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




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………………………………………………………..


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


dưỡng theo vùng chuyên biệt…………………………………
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



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…………………………………….

Phương pháp xây dựng mô hình thực nghiệm quản lý bền vững

44

dinh dưỡng K trong sản xuất mía trên cơ sở cân bằng dinh dưỡng
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

Điều kiện cơ bản vùng Lam Sơn Thanh Hóa trong mối quan hệ

51

Khả năng cung cấp K của đất; Lượng K do nước mưa cung cấp

64

và lượng K mất do xói mòn, rửa trôi. ………………….
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.


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

114

dinh dưỡng……………………………………………………..
3.4.4.

Đánh giá kết quả xác định lượng bón K cho mía trên cơ sở cân

116

bằng dinh dưỡng……………………………………………….
3.5.

Hiệu quả mô hình quản lý bền vững dinh dưỡng K cho mía trên
cơ sở cân bằng dinh dưỡng…………………………………….

118



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 K2O

100 kg K2O/ha…………………………………………….


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………………………………………………….

(Margin Benifit Cost Ratio)……………………………….

18.

N

Đạm………………………………………………………..

19.

NLM

Ngọn lá mía………………………………………………..

20.

Pol

Độ giàu đường……………………………………………..

21.

QCVN

Quy chuẩn Việt Nam………………………………………

22.

REK


Tiêu chuẩn Việt Nam……………………………………...


ix

DANH MỤC BẢNG
Tên bảng

TT

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

55

đường Lam Sơn Thanh Hóa đến năm 2020
3.2

Cơ cấu giống mía vùng Lam Sơn Thanh Hóa

56

63

mía vùng Lam Sơn.
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 2O

67

tích lũy trong cây
3.11

Lượng K2O có trong hom giống khi trồng

69

3.12



Tổng lượng K mất do xói mòn

78


x

3.18

Lượng K mất theo nước rửa trôi

3.19

Lượng K mất theo đất huyền phù rửa trôi

81

3.20

Tổng lượng K2O 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


với năng suất mía, năng suất đường
3.27

Ảnh hưởng của K đến khối K2O tích lũy trong sản phẩm mía 99
cây thu hoạch

3.28

Ảnh hưởng của K đến khối lượng K2O 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


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


94

3.9

Tương quan giữa lượng bón K2O và năng suất đường - vụ mía tơ

94

3.10 Tương quan giữa lượng bón K2O và năng suất mía - vụ mía gốc 1

95

Tương quan giữa lượng bón K2O và năng suất đường - mía gốc 1

95

3.12 Tương quan giữa lượng bón K2O và năng suất mía - vụ mía gốc 2

96

3.13 Tương quan giữa lượng bón K2O và năng suất đường - mía gốc 2

96

3.14 Tương quan giữa RIEK và năng suất mía - vụ mía tơ

105

3.15 Tương quan giữa RIEK và năng suất mía - vụ mía gốc 1


3.11

mía trong điều kiện sản xuất hiện tại vùng Lam Sơn


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

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

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

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

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



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

IN 5

được xác định thông qua hoạt động điều tra, thu thập thông tin về tình hình sử
dụng phân khoáng. Ở cấp độ quốc gia, có thể điều tra lượng phân khoáng đã
được sử dụng bằng cách thông qua xác định số lượng phân khoáng nhập khẩu
và lượng phân khoáng được sản xuất tại chỗ.
Tùy thuộc vào điều kiện và số liệu sẵn có ở từng vùng để lựa chọn
phương pháp xác định lượng phân khoáng cho phù hợp. Ở tiểu vùng Sahara
châu Phi, lượng phân khoáng đã sử dụng được xác định bằng cách tính toán
lượng phân bón đối với mỗi loại cây trồng. Trong khi đó, ở Ghana và Mali,
các số liệu này lại không có đủ, do vậy lượng phân khoáng được xác định
bằng cách sử dụng dữ liệu từ các quốc gia lân cận có hệ sinh thái nông nghiệp
tương tự (Roy R. N et al, 2003 [97]).

• Phân hữu cơ (IN 2)
Ở vùng Sahara châu Phi, lượng phân hữu cơ đã sử dụng cho cây trồng
hàng năm được tính toán trên cơ sở bản đồ các loại vật nuôi chính (gia súc,
gia súc nhai lại, gia cầm). Tổng lượng dinh dưỡng trong phân chuồng được
xác định thông qua các yếu tố quản lý, mật độ vật nuôi và lượng phân thải ra.


11

Ở Trung Quốc, lượng phân hữu cơ cung cấp cho cây trồng được xác
định thông qua số lượng và hàm lượng các chất dinh dưỡng có trong phân động
vật và lượng phân chuồng trả lại của các loại vật nuôi khác nhau (đại gia súc,
lợn, cừu, dê, ngựa và gia cầm). Dữ liệu về số lượng và trọng lượng trung bình
của động vật giết mổ trong quốc gia cũng được thu thập để tính toán xác định
nguồn và lượng phân của vật nuôi (Sheldrick et al, 2003 [100]).
Lắng đọng (IN 3)
Lắng đọng là nguồn đầu vào chịu sự chi phối của điều kiện tự nhiên tại
một địa điểm cụ thể. Lắng đọng bao gồm 2 dạng: lắng đọng khô do bụi từ nơi