Vai trò của Nitrogen (Nitơ) trong sự phát triển của cây trồng

Nitơ là một nguyên tố dinh dưỡng khoáng thiết yếu của thực vật. Nitơ tham gia cấu tạo nên các phân tử prôtêin, enzim, côenzim, axit nuclêic, diệp lục, ATP,… Thiếu nitơ sẽ làm giảm quá trình tổng hợp prôtêin, từ đó sự sinh trưởng của các cơ quan bị giảm, xuất hiện màu vàng nhạt trên lá.

Vai trò của Nitrogen (Nitơ) trong sự phát triển của cây trồng

Trong số tất cả các chất dinh dưỡng thiết yếu, Nitơ được cây trồng yêu cầu với số lượng lớn nhất và thường là yếu tố hạn chế năng suất cây trồng. Cây khỏe mạnh thường chứa 3-6% Nitơ trong các mô trên mặt đất.

Nitơ rất quan trọng vì nó là thành phần chính của chất diệp lục, hợp chất giúp thực vật sử dụng năng lượng ánh sáng mặt trời để tạo ra đường từ nước và carbon dioxide (quá trình quang hợp).
Nó cũng là thành phần chính của axit amin, khối xây dựng của protein. Không có protein, cây sẽ khô héo và chết.
Một số protein đóng vai trò là đơn vị cấu trúc trong tế bào thực vật trong khi một số khác đóng vai trò là enzyme, tạo ra nhiều phản ứng sinh hóa làm cơ sở cho sự sống.
Nitơ là thành phần của các hợp chất truyền năng lượng, chẳng hạn như ATP (Adenosine Triphosphate). ATP cho phép các tế bào bảo tồn và sử dụng năng lượng được giải phóng trong quá trình trao đổi chất.
Cuối cùng, nitơ là thành phần quan trọng của axit nucleic như DNA, vật liệu di truyền cho phép tế bào (và cuối cùng là toàn bộ cây) phát triển và sinh sản. Không có nitơ, sẽ không có sự sống như chúng ta biết.

Xem thêm: Sử dụng phân bón hòa tan Sitto Fopro tạo cơi đọt, tạo tán cho cây sầu riêng

Nitơ rất cần thiết cho cây trồng để đạt được năng suất tối ưu. Là thành phần quan trọng của axit amin trong protein, nó cũng trực tiếp làm tăng hàm lượng protein trong thực vật.

Nitơ rất quan trọng đối với sự sống của tất cả các loại thực vật và nó có nhiều dạng. Mặc dù bầu khí quyển chủ yếu được tạo thành từ nitơ, nhưng nó ở dạng khí gọi là Dinitrogen (N2). Thực vật không thể sử dụng dạng này. Dinitrogen hay Nitơ khí quyển, cũng có thể được tìm thấy trong đất. Ngoài Dinitrogen, các dạng vô cơ và hữu cơ khác cũng tồn tại trong đất. Nitơ trong đất tồn tại ở ba dạng chung: hợp chất Nitơ hữu cơ, ion Amoni (NH₄⁺) và ion Nitrat (NO₃⁻). Các dạng nitơ hữu cơ chiếm tỷ lệ rất cao trong tổng lượng nitơ có trong đất. Tuy nhiên, thực vật chỉ có thể sử dụng các dạng nitơ vô cơ chuyên biệt. Bảng dưới cho thấy các dạng phổ biến nhất được tìm thấy trong đất và các dạng phổ biến nhất được thực vật sử dụng.

Xem thêm: Biện pháp hạn chế rụng hoa - rụng trái sầu riêng

Các dạng Nitrogen (Nitơ) thường gặp

Dạng Nitrogen	Ký hiệu	Hình thức sử dụng
Dinitrogen (Atmospheric Nitrogen)	N2	Dinitrogen là dạng phổ biến nhất. Nó chiếm 78% bầu khí quyển nhưng thực vật không thể sử dụng được. Nó được đưa vào đất bởi vi khuẩn, một số loại tảo, sét và các phương tiện khác.
Amoniac	NH3	Amoniac là một chất khí. Amoni có thể thoát ra khỏi bề mặt đất trong những điều kiện nhất định và có hại cho cây trồng với số lượng lớn. Amoni là thành phần cơ bản của phân đạm thương mại.
Nitrat	NO3-	Nitrat là dạng nitơ được cây trồng sử dụng nhiều nhất để sinh trưởng và phát triển. Nitrat là dạng dễ bị mất đi nhất trong nước ngầm.
Ammonium	NH4+	Amoni được thực vật hấp thụ sẽ được sử dụng trực tiếp trong Protein. Hình thức này không dễ dàng bị mất khỏi đất.
Nitrit	NO2-	Nitrit là sản phẩm trung gian trong quá trình chuyển đổi Amoni thành Nitrat (quá trình nitrat hóa). Nó thường hiện diện với số lượng thấp nhưng gây độc cho cây trồng.
Organic Nitrogen	C-NH2 (trong đó C là nhóm hữu cơ phức hợp)	Nitơ hữu cơ tồn tại ở nhiều dạng khác nhau. Nó được biến đổi thành Amoni, sau đó thành nitrat bởi vi sinh vật. Cả hai dạng vô cơ này đều có thể được cây sử dụng.

Nguồn nitơ chính trong đất là từ chất hữu cơ. Chất hữu cơ chủ yếu phát sinh từ tàn dư thực vật và động vật. Nitơ trong chất hữu cơ phần lớn ở dạng hữu cơ mà thực vật không thể sử dụng được nhưng có thể được chuyển hóa Nitơ hữu cơ thành dạng vô cơ hữu dụng mà cây trồng có thể sử dụng nhờ vi sinh vật. Nitơ được rễ cây hấp thụ và kết hợp thành các chất hữu cơ trong cây như enzyme, protein và chất diệp lục. Chất diệp lục mang lại cho cây màu xanh. Khi cây chết, nó phân hủy và trở thành một phần của chất hữu cơ trong đất. Phần lớn Nitơ hữu dụng đối với thực vật ở dạng vô cơ NH₄⁺ và NO₃⁻ (được gọi là Nitơ khoáng). Các ion Amoni liên kết với phức hợp trao đổi cation tích điện âm (CEC) của đất và hoạt động giống như các cation khác trong đất. Các ion Nitrat không liên kết với chất rắn trong đất vì chúng mang điện tích âm mà tồn tại ở dạng hòa tan trong nước trong đất hoặc kết tủa dưới dạng muối hòa tan trong điều kiện khô ráo. Nitrat trong đất là kết quả của các quá trình sinh học tự nhiên liên quan đến sự phân hủy tàn dư thực vật và chất hữu cơ. Nitrat cũng có thể đến từ phân động vật và phân đạm. Các nguồn cung cấp Nitơ:

Chất thải thực vật và động vật phân hủy, bổ sung nitơ cho đất.
Vi khuẩn trong đất chuyển đổi các dạng nitơ đó thành dạng thực vật có thể sử dụng.
Thực vật sử dụng nitơ trong đất để phát triển. Con người và động vật ăn thực vật; sau đó tàn dư động vật và thực vật sẽ trả lại Nitơ cho đất, hoàn thành chu trình.
Mưa bão đóng góp Nitơ vào từ khí quyển thông qua những giọt mưa rơi xuống đất.
Các loại đậu như đậu nành, cỏ linh lăng và cỏ ba lá là những loại cây có thể chuyển đổi nitơ trong khí quyển thành nitơ có thể sử dụng được cho cây trồng.

Xem thêm: Phòng ngừa nấm bệnh sầu riêng

Nitrogen (Nitơ) nằm ở đâu trong cây trồng?

Nitơ trong cây là một nguyên tố rất quan trọng, chiếm từ 2-6% trọng lượng khô. Trong thực vật có nhiều Nitơ hơn bất kỳ nguyên tố nào khác, ngoại trừ Carbon, Hydro và Oxy. Nitơ đóng vai trò quan trọng trong nhiều chức năng và hợp chất thiết yếu cần thiết cho sự sống. Nitơ có thể được tìm thấy ở nhiều bộ phận khác nhau của cây ở các dạng khác nhau. Có Nitơ trong lá, hạt, mô thực vật và rễ cây. Nitơ có thể hoạt động như một phần của cấu trúc thực vật hoặc tham gia vào các quá trình sống.

Lá - chất diệp lục: Nitơ chiếm một phần chất diệp lục trong thực vật. Chất diệp lục là phần màu xanh của lá và thân. Năng lượng ánh sáng được diệp lục lấy và sử dụng để tạo ra đường cho cây.
Mô thực vật - sinh trưởng và phát triển của thực vật: Nitơ là một phần quan trọng của các hợp chất điều hòa sự sinh trưởng và phát triển của thực vật. Nitơ cũng là một phần quan trọng trong cấu trúc thực vật.
Hạt - chất Protein: Protein là chất tạo nên mọi vật chất sống. Protein được dự trữ trong hạt ngũ cốc, quả và hạt của cây trồng.
Rễ - hấp thụ chất dinh dưỡng và nước: Trong rễ, nitơ được tìm thấy trong protein và enzyme. Chúng giúp các chất dinh dưỡng và nước được hấp thụ vào cây.

Xem thêm: Kali (Potassium) - Vai trò của Kali (K) đối với sự sinh trưởng của cây trồng

Các chất hữu cơ có chứa thành phần Nitơ trong thực vật

Trong thực vật, Nitơ có vai trò quan trọng trong quá trình phân chia, phát triển tế bào và là thành phần của enzym nên Nitơ có vai trò rất lớn trong quá trình trao đổi chất và sinh trưởng của cây trồng. Các chất hữu cơ có chứa thành phần Nitơ trong thực vật được phân thành 6 nhóm.

Các axit amin như Asparagine, Glutamine và Glutamate
Protein là thành phần quan trọng của tế bào thực vật, của màng tế bào và của Enzyme
Axit nucleic quan trọng là DNA và RNA
Các chất cung cấp năng lượng ở dạng ATP và NADPH, NADH
Hormon thực vật bao gồm Auxin và Cytokinin
Chất chuyển hóa thứ cấp

Thực vật hấp thụ nitơ từ đất dưới dạng cả ion NH₄⁺ và NO₃⁻, nhưng do quá trình nitrat hóa diễn ra rất phổ biến trong đất nông nghiệp nên phần lớn Nitơ được hấp thụ dưới dạng Nitrat. Nitrat di chuyển tự do về phía rễ cây khi chúng hấp thụ nước. Khi vào trong cây, NO3⁻ bị khử thành dạng NH2 và được đồng hóa để tạo ra các hợp chất phức tạp hơn. Vì thực vật cần một lượng Nitơ rất lớn nên hệ thống rễ phát triển rộng rãi là điều cần thiết để cho phép cây hấp thụ không hạn chế. Cây có rễ bị hạn chế do nén chặt có thể có dấu hiệu thiếu Nitơ ngay cả khi có đủ Nitơ trong đất.

Trong khí quyển có hơn 78% khí N2, có thể được cố định bởi một số nhóm vi sinh vật và chuyển thành dạng mà thực vật có thể sử dụng là Amoni (NH4+) và Nitrat (NO3-).
Trong điều kiện đất trồng đảm bảo đất thoáng mát, đủ oxy. Quá trình chuyển hóa NH4+ thành Nitrat NO3- xảy ra. Nhưng NO3- sẽ bị chuyển hóa trở lại khí quyển thành khí N2 gây thất thoát. Khi lượng oxy trong đất giảm và đất có nhiệt độ cao.
Trong điều kiện đất rất chua hoặc đất bị úng, thiếu oxy, hoạt động của enzyme sẽ giảm và NH4+ tích tụ trong đất nhiều hơn.
Ở những loại đất kiềm hoặc đất có nhiều vôi, Nitơ ở dạng NH4+ sẽ bị mất đi dưới dạng khí Amoniac (NH3). Do đó, ở loại đất này nên sử dụng phân Nitrat, không được sử dụng phân Urê.

Hầu hết thực vật lấy Nitơ từ đất liên tục trong suốt cuộc đời của chúng và nhu cầu Nitơ thường tăng khi kích thước cây tăng lên. Một cây được cung cấp đủ Nitơ sẽ phát triển nhanh chóng và tạo ra một lượng lớn tán lá xanh, mọng nước. Cung cấp đủ Nitơ cho phép cây trồng hàng năm, phát triển đến mức trưởng thành hoàn toàn chứ không phải làm chậm quá trình này. Cây thiếu Nitơ thường có kích thước nhỏ và phát triển chậm vì nó thiếu lượng Nitơ cần thiết để tạo ra các vật liệu di truyền và cấu trúc thích hợp. Nó thường có màu xanh nhạt hoặc hơi vàng vì thiếu chất diệp lục. Những lá già thường bị hoại tử và chết khi cây di chuyển Nitơ từ các mô già ít quan trọng hơn sang những mô trẻ quan trọng hơn.

Mặt khác, một số thực vật có thể phát triển nhanh chóng khi được cung cấp quá nhiều Nitơ đến mức chúng phát triển nguyên sinh chất nhanh hơn mức chúng có thể tạo ra đủ vật liệu hỗ trợ trong thành tế bào. Những cây như vậy thường khá yếu và có thể dễ bị chấn thương cơ học. Sự phát triển của rơm yếu và hạt nhỏ bị đổ là một ví dụ về tác động như vậy.

Sử dụng nguồn Nitơ - NH₄⁺ sẽ làm axit hóa đất vì các ion Hydro (H⁺) được giải phóng trong quá trình Nitrat hóa NH₄⁺ là nguyên nhân chính gây ra axit trong đất. Theo thời gian, quá trình axit hóa và hạ thấp độ pH của đất có thể trở nên đáng kể. Phân đạm chứa NO₃⁻ nhưng không có NH₄⁺ làm cho đất bớt chua hơn một chút theo thời gian, nhưng thường được sử dụng với số lượng ít hơn nhiều so với các loại khác.

Yếu tố ảnh hưởng đến việc Amoni được giải phóng vào đất

Lượng Amoni được giải phóng vào đất thông qua quá trình khoáng hóa phụ thuộc vào một số yếu tố:

Số lượng Nitơ hữu cơ: Lượng nitơ hữu cơ ban đầu có trong chất hữu cơ quyết định lượng N cuối cùng có thể được khoáng hóa.
Nhiệt độ: Phạm vi tối ưu để quá trình khoáng hóa xảy ra là từ 25-35 độ C.
Oxy: Vi sinh vật cần oxy và vì vi sinh vật làm trung gian cho quá trình khoáng hóa nên đất phải có đủ oxy.
Độ ẩm: Lý tưởng nhất là nước nên lấp đầy 15 – 70% không gian lỗ rỗng để khoáng hóa tối đa. Điều này gần tương ứng với công suất hiện trường.
Tỷ lệ cacbon và nitơ (C:N): Tỷ lệ C:N là thuật ngữ dùng để mô tả lượng tương đối của tổng lượng cacbon so với tổng lượng nitơ có trong đất và/hoặc chất hữu cơ. Tỷ lệ này rất quan trọng trong việc xác định tốc độ khoáng hóa xảy ra đối với một loại chất hữu cơ nhất định. Vì các vi sinh vật sống trong đất cần cả cacbon và nitơ nên quá trình khoáng hóa thực sự xảy ra khi tỷ lệ C:N nhỏ hơn 20:1. Điều này có nghĩa là cứ hai phần cacbon thì phải có 1 phần nitơ để khoáng hóa ròng. Nếu bạn đang áp dụng các chất hữu cơ cải tạo đất, điều quan trọng là phải làm quen với tỷ lệ C:N để đảm bảo lượng N sẵn có.

Xem thêm: Phân rác hữu cơ là gì: Ưu nhược điểm của phân hữu cơ này với cây trồng

Yếu tố ảnh hưởng đến quá trình nitrat hóa

Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến quá trình nitrat hóa. Vì quá trình nitrat hóa được thực hiện thông qua các vi sinh vật nên các yếu tố môi trường ảnh hưởng đến đời sống sinh học cũng sẽ ảnh hưởng đến quá trình nitrat hóa. Nói chung, điều kiện tối ưu cho hầu hết sự phát triển của thực vật cũng là điều kiện tối ưu cho quá trình nitrat hóa:

Sự hiện diện của amoni trong đất: Để quá trình nitrat hóa xảy ra, phải có nguồn amoni trong đất. Các nguồn bao gồm amoni khoáng hóa hoặc bổ sung phân bón tổng hợp có chứa amoni
Sự hiện diện của vi sinh vật: Các vi sinh vật thực hiện quá trình nitrat hóa phải có mặt trong đất.
Độ pH của đất: Độ pH tối ưu cho quá trình nitrat hóa là 8,5 nhưng nó có thể xảy ra trong phạm vi pH khá rộng. Tuy nhiên, độ axit (dưới 5,5) có tác động bất lợi đến vi khuẩn nitrat hóa, do đó làm giảm quá trình nitrat hóa.
Độ ẩm của đất: Quá trình nitrat hóa là tối ưu ở khả năng chứa đất của đất. Quá trình nitrat hóa giảm ở mức độ ẩm lớn hơn và dưới mức công suất đồng ruộng.
Dung tích hiện trường: Là lượng nước còn lại trong đất sau khi ngừng thoát nước tự do trong đất bão hòa.
Công suất đồng ruộng: Cũng là độ ẩm đất tối ưu cho hầu hết sự phát triển của cây trồng.
Sục khí đất: Quá trình nitrat hóa cần có oxy. Bất kỳ yếu tố quản lý nào giúp cải thiện khả năng thông khí của đất, chẳng hạn như bổ sung chất hữu cơ, sẽ giúp tối ưu hóa quá trình nitrat hóa.
Nhiệt độ đất: Vi khuẩn nitrat hóa rất nhạy cảm với nhiệt độ. Phạm vi nhiệt độ tối ưu cho quá trình nitrat hóa là từ 25-35 độ C. Tuy nhiên, quá trình nitrat hóa có thể xảy ra ở nhiệt độ từ 5-35 độ F.

Xem thêm: Nhu cầu nước tưới và phân bón cho cây sầu riêng

Yếu tố ảnh hưởng đến sự bay hơi, thất thoát của các dạng Nitrogen (Nitơ)

Có một số yếu tố ảnh hưởng đến sự bay hơi, thất thoát phân bón N (phân đạm):

Độ pH của đất: Ở độ pH của đất là 9,3 một nửa lượng amoni trong đất được chuyển thành amoniac và bị mất do bay hơi. Nói chung, độ pH lớn hơn 7,5 cho phép mất đi đáng kể amoniac do bay hơi.
Loại phân bón: Phân urê bị thất thoát do bay hơi nhiều hơn phân bón amoni. Tuy nhiên, nếu phân amoni tạo thành các hợp chất canxi không hòa tan trong đất thì phân amoni sẽ có tổn thất bay hơi lớn hơn urê.
Phương pháp bón phân: Rải phân trên bề mặt đất làm tăng tổn thất do bay hơi. Việc đưa vào đất làm giảm tổn thất.
Nhiệt độ đất: Sự xuất hiện của sự bay hơi tăng lên khi nhiệt độ đất tăng lên 45 độ C.
Độ ẩm của đất: Sự bay hơi thúc đẩy quá trình bay hơi. Vì vậy, độ bay hơi cao nhất khi đất khô đi sau khi đạt đến công suất đồng ruộng.
Khả năng đệm: Sự bay hơi ít hơn ở đất có đệm tốt.
Phế phẩm cây trồng: Phế phẩm cây trồng không được đưa vào đất có thể làm tăng tốc độ bay hơi.
Phân bón: Nếu không được kết hợp, nitơ từ nguồn phân bón có thể bị bay hơi.