CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1. CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA ĐỀ TÀI 1. Nhu cầu dinh dưỡng của cây lúa Nhu cầu dinh dưỡng của cây lúa hay nói cách khác là các chất dinh dưỡng cần thiết, đối với sinh trưởng và phát triển của cây lúa bao gồm đạm (N), lân (P), kali (K), canxi, sắt, kẽm, đồng, magiê, mangan, molipđen, bo, silic, lưu huỳnh. Ba nguyên tố cacbon, ôxy và hydrô được cây trồng nói chung và cây lúa nói riêng lấy từ quá trình quang hợp và hấp thu nước của hệ rễ cây.
Có nhiều chất dinh dưỡng khoáng mà cây lúa cần, nhưng 3 yếu tố dinh dưỡng mà cây lúa cần với lượng lớn bao gồm đạm, lân và kali, là những chất cần thiết cho những quá trình sống diễn ra trong cây lúa. Các nguyên tố khoáng còn lại, cây lúa cần với lượng rất ít và hầu như đã có sẵn ở trong đất, nếu thiếu thì tuỳ theo điều kiện cụ thể mà bón bổ sung. Theo nghiên cứu, để có năng suất 5 tấn hạt/ha/vụ thì lượng các chất dinh dưỡng chủ yếu cây lúa hút từ đất và phân bón là 110 kg N, 34 kg P2O5, 156 kg K2O, 23 kg MgO, 20 kg CaO, 5 kg S, 3,2 kg Fe, 2 kg Mn, 200 g Zn, 150 g B, 250 g Si và 25 g Cl. Trong nghiên cứu của đề tài chỉ đi sâu vào nhu cầu dinh dưỡng đạm của cây lúa [20].
Vai trò của đạm đối với cây lúa Đạm là yếu tố dinh dưỡng hàng đầu đối với cơ thể sống, vì nó là thành phần cơ bản của protein - chất cơ bản biểu hiện sự sống. Đạm nằm trong nhiều hợp chất cơ bản cần thiết cho sự phát triển của cây như diệp lục và các enzim, các bazơ nitơ là thành phần cơ bản của axit nuclêic, trong các ADN, ARN của nhân tế bào, nơi cư trú các thông tin di truyền đóng vai trò quan trọng trong việc tổng hợp protein. Do vậy, đạm là nguyên tố cơ bản của quá trình đồng hóa các bon, kích thích sự phát triển của bộ rễ, hút dinh dưỡng của cây [86]. Thiếu đạm làm cho cây lúa thấp, đẻ nhánh kém, đòng nhỏ, khả năng trỗ kém, số hạt/bông ít, lép nhiều, năng suất thấp.
Ở thời kỳ sinh trưởng sinh dưỡng, đạm tập trung ở các phần non của cây, các mô phân sinh đang hoạt động, ở các phần sống của tế bào. Khi hạt chín, phần lớn đạm trong cây tập trung ở hạt. Vì vậy, nếu thiếu đạm cây sinh trưởng kém, lá vàng, chất khô tích lũy giảm, số quả và khối lượng quả đều giảm, nhất là thiếu đạm ở thời kỳ sinh trưởng cuối. Nếu thiếu đạm nghiêm trọng dẫn tới ngừng phát triển quả và hạt [22], [27].
Thừa đạm làm cho lá to, dài, phiến lá mỏng, nhánh vô hiệu nhiều, lúa trỗ muộn, cây cao, lốp, đổ non, ảnh hưởng xấu đến năng suất và phẩm chất lúa. Bón đạm quá ngưỡng sẽ gây nên hiện tượng mất cân đối giữa sinh trưởng sinh dưỡng và sinh trưởng sinh thực, thân lá phát triển mạnh làm ảnh hưởng đến quá trình tạo hạt dẫn đến năng suất thấp [17]. Cơ sở khoa học của bón phân đạm cho cây lúa Đạm có vai trò quan trọng trong việc phát triển bộ rễ, thân, lá, chiều cao và đẻ nhánh của cây 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 ở giai đoạn đẻ nhánh lúa cần nhiều đạm nhất [31]. Cung cấp đủ đạm và đúng lúc làm cho lúa đẻ nhánh nhanh, tập trung tạo nhiều nhánh hữu hiệu. Đạm thúc đẩy hình thành đòng và các yếu tố cấu thành năng suất khác như số hạt/bông, khối lượng 1.000 hạt và tỷ lệ hạt chắc. Vì vậy, bón đạm ở giai đoạn làm đòng ảnh hưởng quyết định đến năng suất.
Mặt khác bón 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 [1], [32]. Cây lúa non cần đạm để sinh trưởng tốt, đẻ nhánh sớm, khi đẻ nhánh rộ cần đến 70% tổng lượng đạm.
Trong từng giai đoạn sinh trưởng, phát triển nhu cầu đạm của cây lúa có sự khác nhau. Bón đạm cho lúa ở thời kỳ đầu là rất cần thiết để xúc tiến sự đẻ nhánh và phân hóa đòng. Nhưng bón đạm quá nhiều làm cho cây vóng, lốp, số nhánh hữu hiệu giảm. Ngoài ra, việc bón đạm cũng phải cẩn thận vì sự tương quan chặt chẽ giữa hàm lượng bón và chiều cao cây [17].
Trong quá trình sinh trưởng, cây lúa có 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 thóc khoảng 17 - 25 kg N, trung bình 22,2 kg N [20], [40]. Trong các giai đoạn sinh trưởng thì bắt đầu từ đẻ nhánh đến đẻ rộ, hàm lượng đạm trong thân lá luôn cao sau đó giảm dần. Như vậy, cần tập trung bón đạm mạnh vào giai đoạn đẻ nhánh.
Tuy nhiên thời kỳ hút đạm mạnh nhất quan sát thấy ở lúa lai là từ đẻ nhánh rộ đến làm đòng, mỗi ngày lúa lai hút 3.520 g N/ha, chiếm 34,68% tổng lượng hút, tiếp đến mới là giai đoạn từ bắt đầu đẻ nhánh đến đẻ nhánh rộ, mỗi ngày cây hút 2.737 g N/ha, chiếm 26,82% tổng lượng hút. Vì lý do này mà bón lót và bón thúc thật tập trung là rất cần thiết nhằm cung cấp đủ đạm cho lúa lai. Ở giai đoạn cuối, tuy lúa lai hút đạm không mạnh như ở 2 giai đoạn đầu, song giữ một tỷ lệ đạm cao và sức hút đạm mạnh rất có lợi cho quang hợp tích lũy chất khô vào hạt. Vì thế một lượng đạm nhất định cần được bón vào giai đoạn cuối (khoảng 20 ngày trước khi lúa trỗ) [31].
Cây lúa yêu cầu dinh dưỡng đạm trong suốt quá trình sinh trưởng, phát triển. Tỷ lệ đạm trong cây so với khối lượng chất khô ở các thời kỳ như sau: Thời kỳ mạ 1,54%, đẻ nhánh 3,65%, làm đòng 3,06%, cuối làm đòng 1,95%, trỗ bông 1,17% và chín 0,4% [10]. Trong quá trình sinh trưởng, cây lúa có nhu cầu đạm tăng đều từ thời kỳ đẻ nhánh tới trỗ, rồi giảm sau trỗ. Ở giai đoạn sinh trưởng đầu tỷ lệ đạm được tích luỹ cao trong thân, lá của cây lúa và giảm dần theo thời gian cho đến tận giai đoạn cuối của kỳ sinh trưởng.
Việc di chuyển đạm từ các bộ phận của cây đến hạt đáng kể sau trỗ. Cây 7 lúa hút đạm nhiều nhất vào hai thời kỳ đẻ nhánh khoảng 70% và làm đòng khoảng 10 - 15%, trong đó đẻ nhánh là thời kỳ hút đạm có ảnh hưởng lớn nhất đến năng suất lúa, còn làm đòng là thời kỳ hút đạm có hiệu suất cao. Tuỳ theo thời gian sinh trưởng của giống lúa mà 2 đỉnh về sự hút đạm có khoảng cách gần hay xa nhau. Các giống lúa ngắn ngày có hai đỉnh nhu cầu đạm gần nhau, còn ở các giống dài ngày thì hai đỉnh đó cách nhau 30 - 40 ngày [20].
Theo Đào Thế Tuấn (1970) [80] trong thí nghiệm 3 vụ lúa ở đất phù sa sông Hồng đã rút ra kết luận: “Vụ lúa chiêm cũng như vụ lúa mùa, chia đạm ra bón nhiều lần để bón thúc đẻ nhánh, nếu bón tập trung vào thời kỳ đầu đẻ nhánh thì số nhánh tăng lên rất nhiều nhưng số nhánh vô hiệu cũng tăng nhiều và thiếu dinh dưỡng. Nếu bón tập trung vào cuối thời kỳ đẻ nhánh thì số nhánh lụi đi ít nhưng tổng số nhánh cũng ít vì vậy cần chú ý cả hai mặt. Trong trường hợp đạm bón tương đối ít thì nên bón tập trung vào thời kỳ đẻ nhánh rộ”. Vai trò của phân hữu cơ và sử dụng rơm rạ đối với cây lúa Phân hữu cơ truyền thống là loại phân có nguồn gốc từ chất thải của người, động vật hoặc từ các phế phụ phẩm trồng trọt, chăn nuôi, chế biến nông, lâm, thủy sản, phân xanh, rác thải hữu cơ, các loại than bùn được chế biến theo phương pháp ủ truyền thống [33].
Phân hữu cơ nói chung có ưu điểm là chứa đầy đủ các nguyên tố dinh dưỡng đa, trung và vi lượng mà không một loại phân vô cơ nào có được. Ngoài ra, phân hữu cơ cung cấp chất mùn làm kết cấu của đất tốt lên, tơi xốp hơn, bộ rễ phát triển mạnh, hạn chế mất nước trong quá trình bốc hơi từ mặt đất, chống được hạn, chống xói mòn [58]. Bón phân hữu cơ làm tăng năng suất cây trồng. Kết quả nghiên cứu khoa học trong rất nhiều năm của các viện, trường, cũng như kết quả điều tra kinh nghiệm của các hộ nông dân cho thấy, năng suất cây trồng và hiệu quả kinh tế cao, ổn định ở những nơi có bón tỷ lệ N hữu cơ và N vô cơ cân đối với tỷ lệ N tính từ hữu cơ chiếm khoảng 25 - 30% tổng nhu cầu của cây trồng.
Ước tính do bón phân hữu cơ năng suất cây trồng đã tăng được 10 - 20%. Nếu tính riêng về thóc do bón phân hữu cơ (chủ yếu là phân chuồng) đã đạt khoảng 2,5 - 3,0 triệu tấn thóc/năm [20]. Bón phân hữu cơ còn làm giảm bớt lượng phân vô cơ cần bón, do phân hữu cơ có chứa các nguyên tố dinh dưỡng đa lượng, trung lượng và vi lượng. Kết quả nghiên cứu và điều tra cho thấy nếu bón 10 tấn phân chuồng/ha có thể giảm bớt được 40 - 50% lượng phân kali cần bón.
Hiệu quả sử dụng phân hữu cơ (phân chuồng) đối với một số cây trồng chính như sau: Bón phân chuồng làm tăng đáng kể hiệu suất sử dụng phân đạm. Năng suất lúa đạt cao nhất khi tỷ lệ đạm hữu cơ trong tổng lượng đạm bón khoảng 30 - 40% (bón 10 tấn phân chuồng/ha thường cho khoảng 30 - 35 kg N tương đương 65 - 75 kg urê). Cân đối hữu cơ - vô cơ không chỉ làm tăng hiệu quả sử dụng 8 phân vô cơ mà ngược lại phân vô cơ cũng làm tăng hiệu lực phân chuồng. Trên nền có bón phân vô cơ, hiệu lực 1 tấn phân chuồng đạt 53 - 89 kg thóc, trong khi không có phân vô cơ chỉ đạt 32 - 52 kg [25].
Để có thể đảm bảo cho cây trồng có năng suất cao, ổn định, thì việc cung cấp dinh dưỡng cho cây chỉ dựa vào phân vô cơ là chưa đủ, mà cần phải có cả phân hữu cơ, ít nhất chiếm 25% trong tổng số dinh dưỡng bón cho cây trồng [11], [12], [13].
