CHƯƠNG 1.1 Một số vấn đề liên quan đến phân bón và năng suất cây trồng Để chuyên canh cây trồng cần phải đảm bảo cung cấp đầy đủ các thành phần dinh dưỡng vào đất, bao gồm các yếu tố dinh dưỡng đa lượng và vi lượng. Chính vì vậy, các nguồn N, P và K nói chung được coi là yếu tố quan trọng bậc nhất trong canh tác nông nghiệp hiện đại. Tuy nhiên, việc lạm dụng quá nhiều phân bón lại có tác dụng xấu đến môi trường và sức khỏe con người và đang trở thành một vấn nạn toàn cầu. Có thể nói, việc sử dụng phân bón hóa học trong nông nghiệp hiện đại đang đặt ra một bài toán lớn cho các nhà khoa học và các nhà hoạch định chính sách.
Bài toán đó có thể tóm lại trong hai câu hỏi lớn, đó là: (A) Có nên tiếp tục sử dụng phân bón hay không? và (B) Làm thế nào để sử dụng hợp lý phân bón hóa học nhằm giảm thiểu tác động tới môi trường? Sau đây là một số luận cứ để chúng ta đi tìm câu trả lời cho những câu hỏi lớn đó.1 Phân bón hóa học, phân bón hữu cơ hay phân bón sinh học? Trong đất tự nhiên luôn có sẵn một lượng nhất định các chất dinh dưỡng cần thiết cho thực vật phát triển, nhưng phần lớn ở dạng không có sẵn cho cây và chỉ một phần nhỏ được giải phóng mỗi năm thông qua hoạt động sinh học hoặc các quá trình hóa học. Sự chuyển hóa dinh dưỡng tự nhiên này quá chậm để bù đắp cho phần dinh dưỡng mất đi do sản xuất nông nghiệp, do đó, phân bón được tạo ra để bổ sung các chất dinh dưỡng cho đất trồng. Dựa trên quy trình sản xuất, phân bón có thể được phân loại thành ba nhóm: Phân bón hóa học; Phân bón hữu cơ và Phân bón sinh học. Việc sử dụng phân bón hóa học, phân bón hữu cơ hoặc phân bón sinh học có những ưu điểm và nhược điểm trong cung cấp dinh dưỡng, tăng trưởng cây trồng và bối cảnh chất lượng môi trường.
Những ưu và nhược điểm này cần được cân nhắc để đạt được hiệu suất tối ưu theo từng loại phân bón và thực hiện quản lý dinh dưỡng cân bằng cho sự phát triển của cây trồng. luan an 4 Ưu điểm của việc sử dụng phân bón hóa học gồm có: (i) Dinh dưỡng có thể hòa tan nhanh và sẵn sàng đáp ứng cho cây trồng, do đó hiệu quả thường trực tiếp và nhanh chóng; (ii) Giá thành của phân bón hóa học luôn thấp hơn hơn so với phân bón hữu cơ, do đó phổ biến hơn và dễ dàng hơn cho người sử dụng; (ii) Phân bón hóa học có hàm lượng dinh dưỡng cao nhất, với chỉ một lượng nhỏ là đủ cho tăng trưởng cây trồng. Tuy nhiên, nhược điểm của việc sử dụng phân bón hóa học không hề nhỏ. Một là, việc sử dụng quá mức có thể dẫn đến các tác động tiêu cực như rửa trôi, ô nhiễm tài nguyên nước, phá hủy vi sinh vật (VSV) và côn trùng có lợi, dễ bị sinh vật gây bệnh tấn công, gây axit hóa hoặc kiềm hóa đất và giảm độ phì nhiêu của đất, do đó gây ra thiệt hại không thể khắc phục cho toàn bộ hệ sinh thái [3].
Hai là, lượng phân bón N hóa học dư thừa có thể làm mềm mô thực vật, dẫn đến cây nhạy cảm hơn với bệnh tật và sâu bệnh. Ngoài ra, phân bón hóa học còn làm tăng cường sự phân hủy chất hữu cơ trong đất, dẫn đến suy thoái cấu trúc đất. Bên cạnh đó, khi phân bón bị rửa trôi và xâm nhập vào các tầng nước mặt và nước ngầm sẽ gây ra ô nhiễm, mất cân bằng sinh thái, phát thải khí gây hiệu ứng nhà kính như N2O hay NO, hay gây bệnh thiếu máu ở người [3, 4]. Phân hữu cơ là những loại phân bón chứa các chất dinh dưỡng dưới dạng những hợp chất hữu cơ có nguồn gốc từ các sinh vật, được sử dụng cải tạo đất và bổ sung chất dinh dưỡng cho cây trồng.
Phân hữu cơ truyền thống bao gồm các loại phụ phẩm công nông nghiệp, hay các loại phân chuồng, phân xanh. Hiện nay phân hữu cơ được sản xuất công nghiệp với nhiều loại có nguồn gốc đa dạng, và phát triển theo hướng kết hợp với các chất khoáng hoặc vi sinh vật có lợi dưới dạng phân bón hữu cơ khoáng và hữu cơ vi sinh nhằm tăng cường hiệu quả chuyển hóa và hấp thu dinh dưỡng cho cây trồng. Mặc dù vậy, tốc độ giải phóng dinh dưỡng từ phân bón hữu cơ vào đất quá chậm và khó kiểm soát nên có thể ảnh hưởng đến sự phát triển của cây trồng, đặc biệt là những cây trồng ngắn ngày. Ngoài ra, việc áp dụng lâu dài hoặc quá nhiều phân bón hữu cơ cũng có thể dẫn đến tích tụ muối, dinh dưỡng hoặc kim loại nặng và có thể ảnh hưởng xấu đến sự phát triển của thực vật, sinh vật đất, chất lượng nước và sức khỏe của con người và động vật [5].
Phân sinh học là loại phân bón có thành phần bao gồm các VSV sống ở dạng tế bào hoặc bào tử, có khả năng tập nhiễm vào hạt giống, bề mặt hoặc nội mô của thực vật, vùng rễ hoặc đất trồng, giúp thực vật dễ dàng hấp thu dinh dưỡng và tăng cường sinh trưởng. Các chủng VSV có hiệu quả cố định đạm, hòa tan phosphate hoặc giúp làm tăng luan an 5 tốc quá trình chuyển hóa các chất dinh dưỡng cho thực vật đồng hóa [6]. Phân sinh học giúp thực vật phát triển tốt hơn và cho năng suất cao hơn. Phân sinh học khác với phân bón hóa học và hữu cơ ở chỗ, chúng không trực tiếp cung cấp bất kỳ chất dinh dưỡng nào cho cây trồng, mà chỉ đóng vai trò gián tiếp, bởi chúng là chất mang của một số VSV đặc biệt giúp tăng cường chuyển hóa dinh dưỡng trong đất và tăng hấp thu dinh dưỡng cho thực vật, từ đó làm tăng cường sức sống cho cây và năng suất mùa vụ.
Tuy nhiên, phân bón sinh học đòi hỏi những đánh giá kỹ lưỡng liên quan đến điều kiện tác dụng cũng như mật độ và tính an toàn của các chủng VSV thành phần [7]. Đặc biệt, trước khi đưa một loại phân sinh học vào sử dụng, cần đánh giá kỹ những tác động về sinh thái học của chúng đối với khu hệ VSV trong đất để sử dụng một cách hợp lý và không tạo ra những nguy cơ tiềm ẩn trong môi trường.2 Quản lý dinh dưỡng tổng hợp Sử dụng kết hợp phân bón hóa học và hữu cơ để sản xuất cây trồng bền vững đã được chứng minh là rất có lợi. Một số nhà nghiên cứu đã chứng minh hiệu quả có lợi của việc sử dụng kết hợp phân bón hóa học và hữu cơ để giảm thiểu sự thiếu hụt nhiều chất dinh dưỡng thứ cấp và vi chất trong các lĩnh vực liên tục chỉ nhận được phân bón N, P và K trong vài năm, mà không cần bất kỳ loại phân bón vi lượng hoặc hữu cơ nào. Nghiên cứu năm 2005 trên cây húng (Ocimum basilicum L.
Vikas Sudha) cho thấy, năng suất và hàm lượng tinh dầu trong cây húng ở các lô bón phân hữu cơ kết hợp với phân hóa học cao hơn hẳn so với các lô chỉ bón một trong hai loại phân, ngoài ra việc bón kết hợp hai loại phân trên còn giúp làm cải thiện các chỉ số dinh dưỡng như hàm lượng C tổng số, N và P dễ tiêu trong đất [5]. Xét về hiệu suất sử dụng, phân bón hóa học và phân bón hữu cơ có hiệu quả sử dụng thấp, có nghĩa là chỉ một phần các chất dinh dưỡng từ các loại phân này được thực vật hấp thụ [8]. Ví dụ, phần lớn phân lân bị kết tủa sau khi bón vào đất, hay phân đạm trong đất có thể bị mất qua quá trình lọc nitrat, dẫn đến ô nhiễm nước ngầm [8, 9]. Phân bón sinh học giúp cải thiện hiệu quả chuyển hóa của phân bón hóa học.
Chẳng hạn, một số vi khuẩn có tác dụng tích cực nhất định đối với sự hấp thu N từ đất [10, 11, 12], hay việc tập nhiễm nấm rễ nội cộng sinh giúp hòa tan P và tăng hấp thu dinh dưỡng của cây, cho năng suất cây trồng cao hơn [13, 14]. Như vậy, việc kết hợp giữa các loại phân bón hóa học và hữu cơ với phân sinh học sẽ là giải pháp cho tương lai, cho một nền nông nghiệp có hiệu quả cao và bền vững. luan an 6 ‘Quản lý dinh dưỡng tổng hợp’ (Integrated Nutrient Management, INM) là hệ thống canh tác ra đời từ cuối thế kỷ 20, và chỉ được chú trọng phát triển từ đầu những năm 2000, nhằm hạn chế các tác dụng tiêu cực của phân bón hóa học [15]. INM giúp giảm thiểu lượng phân bón hóa học nhưng làm tăng hiệu suất sử dụng dinh dưỡng bằng các kết hợp giữa các loại phân bón nhân tạo (phân hóa học) và tự nhiên (phân hữu cơ, phân sinh học) cho thực vật nhằm làm tăng năng suất một cách hiệu quả, thân thiện môi trường và duy trì tính ổn định cao [15, 16].
Các kết quả nghiên cứu đã cho thấy, khi áp dụng hệ thống INM thì năng suất thu hoạch sẽ tăng từ 8 đến 150% so với các cách thức canh tác truyền thống, mặt khác duy trì chất lượng và tính ổn định của đất trồng cho nhiều mùa vụ sau [17]. Những phân tích trên đây có thể coi là một số luận cứ chính cho câu hỏi (A) và (B) đã nêu. Một là, phân bón có vai trò không thể thay thế đối với cây trồng và với vấn đề an ninh lương thực toàn cầu cũng như nhu cầu khai thác hợp chất thiên nhiên phục vụ tiêu dùng xã hội. Hai là, các loại phân nói chung và phân bón hóa học nói riêng nếu được sử dụng với hàm lượng phù hợp và với cách thức thích hợp thì không chỉ giúp cây trồng phát triển tốt và đem lại năng suất cao hơn, mà còn có thể giúp cải tạo đất trồng và tránh tác động tiêu cực tới môi trường sinh thái.
Chính vì vậy, để đạt được một hiệu suất nông nghiệp cao và bền vững, cần xây dựng và phát triển hệ thống INM một cách phù hợp với mỗi địa phương và mỗi loại cây trồng, trong đó cần đặc biệt ưu tiên hai hướng là: (i) Xác định chế độ bón phân hóa học hiệu quả theo hướng giảm thiểu, và (ii) tìm kiếm được những nhóm VSV hữu hiệu nhằm ứng dụng cho sản xuất phân sinh học.