Mặc dầu các nước quy ước do FAO đề xuất chưa xem S là yếu tố phân bón, nhưng các nhà nghiên cứu và sản xuất đã rất chú cung cấp S cho cây dưới dạng phân bón. Vai trò S như yếu tố phân đã mặc nhiên được công nhận.
Vai trò sinh lý của lưu huỳnh
Hàm lượng S trong cây khá cao. Trong bông lúa 0,09%, trong hạt ngô 0,19%, lá thuốc lá 0,37% và trong thân lá đậu tương 0,92%. Trong thân lá của một số cây họ đậu, lạc, đậu tương họ thấp từ hàm lượng lưu huỳnh còn cao hơn lân.
Cũng giống như nitorat, lưu huỳnh được cây hút dạng các anion SO42-. Khi vào cây, sunfat bị khử thành sunfidrin để tạo thành cystein. Cystein chuyển thành cystin và từ đó tạo thành các aminoaxit và protein có chứa lưu huỳnh. Lục lạp cây xanh có chứa lưu huỳnh vì vậy khi thiếu lưu huỳnh cây bị vàng giống như thiếu N.
Lưu huỳnh còn là thành phần của metionin một amino axit quan trọng không thay thế được cần cho đời sống động vật. Nó còn là thành phần của các vitamin (biotin, thiamin, vitamin B, glutathion và coenzim A).
Lưu huỳnh còn là thành phần của một số enzym phân giải protein như papainaza, là thành phần của một số glucozit có trong hành tỏi, hạt cải ớt làm gia vị.
Lưu huỳnh có mặt trong các protein có chứa sắt, trong ferodoxin, các chất này ảnh hưởng đến quá trình quang hợp và sự cố định N của vi sinh vật cố định N tự do và cộng sinh.
Gốc -SH ở trong cấu trúc tế bào chất làm cho keo nguyên sinh chậm đông kết khi nhiệt độ xuống thấp và mất nước làm tăng khả năng chống lạnh và chống hạn của cây.
Cây thiếu lưu huỳnh thường lá vàng do cây mất diệp lúc và hình thành sắc tố antoxian, đốt ngắn, hình dạng bề ngoài hơi giống hiện tượng thiếu đạm. Hiện tượng vàng lá có thể xuất hiện ở các lá non. Đốt cây ngắn lại, thân nhỏ, hệ rễ phát triển kém, đối với cây hòa thảo chiều dày ống rạ mỏng lại. Cây họ đậu khó hình thành nốt sần, cây hòa thảo đẻ nhánh ít chậm ra hoa. Đậu tương, lạc, thuốc lá thiếu lưu huỳnh là vàng như thiếu đạm, thường lá non vàng trước, phần thịt vàng trước tạo thành các đốm trong lúc gân lá vẫn giữ màu xanh. Cây lúa thiếu S thường rễ dài, các lá trên vàng, dần dần la đến lá dưới. Cuối cùng toàn cây nhuốm màu vàng. Cây lúa thấp ngắn, thành rạ mỏng, đẻ ít, trổ muộn tỷ lệ lép cao. Khi không thiếu nghiêm trọng hiện tượng vàng lá chỉ biểu hiện từng chòm, rõ ràng nhất vào thời kỳ đầu, từ khi bắt đầu đẻ nhánh đến đẻ nhánh rộ. Sau một thời gian hiện tượng này biến mất nhưng cây không đẻ nhánh tiếp được nữa.
Các nhóm cây sau đây thường có nhu cầu cao và hay biểu hiện hiện tượng thiếu S:
Cây họ đậu: lạc, đậu tương, đậu cove, đậu đũa
Cây họ cà: cà chua; cà bát, khoai tây
Cây họ thập tự: bắp cải, su hào, cải
Cây họ hành tỏi: hành, tỏi, hành tây
Cây họ chè: chè, cà phê, ca cao, hoa hải đường, trà
Sâu đây là tư liệu về lượng hút S của một số cây
Khả năng cung cấp lưu huỳnh từ đất cho cây trồng
Lượng lưu huỳnh trong đất thay đổi rất nhiều, từ mức thiếu đến không đủ cung cấp cho cây, đến mức gây độc.
Lượng lưu huỳnh tổng số thay đổi từ 0.005% – 0,1%
Lưu huỳnh trong đất có nguồn gốc từ đá phún xuất ở dạng sunfit. Khi đá phong hóa các sunfit tạo thành sunfat. Sunfat hòa tan, được cây hút tạo thành sinh khối tích lũy trên lớp đất mặt. Vì vậy lớp trên mặt đất thường giàu lưu huỳnh trong đất thay đổi theo đá mẹ và cũng thay đổi theo lượng hữu cơ trong đất. Đất giàu hữu cơ thường giàu đạm và lưu huỳnh.
Các chất hữu cơ trong đất phân giải trong hai điều kiện khác nhau yếm khí và háo khí tạo ra các sản phẩm khác nhau. Trong điều kiện háo khí tạo thành axit sunfuric và sau đó kết hợp với các muốn kiềm trong đất tạo thành sunfat. Vì vậy sự phân giải các xác thực vật thường làm cho đất chua mạnh. Đất ven biển, có nhiều xác sú vẹt chứa lưu huỳnh rất chua là do nguyên nhân nói trên.
Các muối sunfat rửa trôi theo sông suối đổ ra bể. Đất càng nhẹ, lưu huỳnh càng bị rửa trôi đi nhiều. Vì vậy đất cát đất bạc màu, đất trồng trọt lâu ngày nghèo hữu cơ thoái hóa thường dễ gây ra hiện tượng thiếu lưu huỳnh. Các muối chứa lưu huỳnh tập trung ở biển làm cho nước biển mặn. Các vùng đất ven biển nhiễm mặn thường giàu lưu huỳnh, lượng lưu huỳnh nhiều đến mức gây ngộ độc.
Khi thiếu oxy thì các xác hữu cơ phân giải thành các axit sunfuhydric và axit disunfuahydric. Các axit này kết hợp với các kim loại thành các sunfua như Na2S, FeS v.v… Trong điều kiện thiếu oxy các sunphat cũng sẽ bị khử để tạo thành H2S. Khí H2S là loại khí có thể gây ngộ độc cho rễ cây. Khi trong đất lúa có nhiều H2S, rễ cây bị đen lại và chết.
Cây không sử dụng được S ở dạng khí H2S và các sunfua cho nên có thể xảy ra tình trạng trớ trêu đất có nhiều hữu cơ giàu S mà cây vẫn bị hại do thiếu lưu huỳnh.
Khi các xác hữu cơ có chứa hàm lượng lưu huỳnh thấp phân giải, vi sinh vật cũng lấy lưu huỳnh ở dạng sunfat trong đất tạo thành cơ thể của chúng, đất tạm thời cũng thiếu lưu huỳnh. Sự thiếu lưu huỳnh có thể xảy ra khi vùi các xác hữu cơ tỷ lệ C/S cao. Tỷ lệ C/S thích hợp cho cây nghèo xenluloza là 300, giàu glucoza là 600 và phân chuồng là 100.
Các ion sunfat trong đất có thể kết hợp với Bari (Ba) thành hợp chất BaSO4 kết tủa cây không dùng được. Ion sunfat cũng có thể kết hợp với Fe, Al trong đất thành Fe2(SO4)3. Cây hút được rất ít S ở dạng các hợp chất này.
Một số lượng Ion sunfat có thể bị keo sét hấp thụ giữ trên bề mặt keo. Các khoáng sét bentonite và illit hấp thu sunfat mạnh hơn cả. Sự thiếu lưu huỳnh do đó có thể xảy ra ở các loại đất sét nặng giàu khoáng sét và đất chua giàu Fe, Al di động.
Thừa lưu huỳnh có thể gây hại cho cây trồng trong 2 trường hợp sau đây
* Tích lũy ion SO42- trong đất quá cao qây mặn. Trường hợp này thường gặp ở vùng ven biển chịu ảnh hưởng nước mặn, vùng đồng bằng trước đây là biển bồi lấp ở tầng sâu có chứa lớp hữu cơ giàu lưu huỳnh. Khi tiêu hủy, ion sunfat ở tầng sâu theo nước mao dẫn bốc lên mặt làm cho đất nhiễm mặn. Các vùng đất ven biển trước đây mọc sú, vẹt, đước, cói lác thường bị độc lưu huỳnh do hiện tượng trên.
* Sự phân giải hữu hữu cơ trong điều kiện yếm khí, sự khử các muối sunfat trong điều kiện khí tạo thành H2S và các sunfua.
Sự tích lũy H2S xuất hiện khi có những điều kiện sau đây:
– Có nhiều sunfat.
– Khi có nhiều chất hữu cơ hoặc các chất tiếp nhận electron.
– Rất yếm khí
– Có điều kiện thích hợp cho vi sinh vật yếm khí hoạt động, thường là đất trung tính hoặc kiềm.
Vì vậy đất trũng nhiều Fe hóa trị ba, H2S hình thành sẽ kết hợp với Fe thành FeS và Fe2S kết tủa lại làm giảm độc H2S. Chính vì vậy đất bạc màu thường hay xuất hiện hiện tượng ngộ độc do H2S hơn đất phù sa mới được bồi hàng năm giàu sắt. Bón thêm đất đồi có chứa nhiều sắt kèm theo bón vôi khử chua cho đất bạc màu có tác dụng làm giảm độc hại cho H2S.
Có thể xảy ra hai khả năng thiếu lưu huỳnh ảnh hưởng đến năng suất và thừa lưu huỳnh gây độc cho cây. Sử dụng phân có chứa lưu huỳnh cần chú ý tránh cả hai vấn đề đó.
Sau đây tóm tắt khả năng xuất hiện hiện tượng thiếu hoặc thừa lưu huỳnh trên một số loại đất ở nước ta
1. Ngộ độc do lưu huỳnh vì mặn sunfat: đất mặn sú, vẹt, đước, đất mặn kiềm và đất mặn, đất phèn sau khi tiêu nước.
2. Ngộ độc do nhiễm độc H2S: Đất mặn sú vẹt, đước, đất mặn, đất mặn kiềm nước lưu cữu không tiêu được. Trong 3 loại đất này, đất mặn kiềm có nguy cơ bị gây nhiễm độc cao hơn.
Đất phèn ngập nước.
Đất lầy và than bùn. Đất phù sa tất cả các con sông vùng địa hình tháp, glay, đặc biệt các vùng cốt đất thấp hơn mực nước biển, đất xám bạc màu glay trên nền phù xa cũ trồng lúa.
3. Thiếu lưu huỳnh
Đất cát biển, đất xám bạc màu trên phù sau cũ, đất xám bạc màu trên sản phẩm phân hủy của đá macma axit.
Đất đỏ vàng khai phá lâu ngày, thường đốt nương làm rẫy. Đất podzol.
4. Ít có khả năng thiếu lưu huỳnh.
Đất phù sa các con sông Hồng, Cửu Long và các con sông khác, đặc biệt đất địa hình vàn và thành phần cơ giới nặng. Đất đỏ vàng mới khai phá. Đất ven biển và đất xám nâu.
Nguyên nhân hiện tượng thiếu lưu huỳnh xuất hiện muộn và dự kiến tình hình xuất hiện hiện tượng thiếu lưu huỳnh
Hiện tượng thiếu lưu huỳnh trước đây chưa xuất hiện rộng rãi do nhiều nguyên nhân:
1. Nguồn cung cấp tự nhiên không ít, phần do có sẵn trong đất, đặc biệt đất mới khai phá giàu hữu cơ, phần do nước tưới. Lượng lưu huỳnh trong nước tưới từ 0,9-4,7ppm. Ước tính số lượng lưu huỳnh được đưa vào đất có nước tưới 7-11kg S/ha/năm. Ruộng lúa được tưới có thể cung cấp gần 50% nhu cầu S cho cây lúa. Một số lượng đáng chú ý khác là lượng S được cung cấp từ nước mưa. Con số ước tính có thể đến 10-20kg S/ha/năm. Con số này thay đổi theo vùng, cao nhất là vùng gần thành phố, các khu công nghiệp, vùng gần núi lửa, vùng ven biển và hồ nước mặn. Có nhà nghiên cứu đã đưa ra con số S được cung cấp từ nước mưa ở vùng gần núi lửa rất lớn 100kg/ha, chưa nói đến hiện tượng mưa axit ở các vùng gần núi lửa đang phun.
2. Phần con người vô hình đưa vào đất trong quá trình trồng trọt cũng rất lớn. Một tấn phân chuồng có chứa 0,5-1kg S. Nếu một năm trồng hai hoặc ba vụ bón 16-20 tấn phân chuồng/1ha, số lượng S đưa vào đất khoảng 12-15kg S/ha/năm. Các phụ phẩm thân lá rễ nếu được vùi lại có thể cung cấp từ 15-30kg S/ha/năm tùy theo phần dành làm chất đốt nhiều hay ít. Số lượng đưa vào do phân hóa học rất đáng chú ý (bảng dưới). Nếu bón 100kg N bằng amon sunfat, số lượng lưu huỳnh đưa vào đất là 120kg S/ha còn nếu bón 60kg P2O5 dưới dạng supe lân đơn lượng lưu huỳnh đưa vào đất là 40kgS/ha. Một số loại thuốc trừ sâu bệnh hại có chứa lưu huỳnh như dung dịch boocđô, lưu huỳnh vôi. Sử dụng các chất ngày nhiều đặc biệt đối với các cây như khoai tây, bông, nho làm cho mặc dầu các cây này có nhu cầu khá về S vẫn không cần bón S.
Hàm lượng S trong một số loại phân (Viện nghiên cứu lưu huỳnh)
3. Số lượng lưu huỳnh lấy đi trong sản phẩm thu hoạch thay đổi tùy theo loại cây và năng suất từ 20-80kg S/ha. Với năng suất 3 tấn thóc 1ha số lượng S lấy đi trong sản phẩm thu hoạch (hạt) chỉ 2,46kgS/ha. Nếu năng suất đạt 8 tấn/ha/vụ số lượng lấy đi là 5,56, nếu tính cả rơm rạ số lượng tương ứng sẽ là: với năng suất 3 tấn/ha 5.07kgS/ha, với năng suất 8 tấn/ha 13,52kgS/ha. Như vậy nếu vùi trở lại toàn bộ chất hữu cơ, số lượng lưu huỳnh cần bón để bù lại số lưu huỳnh bị lấy đi, giảm hơn 1/2.
Tình hình sản xuất gần đây có những thay đổi sau đây làm cho nhu cầu bón lưu huỳnh ngày càng trở thành cấp thiết hơn:
– Số vụ trồng và năng suất trên đơn vị diện tích tăng lên.
Tổng sinh khối trên đơn vị diện tích tăng lên số lượng S bị lấy đi cũng tăng lên.
– Số lượng phân chuồng được sử dụng giảm xuống do lao động đắt. Tất cả S và N trong xác bã thực vật mất đi nếu nông dân vẫn còn sử dụng tập quá đốt nương làm rẫy hoặc đốt đồng sau khi thu hoạch để dễ làm đất và phòng sâu bệnh hại.
– Nông dân sử dụng nhiều các loại phân đậm đặc như DAP, urea thay thế các loại phân chứa lưu huỳnh như amon sunfat urea.
– Số lượng S mất đi do rửa trôi hàng năm khá lớn. Mỗi năm số lượng mất đi do rửa trôi ước tính 20-40 kgS/ha/năm, ở vùng mưa nhiều có thể đến 100kgS/ha/năm.
Số lượng này tăng lên khi trồng nhiều vụ, kể cả vụ mưa.
Gần đây hiện tượng thiếu lưu huỳnh đã xuất hiện ở nhiều nơi. Ở một số nông trường và nông dân trồng cây cà phê ở Ban Mê Thuột xuất hiện hiện tượng cà phê vàng lá cây lùn thấp, cành ngắn, đốt ngắn nông dân gọi là hiện tượng rù của cà phê. HIện tượng này được xác định nguyên nhân là do thiếu S, phổ biến ở các nông trường ít bón phân hữu cơ những nơi dùng nhiều DAP thay thế supe lân. Hiện tượng này cũng bắt gặp ở những nương cà phê lâu năm và những nương mới trồng trên đất đồi sau nhiều năm đốt nương làm rẫy đã thoái hóa. Hiện tượng vàng lá của một số đồi chè, các vùng trồng cam quýt lâu năm cũng bị nghi thiếu S là một trong các nguyên nhân. Nhiều thí nghiệm trên đất cát ven biển, đất bạc màu: lạc, đậu tương, thuốc lá, ngô đã làm tăng năng suất rõ. Một số thí nghiệm đầu tiên đối với mía quanh vùng nhà máy đường Lam Sơn, Thanh Hóa cho thấy năng suất và hàm lượng đường của mía bón S cũng tăng khá rõ.
Các giải pháp để đảm bảo nhu cầu S cho cây trồng
Điều đầu tiên cần làm rõ là bón phân lưu huỳnh chỉ có thể làm tăng năng suất khi đất không cung cấp đủ, và bón S không làm tăng năng suất và cũng có thể làm giảm năng suất khi đất quá thừa. Cung cấp S cho ruộng lúa cần đề phòng độc hại gây ra do H2S. Giải pháp bón thêm phân lưu huỳnh chỉ có ích trong một số trường hợp đặc biệt. Duy trì hàm lượng lưu huỳnh thích hợp trong đất bằng chế độ canh tác và bón phân hợp lý kinh tế hơn nhiều. Các biện pháp cần được chú ý là:
1. Trừ trường hợp bất đắc dĩ cần diệt nguồn lây lan khi có dịch bệnh, còn lại nên bằng mọi cách tránh đốt nương làm rẫy và đốt đồng sau thu hoạch. Nên vùi hết hữu cơ vào đất.
2. Đẩy mạnh sử dụng phân hữu cơ. Trong than bùn thấp, sú vẹt có nhiều S. Sử dụng than bùn ven biển cho đất đồi ngoài các tác dụng khác còn là nguồn cung cấp lưu huỳnh tốt.
3. Xem trọng bố trí cây trồng hợp lý. Ion sunfat bị rửa trôi được giữ lại ở tầng B và tầng C. Các loại cây phân xanh có tầng rễ ăn sâu xuống đến các tầng đất này có tác dụng bổ sung S cho cây trồng chính.
Cây họ hòa thảo hút mạnh lưu huỳnh hơn cây họ đậu, cải, cà và hành tỏi. Trong hệ thống luân canh hoa màu lúa, các nguồn cung cấp lưu huỳnh kể cả phân hữu cơ nên ưu tiền cho vụ trồng hoa màu.
4. Sử dụng phối hợp thích đáng giữa phân đậm đặc urea, DAP, TSP, với các nguồn phân hóa học có chứa lưu huỳnh, supe lân, amon sunfat, kali sunfat để có một công thức sử dụng phân bón cân đối và kinh tế.
5. Trong một số trường hợp thiếu nghiêm trọng có thể dùng các nguồn sau đây:
– Lưu huỳnh nguyên tố. Sau khi bón vào đất lưu huỳnh nguyên tốt có thể oxyt hóa chuyển thành SO2 và thành H2SO4. H2SO4 kết hợp với các cation khác trong đất thành muối sunfat. Sự chuyển thành sunfat của S phụ thuộc vào nhiệt độ, độ ẩm và hoạt động cảu vi sinh vật. Độ mịn của hạt lưu huỳnh ảnh hưởng đến tốc độ chuyển hóa. Người ta cho rằng trộn lẫn hai cỡ hạt (60mesh và 80-100mesh) sẽ điều hòa tốc độ chuyển hóa (mesh: đơn vị đo cỡ hạt tính bằng số lỗ trên cm2 chưa được 100 lỗ). Dùng S nguyên tố lâu ngày có thể làm chua đất. Bón 1kgS cần bón 3kg CaCO3 để khử chua.
– Than bùn sú vẹt.
– Các loại muối có chứa lưu huỳnh như thạch cao, sắt, nhôm amon sunfat, vôi lưu huỳnh. Các loại muốn sunfat không làm thay đổi độ chua đáng kể.
– Các nguồn phân có chứa lưu huỳnh liệt kê trên bảng trên là nguồn được sử dụng ở Mỹ và nhiều nước phát triển. Hiệu quả trên đơn vị lưu huỳnh bón cho cây chưa được nghiên cứu nhiều như các loại phân N, P, K và thường được xem như nhau. Sự lựa chọn phụ thuộc vào giá cả.
Các kết quả nghiên cứu so sánh S nguyên tố so với sunfat cho thấy rằng nếu S nguyên tố được nghiền miền thì hiểu quả cũng tương đương. Các nhà sản xuất phân đa nguyên tố do lý do trên thường chọn giải pháp trộn bột lưu huỳnh với các loại phân như urea, DAP, lân nung chảy để có loại phân đa nguyên tố có thành phần như ý muốn. Để giảm bớt rửa trôi và tăng cường lý tính người ta có thể trộn 90% bột S với 10% bentonit. Với tỷ lệ này bột S ít bay bụi và làm cho lưu huỳnh sau khi oxy hóa thành sunfat ít bị rửa trôi. Để sản xuất loại phân này người ta trộn bentoniter vào S được được nấu chảy.
Dung dịch SO2 được dùng có hiệu quả cho lúa mỳ ở Mỹ, tuy nhiên sử dụng rộng rãi có khó khăn vì bảo quản SO2 hòa loãng khó và đắt tiền.
Urea bọc lưu huỳnh được chú ý nhiều vì cả hai mặt tăng hiệu quả của urea do giảm bớt độ hòa tan và hiệu quả của lưu huỳnh.
Đối với chúng ta trước mắt chưa phải là vấn đề cung cấp các loại phân bón chứa lưu huỳnh mà là vấn đề đảm bảo có tỷ lệ khoảng 20% lượng N sử dụng ở dạng amon sunfat và một tỷ lệ ít nhất 40 – 50% supe lân trong các loại phân lân để nông dân có thể dễ dàng chọn các loại phân hóa học thích hợp tạo ra công thức sử dụng phân bón phối hợp cân đối.
Hướng dẫn thực hành sử dụng phân bón, NXB Nông nghiệp, Hà Nội,1996. (GS Võ Minh Kha)
