Luận án Nghiên cứu yếu tố dinh dưỡng trung lượng (ca, mg, s) cho lúa trên đất xám bạc màu tỉnh Bắc Giang

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT VIỆN KHOA HỌC NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM ------------------------------------ NGUYỄN THANH LĨNH NGHIÊN CỨU YẾU TỐ DINH DƯỠNG TRUNG LƯỢNG (Ca, Mg, S) CHO LÚA TRÊN ĐẤT XÁM BẠC MÀU TỈNH BẮC GIANG LUẬN ÁN TIẾN SĨ NÔNG NGHIỆP Hà Nội - 2017 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT VIỆN KHOA HỌC NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM ------------------------------------ NGUYỄN THANH LĨNH NGHIÊN CỨU YẾU TỐ DINH DƯỠNG TRUNG LƯỢNG (Ca, Mg, S) CHO LÚA TRÊN ĐẤT XÁM BẠC MÀU TỈNH BẮC GIANG Chuyên ngành: KHOA HỌC ĐẤT Mã số: 62. 62. 01. 03 LUẬN ÁN TIẾN SĨ NÔNG NGHIỆP Người hướng dẫn khoa học: 1. PGS.TS. NGUYỄN VĂN BỘ 2. TS. NGUYỄN VĂN CHIẾN Hà Nội - 2017 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan, số liệu và kết quả nghiên cứu được trình bày trong luận án này là trung thực và chưa được sử dụng để bảo vệ một học vị nào. Tôi xin cam đoan, mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận án này đã được cám ơn và các thông tin trích dẫn trong luận án đều đã được chỉ rõ nguồn gốc. Hà Nội, ngày .... tháng .... năm 2017 Tác giả Nguyễn Thanh Lĩnh ii LỜI CẢM ƠN Luận án này được thực hiện tại Viện Thổ nhưỡng Nông hóa - Viện Khoa học Nông nghiệp Việt Nam. Luận án là một phần trong đề tài cấp Bộ "Nghiên cứu xác định yếu tố hạn chế của độ phì đất trồng lúa ở đồng bằng sông Hồng và đồng bằng sông Cửu Long và đề xuất giải pháp khắc phục" được thực hiện từ năm 2011 đến năm 2014. Số liệu của đề tài dùng trong luận án đã được Ban Chủ nhiệm đề tài đồng ý cho phép sử dụng. Luận án được hoàn thành nhờ sự giúp đỡ, hướng dẫn tận tình của PGS.TS. Nguyễn Văn Bộ và TS. Nguyễn Văn Chiến, cùng với sự góp ý của các Giáo sư, Tiến sĩ, các nhà khoa học trong các lĩnh vực đất, phân bón, cây trồng và các đồng nghiệp. Cho phép tôi được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc và chân thành đến các Giáo sư, Tiến sĩ, các nhà khoa học, bạn bè và đồng nghiệp đã giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện luận án. Nhân dịp này, tôi xin được gửi lời cảm ơn đến Ban Lãnh đạo Viện lúa đồng bằng sông Cửu Long, Lãnh đạo Viện Khoa học Nông nghiệp Việt Nam, Lãnh đạo Viện Thổ nhưỡng Nông hóa, Trung tâm nghiên cứu Đất và Phân bón vùng Trung Du, tập thể Bộ môn Phát sinh học và Phân loại đất - Viện Thổ nhưỡng Nông hóa đã tạo điều kiện cho tôi trong quá trình học tập. Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn đến gia đình những người đã luôn bên tôi, động viên và khuyến khích tôi trong quá trình thực hiện đề tài và hoàn thiện luận án này. Hà Nội, ngày .... tháng .... năm 2017 Tác giả Nguyễn Thanh Lĩnh iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ................................................................................................... i LỜI CẢM ƠN ....................................................................................................... ii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT .................................................................. ix DANH MỤC BẢNG ............................................................................................. x MỞ ĐẦU ............................................................................................................... 1 1. Tính cấp thiết của đề tài .................................................................................... 1 2. Mục tiêu nghiên cứu .......................................................................................... 2 3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài .......................................................... 2 4. Những đóng góp mới của luận án ..................................................................... 3 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU ............................................................... 4 1.1. Đặc điểm đất xám bạc màu ............................................................................ 4 1.1.1. Đặc điểm hình thành và phân bố đất xám bạc màu .................................... 4 1.1.2. Tính chất lý, hóa đặc trưng của đất xám bạc màu ...................................... 5 1.2. Tổng quan về Ca, Mg và S trong đất ............................................................. 7 1.2.1. Canxi trong đất ............................................................................................ 7 1.2.1.1. Sự phân bố và chuyển hóa canxi trong đất .............................................. 7 1.2.1.2. Ngưỡng thiếu hụt canxi trong đất ............................................................ 9 1.2.2. Magiê trong đất ........................................................................................... 9 1.2.2.1. Sự phân bố và chuyển hóa magiê trong đất ............................................. 9 1.2.2.2. Ngưỡng thiếu hụt Mg trong đất.............................................................. 11 1.2.3. Lưu huỳnh trong đất .................................................................................. 12 1.2.3.1. Sự phân bố và chuyển hóa lưu huỳnh trong đất. .................................... 12 1.2.3.2. Ngưỡng thiếu hụt lưu huỳnh trong đất ................................................... 14 1.3. Vai trò của Ca, Mg và S đối với cây trồng................................................... 14 1.3.1. Vai trò của canxi (Ca) đối với cây trồng. .................................................. 14 iv 1.3.1.1. Sự hút và vận chuyển canxi trong cây ................................................... 15 1.3.1.2. Ngưỡng thiếu hụt canxi trong cây ......................................................... 16 1.3.1.3. Hiệu lực của phân canxi đối với cây lúa ................................................ 16 1.3.2. Vai trò của magiê (Mg) đối với cây trồng................................................. 17 1.3.2.2. Sự hấp thu và vận chuyển magiê trong cây ........................................... 19 1.3.2.3. Triệu chứng thiếu hụt magiê ở cây trồng ............................................... 21 1.3.2.4. Ngưỡng thiếu hụt magiê ở cây trồng. .................................................... 21 1.3.2.5. Nguồn magiê cho cây trồng ................................................................... 22 1.3.2.6. Hiệu lực của phân Mg đối với cây lúa ................................................... 22 1.3.3. Vai trò của lưu huỳnh (S) đối với cây trồng ............................................. 23 1.3.3.1. Lưu huỳnh trong cây .............................................................................. 24 1.3.3.2. Sự hấp thu và vận chuyển lưu huỳnh trong cây ..................................... 25 1.3.3.3. Triệu chứng thiếu hụt lưu huỳnh ở cây trồng ........................................ 26 1.3.3.4. Lưu huỳnh trong phân bón ..................................................................... 26 1.3.3.5. Hiệu lực của phân lưu huỳnh đối với cây lúa. ....................................... 27 CHƯƠNG 2. ĐỐI TƯỢNG, VẬT LIỆU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .................................................................................................... 32 2.1. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ................................................................ 32 2.1.1. Đối tượng và vật liệu nghiên cứu .............................................................. 32 2.1.2. Phạm vi nghiên cứu ................................................................................... 32 2.2. Nội dung nghiên cứu .................................................................................... 32 2.2.1. Điều kiện khí hậu, tình hình sử dụng phân bón vùng nghiên cứu ............ 32 2.2.2. Đặc điểm đất XBM tỉnh Bắc Giang .......................................................... 32 2.2.3. Nghiên cứu ảnh hưởng của Ca, Mg, S đến năng suất lúa trên đất xám bạc màu Bắc Giang .................................................................................................... 32 2.3. Phương pháp nghiên cứu và kỹ thuật sử dụng ............................................. 33 2.3.1. Phương pháp thu thập thông tin và điều tra .............................................. 33 v 2.3.2. Phương pháp điều tra lấy mẫu đất ngoài đồng .......................................... 33 2.3.3. Phương pháp lấy mẫu cây và hạt .............................................................. 34 2.3.4. Phương pháp thí nghiệm đồng ruộng ........................................................ 34 2.3.5. Các chỉ tiêu theo dõi, đánh giá .................................................................. 36 2.3.6. Kiểm chứng hiệu lực của các chất dinh dưỡng Ca, Mg, S tối ưu trong điều kiện sản xuất. ....................................................................................................... 37 2.3.7. Phương pháp phân tích .............................................................................. 37 2.3.7.1. Phương pháp phân tích mẫu đất ............................................................. 37 2.3.7.2. Phương pháp phân tích mẫu cây ............................................................ 38 2.3.8. Phương pháp tính hiệu suất phân bón và đánh giá hiệu quả kinh tế ......... 39 2.3.8.1. Phương pháp tính hiệu suất phân bón .................................................... 39 2.3.8.2. Phương pháp đánh giá hiệu quả kinh tế ................................................. 39 2.3.9. Phương pháp xử lý số liệu thống kê .......................................................... 39 CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ............................ 40 3.1. Điều kiện khí hậu và tình hình sử dụng phân bón vùng nghiên cứu ........... 40 3.1.1. Điều kiện khí hậu vùng nghiên cứu .......................................................... 40 3.1.2. Tình hình sử dụng phân bón vùng nghiên cứu .......................................... 40 3.2. Đặc điểm chung về phân loại, phân bố và chất lượng đất XBM tỉnh Bắc Giang ................................................................................................................... 42 3.3. Thực trạng canxi, magiê và lưu huỳnh trong đất xám bạc màu Bắc Giang. 46 3.3.1. Đặc điểm chung của đất xám bạc màu Bắc Giang .................................... 46 3.3.2. Cơ cấu cây trồng chính trên đất XBM Bắc Giang .................................... 47 3.3.3. Ảnh hưởng của địa hình, cơ cấu cây trồng và thành phần cơ giới đến hàm lượng Ca2+, Mg2+ trao đổi trong đất xám bạc màu Bắc Giang ............................ 47 3.3.3.1. Ảnh hưởng của địa hình ......................................................................... 47 3.3.3.2. Ảnh hưởng của cơ cấu cây trồng ............................................................ 48 3.3.3.3. Ảnh hưởng của thành phần cơ giới ........................................................ 49 vi 3.3.4. Hàm lượng SO42- tổng số và hòa tan trong đất xám bạc màu Hiệp Hòa, Bắc Giang ............................................................................................................ 50 3.4. Tính chất hóa học trước thí nghiệm tại địa điểm nghiên cứu và khả năng đáp ứng Ca, Mg, S cho lúa trên đất xám bạc màu Bắc Giang ................................... 51 3.4.1. Tính chất hóa học của đất xám bạc màu trước thí nghiệm tại Hiệp Hòa - Bắc Giang ............................................................................................................ 51 3.4.2. Khả năng đáp ứng Ca, Mg, S của đất cho cây lúa .................................... 52 3.4.2.1. Khả năng đáp ứng Ca của đất cho lúa .................................................... 52 3.4.2.2. Khả năng đáp ứng Mg của đất cho lúa ................................................... 53 3.4.2.3. Khả năng đáp ứng S của đất cho lúa ...................................................... 53 3.5. Ảnh hưởng của Ca, Mg, S đến sinh trưởng và phát triển của cây lúa ......... 54 3.5.1. Ảnh hưởng của Ca đến sinh trưởng và phát triển của cây lúa .................. 54 3.5.2. Ảnh hưởng của Mg đến sinh trưởng và phát triển của cây lúa ................. 57 3.5.3. Ảnh hưởng của S đến sinh trưởng và phát triển của cây lúa .................... 59 3.6. Ảnh hưởng của Ca, Mg, S đến khả năng hấp thu Ca, Mg, S của cây lúa .... 62 3.6.1. Ảnh hưởng của liều lượng Ca đến khả năng hấp thu Ca của cây lúa ....... 62 3.6.2. Ảnh hưởng của các liều lượng bón Mg đến khả năng hấp thu Mg của cây lúa ........................................................................................................................ 63 3.6.3. Ảnh hưởng của S đến khả năng hấp thu S của cây lúa ............................. 65 3.6.4. Ảnh hưởng của bón Ca, Mg, S đến lượng Ca, Mg, S cây lúa hút trên đất xám bạc màu. ....................................................................................................... 66 3.6.4.1. Ảnh hưởng của bón Ca đến lượng Ca cây lúa hút ................................. 66 3.6.4.2. Ảnh hưởng của bón Mg đến lượng Mg cây lúa hút ............................... 68 3.6.4.3. Ảnh hưởng của bón S đến lượng S cây lúa hút ...................................... 70 3.7. Ảnh hưởng của Ca, Mg, S đến các yếu tố cấu thành năng suất và năng suất lúa trên đất xám bạc màu tỉnh Bắc Giang. .......................................................... 72 vii 3.7.1. Ảnh hưởng của Ca đến các yếu tố cấu thành năng suất và năng suất lúa trên đất xám bạc màu Bắc Giang. ....................................................................... 72 3.7.2. Ảnh hưởng của Mg đến các yếu tố cấu thành năng suất và năng suất lúa trên đất xám bạc màu Bắc Giang ........................................................................ 80 3.7.3. Ảnh hưởng của S đến các yếu tố cấu thành năng suất và năng suất lúa trên đất xám bạc màu Bắc Giang ................................................................................ 87 3.8. Ảnh hưởng của Ca, Mg, S đến hiệu suất và hiệu quả kinh tế của phân bón đối với lúa trên đất xám bạc màu ........................................................................ 94 3.8.1. Ảnh hưởng của Ca, Mg, S đến hiệu suất phân bón đối với lúa trên đất xám bạc màu ................................................................................................................ 94 3.8.1.1. Ảnh hưởng của Ca đến hiệu suất phân bón đối với lúa trên đất xám bạc màu ...................................................................................................................... 94 3.8.1.2. Ảnh hưởng của Mg đến hiệu suất phân bón đối với lúa trên đất xám bạc màu ...................................................................................................................... 95 3.8.1.3. Ảnh hưởng của S đến hiệu suất phân bón đối với lúa trên đất xám bạc màu ...................................................................................................................... 96 3.8.1.4. Ảnh hưởng của Ca, Mg, S đến tính chất hóa học của đất xám bạc màu sau thí nghiệm ..................................................................................................... 98 3.8.2. Ảnh hưởng của Ca, Mg và S đến hiệu quả kinh tế. ................................ 100 3.8.2.1. Ảnh hưởng của Ca đến hiệu quả kinh tế .............................................. 100 3.8.2.2. Ảnh hưởng của Mg đến hiệu quả kinh tế ............................................. 101 3.8.2.3. Ảnh hưởng của S đến hiệu quả kinh tế ................................................ 102 3.9. Một số biện pháp khuyến cáo sử dụng phân Ca, Mg và S trong sản xuất nông nghiệp vùng đất XBM tỉnh Bắc Giang ..................................................... 104 3.9.1. Xây dựng mô hình kiểm chứng hiệu lực của Ca, Mg và S trên đất XBM104 3.9.2. Lượng bón thích hợp để nâng cao hiệu quả sử dụng Ca, Mg, S trong sản xuất nông nghiệp vùng đất XBM tỉnh Bắc Giang ............................................. 105 viii KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ ............................................................................... 107 1. Kết luận ......................................................................................................... 107 2. Đề nghị .......................................................................................................... 108 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN ..................................................................................................................... 109 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................. 110 PHỤ LỤC .......................................................................................................... 122 ix DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Số thứ tự Chữ viết tắt Giải thích 1 ATP Adenosin triphosphat 2 SA Amon sunfat (đạm sun phát) 3 Ca Canxi 4 Ca2+TĐ Canxi trao đổi 5 CT Công thức 6 UNDP Chương trình phát triển của Liên hiệp quốc 7 DAP Diammonium phosphate 8 CEC Dung tích hấp thu 9 N Đạm 10 Cu Đồng 11 OC Cacbon hữu cơ 12 H Hydro 13 K Kali 14 Zn Kẽm 15 RCBD Khối ngẫu nhiên hoàn chỉnh 16 P Lân 17 S Lưu huỳnh 18 Shh Lưu huỳnh hữu hiệu 19 Mg Ma giê 20 Mg2+TĐ Ma giê trao đổi 21 Mn Man gan 22 FADINAP Mạng lưới thí nghiệm phân bón châu Á 23 NSTT Năng suất thực thu 24 Al Nhôm 25 PC Phân chuồng 26 Sht S hòa tan 27 Fe Sắt 28 Si Silic 29 FAO Tổ chức nông lương Quốc tế 30 TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam 31 TN1 Thí nghiệm 1 32 TN2 Thí nghiệm 2 33 TN3 Thí nghiệm 3 34 P 1000 hạt Khối lượng 1000 hạt 35 XBM Xám bạc màu x DANH MỤC BẢNG TT Bảng Nội dung Trang 1.1 Chỉ tiêu lý, hóa tính đất xám bạc màu (lớp đất mặt 0 - 16cm) 5 2.1 Công thức thí nghiệm 35 2.2 Công thức thí nghiệm 35 2.3 Công thức thí nghiệm 36 3.1 Liều lượng và tỷ lệ phân bón cho lúa ở vùng nghiên cứu 42 3.2 Phân loại đất XBM tỉnh Bắc Giang trước năm 1979 42 3.3 Diện tích và phân bố đất XBM tỉnh Bắc Giang theo huyện trên bản đồ tỷ lệ 1/50.000 45 3.4 Kết quả phân tích Ca2+, Mg2+, SO42- và K+ của các mẫu đất XBM 47 3.5 Hàm lượng Ca2+ và Mg2+ trong đất xám bạc màu theo địa hình 48 3.6 Hàm lượng Ca2+ và Mg2+ trong đất xám bạc màu theo cơ cấu cây trồng 49 3.7 Hàm lượng Ca2+ và Mg2+ trong đất xám bạc màu theo thành phần cơ giới 49 3.8 Hàm lượng SO42- tổng số và hòa tan trong đất XBM 50 3.9 Một số tính chất hóa học của đất xám bạc màu trước thí nghiệm tại Hiệp Hòa - Bắc Giang (0 - 20cm) 52 3.10 Tỷ lệ Ca2+/CEC trong đất xám bạc màu Bắc Giang 53 3.11 Hàm lượng Mg2+ trong đất xám bạc màu Bắc Giang 53 3.12 Hàm lượng SO42- trong đất xám bạc màu Bắc Giang 54 3.13 Ảnh hưởng của Ca đến sinh trưởng và phát triển của cây 55 xi lúa vụ xuân 2012 và 2013 3.14 Ảnh hưởng của Ca đến sinh trưởng và phát triển của cây lúa vụ mùa 2012 và 2013 56 3.15 Ảnh hưởng của Mg đến sinh trưởng và phát triển của cây lúa vụ xuân 2012 và 2013 57 3.16 Ảnh hưởng của Mg đến sinh trưởng và phát triển của cây lúa vụ mùa 2012 và 2013 58 3.17 Ảnh hưởng của S đến sinh trưởng và phát triển của cây lúa vụ xuân 2012 và 2013 60 3.18 Ảnh hưởng của S đến sinh trưởng và phát triển của cây lúa vụ mùa 2012 và 2013 61 3.19 Ảnh hưởng của liều lượng Ca bón đến khả năng hấp thu Ca của cây lúa vụ xuân và mùa giai đoạn thu hoạch năm 2012 62 3.20 Ảnh hưởng của liều lượng Ca bón đến khả năng hấp thu Ca của cây lúa vụ xuân và mùa giai đoạn thu hoạch năm 2013 63 3.21 Ảnh hưởng của liều lượng Mg bón đến khả năng hấp thu Mg của cây lúa vụ xuân và mùa giai đoạn thu hoạch năm 2012 64 3.22 Ảnh hưởng của liều lượng Mg bón đến khả năng hấp thu Mg của cây lúa vụ xuân và mùa giai đoạn thu hoạch năm 2013 64 3.23 Ảnh hưởng của liều lượng S bón đến khả năng hấp thu S của cây lúa vụ xuân và mùa giai đoạn thu hoạch năm 2012 65 3.24 Ảnh hưởng của liều lượng S bón đến khả năng hấp thu S 66 xii của cây lúa vụ xuân và mùa giai đoạn thu hoạch năm 2013 3.25 Ảnh hưởng của bón Ca đến lượng Ca cây lúa hút vụ xuân và mùa năm 2012 67 3.26 Ảnh hưởng của bón Ca đến l