Luận văn Nghiên cứu bón đạm vào thời kỳ làm đòng cho lúa vụ xuân tại Thái Nguyên

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN ---------o0o--------- Nguyễn Thị Lân NGHIÊN CỨU BĨN ĐẠM VÀO THỜI KỲ LÀM ĐỊNG CHO LÚA VỤ XUÂN TẠI THÁI NGUYÊN LUẬN ÁN TIẾN SĨ NƠNG NGHIỆP THÁI NGUYÊN - 2009 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN ---------o0o--------- Nguyễn Thị Lân NGHIÊN CỨU BĨN ĐẠM VÀO THỜI KỲ LÀM ĐỊNG CHO LÚA VỤ XUÂN TẠI THÁI NGUYÊN Chuyên ngành: Trồng Trọt Mã số: 62.62.01.01 LUẬN ÁN TIẾN SĨ NƠNG NGHIỆP NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. PGS.TS. Lê Tất Khương 2. PGS.TS. Hồng Văn Phụ THÁI NGUYÊN - 2009 i LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan, đây là cơng trình nghiên cứu của tơi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận án là trung thực và chưa ai cơng bố trong bất kỳ cơng trình nghiên cứu nào khác. Mọi trích dẫn trong luận án đều cĩ nguồn gốc rõ ràng. Ngày 25/6/2009 Nghiên cứu sinh Nguyễn Thị Lân ii LỜI CẢM ƠN Luận án được hồn thành với sự giúp đỡ của nhiều cá nhân và cơ quan nghiên cứu. Trước hết tơi xin trân trọng cảm ơn PGS.TS. Lê Tất Khương, PGS. TS. Hồng Văn Phụ, với cương vị là người hướng dẫn khoa học đã cĩ nhiều đĩng gĩp to lớn trong quá trình nghiên cứu và hồn thành Luận án. Tơi xin trân trọng cảm ơn Lãnh đạo trường Đại học Nơng Lâm Thái Nguyên, Lãnh đạo và tập thể giảng viên Khoa Sau đại học, Khoa Nơng học đã tạo điều kiện về cơ sở vật chất và tinh thần để tơi hồn thành nghiên cứu của mình. Tơi xin trân trọng cảm ơn sự giúp đỡ của UBND, Trung tâm Khuyến nơng, Sở Nơng nghiệp và Phát triển nơng thơn, Sở Khoa học và Cơng nghệ tỉnh Thái Nguyên; UBND và các Ban ngành chức năng huyện Đồng Hỷ, huyện Phổ Yên, huyện Phú Lương; UBND và các Ban ngành chức năng cùng nhân dân xã Đổng Bẩm huyện Đồng Hỷ, xã Đắc Sơn huyện Phổ Yên, xã Cổ Lũng và xã Sơn Cẩm huyện Phú Lương trong việc cung cấp thơng tin triển khai thí nghiệm, tổ chức hội thảo đầu bờ và xây dựng mơ hình sản xuất lúa. Tơi xin trân trọng cảm ơn sự giúp đỡ của sinh viên khĩa 33, 34, 35, 36 khoa Nơng học trong việc thực hiện thí nghiệm và xây dựng mơ hình sản xuất lúa. Để hồn thành Luận án này tơi cũng nhận được sự động viên khích lệ của gia đình, bạn bè gần xa, tập thể lớp Trồng trọt 15A-B, đặc biệt là sự giúp đỡ của gia đình TS. Nguyễn Thế Hùng. Tơi xin trân trọng cảm ơn sự giúp đỡ quý báu đĩ! Thái Nguyên, ngày 25/6/2009 Nghiên cứu sinh Nguyễn Thị Lân iii Mục lục Trang Trang phụ bìa Lời cam đoan i Lời cảm ơn ii Mục lục iii Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt vii Danh mục các bảng viii Danh mục các hình vẽ, đồ thị xi MỞ ĐẦU 1 1. Tính cấp thiết của đề tài 1 2. Mục tiêu nghiên cứu 3 3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 3 3.1. Ý nghĩa khoa học của đề tài 3 3.2. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài 3 4. Điểm mới của đề tài 4 Chương I: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 5 1.1. Cơ cở khoa học của đề tài 5 1.2. Tình hình nghiên cứu về bĩn phân cho lúa trên thế giới 7 1.2.1. Tổng quan nghiên cứu về bĩn phân đa lượng cho lúa 7 1.2.2. Tổng quan nghiên cứu về liều lượng, thời gian và hiệu quả sử dụng đạm của lúa 9 1.2.3. Những yếu tố ảnh hưởng và biện pháp nâng cao hiệu quả sử 12 iv dụng đạm của lúa 1.2.4. Tổng quan nghiên cứu về bĩn đạm theo tình trạng dinh dưỡng của lúa 19 1.3. Tình hình nghiên cứu về bĩn phân cho lúa trên ở Việt Nam 26 1.3.1. Tổng quan nghiên cứu về bĩn phân đa lượng cho lúa 26 1.3.2. Tổng quan nghiên cứu về liều lượng, thời gian và hiệu quả sử dụng đạm của lúa 30 1.3.3. Những yếu tố ảnh hưởng và biện pháp nâng cao hiệu quả sử dụng đạm của lúa 34 1.3.4. Tổng quan nghiên cứu về bĩn đạm theo tình trạng dinh dưỡng của lúa 41 1.4. Tình hình sản xuất lúa và sử dụng phân bĩn ở Thái Nguyên 43 1.4.1. Tình hình sản xuất lúa ở Thái Nguyên 43 1.4.2. Tình hình sử dụng phân bĩn cho lúa vụ Xuân ở Thái Nguyên 44 1.5. Kết luận rút ra từ phần tổng quan tài liệu 46 Chương 2: ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 48 2.1. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 48 2.1.1. Đối tượng nghiên cứu 48 2.1.2. Phạm vi nghiên cứu 48 2.2. Nội dung nghiên cứu 48 2.3. Phương pháp nghiên cứu 49 2.3.1. Khung nghiên cứu 49 2.3.2. Điều kiện đất thí nghiệm 49 v 2.3.3. Phương pháp bố trí thí nghiệm 50 2.3.4. Chỉ tiêu nghiên cứu và phương pháp theo dõi 54 2.3.5. Kỹ thuật chăm sĩc 58 2.4. Phương pháp phân tích đất 58 2.5. Phương pháp phân tích số liệu 58 Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 59 3.1. Ảnh hưởng của liều lượng đạm đến sinh trưởng, phát triển và năng suất lúa vụ Xuân tại Thái Nguyên 59 3.1.1. Điều kiện thời tiết - khí hậu vụ Xuân giai đoạn 2005 đến 2007 59 3.1.2. Ảnh hưởng của liều lượng đạm đến sinh trưởng, phát triển của lúa vụ Xuân 60 3.1.3. Ảnh hưởng của liều lượng đạm đến tình hình sâu bệnh hại lúa 67 3.1.4. Ảnh hưởng của liều lượng đạm đến yếu tố cấu thành năng suất, năng suất lúa và hàm lượng protein trong gạo 67 3.1.5. Hiệu quả sử dụng đạm và hiệu quả kinh tế của các cơng thức bĩn đạm cho lúa vụ Xuân 79 3.2. Ảnh hưởng của thời gian bĩn đạm thúc địng đến yếu tố cấu thành năng suất, năng suất lúa và hàm lượng protein trong gạo vụ Xuân 85 3.2.1. Ảnh hưởng của thời gian bĩn đạm thúc địng đến yếu tố cấu thành năng suất lúa 85 3.2.2. Ảnh hưởng của thời gian bĩn đạm thúc địng đến năng suất lúa, hàm lượng protein trong gạo và lượng đạm hấp thu của lúa 91 3.3. Xác định lượng đạm bĩn đĩn địng cho lúa vụ Xuân trên cơ sở đánh giá tình trạng dinh dưỡng đạm của lúa 95 vi 3.3.1. Xác định đường giới hạn đạm cho sinh trưởng tối ưu của lúa vụ Xuân tại Thái Nguyên 95 3.3.2. Xác định lượng đạm bĩn đĩn địng cho lúa vụ Xuân trên cơ sở đánh giá tình trạng dinh dưỡng đạm của lúa thơng qua chỉ số diệp lục và màu sắc lá 108 3.4. Ứng dụng phương pháp bĩn đạm đĩn địng theo chỉ số diệp lục, màu sắc lá trên đồng ruộng và xây dựng mơ hình sản xuất lúa áp dụng phương pháp bĩn đạm mới 126 3.4.1. Nghiên cứu ứng dụng phương pháp bĩn đạm đĩn địng theo chỉ số diệp lục và màu sắc lá 126 3.4.2. Kết quả xây dựng mơ hình sản xuất lúa áp dụng phương pháp bĩn đạm theo màu sắc lá 132 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 134 1. Kết luận 134 2. Đề nghị 135 Danh mục các cơng trình liên quan đến đề tài đã được cơng bố 136 Tài liệu tham khảo 137 Phần phụ lục 154 vii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu Chữ được viết tắt CEC Dung tích trao đổi cation CT Cơng thức CSDL Chỉ số diệp lục Dw Khối lượng chất khơ ĐHNL Đại học Nơng Lâm ĐN Đẻ nhánh ĐVT Đơn vị tính GĐST Giai đoạn sinh trưởng HLĐ Hàm lượng đạm trong cây HSDTL Hệ số diện tích lá IRRI Viện nghiên cứu lúa quốc tế LCC Thang so màu lá LĐ Thời kỳ phân hĩa địng LĐ – 10 Thời kỳ trước phân hĩa địng 10 ngày LĐ + 10 Thời kỳ sau phân hĩa địng 10 ngày Nc Hàm lượng đạm giới hạn cho sinh trưởng tối ưu của lúa NN& PTNT Nơng nghiệp và phát triển nơng thơn NS Năng suất NSLT Năng suất lý thuyết PC Phân chuồng QT Quy trình SPAD Máy đo chỉ số diệp lục SSNM Quản lý dinh dưỡng theo từng điểm cụ thể TB Trung bình TTKN Trung tâm Khuyến nơng viii DANH MỤC CÁC BẢNG Trang Bảng 1.1. Liều lượng phân bĩn nơng dân sử dụng cho lúa trên một số loại đất ở miền Bắc Việt Nam 28 Bảng 1.2. Diễn biến diện tích và năng suất lúa ở Thái Nguyên 43 Bảng 1.3. Tình hình sử dụng phân bĩn cho lúa vụ Xuân ở Thái Nguyên 45 Bảng 3.1. Ảnh hưởng của liều lượng đạm đến số nhánh tối đa của lúa vụ Xuân năm 2005 và 2006 62 Bảng 3.2. Ảnh hưởng của liều lượng đạm đến tỷ lệ đẻ nhánh hữu hiệu của lúa vụ Xuân năm 2005 và 2006 65 Bảng 3.3. Ảnh hưởng của liều lượng đạm đến số bơng lúa vụ Xuân năm 2005 và 2006 68 Bảng 3.4. Ảnh hưởng của liều lượng đạm đến số hạt chắc/bơng lúa vụ Xuân năm 2005 và 2006 70 Bảng 3.5. Ảnh hưởng của liều lượng đạm đến khối lượng 1000 hạt lúa vụ Xuân năm 2005 và 2006 73 Bảng 3.6. Ảnh hưởng của liều lượng đạm đến năng suất lúa vụ Xuân năm 2005 và 2006 74 Bảng 3.7. Ảnh hưởng của liều lượng đạm đến hàm lượng protein thơ trong gạo vụ Xuân năm 2005 và 2006 78 Bảng 3.8. Hiệu quả sử dụng đạm của giống Khang dân 18, vụ Xuân năm 2005 và 2006 79 Bảng 3.9. Hiệu quả sử dụng đạm của giống Việt lai 20, vụ Xuân năm 2005 và 2006 81 Bảng 3.10. Lãi thuần ở các cơng thức bĩn đạm cho lúa vụ Xuân năm 2005 và 2006 83 Bảng 3.11. Ảnh hưởng của thời gian bĩn đạm thúc địng đến số bơng lúa vụ Xuân năm 2005 và 2006 86 ix Bảng 3.12. Ảnh hưởng của thời gian bĩn đạm thúc địng đến tỷ lệ đẻ hữu hiệu của lúa vụ Xuân năm 2005 và 2006 87 Bảng 3.13. Ảnh hưởng của thời gian bĩn đạm thúc địng đến số hạt chắc/bơng lúa vụ Xuân năm 2005 và 2006 88 Bảng 3.14. Ảnh hưởng thời gian bĩn đạm thúc địng đến khối lượng 1000 hạt lúa vụ Xuân năm 2005 và 2006 90 Bảng 3.15. Ảnh hưởng của thời gian bĩn đạm thúc địng đến năng suất lúa vụ Xuân năm 2005 và 2006 91 Bảng 3.16. Ảnh hưởng của thời gian bĩn đạm thúc địng đến hàm lượng protein thơ trong gạo vụ Xuân năm 2005 và 2006 92 Bảng 3.17. Ảnh hưởng của thời gian bĩn đạm thúc địng đến lượng đạm hấp thu của lúa vụ Xuân năm 2005 và 2006 94 Bảng 3.18. Năng suất ở các cơng thức thí nghiệm xác định đường giới hạn đạm cho sinh trưởng tối ưu của lúa vụ Xuân năm 2006 và 2007 97 Bảng 3.19. Khối lượng chất khơ ở thời kỳ phân hĩa địng trong thí nghiệm xác định đường giới hạn đạm cho sinh trưởng tối ưu của lúa vụ Xuân năm 2006 và 2007 106 Bảng 3.20. Hệ số tương quan giữa hàm lượng đạm trong cây với các yếu tố cấu thành năng suất, năng suất lúa và hàm lượng protein trong gạo vụ Xuân 2005 và 2006 109 Bảng 3.21. Chỉ số diệp lục của lá thứ nhất, thứ hai, thứ ba qua các giai đoạn sinh trưởng của lúa vụ Xuân năm 2005 và 2006 111 Bảng 3.22. Hệ số tương quan giữa hàm lượng đạm trong cây với chỉ số diệp lục của lúa vụ Xuân năm 2005 và 2006 113 Bảng 3.23. Hệ số tương quan giữa chỉ số diệp lục với các yếu tố cấu thành năng suất, năng suất lúa, hàm lượng protein trong gạo vụ Xuân năm 2005 và 2006 114 Bảng 3.24. Sử dụng mơ hình phân tích tương quan đa biến để dự đốn năng 115 x suất lúa và hàm lượng protein trong gạo vụ Xuân dựa trên chỉ số diệp lục Bảng 3.25. Lượng đạm bĩn đĩn địng theo chỉ số diệp lục cho lúa vụ Xuân ở Thái Nguyên 118 Bảng 3.26. Hệ số tương quan giữa màu sắc lá với chỉ số diệp lục, hàm lượng đạm trong cây lúa vụ Xuân năm 2005 và 2006 120 Bảng 3.27. Hệ số tương quan giữa màu sắc lá với yếu tố cấu thành năng suất, năng suất lúa, hàm lượng protein trong gạo vụ Xuân năm 2005 và 2006 121 Bảng 3.28. Sử dụng mơ hình phân tích tương quan đa biến để dự đốn năng suất lúa vụ Xuân và hàm lượng protein trong gạo dựa trên màu sắc lá 122 Bảng 3.29. Lượng đạm bĩn đĩn địng theo màu sắc lá cho lúa vụ Xuân ở Thái Nguyên 124 Bảng 3.30. Kết quả ứng dụng phương pháp bĩn đạm đĩn địng theo chỉ số diệp lục cho giống Khang dân 18 vụ Xuân năm 2007 và 2008 tại trường ĐHLNTN 127 Bảng 3.31. Kết quả ứng dụng phương pháp bĩn đạm đĩn địng theo chỉ số diệp lục cho lúa vụ Xuân 2007 và 2008 trên đồng ruộng nơng dân 129 Bảng 3.32. Kết quả ứng dụng phương pháp bĩn đạm đĩn địng theo màu sắc lá cho giống Khang dân 18 vụ Xuân năm 2007-2008 tại trường ĐHNLTN 130 Bảng 3.33. Kết quả ứng dụng phương pháp bĩn đạm đĩn địng theo màu sắc lá cho lúa vụ Xuân 2007 và 2008 trên đồng ruộng nơng dân 131 Bảng 3.34. Kết quả xây dựng mơ hình sản xuất lúa áp dụng phương pháp bĩn đạm theo màu sắc lá vụ Xuân 2008 133 xi DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Trang Hình 2. Phương pháp xác định đường giới hạn đạm cho sinh trưởng tối ưu của lúa 56 Hình 3.1. Diễn biến thời tiết - khí hậu 6 tháng đầu năm giai đoạn 2005 - 2007 ở Thái Nguyên 59 Hình 3.2. Ảnh hưởng của liều lượng đạm đến động thái tăng trưởng chiều cao cây lúa vụ Xuân năm 2005 và 2006 61 Hình 3.3. Ảnh hưởng của liều lượng đạm đến khối lượng chất khơ của lúa vụ Xuân 2005 và 2006 66 Hình 3.4. Diễn biến khối lượng chất khơ ở thí nghiệm xác định đường giới hạn đạm cho sinh trưởng tối ưu của vụ Xuân năm 2006 và 2007 96 Hình 3.5. Tương quan giữa năng suất lúa với khối lượng chất khơ ở thí nghiệm xác định đường giới hạn đạm cho sinh trưởng tối ưu của lúa vụ Xuân năm 2006 và 2007 98 Hình 3.6. Diễn biến hàm lượng đạm trong cây qua các thời kỳ sinh trưởng ở thí nghiệm xác định đường giới hạn đạm cho sinh trưởng tối ưu của lúa vụ Xuân năm 2006 và 2007 99 Hình 3.7. Tương quan giữa hàm lượng đạm với khối lượng chất khơ của lúa vụ Xuân năm 2006 và 2007 100 Hình 3.8. Đường giới hạn đạm cho sinh trưởng tối ưu của giống Khang dân 18, vụ Xuân năm 2006 và 2007 102 Hình 3.9. Đường giới hạn đạm chung cho sinh trưởng tối ưu của giống Khang dân 18 cấy vụ Xuân tại Thái Nguyên 103 Hình 3.10. Đường giới hạn đạm cho sinh trưởng ưu của giống Việt lai 20, 104 xii vụ Xuân năm 2006 và 2007 Hình 3.11. Đường giới hạn đạm chung cho sinh trưởng tối ưu của giống Việt lai 20 cấy vụ Xuân tại Thái Nguyên 105 Hình 3.12. Tương quan giữa chỉ số diệp lục và màu sắc lá với hàm lượng đạm trong cây ở thí nghiệm xác định đường giới hạn đạm cho sinh trưởng tối ưu của lúa vụ Xuân năm 2006 và 2007 107 Hình 3.13. Diễn biến hàm lượng đạm trong cây qua các thời kỳ sinh trưởng của lúa vụ Xuân năm 2005 và 2006 108 Hình 3.14. Diễn biến màu sắc lá lúa vụ Xuân năm 2005 và 2006 119 1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Lúa là một loại cây lương thực quan trọng trên thế giới, đặc biệt ở các nước châu Á. Theo Gislum và cs., (2005)[81]; Sheehy và cs., (2004)[136] thì năng suất lúa của châu Á hiện nay trung bình là 5,3 tấn/ha, bằng 60% tiềm năng năng suất lý thuyết cĩ thể đạt được trong điều kiện khí hậu của châu lục. Do vậy, việc ứng dụng kỹ thuật tiến bộ trong sản xuất như: cải tạo giống đi đơi với chế độ dinh dưỡng hợp lý, đặc biệt là dinh dưỡng đạm gĩp phần quan trọng nâng cao năng suất lúa vì đạm luơn là yếu tố hạn chế năng suất hàng đầu trên tất cả các loại đất. Ảnh hưởng của đạm đến sinh trưởng và năng suất lúa đã được khẳng định qua các kết quả nghiên cứu ở nhiều vùng sinh thái (Dobermann và cs., 2002[77]; Kim, 2004[98]; Nguyen, 2005[114]; Peng và cs., 2005[123]), kể cả trên những loại đất được coi là giàu mùn và đạm như đất dốc tụ (Nguyễn Thế Đặng và cs., 1994)[12]. Người ta thường khuyến cáo là bĩn đạm làm nhiều lần: bĩn lĩt để cung cấp đạm cho quá trình bén rễ, hồi xanh; bĩn thúc đẻ sẽ tăng số nhánh, số bơng; bĩn thúc địng làm tăng số hạt/bơng và ở giai đoạn trỗ để tăng khối lượng 1000 hạt (Nguyễn Như Hà, 2006[16]; De Data, 1981)[71]. Nhiều nghiên cứu khẳng định, bĩn đạm ở các giai đoạn sinh trưởng cho hiệu quả khác nhau. Bĩn đạm trước trỗ 15 ngày cĩ hệ số sử dụng đạm cao nhất là 55%, 49% ở giai đoạn làm địng, 34% ở giai đoạn đẻ nhánh và 7% ở giai đoạn trước khi cấy (De Data, 1981)[71]. Kim (2004)[98] đã nghiên cứu lượng đạm hấp thu của giống lúa mới Hwaseongbyeo ở Hàn Quốc trong 2 năm 2001 – 2002. Kết quả là, hệ số sử dụng đạm ở giai đoạn làm địng đạt 66,3 – 69,6% lượng đạm cây hút so với tổng lượng đạm bĩn, cao hơn rõ ràng so với hệ số sử dụng đạm ở thời kỳ bĩn lĩt và thúc đẻ (34%). Thực tế nhiều nước như Việt Nam khuyến cáo bĩn đạm làm nhiều lần với liều lượng và thời gian định sẵn, trong đĩ lượng đạm bĩn lĩt là 40 – 60%, thúc đẻ 20 - 50% và thúc địng 10 - 30% (Nguyễn Thị Thoa và cs., 2003[40]; Phạm Hữu Tơn, 2004[41]; Đinh Thế 2 Vu và cs., 2005[46]). Bangladesh khuyến cáo bĩn 60 – 70% N vào thời cấy và đẻ nhánh (Murshedul Alam và cs., 2005)[112]… Việc bĩn đạm khơng theo nhu cầu dinh dưỡng của cây dẫn đến hiệu quả sử dụng đạm thấp. Hệ số sử dụng đạm ở ruộng lúa châu Á chỉ khoảng từ 20 – 40% (Schnier và cs., 1990)[133]. Nhiều nhà khoa học cho rằng, nhu cầu về đạm của lúa biến đổi rất lớn do sự khác nhau về khả năng cung cấp đạm của đất. Vì vậy bĩn đạm theo số lượng và số lần định sẵn theo quy trình khuyến cáo khơng tránh khỏi khi thừa, khi thiếu đạm (Cassman và cs., 1996[58]; Dobermann và cs., 2003[78]; Nguyen, 2005[114]). Để tăng hiệu quả sử dụng đạm thì liều lượng và thời gian bĩn đạm cần được xác định dựa vào tình trạng dinh dưỡng đạm của lúa, vì hàm lượng đạm trong lá liên quan chặt với khả năng quang hợp và khối lượng chất khơ của lúa (Dobermann và cs., 2003)[78]. Sự sinh trưởng, tình trạng dinh dưỡng đạm trong cây lúa cĩ thể sử dụng để dự đốn năng suất và hàm lượng protein trong hạt đồng thời xác định lượng đạm cần bĩn ở giai đoạn làm địng (Dobermann và cs., 2002[77]; Gislum và cs., 2005[81]; Kim, 2004[98]; Nguyen, 2005[114]; Peng và cs., 2005[123]). Thái Nguyên là một tỉnh miền núi Đơng Bắc Việt Nam cĩ diện tích đất trồng lúa là 70.800 ha. Trong những năm qua người dân đã khơng ngừng cố gắng ứng dụng các kỹ thuật mới như: giống, phân bĩn, phịng trừ dịnh hại…nên năng suất lúa tăng từ 38,7 tạ/ha (năm 2000) lên 46,3 tạ/ha (năm 2007) (Sở Nơng nghiệp và Phát triển Nơng thơn Thái Nguyên)[33]. Tuy nhiên chế độ bĩn phân cho lúa cịn nhiều vấn đề phải nghiên cứu. Kết quả điều tra ở 3 huyện Đồng Hỷ, Phú Lương và Phổ Yên cho thấy: Cĩ 90% số hộ bĩn phân thúc đẻ muộn; 91% số hộ bĩn phân thúc địng sớm hơn từ 5 – 15 ngày so với quy trình kỹ thuật hiện hành; 15,3% số hộ khơng bĩn lĩt phân đạm; 38,9% số hộ khơng bĩn đạm thúc đẻ; 65,6% số hộ khơng bĩn đạm thúc địng. Mặt khác việc áp dụng quy trình bĩn phân duy nhất của Trung tâm Khuyến nơng với một liều lượng đạm cố định cho tồn bộ diện tích trồng lúa của tỉnh cũng là một trong những nguyên nhân dẫn đến hiệu quả sử dụng phân bĩn thấp. 3 Để nâng cao năng suất lúa và hiệu quả sử dụng đạm gĩp phần giảm thiểu ơ nhiễm mơi trường chúng tơi thực hiện đề tài: “Nghiên bĩn đạm vào thời kỳ làm địng cho lúa vụ Xuân tại Thái Nguyên”. 2. Mục tiêu nghiên cứu 1- Nghiên cứu xây dựng phương pháp bĩn đạm vào thời kỳ làm địng trên cơ sở đánh giá tình trạng dinh dưỡng đạm của lúa thơng qua chỉ số diệp lục, màu sắc lá và đường giới hạn đạm cho sinh trưởng tối ưu nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng đạm, hiệu quả kinh tế trong sản xuất lúa vụ Xuân tại Thái Nguyên. 2- Phổ triển phương pháp bĩn đạm vào thời kỳ làm địng theo chỉ số diệp lục, màu sắc lá trên diện rộng thơng qua việc đánh giá hiệu quả trên đồng ruộng nơng dân và xây dựng mơ hình sản xuất lúa áp dụng phương pháp bĩn đạm mới. 3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 3.1. Ý nghĩa khoa học của đề tài 1- Xác định lượng đạm thích hợp bĩn đĩn địng cho lúa vụ Xuân tại Thái Nguyên trên cơ sở đánh giá tình trạng dinh dưỡng đạm của lúa thơng qua máy đo chỉ số diệp lục và thang so màu lá. 2- Xác định đường giới hạn đạm cho sinh trưởng tối ưu của lúa vụ Xuân ở Thái Nguyên là căn cứ khoa học để đánh giá tình trạng dinh dưỡng đạm của lúa. 3- Xác định và bổ sung tư liệu khoa học để xây dựng quy trình bĩn phân theo tình trạng dinh dưỡng của lúa vụ Xuân ở tỉnh Thái Nguyên nĩi riêng và các tỉnh Miền núi phía Bắc nĩi chung, đồng thời là tài liệu để các nhà nghiên cứu, sinh viên ngành nơng nghiệp truy cứu và tham khảo. 3.2. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài Giúp cho người nơng dân cĩ phương pháp bĩn đạm mới gĩp phần thực hiện tốt Chương trình “Ba giảm ba tăng” đang được triển khai ở tất cả các vùng trồng lúa của tỉnh Thái Nguyên. 4 4. Điểm mới của Đề tài Luận án - Đề tài luận án đã xác định được hệ số và hiệu suất sử dụng đạm cho lúa vụ Xuân ở từng giai đoạn sinh trưởng, trong đĩ bĩn đạm vào thời kỳ phân hố địng cho hiệu quả sử dụng đạm cao nhất. - Đã xác định được đường giới hạn đạm cho sinh trưởng tối ưu trong các giai đoạn sinh trưởng của lúa vụ Xuân. - Đã xây dựng quy trình kỹ thuật bĩn đạm cho lúa vụ Xuân tại Thái Nguyên dựa trên CSDL và màu sắc lá. 5 Chương 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1. CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI Trong số các nguyên tố đa lượng thiết yếu thì đạm được xem là nguyên tố quan trọng nhất cho quá trình sinh trưởng thân lá, nở hoa và hình thành hạt lúa (Mengel và cs., 1987)[109]. Thời kỳ bĩn cĩ ý nghĩa lớn trong việc nâng cao hiệu lực của phân đạm và tăng năng suất (Nguyễn Văn Bộ và cs., 1995)[2]. Nghiên cứu của Patnaik và cs., (1967)[119] cho kết quả: Cĩ 18% nguyên tử đánh dấu N15 được hấp thu khi bĩn ở giai đoạn đẻ nhánh tối đa, 45% khi bĩn ở giai đoạn giữa làm địng. Nghiên cứu của Hung, (2006)[91] thực hiện năm 2003 và 2004 trên 4 giống lúa ở Hàn Quốc cho kết quả: Thời kỳ đẻ nhánh cĩ hệ số sử dụng đạm rất thấp, chỉ đạt từ 24,4% (cơng thức bĩn 72 N) đến 33,1% (cơng thức bĩn 36 N), hiệu suất sử dụng đạm chỉ đạt 11,1 - 13,1 kg thĩc/kg N, thấp hơn cả bĩn đạm trước khi cấy (hệ số sử dụng đạm là 41,5%; hiệu suất sử dụng đạm là 23,3 kg thĩc/kg N). Bĩn đạm vào thời kỳ làm địng cĩ hệ số sử dụng đạm cao nhất là 65,8% (cơng thức bĩn 72 N) đến 76,1% (cơng thức bĩn 36 N), hiệu suất sử dụng đạm là 21,9 – 32,5 kg thĩc/kg N. Mặc dù hệ số sử dụng đạm của lúa ở thời kỳ đẻ nhánh thấp nhưng cĩ vai trị quan trọng làm tăng khả năng đẻ nhánh và hình thành bơng nên được khuyến cáo bĩn nhiều vào giai đoạn đầu (Nguyễn Văn Bộ và cs., 1995[2]; Nguyễn Văn Hoan, 2006[19]; Nguyễn Thị Thoa (2003)[40]; Phạm Hữu Tơn, 2004[40]; Đinh Thế Vu và cs., 2005[46]). Mặt khác hầu hết đạm được khuyến cáo bĩn theo quy trình với liều lượng và thời gian định trước cho một hay nhiều vùng rộng lớn trong khi khả năng cung cấp đạm của đất khác nhau dẫn đến nơi thừa, nơi thiếu đạm (Cassman và cs., 1996[58]; Dobermann và cs., 1996[76]; Mohanty và cs., 2004[110]). Việc bĩn đạm khơng theo nhu cầu dinh dưỡng của lúa là một trong những nguyên nhân dẫn đến hiệu quả sử dụng đạm thấp. 6 Sự sinh trưởng và tình trạng dinh dưỡng đạm ở giai đoạn làm địng ảnh hưởng đến yếu tố cấu thành năng suất, năng suất lúa, hàm lượng protein trong gạo (Cui và cs., 2002[67]; Ntanos và cs., 2002[118]) nên cĩ thể sử dụng chúng để tính lượng đạm bĩn ở giai đoạn làm địng, trong số đĩ khối lượng chất khơ, hàm lượng đạm trong cây và lượng đạm hấp thu thường được sử dụng nhiều hơn (Dobermann và cs., 2002[78]; Gislum và cs., 2005[81]; Kim, 2004[98]; Nguyen, 2005[114]; Peng và cs., 2005[123]). Tuy nhiên những chỉ tiêu này phải làm trong phịng thí nghiệm và mất nhiều thời gian. Nhiều nghiên cứu về quản lý dinh dưỡng đạm cho kết quả: Sự khác nhau về chỉ số diện tích lá, khối lượng chất khơ, hàm lượng diệp lục và hàm lượng đạm trong lá đều làm cho phản xạ của tán lá khác nhau (Hinzman và cs., 1986)[89]. Máy đo chỉ số diệp lục (SPAD-502, Minolta, Ramsey, NJ) nhằm xác định tương quan giữa số lượng diệp lục trong lá với sự hấp thu tia sáng đỏ (λ = 650 nm được hấp thu nhiều nhất) và ánh sáng hồng ngoại (λ = 950 nm được hấp thu ít nhất). Nhiều tác giả đã sử dụng máy đo chỉ số diệp lục (SPAD) để xác định hàm lượng diệp lục trong lá lúa (Peng và cs., 1993)[120] vì các chỉ số máy đo tương quan với hàm lượng diệp lục/đơn vị diện tích lá. Khi hàm lượng diệp lục tương quan chặt với hàm lượng đạm thì cĩ thể dùng chỉ số diệp lục (CSDL) để tính tốn lượng đạm bĩn cho lúa (Chubachi và cs., 1986[64]; Turner và cs., 1991[145]). Khơng giống như SPAD (đo khả năng hấp thu ánh sáng), thang so màu lá (LCC) đo màu xanh của lá và dự tính hàm lượng đạm bằng so sánh sự phản xạ ánh sáng từ bề mặt lá với bề mặt của LCC (Balasubramanian và cs.,1999)[50]. LCC cĩ giá rẻ, đơn giản và dễ sử dụng vì thơng qua sự tương quan giữa màu lá và hàm lượng diệp lục là chỉ tiêu để đánh giá tình trạng dinh dưỡng đạm của lúa (Shukla và cs., 2004[141]; Yang và cs., 2003[155]). Sử dụng SPAD và LCC cĩ thể đánh giá được tình trạng dinh dưỡng đạm của cây trồng nhanh, cĩ hiệu quả cao cho lúa (Trần Thị Ngọc Huân và cs., 2002[20]; Balasubramanian và cs., 1999[50]; Hussain và cs., 2000[92]). Sự tương quan giữa 7 CSDL và màu lá với hàm lượng đạm trong cây khác nhau giữa các giống (Yamamoto và cs., 2002)[151], thời vụ trồng (Bullock và cs., 1998[54]; Dwyer và cs., 1995[79]), giai đoạn sinh trưởng (Chapman và cs., 1997)[61], điều kiện trồng trọt (Simorte và cs., 2001)[137] và kiểu gen (Peng và cs., 1993)[120]. Vì vậy sự tương quan phải xác định trong những điều kiện cụ thể… Tuy nhiên chưa cĩ nghiên cứu nào được thực hiện trên lúa ở Thái Nguyên. 1.2. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VỀ BĨN PHÂN CHO LƯA TRÊN THẾ GIỚI 1.2.1. Tổng quan nghiên cứu về bĩn phân đa lƣợng cho lúa Ở những ruộng lúa năng suất cao, lượng chất dinh dưỡng cây trồng lấy đi nhiều, vì vậy cần phải bổ sung các nguyên tố đa lượng và vi lượng. Lúa yêu cầu một lượng dinh dưỡng khá cao, để đạt được 1 tấn thĩc cần từ 15 – 24 kg N; 2 – 11 kg P2O5 và 16 – 50 kg K2O (Cassman và cs., 1997[59]; Yoshida, 1981[157]). Điều đĩ cho thấy muốn tái sản xuất lúa cần bĩn lượng phân khơng những bù đắp phần dinh dưỡng do con người lấy mà cịn bù đắp lượng dinh dưỡng bị mất qua quá trình thẩm lậu tự nhiên như rửa trơi, xĩi mịn. Sự ra đời của các giống lúa mới, giống lúa cao sản, đặc biệt là các giống lúa lai cĩ tiềm năng năng suất cao địi hỏi nhu cầu dinh dưỡng rất cao, gấp 3 lần các giống lúa cũ (De Datta, 1986)[72]. Những giống lúa cĩ năng suất đạt 5 tấn/ha và lượng rơm rạ tương đương lấy đi 110 kg N, 45 kg P2O5, 130 kg K2O, 14 kg Ca, 12 kg Mg, 5 kg S, 1 kg Fe, 2 kg Mn, 0,2 kg Zn, 0,15 kg Cu, 0,15 kg Bo, 250 kg Si và 25 kg Cl từ đất (Pillai, 1996)[126]. Bĩn phân khơng cân đối là nguyên nhân chính dẫn đến khơng phát huy hết tiềm năng năng suất của các giống lúa. Nhu cầu dinh dưỡng của lúa khơng chỉ phụ thuộc vào giống mà cịn phụ thuộc vào các giai đoạn sinh trưởng. Giai đoạn mạ cần nhiều lân và kali, đặc biệt là mạ Xuân. Giai đoạn đẻ nhánh, lúa cần nhiều đạm, lân và kali. Phân tích hàm lượng đạm và lân trong cây cho thấy: Khi hàm lượng đạm > 3% khối lượng chất khơ thì lúa đẻ nhánh mạnh; < 2,5% lúa khơng đẻ nhánh; < 1,6% thì các nhánh nhỏ bắt đầu 8 chết lụi. Hàm lượng lân trong lá > 0,25% thì lúa đẻ nhánh và < 0,25% thì lúa khơng đẻ nhánh (Matsushima,1995)[107]. Giai đoạn lúa làm địng là giai đoạn tạo nên các yếu tố cấu thành năng suất như số bơng/khĩm, số hạt chắc/bơng và khối lượng 1000 hạt vì vậy lúa cần đầy đủ 3 nguyên tố đa lượng NPK. Giai đoạn lúa trỗ, hạt lớn nhanh, các chất hữu cơ mà cây quang hợp và tích lũy trước thời kỳ trỗ bơng đều được chuyển về hạt (De Datta, 1981)[71]. Do nhu cầu dinh dưỡng của lúa khác nhau qua các giai đoạn sinh trưởng nên cần cĩ chế độ dinh dưỡng phù hợp yêu cầu dinh dưỡng của các giai đoạn đĩ. Lúa cĩ 2 thời kỳ khủng hoảng dinh dưỡng là thời kỳ đẻ nhánh và làm địng. Lúa hút dinh dưỡng mạnh nhất vào thời kỳ làm địng đến trỗ, cịn thời kỳ đầu lúa hấp thu dinh dưỡng rất kém (Hung, 2006 [91]; Kim, 2004[98]; Yanagisawa và cs., 1967[153]). Nghiên cứu của Viện Hàn lâm Khoa học Nơng nghiệp Hồ Nam Trung Quốc chỉ rõ, nếu áp dụng bĩn phân theo kiểu truyền thống là nặng đầu nhẹ cuối thì khĩ đạt được năng suất tối đa. Kết luận này rút ra từ kết quả nghiên cứu của Zheng Shengxian và cs., (1992)[159]: Trong giai đoạn đầu cây lúa chỉ sử dụng 16,8% N, 12,9 % P, 12% K, giai đoạn giữa (từ phân hĩa địng đến trỗ) nhu cầu dinh dưỡng lại tăng rất nhanh: 75,9% N; 81,9% P; 78,8% K so với tổng lượng hút. Trên cơ sở đĩ các nhà khoa học Trung Quốc, Hàn Quốc đã đề xuất phương pháp bĩn nhiều vào thời kỳ phân hĩa địng. Thời kỳ bĩn phân đạt hiệu quả cao cịn phụ thuộc vào bản chất của phân bĩn… Đạm và kali được khuyến cáo là bĩn làm nhiều lần vào các giai đoạn trước khi cấy, đẻ nhánh và làm địng. Bĩn lân tốt nhất ở thời kỳ trước khi cấy vì lân là nguyên tố ít di động trong đất nên bị thiếu sớm hơn các nguyên tố khác. Robert H. Wells, (2007)[131] nghiên cứu thí nghiệm với 3 mức lân 99,8; 69,6 và 39,1 kg P2O5/ha, bĩn làm 4 lần: trước nảy mầm, 5 – 10 ngày sau nảy mầm, giữa thời kỳ sinh trưởng và trước khi trỗ ở bang Arkansas Mỹ cho thấy: Năng suất tăng rõ ràng khi được bĩn lân và đạt cao nhất là bĩn 69,6 kg P2O5 (năng suất tăng từ 24 – 41%). Bĩn lân trước và sau nảy mầm 5 - 10 ngày tốt hơn bĩn giữa thời gian sinh trưởng. 9 1.2.2. Tổng quan nghiên cứu về liều lƣợng, thời gian và hiệu quả sử dụng đạm của lúa 1.2.2.1. Nhu cầu về đạm của lúa Trong số các nguyên tố đa lượng thiết yếu thì đạm được xem là nguyên tố quan trọng nhất cho quá trình sinh trưởng và hình thành năng suất lúa, đạm luơn là yếu tố hạn chế năng suất hàng đầu trên tất cả các loại đất (De Data, 1981)[71]. Lúa cần đạm trong suốt quá trình sinh trưởng sinh dưỡng để tích lũy chất khơ và đẻ nhánh, điều này xác định số lượng bơng. Đạm gĩp phần tạo nên số hạt trong giai đoạn phân hĩa địng, tăng kích thước hạt bằng giảm số lượng hoa thối hĩa và tăng kích thước vỏ trấu trong suốt giai đoạn làm địng. Đạm gĩp phần tích lũy hydratcacbon trong thân lá ở giai đoạn trước trỗ và trong hạt ở giai đoạn vào chắc vì chúng phụ thuộc vào tiềm năng quang hợp (Mae, 1997)[106]. Nghiên cứu của Yang và cs., (2000)[154] đã xác định tỷ lệ hạt chắc tương quan thuận với hàm lượng cytokinin trong hạt và rễ. Khả năng quang hợp của lá ảnh hưởng đến năng suất thơng qua 2 con đường. Một là tăng sức chứa cĩ thể cho phép chuyển nhiều sản phẩm quang hợp ở lá cây vào hạt (Winder và cs., 1998)[149]. Hai là hormon điều chỉnh khả năng tổng hợp và vận chuyển chất hữu cơ. Đạm tác động đến cả sức chứa và lượng cytokinin trong cây vì vậy ảnh hưởng lớn đến số hạt chắc của lúa (Horton, 2000[90]; Richards, 2000[130]). Quang hợp của lúa trong giai đoạn vào chắc chiếm khoảng 60 -100% hàm lượng hydratcacbon trong hạt (Yoshida, 1981)[157], phần cịn lại là do từ bộ phận khác chuyển đến (Watanabe và cs., 1997[148]; Yoshida, 1981[157]). Để đạt được năng suất hạt cao nhất thì hoạt động trao đổi chất trong hạt phải trùng với giai đoạn lá lúa cĩ hoạt động quang hợp mạnh nhất. Thực tế năng suất lúa cao ở những giống mà lá cĩ thể duy trì hoạt động quang hợp đến tận giai đoạn vào chắc (Murchie và cs., 1999)[111]. Bĩn đạm làm tăng diện tích lá, bề rộng của tán lá, duy trì hoạt động quang hợp của cây vì vậy ảnh hưởng quyết định đến năng suất lúa (Mae và cs., 1981[105]; Mae, 1997[106]) 10 1.2.2.2. Nghiên cứu về liều lượng đạm bĩn cho lúa Nhiều thí nghiệm về hiệu lực, liều lượng sử dụng đạm trong mối quan hệ với các yếu tố khác đã được tiến hành. Ladha và cs., (2003)[101] so sánh năng suất lúa và yêu cầu dinh dưỡng đạm qua các năm cho biết: Thời kỳ trước Cách mạng xanh năng suất lúa rất thấp chỉ đạt 3 tấn/ha và lượng đạm cần bĩn là 60 kg N/ha. Trong những năm đầu cuộc Cách mạng xanh, năng suất hạt đạt gần 8 tấn/ha thì lượng đạm cần bĩn là 160 kg N/ha. Giai đoạn thứ 2 của Cách mạng xanh năng suất mong đợi là 12 tấn/ha và lượng đạm cần bĩn khá cao là 240 kg N/ha. Ở vùng ơn đới như Yanco - Australia và Yunnan - Trung Quốc, năng suất lúa cĩ thể đạt 13 – 15 tấn/ha và yêu cầu lượng đạm hút là 250 kg N/ha (Ying và cs., 1998)[156]. Trong ruộng lúa nhiệt đới, để đạt năng suất hạt 9 – 10 tấn/ha, lúa cần hút được 180 – 200 kg N (Cassman và cs., 1993[57]; Peng và cs., 1996[121]). Muốn lúa hấp thu được 200 – 250 kg N/ha cần bĩn 150 – 200 kg N/ha vì lúa cịn hút được đạm từ đất (Ying và cs., 1998)[156]. Liều lượng đạm bĩn cịn phụ thuộc vào giống. Giống lai yêu cầu lượng đạm cao hơn giống thuần (Yoshida, 1983[158]). 1.2.2.3. Nghiên cứu về thời gian bĩn đạm cho lúa Norman và cs., (1992)[116] khẳng định nếu đạm được hấp thu với lượng thích hợp trong suốt quá trình sinh trưởng thì lúa cho năng suất cao. Trong điều kiện khí hậu châu Á, khi tăng lượng đạm bĩn và bĩn vào thời điểm thích hợp thì năng suất cĩ thể đạt trên 10 tấn/ha nếu cây khơng bị đổ hoặc bị sâu bệnh phá hoại. Muốn tăng năng suất cần duy trì hàm lượng đạm trong lá cao qua giai đoạn lúa vào chắc. Khi bĩn đạm khơng đúng yêu cầu của cây thì lượng đạm bị mất càng nhiều hơn do hiệu quả sử dụng đạm thấp (Aggarwal và cs., 1997)[48]. Thời kỳ bĩn đạm phụ thuộc vào đặc điểm của giống, mùa vụ, thành phần cơ giới đất và trình độ thâm canh. Các giống lúa trồng ở những thập kỷ 70 và 80 là những giống cao cây, nhiều lá nên khả năng chống đổ kém và che bĩng lẫn nhau nếu bĩn quá nhiều đạm khi cấy (Guindo và cs., 1994)[87]. Loại hình thấp cây chịu 11 được sự che bĩng lẫn nhau nên cần bĩn nhiều đạm ở thời kỳ đầu. Hơn nữa loại hình thấp cây cĩ khả năng chuyển đạm từ tế bào thân lá lên bơng trong suốt giai đoạn vào chắc, vì chúng phản ứng mạnh với việc bĩn đạm ở giai đoạn cấy và cần nhiều đạm trong suốt giai đoạn sinh trưởng sinh dưỡng đến khi hình thành năng suất (Norman và cs., 1997) [117]. Thường cĩ 2 cách bĩn đạm, thứ nhất là chia làm 2 lần (lần 1 vào khi cấy và và lần thứ 2 vào khoảng 25 – 30 ngày sau cấy); hai là chia làm 3 lần, lần 3 được bĩn vào thời kỳ làm địng. Ở một số nước trồng lúa vùng nhiệt đới thường khuyến cáo bĩn vào lần bừa cuối cùng trước khi cấy với 50 – 67% tổng lượng đạm, lượng cịn lại bĩn trước khi lúa làm địng 5 – 7 ngày (Cassman và cs., 1998)[60]. Nghiên cứu của Hung, (2006)[91]; Kim, (2004)[98];Zheng Shengxian và cs., (1992)[159] thì khuyến cáo bĩn nhiều đạm vào giai đoạn lúa làm địng vì thời kỳ đầu lúa hút đạm kém. Ở Viện Nghiên cứu Lúa Quốc tế thường bĩn 115 kg N/ha và chia làm 3 lần, để đạt được năng suất cao hơn thì lượng đạm cần bĩn là 145 kgN/ha và chia làm 4 lần (Kroff và cs., 1994)[99]. Ở Bangladesh lượng đạm khuyến cáo là 80 kg N/ha, chia làm 3 lần bĩn vào thời gian 15, 30 và 50 ngày sau cấy (Murshedul Alam và cs., 2005)[112]. Những nghiên cứu trên cho thấy, cịn nhiều quan điểm về thời gian bĩn đạm cho lúa. Khuyến cáo trước đây và nhiều nước hiện nay, đạm thường được bĩn làm nhiều lần, tập trung vào thời kỳ trước khi cấy và đẻ nhánh. Thời gian gần đây nghiên cứu của một số nhà khoa học ở Trung Quốc và Hàn Quốc đã khuyến cáo bĩn nhiều đạm vào giai đoạn làm địng vì nhu cầu về đạm và hiệu quả sử dụng đạm cao hơn. Tuy nhiên thời gian bĩn đạm thích hợp cho lúa cần được xác định cho từng giống lúa và trong từng điều kiện cụ thể. 1.2.2.4. Nghiên cứu về hiệu quả sử dụng đạm của lúa Ảnh hưởng của đạm đối với lúa thường bị tác động bởi hệ số sử dụng đạm (tỷ lệ giữa lượng đạm cây hút với lượng đạm bĩn) và hiệu suất sử dụng đạm (kg 12 thĩc tăng/kg N cây hút hoặc kg thĩc tăng/kg N bĩn). Lượng đạm hấp thu, hiệu suất sử dụng đạm phụ thuộc vào khả năng cho năng suất lúa và điều kiện mơi trường (Cassman và cs., 1996)[58]. Khi quản lý dinh dưỡng đạm tốt, bĩn đạm với số lượng và thời gian thích hợp thì hiệu suất sử dụng đạm cĩ thể đạt 50 kg thĩc/kg N tích lũy trong cây (De Datta, 1986)[72], hệ số sử dụng đạm cĩ thể đạt 50 – 70% (Peng và cs., 1998)[122]. Hệ số sử dụng đạm ở ruộng lúa châu Á rất thấp khoảng từ 20 – 40% (De Datta và cs.,1988[73]; Schnier và cs., 1990[133]) vì hầu hết đạm bĩn dưới dạng urea thường bị mất qua sự bay hơi NH3. Đất cĩ độ thẩm thấu cao, ngay cả trong điều kiện yếm khí hay hảo khí ở ruộng nước thì bĩn đạm cũng nhanh chĩng chuyển thành NO3 -. Đây cũng là con đường mất đạm do quá trình nitrat, phản nitrat hoặc cả 2 (Singh và cs., 2001)[139]. Bĩn lượng đạm cao, đặc biệt ở mật độ trồng trọt lớn cĩ thể làm cây đổ, tăng sâu bệnh và giảm lợi nhuận của nơng dân. Quản lý dinh dưỡng đạm tốt làm tăng năng suất, lợi nhuận và giảm thiểu ơ nhiễm mơi trường (Buresh và cs., 2004[55]; Dawe và cs., 2004[70]). 1.2.3. Những yếu tố ảnh hƣởng và biện pháp nâng cao hiệu quả sử dụng đạm của lúa 1.2.3.1. Ảnh hưởng của điều kiện đất đai Động thái đạm ở trong đất trồng lúa Trong đất trồng lúa luơn xảy ra hai quá trình trái ngược nhau đĩ là sự tái tạo chất hữu cơ từ các muối vơ cơ đơn giản thành các cơ thể sinh vật và quá trình khống hĩa chất hữu cơ cĩ đạm. Sự khống hĩa chất hữu cơ được tiến hành theo những con đường sau: Quá trình nitrat hĩa: Trong đất ngập nước, quá trình nitrat cĩ thể xảy ra khi nồng độ oxy trong nước từ 6 – 8 ppm, nồng độ oxy giảm xuống dưới 0,5 ppm hạn chế hồn tồn quá trình nitrat hĩa. Quá trình nitrat xuất hiện trong dải pH rất rộng từ 3,8 đến > 9 (thích hợp nhất là 8,5) nên sự hạn chế quá trình nitrat trên đồng ruộng rất khĩ thực hiện (Rauschlolb và cs, 1994)[128]. 13 Quá trình phản nitrat hĩa: Đây là một trong những cơ chế mất đạm chủ yếu vào sinh quyển. Quá trình phản nitrat thường xảy ra ở tầng đất mặt từ 0 – 3,8 cm và giảm mạnh ở tầng 15 – 30 cm. Đất ngập nước cĩ nồng độ oxy thấp là điều kiện thuận lợi cho quá trình phản nitrat hĩa (Rauschlolb và cs, 1994)[128]. Sự bốc hơi đạm: Trong đất trồng lúa nước quá trình bốc hơi NH3 xảy ra mạnh. Bĩn amon kết hợp với tưới nước cho đất khơ cĩ khoảng 30% lượng đạm bị mất, nhưng khi bĩn vào đất ẩm thì tỉ lệ này cĩ thể lên đến 80% (Choi, 2001)[63]. Yếu tố quyết định sự bốc hơi NH3 là trị số pH, nghiên cứu của Dawe và cs, (2004)[70] chứng minh rằng: Khi pH đất bằng 5 cĩ khoảng 8% đạm bị mất sau 10 ngày bĩn urea trên bề mặt đất, pH bằng 7,5 thì cĩ thể mất đến 50% lượng đạm bĩn trong cùng thời gian. Tuy nhiên, khi tính đệm của đất yếu thì pH cĩ thể thay đổi nên quá trình bốc hơi NH3 xảy ra trong cả điều kiện pH thấp. Trung bình cĩ khoảng 29% NH3 bị bốc hơi trong 2 tuần sau khi bĩn urea vào đất cát cĩ pH = 5,8. Rửa trơi đạm: Sự rửa trơi NO3 - xuống dưới vùng rễ lúa là quá trình vật lý khơng thể tránh khỏi trong ruộng nước. Dù bĩn đạm dạng khống hoặc phân hữu cơ thì NO3 - vẫn bị mất xuống mực nước ngầm, tuy nhiên khi bĩn đạm khống lượng thì NO3 - bị thẩm thấu xuống dưới vùng rễ lớn hơn, đặc biệt là bĩn đạm quá mức yêu cầu cho năng suất tối đa lúa (Rauschlolb và cs, 1994)[128]. Mất đạm do xĩi mịn: Sự mất đạm do xĩi mịn chiếm tỷ lệ thấp nhất trong các con đường mất đạm ở hệ thống ruộng nước, thường do mưa tràn kéo theo lượng đạm hịa tan trong nước. Sự mất đạm phụ thuộc vào cây trồng, lượng đạm bĩn và loại đạm…, dao động khoảng 0 – 5% lượng đạm bĩn bị mất trên bề mặt (Rauschlolb và cs, 1994)[128]. Đặc điểm đất ở ruộng lúa nước Nghiên cứu về đất ở nhiều vùng cho thấy, tính chất đất biến động rất lớn, (Beckett và cs., 1971[51]; Cox và cs, 2003[66]). Một số chỉ tiêu ít biến động như hàm lượng mùn, kết cấu đất, dung trọng, dung tích trao đổi cation (CEC) cũng bị 14 thay đổi qua các cánh đồng (biến động khơng gian), giữa các mùa vụ và qua các trong năm (biến động về thời gian) (Cassman và cs., 1996[58]; Mohanty và cs., 2004[110]; Yanai và cs, 2000[152]). Nghiên cứu trên ruộng lúa gieo thẳng ở Nga chỉ rõ, biến động về tính chất đất được chia làm 2 nhĩm: Một là những yếu tố tương đối ổn định (pH, kết cấu đất, hàm lượng chất hữu cơ) cĩ hệ số biến động từ 10 – 16%; nhĩm thứ 2 chịu tác động mạnh bởi chế độ quản lý cĩ hệ số biến động từ 29 – 122% (Dobermann, 1994)[75]. Tính chất đất biến động dẫn đến biến động khơng gian về hàm lượng dinh dưỡng của đất thậm chí ngay trong một cánh đồng nhỏ (Dobermann, 1994[75]; Dobermann và cs., 1996[76]), một thửa ruộng (Inamura và cs., 2004)[93]. Ví vụ trên 2 cánh đồng trồng lúa ở California cĩ hệ số biến động về hàm lượng đạm trong đất từ 2 – 36% (Pettygrove và cs., 1990)[125]. Dobermann (1994)[75] khẳng định: Tình trạng dinh dưỡng của đất phản ánh và tác động mạnh đến năng suất hạt cũng như năng suất chất khơ của lúa. Casanova và cs (2002)[56] cho rằng 54% biến động năng suất lúa ở Tây Ban Nha chịu ảnh hưởng bởi biến động của các chỉ tiêu như CEC, pH, hàm lượng đạm tổng số, tỷ lệ sét/cát. Nghiên cứu của Nguyen, (2005)[114] thực hiện trên 2 thửa đất trồng lúa ở Hàn Quốc với diện tích 6.600 m2 trong 2 năm 2002 – 2003 kết luận rằng: Trong tính chất đất, đạm là yếu tố quan trọng nhất gây ra biến động về năng suất lúa, tiếp theo là hàm lượng OM, Si dễ tiêu, hàm lượng kali tổng số và CEC. Sử dụng phương pháp phân tích tương quan đa biến Stepwse đã xác định được hàm lượng đạm trong đất tác động đến 76% biến động về năng suất lúa. Các nghiên cứu trên cho thấy khả năng mất đạm trên ruộng lúa nước là rất lớn. Trong mọi vùng sinh thái, mọi điều kiện đất đai, khí hậu… đạm đều cĩ thể bị bay hơi, xĩi mịn, rửa trơi… địi hỏi phải cĩ biện pháp quản lý đạm tốt để tránh sự mất đạm. Sự sinh trưởng và tình trạng dinh dưỡng của cây tương quan chặt với hàm lượng dinh dưỡng đất. Trong điều kiện đất đai cĩ biến động lớn như hiện này thì việc bĩn phân theo quy trình kỹ thuật với liều lượng và thời gian định trước tỏ 15 ra khơng phù hợp. Vì vậy để nâng cao hiệu quả sử dụng đạm, gĩp phần giảm thiểu ơ nhiễm mơi trường cầm cĩ nghiên cứu mới về bĩn đạm cho lúa. 1.2.3.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ, lượng mưa và mùa vụ Trong các yếu khí hậu thì nhiệt độ ảnh hưởng lớn đến khả năng hấp thu đạm của lúa. Sự hấp thu và dự trữ đạm trong cây giảm rõ ràng khi nhiệt độ xuống dưới 13 0C, nhiệt độ tăng lên 100C thì khả năng hịa tan chất khống và hấp thu khống của cây trồng tăng lên 2 lần (Rauschkolb và cs, 1994)[128]. Sự hấp thu đạm nitrat và amon đều giảm khi nhiệt độ thấp, trong đĩ sự hấp thu đạm nitrat bị giảm mạnh hơn. Trong điều kiện nhiệt độ từ 13 – 180C, nhiệt độ khơng khí thấp hơn nhiệt độ đất thì sự hấp thu đạm amon tốt hơn nitrat (Dobermann và cs, 2003)[78]. Sự chuyển hĩa đạm trong đất bị tác động mạnh của nhiệt độ. Khi bĩn cùng lượng đạm, cĩ từ 4 – 9 kg amon/ha/ngày được nitrat hĩa ở 70C; từ 25 – 30 kg amon/ha/ngày khi nhiệt độ tăng lên 240C (Rauschlolb và cs, 1994)[128]. Quá trình phản nitrat diễn ra mạnh khi cĩ điều kiện nhiệt độ thích hợp. Ở nhiệt độ 40C cĩ khoảng 25 ppm NO3 - bị giảm trong 30 ngày, khi nhiệt độ tăng lên 12 – 200C thì lượng NO3 - bị giảm là 95 ppm (Dawe và cs, 2004)[70]. Sự bốc hơi amon tỷ lệ thuận với nhiệt độ, tuy nhiên khi bĩn với lượng đạm thấp thì tác động của nhiệt độ giảm. Rauschlolb và cs, (1994)[128] chứng minh rằng: Lượng amon bị mất khi bĩn urea trên bề mặt tăng khoảng 2,5% ở nhiệt độ 200C, 30% nhiệt nhiệt độ cao hơn 45 0C. Nhiệt độ tác động đến cả số lượng và cường độ bốc hơi amon nếu bĩn amonsulphat hoặc đạm cĩ gốc phosphat, tuy nhiên bĩn đạm amonnitrat thì khơng chịu tác động của nhiệt độ. Lƣợng mƣa: Lượng mưa khơng chỉ cung cấp nước cho cây trồng mà cịn duy trì nước trong mực nước ngầm để cung cấp nước cho ruộng lúa. Mưa làm nước chảy tràn trên bề mặt hoặc thấm sâu xuống dưới dẫn đến tăng khả năng mất đạm, đặc biệt sự rửa trơi đạm nitrat. Cường độ mưa lớn cĩ sự gia tăng nồng độ nitrat cả ở trên bề mặt và mực nước ngầm. Khi ẩm độ đất tăng do mưa làm tăng mất đạm do phản nitrat hĩa (Rauschlolb và cs, 1994)[128]. 16 Ở vùng nhiệt đới, nhiệt độ và lượng mưa biến động mạnh nên lượng đạm hấp thu của cây trồng giữa các vụ khác nhau, trong cả trường hợp cây trồng được cung cấp từ đất và phân bĩn với một lượng đạm khá lớn (Greenwood và cs., 1986)[82]. Nghiên cứu của Sheehy và cs., (2004)[136] cho kết quả, trong mùa mưa cĩ khoảng 60% lượng đạm được cây trồng hấp thu trước giai đoạn làm địng (40 ngày sau cấy), nhưng ở cùng giai đoạn chỉ cĩ 32% lượng đạm được hấp thu ở mùa khơ. Điều đĩ cĩ thể do mùa mưa cĩ nhiệt độ cao hơn mùa khơ làm cho lúa hút được nhiều đạm hơn. 1.2.3.3. Ảnh hưởng của liều lượng, thời gian và các dạng đạm bĩn cho lúa Nghiên cứu của Krupnik và cs., (2004)[100] cho kết quả, nguyên nhân chính dẫn đến hiệu quả sử dụng đạm ở ruộng nước thấp là do việc bĩn đạm làm nhiều lần và quá mức so với yêu cầu của cây trồng. Mặt khác hầu hết lượng đạm bĩn cho lúa được xác định dựa trên kết quả của các thí nghiệm với một số liều lượng đạm định trước để chọn ra lượng đạm bĩn thích hợp nhất, trong khi hiện nay các nhà khoa học chứng minh rằng xác định liều lượng đạm tối ưu cần được đánh giá dựa trên tình trạng dinh dưỡng đạm của lúa vì hàm lượng đạm trong cây, đặc biệt ở giai đoạn làm địng ảnh hưởng quyết định đến năng suất (Cassman và cs., 1996[58]; Dobermann và cs., 2003[78]). Cây lúa cĩ hai thời kỳ khủng hoảng đạm là thời kỳ đẻ nhánh và làm địng (Hung, 2006[91]; Kim, 2004 [98]). Khuyến cáo trước đây và nhiều nước hiện nay là đạm cần được bĩn nhiều vào giai đoạn đầu (Murshedul Alam và cs., 2005)[112]. Tuy nhiên hầu hết lượng đạm bĩn trước khi cây mọc bị mất do cây khơng sử dụng, vì vậy bĩn nhiều đạm vào giai đoạn đầu cũng là nguyên nhân dẫn đến hiệu quả sử dụng đạm thấp (Meelu và cs., 1980)[108]. Kim, (2004)[98]; Peng và cs., (1998)[122] khuyến cáo, bĩn đạm vào thời kỳ làm địng cho hiệu quả cao nhất, tiếp theo là thời kỳ bĩn lĩt, bĩn thúc đẻ cĩ hiệu quả sử dụng đạm thấp nhất. Peng và cs., (1998)[122] chứng minh rằng, bĩn urea trong giai đoạn làm địng cĩ thể cho hệ số sử dụng đạm là 78%. 17 Bĩn đạm amon làm tăng năng suất rõ ràng nhưng nếu dùng để bĩn trên bề mặt đất thích hợp cho sự bay hơi NH3 (Buresh và cs, 2004)[55]. Các nhà khoa học Nhật Bản đã dùng amon và nitrat bĩn cho giống lúa Koshihikari thấy rằng sự phát triển về số lượng, chiều dài và khối lượng khơ của rễ phụ ở những cây được bĩn đạm amon mạnh hơn đạm nitrat. Tuy nhiên, đạm nitrat làm cho rễ chính dài hơn đáng kể. Phát hiện này cho thấy bĩn đạm amon làm rễ lúa sinh trưởng tốt hơn bĩn đạm nitrat vì tổng chiều dài của hệ thống rễ phụ thuộc chủ yếu vào rễ phụ (Takafumi Noma và cs, 2005)[144]. Ảnh hưởng của phân đạm đến sự phát triển của rễ đã gợi ý cho những thay đổi về lựa chọn loại phân đạm bĩn cho lúa. 1.2.3.4. Nghiên cứu về giống lúa và hiệu quả sử dụng đạm Nghiên cứu của Norman và cs., (1992)[116] chứng minh rằng: Hiệu quả sử dụng đạm khơng chỉ phụ thuộc vào điều kiện đất đai, mùa vụ mà cịn phụ thuộc vào giống... Giống Indica sử dụng đạm cĩ hiệu quả hơn giống Japonica. Thí nghiệm nghiên cứu 5 giống lúa, trong đĩ 2 giống thuộc lồi Indica, 3 giống thuộc lồi Japonica cho kết quả: Sự tích lũy chất khơ của các giống dao động từ 8,5 – 39,3%, hệ số sử dụng đạm dao động từ 44,7 – 66,7%. Hệ số sử dụng đạm và chất khơ của giống thấp cây, chín muộn cao hơn giống cao cây, chín sớm hoặc chín trung bình. Thường thì giai đoạn hoa nở nếu giống nào tích lũy được nhiều đạm và chất khơ thì chúng sẽ di chuyển vào hạt nhiều hơn vì vậy năng suất cũng cao hơn (Ntanos, và cs., 2002)[118]. 1.2.3.5. Nghiên cứu về biện pháp nâng cao hiệu quả sử dụng đạm của lúa Kết quả của nhiều nghiên cứu cho thấy, bĩn phân urea cho lúa cĩ xu hướng mất dưới dạng khí rất cao, đặc biệt là khí NH3. Bĩn urea phối hợp với một số loại phân khác nhau cĩ thể làm giảm quá trình này. Ví vụ lượng NH3 bị bốc hơi cĩ thể giảm đến 40 – 50% khi chộn urea với 30% NH4NO3, hoặc bĩn CaCO3 vào đất làm tăng pH, hạn chế bốc hơi NH3 (Inamura và cs, 2004)[93]. Rauschkolb và cs, (1994)[128] cho rằng: Chộn NH4PO4 với NH4F, (NH4)2SO4 hoặc (NH4)2CO3 làm 18 giảm cường độ bốc hơi NH3. Vị trí bĩn cũng ảnh hưởng đến sự bốc hơi NH3, bĩn amon trên bề mặt thì sự bốc hơi NH3 là rất lớn, bĩn sâu hạn chế quá trình này. Trong điều kiện tính chất đất cĩ sự biến động lớn, đặc biệt là hàm lượng dinh dưỡng, nếu bĩn lượng phân đồng nhất cho tồn bộ cánh đồng hoặc một vùng rộng lớn như hiện nay cĩ thể dẫn đến nơi thừa, nơi thiếu dinh dưỡng. Bĩn phân quá mức cần thiết, nhất là phân đạm dẫn đến hiệu quả sử dụng phân bĩn thấp, gây ơ nhiễm mơi trường (Hung, 2006[91]; Nguyen, 2005[114]). Khắc phục tình trạng đĩ Doberman và cs., (2002)[77] đề xuất phương pháp quản lý dinh dưỡng theo từng địa điểm cụ thể trong cánh đồng (SSNM) cĩ khả năng điều chỉnh tốt biến động về năng suất lúa. Để xác định lượng đạm cần bĩn theo phương pháp SSNM điều quan trọng là phải biết rõ sự phụ thuộc của năng suất vào lượng phân bĩn, biến động khơng gian về tính chất đất, tình trạng sinh trưởng trước khi bĩn phân cũng như các yếu tố khác (Delin và cs., 2002)[74]. Xác định liều lượng phân bĩn ở phương pháp SSNM dựa trên kết quả phân tích hàm lượng dinh dưỡng trong cây được sử dụng nhiều trong việc quản lý dinh dưỡng nhằm tăng năng suất và hiệu quả sử dụng phân bĩn (Wollenhaupt và cs., 1994)[150]. Nhiều nghiên cứu trên cây lúa đã kết luận, bĩn phân theo SSNM làm tăng năng suất, giảm lượng phân bĩn và giảm thiểu ơ nhiễm mơi trường (Cassman và cs., 1996[58]; Dobermann và cs., 1994[75]). Như vậy, đạm là một trong những nguyên tố dinh dưỡng ảnh hưởng hàng đầu đến năng suất lúa. Tuy nhiên hiệu quả sử dụng đạm ở ruộng lúa nước rất thấp. Cĩ nhiều yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả sử dụng đạm như điều kiện đất đai, nhiệt độ, liều lượng phân bĩn khơng phù hợp với yêu cầu sinh lý của lúa, phương pháp bĩn đạm làm nhiều lần với liều lượng và thời gian định trước được khuyến cáo cho nhiều vùng rộng lớn trong khi hàm lượng dinh dưỡng trong đất khơng đồng đều và nhu cầu về đạm của các giống lúa khác nhau. Để nâng cao hiệu quả sử dụng đạm thì liều lượng và thời gian bĩn cần được xác định dựa vào tình trạng dinh dưỡng đạm của lúa như nhiều nghiên cứu đã khẳng định. 19 1.2.4. Tổng quan nghiên cứu về bĩn đạm theo tình trạng dinh dƣỡng của lúa 1.2.4.1. Nghiên cứu về tình trạng dinh dưỡng đạm của cây trồng Lượng đạm mà cây trồng hấp thu là nhân tố chính tác động đến sinh trưởng, phát triển của cây vì khả năng quang hợp phụ thuộc chặt vào hàm lượng đạm trong lá. Đặc điểm sinh lý dựa trên mối quan hệ giữa quang hợp và hàm lượng đạm trong lá đã được nghiên cứu ở nhiều nơi (Lawlor, 2002)[102]. Kết quả chỉ rõ, quang hợp của lá cây khi bão hịa ánh sáng tăng theo đường thẳng, thường là đường tiệm cận với hàm lượng đạm trong cây (Grindlay, 1997)[86]. Sự phân bố đạm giữa các lá lúa là khơng đồng nhất. Những lá trên cĩ diện tích rộng nên cĩ hàm lượng đạm cao hơn. Bĩn càng nhiều đạm thì khoảng cách về hàm lượng đạm giữa tầng trên và tầng dưới lá càng tăng (Grindlay, 1997)[86]. Sự phân bố đạm khơng đồng nhất giữa các lá làm tăng hàm lượng cacbon cây hấp thu từ 20 – 40% so với giả thuyết là sự phân bố đạm đồng nhất (Warren và cs., 2001)[147]. Tương quan giữa lượng đạm bĩn, hàm lượng đạm trong lá, diện tích lá và khả năng quang hợp của tán lá giúp chúng ta giải thích một cách cĩ hệ thống tác động của việc cung cấp đạm đến hiệu quả sử dụng ánh sáng của cây trồng (Be´langer và cs., 1997)[52]. Trong rất nhiều trường hợp hàm lượng đạm trong cây (y) tương quan với khối lượng chất khơ (Dw) qua phương trình y=a.Dwb (Greenwood và cs., 1990[83]; Lemaire và cs., 1997[104]). Từ đĩ các nhà khoa học đưa ra khái niệm về hàm lượng đạm giới hạn (Nc) chính là lượng đạm tối thiểu mà cây cần để đạt được sinh trưởng tối ưu (Dw cao nhất) ở từng giai đoạn sinh trưởng, phát triển (Greenwood và cs., 1991)[84]. Việc tính Nc cho phép xác định tình trạng dinh dưỡng đạm tối thích hoặc gần tối thích của cây. Sự khác nhau giữa hàm lượng đạm thực cĩ trong cây và Nc khi cĩ cùng Dw chỉ ra độ thiếu đạm hoặc thừa đạm của cây trồng (Lemaire và cs., 1997)[104]. Hàm lượng đạm giới hạn cho sinh trưởng tối ưu cĩ thể xác định trong bất kỳ thời gian sinh trưởng nào của cây (Greenwood và cs., 1990[83]; Ulrich, 20 1952)[146]. Đường Nc cho phép sử dụng đạm tối thích cho thân lá sinh trưởng, hạn chế tối đa sự mất đạm đồng thời xác định nhu cầu và hiệu quả sử dụng đạm của cây (Greenwood, 2001)[85]. Đường Nc phân biệt được 3 trạng thái: Dưới đường Nc là thiếu đạm, trên đường Nc là thừa đạm, khi hàm lượng đạm trong cây xung quanh giá trị Nc thì hiệu quả sử dụng ánh sáng mặt trời của cây là tốt nhất nên cĩ lượng chất khơ cao nhất (Lemaire và cs., 1997)[104]. Greenwood và cs., (1990)[83] cho rằng cĩ 2 đường giới hạn khác nhau cho cây C3 (Nc = 5,7.Dw -0.5 ) và cây C4 (4,1. Dw -0.5). Sự tương quan đĩ cho thấy khả năng tích lũy chất khơ của cây C4 cao hơn cây C3 khoảng 25% khi cùng hấp thu một lượng đạm (Le Bot và cs., 1998)[103]. Đường giới hạn đạm để cây đạt sinh trưởng tối đa của loại hình C4 thấp hơn loại hình C3 cĩ thể do lượng protein hình thành trong quang hợp thấp hơn (Greenwood, 1991)[84]. Nhận định trên cho thấy, một là: Lượng đạm hấp thu của cây trồng khơng chỉ bị điều chỉnh bởi khả năng cung cấp của đất mà cịn bởi sự sinh trưởng của cây. Điều này rất quan trọng vì lượng đạm hấp thu của cây trồng thường được xem xét trong mối tương quan với khả năng cung cấp của đất, hoặc là sự sinh trưởng của cây, ít khi được xem xét cả hai nhân tố đĩ đồng thời. Hai là, lượng đạm hấp thu/đơn vị Dw giảm khi Dw của cây tăng, điều đĩ cho thấy sự phụ thuộc giữa lượng đạm hấp thu và sự sinh trưởng cĩ thể rất phức tạp (Gastal và cs., 2002)[80]. Vì vậy cần tiếp tục nghiên cứu trên những giống cây trồng, trong các điều kiện sinh thái, đất đai khác nhau. Kết quả nghiên cứu đường giới hạn đạm cho khối lượng chất khơ tối đa của lúa được Sheehy và cs., (1998)[135] thực hiện ở hai vùng sinh thái: Vùng ơn đới (Trung Quốc, Australia) và vùng nhiệt đới (Phillippine) chỉ rõ: Đường giới hạn đạm của lúa phụ thuộc vào điều kiện khí hậu và khác nhau giữa các giống. Nghiên cứu Sheehy và cs., (1998)[135] trên giống lúa IR72 chứng minh rằng: Khối lượng chất khơ của thân lá tương quan thuận rất chặt với khối lượng bơng được mơ tả theo phương trình y = 0,45x + 1,13 (R2=0,94), khối lượng hạt bằng 91% khối 21 lượng bơng. Mặc dù hệ số kinh tế cĩ thể giảm nhẹ khi khối lượng chất khơ của cây tăng nhưng trong điều kiện lúa khơng bị đổ và bị sâu bệnh phá hoại thì đường giới hạn đạm cho khối lượng chất khơ tối đa cũng cho năng suất tối đa trong cùng điều kiện trồng trọt (Hay, 1995)[88]. Vì vậy xác định đường giới hạn đạm cho sinh trưởng khối lượng chất khơ tối đa cĩ ý nghĩa rất quan trọng trong nâng cao hiệu quả sử dụng đạm của lúa, giảm thiểu ơ nhiễm mơi trường. 1.2.4.2. Nghiên cứu về phương pháp bĩn đạm dựa trên cơ sở đánh giá tình trạng dinh dưỡng đạm của lúa Hiện tại người dân thường bĩn đạm theo liều lượng và số lần định sẵn cho những giai đoạn sinh trưởng quan trọng và thừa nhận đĩ là lượng đạm mà cây lúa cần. Thực tế, nhu cầu về đạm của lúa biến đổi lớn vì cĩ sự khác nhau về khả năng cung cấp đạm của đất trong các cánh đồng, giữa các vụ và qua các năm. Để tăng hiệu quả sử dụng đạm thì liều lượng và thời gian bĩn đạm cần được xác định dựa vào tình trạng dinh dưỡng đạm của lúa, vì hàm lượng đạm trong lá liên quan chặt với khả năng quang hợp và khối lượng chất khơ mà lúa tích lũy được (Dobermann và cs., 2003)[78]. Muốn xác định hàm lượng đạm trong cây cần tiến hành lấy mẫu, sấy khơ, cân khối lượng, nghiền mẫu và phân tích bằng phương pháp Kjeldahl (Jones và cs., 1991)[96] hoặc bằng phương pháp oxi hĩa tự động (Jimenez và cs., 1993)[95]. Tất cả các cách đĩ tiến hành ở trong phịng thí nghiệm, tốn nhiều hĩa chất và nguy hiểm. Mặt khác cịn hạn chế việc xác định thời gian bĩn đạm tối thích cho lúa vì khoảng thời gian giữa lấy mẫu và thu được kết quả quá dài. Cĩ nhiều phương pháp xác định đạm khơng cần cơng phá mẫu như kỹ thuật đo phản xạ tán lá được kết luận là nhanh, chính xác (Nguyen và cs., 2004)[115] nhưng nơng dân khĩ áp dụng vì giá máy cao và yêu cầu kỹ thuật phức tạp. Peng và cs., (1996)[121] chỉ ra rằng sử dụng SPAD cĩ thể xác định lượng đạm cần bĩn trong suốt quá trình sinh trưởng của một giống. Trên đồng ruộng của nơng dân quản lý đạm theo CSDL làm tăng năng suất, và hiệu quả sử dụng đạm. 22 Trong nghiên cứu lúa ở châu Á, Peng và cs., (1993)[120] đã xác định CSDL giới hạn để người nơng dân cĩ thể áp dụng trên đồng ruộng là 35 (tương đương với hàm lượng đạm là 1,4 g/m2 lá) đối với giống IR72 cấy ở IRRI vào mùa khơ, điều này cĩ nghĩa là cần bĩn 30 kg N/ha khi CSDL nhỏ hơn 35. Tuy nhiên giá trị giới hạn ở mùa mưa là 32 vì mây che phủ suốt giai đoạn cây sinh trưởng (Balasubramanian và cs., 1999)[50]. IRRI, (1995)[94] khuyến cáo: Các nhà khoa học nghiên cứu về lúa cần xác định CSDL giới hạn cho từng vùng, từng giống lúa và từng mùa vụ. Peng và cs., (1996)[121] thiết kế ba thí nghiệm ở Viện nghiên cứu Lúa Quốc tế và một thí nghiệm ở Viện Nghiên cứu Lúa Philippine trên giống IR72. Kết quả cho thấy, thời gian từ 15 ngày sau khi cấy đến giữa thời kỳ làm địng nếu CSDL ở lá thứ nhất nhỏ hơn 35 thì cần bĩn đạm. Lượng đạm được xác định bằng phương trình tương quan giữa lượng đạm tích lũy trong thân lá với mỗi chỉ số máy đo. Năng suất hạt khi bĩn theo CSDL đạt khoảng 93 - 100% năng suất tối đa so với cơng thức bĩn đạm theo khuyến cáo (bĩn theo thời gian và lượng đạm định trước) nhưng tổng lượng đạm sử dụng thấp hơn, hệ số sử dụng đạm cao hơn. Những nghiên cứu ở Nam Ấn Độ đã xác định khi giá trị CSDL nhỏ hơn 37 thì bĩn đạm cho lúa thu được năng suất và hiệu quả sử dụng đạm cao nhất. Thí nghiệm ở Tây bắc Ấn Độ cho kết quả là bĩn 30 kg N/ha vào giai đoạn phân hĩa địng khi CSDL nhỏ hơn 37,5 thì tổng lượng đạm cần bĩn theo phương pháp này là 90 kg N/ha cho năng suất lúa tương đương với bĩn 120 kg N/ha nếu bĩn đạm theo quy trình với liều lượng và thời gian định trước. Như vậy bĩn đạm theo CSDL tiết kiệm được 30 kg N/ha. Nghiên cứu cũng chỉ rõ cần thiết phải xác định chỉ số diệp lục giới hạn ở các điều kiện sinh thái khác nhau (Sing và cs., 2002)[140]. Hung (2006)[91] nghiên cứu trên 5 giống lúa trong năm 2003 và 2004 ở Trung tâm Thực hành, Trường Đại học Quốc gia Seoul, Hàn Quốc. Kết quả cho thấy, sử dụng khối lượng tươi, CSDL và lượng đạm bĩn vào thời kỳ làm địng cĩ thể xác định trước năng suất và hàm lượng protein trong hạt với độ chính xác 85% 23 và 87%. Khi bĩn đạm theo CSDL, hàm lượng protein của giống Hwaseongbyeo thực tế đạt được là 6,74% trong khi tính tốn theo phương trình tương quan là 6,8%. Trung bình, bĩn đạm theo năng suất chất xanh và CSDL thì hàm lượng protein cĩ hệ số biến động là 2,5% so với 4,6% ở cơng thức bĩn truyền thống đồng thời năng suất hạt tăng. Sử dụng SPAD để xác định hàm lượng đạm trong lá cho kết quả nhanh và cĩ thể sử dụng để tính lượng đạm cần bĩn cho lúa (Peng và cs., 1993)[120]. Tuy nhiên cĩ 2 yếu tố hạn chế khi sử dụng CSDL để xác định hàm lượng đạm trong cây. Một là, trong cùng cánh đồng cần phải tính lượng đạm bĩn chính xác cho mỗi thửa ruộng nên mất nhiều thời gian. Hai là CSDL được đo từ những lá đơn độc của một cây riêng lẻ, thường thì rất nhiều lá ở một số cây được lấy mẫu để đo và tính giá trị trung bình. Khi so sánh tương phản cho thấy, lấy mẫu ở cả quần thể để đo phản xạ tán cho kết quả chính xác hơn là ở từng cá nhân riêng lẻ, tuy nhiên việc lấy mẫu của cả quần thể là rất khĩ khăn và phụ thuộc nhiều vào chủ quan của người thực hiện (Scott và cs., 2003)[134]. Mặc dù sử dụng SPAD cho phép tìm ra hàm lượng đạm trong cây mà khơng cần phân tích trong phịng thí nghiệm, nhưng yêu cầu cĩ 30 hoặc nhiều hơn nữa số lần đo từ những cây đại diện trong mỗi ơ thí nghiệm nên tốn nhiều thời gian nếu đánh giá trên những thửa ruộng rộng lớn (Peterson và cs., 1993)[124]. Blackmer và cs., (1995)[53] khuyến cáo rằng để chứng minh sự tương quan giữa CSDL với hàm lượng đạm trong thân lá ở mỗi điểm đại diện trên cánh đồng, nơi đạm khơng phải là yếu tố hạn chế thì mỗi khu vực đại điện đĩ cần phải khống chế sự khác nhau giữa các giống, giai đoạn sinh trưởng và điều kiện mơi trường. Giá mua SPAD cịn khá đắt cũng là một hạn chế đối với nơng dân nghèo. Một biện pháp khác đơn giản, nhanh và cũng khơng cần cơng phá mẫu lá để đánh giá tình trạng dinh dưỡng đạm trong cây là dùng thang so màu lá (LCC). Cĩ nhiều loại thang khác nhau để xác định màu xanh của lá lúa. Thường sử dụng nhiều nhất là LCC của Viện Nghiên cứu Lúa Quốc tế (IRRI) cĩ 4 hoặc 6 thang màu chuẩn đánh 24 số từ 2 đến 5 hoặc từ 1 đến 6; LCC của Trường Đại học Nơng nghiệp Zhejiang Trung quốc (ZAU) cĩ 8 thang màu chuẩn đánh số 3; 4; 5; 5,5; 6, 6,5; 7; 8 và LCC của trường Đại học California, Mỹ (UCD) cĩ 8 thang màu chuẩn đánh số từ 1 đến 8. Cả 3 loại LCC đều cho giá trị tương quan chặt với CSDL nên cĩ thể thay thế cho CSDL để dự đốn tình trạng đạm của cây trồng (Yang và cs., 2003)[155]. Tương quan trực tiếp giữa màu lá với hàm lượng đạm trong cây và CSDL qua các giai đoạn sinh trưởng cho thấy chắc chắn cĩ một giá trị cĩ thể được sử dụng như một màu giới hạn để xác định thời gian bĩn đạm cho từng giống. Nghiên cứu của Peng và cs., (1996)[121] xác định chỉ số diệp lục giới hạn 35 (tương đương với màu sắc lá là 3,2 đối với LCC của IRRI, LCC của ZAU là 4,8 và LCC của UCD là 5,2) là thích hợp để bĩn đạm cho giống lúa mới indica. Đối với giống lúa mới của IRRI thì màu lá giới hạn tương đương với thang màu 3. Singh và cs., (2002)[140] thì cho rằng màu lá giới hạn tương ứng với thang màu 4. Điều đĩ cho thấy màu lá giới hạn khác nhau phụ thuộc vào giống, điều kiện đất đai, kỹ thuật trồng trọt… Hai thí nghiệm được thiết kế ở Philippine với các mức đạm bĩn cho một số giống lúa trồng ở 2 vụ, vụ mùa mưa và vụ mùa khơ. Giá trị CSDL, màu lá và khối lượng riêng của lá được xác định ở 3 giai đoạn: đẻ nhánh, làm địng và địng già. Hàm lượng đạm xác định bằng phương pháp phân tích kjeldahl để tính NDw (hàm lượng đạm tính trên đơn vị Dw) và Na (hàm lượng đạm tính trên đơn vị diện tích lá). Kết quả cho thấy màu lá cĩ tương quan rất chặt với CSDL (hệ số R2 = 0,62 - 0,98) và NDw (hệ số R 2 = 0,25 – 0,97) nếu phân tích riêng từng giai đoạn nhưng khi phối hợp màu sắc lá và NDw của cả 3 giai đoạn thì tương quan giữa các chỉ tiêu này khơng chặt (hệ số R2 là 0,46 - 0,62). Sử dụng tỷ số màu sắc lá/khối lượng riêng của lá làm tăng độ chính xác khi tính tương quan giữa màu sắc lá với hàm lượng đạm trong lá và CSDL chung cho cả 3 giai đoạn, hệ số R2 = 0,84 – 0,92 (Yang và cs., 2003)[155]. Điều đĩ cho thấy độ dầy của lá tác động đến giá trị màu sắc lá, sử dụng LCC để tính Na tốt hơn NDw. 25 Kết quả nghiên cứu năm 2002 – 2003 ở Modipuram – Ấn Độ cho thấy, màu lá của giống lúa Basmati-370’ nhạt hơn hoặc bằng thang màu 3, giống Saket-4’ là 4 và giống lai Hybrid 6111/PHB-71’ là 5 thì bĩn đạm sẽ nhận được năng suất và hiệu quả sử dụng đạm cao hơn cơng thức bĩn đạm theo quy trình. Cả màu lá và CSDL đều tương quan rất chặt với lượng đạm trong cây lúa, R2 = 0,84 – 0,91. Sử dụng màu lá và CSDL để tính tốn lượng đạm cần bĩn cho lúa tiết kiệm 19 – 31% lượng đạm bĩn mà khơng làm giảm năng suất (Arvind và cs., 2004)[49]. Thí nghiệm trên đồng ruộng của nơng dân qua 3 vụ mùa khơ và 3 vụ mùa mưa ở Tây nam Bangladesh cho thấy: Khi nước khơng phải là yếu tố hạn chế thì sử dụng LCC để quản lý dinh dưỡng đạm làm tăng năng suất hạt trung bình từ 0,1 – 0,7 tấn/ha, lợi nhuận tăng từ 41 – 65 USD/ha/vụ phụ thuộc vào giống, vùng sinh thái, điều kiện chăm sĩc... Nghiên cứu cũng xác định, giống lúa lai cần bĩn 25 – 30 kg N/ha khi màu lá thứ nhất xanh nhạt hơn thang màu 3,5 trong giai đoạn từ đẻ nhánh đến giữa thời kỳ làm địng (Murshedul Alam, 2005)[112] Sử dụng CSDL và màu lá tuy đánh giá được nhanh tình trạng dinh dưỡng đạm của lúa nhưng cịn hạn chế là: Tương quan giữa CSDL, màu lá với hàm lượng đạm của lá biến động phụ thuộc vào giai đoạn sinh trưởng và độ dầy của lá. Vì CSDL khơng đo trực tiếp hàm lượng diệp lục trong lá mà dựa trên số lượng ánh sáng đỏ bị hấp thu (bước sĩng gần bằng 650 nm). Lá dầy cĩ khối lượng riêng lớn hơn do đĩ trên cùng đơn vị diện tích lá thì hàm lượng diệp lục cao nên cĩ thể hấp thu nhiều ánh sáng hơn lá mỏng. Phương pháp so màu lá dựa trên cơ sở màu của ánh sáng phản xạ bởi LCC và bề mặt lá, do đĩ lá dầy thường cĩ màu xanh đậm hơn lá mỏng khi cả 2 lá cĩ cùng hàm lượng diệp lục. Peng và cs., (1993)[120] cho rằng CSDL, màu lá cần được điều chỉnh theo khối lượng riêng của lá (tỷ lệ giữa CSDL, màu sắc lá/khối lượng riêng) làm tăng khả năng dự đốn tình trạng đạm của lá. Tuy nhiên việc xác định khối lượng riêng của lá là khĩ khăn lớn với người dân. Để khắc phục hạn chế về độ dầy của lá khi sử dụng SPAD và LCC, Nguyen Thi Lan và cs., (2004)[113] cho rằng, cần lựa chọn lá để đo CSDL. Kết quả nghiên 26 cứu trên 2 giống lúa Hwasungbyeo và Daeanbyeo ở Hàn Quốc với 3 mức đạm bĩn vào thời kỳ làm địng (0, 36 và 72 kg N/ha) và 2 mức đạm bĩn vào thời kỳ đẻ nhánh (0, 36 kg N/ha) cho thấy, dùng tỷ lệ giá trị CSDL giữa các lá (lá thứ nhất, thứ 2 và thứ 3 tính từ trên xuống) tốt hơn là sử dụng giá trị CSDL riêng của từng lá, trong đĩ CSDL của lá thứ 2 chịu ảnh hưởng mạnh của lượng đạm bĩn cho lúa hơn CSDL của các lá khác. Như vậy nhiều cơng trình nghiên cứu đã kết luận: Bĩn đạm theo tình trạng dinh dưỡng của cây cĩ vai trị quan trọng nâng cao năng suất lúa, hiệu quả sử dụng đạm, giảm thiểu ơ nhiễm mơi trường. Cĩ nhiều dụng cụ xác định nhanh tình trạng dinh dưỡng đạm của lúa và tính tốn lượng đạm cần bĩn như máy đo phản xạ tán, SPAD, LCC… trong đĩ SPAD và LCC được ứng dụng rộng hơn. Hiện nay nhiều nước đã xác định CSDL, màu lá giới hạn và lượng đạm cần bĩn ứng với từng chỉ số máy đo (hoặc thang màu chuẩn). Tuy nhiên tương quan giữa CSDL, màu lá với hàm lượng đạm trong cây phụ thuộc vào nhiều yếu tố như kiểu gen, điều kiện gieo trồng… Vì vậy chúng cần được nghiên cứu trong từng điều kiện cụ thể. 1.3. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VỀ BĨN PHÂN CHO LƯA Ở VIỆT NAM 1.3.1. Tổng quan nghiên cứu về bĩn phân đa lƣợng cho lúa 1.3.1.1. Nghiên cứu về liều lượng phân bĩn cho lúa Liều lượng N, P, K là một trong những nhân tố ảnh hưởng quyết định đến năng suất lúa và hiệu quả sử dụng phân bĩn. Trên đất phù sa mới cĩ nhiễm mặn (Salic Fluvisol) do mạch nước ngầm ở tỉnh Nam Định cĩ dung tích trao đổi cation (CEC) khá, hàm lượng hữu cơ (OM), N, P, K tổng số trung bình cân đối, lượng phân bĩn thích hợp và kinh tế nhất là: 120 kg N + 90 kg P2O5 + 30 – 60 kg K2O/ha (vụ Chiêm); 100 kg N + 60 – 70 kg P2O5 + 30 – 60 kg K2O/ha (vụ Mùa). Đất chiêm trũng chua đến rất chua (Gleyic Fluvisol), hàm lượng OM, N, P, K tổng số khá và giàu, CEC cao nhưng chất lượng kém (nhiều Al+++, H+, H2S), lượng bĩn thích hợp và kinh tế nhất là: 80 – 100 kg N + 90 kg P2O5 + 60 kg K2O/ha cho cả 2 27 vụ. Đất phù sa cổ ít chua (Dystric Fluvisol), các chất dinh dưỡng tổng số nghèo nhưng cân đối, CEC thấp thì lượng bĩn thích hợp và kinh tế nhất là 100 kg N - 90 P2O5 – 60 kg K2O /ha cho cả 2 vụ (Vũ Thị Ca, 2000)[5]. Kết quả điều tra trực tiếp 100 hộ tại Nơng trường sơng Hậu năm 2002, sau đĩ xử lý thống kê xác định được: Trên đất phù sa sơng Hậu lượng phân 118 kg N, 77 kg P2O5, 86 kg K2O/ha là tối ưu để bĩn cho lúa Vụ hè thu, năng suất lúa cao nhất là 45,19 tạ/ha. Bĩn 120 kg N, 84 kg P2O5 và 63 kg K2O/ha cho vụ Đơng xuân cho năng suất cao nhất là 58,13 tạ/ha (Phạm Thành Tâm, 2003)[38]. Đối với đất nhiễm phèn nặng lượng phân khuyến cáo trong vụ Đơng xuân dao động từ 70 - 80 kg N + 60 - 80 kg P2O5 + 30 - 50 kg K2O/ha; vụ Hè thu là 60 - 70 kg N + 70 - 90 kg P2O5 + 30 - 40 kg K2O. Trên đất nhiễm phèn trung bình hay nhiễm phèn nhẹ, cơng thức khuyến cáo ở vụ Đơng xuân là 80 - 90 kg N + 30 - 50 kg P2O5 + 30 - 40 kg K2O; vụ Hè thu là 60 - 70 kg N + 40 - 50 kg P2O5 + 30 - 40 kg K2O (Cục Trồng trọt, 2007)[9]. Các giống lúa yêu cầu lượng phân bĩn khác nhau, thường thì lúa lai yêu cầu dinh dưỡng cao hơn lúa thuần. Để đạt được 7,5 tấn thĩc giống lai cao sản cần bĩn 150 kg N + 70 kg P2O5 + 120 kg K2O/ha; lúa thuần bĩn từ 80 – 100 kg N + 50 – 70 kg P2O5 + 60 – 80 kg K2O/ha (Nguyễn Văn Hoan, 2006)[19]. Nguyễn Như Hà, (2006)[15] khuyến cáo lượng phân bĩn cho giống lúa chịu hạn CH5 là 90 kg N + 90 kg P2O5 + 90 kg K2O/ha, nếu cấy mật độ 45 khĩm/m 2, cịn khi cấy mật độ 55 khĩm/m 2 thì lượng đạm cĩ thể bĩn tăng lên 120 kg N/ha. Thực tế năng suất lúa ở Việt Nam chưa cao vì phần lớn nơng dân bĩn phân khơng cân đối. Phân đạm được chú trọng nhiều hơn, tiếp theo là lân, kali được sử dụng rất ít mặc dù Bùi Đình Dinh (1995)[10] cho rằng cần thiết phải bĩn kali cho lúa trên tất cả các loại đất. Bĩn kali giúp lúa đẻ nhánh tập trung và cho năng suất cao hơn (Lê Vĩnh Thảo, 2002)[37]. Võ Minh Kha, (1996)[22] nghiên cứu trên đất phù sa sơng Hồng nhận thấy: Khi năng suất lúa dưới 2,5 tấn/ha thì hiệu lực của kali khơng rõ, năng suất từ 2,5 – 4,5 tấn/ha hiệu lực của kali thể hiện rõ hơn, năng suất 28 lớn hơn 4,5 tấn/ha thì nhất thiết phải bĩn kali. Liều lượng nơng dân bĩn phân cho lúa trên một số loại đất ở miền Bắc Việt Nam thể hiện qua bảng 1.1. Bảng 1.1. Liều lƣợng phân bĩn đƣợc nơng dân sử dụng cho lúa trên một số loại đất ở miền Bắc Việt Nam Loại đất Liều lƣợng bĩn (kg/ha) N P2O5 K2O Đất phù sa sơng Hồng 100-120 30-40 2 Đất bạc màu Phú Thọ 79-90 20-25 11 Đất nhiễm phèn Hải Phịng 80-100 60-80 0 Đất cát ven biển 79-90 25-30 14 (Nguồn: Nguyễn Văn Bộ và cs., 2003)[4] Kết quả điều tra 173 hộ năm 2000 ở Mộc Hĩa, Long An cho thấy: Nơng dân khơng những ít sử dụng kali, mà cịn lượng phân bĩn giữa các hộ biến động rất lớn từ: 78 – 273 kg N; 43 – 159 kg P2O5; 9 – 76 K2O/ha. Điều tra 60 hộ ở Đồng Tháp Mười cũng cho kết quả: Lượng phân bĩn nơng dân sử dụng cho vụ Hè thu trên đất phù sa là: 87 - 229 kg N; 46 - 254 kg P2O5; 0 - 120 kg K2O/ha, đất nhiễm phèn trung bình là: 62 - 170 kg N; 17 - 96 kg P2O5; 0 - 61 kg K2O/ha. Đối với vụ Đơng xuân lượng phân bĩn sử dụng trên đất phù sa là: 76 - 178 kg N; 43 - 185 kg P2O5; 0 - 79 kg K2O/ha, đất nhiễm phèn trung bình là: 61 - 136 kg N; 24 - 93 kg P2O5; 0 - 80 kg K2O (Mai Thành Phụng và cs., 2005)[31]. Như vậy cĩ nhiều cơng trình nghiên cứu đã xác định lượng phân bĩn cho nhiều loại đất ở nhiều vùng sinh thái khác nhau, tuy nhiên người dân bĩn phân khơng theo quy trình kỹ thuật, phân đạm thường được sử dụng nhiều hơn. Do bĩn phân mất cân đối nên hiệu quả sử dụng phân bĩn thấp, gây ơ nhiễm mơi trường. Vấn đề khác khi tính lượng phân cần bĩn cho lúa thì hầu hết dựa vào thí nghiệm đồng ruộng với quy mơ nhỏ. Mặc dù những thí nghiệm chỉ cung cấp thơng tin ở những địa điểm nhất định, nhưng dùng phép ngoại suy để tính lượng phân cần bĩn 29 trên đồng ruộng của nơng dân. Một sai số của phép ngoại suy là đất đai ở khu vực nghiên cứu rất khác so với đồng ruộng của nơng dân nên lượng phân khuyến cáo thường khơng đáp ứng đúng nhu cầu dinh dưỡng của lúa. 1.3.1.2. Hiệu quả sử dụng phân bĩn của lúa và yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả sử dụng phân bĩn Mối quan hệ giữa phân bĩn và năng suất được thâu tĩm bằng Định luật Tối thiểu. Khi đất thiếu 1 nguyên tố nào đấy dù các nguyên tố khác cĩ đầy đủ mà năng suất vẫn thấp thì nguyên tố đĩ được gọi là yếu tố hạn chế. Bĩn phân để khắc phục yếu tố hạn chế thì năng suất tăng nhanh, hiệu quả bĩn phân cao (Võ Minh Kha, 2003)[23]. Ở Việt Nam, giai đoạn 1960 – 1970, bội thu năng suất do bĩn lân cả trên những loại đất mà lân là yếu tố hạn chế chỉ đạt 4,7 tạ/ha, hiệu suất sử dụng phân bĩn trên đất bạc màu và cát ven biển thấp hơn 8 kg thĩc/kg P2O5 (vụ Xuân), 4 kg thĩc/kg P2O5 (vụ Mùa). Trong những năm 70 – 80 của thế kỷ 20, lân được xem là yếu tố hạn chế năng suất hàng đầu. Việc sử dụng các giống lúa mới cĩ năng suất cao, tăng vụ và sử dụng ngày càng nhiều phân đạm là nguyên nhân chính làm tăng hiệu lực của lân. Bội thu lân cĩ thể đạt 5 – 6 tạ/ha trên đất phù sa sơng Hồng, 10 – 15 tạ/ha trên đất phèn, hiệu suất của lân cao hơn nhiều (Nguyễn Văn Bộ, 1995)[1]. Nhiều nhà khoa học kết luận rằng: Hiệu quả sử dụng phân bĩn của giống lúa lai cao hơn lúa thuần (Nguyễn Văn Bộ, 1996[3]; Phạm Văn Cường và cs., 2005[8]; Nguyễn Văn Hoan, 2006[19]). Trên đất phù sa sơng Hồng, giống lúa lai Trung Quốc đạt năng suất 60 - 70 tạ/ha (cao hơn lúa CR203 khoảng 20 - 25%) lấy đi theo sản phẩm 180 - 200 kg K2O gấp 1,2 - 1,8 lần so với giống lúa thuần CR203. Cùng năng suất là 7,5 tấn, giống lúa lai hút được 218 kg K2O/ha, giống lúa thuần là 156 - 187 kg K2O/ha (Nguyễn Văn Bộ và cs., 1996)[3]. Do hiệu quả hút dinh dưỡng cao hơn nên cùng bĩn với lượng từ 60 – 120 K2O, giống CR203 đạt năng suất 46,6 – 46,8 tạ/ha, bội thu là 2,8 – 3,8 tạ/ha, hiệu suất sử dụng là 3,2 – 4,7 kg thĩc/kg K2O trong khi giống Tạp Giao 5 cho năng suất đạt 57,9 – 67,2 tạ/ha, bội thu do bĩn kali là 4,3 – 5 tạ/ha, hiệu suất là 4,2 – 7,2 kg thĩc/kg K2O (Nguyễn Văn 30 Bộ và cs., 1995)[1]. Trong cùng một nhĩm giống, hiệu quả sử dụng phân bĩn phụ thuộc vào thời gian sinh trưởng, để tạo ra 1 tấn thĩc lượng kali được giống ngắn ngày hút là 14,2 – 21,8 kg K2O, giống dài ngày là 28,4 – 32,7 kg K2O (Trần Thúc Sơn và cs., 1995)[29]. Tính chất đất ảnh hưởng quyết định đến hiệu quả sử dụng phân bĩn. Trên đất giàu dinh dưỡng, lúa cĩ thể hút được 50 - 55% nhu cầu về đạm và 47 - 78% nhu cầu về kali từ đất và phân chuồng cịn trên đất nghèo dinh dưỡng như đất bạc màu, khả năng huy động thấp hơn, đạt tương ứng 30 - 35% và 40 - 42% (Nguyễn Văn Bộ và cs., 1996)[3]. Trên một số loại đất trung tính hoặc kiềm, bĩn lân khơng cho hiệu quả rõ ràng, lân chỉ cĩ hiệu lực đối với cây khi pH đất là 6 – 6,5; nếu pH nhỏ hơn 6 thì khả năng thiếu lân ở hầu hết các loại cây trồng đều tăng. Trên đất phù sa sơng Hồng hiệu suất sử dụng lân thấp nhất, tiếp theo là đất bạc màu và đạt cao nhất trên đất phèn hoạt tính. Nghiên cứu của Trần Thúc Sơn và cs., (1995)[34] xác định: Hiệu lực của lân dao động từ 10,3 - 26,7 kg thĩc/kg P2O5 tuỳ theo dạng phân, liều lượng và phương pháp bĩn. Như vậy, hiệu quả sử dụng phân bĩn ở ruộng lúa nước phụ thuộc vào nhiều yếu tố như giống, tính chất đất, mùa vụ… Sự thay đổi với tốc độ nhanh về giống lúa như hiện nay chứng tỏ chế độ bĩn phân với liều lượng và thời gian định trước là khơng hợp lý điều này dẫn đến hiệu quả sử dụng phân bĩn thấp, lượng dinh dưỡng bị mất vào mơi trường cao. 1.3.2. Tổng quan nghiên cứu về liều lƣợng, thời gian và hiệu quả sử dụng đạm của lúa 1.3.2.1. Nhu cầu về đạm của lúa Trong các nguyên tố dinh dưỡng, đạm là chất dinh dưỡng quan trọng nhất. Cây lúa cần đạm trong tất cả các giai đoạn sinh trưởng, tuy nhiên giai đoạn đẻ nhánh lúa cần nhiều đạm nhất (Nguyễn Văn Hoan, 2006)[19]. Cung cấp đủ đạm và đúng lúc làm cho lúa đẻ nhánh nhanh, tập trung tạo nhiều nhánh hữu hiệu. Đạm 31 thúc đẩy hình thành địng và các yếu tố cấu thành năng suất khác như số hạt/bơng, khối lượng 1000 hạt và tỷ lệ hạt chắc. Vì vậy, bĩn đạm ở giai đoạn làm địng ảnh hưởng quyết định đến năng suất. Mặt khác bĩn đạm làm tăng hàm lượng protein nên ảnh hưởng đến chất lượng gạo. Đạm cũng ảnh hưởng tới đặc tính vật lý và sức đề kháng đối với sâu bệnh hại lúa. Thừa hoặc thiếu đạm đều làm lúa dễ bị nhiễm sâu bệnh hại do sức đề kháng giảm (Nguyễn Như Hà, 2006[16]; Nguyễn Văn Hoan 2006)[19]. Thiếu đạm làm cho cây lúa thấp, đẻ nhánh kém, địng nhỏ, khả năng trỗ kém, số hạt/bơng ít, lép nhiều, năng suất thấp. Thừa đạm làm cho lá to, dài, phiến lá mỏng, nhánh vơ hiệu nhiều, lúa trỗ muộn, cây cao, lốp, đổ non ảnh hưởng xấu đến năng suất và phẩm chất lúa. Trong quá trình sinh trưởng, cây lúa cĩ nhu cầu đạm tăng đều từ thời kỳ đẻ nhánh tới trỗ và giảm sau trỗ. Lượng đạm cần thiết để tạo ra một tấn thĩc từ 17 – 25 kg N, trung bình cần 22,2 kg N (Nguyễn Như Hà, 2006; Nguyễn Thị Lẫm, 2003)[25]. 1.3.2.2. Nghiên cứu về liều lượng đạm bĩn cho lúa Nghiên cứu của Nguyễn Như Hà và cs., (2000)[14]cho kết quả: Để năng suất lúa đạt 5,0 – 5,5 tấn/ha/vụ, đảm bảo phẩm chất tốt, hiệu suất phân bĩn cao và ổn định độ phì đất cần bĩn 120 kg N/ha. Muốn thu được 7 tấn/ha, các giống lúa cao sản cần bĩn 150 kg N/ha (Nguyễn Văn Hoan, 2006)[19]. Thực tế, lượng đạm bĩn cho lúa khác nhau giữa các vùng. Ở miền Bắc nơng dân thường bĩn với lượng trung bình 103,2 kg N/ha (Nguyễn Văn Bộ và cs., 1996)[3]. Lượng phân khuyến cáo cho lúa cao sản ở vùng đất phù sa cặp giữa 2 sơng Tiền và sơng Hậu là 100 – 120 kg N/ha trong vụ Đơng xuân và 80 – 100 kg N/ha trong vụ Hè thu hoặc vụ Xuân hè. Trên đất phèn vùng Tứ giác Long Xuyên, ở vụ Xuân bĩn 80 – 100 kg N/ha, vụ Hè thu bĩn 60 – 80 kg N/ha, một phần diện tích nhỏ từ Long An đến Cà Mau bĩn 30 – 50 kg N/ha. Các giống lúa yêu cầu lượng đạm bĩn khác nhau. Thơng thường giống cĩ tiềm năng cho năng suất cao bao giờ cũng cần lượng đạm cao (Phạm Văn Cường 32 và cs., 2005)[8], giống lai yêu cầu lượng đạm cao hơn giống thuần. Lượng đạm sử dụng cho giống lúa lai là 120 - 150 kg N/ha, giống lúa thuần là 80 – 100 kg N/ha (Nguyễn Văn Hoan, 2006)[19]. Kết quả nghiên cứu của Nguyễn Văn Bộ và cs., (1995)[1] cho thấy: Trên đất phù sa lúa lai chịu được mức bĩn đạm khá cao, khi bĩn 180 kg N/ha trong Xuân và 150 kg N/ha trong vụ Mùa mà vẫn chưa làm giảm năng suất. Liều lượng đạm bĩn khơng chỉ phụ thuộc vào giống mà cịn phụ thuộc vào điều kiện đất đai. Trên đất phù sa sơng Hồng phân đạm cĩ hiệu lực cao nhưng với trình độ kỹ thuật canh tác hiện nay cũng chỉ nên bĩn tới 120 kg N/ha, là mức đạm bĩn cĩ thể đạt năng suất 5,0 - 5,5 tấn/ha/vụ. Với mức bĩn 80 kg N/ha/vụ cĩ thể đạt năng suất 5 tấn/ha/vụ, nhưng khơng ổn định được độ phì của đất (Nguyễn Như Hà và cs., 2000)[14]. Trên đất phù sa sơng Bồ, tỉnh Thừa Thiên – Huế, số hạt chắc/bơng và khối lượng 1000 hạt tăng theo lượng đạm bĩn cịn số bơng/m2 và năng suất thực thu đạt cao nhất ở cơng thức 100 kg N/ha. Theo phương trình hồi qui năng suất lúa bắt đầu giảm ở cơng thức bĩn 120 kg N/ha (Trần Danh Đức, 2003)[13]. Trên đất bạc màu, năng suất đạt cao nhất khi bĩn 120 kg N/ha trên nền 90 - 135 P2O5 + 80 K2O, khi bĩn lượng đạm cao hơn thì năng suất giảm (Trần Thúc Sơn, 1996)[35]. Kết quả nghiên cứu của Chu Văn Hách và cs., (2006)[18] tại Viện Nghiên cứu Lúa đồng bằng sơng Cửu Long cho thấy, mỗi mùa vụ lúa yêu cầu lượng đạm bĩn khác nhau. Chiều cao cây và thời gian sinh trưởng của các giống lúa tương quan thuận với lượng đạm đầu tư, trong đĩ vụ Hè thu tăng thấp hơn vụ Đơng xuân. Số bơng/m2 đạt cao nhất ở mức bĩn 60 kg N/ha trong vụ Hè thu và 120 kg N/ha trong vụ Đơng xuân. Số hạt chắc/bơng đạt cao nhất ở mức 60 kg N/ha trong vụ Hè thu và 80 kg N/ha trong vụ Đơng xuân, tỷ lệ hạt lép tăng theo lượng đạm bĩn. Năng suất lúa đạt cao nhất ở mức bĩn 60 kg N/ha trong vụ Hè thu và 80 kg N/ha trong vụ Đơng xuân. 33 1.3.2.3. Nghiên cứu về thời gian bĩn đạm cho lúa Thời kỳ bĩn đạm tốt nhất cho lúa gồm: Bĩn lĩt, thúc đẻ, thúc địng và cĩ thể bĩn nuơi hạt (Nguyễn Như Hà, 2006)[16]. Ở thời kỳ đẻ nhánh và làm địng lúa cần nhiều đạm vì vậy bĩn đạm hợp lý vào 2 thời kỳ này làm tăng khả năng đẻ nhánh, tạo bơng lúa, tăng cường quá trình phân hĩa hoa và số lượng hạt phấn. Phần lớn đạm được bĩn sớm để đẻ nhánh tốt, hình thành nhiều bơng và nhiều hạt. Việc bĩn đạm quá muộn làm cây đẻ nhánh khơng tập trung, sâu bệnh phát sinh phá hoại mạnh (Nguyễn Văn Bộ và cs., 2003)[4]. Cây lúa thường bị thừa đạm vào thời kỳ kết thúc đẻ nhánh hữu hiệu, trước và sau khi trỗ bơng (Nguyễn Thị Lẫm và cs., 2003)[25]. Thời kỳ bĩn đạm phụ thuộc vào giống lúa, trình độ thâm canh… Đối với các giống lúa đẻ nhánh mạnh, năng suất chủ yếu dựa vào số bơng cần bĩn tập trung vào thời kỳ đẻ nhánh để tạo nhiều dảnh hữu hiệu. Các giống lúa đẻ nhánh ít, bơng to, năng suất dựa vào số hạt cần chú trọng bĩn vào thời kỳ làm địng và nuơi hạt. Các giống cực ngắn vừa đẻ nhánh vừa làm địng cần bĩn thúc sớm. Các giống cĩ thời gian sinh trưởng dài thì đợt bĩn cuối cần muộn hơn (Nguyễn Như Hà, 2006)[16]. Nguyễn Thị Thoa (2003)[40] khuyến cáo, lúa ở Hà Đơng - Hà Tây (cũ) cần được bĩn lĩt 60% N, bĩn thúc đẻ 40% N; Ở Nghĩa Hưng, Nam Định, Đinh Thế Vu và cs., (2005)[46] cho rằng cần bĩn 70% lượng đạm trước khi cấy, 30% bĩn thúc đẻ; Khuyến cáo của Trung tâm Khuyến nơng tỉnh Thái Nguyên, (2004)[42] là: bĩn lĩt 40% N; thúc đẻ 30% và thúc địng 30%. Thời kỳ bĩn phân thích hợp cho lúa cịn phụ thuộc vào thành phần cơ giới đất, mùa vụ. Vụ Đơng xuân cần tăng cường bĩn lĩt, giảm bĩn thúc, vụ Mùa đầu vụ cĩ điều kiện nhiệt độ, ẩm độ cao, mưa nhiều, cuối vụ thì nhiệt độ, ẩm độ và lượng mưa đều giảm nên phân hĩa học cần bĩn ít đầu vụ, coi trọng cuối vụ (Võ Minh Kha, 2003)[23]. Đất nhẹ cĩ khả năng hấp thu, giữ ẩm và phân bĩn kém, khả năng đệm thấp thì bĩn phân ít và chia làm nhiều lần để tránh mất phân và ngộ độc sau khi bĩn. Đất cĩ thành phần cơ giới nặng cĩ khả năng giữ nước và phân bĩn tốt nên 34 cĩ thể bĩn được nhiều phân và chia ít lần bĩn (Nguyễn Cơng Minh, 2002[26]; Nguyễn Văn Bộ và cs., 2003[4]; Nguyễn Như Hà, 2006[16]). Các kết quả nghiên cứu trên cho thấy, mặc dù lúa cĩ hai thời kỳ khủng hoảng đạm là thời kỳ đẻ nhánh và làm địng nhưng thời kỳ bĩn phân thích hợp cho lúa phụ thuộc vào nhiều yếu tố như giống, điều kiện đất đai, thời tiết khí hậu và mùa vụ. Việc xác định đúng lượng phân bĩn cho từng thời kỳ cĩ vai trị quan trọng trong việc nâng cao năng suất lúa và hiệu quả sử dụng phân đạm. Thực tế hiện nay đạm thường được khuyến cáo bĩn làm 3 giai đoạn: Bĩn lĩt, thúc đẻ và thúc địng, trong đĩ lượng phân đạm thường được tập trung bĩn nhiều trước khi cấy lúa và thời kỳ đẻ nhánh. 1.3.2.4. Nghiên cứu về hiệu quả sử dụng đạm của lúa Hiệu quả sử dụng đạm của lúa rất thấp, chưa tới 40% (Phạm Sĩ Tân, 1997)[39]. Trên đất phù sa khơng được bồi đắp thường xuyên của hệ thống sơng Hồng với mức bĩn từ 80 - 240 kg N/ha, hệ số sử dụng đạm biến thiên từ 17,1 – 47,4% trong vụ Xuân, từ 24,3 – 38,6% trong vụ Mùa. Trên đất bạc màu bĩn với lượng từ 40 – 120 kg N/ha thì hệ số sử dụng đạm ở vụ Mùa biến thiên từ 17,7 – 37,5%. Cứ 1 kg N lúa hút được từ đất và phân bĩn cho bội thu 38 - 41 kg thĩc ở vụ Xuân và 60 kg thĩc ở vụ Mùa. Trên các loại đất cĩ vấn đề (đất gley, đất bạc màu) khi các yếu tố hạn chế khác chưa được khắc phục thì vai trị của đạm khơng phát huy được. Bĩn N hoặc NP năng suất lúa lai chỉ tăng 17,7% trên đất bạc màu, 11,5% trên đất gley (Nguyễn Văn Bộ và cs., 1996)[3]. 1.3.3. Những yếu tố ảnh hƣởng và biện pháp nâng cao hiệu quả sử dụng đạm của lúa 1.3.3.1. Ảnh hưởng của điều kiện đất đai Nghiên cứu về động thái đạm ở trong đất Trong đất cĩ các enzim phân giảt protein giải phĩng axit amin, dưới tác động của vi sinh vật các axit amin bị phân giải thành NH3. Quá trình này cĩ thể 35 xảy ra trong dải pH, nhiệt độ, ẩm độ rất rộng, cả mơi trường yếm khí hay hảo khí, mơi trường oxi hĩa hay mơi trường khử. NH3 được giải phĩng cĩ thể được vi sinh vật sử dụng, cây hút, đất giữ lại hoặc mất đi do quá trình bay hơi khi hình thành trong mơi trường kiềm, do rửa trơi khi hình thành trong mơi trường đất cĩ thành phần cơ giới nhẹ, dung tích hấp thu kém (Nguyễn Ngọc Nơng, 1999)[27]. Quá trình nitrat hĩa ở trong đất xảy ra mạnh khi hàm lượng oxy bằng 20%, nguồn NH4 dồi dào, mật độ vi sinh vật cao, pH từ 5,5 – 10 (tối thích là 6,2 – 8,2), độ ẩm đất cao, nhiệt độ thích hợp là 300C. Nitrat cĩ thể được cây hấp thu, vi sinh vật đồng hĩa hoặc rửa trơi xuống tầng sâu (Nguyễn Như Hà, 2006)[16]. NO3 - được hình thành gặp điều kiện yếm khí, thốt nước kém, cĩ đủ chất khử hoặc vi khuẩn phản đạm như Pseudomonas, Micrococus… sẽ bị khử thành đạm tự do và bay hơi. Ở ruộng nước quá trình phản đạm làm mất nhiều đạm nếu khơng bĩn đạm đúng cách. Bĩn amon và urea vào tầng oxy hĩa của đất lúa cĩ thể làm mất 60 – 70% đạm dưới cả 3 dạng NH3, N2O và N2 (Nguyễn Ngọc Nơng, 1999)[27]. Tính chất đất ở ruộng lúa nước Đất trồng lúa bằng phẳng nhưng khá đa dạng về tính chất lý hĩa (Nguyễn Như Hà, 2006)[16]. Miền Bắc cĩ hầu hết các loại đất trong cả nước, trên một diện tích khơng lớn lại cĩ nhiều loại đất xen kẽ nên hạn chế việc ứng dụng các tiến bộ kỹ thuật vào sản xuất. Ngồi đất phù sa sơng Hồng cĩ độ phì nhiêu tương đối khá cịn lại hầu hết các loại đất cĩ vấn đề về dinh dưỡng: nghèo mùn, thành phần cơ giới nhẹ, sét, nghèo lân và kali, cĩ độc tố Fe, Al, lưu huỳnh… và độ chua lớn ảnh hưởng đến việc thâm canh tăng năng suất lúa (Nguyễn Thị Lẫm, 2003)[25]. Đất trổng lúa chỉ sau mất giờ ngập nước đã bị yếm khí do các vi sinh vật hảo khí hấp thu hết oxy. Cả đất kiềm và chua, pH đều cĩ chiều hướng chuyển về trị số trung bình (Bùi Huy Đáp, 1985)[11]. Ở đất chua, pH tăng khá mạnh và đạt giá trị 6,2 sau khi ngập nước 7 – 14 ngày. Sự gia tăng pH chủ yếu do quá trình khử sắt và man gan đã tiêu thụ một lượng H+ khá lớn (Võ Đình Quang, 1995)[32]. Trị số pH 36 đất ảnh hưởng mạnh đến sự hấp thu đạm của lúa. pH trung tính cây hút NH4 + nhiều hơn, đất chua cây hút NO3 - nhiều hơn (Bùi Huy Đáp, 1985)[11]. Trong mơi trường yếm khí, sự khống hĩa đạm hữu cơ cũng chậm và cung cấp đạm từ từ cho lúa (Bùi Huy Đáp, 1985)[11]. Hàm lượng các chất dinh dưỡng trong đất lúa thay đổi nhiều, lượng đạm amon tích lũy trong đất tăng cao hơn so với trước khi ngập nước tới 8 – 10 lần. Trong điều kiện này, rễ lúa hút dinh dưỡng tốt hơn do hàm lượng các chất dễ tiêu tăng và ở trạng thái khử mà xung quanh rễ là vùng oxy hĩa nên chúng dễ dàng di chuyển vào cây. Mặt khác nhờ khả năng oxy hĩa của rễ, giả sử cĩ nhiều chất độc tích lũy trong quá trình khử thì chúng cũng trở lên vơ hại (Nguyễn Như Hà, 2006)[16]. Ở Thái Nguyên, đất dốc tụ chiếm hơn 60% diện tích trồng lúa. Đất dốc tụ khơng bạc màu phân bố ở các huyện vùng cao chiếm tỷ lệ lớn. Càng về vùng thấp đất dốc tụ bạc màu ngày càng nhiều, đất cĩ thành phần cơ giới nhẹ, tỷ lệ mùn, đạm cũng thấp hơn. Hai loại đất này cĩ đặc điểm độ chua, tỷ lệ mùn khá và nghèo lân vì vậy nếu khơng cĩ chế độ bĩn phân thích hợp thì khĩ cĩ thể nâng cao được năng suất lúa (Nguyễn Thế Đặng và cs, 1995)[12]. Như vậy đất trồng lúa thường xuyên ngập nước, đạm cĩ thể biến đổi theo nhiều chiều hướng như nitrat, phản nitrat, amon hĩa tạo thành dạng đạm lúa dễ hấp thu. Tuy nhiên quá trình biến đổi này cũng dẫn đến nhiều con đường mất đạm như bay hơi NH3, N2, rửa trơi NO3 - và do nước chảy tràn trên bề mặt. Trong điều kiện trồng lúa ở miền Bắc biến động rất lớn về tính chất và hàm lượng dinh dưỡng trong đất, đặc biệt đa số đất trồng lúa ở Thái Nguyên là đất dốc tụ, cĩ thành phần cơ giới nhẹ, pH thấp và nghèo dinh dưỡng nên cần cĩ biện pháp bĩn đạm phù hợp với từng loại đất để hạn chế mất đạm và nâng cao hiệu quả sử dụng phân bĩn. 1.3.3.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ, lượng mưa và mùa vụ Đối với nước ta, nhiệt độ và lượng mưa giữa các vùng hoặc giữa các tháng trong năm thay đổi rất nhiều. Nhiệt độ thấp, chất hữu cơ phân giải chậm, chất dinh dưỡng cung cấp từ chất hữu cơ trong đất và phân bĩn ít, nên bĩn với lượng nhiều 37 hơn (Võ Minh Kha, 2003)[23]. Nhiệt độ cao khơng những làm quá trình khống hĩa đạm xảy ra nhanh mà cịn làm cho quá trình bốc hơi đạm ở thể khí mạnh hơn nên lượng đầu tư giảm, vụ Mùa cần bĩn đạm thấp hơn khoảng 20% so với vụ Xuân (Trần Thúc Sơn và cs, 1995)[35]. Hiệu quả của phân đạm ở vụ Xuân cao hơn vụ Mùa, mùa khơ cao hơn mùa mưa (Bùi Huy Đáp, 1985)[11]. Trên đất phù sa sơng Hồng hệ số sử dụng đạm ở vụ Xuân là 43%, vụ Mùa là 36%, cịn trên đất bạc màu chỉ tiêu này là 36% và 28% (Nguyễn Văn Bộ và cs., 2003)[4]. Hiệu quả sử dụng đạm ở vụ Mùa thấp hơn vụ Xuân cĩ thể do sự phân giải urea nhanh dưới nhiệt độ cao làm pH tăng. Trong khoảng 4 ngày sau khi bĩn urea, nhiệt độ nước ruộng đã tăng từ 7 – 150C so với vụ Xuân, trị số pH cao hơn tương ứng từ 0,5 – 1 đơn vị. Nhiệt độ và pH cao dẫn tới làm tăng áp suất riêng NH3 dẫn đến khả năng mất đạm ở thể hơi trong vụ Mùa cao hơn vụ Xuân (Trần Thúc Sơn, 1996)[35]. Nhiệt độ ảnh hưởng đến quá trình khống hĩa, bay hơi đạm và khả năng hấp thu đạm của lúa nên hiệu quả sử dụng đạm khác nhau giữa các thời vụ gieo trồng. Do nhiệt độ thấp nên quá trình khống hĩa ở vụ Xuân chậm hơn vụ Mùa vì vậy lúa cần bĩn lượng đạm cao hơn. Mặt khác, nhiệt độ thấp làm cho sự bay hơi đạm kém nên hiệu quả sử dụng đạm ở vụ Xuân cao hơn. Trên thực tế, điều kiện nhiệt độ ở vụ Xuân biến động rất lớn, đầu vụ cĩ nhiệt độ thấp, giữa và cuối vụ cĩ nhiệt độ cao vì vậy cần nghiên cứu để cĩ chế độ bĩn phân khơng những thích hợp với nhu cầu phân bĩn mà cịn phù hợp với điều kiện nhiệt độ theo từng thời kỳ sinh trưởng, phát triển của lúa. 1.3.3.3. Ảnh hưởng của liều lượng, thời gian và các dạng đạm bĩn cho lúa Trần Thúc Sơn (1996)[35] nghiên cứu bĩn đạm cho lúa trên đất phù sa sơng Hồng cho thấy: Hiệu suất sử dụng đạm biến động từ 2,3 – 15,5 kg thĩc/ kg N phụ thuộc vào liều lượng bĩn, mùa vụ... Hiệu suất sử dụng đạm giảm khi tăng liều lượng đạm bĩn, qui luật này thể hiện cả trên đất phù sa sơng Hồng và trên đất bạc màu (Nguyễn Văn Bộ và cs., 2003[4]; Nguyễn Vi, 1982[45]. Khi bĩn 200 kg N/ha 38 cho lúa trồng trên đất cát thì lượng đạm bị rửa trơi là 85 kg N/ha/năm (Võ Minh Kha, 2003)[23]. Thực tế nhiều nơng dân sử dụng đạm khơng theo quy trình kỹ thuật. Ở miền Nam đạm thường được sử dụng nhiều hơn mức khuyến cáo, thậm chí vụ Hè thu nơng dân bĩn đến 123 kg N/ha cao hơn vụ Đơng xuân 10 – 30 kg N/ha (Phạm Sĩ Tân, 1997)[39] vì họ cho rằng vụ này khơng được phù sa bồi đắp nên cần bĩn nhiều hơn (Chu Văn Hách và cs., 2005)[17]. Ở Đồng Tháp Mười cĩ trên 50% số hộ bĩn phân nhiều hơn 50 kg urea/ha so với khuyến cáo, năng suất ở những hộ đĩ giảm 320 kg thĩc/ha. Ước tính với khoảng 250.000 ha đất canh tác tại vùng này thì hàng năm gieo trồng lãng phí khoảng 6.000 tấn urea, mất đi khoảng 35.000 tấn thĩc, ngồi ra cịn gây ơ nhiễm mơi trường, ngộ độc đất do sử dụng quá mức phân bĩn (Trần Cơng Chín, 2005)[7]. Thời kỳ bĩn ảnh hưởng lớn đến hiệu quả sử dụng đạm của lúa (Nguyễn Như Hà, 2006)[16]. Nơng dân ở miền Nam thường bĩn đạm chia làm 3 – 4 lần/vụ cá biệt chia đến 6 – 8 lần/vụ. Theo khuyến cáo trước đây, nơng dân sử dụng giống dài ngày nên phân được chia làm 3 lần bĩn (10 - 15, 30 - 35, 65 - 70 ngày sau sạ), hiện nay giống ngắn ngày (90 – 110) và cực ngắn (< 90 ngày) thì thời kỳ bĩn phân đã thay đổi (Chu Văn Hách và cs., 2005)[17]. Kết quả điều tra ở vùng Đồng Tháp Mười cho thấy: người dân thường bĩn thúc đẻ muộn (đợt 1 sau sạ 15 ngày, đợt 2 sau sạ 30 ngày trong khi quy định là 7 – 10 ngày và 18 – 20 ngày sau sạ), bĩn thúc địng sớm. Điều đĩ khơng những làm cho lúa đẻ nhiều nhánh vơ hiệu mà cịn ảnh hưởng đến quá trình chuyển sang làm địng của lúa (quy luật 2 xanh, 2 vàng). Mặt khác với lượng đạm được bĩn đều nhau trong cả cánh đồng và bĩn nhiều đạm khiến lúa lốp đổ, trỗ chậm, sâu bệnh nhiều…(Mai Thành Phụng, 2005)[30]. Dạng đạm bĩn cũng ảnh hưởng lớn đến hiệu quả sử dụng đạm của lúa. Cây lúa cĩ thể sử dụng cả dạng NO3 - và NH4 +. Trong điều kiện thiếu oxy bĩn NO3 - cĩ lợi hơn cho quá trình sinh trưởng của cây vì chúng ảnh hưởng tốt đến điện thế oxy hĩa khử trong tế bào. Tuy nhiên, khi lúa hút nhiều NO3 - thì trong cây tích lũy nhiều 39 NO3 - và axit hữu cơ (hình thành để trung hịa ion kiềm khi khử NO3 - ). Lúa hấp thu NH4 + thường chuyển sang dạng amit và tích lũy lại trong cây (Nguyễn Văn Hoan, 2006)[16]. Kết quả thí nghiệm của Ngơ Ngọc Hưng và cs, (2004)[21] cho biết, trong ruộng lúa cĩ thể mất từ 13 – 64% lượng đạm bĩn vào. NH3 là lượng khí chủ yếu bị mất trong khi sự mất N2 và NO2 từ sự khử nitrat là rất nhỏ. Sự mất đạm qua bốc hơi NH3 xảy ra khi pH của nước cao. Đạm amon trong nước ruộng được tạo ra từ thủy phân urea cĩ thể tồn tại 6 – 7 ngày trong dung dịch sau bĩn. Thời gian tồn tại này cần được quan tâm vì việc rửa trơi hoặc chảy tràn trong thời gian này làm mất đạm, đặc biệt trong vụ hè thu cĩ mưa nhiều. 1.3.3.4. Giống lúa và hiệu quả sử dụng đạm Nghiên cứu của Nguyễn Văn Bộ và cs., (2003)[4]; Nguyễn Vi, (1982[45] kết luận rằng: Hiệu suất sử dụng đạm phụ thuộc vào giống lúa, thường các giống lúa lai cĩ hiệu suất sử dụng đạm cao hơn, đạt từ 10 - 14 kg thĩc/kg N bĩn vào đất, trong khi lúa thuần chỉ đạt 7 - 8 kg thĩc/kg N (Nguyễn Văn Bộ và cs., 1996)[3]. Trên đất phù sa sơng Hồng, bĩn đạm làm năng suất lúa lai tăng 40,1%, trong khi giống CR203 ch tăng 22,3% (Nguyễn Văn Bộ và cs., 1995)[2]. Nghiên cứu trên các giống Việt lai 20, Bắc ưu và giống CR203, vụ mùa năm 2004 tại trường Đại học Nơng nghiệp I Hà Nội cho thấy: Khi tăng lượng đạm bĩn tăng lên 120 kg N/ha thì hệ số diện tích lá (HSDTL) của cả 2 giống đều tăng, trong đĩ giống lai tăng mạnh hơn giống thuần, điều này chứng tỏ khả năng chịu phân của giống lai tốt hơn. Sau trỗ 2 tuần HSDTL của giống lai giảm mạnh hơn giống lúa thuần chứng tỏ khả năng vận chuyển chất khơ từ lá vào hạt của lúa lai tốt hơn. Mức bĩn từ 60 – 180 kg N/ha thì tốc độ tích luỹ chất khơ ở giai đoạn 2 – 4 tuần sau khi lúa làm địng của giống lai cao hơn giống thuần (Phạm Văn Cường và cs., 2005)[8]. Do nhu cầu và hiệu quả sử dụng đạm của các giống khác nhau nên việc bĩn đạm theo một quy trình với liều lượng và thời gian định trước cho nhiều loại giống cũng dẫn đến hiệu quả sử dụng đạm thấp. 40 1.3.3.5. Nghiên cứu về biện pháp nâng cao hiệu quả sử dụng đạm của lúa Để nâng cao hiệu quả sử dụng đạm ở ruộng lúa, nhiều nghiên cứu đã được tiến hành. Theo Bùi Huy Đáp, (1985)[11]; Nguyễn Như Hà (2006)[16]: Khi đạm được bĩn sâu 5 – 10 cm vào tầng khử của đất thì hiệu quả sử dụng đạm cao hơn. Bĩn đạm vào tầng khử, đạm được các keo đất giữ dưới dạng NH4 +, cung cấp dần cho lúa, ngăn chặn việc hình thành NO3 -, hiệu lực của đạm cĩ thể tăng lên gấp đơi. Bĩn đạm sâu cịn ngăn chặn việc bốc hơi NH3 vào tầng khí quyển (Nguyễn Ngọc Nơng, 1999)[27]. Tuy nhiên, biện pháp này chỉ thích hợp với lần bĩn lĩt trước khi bừa lần cuối, khơng nên bĩn khi cày lần đầu vì đất chưa đủ mức độ khử để ngăn chặn quá trình nitrat hĩa. Ruộng sau khi bĩn phân phải giữ ngập nước 3 – 5 cm để hạn chế mất đạm (Nguyễn Như Hà, 2006)[16]. Nghiên cứu của Trần Thúc Sơn, (1996)[35] cho kết quả là: Các phương pháp vùi urea khơng ảnh hưởng đến năng suất lúa, tuy nhiên làm làm tăng lượng đạm lúa tích lũy một cách chắc chắn. Biện pháp tháo nước trước khi vùi urea làm tăng năng suất và khả năng tích lũy đạm so với để mức nước 5 cm. Bĩn phân viên nén và chất hữu cơ khi tưới tiết kiệm đã làm tăng 35,4% năng suất so với bĩn phân vãi và tưới theo phương pháp truyền thống, tiết kiệm được 33% lượng đạm bĩn (Nguyễn Tất Cảnh, 2006)[6]. Chộn phân đạm với đất bột rồi vo viên dúi vào gốc lúa làm tăng hệ số sử dụng đạm từ 50 – 100%. Bọc phân đạm vào đất thịt và bĩn vào giữa 4 khĩm lúa cũng cho hiệu quả như bĩn phân viên. Bĩn phân viên với lượng 40 kg N/ha cho số bơng nhiều hơn bĩn vãi với lượng 40 - 80 kg N/ha. Cùng bĩn 40 kg N/ha, bĩn vãi cho năng suất tăng 4 tạ/ha, bĩn phân viên tăng 8,5 – 15,5 tạ/ha so với cơng thức khơng bĩn. Khi bĩn 80 N/ha thì bĩn vãi tăng tương ứng là 13,5 tạ/ha, bĩn phân viên tăng 20,5 – 25,5 tạ/ha. Bĩn phân sâu và tập trung làm cho hiệu quả của phân hĩa học tăng 2 lần (Bùi Huy Đáp, 1985)[11]. Tuy nhiên, phương pháp này tốn nhiều cơng lao động (Nguyễn Như Hà, 2006)[16]. 41 Bĩn phân cân đối làm tăng hiệu quả sử dụng đạm của lúa. Bĩn cân đối giữa đạm và lân khơng những làm tăng 82,2% năng suất lúa mà cịn làm giảm 50,7% lượng đạm cần để sản xuất 1 tấn thĩc so với cơng thức bĩn đạm đơn độc. Trên đất phù sa sơng Hồng, để sản xuất ra 1 tấn thĩc cần 23 – 27 kg N nếu khơng bĩn lân, nhưng nếu cĩ bĩn lân chỉ cần 19 – 23 kg N. Khi bĩn NP thì cây chỉ hút được 42,1 kg N/ha, bĩn NP + K thì lượng đạm cây hút được là 72,1 kg N/ha. Khơng bĩn K thì bội thu năng suất trên đất bạc màu là 8,1% kg thĩc/kg N (vụ Xuân), 2,1 kg thĩc/kg N (vụ Mùa), bĩn phối hợp với kali thì bội thu năng suất tương ứng là 13,2 và 4,7 kg thĩc/kg N. Hiệu quả bĩn cân đối đạm và kali càng lớn khi bĩn lượng đạm cao, đặc biệt trên đất nghèo kali (Nguyễn Văn Bộ, 2003)[4]. Như vậy cĩ nhiều biện pháp để nâng cao hiệu quả sử dụng đạm cho lúa. Tùy từng loại đất mà lựa chọn phương pháp bĩn đạm thích hợp. Trên đất cĩ khả năng giữ phân tốt và đặc biệt là giống ngắn ngày, bĩn lĩt sâu tồn bộ hay phần lớn lượng phân đạm sẽ hạn chế mất đạm (Nguyễn Văn Bộ và cs., 2003[4]; Nguyễn Như Hà, 2006)[16]. Đất cĩ thành phần cơ giới nhẹ, đạm do dễ bị di động xuống sâu nên bĩn nơng và bĩn làm nhiều lần, đặc biệt với những giống dài ngày, bĩn lượng đạm cao, những vùng cĩ mưa nhiều hay khí hậu nĩng (Nguyễn Như Hà, 2006[16]; Võ Minh Kha, 2003)[23]. 1.3.4. Tổng quan nghiên cứu về bĩn đạm theo tình trạng dinh dƣỡng của lúa Nhiều nghiên cứu đã xác định, trong cánh đồng trồng lúa nước, thậm chí trên một thửa ruộng cĩ sự biến động lớn về tính chất, hàm lượng dinh dưỡng trong đất dẫn đến biến động về sinh trưởng và năng suất lúa. Việc sử dụng chế độ bĩn phân với liều lượng giống nhau cho một cánh đồng, thậm chí cho cả vùng sinh thái là một trong những nguyên nhân dẫn đến hiệu quả sử dụng phân bĩn rất thấp. Nhiều nhà khoa học cho rằng: Tình trạng sinh trưởng, hàm lượng dinh dưỡng và năng suất cây trồng phản ánh trung thực nhất biến động về khơng gian đất vì vậy phương pháp bĩn phân theo từng điểm cụ thể sẽ mang lại hiệu quả cao hơn, giảm thiểu ơ nhiễm mơi trường. 42 Quan điểm mới ở Việt Nam trong những năm gần đây khuyến cáo phương pháp bĩn phân theo từng tiểu vùng và từng vùng đặc thù riêng biệt, thậm chí theo từng cánh đồng, từng ruộng. Theo quan điểm này cần căn cứ vào: Một là năng suất lơ ruộng khơng bĩn phân và năng suất mục tiêu. Lượng dinh dưỡng lúa lấy được ở lơ khơng bĩn phân là do đất cung cấp, lượng dinh dưỡng lúa lấy được ở lơ năng suất mục tiêu là từ đất và từ phân bĩn. Tổng nhu cầu dinh dưỡng như nhau nhưng do khả năng cung cấp của đất khác nhau nên năng suất lúa khơng giống nhau; Hai là trình độ quản lý dinh dưỡng của chủ ruộng. Nếu chủ ruộng quản lý dinh dưỡng tốt, bĩn khoa học cĩ thể giảm lượng phân bĩn và ngược lại. Quan điểm này đề cập được nhiều yếu tố thể hiện trong ruộng và tiết kiệm được 20 – 30% phân bĩn, năng suất tăng 0,3 – 0,5 tấn/ha (Chu Văn Hách và cs., 2005)[17]. Tuy nhiên điểm hạn chế là triển khai trên đồng ruộng của nơng dân nên khơng phải nơng dân nào cũng làm cẩn thận để xác định được lượng dinh dưỡng chính xác lấy từ đất. Sử dụng các cơng cụ thay thế phương pháp phân tích đạm Kjeldahl đem lại hiệu quả cao khi tính tốn làm lượng đạm trong cây. Nghiên cứu của Cao Văn Phụng và cs., (1997)[29] đã xác định phương trình hồi qui giữa lượng đạm phân tích bằng quang phổ cận hồng ngoại cho kết quả tương tự như phân tích bằng phương pháp chuẩn Kjeldahl. Nghiên cứu và thực nghiệm bĩn đạm cho lúa cao sản bằng máy đo CSDL giúp nơng dân xác định nhanh nhu cầu về đạm của cây, tình trạng thiếu hay thừa đạm trong các giai đoạn sinh trưởng, và lượng đạm cần bĩn chính xác hơn từ đĩ nâng cao hiệu quả sử dụng phân đạm. Kết quả nghiên cứu xác định CSDL dưới 30 là ngưỡng thiếu đạm đối với lúa cao sản. Bĩn đạm theo CSDL tiết kiệm được 20 - 40 kg N/ha so với lượng đạm khuyến cáo chung trong từng vụ và năng suất vẫn tăng 3 – 4 tạ /ha (Trần Thị Ngọc Huân và cs., 2002)[20]. Tuy nhiên, nghiên cứu này chưa xác định được màu lá giới hạn để bĩn đạm cho lúa và lượng đạm cần bĩn ứng với mỗi thang màu hoặc từng chỉ số máy đo. Ngơ Ngọc Hưng và cs., (2004)[21] nghiên cứu bĩn đạm cho lúa theo LCC ở Cần Thơ và tìm ra ngưỡng thiếu đạm khi màu lá lúa tương ứng với màu 3 của 43 thang màu chuẩn. Nguyễn Phước Tuyên và cs., (2005)[44] khuyến cáo khi màu lá lúa ở tỉnh Đồng Tháp nhạt hơn màu số 5 cần bĩn bổ sung 50 kg urea/ha, thời gian áp dụng bảng so màu từ 14 – 49 ngày sau cấy. Mặc dù kết quả của 2 nghiên cứu trên chưa xác định được lượng đạm cần bĩn ứng với từng thang màu chuẩn nhưng đã khẳng định màu lá giới hạn cho bĩn đạm khác nhau phụ thuộc vào giống và từng giai đoạn sinh trưởng của lúa. Thực tế phương pháp bĩn đạm theo chỉ chỉ số diệp lục và màu lá mang lại hiệu quả cao và trở thành một trong những nội dung của chương trình “Ba giảm ba tăng” đang được triển khai rộng rãi ở nước ta. Tuy nhiên hầu hết các nghiên cứu về bĩn đạm theo tình trạng dinh dưỡng của lúa đều tập trung theo hướng ứng dụng kết quả nghiên cứu của Viện Nghiên cứu Lúa quốc tế, chưa cĩ tác giả nào xác định lượng đạm cần bĩn ứng với mỗi mức thang so màu chuẩn hoặc từng giá trị SPAD, đặc biệt chưa cĩ nghiên cứu thực hiện ở tỉnh Thái Nguyên. 1.4. TÌNH HÌNH SẢN XUẤT LƯA VÀ SỬ DỤNG PHÂN BĨN Ở THÁI NGUYÊN 1.4.1. Tình hình sản xuất lúa ở Thái Nguyên Bảng 1.2. Diễn biến diện tích và năng suất lúa ở Thái Nguyên Năm Diện tích (nghìn ha) Năng suất (tạ/ha) Cả năm Vụ Mùa Xuân Cả năm Vụ Mùa Xuân 2000 68,6 42,7 25,9 38,7 36,7 41,9 2001 69,5 42,7 26,8 41,3 39,0 44,9 2002 70,5 42,6 27,9 44,1 42,8 46,1 2003 70,4 42,0 28,4 44,6 42,9 47,0 2004 69,9 41,9 28,0 45,0 42,2 49,1 2005 70,1 41,8 28