4+ từ phân bón do các
15


vi sinh vật tự dưỡng. Các kết quả nghiên cứu cho thấy rằng khoảng 0,15% N được bón bị mất ở
dạng N2O. Tuy nhiên, NH3 lỏng khan sẽ sản sinh N2O nhiều hơn rất đáng kể so với phân NH4+.
Tóm lại, các cơ chế có thể xảy ra đối với sự mất N liên quan đến NO2- bao gồm như sau:
Sự phân giải của NH4NO3.
Sự tự phân giải của HNO2 , kết quả hình thành nên NO + NO2-.
Sự biến dạng của NO2- do sự khử các hợp chất hữu cơ.
Sự cố định NO2- do chất hữu cơ trong đất và sự biến đổi một phần NO2- thành N2 và N2O.
Phản ứng xúc tác của NO2- với các kim loại như Cu, Fe,và Mn.
Tầm quan trọng tương đối của các cơ chế mất N này sẽ có thể khác nhau giữa các loại đất và
phụ thuộc vào các hệ thống quản lý N. Trên quan điểm thực tiễn, sự mất N do phản N hóa hóa học
trong điều kiện đồng ruộng là quá nhỏ.
5. Sự bay hơi của NH3
Sự bay hơi của NH3 là cơ chế mất N xảy ra một cách tự nhiên trong đất (hình 5.1). Tuy
nhiên, so với sự bay hơi NH3 từ phân N thì sự mất NH3 từ N được khoáng hóa từ N hữu cơ tương
đối hơi nhỏ. Vì vậy, sự bay hơi NH3 sẽ được thảo luận liên quan đến sự bón phân N vãi trên mặt đất.
Rất nhiều các yếu tố đất, môi trường, quản lý phân N ảnh hưởng đến lượng N bị bay hơi từ phân
bón. Để hiểu biết các yếu tố này tương tác như thế nào cần phải hiểu biết các phản ứng hóa học của
các loại phân N với đất.
Sự bay hơi NH3 hoàn toàn phụ thuộc vào hàm lượng NH3 và NH4+ trong dung dịch đất, hàm
lượng này phụ thuộc rất lớn vào pH (hình 5.5). Sự quan hệ được mô tả như sau:
NH4+
NH3 + H+
( pKa =9,3 ) (1)
%
100

Ammonia

80
60
40
20
Ammonium
0
6

7

8

9

10

11

12

13

14

pH dung dịch
Hình 5.5 Ảnh hưởng của pH đến tỉ lệ NH3 và NH4+ trong dung dịch
Hàm lượng NH3 chỉ xuất hiện đáng kể khi pH dung dịch vượt quá 7,5. Thí dụ, ở pH 8 và 9,3,
NH3 hiện diện là 10% và 50% tổng NH 3 + NH4+ trong dung dịch. Vì vậy, sự mất NH 3 gia tăng do pH
đất cao tự nhiên hay do các phản ứng tạm thời làm tăng pH. Khi NH 4+ trong phân bón được bón vào
đất chua hay trung tính thì sẽ có rất ít hay không có sự bay hơi NH3 xảy ra vì pH của dung dịch đất
không tăng. Cần nhớ lại rằng pH đất sẽ giảm nhẹ khi NH 4+ bị nitrate hóa. Khi bón các loại phân sẽ
hình thành NH4+ trong đất chua hay trung tính như urea, pH dung dịch chung quanh hạt urea tăng
trong thời gian thủy phân theo phương trình như sau :
(NH2)2CO

+

H+ + 2H2O

2NH4+ + HCO3-

(2 )

pH dung dịch tăng trên 7 vì H+ được tiêu thụ trong phản ứng; vì vậy sự cân bằng của NH4+ NH3 sẽ dịch về phía phải (phương trình 1) tạo điều kiện thích hợp cho sự bay hơi NH 3. Vì vậy trên
16


đất chua và đất trung tính, phân NH4+ sẽ bị mất NH3 ít hơn là phân urea và các loại phân N có chứa
urea. Sự thủy phân của urea sẽ được thảo luận chi tiết ở phần sau.
Trên các loại đất phát triển trên đá vôi, pH được đệm ở khoảng 7,5; vì vậy các loại phân
chứa NH4+ có thể bị mất do bay hơi NH3. Thí dụ, khi bón (NH4)2SO4 vào đất đá vôi, phân sẽ bị phản
ứng theo các phương trình sau :
(NH4)2SO4 + 2CaCO3 + 2 H2O
2NH4+ + 2HCO3- + Ca2+ + CaSO4 (3)
+
NH4 + HCO3
NH3 + CO2 + H2O
(4)
pH của dung dịch đất sẽ tăng do sự hình thành OH -. Ca2+ và OH- sau đó có thể kết hợp với
(NH4)2SO4 như sau :
(NH4)2SO4 + Ca2+ + 2 OH
NH3 + CaSO4 + H2O (5)
Khi cả 3 phương trình (3,4,5) được kết hợp lại, một phản ứng tổng quát có thể được trình
bày như sau :
(NH4)2SO4 + CaCO3
2NH3 + CO2 + CaSO4 + H2O (6)
Vì CaSO4 được hình thành có tính hòa tan yếu nên phản ứng sẽ dịch chuyển về phía phải và
sự bay hơi NH3 sẽ thuận lợi hơn. Các phản ứng tương tự xảy ra với các loại phân NH 4+ khác và sẽ
hình thành các kết tủa Ca không hòa tan như (NH 4)2HPO4. Sự mất N do bay hơi sẽ giảm đối với các
loại phân chứa NH4+ nhưng hình thành các sản phẩm có phản ứng hình thành các muối Ca hòa tan
như NH4NO3, NH4Cl.
Thông thường sự mất N do bay hơi NH 3 trên đất đá vôi khá lớn đối với các loại phân urea
hơn là các muối NH4+, ngoại trừ sự hình thành các kết tủa Ca không hòa tan. Sự mất NH 3 cũng gia
tăng với sự gia tăng liều lượng phân bón và với phân dạng lỏng so với nguồn phân N dạng rắn.
Sự bay hơi NH3 cao rất nhiều khi bón vãi đều trên mặt ruộng so với cách bón vùi sâu dưới
lớp đất mặt hay phương pháp bón theo hàng. Bón vãi phân N và cày vùi ngay sẽ giảm đáng kể
lượng NH3 bay hơi.
Sự mất NH3 cũng chịu ảnh hưởng bởi các điều kiện môi trường trong giai đoạn phản ứng
của urea và các muối NH4+ với đất. Thông thường, sự bay hơi gia tăng với sự tăng nhiệt độ đến
khoảng 450C, do liên quan đến tốc độ phản ứng cao hơn và hoạt động của urease. Nếu đất mặt khô,
sẽ làm chậm các phản ứng vi sinh học và hóa học. Sự mất NH 3 tối đa xảy ra khi ẩm độ đất xung
quanh độ ẩm đồng ruộng và khi đất bị khô. Sự bốc hơi nước từ mặt đất sẽ làm thích hợp hơn cho sự
bay hơi NH3.
Sự hiện diện của các dư thừa thực vật trên mặt đất cũng có thể làm tăng rất lớn tiềm năng
bay hơi NH3. Dư thừa thực vật làm tăng sự mất NH 3 do duy trì điều kiện ẩm, ướt ở mặt đất và do
làm giảm lượng phân urea khuếch tán vào trong đất. Các tàn dư thực vật cũng làm cho sự hoạt động
của urease cao. Cày vùi một phần tàn dư thực vật có thể làm giảm sự mất NH 3 có ý nghĩa khi bón
phân urea vãi trên mặt đất.
Mặc dù sự mất NH3 chủ yếu được xác định trong phòng thí nghiệm, nhưng giá trị của chúng
được nghiên cứu tỉ mỉ. Người ta nhận thấy rằng kết quả của các hệ thống thí nghiệm với các điều
kiện nhân tạo về sự di chuyển không khí, nhiệt độ và ẩm độ tương đối khá đặc biệt với những gì xảy
ra trong tự nhiên.
Thí dụ, sự mất do bay hơi NH 3 cao đến 70 % lượng phân N bón đã được báo cáo từ những
nghiên cứu trong phòng thí nghiệm, nhưng những nghiên cứu trên đồng ruộng được thiết lập trên
một số điều kiện cho thấy rằng sự mất N do bay hơi với (NH 4)2SO4 được bón vãi trên mặt đất đá vôi
có thể chỉ 50 % tổng lượng phân bón, trong khi sự mất do bay hơi chỉ cao khoảng 25 % đối với
urea. Trên đất chua, sự mất NH 3 đối với urea sẽ lớn hơn đối với SA. Lượng NH 3 bị mất phụ thuộc
vào sự tương tác của nhiều yếu tố đất, môi trường và phân N. Sự mất do bay hơi NH 3 sẽ lớn nhất
trên đất đá vôi có sa cấu thô cùng với sự che phủ bởi các dư thừa trên bề mặt.
6 Sự trao đổi NH3 với cây trồng
17


Các cây trồng có thể nhận đến 10% nhu cầu N của chúng do hấp thu trực tiếp NH 3 từ khí
quyển. Các nhà nghiên cứu cho thấy rằng cây bắp non có thể hấp thu NH 3 trong khí quyển, có thể
hấp thu đến 43% từ không khí chứa 1 ppm NH 3. NH3 được hình thành gần mặt đất của đồng cỏ 3 lá
có thể hấp thu hoàn toàn bởi cây trồng trên đó.
Một phản ứng bất lợi là sự bay hơi NH 3 từ lá cây, cũng được nhận thấy từ một số cây trồng,
bao gồm cỏ 3 lá, bắp, lúa mì mùa đông. Sự giải phóng của NH 3 có liên quan đến giai đoạn sinh
trưởng của cây trồng, sự mất NH3 xảy ra trong thời kỳ thuần thục và úa tàn của cây. Một số nghiên
cứu cho thấy rằng nhiều hơn 1/3 N trong lúa mì bị bay hơi ở dạng NH 3 sau thời kỳ nở hoa. Sự mất
NH3 cũng được báo cáo xảy ra ở lúa gạo và đậu nành.
Các kết quả nghiên cứu cũng cho thấy rằng cả 2 sự hấp thu và mất NH 3 có thể xảy ra trên các
cây trồng trên đồng ruộng. Hàm lượng NH3 mất phụ thuộc vào ẩm độ của mặt đất và mức độ bốc
hơi, cả 2 đều ảnh hưởng đến lượng NH3 giải phóng vào không khí tiếp xúc với tán cây trồng.
II Các Loại Phân Đạm
Cả 2 nguồn N hữu cơ và vô cơ đều là nguồn hữu dụng để cung cấp N cần thiết cho khả năng
sản xuất tối hảo của cây trồng. Trên quan điểm quản lý, sự hiểu biết về các tiến trình và các phản
ứng của N trong đất là rất quan trọng (sự nitrate hóa, sự bay hơi, sự phản N hóa, sự rửa trôi) bất kể
khi sử dụng nguồn N nào. Vì vậy, các biện pháp kỹ thuật quản lý nhằm làm tối thiểu hóa sự mất N
và gia tăng hiệu quả của phân N sẽ làm tăng hiệu quả sản xuất và làm giảm tiềm năng tác động xấu
của sự sử dụng phân N đến môi trường.
1 Các dạng phân hữu cơ
Trước năm 1850 toàn bộ các loại phân N được tiêu thụ trên thế giới là dạng của các vật liệu
hữu cơ thiên nhiên, chủ yếu là N trong phân gia súc và của cây họ đậu. Hiện nay các vật liệu này
chỉ còn chiếm khoảng 0,1 % hay thấp hơn tổng lượng N sử dụng. Tuy nhiên, phụ thuộc vào khối
lượng phân gia súc được bón mà lượng N và các chất dinh dưỡng khác được bón vào đất cùng với
phân gia súc chiếm 1 tỉ lệ đáng kể. Nồng độ N trung bình trong các chất hữu cơ tự nhiên tiêu biểu từ
1 – 13 %.
Các vật liệu hữu cơ ở một thời điểm nhất định được cho là có sự giải phóng N chậm, tuy
nhiên các chất hữu cơ ngoài sự cung cấp N cho cây trồng đồng thời tránh sự hấp thu thừa và làm
giảm tiềm năng bị mất do rửa trôi và phản N hóa. Phần lớn N trở nên hữu dụng chỉ trong vòng 2 – 4
tuần đầu tiên sau khi bón phân hữu cơ.
Trong các điều kiện tối hảo cho sự khoáng hóa và nitrate hóa, chỉ có khoảng ½ tổng số N sẽ
được biến đổi thành dạng hữu dụng cho cây trồng ở 2 – 3 tháng cuối. Ngoài ra, N được khoáng hóa
trong khoảng thời gian 2-3 tháng, 80% được biến đổi thành dạng NO 3- ở cuối 3 tuần đầu tiên. Rõ
ràng trong điều kiện đủ ẩm và ấm, sự giải phóng chậm của N từ các vật liệu hữu cơ không bị ảnh
hưởng, và lượng N hữu dụng cho cây từ phân hữu cơ là một phần của tổng lượng N chứa trong cây
trồng.
2 Các loại phân N tổng hợp
Phân hóa học hay phân tổng hợp là nguồn phân N quan trọng nhất. Trên 20 năm qua, lượng
phân N trên thế giới tăng từ 22,0 đến 107,5 triệu tấn ( năm 2012). Sự tiêu thụ này có xu hướng sẽ
tiếp tục tăng trong thế kỷ 21.
NH3 lỏng khan là vật liệu cơ bản để sản xuất các loại phân N khác. Phần lớn NH 3 được sản
xuất tổng hợp trên thế giới bằng cách cho các phản ứng các khí N 2 và H2 (tiến trình Haber- Bosch).
Từ NH3 rất nhiều hợp chất N khác được sản xuất. Có một ít loại phân N không bắt nguồn từ NH 3
tổng hợp, chúng chỉ chiếm phần nhỏ trong các loại phân N. Để thuận tiện, các hợp chất N khác
nhau được xếp nhóm thành các loại: phân N ammonium, phân N nitrate, phân N chậm phân ly.
2.1 Phân N ammonium
2.1.1 NH3 lỏng khan
18


Trọng lượng phân tử:17,0304g/mol, độ hoà tan: 89,9g/100ml nước ở 0oC,
NH3 lỏng khan chứa xấp xỉ 82%N, có hàm lượng N cao nhất so với bất kỳ loại phân N nào
(bảng 5.3). NH3 có tính chất tương tự như nước, chúng có thể tồn tại ở các trạng thái khí, lỏng và
rắn. Ưu điểm lớn của NH3 lỏng khan là đặc tính hòa tan của chúng. Sự thu hút nước mạnh của NH 3
là điểm nổi bậc của NH3 lỏng khan trong đất. Hậu quả của tính chất này là NH 3 nhanh chóng bị hấp
thu bởi nước trong tế bào con người. Bởi vì NH3 dễ gây phản ứng với mắt, phổi và da nên những
cảnh báo an toàn phải luôn được thực hiện trong sử dụng NH3 lỏng khan. Cần thiết phải có các dụng
cụ bảo hộ khi sử dụng NH3 lỏng khan.
Bảng 5.3 Thành phần tiêu biểu của một số phân phổ biến
Loại phân
N%
P2O5 %

K 2O
%

CaO %

MgO
%
-

S%

Cl %
66,0
0,3

Ammonium sulfate
Ammonia lỏng khan
Ammonium chloriide
Ammonium nitrate
Ammonium nitrate sulfate
Ammonium nitrate với vôi
Superphosphat
đơn
ammoniumhóa
Monoammonium
phosphate
MAP
Diammonium phosphate DAP
Ammonium phosphate – sulfate

21,0
82,0
25,0-26,0
33,0-34,0
30,0
20,5
4,0

16,0

-

10,0
23,0

7,0
0,5

24,0
5,0-6,0
0,6
10,0

11,0

48,0-55,0

-

2,0

0,5

1,0-3,0

-

18,0-21,0
13,0-16,0

46,0-54,0
20,0-39,0

-

-

-

-

Ammonium polyphosphate DD
Ammonium thiosulfate DD
Calcium nitrate
Potassium nitrate
Sodium nitrate
Urea
Urea- sulfate

10,0-11,0
12,0
15,0
13,0
16,0
45,0-46,0
30,0-40,0

34,0-37,0
-

44,0
-

34,0
0,5
-

0,5
-

Urea-ammonium nitrate DD
Urea-ammonium phosphate
Urea phosphate

28,0-32,0
21,0-38,0
17,0

13,0-42,0
43,0-44,0

-

-

-

3,014,0
26,0
0,2
6,011,0
-

-

1,2
0,6
-

Trong điều kiện khí quyển bình thường, NH3 lỏng khan trong một bồn chứa mở sẽ sôi và
bay hơi. Để tránh sự bay hơi này, cần phải giữ NH 3 dưới điều kiện áp suất cao. Nếu giữ trong các
bồn có áp suất thấp ở áp suất không khí thì phải giữ trong điều kiện lạnh – 33 oC như thường làm
trong các kho lớn hiện đại. Khi NH3 lỏng được giải phóng từ một bồn áp suất, sẽ lan truyền rất
nhanh, bay hơi và sản sinh ra các đám mây hơi nước màu trắng. Đám mây này được hình thành do
sự cô đọng của nước trong không khí chung quanh NH3 lỏng khi chúng bay hơi.
Tất cả các thiết bị liên quan đến việc sử dụng NH 3 phải được thiết kế với áp suất thích hợp.
Vì NH3 bay hơi nhanh nên khi bón phải tiêm sâu vào đất 8 - 20cm.
Thiết bị dùng cho việc bón trực tiếp NH 3 bao gồm 1 bồn chứa, 1 dụng cụ bón, một hệ thống
vận chuyển từ bồn chứa đến dụng cụ bón và một máy kéo để kéo dụng cụ bón
Vì NH3 tồn tại ở dạng khí ở điều kiện áp suất không khí bình thường nên một số có thể mất
trong lúc và sau khi bón.
Các yếu tố có liên quan tới sự mất NH 3 là tính chất vật lý của đất, sa cấu đất và ẩm độ đất,
độ sâu và khoảng cách bón. Nếu đất cứng và làm đất với kích thước cục đất to trong lúc bón thì
đường rạch phía sau lưỡi cày của dụng cụ bón sẽ không sát và đầy, và 1 số NH 3 sẽ thoát ra ngoài khí
quyển.
Các vùng giữ NH3 trong đất
Ngay sau khi tiêm NH3 vào trong đất sẽ hình thành 1 vùng cục bộ có chứa cả NH 3 và NH4+
cao, theo trắc diện, 1 vùng có dạng hình oval có đường kính khoảng 4-13 cm phụ thuộc vào phương
pháp và liều lượng bón, khoảng cách bón, CEC, ẩm độ đất. Sự di chuyển ngang thường khoảng 5
cm với chiều hướng là hướng lên mặt đất.
19


Có nhiều thay đổi mãnh liệt tạm thời xảy ra trong vùng được bón NH 3 nên ảnh hưởng đáng
kể đến các trạng thái hóa học, sinh học và vật lý của đất. Một số tình trạng được phát sinh bao gồm:
1. Nồng độ NH3 và NH4+ gia tăng, đạt đến mức độ 1000-3000ppm.
2. pH tăng đến 9 hay cao hơn.
3. NO2- tăng đến 100ppm hay cao hơn.
4. Áp lực thẩm thấu của dung dịch đất vượt quá 10 bar.
5. Dân số vi sinh vật bị giảm thấp.
6. Sự hòa tan của chất hữu cơ trong đất giảm.
Nguồn Ammonium

Áp suất thẩm thấu > 10 bars
hay NH4-N > 3000 ppm

Không có sự nitrate hóa

pH > 8

Có sự tích lũy ion NO2pH > 7
Có sự tích lũy NO3Hình 5.6 Sơ đồ trình bày các ảnh hưởng của áp suất thẩm thấu và pH đến nitrate hóa
NH3 tự do cực kỳ độc đối với vi sinh vật, thực vật bậc cao và động vật. NH 3 có thể dễ dàng
thấm vào màng tế bào. Có sự tương quan rất chặt giữ pH và nồng độ NH 3 tự do (hay không bị ion
hóa) và NH4+. Giữa pH 6,0 và 9,0 thì nồng độ NH3 tăng khoảng 500 lần.
Ảnh hưởng của áp suất thẩm thấu cao hay NH 4+ trong dung dịch đều ảnh hưởng đến vi
khuẩn Nitrosomonas. Sự hoạt động của Nitrosomonas bị đình trệ khi pH > 8,0, đặc biệt là khi nồng
độ NH3 cao. NO2- sẽ tích lũy ở khoảng giá trị pH 7 – 8, trong khi đó NO3- sẽ trở nên chiếm ưu thế
khi pH < 7.
NH3 sẽ bị mất vào khí quyển nếu không được phản ứng nhanh với các thành phần vô cơ và
hữu cơ của đất. NH3 có thể được giữ lại trong đất có thể theo các cơ chế sau:
Cơ chế hóa học
a. NH3 + H+
NH4+
b. NH3 + H2O
NH4+ + OH –
c. Phản ứng với nước thủy hóa xung quanh các cation trao đổi trên phức hệ trao đổi.
d. Phản ứng của NH3 với các gốc OH- và nước bám chặt vào các khoáng sét.
e. Sự kết tủa của Ca 2+ và Mg2+ ở các dạng carbonat khi có mặt CO 2 và các vị trí tự do tạo
phản ứng với NH4+.
Cơ chế vật lý
a. Sự cố định NH4+ do sự co trương của các khoáng sét.
b. Sự hấp thu bề mặt của các khoáng sét và các thành phần hữu cơ thông qua nối hydro.
Tầm quan trọng tương đối của các cơ chế này sẽ khác nhau từng loại đất và chúng cũng có
thể chịu ảnh hưởng của điều kiện môi trường.
Khả năng giữ NH3 của đất gia tăng theo ẩm độ đất, với sự giữ NH3 tối đa khi đất có độ ẩm
đồng ruộng. Khi đất có độ ẩm khô hơn hay ướt hơn độ ẩm đồng ruộng, đất sẽ có khả năng giữ NH 3.
Kích thước của vùng giữ NH3 ban đầu sẽ giảm theo sự gia tăng ẩm độ đất. Sự khuếch tán của NH 3
20


từ vùng được tiêm bị giới hạn bởi ẩm độ cao. Tính hấp dẫn mạnh đối với nước của NH 3 cũng có thể
là 1 yếu tố làm hạn chế sự khuếch tán NH3.
Khả năng giữ NH3 của đất tăng theo hàm lượng sét, Sự di chuyển của NH3 trong đất cát lớn
hơn trong đất sét vì NH3 có thể khuếch tán 1 cách tự do hơn trong các tế khổng lớn được tìm thấy
trong các loại đất có sa cấu thô. Những sự khác biệt về sa cấu đất trong sự lưu giữ NH 3 thường
không thấy rõ do các tính chất khác như loại và hàm lượng các khoáng của đất, chất hữu cơ trong
đất và ẩm độ đất.
Thông thường sự giữ NH3 của đất gia tăng khi gia tăng độ sâu tiêm NH 3 và khác nhau đáng
kể tùy thuộc vào các tính chất và trạng thái của đất. Các nghiên cứu cho thấy rằng tiêm sâu 5 cm sẽ
có hiệu quả đối với đất thịt, nhưng tiêm sâu 10 cm lại cần thiết cho đất thịt pha cát. Trên đất khô, sự
mất NH3 sẽ giảm khi tăng độ sâu tiêm NH3 vào đất.
Một số lý do chính làm cây trồng sinh trưởng nhanh khi sử dụng các loại phân dung dịch N
như sau:
1. Phân N dạng dung dịch dễ bón hơn là các loại phân N khác.
2. Phân dung dịch có thể bón đồng đều hơn và chính xác hơn là các loại phân N dạng rắn.
3. Nhiều loại thuốc trừ sâu bệnh phù hợp với các loại phân N dạng dung dịch và cả 2 có thể
bón cùng một lúc.
4. Phân N dạng dung dịch có thể bón thông qua các kiểu hệ thống tưới khác nhau và rất
thích hợp cho việc sử dụng trong các điểm trung tâm của hệ thống tưới.
5. Chúng có thể được vận chuyển một cách an toàn trong các ống dẫn, rễ và ít nguy hiểm
hơn là vận chuyển NH3 lỏng khan.
6. Các phương tiện tồn trữ rẻ tiền được dùng để tồn trữ phân này nên kinh tế hơn là tồn trữ
các loại sản phẩm N khác.
7. Các loại phân N dạng dung dịch có áp suất bình thường là các loại phân tuyệt vời đối với
việc sử dụng trong sản xuất các loại phân bón N, P, K và S dạng lỏng.
8. Giá thành thấp hơn phần lớn các loại phân N khác.
9. Chúng an toàn khi sử dụng so với NH3 lỏng khan.
Một điểm nổi bật của các loại phân dung dịch áp suất bình thường này là chúng dễ sử dụng.
Phần lớn các loại phân này có thể được dùng bón trực tiếp và được bón rải đều trên mặt ruộng hay
bón theo hàng.
Phân N dạng dung dịch thường được bón trực tiếp cho đồng cỏ và cho các cây ngũ cốc.
Cách sản xuất: phần lớn được sản xuất theo phương pháp Haber-Bosch sử dụng N 2 từ không
khí, H2 từ CH4 và H2O,
CH4 + H2O  CO + 3H2; N2 + 3H2  2NH3
Phương pháp CaCN2 của Rothe-Frank-Caro
CaCN2 + 3H2O  CaCO3 + 2NH3
Phương pháp Persek từ nitrua nhôm (AlN) và nước
2AlN + 3H2O  Al2O3 + 2NH3
Từ NO và H2
2NO + 5H2  2NH3 + 2H2O
Từ NH4Cl
NH4Cl + NaOH NH3 + H2O + NaCl
2.1.2 Ammonim nitrate (NH4NO3)
Trọng lượng phân tử: 80,04 g/mol, điểm nóng chảy: 170,4 oC, độ tan trong nước:
178g/100ml ở 20oC,
Phân NH4NO3 chứa 30 – 40 % N và là loại phân bón được sử dụng phổ biến ở châu Âu,
chiếm 11 % tổng lượng đạm (N) được sản xuất trên thế giới. Thành phần NO 3- trong phân NH4NO3
dễ dàng hữu dụng đối với cây trồng, và kết quả là phân này được sử dụng rộng rãi trong các tình
huống nơi mà cây trồng cần bón thúc phân N để tăng cường sự sinh trưởng, được bón cho nhiều
loại cây trên nhiều loại đất khác nhau, thích hợp cho cây trồng cạn như bông, thuốc lá, bắp mía và
một số cây trồng khác, có thể pha thành dạng dung dịch dinh dưỡng để phun cho cây trong nhà kính
21


hoặc nhà lưới đối với cây rau và cây ăn quả. Là tinh thể muối kết tinh màu vàng xám, dễ tan, dễ
chảy nước, dễ vón cục nên khó bảo quản.
Phương pháp thông dụng sản xuất ammonium nitrate là tổng hợp từ ammoniac và acid nitric
NH3 + HNO3  NH4NO3
NH4NO3 có một số khuyết điểm sau:
1. Hút nước khá mạnh và phải cẩn thận để chống sự đóng cục và sự thoái hóa về tính chất
vật lý của phân khi tồn trữ và sử dụng.
2. Có một số nguy cơ cháy hay nổ nên cần thực hiện đúng những khuyến cáo. Khi tiếp xúc
với các chất có dạng C có thể oxid hóa như dầu hỏa, chúng sẽ hình thành một hỗn hợp nổ nên được
sử dụng rộng rãi như là một loại thuốc nổ.
3. Có hiệu quả thấp ở đất lúa nước so với phân urea và các loại phân NH4+.
4. Có nguy cơ bị rửa trôi và phản N hóa mạnh hơn là các sản phẩm NH4+.
2.1.3 Ammonium Sulfate
Trọng lượng phân tử:132,14g/mol, màu trắng, tỉ trọng : 800kg/m 3, pH :5, điểm nóng chảy:
512,2oC, tan trong nước ở 100oC: 103,8%.
Chứa 21 % (NH4)2SO4 còn gọi là phân SA, chiếm khoảng 8 % tổng số phân đạm trên thế
giới. Có dạng tinh thể, mịn màu trắng hoặc xám xanh, có mùi amoniac, vị mặn và hơi chua. Là loại
phân được sản suất lâu đời nhất, chiếm đến 2,8.10 6 tấn phân N trên toàn thế giới.dạng hạt nhỏ được
sản xuất bằng sự trung hòa acid nitric và acid sulfuric với NH 3. Hỗn hợp Ammonium Nitrate –
Sulfate ít hút nước hơn là từng thành phần riêng biệt. Có rất nhiều thành công trong việc sử dụng
loại phân này để bón cho các loại cây ăn lá, cây lấy hạt, ngũ cốc.
Ngoài ra, (NH4)2SO4 còn được sản xuất bằng cách tận dụng khí trong các lò nung than cốc
từ công nghiệp thép và chúng cũng là 1 sản phẩm trung gian từ công nghiệp luyện kim.
Các ưu điểm chính của (NH4)2SO4 là khả năng hút ẩm thấp, dễ tan trong nước, ít vón cục và
ổn định về mặt hóa học. Là nguồn N và S tốt. Phản ứng hình thành tính chua cao của phân
(NH4)2SO4 là một ưu điểm trên đất có pH cao và đối với các cây trồng có nhu cầu độ chua cao.
Phân này có hiệu quả cho đất đồi, đất bạc màu và có thể bón cho nhiều loại cây trồng trên các loại
đất không bị chua phèn. Là loại phân có tác dụng tương đối nhanh nên thường được sử dụng để bón
thúc. Là loại phân sinh lý chua vì vậy cần tránh bón phân này trên đất chua, phèn có thể làm tăng độ
chua của đất. Sự sử dụng chúng trên đất chua đã được bón vôi có thể là một điểm không kinh tế.
Khuyết điểm chính của ammonium sulfate là chứa hàm lượng N tương đối thấp 19 – 21 % N
: 23 – 24 %S và thường quá đắt để sử dụng như là một loại phân N. Tuy nhiên, phân này có thể là
một loại phân có tính kinh tế do giá vận chuyển thấp, giá thành các nguyên liệu từ các sản phẩm
trung gian rẻ và sử dụng cho các cây cần S. Khi bón phân SA cho cây con cần thận trọng vì phân
SA có thể làm cây con bị cháy lá.
Các phương pháp phổ biến để sản xuất phân (NH4)2SO4
Phương pháp Fauser ( dung ammoniac cho phản ứng với acid sunfuric để tạo (NH4)2SO4
2 NH3 + H2SO4  (NH4)2SO4 + 67,71 kcal/g/mol
Phương pháp Merseburg ( amon cacbonat và thạch cao)
Ammoniac kết hợp với cacbonic tạo ra amon cacbonat
NH3 + H2O  NH4OH
2 NH4OH + CO2  (NH4)2CO3 + H2O
amon cacbonat tác dụng với thạch cao tạo ra (NH4)2SO4
(NH4)2CO3 +CaSO4.2H2O  (NH4)2SO4 + CaCO3 + 2 H2O
2.1.4 Ammonium Phosphate
Monoammonium Phosphate (NH4H2PO4) 11% N & 48% P2O5
Diammonium Phosphate (NH4)2HPO4 18% N & 46% P2O5
Ammonium phosphate thường được xem là loại phân P hơn là phân N.
2.1.5 Ammonium chloride (NH4Cl)
22


Trọng lượng phân tử: 53,49g/mol, tỉ trọng : 1,52g/cm 3, điểm tan chảy:338oC, khả năng tan:
391,8g/l ở 25oC.
Phân (NH4Cl) thường chứa 24 – 26 % N, dạng tinh thể mịn, màu trắng hoặc vàng ngà, dễ
tan trong nước, ít hút ẩm, ít vón cục. Khoảng 2/3 sản lượng phân này được sản xuất ở Nhật, 1/3
được sản xuất ở Ấn độ. Phần lớn chúng được sản xuất theo phương pháp sản xuất khác là sự trung
hòa trực tiếp NH3 với HCl ( phương pháp Dow chemical)
NH3 + HCl  NH4Cl
Phương pháp Miscellameous
(NH4)2SO4 + NaCl  2NH4Cl + Na2SO4
Hay :
SO2 + 2NH3 + H2O + 2NaCl  2NH4Cl + NaSO4
Phương pháp (Dual clorua)
NH3 + H2O + CO2  (NH2)2CO3
(NH2)2CO3 + H2O + CO2  2NH4HCO3
NH4HCO3 + NaCl  NH4Cl + NaHCO3
Một số ưu điểm của phân này bao gồm nồng độ N cao hơn phân ammonium sulfate.
Ammonium thường tốt hơn ammonium sulfate khi bón cho lúa nước, chúng cũng thích hợp cho 1
số loại cây trồng khác như lúa, bắp, cao lương, các cây lấy sợi, mía đường. (NH4Cl) là nguồn cung
cấp tốt N và Cl- cho dừa, cọ dầu và quả Kiwi do yếu tố Cl-.
Là loại phân sinh lý chua, NH4Cl là loại phân hình thành acid như (NH4)2SO4 / đơn vị N,
ảnh hưởng này gây bất lợi trên đất chua, đặc biệt những nơi giá vôi đắt. Một nhược điểm là hàm
lượng N trong phân thấp so với NH4NO3 và hàm lượng Cl cao sẽ giới hạn sử dụng cho một số cây
trồng, rất hạn chế dùng phân này bón cho chè, khoai, thuốc lá, khoai tây, hành tỏi, bắp cải, vừng…
Các vùng đất khô hạn, đất mặn không nên bón phân này vì nó làm tích lũy Cl - dễ làm cây bị ngộ
độc.
2.1.5 Ammonium bicarbonate (NH4HCO3)
Có khối lượng phân tử: 79,056g/mol, tỉ trọng 1,59g/cm3, điểm nóng chảy: 41,9oC.
Hiện nay loại phân có hàm lượng N thấp này 17,7 % N là là loại phân N chính được sản xuất
ở TQ, chiếm hơn 50 % sản lượng 15.10 6 tấn trong 1 năm ở nước này. Phân có dạng bột trắng kết
tinh, dễ chảy nước, có tính hút ẩm và không bền về mặt hóa học nên kết quả là hiệu quả sử dụng N
của cây trồng thường thấp hơn 30 %.
2.1.6 Xianamit canxi (CaCN2)
Trọng lượng phân tử:92,1128g/mol, tỉ trọng: 1,853g/cm3,điểm nong chảy:640oC.
Chứa 20 – 21 % N, 20 – 28 % vôi, 9 – 12 % than
Phương pháp sản xuất
CaCO3 + 2NH3  CaCN2 + 2 H2O
Hay:
CaO + 3 C  CaC2 + CO
CaC2 + N2  CaCN2 + C
2.1.7 Urea (NH2)2CO: 46 % N
Trọng lượng phân tử: 60,66g/mol, tỉ trọng: 1,33g/cm3, độ tan:108% ở 20oC.
Mặc dù urea được giữ một vị trí lịch sử trong hóa học hữu cơ, được tách ra từ urine vào năm
1773 nhưng chỉ trong vòng 50 năm qua urea mới nhận được sự chú ý như là một vật liệu phân bón.
Vào năm 1828, Wohler, nhà hóa học Đức trình bày rằng urea có thể được hình thành bằng cách
nung ammonium cyanate, một hợp chất được hình thành từ NH 3 và CO2. Sự sản xuất urea được bắt
đầu ở Đức vào năm 1922 và ở Mỹ năm1932.
Các phương pháp sản xuất urea
2 NH3 + CO2  NH2CO2NH4
23


NH2CO2NH4  CO(NH2)2 + H2O ( điều kiện: t từ 180 – 210 oC, áp suất từ 140 – 250 at,
thời gian 20 -30 phút)
Hay:
7 CH4 + 10 H2O + 8 N2 + 2 O2  16 NH3 + 7 CO2
2NH3 + 2CNOH  2CO(NH2)2
Hay:
2CaCN2 + 3 H2O  CO(NH2)2 +2 Ca(OH)2
Những nghi ngờ về tính thích hợp của urea trong nông học đã làm giới hạn phạm vi áp dụng
của nó. Nhiều nhà Nông học đã rất bảo thủ trong việc sử dụng urea bởi vì các tiềm năng gây ra các
vấn đề liên quan đến :
. Các ảnh hưởng có hại của biuret, một tạp chất thường ảnh hưởng đến sự nẩy mầm và sự
sinh trưởng của cây con với 1 nồng độ thấp.
. Gây độc cho hạt giống và cây con do nồng độ NH 3 cao được giải phóng trong thời gian
thủy phân và sự tích lũy NO2- trong thời gian nitrae hóa.
. Sự mất NH3 của urea khi phân phơi bày trên mặt đất. Nhưng những kinh nghiệm thực tiễn
đối với urea trong 30 năm qua cho thấy rằng urea là một loại phân bón tốt như bất cứ 1 loại phân
bón nào nếu sử dụng thích hợp.
Các tính chất hoàn hảo về mặt vật lý (urea có dạng hạt) cộng với tính kinh tế thích hợp trong
sản xuất, sử dụng, tồn trữ và vận chuyển làm cho urea trở nên là 1 loại phân N có tính cạnh tranh
nhất định với các loại phân khác. Lượng urea sử dụng trên thế giới cao gấp 3 lần so với NH4NO3
vào năm 1990. Ngoài việc cải thiện đáng kể về kích thước, lực và mật độ của urea dạng hạt, phân
này còn có một số tính chất có giá trị khác :
. Ít có xu hướng bị đóng cục như NH4NO3.
. Không mẫn cảm với cháy nổ.
. Ít ăn mòn tay và các thiết bị bón.
Nồng độ biuret. Nồng độ của biuret NH2-CO-NH-CO-NH2 là mối quan tâm đặc biệt đối với
phân urea vì tính độc của chúng đối với thực vật. Mức độ 2% biuret có thể được chấp nhận trong
hầu hết các chương trình về phân bón. Vì cam quýt và các loại cây trồng khác như dứa rất mẫn cảm
với biuret trong việc bón urea bằng cách phun qua lá nên được khuyến cáo nên dùng sản phẩm có
chứa < 1,5% biuret. Các dung dịch được hình thành từ urea có chứa 1,55 biuret được chấp nhận để
phun lên lá cho bắp và đậu nành. Nên tránh việc bón phân urea có nồng độ biuret cao gần hay ngay
trên các hàng gieo hạt.
Tính chất của urea trong đất. Khi được bón vào đất, urea sẽ bị thủy phân bởi enzyme
urease thành NH4+. Tùy thuộc vào pH đất mà NH4+có thể hình thành NH3, NH3 này có thể bị bay hơi
ở mặt đất theo phương trình sau :
(NH2)2CO + H+ + 2H2O
2 NH4+ + HCO3Urease

NH4+
NH3 + H+
NH3 được giải phóng sẽ phản ứng trong đất tượng tự như là NH 3 trong NH3 lỏng khan và
NH3 lỏng. Có sự gia tăng pH đáng kể gần chung quanh hạt phân urea. Những sự thay đổi về các tính
chất của đất này ảnh hưởng đến sự chuyển hóa của N và sự phát triển của cây trồng ngay khi chúng
hoạt động chung quanh vùng lưu giữ NH3 khan. Khi có đủ nước hay các chất cho H+ khác, NH4+ sẽ
được giữ lại trong đất.
Sự thủy phân urea thực hiện nhanh khi các điều kiện của đất thích hợp cho sự sinh trưởng
của cây trồng. Trong các loại đất ẩm, ấm, hầu hết urea chuyển hóa thành NH4+ trong vài ngày.
Urease là chất xúc tác cho sự thủy phân urea có rất nhiều trong đất. Phần lớn vi khuẩn, nấm
và xạ khuẩn trong đất đều có chứa urease. Một nhóm nhỏ vi khuẩn, gọi là vi khuẩn urea, có khả
năng ngoại lệ là phân hủy được urea. Hoạt động của urease gia tăng theo mật độ dân số vi sinh vật
và hàm lượng chất hữu cơ trong đất. Sự hiện diện nhiều dư thừa thực vật tươi thường cung cấp
nhiều urea.
24


Hoạt động của urea cao nhất trong vùng rễ, nơi hoạt động vi sinh vật cao và nơi chúng có
thể tích lũy từ rễ cây trồng. Hoạt động của urea vùng rễ khác nhau tùy thuộc vào loại cây trồng và
mùa trong năm. Mặc dù nhiệt độ đến 37 0C thích hợp cho hoạt động men urease nhưng sự thủy phân
của urea có thể xảy ra ở nhiệt độ xuống thấp đến 2 0C hay thấp hơn. Điều này cho thấy hoạt động
của urease ở nhiệt độ thấp nên một phần urea được bón trong mùa thu hay đầu mùa xuân có thể bị
biến đổi thành NH3 hay NH4+ trước mùa xuân.
Những ảnh hưởng của ẩm độ đất đến sự hoạt động của urease thường là nhỏ so với ảnh
hưởng của nhiệt độ và pH. Tốc độ sự thủy phân có thể cao nhất ở độ ẩm tối hảo cho sự sinh trưởng
của cây trồng. Độ ẩm đất trong khoảng 24 – 100 % có ảnh hưởng rất ít đến tốc độ thủy phân urea.
NH3 tự do ức chế hoạt động của enzyme urease. Vì một nồng độ đáng kể của NH 3 có thể
hiện diện ở pH > 7 nên một số ức chế tạm thời của urease do NH3 tự do xảy ra sau khi bón urea vì
pH trong vùng sát quanh nguồn urea có thể đạt đến 9,0. Vì thế với liều lượng bón urea cao và bón
tập trung theo hàng và những phương pháp bón tập trung khác có thể tạo điều kiện hạn chế sự hoạt
động cửa enzyme urease.
Quản lý sử dụng các loại phân urea
Sự quản lý cẩn thận phân urea và các loại phân có gốc là urea sẽ làm giảm được tiềm năng
mất N do bay hơi NH3 và gia tăng hiệu quả của việc bón phân urea.
Bón vãi urea trên bề mặt ruộng có hiệu quả nhất khi phân được thấm vào trong đất hay bón
cho đất có tiềm năng bay hơi thấp. Các điều kiện tốt nhất cho việc bón urea trên mặt đất là đất lạnh
và khô ở thời điểm bón hay có lượng mưa có ý nghĩa, có thể lớn hơn 0,25 cm trong vòng 3 – 6 ngày
đầu sau khi bón. Sự di chuyển của nước trong đất có chứa NH 3 hòa tan và sự khuếch tán của hơi
nước đến mặt đất trong quá trình khô có thể góp phần vào sự bay hơi của NH 3 ở ngay hay gần mặt
đất.
Cày vùi phân urea bón vãi vào trong đất sẽ tối thiểu hóa sự mất NH 3 do tăng thể tích đất
giữ NH3. Nhờ thế, NH3 trong đất phải được khuếch tán trên 1 khoảng cách lớn hơn nhiều trước khi
vào khí quyển. Nếu đất và các điều kiện môi trường thích hợp cho sự bay hơi NH 3 thì nên cày vùi
urea sâu hơn.
Bón urea theo hàng có thể dẫn đến kết quả là có những sự thay đổi của đất tương tự như là
bón NH3 lỏng khan. Sự khuếch tán của urea khi bón theo hàng có thể là 2,5cm trong vòng 2 ngày
sau khi bón, trong khi đó với lượng NH 4+ thích hợp có thể quan sát thấy được ở khoảng cách là 3,8
cm khi bón theo hàng. Sau khi được pha loãng hay phân tán bón phân theo hàng thì sự thủy phân sẽ
bắt đầu trong vòng 3 – 4 ngày hay ít hơn trong điều kiện nhiệt độ thích hợp.
Bón phân urea hạt to sẽ làm tăng đáng kể hiệu quả của phân urea đối với lúa nước. Thường
thực hiện trên các ruộng lúa nhỏ trong các nước đang phát triển là bón vãi phân urea hạt nhỏ vào
trong nước ngập nên thường có kết quả là cây lúa chỉ có thể sử dụng 20 – 30 % lượng phân bón.
Việc cày vùi phân urea bón ban đầu vào trong bùn có thể làm tăng hiệu quả từ 35 – 44 %. Bón urea
hạt to bằng tay có thể làm tăng hiệu quả sử dụng phân đến 75 – 85 %.
Bón urea cùng lúc với việc gieo hạt không được khuyến cáo vì ảnh hưởng độc của NH3 tự
do đến sự nẩy mầm của cây con. Có thể hạn chế các ảnh hưởng bất lợi của việc bón urea theo các
hàng gieo hạt bằng cách bón theo hàng ít nhất là 2,5 cm ngay bên dưới hay bên cạnh hạt của phần
lớn các loại cây trồng.
Ảnh hưởng của việc bón urea đặt gần hạt ngũ cốc chịu ảnh hưởng bởi ẩm độ đất hữu dụng.
Với đất thịt có sa cấu trung bình, đủ ẩm trong thời điểm gieo hạt có thể bón 30 kg N /ha không có
sự giảm sự nẩy mầm và mọc mầm. Tuy nhiên, trong các loại đất thịt pha cát (sa cấu thô) với ẩm độ
thấp, bón 10 – 20 kg N/ha thường làm giảm độ nẩy mầm và cả năng suất cây trồng. Ẩm độ của
vườn ươm ít bị ảnh hưởng nghiêm trọng hơn trong đất có sa cấu mịn (sét và thịt pha sét) và urea
luôn được bón với liều lượng bón 30 kg N /ha.
Cũng như các loại phân bón hình thành acid, urea có thể làm tăng pH đất và NH 3 được hình
thành trong thời gian thủy phân urea. Ưu điểm của các loại phân chua có thể bị hạn chế trên đất đá
vôi bởi vì CaCO3 có thể trung hòa H+ trước khi sự thủy phân urea xảy ra. Sự mất do bay hơi N từ
25


Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×