DINH DƯỠNG KHOÁNG Ở CÂY TRỒNG

A-Tổng quan

Cho đến năm 2011 loài người đã biết được 118 nguyên tố hóa học. Trong đó có 94 nguyên tố tồn tại trong tự nhiên và 24 nguyên tố được tổng hợp nhân tạo.

Trong cây người ta tìm thấy trên 60 nguyên tố hóa học tồn tại, khoảng 25 nguyên tố có vai trò quan trọng đối với cấu tạo, dinh dưỡng và sinh lý đối với cây trồng được gọi là các nguyên tố thiết yếu. Số các nguyên tố trong cây còn lại không rõ chức năng, có thể chúng xuất hiện theo sự ngẩu nhiên, không giúp ích cho cây và đôi khi còn gây hại.

Nguyên tố thiết yếu là nguyên tố có vai trò sinh lý rõ ràng và thiếu nó cây không thể hoàn tất chu kỳ sống bình thường của mình (Arnon and Stout 1939). Khi cây được cung cấp đầy đủ các nguyên tố thiết yếu và ánh sáng, nước, CO2 chúng có thể tổng hợp toàn bộ các hợp chất cần thiết cho sự sinh trưởng bình thường.

Trong các nguyên tố thiết yếu cho cây được chia làm ba nhóm:

1-Nhóm các nguyên tố đa lượng

Là những nguyên tố chiếm tỷ lệ % chất khô khá lớn trong cây, từ 1% trở lên.

Trong cây có 6 nguyên tố đa lượng là: Cacbon (C) chiếm khoảng 45%, Oxy (O) khoảng 42%, Hydro (H) khoảng 6,5%, Đạm (N) khoảng 1,5%, Lân (P2O5) khoảng 1 %, Kali (K2O) khoảng 3 %.

Trong đó 3 nguyên tố C, O, H được cung cấp từ nước và không khí nên không được gọi là nguyên tố khoáng và 3 nguyên tố N,P,K được cây hấp thụ từ đất với khối lượng lớn nên được gọi là khoáng đa lượng.

2-Nhóm các nguyên tố trung lượng

Nhóm các nguyên tố trung lượng tồn tại trong cây với tỷ lệ thấp hơn, chỉ khoảng 1/1000 đến 1/100.

Cá chất trung lượng gồm có: Canxi (Ca), Magié (Mg), lưu huỳnh (S) và Silic (Si).

3-Nhóm các nguyên tố vi lượng

Nhóm các nguyên tố vi lượng cây cần số lượng rất ít, chỉ khoàng vài phần triệu đến 1/10000. Các nguyên tố vi lượng thiết yếu cho cây bao gồm: Đồng (Cu), kẽm (Zn), Bo (B), Mangan (Mn), Molipden (Mo), Sắt (Fe), Clo (Cl).

Về ranh giới phân chia các nhóm nguyên tố đa, trung, vi lượng cũng chưa được thống nhất, có tác giả dựa vào tỷ lệ trong chất khô hay tro, có tác giả dựa vào vai trò sinh học của chúng. 

B-Vai trò các nguyên tố đa lượng

1-Vai trò của Cacbon (C)

Cacbon được cây hút dạng CO2 trong không khí qua khí khổng của lá nên không được xếp vào nguyên tố khoáng. Nhờ năng lượng ánh sáng mặt trời và nước C được đồng hóa tạo thành hydrat cacbon, thành phần chủ yếu trong cấu trúc và dự trữ của cây.

Trong điều kiện canh tác bình thường không thiếu CO2, nguồn cung cấp cacbon.

2-Vai trò của Oxy (O)

Oxy được sử dụng trong cây chủ yếu từ quang phân ly nước. Ngoài ra trong quá trình đồng hóa CO2 oxy được giải phóng và tái sử dụng trong một số cho trình sinh học. Giống như cacbon, oxy không được xếp vào nguyên tố khoáng. Oxy là thành phần cấu trúc của hydrat cacbon và tham gia vào nhiều quá trình sinh hóa trong cây.

Trong điều kiện bình thường cây không thiếu oxy.

3-Vai trò của Hydro (H)

Hydro được sử dụng trong cây chủ yếu qua quá trình quang phân ly nước. Giống như oxy và cacbon, hydro không được xếp vào nguyên tố khoáng. Hydro là thành phần của nước trong cây và thành phần của hydrat cacbon, của mọi chất hữu cơ.

Trong cây không thiếu hụt hydro.

4-Vai trò của chất đạm (N)

Chất đạm có vai trò đặc biệt quan trọng đối với cây trồng. Chất đạm là thành phần của protein, diệp lục tố. Nó tham gia vào cấu trúc của tế bào và trong nhiều quá trình biến dưỡng. Chất đạm được xếp vào nguyên tố khoáng.

Cây trồng hấp thụ N ở dạng NO3-, NH4+; có nhiệm vụ giúp tăng trưởng lá và lá có màu xanh (N là cấu trúc của diệp lục tố).

Đạm rất dễ bị rửa trôi, nhất là dạng NO3-. Chất N có thể di động từ lá già đến lá non.

Thiếu N cây tăng trưởng kém, lá có màu xanh nhạt hay vàng, đâm tược kém; triệu chứng thiếu xuất hiện đầu tiên ở lá già.

Cây thừa N sẽ có lá màu xanh đậm, dày, bóng, đậu trái kém và xảy ra tình trạng thiếu calcium. Bón N tốt nhất có tỷ lệ NH4+/NO3- là 1/1, bón nhiều NH4+ có thể làm lá cong vẹo.

Bón lân nhiều ngăn cản hấp thụ N. Bón kali và N theo tỷ lệ 1/1 là tốt nhất cho sự hấp thụ N.

5-Vai trò của chất lân (P2O5)

Chất lân thúc đẩy sự hình thành và phát triển của rễ; giúp cây ra hoa nhiều và có chất lượng trái tốt; tăng cường khả năng kháng bệnh cho cây. Lân không bị rửa trôi khỏi đất. Trong cây, P di động từ lá già đến lá non.

Thiếu P cây sinh trưởng kém; lá có màu xanh đậm; lá già có màu tím hay đỏ, nhất là dọc theo gân ở mặt dưới lá; lá có thể bị biến dạng, cành mảnh khảnh, rễ phát triển kém.

Cây thừa P sẽ bộc lộ triệu chứng thiếu dưỡng chất kẽm, sắt. Ở đất chua, P rất dễ bị cố định bởi sắt, mangan và nhôm. Bón nhiều P làm giảm hấp thụ vi lượng và N. So với N và K thì nên bón P với lượng ít hơn.

6-Vai trò của chất Kali (K2O)

Cây hấp thụ K ở dạng K+. Kali giúp cây kháng hạn, kháng bệnh, làm cho cây cứng chắc. Kali rất dễ bị rửa trôi ra khỏi đất. Trong cây, K di động từ lá già đến lá non.

Thiếu K cây sinh trưởng kém, lá mọc xúm xít do đốt ngắn; lá già có những đốm hoại tử và bìa lá trở nên mất màu, cháy khô; đâm tược kém và tược non có khuynh hướng héo teo lại; rễ phát triển kém, thân yếu ớt.

Cây thừa K sẽ thiếu N và làm giảm sự hấp thụ Ca và Mg. Bón N cao/K thấp thích hợp cho sự phát triển của thân lá; bón N thấp/K cao thúc đẩy sự sinh sản (hoa, trái); bón nhiều Ca làm trở ngại sự hấp thụ K

C-Vai trò các nguyên tố trung lượng

1-Vai trò của chất Magnesium (Mg)

Chất Ma nhê tham gia vào hạt nhân trung tâm của phân tử diệp lục nên có vai trò tích cực trong quang hợp của cây.

Ma nhê và đạm là 2 nguyên tố dinh dưỡng duy nhất trong đất tham gia cấu tạo nên Chlorophyll (diệp lục), mà nhờ có nó cây trồng mới quang hợp, tạo nên tất cả các vật chất khác cấu tạo nên sự sống.

Trong cây, Ma nhê chủ yếu tham gia vào thành phần diệp lục, ngoài ra còn thấy trong thành phần hạt.

Ma nhê cũng giúp tăng cường đồng hóa lân, tăng cường hô hấp và hoạt hóa nhiều hệ thống men trong cây.

Chất Mg được cây hấp thụ ở dạng Mg++, là cấu trúc của diệp lục tố giúp lá có màu xanh. Chất Mg rất dễ bị rửa trôi khi đất có nhiều cát.  Trong cây, Mg di động từ lá già đến lá non.

Thiếu Mg cây sinh trưởng kém; lá già có màu vàng, màu đồng hoặc màu đỏ ở phần thịt lá nhưng gân lá vẫn còn xanh; bìa lá có thể bị cong xuống hoặc dủm lên với những nếp nhăn nheo.

Cây thừa Mg sẽ ít hấp thụ Ca; lá già có những đốm bị hoại tử, những gân nhỏ của lá già này có thể chuyển sang màu nâu. Chất Mg thường bị thiếu trong cây vì chất này rất dễ bị rửa trôi.

Bón phân vôi Dolomite hoặc phun phân MgCl2 lên lá cũng giúp cây khắc phục được triệu chứng thiếu Mg.

2-Vai trò của chất vôi (Ca)

Canxi được coi là nguyên tố dinh dưỡng "vua" trong đất với rất nhiều chức năng trong đất và trong cây như:

- Kích thích rễ và lá cây phát triển.

- Hình thành các hợp chất cấu thành màng tế bào, làm cây trở nên cứng cáp.

- Giúp làm giảm hàm lượng đạm Nitrat trong cây.

- Giúp tăng cường hoạt tính của một số hệ thống men trong cây.

- Giúp trung hòa các axit hữu cơ trong cây.

- Rất cần thiết cho sự phát triển của hạt đậu.

- Ảnh hưởng gián tiếp đến năng suất cây trồng nhờ làm giảm độ chua trong đất, do đó làm giảm sự gây độc của Mangan, sắt, đồng, nhôm (nếu hàm lượng cao).

- Gián tiếp làm tăng năng suất cây trồng nhờ tăng cường sự phát triển của bộ rễ, kích thích hoạt động của vi sinh vật, kích thích sự hữu dụng của Molipden và việc hút các nguyên tố dinh dưỡng khác.

- Rất cần thiết đối với vi khuẩn cố định đạm.

Cây hấp thụ Ca ở dạng Ca++. Chất Ca cũng dễ bị rửa trôi ra khỏi đất. Trong cây, Ca không di động từ lá già đến lá non. Chất Ca cần thiết cho sự phát triển của chồi và chóp rễ; giúp cây giảm sự ngộ độc của nhôm và mangan; và kháng lại nấm bệnh (làm vững chắc vách tế bào).

Thiếu Ca, chồi non không phát triển được; rễ có thể chuyển sang đen và thối đi; lá non bị cong dủm lên, có màu xanh bất thường và chóp lá có thể dính lại nhau; lá già cũng bị cong dủm lên, trái bị thối ở phần dưới đáy, thân yếu ớt, trái rụng sớm.

Thừa Ca, cây không hấp thụ được Mg. Đất ở vùng nhiệt đới, mưa nhiều hay bị thiếu Ca do đất chua và rửa trôi dẫn đến cây không hấp thụ được Ca.

Bón vôi dạng đá vôi nghiền mịn hay đá vôi nung hoặc phun qua lá CaCl2 có thể khắc phục tình trạng thiếu Ca.

3-Vai trò của chất lưu huỳnh (S)

Lưu huỳnh tham gia vào 2 trong số 21 Amino Axit trong thành phần Protein.Giúp hình thành các men và Vitamin.Tăng cường nốt sần cố định đạm trong cây họ đậu. Giúp tăng năng suất cây trồng lấy hạt. Rất cần thiết trong quá trình hình thành diệp lục mặc dù không có trong thành phần diệp lục. Tham gia vào thành phần một số chất hữu cơ hình thành nên mùi của tỏi, hành và mù tạt.

Chất lưu huỳnh không di động trong cây. Hầu hết đất ở ĐBSCL có rất nhiều lưu huỳnh ở dạng hữu dụng, cây trồng không bị thiếu dưỡng chất này.

4-Vai trò của chất Silic (Si)

Các loài cây trồng thuộc họ hòa thảo cũng tích lũy một hàm lượng silic trong các mô của nó và khi được bổ sung thêm silic thì có sự tăng cường sinh trưởng phát triển. Silic tạo nên các phức hợp với polyphenol để hình thành những hợp chất với lignin tăng cường độ cứng của thành tế bào. 

Cây thiếu silic thường rất dễ đổ và nhiễm bệnh nấm. Silic thường được tích lũy ở dạng hydrat hóa, vô định hình (SiO2.nH2O) trong các màng lưới nội chất, thành tế bào và các khoảng không giữa tế bào.

D-Vai  trò các nguyên tố vi lượng

1-Vai trò của chất Bo

Bo có vai trò trong sự kéo dài tế bào, trong sự tổng hợp axit nucleic, trong phản ứng của hoocmon và chức năng của membran (theo Shelp, 1993).

Triệu chứng thiếu hụt Bo có nhiều biểu hiện khác nhau phụ thuộc vào loài, tuổi của cây. Điển hình là các điểm chết đen ở lá non và chồi đỉnh và tác hại này thể hiện ở các lá non và phần dưới của phiến lá, thân bị cứng. Mất ưu thế ngọn làm cho cây phân cành nhiều, các chồi ngọn của các cành cũng bị hại và do sự phân chia tế bào bị kìm hãm. Cấu trúc của quả, rễ củ và củ thường dị dạng hoặc bị thối do các mô bên trong bị hỏng. 

2-Vai trò của chất Mangan

Ion Mn2+ hoạt hóa nhiều enzyme trong tế bào thực vật, đặc biệt là các enzyme dehrogenase, decacboxilase trong chu trình Kreb đều được hoạt hóa bởi mangan. Chức năng rõ rệt nhất của mangan là trong phản ứng quang phân ly nước của quang hợp.

Triệu chứng thiếu hụt mangan điển hình là sự mất màu của các gân và sự xuất hiện các điểm chết nhỏ. Sự mất màu có thể xảy ra ở lá già, lá non hoặc tuy thuộc loài cây và tốc độ sinh trưởng. 

3-Vai trò của chất Kẽm (Zn)

Nhiều enzyme cần có ion kẽm cho hoạt động của mình. Kẽm cần cho sự sinh tổng hợp diệp lục ở một số cây.

Sự thiếu hụt kẽm thể hiện rõ là giảm sự sinh trưởng của đốt, lá thường nhỏ, viền lá bị nhăn nheo. Triệu chứng này gây ra do mất đi khả năng sản xuất hàm lượng auxin.

Trong một số loài (ngô, kê, đậu), lá già có thể trở nên bị mất mầu ở phần gân và sau đó phát triển các điểm chết mầu trắng. Hiện tượng mất màu là một sự thể hiện thiếu kém cho quá trình sinh trưởng của diệp lục. 

4-Vai trò của chất Đồng (Cu)

Đồng thường được liên kết với các enzyme oxi hóa khử (Cu2+ + e - <=> Cu+).

Triệu chứng đầu tiên của sự thiếu đồng là lá bị chuyển sang màu xanh đen và có mặt các điểm hoại thư. Điểm hoại thư xuất hiện trước hết ở đỉnh lá non sau lan xuống dưới dọc theo mép lá. Lá có thể biến dạng khi thiếu đồng, nếu thiếu  nghiệm trọng thì lá có thể bị rụng. 

5-Vai trò của chất Molybden (Mo)

Ion molybden (Mo4+ đến Mo6+) là thành phần của một số enzyme như nitrat reductase và nitrogenase. Enzyme nitrat reductase xúc tác cho phản ứng khử nitrat thành nitrit trong quá trình đồng hóa chúng ở tế bào thực vật; enzyme nitrogenase biến đổi khí nitơ thành amon trong các vi sinh vật cố định nitơ.

Dấu hiệu đầu tiên của sự thiếu hụt molybden là sự mất màu giữa các gân lá và các điểm hoại thư ở lá già.Thiếu hụt molybden có thể gây ra sự thiếu hụt nitơ nếu nguồn nitơ cung cấp chủ yếu là nitrat hoặc trên cây trồng phụ thuộc chủ yếu vào nguồn nitơ cố định bởi vi sinh vật cộng sinh.

Cây đòi hỏi lượng molybden rất thấp. Sự bổ xung một lượng nhỏ molybden trên đất thiếu cũng đã gây ra hiệu quả rất cao. 

6-Vai trò của chất Sắt (Fe)

Sắt là cấu tử của nhiều enzyme có vai trò quan trọng trong việc vận chuyển điện tử (các phản ứng oxy hóa khử) như các cytocrom. Trong quá trình vận chuyển điện tử, sắt được oxy hóa từ Fe2+ thành Fe3+.

Ở ĐBSCL đa số là đất chua nên không thiếu sắt, trái lại sắt là chất gây độc cho cây trồng trên đất phèn.

7-Vai trò của chất Niken (Ni)

Cho đến nay chỉ phát hiện được enzym urease ở thực vật thượng đẳng là enzyme có chứa niken. Các vi sinh vật cố định nitơ có nhu cầu về niken cho các enzyme tham gia vào quá trình tạo khí hyđro trong quá trình cố định đạm.

Sự thiếu hụt niken làm cây tích lũy ure trong lá dẫn đến làm chết các ngọn lá. Biểu hiện thiếu hụt niken đối với cây chỉ xảy ra khi cây trồng trên những loại đất đặc biệt rất thiếu niken bởi vì nhu cầu về niken của cây là rất thấp. 

8-Vai trò của chất Clor (Cl)

Clo có mặt trong cây ở dạng ion Cl -. Clo được sử dụng cho các phản ứng quang phân ly nước của quang hợp. Ngoài ra, Clo còn cần thiết cho sự phân chia tế bào ở lá và rễ.

Cây thiếu Clo sẽ gây héo ngọn lá và tiếp sau là làm cho toàn lá bị mất mầu và chết. Sinh trưởng của lá bị kìm hãm, lá thường có mầu đồng sáng. Rễ bị ngắn, dày lên ở phía đầu rễ. Hầu hết các cây hấp thụ lượng clo cao hơn so với nhu cầu của mình. 

9-Vai trò của chất Na (Na)

Hầu hết các loài thực vật C4 và CAM đều cần natri. Ở các cây này, natri cần cho sự tái tạo phosphoenolpyruvat – chất đầu tiên của phản ứng cacboxil hóa ở cây C4 và CAM. Khi thiếu natri thì những cây này bị mất màu và bị hoại tử hoặc mất khả năng ra hoa.

Nhiều loài cây C3 cũng sinh trưởng tốt khi có mặt ion Na+. Natri kích thích sinh trưởng qua việc tăng cường sự giãn tế bào và có thể thay thế phần nào kali như một chất tan có hoạt tính thẩm thấu. 

10-Vai trò của chất Coball (Co)

Cobalt là cần thiết để cố định đạm trong cây họ đậu và các nốt gốc của nonlegumes. Nhu cầu về coban cao hơn rất nhiều để cố định đạm hơn so với ammonium dinh dưỡng. Thiếu hụt có thể dẫn đến các triệu chứng thiếu hụt nitơ.

Trong điều kiện canh tác thâm canh như hiện nay, cả các chất đa, trung và vi lượng đều phải được bón bổ sung bằng phân bón gốc hoặc phân bón qua lá.

Kỹ sư Hồ Đình Hải