Dinh dưỡng vi lượng: Kẽm (Zn)

Kẽm (Zinc - Zn) là một nguyên tố vi lượng thiết yếu, có nghĩa là cây trồng cần một lượng nhỏ hơn so với các chất dinh dưỡng đa và trung lượng, nhưng vai trò của nó lại vô cùng quan trọng đối với sự sinh trưởng và phát triển hoàn chỉnh của cây. Nếu không được cung cấp đủ kẽm, sự phát triển của cây trồng có thể bị ảnh hưởng nghiêm trọng, dẫn đến giảm năng suất và chất lượng nông sản.

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

Kẽm là thành phần cấu trúc hoặc đồng yếu tố (cofactor) xúc tác cho hơn 300 loại enzyme trong thực vật. Các enzyme này điều khiển một loạt các phản ứng trao đổi chất đa dạng bao gồm chuyển hóa carbohydrate, tổng hợp protein, tổng hợp DNA/RNA, điều hòa hormone và phòng vệ chống stress. Ví dụ điển hình bao gồm alcohol dehydrogenase, Cu/Zn superoxide dismutase (SOD), carbonic anhydrase và RNA polymerase. Enzyme carboxylase, liên quan đến việc giải phóng CO₂​ trong quá trình quang hợp, cũng chứa kẽm. Kẽm thực hiện chức năng của mình bằng cách liên kết enzyme với cơ chất của chúng hoặc bằng cách ổn định cấu trúc cho enzyme, thường tạo thành các phức hợp tứ diện với các phối tử N, O và S.

Kẽm rất cần thiết cho quá trình tổng hợp protein, ảnh hưởng đến việc sản xuất cả enzyme và các protein cấu trúc. Kẽm tham gia vào quá trình tổng hợp chất diệp lục, sắc tố xanh cần thiết cho quang hợp. Kẽm giúp duy trì tính toàn vẹn của màng tế bào. Kẽm đóng vai trò quan trọng trong việc tổng hợp và điều hòa các hormone thực vật, đặc biệt là auxin như Axit Indol-3-Acetic (IAA). Nó cần thiết cho quá trình tổng hợp tryptophan, một axit amin tiền chất của IAA. Kẽm tham gia vào quá trình chuyển hóa carbohydrate hình thành đường, đặc biệt là ở lá, góp phần vào chất lượng quả.

Ở cấp độ toàn cây, kẽm cần thiết cho sự phát triển của rễ, thúc đẩy sự kéo dài và phân nhánh của rễ. Một hệ rễ khỏe mạnh sẽ cải thiện việc hấp thụ các chất dinh dưỡng khác và nước. Kẽm rất cần thiết cho sự hình thành hoa, đậu quả và phát triển hạt. Nó ảnh hưởng đến chất lượng và sức sống của hạt giống. Cung cấp đủ kẽm có thể hạn chế rụng quả non. Đặc biệt ở cây có múi, phun kẽm qua lá, thường kết hợp với bo, đã được chứng minh là cải thiện sản lượng hoa lưỡng tính, tỷ lệ đậu quả. Dinh dưỡng kẽm đầy đủ giúp tăng cường khả năng của cây trồng đối phó với các tác nhân gây stress môi trường khác nhau, bao gồm hạn hán và nhiễm mặn. Kẽm tham gia vào quá trình tổng hợp các hợp chất bảo vệ và hỗ trợ chống lại mầm bệnh và stress oxy hóa.

Các giai đoạn sinh trưởng và nhu cầu kẽm

Thực vật cần một nguồn cung cấp kẽm liên tục và đều đặn, để hỗ trợ sự tăng trưởng nhanh về sinh khối, đạt được sự tăng trưởng tối ưu và năng suất tối đa. Nồng độ kẽm điển hình trong mô thực vật khỏe mạnh dao động 25-100 mg/kg chất khô. Nhu cầu kẽm đặc biệt cao vào giai đoạn cây ra hoa, đậu quả và tạo hạt.

Lúa rất dễ bị thiếu kẽm, đặc biệt trong điều kiện ngập nước/ruộng lúa, điều này có thể làm giảm tính hữu dụng của kẽm. Các giai đoạn quan trọng cần kẽm bao gồm giai đoạn đẻ nhánh và hình thành đòng. Ngô được coi là một trong những cây trồng nhạy cảm nhất với tình trạng thiếu kẽm. Hàm lượng kẽm đủ trong mô ở giai đoạn sinh trưởng sớm nên dao động từ 20-70 mg/kg.

Kẽm rất quan trọng trong giai đoạn ra hoa và đậu quả, phát triển quả ở cây có múi. Thiếu kẽm dẫn đến sinh trưởng kém, lá nhỏ, năng suất thấp và quả nhỏ. Tiêu chuẩn dinh dưỡng lá để đạt kích thước quả tối ưu là 30-100 ppm Zn. Kết hợp kẽm với bo khi phun qua lá có thể tăng cường ra hoa và đậu quả ở cây có múi.

Dấu hiệu nhận biết khi cây trồng thiếu hoặc thừa kẽm

Nồng độ kẽm trong đất được coi là đủ thường nằm trong khoảng 0,5-2 ppm (chiết rút bằng DTPA). Mức dưới 0,5 ppm có khả năng dẫn đến thiếu hụt, trong khi mức trên 10 ppm có thể gây ngộ độc.

Dấu hiệu cây thiếu kẽm

Do kẽm là một nguyên tố ít di động trong cây, các triệu chứng thiếu hụt thường xuất hiện rõ rệt nhất ở các lá non, lá bánh tẻ hoặc các bộ phận đang trong giai đoạn phát triển mạnh, đặc biệt khi cây thiếu đạm (N). Các triệu chứng thiếu kẽm có thể khác nhau tùy thuộc vào loại cây trồng. Lúa xuất hiện đốm nâu trên lá phía trên, cây còi cọc, đẻ nhánh kém. Ngô xuất hiện sọc trắng/vàng nhạt hai bên gân chính của lá non. Cây có múi và đa phần cây trồng bị vàng lá giữa gân trên lá non (tương tự thiếu sắt, mangan nhưng rõ rệt hơn). Các lá non mới ra sẽ có kích thước nhỏ hơn bình thường một cách đáng kể, phiến lá hẹp lại, có thể bị xoăn, lượn sóng hoặc biến dạng. Thiếu kẽm ức chế việc sản xuất hormone tăng trưởng, khiến cho khoảng cách giữa các mắt trên thân, cành (lóng) bị thu ngắn lại. Các lá mọc sát nhau, tạo thành từng chùm hoặc cụm dày đặc ở ngọn.

Dấu hiệu thừa kẽm

Triệu chứng thường ít rõ ràng hơn so với triệu chứng thiếu kẽm và có thể khó chẩn đoán hơn. Hàm lượng kẽm cao thường ức chế sự hấp thu và vận chuyển sắt, dẫn đến các triệu chứng thiếu sắt như vàng lá giữa ở lá non (có thể nhầm lẫn với triệu chứng thiếu kẽm nhưng hiếm gặp ở Việt Nam). Giảm sinh trưởng nghiêm trọng, ức chế sự kéo dài của rễ.

Hấp thụ dinh dưỡng kẽm

Thực vật chủ yếu hấp thụ kẽm dưới dạng cation Zn²⁺.Các nguồn Zn²⁺ chính trong đất bao gồm Zn²⁺ hòa tan trong dung dịch đất, Zn²⁺ hấp phụ trên bề mặt keo đất, hoặc Zn²⁺ tạo phức với chất hữu cơ (chelate). Các dạng chelate rất quan trọng để duy trì Zn²⁺ trong dung dịch và tạo điều kiện cho sự di chuyển của nó đến rễ cây.

Kẽm không thể khuếch tán qua màng tế bào; cần có các protein vận chuyển đặc hiệu. Họ protein vận chuyển ZIP (ZRT-IRT-like Protein) đóng vai trò chính trong việc hấp thu Zn²⁺ từ đất vào tế bào rễ. Kẽm có thể được hấp thu qua cả con đường apoplast và symplast.

Sau khi được hấp thu bởi tế bào biểu bì và vỏ rễ, Zn²⁺ được vận chuyển vào trụ giữa và tải vào mạch xylem để vận chuyển đường dài lên chồi. Một phần Zn²⁺ có thể được cô lập trong không bào trên đường đến xylem. Trong dịch xylem, Zn²⁺ thường tạo phức với các axit hữu cơ (ví dụ: citrate, malate) hoặc tồn tại dưới dạng cation Zn²⁺ tự do. Các phức hợp này ảnh hưởng đến khả năng di động của nó và ngăn ngừa kết tủa. Các protein MTP (Metal Tolerance Proteins) thực vật cũng tham gia, chủ yếu vào việc xuất Zn²⁺ ra khỏi tế bào chất, ví dụ, vào không bào để giải độc hoặc duy trì cân bằng nội môi.

Tương tác đối kháng (Antagonism): Xảy ra khi sự dư thừa của một nguyên tố cản trở sự hấp thụ hoặc chức năng của một nguyên tố khác. Kẽm đối kháng với các dinh dưỡng như lân, canxi, sắt, đồng.

Tương tác đồng vận (Synergism): Xảy ra khi một nguyên tố giúp tăng cường sự hấp thụ hoặc sử dụng của một nguyên tố khác. Kẽm đồng vận với đạm và magie.

Nguồn cung cấp kẽm

Có nhiều loại hợp chất chứa kẽm được sử dụng làm phân bón, mỗi loại có hàm lượng kẽm và đặc tính khác nhau.

ZnSO₄​.H₂​O, ZnSO₄​.7H₂​O có độ hòa tan cao, khá phổ biến và phù hợp với điều kiện thổ nhưỡng ở Việt Nam, kém hiệu quả hơn ở đất kiềm cao do kết tủa, có chỉ số muối cao, có khả năng gây cháy lá khi phun qua lá trong điều kiện khắc nghiệt.

ZnO ít hòa tan, tuy hàm lượng cao những cần gia công kích thước hạt thật mịn, an toàn hơn cho cây trồng mềm và thời tiết khắc nghiệt do không chứa muối.

Zn-lignosulfonate, Zn-EDTA có độ ổn định cao và hiệu quả trên nhiều loại đất, đặc biệt là đất kiềm, do chúng bảo vệ kẽm khỏi các phản ứng cố định trong đất.

Quản lý dinh dưỡng kẽm bền vững

Phân tích đất là nền tảng để đánh giá tình trạng kẽm và đưa ra quyết định bón phân. Phương pháp chiết rút Zn bằng DTPA là một phương pháp phổ biến. Mức kẽm tới hạn trong đất thay đổi tùy theo cây trồng và khu vực, nhưng nhìn chung <0,5 ppm DTPA-Zn được coi là thiếu hoặc cận biên.

Duy trì pH đất trong khoảng tối ưu cho sự phát triển của cây trồng (thường là 6-7) rất quan trọng đối với tính sẵn có của kẽm. Bón vôi cho đất chua làm tăng pH nhưng có thể làm giảm tính sẵn có của Zn²⁺ nếu bón quá nhiều dẫn đến môi trường kiềm.

Bổ sung chất hữu cơ (phân compost, phân chuồng hoai mục) thường cải thiện cấu trúc đất, khả năng giữ kẽm và có thể tăng cường tính sẵn có thông qua quá trình chelate hóa. Tránh bón quá nhiều lân, vì hàm lượng lân cao có thể gây thiếu kẽm.

Kết luận

Kẽm đóng góp một vai trò không thể thiếu trong sản xuất cây trồng. Tính thiết yếu của nó được thể hiện qua sự tham gia vào vô số hoạt động enzyme, điều hòa hormone, quang hợp, tổng hợp protein, và duy trì sức sống, sự tăng trưởng cũng như sự thành công trong sinh sản của thực vật. Từ việc kích hoạt các con đường trao đổi chất cơ bản đến việc tăng cường khả năng chống chịu stress của cây, kẽm là một yếu tố vi lượng có tác động sâu rộng.

Để tối ưu hóa dinh dưỡng kẽm, cần áp dụng dựa trên hiểu biết khoa học. Điều này bao gồm các biện pháp quản lý sức khỏe đất như điều chỉnh pH phù hợp, tăng cường hàm lượng chất hữu cơ, đảm bảo độ thoáng khí và thoát nước tốt, kết hợp với việc sử dụng phân bón một cách hợp lý, lựa chọn đúng nguồn cung cấp, đúng thời điểm và đúng phương pháp bón.