Dinh dưỡng đa lượng: Đạm (N)

Dinh dưỡng đa lượng đóng vai trò then chốt trong sự phát triển toàn diện của thực vật, trong đó đạm (Nitrogen - N) là một trong những nguyên tố thiết yếu bậc nhất. Đạm không chỉ cần thiết với số lượng lớn hơn so với hầu hết các chất dinh dưỡng khác, mà còn là yếu tố quyết định năng suất và chất lượng của nhiều loại cây trồng.

Vai trò và tầm quan trọng đối với thực vật nói chung

Đạm đảm nhiệm nhiều chức năng sinh lý quan trọng, là thành phần cấu tạo nên các phân tử hữu cơ thiết yếu cho sự sống của thực vật. Ở cấp độ phân tử, đạm là một phần không thể thiếu của protein, axit amin, enzyme, vitamin, chlorophyll và các axit nucleic như DNA và RNA. Đặc biệt, đạm là trung tâm của phân tử chlorophyll, sắc tố quan trọng cho quá trình quang hợp, cho phép thực vật hấp thụ năng lượng ánh sáng để tổng hợp chất hữu cơ. Ngoài ra, đạm còn tham gia vào các quá trình trao đổi chất và chuyển hóa năng lượng trong cây, cấu trúc màng tế bào và hình thành ATP, hợp chất mang năng lượng chính của tế bào. Đạm cũng là thành phần của các chất điều hòa sinh trưởng và vitamin, đóng vai trò trong nhiều quá trình phát triển của cây.

Ở cấp độ toàn cây, đạm thúc đẩy quá trình sinh trưởng và phát triển, bao gồm sự hình thành rễ, thân và lá. Nó kích thích cây ra nhánh, đẻ chồi và phát triển tán lá. Khi cây được cung cấp đủ đạm, lá sẽ có kích thước lớn hơn, màu xanh đậm, tăng cường khả năng quang hợp. Đạm cũng đóng vai trò quan trọng trong quá trình ra hoa, kết quả và hình thành hạt, từ đó quyết định năng suất và chất lượng nông sản. Bên cạnh đó, dinh dưỡng đạm cân đối còn giúp cây tăng cường khả năng chống chịu với sâu bệnh hại và các điều kiện bất lợi của môi trường.

Như vậy, đạm là nền tảng cho sự sống và phát triển của thực vật, ảnh hưởng sâu sắc đến mọi khía cạnh từ chức năng tế bào đến năng suất và khả năng thích ứng của cây trồng. Việc quản lý dinh dưỡng đạm hiệu quả không chỉ tối ưu hóa sản lượng và chất lượng nông sản mà còn góp phần đảm bảo sự phát triển bền vững của nền nông nghiệp.

Nhu cầu dinh dưỡng đạm đặc trưng cho cây thân thảo

Cây thân thảo, với đặc điểm sinh học là chu kỳ sống ngắn và tập trung vào sinh trưởng nhanh, thường có nhu cầu đạm cao, đặc biệt trong giai đoạn sinh trưởng dinh dưỡng.

Các giai đoạn sinh trưởng và nhu cầu đạm

Giai đoạn nảy mầm đến mọc: Trong giai đoạn đầu, cây con cần một lượng đạm dễ hấp thụ để thiết lập hệ thống rễ và phát triển lá mầm.

Giai đoạn mọc đến ra hoa: Đây là giai đoạn sinh trưởng dinh dưỡng mạnh mẽ nhất, khi cây tập trung phát triển thân, lá và cành. Nhu cầu đạm trong giai đoạn này là cao nhất để hỗ trợ sự tăng trưởng nhanh chóng và quá trình quang hợp hiệu quả. Đạm thúc đẩy sự phát triển của diện tích lá, qua đó tăng cường khả năng quang hợp của cây.

Giai đoạn ra hoa đến kết quả: Nhu cầu đạm vẫn duy trì ở mức cần thiết để hỗ trợ sự phát triển của hoa và quả. Tuy nhiên, đối với một số cây ăn quả, việc giảm lượng đạm bón vào giai đoạn cuối có thể giúp cây tập trung năng lượng vào việc phát triển quả thay vì tiếp tục sinh trưởng thân lá.

Đường cong hấp thụ đạm ở cây rau ăn lá cho thấy sự hấp thụ đạm cao trong giai đoạn sinh trưởng dinh dưỡng, đạt đỉnh và duy trì ở mức cao cho đến khi thu hoạch.

Các yếu tố ảnh hưởng đến nhu cầu đạm

Loài cây: Nhu cầu đạm khác nhau đáng kể giữa các loài cây thân thảo. Ví dụ, rau diếp có nhu cầu đạm cao trong giai đoạn phát triển bắp, trong khi cà chua cần nhiều đạm trong giai đoạn sinh trưởng dinh dưỡng và phát triển quả.

Điều kiện môi trường: Ánh sáng, nhiệt độ và độ ẩm ảnh hưởng đến khả năng hấp thụ và sử dụng đạm của cây. Nhiệt độ thấp vào đầu xuân có thể làm giảm sự hấp thụ dinh dưỡng, trong khi hạn hán có thể làm giảm khả năng hòa tan và di chuyển của đạm trong đất.

Loại đất: Đất cát có xu hướng bị rửa trôi đạm nhanh hơn, đòi hỏi việc bón phân thường xuyên hơn với liều lượng thấp hơn so với đất sét. Độ pH của đất cũng ảnh hưởng đến khả năng hòa tan và hấp thụ đạm.

Giai đoạn phát triển: Nhu cầu đạm thay đổi theo từng giai đoạn sinh trưởng của cây, như đã phân tích ở trên.

Mật độ trồng: Mật độ trồng cao có thể làm tăng nhu cầu đạm tổng thể trên một đơn vị diện tích do sự cạnh tranh dinh dưỡng giữa các cây.

Nhu cầu dinh dưỡng đạm của cây thân gỗ

Cây thân gỗ, với đặc tính là cây lâu năm, có nhu cầu dinh dưỡng đạm khác biệt so với cây thân thảo. Chúng thường dự trữ đạm trong các mô của mình (cành, thân, rễ), có thể được tái huy động để phục vụ cho sự phát triển mới vào mùa xuân. Chu kỳ sinh trưởng của cây thân gỗ bao gồm giai đoạn kiến thiết kéo dài, sau đó là giai đoạn sinh trưởng sinh dưỡng và sinh sản có thể kéo dài nhiều năm. Việc bón đạm cho cây thân gỗ cần xem xét đến các chu kỳ dài hạn này và sự cân bằng giữa sinh trưởng sinh dưỡng và sinh sản.

Nhu cầu đạm ở các giai đoạn phát triển quan trọng

Giai đoạn cây non (Kiến thiết): Việc cung cấp đạm ổn định là quan trọng để thúc đẩy sự sinh trưởng sinh dưỡng mạnh mẽ và phát triển hệ thống rễ khỏe mạnh. Lượng đạm bón thường được tính dựa trên tuổi hoặc kích thước của cây.
Giai đoạn cây trưởng thành (Phục hồi, dự trữ): Nhu cầu đạm có thể thấp hơn so với giai đoạn cây non, tập trung vào việc duy trì sức sống vừa phải và sự cân bằng giữa phát triển rễ và tán cây. Bón quá nhiều đạm có thể dẫn đến sự phát triển quá mức của tán cây, gây bất lợi cho hệ thống rễ .
Giai đoạn ra hoa và kết trái (Sinh sản): Đạm vẫn cần thiết để hỗ trợ quá trình phát triển quả, nhưng bón quá nhiều đạm đôi khi có thể thúc đẩy sinh trưởng sinh dưỡng quá mức, làm giảm sự ra hoa kết trái hoặc ảnh hưởng đến chất lượng quả. Nhu cầu đạm có thể đạt đỉnh ngay trước khi cây ra hoa.

Khác với cây thân thảo có nhu cầu đạm liên tục và thường cao hơn trong suốt chu kỳ sống ngắn của chúng, cây thân gỗ có nhu cầu đạm theo từng giai đoạn, với nhu cầu cao hơn trong giai đoạn kiến thiết và nhu cầu dao động tùy thuộc vào chu kỳ sinh trưởng và sinh sản dài hạn của chúng. Khả năng dự trữ và tái huy động đạm của cây thân gỗ cũng là một yếu tố cần xem xét trong quản lý dinh dưỡng. Việc quản lý đạm cho cây thân gỗ đòi hỏi một tầm nhìn dài hạn, xem xét tuổi cây, nhu cầu đặc trưng của loài và sự cân bằng giữa sinh trưởng sinh dưỡng và sinh sản. Việc bón phân định kỳ có thể không phải lúc nào cũng cần thiết, đặc biệt là ở những vùng đất vườn khỏe mạnh, và nên được hướng dẫn bởi việc quan sát sự phát triển của cây và có thể là kết quả phân tích đất.

Dấu hiệu nhận biết khi cây trồng thiếu hoặc thừa đạm

Việc nhận biết các dấu hiệu thiếu hoặc thừa đạm ở cây trồng là rất quan trọng để điều chỉnh việc bón phân kịp thời và hiệu quả. Các dấu hiệu này có thể khác nhau giữa các nhóm cây trồng.

Dấu hiệu cây thiếu đạm

Do đạm có tính di động cao trong cây, có khả năng được vận chuyển từ mô già đến mô non đang phát triển, nên các triệu chứng thiếu hụt thường xuất hiện đầu tiên trên các lá già hoặc lá ở phần dưới của cây. Thường biểu hiện bằng sự vàng lá đều trên các lá già trước, sau đó lan lên các lá non. Cây sinh trưởng chậm, còi cọc, lá nhỏ, mỏng hơn bình thường, chồi và cành ít phát triển. Tình trạng thiếu đạm có thể khiến cây ra ít nụ hoa, hoa nhỏ, dễ rụng, giảm năng suất quả và hạt.

Dấu hiệu thừa đạm

Thường biểu hiện bằng sự phát triển quá mạnh của thân lá, lá có màu xanh đậm bất thường, dày và có thể bị cong. Cây có thể mềm yếu, dễ bị đổ ngã và dễ nhiễm sâu bệnh. Việc ra hoa và kết quả có thể bị chậm lại hoặc giảm. Ở các họ Hòa thảo, thừa đạm có thể dẫn đến sự phát triển chồi quá nhanh nhưng yếu, giảm sự phát triển của rễ và tăng nguy cơ mắc bệnh. Đối với cây họ đậu, bón quá nhiều đạm có thể ức chế sự hình thành nốt sần và quá trình cố định đạm. Cây gia vị thừa đạm có thể có sự phát triển lá quá mức nhưng hương vị và mùi thơm có thể giảm do nồng độ tinh dầu thấp hơn.

Hấp thu dinh dưỡng đạm

Cây trồng hấp thụ đạm ở dạng NH₄⁺, NO₃⁻ và đạm hữu cơ, hấp thụ theo dòng nước qua rễ hoặc lá.

Dạng amoni (NH₄⁺): Đây là dạng đạm mà cây hấp thu trực tiếp từ đất, đặc biệt phổ biến ở các loại cây trồng trong điều kiện đất ngập nước (như lúa nước).
Amoni được giữ trong đất bởi các hạt sét hoặc chất hữu cơ, ít bị rửa trôi hơn so với dạng nitrate. Một số cây ưu tiên hấp thu NH₄⁺ vì nó không cần chuyển hóa nhiều trong cơ thể cây.

Dạng nitrate (NO₃⁻): Đây là dạng đạm phổ biến nhất mà cây hấp thu, đặc biệt ở các loại cây trồng trên đất khô (như ngô, lúa mì, rau màu). Nitrate dễ hòa tan trong nước, do đó dễ bị rửa trôi trong điều kiện mưa nhiều hoặc tưới quá mức.
Cây cần chuyển hóa nitrate thành amoni trong rễ hoặc lá trước khi sử dụng để tổng hợp protein.

Dạng đạm hữu cơ: chính là các axit amin tự do trong đất hoặc được bón qua lá, cây hấp thụ trực tiếp và tham gia vào các quá trình tổng hợp, chuyển hóa trong cây.

Đất trồng bị mất đạm

Đất trồng cây bị mất đạm (nitơ - N) trong một số trường hợp sau đây, do đặc tính hóa học của đạm và các yếu tố môi trường:

Rửa trôi: Khi đất bị ngập nước hoặc tưới quá nhiều, đặc biệt là trong mưa lớn, đạm dưới dạng nitrate (NO₃⁻) dễ bị hòa tan và rửa trôi xuống tầng đất sâu hoặc theo dòng nước chảy ra ngoài. Đất cát, đất nhẹ có khả năng giữ nước và chất dinh dưỡng kém thường dễ bị mất đạm hơn đất sét.

Bay hơi: Đạm dạng amoni (NH₄⁺) trong phân bón (như urê) có thể chuyển hóa thành khí amoniac (NH₃) và bay hơi vào không khí, đặc biệt trong điều kiện đất kiềm (pH cao), nhiệt độ cao hoặc phân bón không được vùi sâu vào đất.

Phản nitrate hóa: Trong điều kiện đất ngập úng, thiếu oxy (đất yếm khí), vi khuẩn có thể chuyển hóa nitrate (NO₃⁻) thành khí nitơ (N₂) hoặc khí nitrous oxide (N₂O), sau đó thoát ra khỏi đất vào khí quyển. Quá trình này thường xảy ra ở ruộng lúa hoặc đất bị úng nước lâu ngày.

Nông sản thu hoạch: Khi cây trồng lấy đạm từ đất để phát triển, rồi bị lấy đi, lượng đạm trong đất sẽ giảm dần nếu không được bổ sung thêm từ phân bón hoặc nguồn khác.

Xói mòn đất: Nếu đất bị xói mòn do mưa, gió hoặc canh tác không hợp lý, lớp đất mặt chứa đạm (đặc biệt là đạm hữu cơ) sẽ bị cuốn trôi, dẫn đến mất đạm.

Nguồn cung cấp đạm

Phân hủy hữu cơ: Vi sinh vật phân giải bã thực vật, phân động vật, và chất mùn trong đất thành các dạng đạm đơn giản để cây có thể hấp thu.

Cố định đạm từ khí quyển: Các cây họ đậu có khả năng cộng sinh với các vi khuẩn thuộc chi Rhizobium, Bradyrhizobium, hoặc Sinorhizobium, sống trong đất. Những vi khuẩn này xâm nhập vào rễ cây và hình thành các nốt rễ (nodule) - nơi diễn ra quá trình cố định đạm, chuyển hóa khí nitơ (N2​) thành đạm amoni (NH₄⁺). Các vi khuẩn tự do như Azotobacter hoặc Clostridium cũng cố định đạm trong đất, nhưng hiệu quả thấp hơn nhiều vì không có sự hỗ trợ trực tiếp từ cây.

Sấm sét tự nhiên: Khi tia sét xuất hiện trong cơn giông, năng lượng điện cực mạnh từ tia sét (nhiệt độ lên tới 30.000°C trong thời gian ngắn) cung cấp đủ năng lượng để phá vỡ liên kết N≡N trong phân tử N₂, cung cấp đạm nitrate (NO₃⁻​) từ nước mưa. Lượng đạm từ tia sét rất nhỏ và không đồng đều, phụ thuộc vào tần suất giông sét ở từng khu vực.

Phân bón hóa học: Urea (CO(NH₂)₂), (NH₄NO₃), ((NH₄)₂SO₄), (Ca(NO₃)₂), NPK... cung cấp một lượng đạm hữu hiệu nhanh chóng đến cây trồng trên quy mô lớn và đồng nhất. Hiện nay, phân bón hóa học đang là nguồn cung đạm chủ yếu cho cây trồng.

Sử dụng phân đạm

Hiệu quả sử dụng đạm (Nitrogen Use Efficiency - NUE) là một thuật ngữ dùng để mô tả mức độ hiệu quả của cây trồng trong việc sử dụng lượng đạm được cung cấp (qua phân bón và dạng hữu hiệu trong đất) để tạo ra sinh khối (năng suất). Nói một cách đơn giản, NUE là tỷ lệ giữa năng suất cây trồng và lượng đạm hữu hiệu được bón mà cây có thể hấp thụ được. Nâng cao NUE không chỉ giúp tăng năng suất cây trồng mà còn giảm thiểu thất thoát đạm ra môi trường, hạn chế ô nhiễm và tiết kiệm chi phí phân bón.

Khi cây trồng sử dụng đạm hiệu quả hơn, cây sẽ sinh trưởng tốt hơn, cho năng suất và chất lượng nông sản cao hơn. Tối ưu hóa việc sử dụng đạm giúp nông dân giảm lượng phân bón cần thiết, từ đó tiết kiệm chi phí đầu tư. Lượng đạm dư thừa không được cây trồng hấp thu có thể bị rửa trôi xuống nguồn nước ngầm hoặc phát thải vào không khí dưới dạng khí nhà kính gây ô nhiễm môi trường. Nâng cao NUE giúp giảm thiểu những tác động tiêu cực này.

Nhiều yếu tố có thể tác động đến khả năng cây trồng hấp thu và sử dụng đạm, bao gồm:

• Đặc tính của đất: Độ pH, hàm lượng chất hữu cơ, cấu trúc đất, khả năng thoát nước và độ thoáng khí của đất đều ảnh hưởng đến sự chuyển hóa và hữu dụng của đạm trong đất.
• Loại cây trồng và giống: Các loại cây trồng và thậm chí các giống khác nhau trong cùng một loài có khả năng hấp thu và chuyển hóa đạm khác nhau.
• Thời điểm và phương pháp bón phân: Bón phân không đúng lúc cây cần hoặc bón sai cách có thể dẫn đến thất thoát đạm đáng kể.
• Loại phân bón: Các loại phân đạm khác nhau có tốc độ giải phóng và mức độ hữu dụng khác nhau đối với cây trồng.
• Điều kiện thời tiết: Nhiệt độ, lượng mưa và độ ẩm ảnh hưởng đến hoạt động của vi sinh vật đất (liên quan đến chu trình đạm) và khả năng hấp thu dinh dưỡng của cây.
• Quản lý nước tưới: Tưới tiêu hợp lý giúp hòa tan đạm và vận chuyển đến rễ cây, nhưng tưới thừa nước có thể gây rửa trôi đạm.
• Sâu bệnh hại: Sức khỏe của cây trồng ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng hấp thu và sử dụng dinh dưỡng.

Chiến lược nâng cao Hiệu quả Sử dụng Đạm (NUE)

Bón phân cân đối và hợp lý (Nguyên tắc 4 Đúng):

• Đúng loại phân: Lựa chọn loại phân đạm phù hợp với loại đất, giai đoạn sinh trưởng của cây và điều kiện cụ thể. Ưu tiên các loại phân tan chậm, có kiểm soát hoặc phân bón hữu cơ để giảm thất thoát.
• Đúng liều lượng: Bón đủ lượng đạm cây cần, tránh bón thừa hoặc thiếu. Việc này có thể dựa trên phân tích đất, nhu cầu dinh dưỡng của cây và năng suất mục tiêu.
• Đúng thời điểm: Chia nhỏ lượng phân bón và bón vào các thời điểm cây trồng có nhu cầu đạm cao nhất (ví dụ: giai đoạn đẻ nhánh, làm đòng, phát triển trái).
• Đúng phương pháp: Bón phân gần vùng rễ có nhiều lông hút để cây dễ hấp thu, ví dụ như bón vùi, bón theo hàng, bón hốc hoặc sử dụng hệ thống tưới nhỏ giọt kết hợp bón phân (fertigation).

Cải thiện sức khỏe đất:

• Bổ sung chất hữu cơ: Phân hữu cơ, phân xanh, phân vi sinh giúp cải thiện cấu trúc đất, tăng khả năng giữ nước và dinh dưỡng, đồng thời cung cấp nguồn đạm từ từ cho cây.
• Duy trì độ pH phù hợp: Điều chỉnh độ pH của đất về mức tối ưu cho từng loại cây trồng giúp tăng cường sự hữu dụng của đạm và các dinh dưỡng khác.
• Trồng xen, luân canh: Trồng xen hoặc luân canh với các cây họ đậu có khả năng cố định đạm tự nhiên giúp làm giàu đạm cho đất.

Quản lý nước tưới hiệu quả:

• Cung cấp đủ nước cho cây, đặc biệt trong các giai đoạn quan trọng, để đảm bảo đạm được hòa tan và cây hấp thu dễ dàng.
• Tránh tưới thừa nước gây rửa trôi đạm và úng rễ.

Lựa chọn giống cây trồng có NUE cao: Nghiên cứu và chọn lọc các giống cây trồng có khả năng hấp thu và sử dụng đạm hiệu quả hơn trong điều kiện cụ thể của địa phương.

Ứng dụng công nghệ tiên tiến:

• Nông nghiệp chính xác: Sử dụng các công cụ như cảm biến, máy bay không người lái (drone) và bản đồ năng suất để xác định chính xác nhu cầu dinh dưỡng của từng khu vực nhỏ trong ruộng, từ đó bón phân một cách tối ưu.
• Phân bón thông minh: Sử dụng các loại phân bón thế hệ mới có khả năng kiểm soát giải phóng dinh dưỡng, giúp cung cấp đạm cho cây trồng một cách từ từ và kéo dài, giảm thất thoát.

Phòng trừ sâu bệnh hại kịp thời: Cây trồng khỏe mạnh sẽ có bộ rễ phát triển tốt, tăng khả năng hấp thu dinh dưỡng, bao gồm cả đạm.

Kết luận

Nhu cầu dinh dưỡng đạm là một yếu tố then chốt trong quá trình sinh trưởng và phát triển của tất cả các nhóm cây trồng, nhưng nhu cầu này lại có sự khác biệt đáng kể giữa cây thân thảo, cây thân gỗ. Cây thân thảo thường có nhu cầu đạm cao hơn trong giai đoạn sinh trưởng dinh dưỡng, trong khi cây thân gỗ có nhu cầu thay đổi theo tuổi và giai đoạn phát triển.

Việc hiểu rõ nhu cầu đạm đặc trưng của từng nhóm cây trồng, các yếu tố ảnh hưởng đến nhu cầu này, và các dấu hiệu nhận biết khi cây thiếu hoặc thừa đạm là vô cùng quan trọng. Điều này cho phép người trồng áp dụng các biện pháp quản lý dinh dưỡng đạm một cách chính xác và hiệu quả, tối ưu hóa năng suất và chất lượng cây trồng, đồng thời giảm thiểu các tác động tiêu cực đến môi trường do việc sử dụng phân đạm không hợp lý. Các nghiên cứu khoa học tiếp tục đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp những hiểu biết sâu sắc hơn về dinh dưỡng đạm và phát triển các phương pháp quản lý bền vững cho từng nhóm cây trồng.

Bằng việc hiểu rõ và áp dụng các biện pháp quản lý đạm tiên tiến, người nông dân không chỉ đạt được mục tiêu về năng suất và lợi nhuận mà còn góp phần quan trọng vào việc bảo vệ môi trường và phát triển một nền nông nghiệp bền vững hơn.