Nghiên cứu cân bằng dinh dưỡng kali cho mía đồi vùng lam sơn thanh hóa

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO - BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN
VIỆN KHOA HỌC NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM



PHẠM THỊ THANH HƯƠNG



NGHIÊN CỨU CÂN BẰNG DINH DƯỠNG KALI CHO
MÍA ĐỒI VÙNG LAM SƠN THANH HÓA


LUẬN ÁN TIẾN SĨ NÔNG NGHIỆP

HÀ NỘI, 2014







BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO - BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN
VIỆN KHOA HỌC NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM



PHẠM THỊ THANH HƯƠNG



NGHIÊN CỨU CÂN BẰNG DINH DƯỠNG KALI CHO MÍA
ĐỒI VÙNG LAM SƠN THANH HÓA


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. Trần Công Hạnh

HÀ NỘI, 2014












i

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Kết quả
nghiên cứu nêu trong luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố
trong bất kỳ công trình nào khác. Các thông tin trích dẫn đều được chỉ rõ
nguồn gốc.

Hà Nội, ngày tháng năm 2014
Tác giả luận án

Phạm Thị Thanh Hương

















ii
LỜI CẢM ƠN
Tác giả luận án chân thành bày tỏ lòng biết ơn tập thể lãnh đạo trường Đại học
Hồng Đức, đã luôn động viên, giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tác giả trong
suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận án.
Tác giả chân thành bày tỏ lòng biết ơn tới:
PGS.TS Nguyễn Văn Bộ người hướng dẫn khoa học chính của luận án và TS
Trần Công Hạnh đã hướng dẫn, góp ý trao đổi về phương pháp luận, nội dung nghiên
cứu và các hướng dẫn khoa học khác, đảm bảo cho luận án hoàn thành có chất lượng.
Các nhà khoa học đã góp ý và tạo điều kiện cho việc hoàn thiện luận án.
Tập thể lãnh đạo Công ty Cổ phần Mía Đường Lam Sơn, Công ty Cổ phần
Phân Bón Lam Sơn Thanh Hóa đã tạo điều kiện thuận lợi cho tác giả trong quá trình

thực hiện luận án.
Ban Sau đại học Viện Khoa học Nông nghiệp Việt Nam, Viện Nông hóa Thổ
Nhưỡng đã tạo mọi điều kiện cho việc học tập nghiên cứu và hoàn thành luận án.
Tập thể cán bộ giảng viên, phụ tá thí nghiệm và sinh viên các lớp K10, K11,
K13 ngành Khoa học Cây trồng khoa Nông Lâm Ngư nghiệp trường Đại học Hồng
Đức đã tạo điều kiện và giúp đỡ tác giả rất nhiều trong việc triển khai bố trí theo dõi
và phân tích các chỉ tiêu của thí nghiệm.
Cuối cùng, tác giả bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đối với gia đình, bố, mẹ, anh,
em, chồng, các con và bạn bè đồng nghiệp đã luôn động viên, giúp đỡ và tạo điều kiện
thuận lợi cho tác giả trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận án.
Hà Nội, tháng 5 năm 2014
Tác giả luận án



Phạm Thị Thanh Hương





iii
MỤC LỤC
Trang

Lời cam đoan…………………………………………………
i

Lời cảm ơn……………………………………………………
ii

Mục lục…………………………………………………………
iii

Danh mục viết tắt………………………………………………
iii

Danh mục bảng…………………………………………………
vii

Danh mục hình…………………………………………………
vii

MỞ ĐẦU………………………………………………………
1
1
Tính cấp thiết của đề tài……………………………………
1
2
Mục đích yêu cầu của đề tài………………………………….
3
2.1
Mục đích………………………………………………………
3
2.2
Yêu cầu…………………………………………………………
3
3
Giới hạn nghiên cứu ………………………………………….
3

4
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài……………………
4
4.1
Ý nghĩa khoa học…………………………………………….
4
4.2
Ý nghĩa thực tiễn………………………………………………
4
5
Điểm mới của luận án………………………………………….
4

Chương 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU NGHIÊN CỨU……….
5
1.1
Lý luận chung về cân bằng dinh dưỡng cho cây trồng…….
5
1.1.1
Cân bằng dinh dưỡng trong hệ thống cây trồng………………
5
1.1.2
Các cấp độ nghiên cứu cân bằng dinh dưỡng…………………
8
1.1.4
Các nguồn dinh dưỡng đầu vào, đầu ra của cân bằng dinh dưỡng
9
1.2
Cân bằng dinh dưỡng trong mối quan hệ với quản lý dinh
dưỡng theo vùng chuyên biệt…………………………………

16
1.3
Dinh dưỡng kali và kỹ thuật bón phân K cho mía…………
18
1.3.1
K trong đất………………………………………………………
18





iv
1.3.2
K trong cây và việc hút K……………………………………
24
1.3.3
Vai trò của K đối với cây mía…………………………………
25
1.3.4
Hiệu suất K và kỹ thuật bón K cho mía……………………….
28
1.4
Một số kết quả nghiên cứu về cân bằng dinh dưỡng kali trên thế
giới và ở Việt Nam……………………………………………
31
1.4.1
Trên thế giới……………………………………………………
31
1.4.2

Ở Việt Nam……………………………………………………
33
Chương 2. VẬT LIỆU, NỘI DUNG, PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
35
2.1.
Vật liệu nghiên cứu……………………………………………
35
2.1.1.
Đất thí nghiệm………………………………………………….
35
2.1.2.
Giống mía thí nghiệm………………………………………….
35
2.1.3.
Phân bón……………………………………………………….
36
2.2.
Nội dung nghiên cứu………………………………………….
36
2.3.
Phương pháp nghiên cứu…………………………………….
36
2.3.1.
Tiến trình nghiên cứu…………………………………………
36
2.3.2.
Phương pháp điều tra tình hình cơ bản………………………
37
2.3.3.
Phương pháp bố trí thí nghiệm…………………………………

38
2.3.4.
Phương pháp xác định lượng kali do nước mưa cung cấp, lượng
kali mất do xói mòn và lượng K mất do rửa trôi. …………….
41
2.3.5.
Phương pháp xây dựng mô hình thực nghiệm quản lý bền vững
dinh dưỡng K trong sản xuất mía trên cơ sở cân bằng dinh dưỡng
44
2.3.6.
Phương pháp xác định các chỉ tiêu nghiên cứu đối với cây mía
45
2.3.7.
Phương pháp phân tích đất, nước, phân bón, cây trồng
48
2.3.8.
Phương pháp xử lý số liệu………………………………………
50

Chương 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU……………………….
51
3.1.
Điều kiện cơ bản vùng Lam Sơn Thanh Hóa trong mối quan hệ
với cân bằng K cho mía…………………………………………
51

v
3.1.1.
Điều kiện tự nhiên…………………………………………….
51
3.1.2.
Hiện trạng sản xuất mía………………………………………
56
3.1.3.
Điều kiện cơ bản vùng Lam Sơn trong mối quan hệ với các
nguồn dinh dưỡng đầu vào, đầu ra của cân bằng K cho
mía
62
3.2.
Khả năng cung cấp K của đất; Lượng K do nước mưa cung cấp
và lượng K mất do xói mòn, rửa trôi. ………………….
64
3.2.1.
Khả năng cung cấp K của đất xám ferralit…………………….
65
3.2.2.
Lượng K do nước mưa cung cấp……………………………….
71
3.2.3.
Lượng K mất do xói mòn………………………………………
74
3.2.4.
Lượng K mất do rửa trôi……………………………………….
79
3.3.
Mối quan hệ giữa lượng bón K với năng suất chất lượng mía,

năng suất đường và lượng K mất theo sản phẩm thu hoạch
85
3.3.1.
Mối quan hệ giữa lượng bón K với năng suất, chất lượng mía
năng suất đường………………………………………………
85
3.3.2.
Mối quan hệ giữa lượng bón K và lượng K mất theo sản phẩm
thu hoạch……………………………………………………….
98
3.4.
Cân bằng K và xác định lượng bón K phù hợp cho mía trên cơ
sở cân bằng dinh dưỡng ở vùng Lam Sơn………………
99
3.4.1.
Cân bằng K cho mía ở các mức bón K khác nhau…………….
99
3.4.2.
Cân bằng K cho mía trong điều kiện sản xuất hiện tại……….
112
3.4.3.
Xác định lượng bón K phù hợp cho mía trên cơ sở cân bằng
dinh dưỡng……………………………………………………
114
3.4.4.
Đánh giá kết quả xác định lượng bón K cho mía trên cơ sở cân
bằng dinh dưỡng……………………………………………….
116
3.5.
Hiệu quả mô hình quản lý bền vững dinh dưỡng K cho mía trên

cơ sở cân bằng dinh dưỡng…………………………………….
118





vi
3.5.1.
Phân bón trong mô hình thực nghiệm…………………………
118
3.5.2.
Các chỉ tiêu kỹ thuật của mô hình…………………………….
119
3.5.3.
Hiệu quả kinh tế của mô hình………………………………
122
3.5.4.
Tác động của mô hình đến tính chất đất trồng mía…………
124

KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ……………………………………
127

Kết luận…………………………………………………………
127

Đề nghị………………………………………………………….
128

Các công trình đã công bố liên quan đến luận án…………….
129

TÀI LIỆU THAM KHẢO…………………………………….
130

PHỤ LỤC ……………………………………………………
142





















vii

DANH MỤC VIẾT TẮT

1.
100 K
2
O
100 kg K
2
O/ha…………………………………………….
2.
100 P
2
O
5

100 kg P
2
O
5
/ha…………………………………………….
3.
200 N
200 kg N/ha……………………………………………
4.
ACfa-h
Đất xám ferralit điển hình…………………………………
5.
AP
Độ thuần…………………………………………………

6.
Bx
Brix………………………………………………………
7.
CCS
Hàm lượng đường thương phẩm (Commercial Cane Sucrose)…
8.
Cs
cộng sự…………………………………………………….
9.
CV%
Sai số thí nghiệm………………………………………
10.
Dt
dẫn theo……………………………………………………
11.
et al
và cộng sự………………………………………………….
12.
HC
Hữu cơ……………………………………………………
13.
Hi
K

Chỉ số thu hoạch của K (Harvest Index of Potassium)…….
15.
K
Kali………………………………………………………
16.

LSD
0,05

Giới hạn sai khác có ý nghĩa ở mức tin cậy 95% …………
17.
MBCR
Tỷ suất chi phí lợi nhuận cận biên ………………………
(Margin Benifit Cost Ratio)……………………………….
18.
N
Đạm………………………………………………………
19.
NLM
Ngọn lá mía………………………………………………
20.
Pol
Độ giàu đường……………………………………………
21.
QCVN
Quy chuẩn Việt Nam………………………………………
22.
RE
K

Hiệu suất sử dụng K trong phân khoáng………………….
(Recovery Efficiency of Potassium)……………………….
23.
RIE
K

Hiệu suất nông học của K………………………………….





viii
(Reciprocal Internal Efficiencies of Potassium)…………
24.
RS
Tỷ lệ đường khử…………………………………………
25.
SSNM
Quản lý dinh dưỡng theo vùng chuyên biệt ………………
(Site Specific Nutrient Management)……………………
26.
TCVN
Tiêu chuẩn Việt Nam……………………………………

ix

DANH MỤC BẢNG
TT
Tên bảng
Trang
1.1
Các nguồn dinh dưỡng đầu vào, đầu ra của cân bằng dinh dưỡng
9
3.1
Đất trồng mía theo qui hoạch mở rộng vùng nguyên liệu mía
đường Lam Sơn Thanh Hóa đến năm 2020
55
3.2
Cơ cấu giống mía vùng Lam Sơn Thanh Hóa
56
3.3
Diện tích, năng suất mía qua điều tra nông hộ
58
3.4
Tình hình sử dụng phân bón cho mía ở vùng Lam Sơn

59
3.5
Tình hình sử dụng phân bón NPK Lam Sơn cho mía ở vùng
Lam Sơn
59
3.6
Tình hình tưới nước cho mía ở vùng Lam Sơn
61
3.7
Các nguồn dinh dưỡng đầu vào, đầu ra của cân bằng K cho
mía vùng Lam Sơn.
63
3.8
Tính chất đất thí nghiệm
64
3.9
Ảnh hưởng của tưới nước và bón N, P đến sinh trưởng của mía
65
3.10
Ảnh hưởng của tưới nước và bón N, P đến khối lượng K
2
O
tích lũy trong cây
67
3.11
Lượng K
2
O có trong hom giống khi trồng
69
3.12

Lượng K
2
O đất có khả năng cung cấp cho mía trong điều
kiện tưới nước và bón N, P khác nhau
69
3.13
Lượng K do nước mưa cung cấp (2010 – 2012)
72
3.14
Khối lượng K mất theo nước xói mòn
75
3.15
Khối lượng K mất theo đất huyền phù xói mòn
76
3.16
Khối lượng K mất theo đất cặn lắng xói mòn
77
3.17
Tổng lượng K mất do xói mòn
78





x
3.18
Lượng K mất theo nước rửa trôi
80
3.19

Lượng K mất theo đất huyền phù rửa trôi
81
3.20
Tổng lượng K
2
O mất do rửa trôi ở lượng K bón khác nhau
82
3.21
Ảnh hưởng của K đến sinh trưởng và năng suất mía
87
3.22
Ảnh hưởng của K đến chất lượng mía và chữ đường
88
3.23
Ảnh hưởng của K đến năng suất đường
90
3.24
Ảnh hưởng của lượng bón K đến tính hình sâu bệnh hại mía
91
3.25
Hiệu suất K ở các lượng bón khác nhau
92
3.26
Lượng bón K tối đa về kỹ thuật và tối thích về kinh tế đối
với năng suất mía, năng suất đường
97
3.27
Ảnh hưởng của K đến khối K
2
O tích lũy trong sản phẩm mía

cây thu hoạch
99
3.28
Ảnh hưởng của K đến khối lượng K
2
O mất theo NLM
101
3.29
Ảnh hưởng của K đến hiệu suất nông học và chỉ số thu hoạch K
103
3.30
Hiệu suất sử dụng K ở các mức bón khác nhau
107
3.31
Cân bằng K cho mía ở các lượng bón K khác nhau
110
3.32
Thành phần hóa học nguyên liệu hữu cơ sản xuất phân bón
NPK Lam Sơn
113
3.33
Cân bằng K cho mía trong điều kiện sản xuất mía hiện tại
114
3.34
Phân bón trong mô hình quản lý bền vững dinh dưỡng K
119
3.35
Các chỉ tiêu sinh trưởng, năng suất, chất lượng mía, năng
suất đường trong mô hình thực nghiệm
120

3.36
Hiệu quả kinh tế của mô hình thực nghiệm
123
3.37
Tính chất đất trước và sau khi xây dựng mô hình
124







xi

DANH MỤC HÌNH
TT
Tên hình
Trang
3.1
Sơ đồ vùng nguyên liệu mía đường Lam Sơn Thanh Hóa
52
3.2
Diễn biến các yếu tố khí hậu vùng Lam Sơn Thanh Hóa
53
3.3
Một số hình ảnh thí nghiệm nghiên cứu khả năng cung cấp K của đất
70
3.4
Lượng mưa qua các tháng (2010 - 2012)

73
3.5
Hàm lượng K
2
O trong nước mưa qua các tháng (2010 - 2012)
73
3.6
Một số hình ảnh nghiên cứu về xói mòn
83
3.7
Một số hình ảnh nghiên cứu về rửa trôi
84
3.8
Tương quan giữa lượng bón K
2
O và năng suất mía - vụ mía tơ
94
3.9
Tương quan giữa lượng bón K
2
O và năng suất đường - vụ mía tơ
94
3.10
Tương quan giữa lượng bón K
2
O và năng suất mía - vụ mía gốc 1
95
3.11
Tương quan giữa lượng bón K
2

O và năng suất đường - mía gốc 1
95
3.12
Tương quan giữa lượng bón K
2
O và năng suất mía - vụ mía gốc 2
96
3.13
Tương quan giữa lượng bón K
2
O và năng suất đường - mía gốc 2
96
3.14
Tương quan giữa RIE
K
và năng suất mía - vụ mía tơ
105
3.15
Tương quan giữa RIE
K
và năng suất mía - vụ mía gốc 1
105
3.16
Tương quan giữa RIE
K
và năng suất mía - vụ mía gốc 2
106
3.17
Tương quan giữa RIE
K

và năng suất mía - trung bình 3 vụ
106
3.18
Một số hình ảnh thí nghiệm đồng ruộng về lượng bón K
108
3.19
Cân bằng kali ở các lượng bón K
2
O khác nhau- vụ mía tơ
111
3.20
Cân bằng kali ở các lượng bón K
2
O khác nhau - vụ mía gốc 1
111
3.21
Cân bằng kali ở các lượng bón K
2
O khác nhau- vụ mía gốc 2
111
3.22
Mối quan hệ giữa nguồn đầu vào, đầu ra của cân bằng K cho
mía trong điều kiện sản xuất hiện tại vùng Lam Sơn
112





xii

3.23
Một số hình ảnh mô hình thực nghiệm quản lý bền vững K cho mía
125
3.24
Một số hình ảnh lấy mẫu và xử lý mẫu của các thí nghiệm
126














13


1

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Cây mía (Saccharum officinarum L.) là cây trồng có nguồn gốc nhiệt
đới, tiềm năng năng suất cao, phạm vi thích ứng rộng, đã và đang được xác
định là có lợi thế cạnh tranh trong cơ cấu cây trồng trên các loại đất đồi dốc,

khô hạn các tỉnh khu vực trung du, miền núi phía Bắc và Bắc miền Trung.
Thanh Hóa là tỉnh có ngành công nghiệp đường mía phát triển. Trên địa
bàn tỉnh hiện có ba nhà máy đường đang hoạt động (Lam Sơn, Việt Đài,
Nông Cống) với tổng công suất chế biến 18.600 tấn mía/ngày, diện tích mía
đứng hàng năm trên 30.000 ha, phân bố ở 18 trong tổng số 27 huyện, gồm
200 xã, thị trấn, 17 nông, lâm trường. Năng suất mía trung bình (niên vụ 2011
- 2012) đạt 55,49 tấn/ha, chữ đường (hàm lượng đường thương phẩm) 9,03
CCS (Commercial Cane Sucrose); tỷ lệ mía trên đường 10,57; sản lượng
đường đạt trên 150.000 tấn, chiếm 25% sản lượng đường của khu vực Bắc
miền Trung; giá trị sản xuất công nghiệp đường đạt gần 2.500 tỷ đồng, chiếm
7,63% giá trị sản xuất công nghiệp toàn tỉnh, đồng thời tạo việc làm và thu
nhập ổn định cho hơn 50 vạn nông dân các vùng nông thôn, vùng sâu, vùng
xa khu vực phía Tây của tỉnh Thanh Hóa [16], [17], [36].
Mặc dù đã đạt được nhiều thành tựu trong sản xuất mía và đường nêu
trên, song các vùng trồng mía trong tỉnh vẫn đang đứng trước những khó
khăn, thách thức lớn do giá đường trên thị trường thế giới thấp, giá vật tư,
phân bón, hóa chất bảo vệ thực vật, công lao động tăng cao, trong khi năng
suất, chất lượng mía chậm được cải thiện. Niên vụ 2011 - 2012 được đánh giá
là có năng suất mía cao nhất từ trước đến nay nhưng cũng mới chỉ bằng 80%
năng suất trung bình của thế giới (71,7 tấn/ha) [16], [48], [70], [69].
Trong các yếu tố góp phần tăng năng suất, chất lượng mía, phân bón đa
lượng đạm (N), lân (P), kali (K) đóng vai trò quan trọng, trong đó K là

2

nguyên tố cây mía hấp thu nhiều nhất. K có ảnh hưởng tích cực đến hầu hết
các quá trình sinh lý, sinh hóa xảy ra trong tế bào, đặc biệt là quá trình tổng
hợp, vận chuyển và tích lũy đường. Tuy nhiên, mức độ phản ứng của mía với
việc bón K lại có sự biến động, thể hiện tính địa phương cao, phụ thuộc vào
điều kiện khí hậu, đất đai, giống mía, kỹ thuật canh tác và mối quan hệ tương

tác với các nguyên tố dinh dưỡng thiết yếu khác [53], [40].
Khác với N và P, cây mía có hiện tượng tiêu dùng “xa xỉ” K [106]. Bên
cạnh đó, triệu chứng thiếu K thường không thể hiện ngay lập tức trong các
trường hợp K bị mất do xói mòn, rửa trôi hay bị cố định. Nhu cầu bón K chỉ
xuất hiện rõ sau một vài vụ trồng mía không bón hoặc bón thiếu so với lượng
K mất đi sau mỗi vụ thu hoạch. Vì vậy, trong cả hai trường hợp bón thừa hoặc
thiếu K đều dẫn đến làm giảm hiệu quả sản xuất mía [78].
Vùng mía Lam Sơn Thanh Hóa được qui hoạch trên địa bàn 10 huyện
thuộc khu vực trung du, miền núi phía Tây của tỉnh Thanh Hóa với tổng diện
tích đất trồng mía 54.314 ha, trong đó trên 80% thuộc nhóm đất xám Ferralit
[37]. Trong điều kiện khí hậu nhiệt đới, quá trình khoáng hóa, quá trình xói
mòn, rửa trôi xảy ra mạnh, hàm lượng chất hữu cơ, tỷ lệ và thành phần các loại
khoáng sét giàu K trong đất thấp là những yếu tố làm cho đất trồng mía không
chỉ nghèo về K mà khả năng giữ K của đất cũng thấp, dẫn đến làm giảm hiệu
suất bón phân K, giảm năng suất, chất lượng và hiệu quả sản xuất mía.
Nghiên cứu khả năng cung cấp K của đất và mối quan hệ giữa các
nguồn dinh dưỡng K đầu vào, đầu ra với năng suất, chất lượng mía trong
những điều kiện sản xuất cụ thể, làm cơ sở để đánh giá hiện trạng dự trữ K
trong đất, phát hiện các nguyên nhân gây mất cân bằng. Đồng thời, qua đó
xác định lượng bón K và các biện pháp kỹ thuật canh tác phù hợp theo hướng
“Quản lý dinh dưỡng theo vùng chuyên biệt - Site specific nutrient
management - SSNM” đảm bảo yêu cầu vừa nâng cao năng suất, chất lượng,

3

hiệu quả sản xuất mía, vừa duy trì dự trữ K trong đất, chống thoái hóa đất để
phát triển sản xuất bền vững là vấn đề có ý nghĩa khoa học, thực tiễn và cấp
thiết đối với các vùng trồng mía ở nước ta hiện nay.
Xuất phát từ những vấn đề nêu trên, chúng tôi thực hiện đề tài “Nghiên
cứu cân bằng dinh dưỡng kali cho mía đồi vùng Lam Sơn Thanh Hóa”.

2. Mục đích yêu cầu của đề tài
2.1. Mục đích
Thiết lập phương trình xác định lượng bón K phù hợp cho mía thông
qua cân bằng dinh dưỡng, tạo cở sở để thực hiện quản lý bền vững dinh
dưỡng K theo vùng chuyên biệt, góp phần nâng cao năng suất, chất lượng,
hiệu quả sản xuất mía đồi vùng Lam Sơn Thanh Hóa.
2.2. Yêu cầu
- Đánh giá được điều kiện cơ bản vùng mía Lam Sơn trong mối quan
hệ với cân bằng K cho mía.
- Xác định được khả năng cung cấp K cho mía của đất xám ferralit và
lượng các nguồn dinh dưỡng đầu vào, đầu ra của cân bằng K cho mía.
- Xác định được mối quan hệ giữa lượng bón K với năng suất, chất
lượng mía, năng suất đường và lượng K mất theo sản phẩm thu hoạch.
- Xác định được cân bằng K ở các mức bón K khác nhau và trong điều
kiện sản xuất mía hiện tại.
- Thiết lập được phương trình xác định lượng bón K phù hợp cho mía
thông qua cân bằng dinh dưỡng.
- Xác định được hiệu quả mô hình thực nghiệm quản lý bền vững dinh
dưỡng K cho mía trên cơ sở kết quả cân bằng dinh dưỡng.
3. Giới hạn nghiên cứu
Nghiên cứu cân bằng dinh dưỡng K cho mía vùng Lam Sơn Thanh Hóa
được thực hiện ở cấp độ nhỏ (qui mô cánh đồng) trong các điều kiện cụ thể sau:

4

- Loại đất: đất Xám ferralit điển hình
- Giống mía MY 55 - 14: giống chủ lực, chiếm trên 60% cơ cấu giống
mía hiện tại của vùng Lam Sơn
- Chu kỳ trồng mía: 3 vụ (1 vụ mía trồng mới, 2 vụ mía để lưu gốc).
- Kỹ thuật thâm canh mía: ngoại trừ lượng bón K là yếu tố nghiên cứu,

các biện pháp kỹ thuật thâm canh mía trong thí nghiệm được thực hiện theo
quy trình kỹ thuật thâm canh mía của Công ty cổ phần Mía đường Lam Sơn
hiện đang được áp dụng phổ biến trong vùng [13].
4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
4.1. Ý nghĩa khoa học
Kết quả nghiên cứu của đề tài luận án góp phần bổ sung dữ liệu khoa học
phục vụ cho đánh giá cân bằng dinh dưỡng và xác định lượng bón K phù hợp
cho mía thông qua cân bằng dinh dưỡng trên đất xám Ferralit, vùng đồi Lam
Sơn Thanh Hóa.
4.2. Ý nghĩa thực tiễn
Kết quả nghiên cứu của đề tài là cơ sở để phổ biến, khuyến cáo thực
hiện quản lý bền vững dinh dưỡng K theo vùng chuyên biệt trong sản xuất
mía đồi vùng Lam Sơn nói riêng, các vùng mía đồi trong tỉnh Thanh Hóa và
trong cả nước nói chung.
5. Điểm mới của luận án
Đề tài luận án đã xác định được khả năng cung cấp K của đất; lượng và
mối quan hệ giữa các nguồn dinh dưỡng đầu vào, đầu ra của cân bằng K. Qua
đó thiết lập phương trình xác định lượng bón K phù hợp cho mía thông qua cân
bằng dinh dưỡng và xây dựng mô hình quản lý bền vững dinh dưỡng K cho
mía trên đất xám ferralit điển hình vùng đồi Lam Sơn Thanh Hóa, đạt năng
suất, chất lượng, hiệu quả cao, duy trì được hàm lượng K dự trữ trong đất.


5

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN TÀI LIỆU NGHIÊN CỨU
1.1. Lý luận chung về cân bằng dinh dưỡng
1.1.1. Cân bằng dinh dưỡng trong hệ thống cây trồng
Theo FAO (1998) [71], cân bằng dinh dưỡng trong hệ thống cây trồng

là việc xác định lượng của tất cả các nguồn dinh dưỡng đầu vào và đầu ra trên
một đơn vị diện tích đất canh tác trong những điều kiện cụ thể xác định. Cân
bằng dinh dưỡng trong hệ thống cây trồng được thiết lập khi tổng giá trị các
nguồn dinh dưỡng đầu ra bằng tổng giá trị các nguồn dinh dưỡng đầu vào.
Mục đích chính của cân bằng dinh dưỡng trong hệ thống cây trồng là
đánh giá tình trạng dự trữ dinh dưỡng trong đất, thông qua xác định lượng các
nguồn dinh dưỡng đầu vào, đầu ra trong toàn bộ hệ thống cây trồng, qua đó
đánh giá mức độ thoái hóa đất. Kết quả nghiên cứu cân bằng dinh dưỡng là cơ
sở quan trọng để xây dựng chiến lược quản lý bền vững dinh dưỡng cây trồng
nhằm cung cấp đầy đủ, cân đối các nguyên tố dinh dưỡng cho cây, đồng thời
cải thiện, duy trì và nâng cao độ phì nhiêu đất, đảm bảo cho sự phát triển bền
vững của hệ thống cây trồng.
Trong hệ sinh thái tự nhiên, bản thân các thành phần sinh vật trong hệ
sinh thái có khả năng bù đủ số lượng tối thiểu các chất dinh dưỡng bị mất do
xói mòn, rửa trôi. Thậm chí trong những điều kiện thích hợp, các thành phần
sinh vật không chỉ bù đủ lượng dinh dưỡng bị mất mà còn tích lũy được một
lượng nhất định ở lớp đất mặt. Khác với hệ sinh thái tự nhiên, trong các hệ
thống cây trồng, hàng năm một lượng dinh dưỡng nhất định bị lấy ra khỏi hệ
sinh thái và một lượng dinh dưỡng từ bên ngoài được bổ sung vào để đảm bảo
duy trì và nâng cao năng suất, chất lượng sản phẩm trồng trọt. Sự can thiệp của
con người vào các giai đoạn khác nhau trong chu kỳ sinh trưởng của cây trồng
nhằm mục đích thu được sản phẩm cây trồng tối đa đồng nghĩa với việc lấy ra

6

khỏi hệ thống một lượng chất dinh dưỡng tương ứng theo sản phẩm thu hoạch
(Iftikar W, 2010) [82].
Trong hệ thống cây trồng, khả năng cung cấp dinh dưỡng của đất cho
cây được coi là “Nguồn vốn cố định - Immobilized Capital” vì các yếu tố dinh
dưỡng trong đất không có khả năng tự di chuyển từ cánh đồng hay khu ruộng

này đến cánh đồng hoặc khu ruộng khác. Dự trữ dinh dưỡng trong đất là có
giới hạn. Việc sụt giảm quá mức dự trữ dinh dưỡng trong đất sẽ dẫn đến giảm
độ phì nhiêu và thoái hóa đất. Các nguồn dinh dưỡng có trong tàn dư cây
trồng, phân hữu cơ, phân xanh và phế phụ phẩm nông, công nghiệp thực
phẩm hợp thành “Nguồn vốn lưu động - Working Capital” bởi vì chúng có thể
được di chuyển và phân chia cho từng đối tượng cây trồng trong hệ thống
luân canh tùy theo mục đích, yêu cầu của người sản xuất (Buresh R. J, 2010
(a); 2010 (b) [59], [60]).
Trong hệ thống dinh dưỡng cây trồng, sự thiếu hụt một nguyên tố dinh
dưỡng nào đó sẽ dẫn đến hạn chế hiệu quả của các nguyên tố dinh dưỡng khác,
từ đó làm giảm năng suất, chất lượng nông sản (Chu Văn Hách, 2012; Trần
Minh Tiến và cộng sự (cs), 2013; FAO STAT, 2012 [23], [39], [70]). Việc mất
cân bằng các nguyên tố dinh dưỡng dễ tiêu có thể dẫn đến khai thác quá mức dự
trữ dinh dưỡng trong đất, đồng thời thúc đẩy cây trồng hút thừa các nguyên tố
dinh dưỡng khác, dẫn đến làm giảm hiệu suất phân bón và lãng phí nguồn tài
nguyên đất (Nguyễn Trọng Thi và cs, 1999; FAO, 2010; IFA, 2011; 2012 [49],
[72], [80], [81])
Trong thực tế sản xuất, số lượng các chất dinh dưỡng dễ tiêu cho tái sử
dụng thông qua tàn dư cây trồng và sản phẩm thải của động vật rất khó bù đắp
đủ số lượng dinh dưỡng mất đi theo sản phẩm thu hoạch, thậm chí đối với cả các
hệ thống cây trồng được quản lý tốt. Vì vậy việc bón phân khoáng được xác định
là yêu cầu bắt buộc để tăng năng suất cây trồng (Nguyễn Văn Bộ, 2013 [2]).

7

Về mặt lý luận, bón phân cho cây trồng phải tuân theo các định luật về
sử dụng phân bón: định luật trả lại, định luật yếu tố dinh dưỡng hạn chế, định
luật hiệu suất phân bón giảm dần, định luật ưu tiên chất lượng sản phẩm, định
luật bón phân cân đối (dẫn theo (dt.) Vũ Hữu Yêm, 1998 [52]). Chế độ bón
phân cân đối và hợp lý là cơ sở để đảm bảo đạt được năng suất, chất lượng

nông sản và hiệu suất phân bón cao, đồng thời duy trì và cải thiện được độ phì
nhiêu đất, hạn chế các tác nhân gây ô nhiễm nguồn nước ngầm, nước mặt và
phát thải khí nhà kính (Bộ Tài nguyên và Môi trường, 2010; Phạm Quang Hà
và cs, 2013; IPCC, 2010; Cao Kỳ Sơn, 2013 [12], [22], [25], [35]).
Thực tế cho thấy, các nguồn dinh dưỡng đầu vào, đầu ra của cân bằng
dinh dưỡng có sự thay đổi lớn, phụ thuộc vào hệ thống canh tác, phạm vi không
gian, thời gian trong những điều kiện cụ thể xác định. Việc đánh giá cân bằng
dinh dưỡng có thể được thực hiện trên một hoặc nhiều loại đất với các chế độ
canh tác và trình độ quản lý khác nhau. Do vậy, nguồn dinh dưỡng đầu vào, đầu
ra trong hệ thống cây trồng cũng được gắn với các yếu tố đặc trưng về điều kiện
tự nhiên, kỹ thuật canh tác trong phạm vi vùng nghiên cứu.
Theo Roy R. N et al (2003) [97], để đánh giá cân bằng dinh dưỡng trong
hệ thống cây trồng, trước hết cần phải rà soát tất cả các yếu tố có liên quan đến
nguồn dinh dưỡng đầu vào, đầu ra trong khu vực nghiên cứu để xác định chính
xác các nguồn đầu vào, đầu ra của cân bằng dinh dưỡng, sau đó mới tiến hành
xác định lượng của chúng. Việc xác định lượng của các yếu tố đầu vào, đầu ra
được thực hiện bằng phương pháp trực tiếp hay gián tiếp. Cân bằng dinh dưỡng
đạt được độ chính xác và tính khả thi cao khi các nguồn dinh dưỡng đầu vào,
đầu ra được xác định thông qua bố trí thí nghiệm. Trong điều kiện không bố trí
được thí nghiệm hoặc một số dữ liệu điều tra không có sẵn, có thể dùng
phương pháp ngoại suy hoặc ước lượng dựa trên các công thức chuẩn để xác
định và tính toán cân bằng.

8

1.1.2. Các cấp độ nghiên cứu cân bằng dinh dưỡng
Tùy thuộc vào phạm vi không gian nghiên cứu, có ba cấp độ nghiên
cứu cân bằng dinh dưỡng trong hệ thống cây trồng là: cấp độ vĩ mô, cấp độ
trung bình và cấp độ vi mô. Cấp độ vĩ mô áp dụng cho những nghiên cứu ở
quy mô quốc gia, châu lục và phạm vi toàn cầu. Cấp độ trung bình áp dụng

cho những nghiên cứu ở quy mô cấp tỉnh, huyện, vùng sinh thái hoặc một
vùng sản xuất chuyên canh. Cấp độ vi mô áp dụng cho những nghiên cứu ở
quy mô nông trại và nhóm hộ gia đình.
Đối với các nghiên cứu ở cấp độ vĩ mô, nội dung cân bằng dinh dưỡng
tập trung chủ yếu vào việc định lượng nguồn dinh dưỡng đầu vào, đầu ra đối
với ba nguyên tố dinh dưỡng đa lượng N, P, K trong lớp đất canh tác ở phạm
vi quốc gia hay châu lục. Các nguyên tố này có trong đất ở dạng dễ tiêu hoặc
cố định đối với cây trồng và có sự biến động sau mỗi vụ thu hoạch do sự thay
đổi của các nguồn dinh dưỡng đầu vào, đầu ra.
Ở vùng Sahara châu Phi, trong giai đoạn từ năm 1983 đến năm 2000,
đánh giá cân bằng dinh dưỡng được thực hiện trên cơ sở dữ liệu của FAO gắn
với các loại hình sử dụng đất nhằm đánh giá tình trạng suy giảm N, P, K trong
đất. Các kết quả nghiên cứu cân bằng dinh dưỡng ở Ghana, Kenya và Mali do
trường Đại học Wageningen, Hà Lan thực hiện đã cải tiến hơn bằng cách giới
hạn rõ ràng về không gian kết hợp sử dụng cơ sở dữ liệu của FAO và hệ
thống thông tin địa lý (GIS) nên việc tính toán nhanh và dễ dàng hơn, độ tin
cậy cao hơn so với việc chỉ sử dụng số liệu duy nhất của FAO gắn với các
loại hình sử dụng đất (Roy. R. N et al, 2003 [97]).
Ở Trung Quốc, điểm mới trong đánh giá cân bằng dinh dưỡng, giai
đoạn 1961 - 1997 là xây dựng mô hình các giá trị đầu vào, đầu ra của tuần
hoàn dinh dưỡng để kiểm soát dinh dưỡng ở cấp quốc gia. Phương pháp này
cho phép thực hiện đánh giá cân bằng một cách nhanh chóng, đảm bảo độ
chính xác cao (Sheldrick et al, 2003 [100]).

9

Đối với các nghiên cứu ở cấp độ trung bình, quy mô cấp huyện, vùng sinh
thái hoặc các vùng sản xuất chuyên canh, mục tiêu của cân bằng dinh dưỡng là
tạo cơ sở cho việc hoạch định các chính sách và kế hoạch sản xuất kinh doanh
trong khu vực. Vì vậy, lượng các yếu tố đầu vào, đầu ra cần được tính toán chi

tiết nhằm đảm bảo độ chính xác, tính khả thi cao của kết quả cân bằng.
Đối với các nghiên cứu ở cấp độ vi mô, mục tiêu của cân bằng dinh
dưỡng là phục vụ cho việc tiếp cận quản lý dinh dưỡng tại chỗ trong phạm vi
cánh đồng, trang trại hoặc nông hộ sản xuất. Ở cấp độ này, việc xác định nguồn
và lượng của các nguồn dinh dưỡng đầu vào, đầu ra thường được thực hiện theo
phương pháp tiếp cận có sự tham gia của các bên liên quan, nhằm phân tích đánh
giá điều kiện đặc trưng, tình trạng dinh dưỡng, hiệu quả kinh tế. Qua đó cung
cấp cơ sở dữ liệu tin cậy để tính toán cân bằng dinh dưỡng, đồng thời gắn với
chiến lược SSNM cho từng đối tượng cây trồng (FAO, 1998) [71].
1.1.3. Các nguồn dinh dưỡng đầu vào, đầu ra của cân bằng dinh dưỡng
Việc xác định đúng các nguồn dinh dưỡng đầu vào, đầu ra của cân
bằng dinh dưỡng phù hợp với phạm vi không gian và điều kiện cụ thể của
vùng nghiên cứu là nội dung có tính chất quyết định mức độ chính xác của
cân bằng dinh dưỡng. Theo Roy R. N et al (2003) [97], có 5 nguồn dinh
dưỡng đầu vào và 5 nguồn dinh dưỡng đầu ra của cân bằng dinh dưỡng cho
các hệ thống cây trồng, cụ thể như sau:
Bảng 1.1. Các nguồn dinh dưỡng đầu vào, đầu ra của cân bằng dinh dưỡng
Nguồn dinh dưỡng đầu vào
Ký hiệu
Nguồn dinh dưỡng đầu ra
Ký hiệu
Phân khoáng
IN 1
Sản phẩm thu hoạch
OUT 1
Phân hữu cơ
IN 2
Tàn dư thực vật
OUT 2
Lắng đọng (bụi/mưa)

IN 3
Rửa trôi
OUT 3
Vi sinh vật cố định N
IN 4
Bay hơi
OUT 4
Trầm tích, đóng cặn
(tưới/phù sa)
IN 5
Xói mòn
OUT 5
(Nguồn: Roy. R. N et al 2003 [97])