Quá trình hấp thụ và vận chuyển khoáng trong cây trồng

1. Khả năng hấp thụ, trao đổi ion giữa rễ và đất

Bộ rễ cũng có nhiệm vụ thu nhận chất vô cơ hoặc hữu cơ từ dạng các ion hoặc dạng liên kết, dạng ion như: nitơ N-O₃^- hoặc N-H₄⁺, phốtpho dạng HPO₄^-2, lưu huỳnh dạng sulfat, molipden dạng molipdat, cacbon dạng HCO₃^- và một phần là CO₂, K, Na, Ca, Mg. Giữa rễ và keo đất luôn xảy ra quá trình trao đổi ion. Các ion có thể liên kết chặt trong hạt keo đất hoặc ở dạng khó tan nhưng nhờ rễ cây có khả năng chuyển vào đất nhiều loại axit hữu cơ (axit malic, axit xitric…) và axit cacbonic biến các chất khó tan thành chất dễ tan cây dễ hấp thụ hoặc nhờ bộ rễ có khả năng tiết một số enzyme như amylase, protease, phôtphatae, urêase… có thể phân giải chất hữu cơ phức tạp thành chất đơn giản dễ hấp thụ. Các công trình khoa học chứng minh hàm lượng K, Na, Ca và Cl ở dịch bào cao hơn ngoài môi trường.

2. Hấp thụ và vận chuyển các nguyên tố khoáng

Khả năng hút và vận chuyển các nguyên tố khoáng ở cây trồng là một quá trình sinh lý vô cùng phức tạp, liên quan nhiều đến điều kiện bên trong và bên ngoài, bằng nhiều cách khác nhau nhưng vẫn liên hệ chặt chẽ và thống nhất với nhau.

2.1. Con đường vận chuyển dung dịch ngoài vào rễ

Sự chuyển động của các chất hòa tan có trọng lượng phân tử thấp (Ion, Axit hữu cơ và Amino Axit), nhờ sự khuếch tán hoặc thẩm thấu không chỉ hạn chế ở bề mặt ngoài của bộ rễ mà cả ở tế bào lông hút. Sự vận chuyển các chất hòa tan từ dung dịch ngoài vào rễ không phải theo cơ chế quá trình trao đổi chất có tính chủ động mà là quá trình vận chuyển thụ động qua màng nguyên sinh chất của tế bào (gồm lớp vỏ trong và lớp vỏ ngoài). Khi nồng độ bên ngoài thấp thì hệ thống lông hút hình thành rất mạnh.

2.2. Vận chuyển nguyên tố khoáng qua lá và các phần khác của cây

- Hấp thụ khí qua lỗ khí khổng:

Cây trồng sống trên đất hút khí (CO₂, O₂) từ khí quyển qua khí khổng; chất dinh dưỡng ở dạng khí như SO₂, NH₃ và NO₂ cũng có thể đi vào lá qua khí khổng. Điều này được chứng minh đối với khí SO₂(³⁵SO₂) đã được đồng hóa rất nhanh và có mặt trong các hợp chất hữu cơ (Weigl và Ziegler) nhiều công trình cũng thí nghiệm tương tự với NH₃. NH₃ cũng được cây trồng đồng hóa nhanh và tạo thành các hợp chất hữu cơ. Hàng ngày sự hấp thụ NH₃ qua lá khoảng 100-450g/ha.

Ở các vùng công nghiệp, sự sinh trưởng của cây bị ức chế do cây hút SO₂ qua lá nhiều (có thể gây độc cho cây) và hút cả nitơ dạng NO và N₂O. Trong trường hợp này ức chế các mối liên kết với CO₂ nên ảnh hưởng đến hoạt tính của Ribulosediphosphat cacboxilase là enzyme chủ yếu tham gia khử CO₂ trong chu trình calvin (C₃).

- Hấp thụ chất hòa tan qua lá:

Hấp thụ chất hòa tan qua lá phụ thuộc vào cấu tạo của lá, tầng cutin, số lượng và sự phân bố khí khổng…Sự hấp thụ chất hòa tan từ bề mặt lá qua tế bào khí khổng qua nhu mô lá, mô biểu bì có vai trò quan trọng. Sự hấp thụ các ion qua lá thường cao hơn vào bên đêm khi tế bào khí khổng mở. Khả năng hấp thụ các chất của tế bào lá cũng như tế bào rễ phụ thuộc vào nhiều nhân tố bên trong và bên ngoài.

2.3. Khả năng chuyển hóa và vận chuyển các chất của bộ rễ

- Khả năng chuyển hóa các chất của bộ rễ:

Nhiều công trình nghiên cứu cho thấy ngoài khả năng hút nước hút khoáng bộ rễ còn có khả năng tổng hợp các chất. Trước đây người ta quan niệm rễ cây chỉ có nhiệm vụ hút nước và khoáng từ đất rồi chuyển vào thân ở dạng không đổi. Nhờ khoa học phát triển đã cho thấy các nguyên tố được bộ rễ hấp thụ đều phải trải qua quá trình khử và chuyển hóa ngay ở rễ, cũng tại đây các hợp chất hữu cơ được hình thành. Cường độ tổng hợp các chất hữu cơ ở rễ biến đổi theo sự hướng thiên của tuổi cây. Ban ngày quá trình tổng hợp mạnh hơn ban đêm. Điều này phù hợp với quá trình trao đổi chất và năng lượng. Khi cây được tiếp nhận đầy đủ năng lượng từ ánh sáng mặt trời, đủ nhiệt độ, nước… đặc biệt ban ngày quá trình quang hợp rất tốt và tiến hành mạnh đã cung cấp cho cây lực khử NADH₂ cũng như tăng lượng ATP và các sản phẩm trung gian tạo điều kiện tốt cho rễ hoạt động, tạo kho dinh dưỡng cho cây trồng.

- Quá trình vận chuyển các chất trong cây:

Sự vận chuyển các chất trong cơ thể cây trồng (cả chất hữu cơ lẫn vô cơ) theo cơ chế khuếch tán thẩm thấu và phụ thuộc chủ yếu vào dòng nước từ đất lên thân cây nhờ quá trình thoát hơi nước ở bộ lá. Thực chất quá trình vận chuyển các chất trong cây (cả cường độ, chiều hướng, đường đi…) rất phức tạp.

Các chất khoáng do rễ cây hút từ đất được chuyển hóa (nhiều hay ít) ở bộ rễ tạo thành một dòng đi lên thân lá (các bộ phận trên mặt đất), một dòng từ thân lá đi xuống rễ gồm các sản phẩm được đồng hóa ở lá và cả các chất vô cơ được lá hấp thụ từ môi trường cũng như do sự phân giải từ các hợp chất hữu cơ ở lá già tạo nên. Dòng đi xuống chủ yếu vào cơ quan dự trữ (hạt, củ, quả) và xuống bộ rễ. Các chất hữu cơ chủ yếu được tổng hợp ở các bộ phận trên mặt đất (thân, lá), các chất vô cơ một phần được hấp thụ từ khí quyển qua lá, phần phần do sự phân giải ở lá già được chuyển xuống bộ rễ để khử tiếp tục rồi lại tham gia để tổng hợp nên các chất hữu cơ ở rễ.

3. Dinh dưỡng khoáng với năng suất và phẩm chất sản phẩm

- Sinh trưởng của cây trồng và  sự hình thành năng suất:

Mối liên hệ giữa việc cung cấp chất dinh dưỡng với năng suất cây trồng có ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn. Cây trồng muốn sinh trưởng và phát triển phụ thuộc vào nhiều yếu tố bên trong và bên ngoài môi trường. Những yếu tố trên trong như tính di truyền, đặc điểm sinh học của loài…, các yếu tố bên ngoài ảnh hưởng đến quá trình sinh trưởng như ánh sáng, nhiệt độ, chất dinh dưỡng, nước, các loại khí… Các nhân tố bên trong và bên ngoài có mối quan hệ tích cực để hình thành năng suất cây trồng.

Ví dụ: đối với cây ngũ cốc giai đoạn đầu tiên của sự nảy mầm thì độ ẩm và nhiệt độ ảnh hưởng lớn đến tỷ lệ nảy mầm. Nhiệt độ và độ ẩm còn ảnh hưởng đến sự tích lũy chất kích thích sinh trưởng như auxin, gibberellin. Nước ảnh hưởng lớn đến quá trình trao đổi chất, hoạt động của enzyme trong phôi như amylase và protease. Giai đoạn đầu của sự nảy mầm, hô hấp diễn ra mạnh để hình thành và cung cấp năng lượng dạng ATP Adenosintriphôphat giúp cho sự tạo ra các cơ quan mới.

Sau khi hạt nảy mầm, bộ lá cần được phát triển đầy đủ để hình thành cây non. Giai đoạn này CO₂, ánh sáng và chất dinh dưỡng có vai trò quan trọng tham gia vào quá trình quang hợp. Tế bào bắt đầu làm nhiệm vụ hấp thụ vận chuyển năng lượng từ ánh sáng mặt trời cũng như năng lượng hóa học giúp cho tế bào rễ làm nhiệm vụ hút chất dinh dưỡng từ dung dịch đất. Cường độ ánh sáng càng mạnh thì yêu cầu lượng dinh dưỡng khoáng càng cao, đặc biệt là nitơ. Trên cơ sở  đó sẽ tạo điều kiện hình thành năng suất  tương lai.

Giai đoạn đầu nếu cung cấp chất dinh dưỡng đầy đủ cây sẽ sinh trưởng, phát triển tốt và đó là cơ sở cho năng suất cao. Đối với cây lấy hạt (ngũ cốc) chất khoáng có vai trò lớn ảnh hưởng đến sự hình thành hoa và số hạt chắc.

- Diện tích lá, hiệu suất quang hợp và các yếu tố tạo năng suất:

Hai yếu tố này có liên quan đến việc cung cấp chất dinh dưỡng khoáng và hình thành năng suất cây trồng. Chỉ số diện tích lá là m² lá/m². Chỉ số diện tích lá phụ thuộc từng loại cây, phụ thuộc từng vùng khí hậu, độ chiếu sáng và cường độ ánh sáng và thời tiết mùa đông, mùa hè…

4. Cơ sở khoa học của việc bón phân hợp lý

Nguyên tắc bón phân:

Thực vật sống trong tự nhiên và cây trồng chịu tác động của nhiều yếu tố ngoại cảnh là nhân tố có thể giúp cây sinh trưởng và phát triển tốt hơn. Việc sử dụng chất dinh dưỡng phân bón hợp lý, có hiệu quả là vấn đề rất quan trọng giúp cho toàn bộ đời sống của cây sinh trưởng thuận lợi, từ đó tạo ra năng suất sản phẩm tối đa. Trong thực tiễn sản xuất việc sử dụng phân bón là vấn đề không đơn giản vì phải dựa trên cơ sở khoa học và kinh nghiệm thực tiễn của người sản xuất. Nguyên tắc đầu tiên là phải bón đúng lúc, đúng liều lượng, đúng phương pháp, (như Liebig gọi là “phương pháp hỏi cây” tức là xem cây cần chất gì, cần bao nhiêu và cần ở giai đoạn phát triển nào). Chúng ta đã biết mỗi loại cây có nhu cầu dinh dưỡng riêng ở mỗi giai đoạn phát triển của nó…

+ Bón vào đất: tức là đưa chất dinh dưỡng trực tiếp vào đất đúng theo nhu cầu của cây. Cây hấp thụ dinh dưỡng chủ yếu qua bộ rễ và qua lá. Bón vào đất có thể bón kết hợp giữa phân hữu cơ, vô cơ và phân khoáng, phương pháp này có hiệu quả sử dụng cao. Khi bón nên lấp một lớp đất lên trên để tránh mất mát khi trời mưa hay tưới mạnh (ví dụ bón đạm dạng NH­_4­ dễ bị rửa trôi hay hiện tượng phản nitrat…).

+ Bón lên thân, lá: tức là dùng phương pháp phun. Chất dinh dưỡng được pha thành dung dịch với nồng độ thích hợp để phun trực tiếp lên thân, lá. Ở các nước dùng máy bay để phun hoặc máy phun. Ở Việt Nam dùng các bình bơm để phun. Đối với các nguyên tố đa lượng pha nồng độ khoảng  2-3% và nên phun phối hợp.

Phương pháp phun nên tiến hành vào buổi sáng sớm hoặc chiều mát và không nên phun vào lúc trời mưa sẽ bị rửa trôi để tạo điều kiện lá và thân hấp thụ tốt hơn, không nên phun vào buổi trưa. Phun phan qua lá có hiệu quả cao đối với cây trồng trên đất khô, đất chua mặn vì trong điều kiện này rễ cây hút dinh dưỡng từ đất khó khan hơn hấp thụ qua thân, lá.