Các dạng đạm trong đất
Lượng đạm trong đất thay đổi từ 0,02 % ở tầng đất sâu đến 2,5 % trong đất than bùn. Nồng độ đạm trong lớp đất mặt của phần lớn các loại đất canh tác thường biến thiên từ 0,03 – 0,4 %. Đạm trong đất hiện diện ở hai dạng đạm hữu cơ và đạm vô cơ. Nhưng 95 % đạm trong đất mặt là đạm hữu cơ.
Hình 1. Chu trình đạm trong tự nhiên
Các hợp chất đạm vô cơ
các dạng đạm vô cơ trong đất bao gồm ammonium (NH4+), nitrite (NO2–), nitrate (NO3–), nitrous oxide (N2O), nitric oxide (NO) và đạm nguyên tố (N2) chỉ được sử dụng bởi Rhizobia và các vi sinh vật cố định đạm khác.
Trên quan điểm về độ phì nhiêu của đất, NH4+, NO3– và NO2– là quan trọng nhất và được hình thành từ sự phân giải hảo khí của chất hữu cơ trong đất hay từ các loại phân đạm được bón vào. Tuy nhiên ba dạng đạm này chỉ chiếm khoảng 2 – 5 % tổng lượng đạm trong đất. N2O và NO là các dạng đạm rất dễ bị mất thông qua quá trình phản N hóa.
Các hợp chất đạm hữu cơ
Đạm hữu cơ trong đất tồn tại ở các dạng như là protein, amino acid, amino sugar và các hợp chất đạm phức tạp khác. Tỉ lệ của các dạng đạm hữu cơ này khác nhau như sau: amino acid 20 – 40 %, amino sugar như hexosamine 5 – 10 % và các hợp chất có nguồn gốc như purine, pyrimidine < 1 %. Protein thường kết hợp với sét, lignin và các chất khó phân giải khác. Các kỹ thuật phân tích hiện nay có thể tách các amino acid tự do không nối với peptide hay kết hợp với các polymer hữu cơ cao phân tử, sét và lignin từ trong đất. Do dễ dàng bị oxi hóa sinh học nên các hợp chất này thường không được tích lũy trong đất và chúng có thể là nguồn NH4+ quan trọng đối với dinh dưỡng cây trồng. So với các dạng khác, lượng amino acid tự do trong đất tương đối thấp.
Hình 2. Đạm hữu cơ trong đất
Các dạng đạm N trong đất mà rễ cây trồng có thể hấp thụ
Hình 3. Các dạng đạm phổ biến cây hấp thụ
Rễ cây trồng hấp thu đạm ở hai dạng NH4+ và NO3–. Thông thường, trên đất không ngập nước, NO3– có nồng độ cao hơn NH4+, NO3– di chuyển đến rễ bằng dòng chảy khối lượng và khuếch tán. Nhưng đồng thời, một số NH4+ luôn hiện diện trong đất và có ảnh hưởng đến sự sinh trưởng và trao đổi chất của cây trồng bằng nhiều cơ chế khác nhau.
Mức độ hấp thu đạm dạng NH4+ hay NO3– của cây trồng tùy thuộc vào tuổi và loại cây trồng, điều kiện môi trường và các yếu tố khác. Ngũ cốc, bắp, đậu, củ cải đường, dứa, lúa sử dụng cả hai dạng này. Cải xoăn, cần tây, các loại đậu, bí, sinh trưởng tốt nhất khi được cung cấp dạng đạm NO3– cao. Các cây thuộc họ cà như thuốc lá, ca chua, khoai tây thích hợp môi trường dinh dưỡng có tỉ lệ NO3–/NH4+ cao.
1. Nitrate
Tốc độ hấp thụ NO3– cao và thích hợp trong điều kiện pH thấp, khi cây hấp thụ NO3–, sẽ gia tăng sự tổng hợp các anion hữu cơ trong cây, cùng với sự gia tăng tương ứng các cation vô cơ (Ca, K, Mg) nên môi trường sẽ trở nên kiềm tính và một số HCO3– có thể được phóng thích từ rễ cây để duy trì sự trung hòa điện tích trong cây và trong dung dịch đất.
2. Ammonium
Nhiều giả thuyết cho rằng NH4+ là nguồn đạm cây trồng ưa chuộng hơn, vì sẽ tiết kiệm được năng lượng khi cây trồng sử dụng dạng đạm này thay vì hấp thu NO3– để tổng hợp protein. Quá trình khử NO3– trong cây là tiến trình cần năng lượng, chúng cần hai phân tử NADH cho mỗi ion NO3– được khử trong việc tổng hợp protein. Hơn nữa, NH4+ trong đất ít bị mất do rửa trôi và phản N hóa.
Sự hấp thu NH4+ của cây trồng tốt nhất ở pH trung tính và sự hấp thu này giảm khi độ chua tăng. Sự hấp thu NH4+ của rễ sẽ làm giảm sự hấp thu Ca2+, Mg2+ và K+ trong khi đó làm tăng sự hấp thu H2PO4–, SO42- và Cl– do tính tương tác thuận và nghịch của các ion.
Cây trồng hấp thu NH4+ có thể gia tăng hàm lượng carbohydrate và protein so với hấp thu NO3–. pH vùng rễ bị giảm khi cây trồng hấp thu NH4+ do rễ tiết H+ để trung hòa điện tích hay cân bằng điện tích bên trong cây. Người ta nhận thấy trên lúa mì có sự khác biệt đến hai đơn vị pH khi lúa mì được cung cấp NH4+ và NO3–. Sự hóa chua này có ảnh hưởng đến sự hữu dụng của các chất dinh dưỡng và sự hoạt động sinh học xung quanh vùng rễ.
Giới hạn chống chịu với nồng độ NH4+ trong cây tương đối hẹp, khi nồng độ NH4+ tăng cao sẽ gây ra các phản ứng ngộ độc. Hàm lượng NH4+ cao có thể làm ngưng sự tăng trưởng, hạn chế sự hấp thu K+, và phát sinh hiện tượng thiếu K+, ngược lại, cây trồng chống chịu với nồng độ NO3– cao và tích lũy NO3– trong mô ở mức độ rất cao.
Sự tổng hợp NH4+ và NO3– trong cây
Sự sinh trưởng của cây trồng thường được cải thiện khi được cung cấp cả hai dạng NH4+ và NO3– so với trường hợp chỉ cung cấp từng loại riêng lẻ. Có nhiều dẫn chứng cho thấy khi cung cấp cả hai dạng đạm này sẽ có lợi ở một số giai đoạn sinh trưởng đối với một số giống bắp, cao lương, đậu nành, lúa mì, và lúa mạch. Năng suất của lúa mì, lúa mạch và cao lương tăng khi được bón NH4+ và NO3– và số nhánh cũng cao hơn. Năng suất bắp tăng từ 8 – 25 % khi cung cấp NH4+ và NO3– so với việc cung cấp đơn thuần NO3–.
Những kết quả nghiên cứu gần đây cho rằng nên bón NH4+ trong giai đoạn hạt vào chắc để năng suất bắp tăng tối đa và tỉ lệ bón NH4+ / NO3– 50:50 là tối hảo. Các kết quả thí nghiệm khác cũng nhận thấy là 2 – 4 ngày sau khi phun râu là giai đoạn tốt nhất để bón NH4+ sẽ làm tăng năng suất đáng kể.
