Vai Trò Của Nitrogen (Nitơ) Trong Sự Phát Triển Của Cây Trồng

Nitrogen (Nitơ) là một nguyên tố dinh dưỡng đa lượng vô cùng quan trọng cho sự sinh trưởng và phát triển của cây trồng. Nó không chỉ là thành phần cấu tạo nên các phân tử protein, enzyme, coenzyme, axit nucleic, diệp lục, ATP mà còn đóng vai trò then chốt trong nhiều quá trình sinh lý khác. Thiếu Nitơ có thể dẫn đến hàng loạt các vấn đề nghiêm trọng, ảnh hưởng trực tiếp đến năng suất và chất lượng cây trồng.

Trong số các chất dinh dưỡng thiết yếu, cây trồng cần Nitơ với số lượng lớn nhất. Hàm lượng Nitơ trong các mô của cây khỏe mạnh thường dao động từ 3-6%. Đây là một con số ấn tượng, cho thấy tầm quan trọng đặc biệt của nguyên tố này.

Nitơ đóng vai trò trung tâm trong nhiều quá trình quan trọng:

Quang hợp: Là thành phần chính của chất diệp lục, Nitơ giúp cây sử dụng năng lượng ánh sáng mặt trời để tổng hợp đường từ nước và carbon dioxide.
Tổng hợp protein: Nitơ là thành phần không thể thiếu của các axit amin, đơn vị cấu tạo nên protein. Protein đóng vai trò cấu trúc và xúc tác trong tế bào thực vật.
Trao đổi năng lượng: Nitơ là thành phần của các hợp chất truyền năng lượng như ATP, giúp tế bào bảo tồn và sử dụng năng lượng.
Di truyền: Nitơ là thành phần quan trọng của axit nucleic như DNA, vật liệu di truyền cho phép tế bào phát triển và sinh sản.

Nitơ 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.

Mặc dù chiếm 78% bầu khí quyển, Nitơ ở dạng khí (N2) lại không thể được cây trồng trực tiếp sử dụng. Cây chỉ có thể hấp thụ Nitơ ở các dạng vô cơ như ion Amoni (NH₄⁺) và ion Nitrat (NO₃⁻).

Nitơ trong đất tồn tại ở ba dạng chính: hợp chất Nitơ hữu cơ, ion Amoni (NH₄⁺) và ion Nitrat (NO₃⁻). Trong đó, các dạng nitơ hữu cơ chiếm tỷ lệ lớn nhất.

Các Dạng Nitrogen (Nitơ) Thường Gặp Trong Đất

Dạng Nitrogen	Ký hiệu	Hình thức sử dụng
Dinitrogen (Nitơ khí quyển)	N2	Dạng phổ biến nhất (78% khí quyển) nhưng cây không sử dụng được. Vi khuẩn, tảo và sét có thể cố định N2 vào đất.
Amoniac	NH3	Khí. Có thể thoát khỏi đất, gây hại cho cây ở nồng độ cao. Thành phần cơ bản của phân đạm.
Nitrat	NO3-	Dạng nitơ được cây trồng sử dụng nhiều nhất. Dễ bị mất đi trong nước ngầm.
Ammonium	NH4+	Được cây hấp thụ và sử dụng trực tiếp trong protein. Ít bị mất khỏi đất.
Nitrit	NO2-	Sản phẩm trung gian trong quá trình chuyển đổi Amoni thành Nitrat. Độc hại cho cây ở nồng độ cao.
Nitơ hữu cơ	C-NH2	Tồn tại ở nhiều dạng khác nhau. Được vi sinh vật chuyển đổi thành Amoni, sau đó thành Nitrat để cây sử dụng.

Chất hữu cơ, chủ yếu từ tàn dư thực vật và động vật, là nguồn Nitơ chính trong đất. Vi sinh vật đóng vai trò quan trọng trong việc chuyển hóa Nitơ hữu cơ thành các dạng vô cơ mà cây có thể hấp thụ.

Rễ cây hấp thụ Nitơ và kết hợp vào các chất hữu cơ như enzyme, protein và chất diệp lục. Khi cây chết, nó phân hủy và trở thành một phần của chất hữu cơ trong đất.

Các nguồn cung cấp Nitơ cho đất bao gồm:

Chất thải thực vật và động vật phân hủy.
Vi khuẩn trong đất chuyển đổi các dạng Nitơ.
Mưa bão đưa Nitơ từ khí quyển vào đất.
Các loại đậu cố định Nitơ từ khí quyển.

Nitrogen (Nitơ) Nằm Ở Đâu Trong Cây Trồng?

Nitơ chiếm 2-6% trọng lượng khô của cây, nhiều hơn bất kỳ nguyên tố nào khác ngoại trừ Carbon, Hydro và Oxy. Nó đóng vai trò quan trọng trong nhiều chức năng và hợp chất thiết yếu.

Nitơ có thể được tìm thấy ở nhiều bộ phận khác nhau của cây, bao gồm:

Lá (chất diệp lục): Nitơ là thành phần của chất diệp lục, giúp cây hấp thụ năng lượng ánh sáng.
Mô thực vật: Nitơ tham gia vào quá trình sinh trưởng và phát triển của cây.
Hạt (chất protein): Protein được dự trữ trong hạt ngũ cốc, quả và hạt.
Rễ: Nitơ trong rễ giúp hấp thụ chất dinh dưỡng và nước.

Các Chất Hữu Cơ Chứa Thành Phần Nitrogen (Nitơ) Trong Thực Vật

Nitơ có vai trò quan trọng trong quá trình phân chia, phát triển tế bào và trao đổi chất. Các chất hữu cơ chứa Nitơ bao gồm:

Các axit amin (Asparagine, Glutamine và Glutamate).
Protein (thành phần của tế bào, màng tế bào và enzyme).
Axit nucleic (DNA và RNA).
Các chất cung cấp năng lượng (ATP, NADPH, NADH).
Hormon thực vật (Auxin và Cytokinin).
Chất chuyển hóa thứ cấp.

Cây hấp thụ Nitơ dưới dạng NH₄⁺ và NO₃⁻, chủ yếu là Nitrat do quá trình nitrat hóa phổ biến. Nitrat di chuyển tự do về phía rễ cây. Sau khi vào cây, NO3⁻ bị khử thành NH2 và được đồng hóa để tạo ra các hợp chất phức tạp hơn.

Rễ cây phát triển rộng rãi là điều cần thiết để hấp thụ đủ Nitơ. Cây có rễ bị hạn chế có thể thiếu Nitơ ngay cả khi có đủ trong đất.

Khí N2 trong khí quyển (78%) có thể được cố định bởi vi sinh vật thành NH4+ và NO3-.
Quá trình chuyển hóa NH4+ thành Nitrat NO3- xảy ra trong điều kiện đất thoáng mát, đủ oxy. Nhưng NO3- có thể bị chuyển hóa ngược lại thành khí N2 gây thất thoát.
Trong điều kiện đất chua hoặc úng, NH4+ tích tụ trong đất.
Ở đất kiềm hoặc nhiều vôi, Nitơ dạng NH4+ có thể bị mất đi dưới dạng khí Amoniac (NH3). Nên sử dụng phân Nitrat thay vì Urê.

Cây cần Nitơ liên tục trong suốt cuộc đời. Một cây được cung cấp đủ Nitơ sẽ phát triển nhanh chóng và tạo ra nhiều tán lá xanh. Cây thiếu Nitơ thường nhỏ, phát triển chậm và có màu xanh nhạt hoặc vàng do thiếu chất diệp lục. Lá già có thể bị hoại tử và chết.

Tuy nhiên, quá nhiều Nitơ có thể làm cây phát triển nguyên sinh chất nhanh hơn khả năng tạo ra vật liệu hỗ trợ, dẫn đến cây yếu và dễ bị tổn thương.

Sử dụng nguồn Nitơ NH₄⁺ có thể làm axit hóa đất do các ion Hydro (H⁺) được giải phóng trong quá trình Nitrat hóa.

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:

Số lượng Nitơ hữu cơ: Lượng Nitơ hữu cơ ban đầu quyết định lượng N cuối cùng có thể được khoáng hóa.
Nhiệt độ: Phạm vi tối ưu là 25-35 độ C.
Oxy: Vi sinh vật cần oxy.
Độ ẩm: Nước nên lấp đầy 15-70% không gian lỗ rỗng.
Tỷ lệ cacbon và nitơ (C:N): Tỷ lệ C:N nhỏ hơn 20:1 là cần thiết cho quá trình khoáng hóa ròng.

Yếu Tố Ảnh Hưởng Đến Quá Trình Nitrat Hóa

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:

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.

Yếu Tố Ảnh Hưởng Đến Sự Bay Hơi, Thất Thoát Của Các Dạng Nitrogen (Nitơ)

Một số yếu tố ảnh hưởng đến sự bay hơi và thất thoát phân bón Nitơ:

Độ pH của đất: Độ pH lớn hơn 7,5 cho phép mất đi đáng kể amoniac do bay hơi.
Loại phân bón: Phân urê dễ bị thất thoát hơn phân amoni.
Phương pháp bón phân: Rải phân trên bề mặt đất làm tăng tổn thất do bay hơi.
Nhiệt độ đất: Sự bay hơi tăng lên khi nhiệt độ đất tăng lên.
Độ ẩm của đất: Sự bay hơi thúc đẩy quá trình bay hơi.
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.