Hấp thụ khoáng ở thực vật

Photpho là một trong những dưỡng chất đa lượng thiết yếu cho sự phát triển của cây trồng. Trong đất, hàm lượng P2O5 ≥ 0,20% được coi là đất rất tốt, 0,10-0,20% là đất tốt, và ≤ 0,06% là đất xấu. Photpho đóng vai trò quan trọng trong nhiều quá trình sinh lý: là thành phần của nhiều coenzym như NAD và NADP; hầu hết các glucid khi chuyển hóa đều ở dạng liên kết với nhóm phosphat (liên kết ester); tăng khả năng giữ nước cho tế bào và ảnh hưởng đến quá trình biến đổi và vận chuyển glucid; là thành phần của axit nucleic và phospholipid – thành phần chính của màng tế bào; tham gia vào phản ứng trao đổi chất, cung cấp năng lượng (AMP, ADP, ATP). Cây hấp thụ photpho mạnh nhất ở giai đoạn cây non và giai đoạn sinh trưởng mạnh, trước lúc ra hoa (75-84% lượng P được hấp thụ trước khi ra hoa). Triệu chứng thiếu photpho biểu hiện qua lá chuyển từ màu xanh lục đậm sang vàng, sau đó có thể chuyển sang màu đỏ hoặc tím, rụng lá sớm, bắt đầu từ mép lá già.

Kali cũng là một dưỡng chất đa lượng quan trọng. Kali có khả năng làm tăng tính thẩm thấu của dịch tế bào, giúp cây tăng khả năng chịu rét, chịu nóng và chống chịu bệnh. Kali tham gia vào quá trình biến đổi và vận chuyển sản phẩm quang hợp (đường, bột), tổng hợp protein, và tổng hợp sắc tố quang hợp. Kali còn ảnh hưởng đến khả năng đẻ nhánh, hình thành cành thứ cấp và bông của cây. Thiếu kali, cây sẽ có biểu hiện: mô cơ yếu, dễ gãy đổ; lá ngắn, hẹp; xuất hiện các chấm đỏ trên lá, sau đó khô cháy, chóp lá khô đen.

Canxi là thành phần cấu trúc của màng tế bào, giúp cây cứng cáp hơn. Canxi điều tiết mạnh mẽ quá trình trao đổi chất của tế bào, tăng hoạt tính của nhiều enzyme và ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp protein. Canxi cũng tăng khả năng đồng hóa N, P, K, thúc đẩy quá trình tổng hợp hormon sinh trưởng và một số vitamin. Thiếu canxi, lá non sẽ biến dạng, nhỏ, màu xanh đậm, quăn; đỉnh sinh trưởng khô; rễ suy thoái, cổ rễ dễ gãy.

Magiê là thành phần của phân tử diệp lục, đóng vai trò quan trọng trong quá trình quang hợp. Thiếu magiê, hiện tượng thiếu chất sẽ biểu hiện rõ nhất trên lá trưởng thành, làm giảm khả năng quang hợp của cây.

Mặc dù hàm lượng cần thiết thấp, các nguyên tố vi lượng đóng vai trò không thể thay thế trong quá trình sinh trưởng và phát triển của cây trồng. Khi kết hợp với các chất hữu cơ, hoạt tính của nguyên tố vi lượng được tăng lên. Chúng tham gia vào việc tăng cường tổng hợp vitamin và phytohormon, giúp cây tăng khả năng chống chịu điều kiện bất lợi của môi trường. Một số nhóm vi sinh vật có khả năng cố định đạm (khoảng 10-20 kg N/ha/năm), ví dụ như tảo lam (Anabaena, Nostoc…) sống tự do hoặc cộng sinh.

Cố định đạm là quá trình chuyển đổi nitơ phân tử (N2) trong không khí thành các dạng nitơ có thể sử dụng được bởi cây trồng, như amoni (NH4+). Quá trình này chủ yếu được thực hiện bởi vi khuẩn. Vi khuẩn sống tự do trong đất như Azotobacter (hảo khí) và Clostridium (yếm khí) đóng góp vào quá trình này. Vi khuẩn cộng sinh với rễ cây họ đậu (Rhizobium) cũng rất quan trọng, tạo thành nốt sần trên rễ cây và cố định một lượng đáng kể nitơ. Một số loài tảo lam (Anabaena, Nostoc,...) sống tự do hoặc cộng sinh (ví dụ: Anabaena azollae với bèo hoa dâu) cũng tham gia cố định nitơ. Quá trình cố định nitơ cần có enzym, các nguyên tố xúc tác như Mo, Cu, Fe, Mg, Mn, và năng lượng từ hô hấp. Nitơ sau khi được cố định sẽ trải qua một loạt các phản ứng khử (nitrat reductase) chuyển từ nitrat (NO3-) thành nitrit (NO2-), hyponitrit, hydroxylamin, cuối cùng là amoni (NH4+). Amoni sau đó sẽ kết hợp với ceto-acid tạo thành các acid amin, là nguồn dinh dưỡng thiết yếu cho cây.

Hấp thụ dinh dưỡng khoáng chủ yếu diễn ra ở rễ cây, đặc biệt là ở vùng lông hút. Quá trình này là sự trao đổi ion giữa rễ và dung dịch đất. Hệ rễ sử dụng ion H+ và HCO3- (tạo ra từ quá trình hô hấp của rễ) để trao đổi với các ion khoáng trong đất. Giai đoạn đầu là hấp phụ trao đổi, các ion khoáng được hấp thụ lên bề mặt rễ. Rễ cây tiết ra acid hữu cơ và enzyme để chuyển hóa một số chất khó tan thành chất dễ tan, giúp tăng khả năng hấp thụ. Ngoài ra, cây cũng có thể hấp thụ dinh dưỡng khoáng qua lá, nhưng tốc độ hấp thụ phụ thuộc vào nhiều yếu tố: thành phần muối, nồng độ dung dịch, độ pH, và tuổi lá. Phương pháp này hiệu quả với các loại phân tan trong nước, nhưng cần kỹ thuật sử dụng phù hợp và chỉ nên dùng với lượng nhỏ do phụ thuộc nhiều vào điều kiện thời tiết. Chất khoáng đi vào lá qua khí khổng và khuyếch tán qua lớp cutin và biểu bì lá, với tốc độ nhanh hơn và nhiều hơn ở mặt dưới lá.

Nhiệt độ, pH môi trường, hàm lượng oxy trong đất, và nồng độ chất tan trong đất đều ảnh hưởng đến quá trình hấp thụ khoáng của rễ cây. Mỗi yếu tố có một khoảng thích hợp, nhiệt độ quá cao hoặc quá thấp, pH không phù hợp, thiếu oxy hoặc nồng độ chất tan quá cao đều gây cản trở quá trình hấp thụ. pH đất lý tưởng nhất là 6.5-7, giúp cho các chất dinh dưỡng đa lượng (NPK) tan tốt, vi lượng tan vừa phải. Vi sinh vật có lợi trong đất hoạt động mạnh nhất ở điều kiện pH thích hợp, góp phần vào việc phân giải chất hữu cơ và làm tăng khả năng hấp thụ dinh dưỡng của cây.

Đất mặn kiềm chứa nhiều muối như Na2CO3, NaHCO3, có pH cao, gây khó khăn cho sinh trưởng và phát triển cây trồng. Muối thường xuất hiện dưới dạng các đốm trắng trên mặt đất, đặc biệt vào những ngày nắng khô. Để cải tạo đất mặn kiềm, cần thực hiện các biện pháp như: ngăn chặn sự xâm nhập của muối mặn, bón vôi để trung hòa độ kiềm, rửa trôi muối bằng nước, kiểm soát độ mặn bằng các biện pháp thủy lợi, và bón phân lân để cải thiện khả năng hấp thụ dinh dưỡng của cây. Việc chọn lựa các giống cây trồng có khả năng chịu mặn, kiềm cũng rất quan trọng. Cày xới đất giúp cải thiện cấu trúc đất, tạo điều kiện thông thoáng hơn cho rễ cây phát triển.

Đất phèn có hàm lượng lưu huỳnh (S) cao, chứa nhiều muối phèn, sắt (Fe3+), và muối (NaCl). Hàm lượng CaCO3 thấp, đất thường chua hoặc rất chua, nghèo lân. Để cải tạo đất phèn, cần thực hiện các biện pháp như: rửa trôi để loại bỏ muối phèn, bón vôi để giảm độ chua và kết tủa Fe3+, Al3+ (phản ứng: Al2(SO4)3 + 6Ca(OH)2 → 2Al(OH)3 + 3CaSO4), cày xới đất để cải thiện cấu trúc, lên luống để thoát nước tốt hơn, phơi đất để giảm hàm lượng nước và các chất độc hại. Bón phân chuồng và các chế phẩm sinh học giúp cải thiện chất lượng đất. Bón phân N, P để cung cấp dinh dưỡng cho cây trồng. Thiếu lân trong đất phèn dẫn đến đạm tích lũy kém, hạn chế tổng hợp lipid và protein trong hạt. Vôi giúp điều chỉnh pH đất, tạo điều kiện thuận lợi cho vi khuẩn nốt sần phát triển, tăng khả năng cố định đạm. Lân rất cần thiết cho sự phát triển bộ rễ, thúc đẩy hoạt động của vi khuẩn nốt sần, tăng khả năng cố định đạm và chống hạn.

Bón phân hợp lý cần dựa trên nhiều yếu tố. Trước hết là loại cây trồng, mỗi loại cây có nhu cầu dinh dưỡng khác nhau, cần tỷ lệ NPK phù hợp. Giai đoạn sinh trưởng của cây cũng rất quan trọng, cây ở giai đoạn sinh trưởng khác nhau sẽ có nhu cầu dinh dưỡng khác nhau. Ví dụ, đối với cây lúa, giai đoạn đẻ nhánh cần nhiều đạm (N), giai đoạn làm đòng cần nhiều lân (P). Thời tiết cũng ảnh hưởng đến sự hấp thụ và sử dụng dinh dưỡng của cây. Tỷ lệ phân bón N:P:K tối ưu cần được xác định cụ thể cho từng giống cây trồng và từng giai đoạn sinh trưởng. Việc xác định thời kỳ khủng hoảng của một yếu tố dinh dưỡng, tức là thời kỳ mà nếu thiếu yếu tố đó sẽ ảnh hưởng nghiêm trọng đến sinh trưởng và năng suất, là rất cần thiết để có kế hoạch bón phân hiệu quả.

Có hai phương pháp bón phân chính: bón lót và bón thúc. Bón lót thường được thực hiện trước khi trồng, với các loại phân như lân, vôi, và phân chuồng (bón toàn bộ). Nitơ (N) và Kali (K) thường được bón lót với lượng ít. Bón thúc được tiến hành trong quá trình sinh trưởng của cây, chủ yếu là bón bổ sung N và K để đáp ứng nhu cầu dinh dưỡng của từng giai đoạn phát triển. Việc lựa chọn phương pháp bón phân phù hợp sẽ giúp cây trồng hấp thụ dinh dưỡng hiệu quả nhất, đảm bảo năng suất cao và chất lượng sản phẩm tốt.