Chu trình dinh dưỡng trong đất

Chu trình dinh dưỡng trong đất là sự di chuyển của các chất dinh dưỡng thiết yếu cho cây trồng giữa các bể khoáng chất, hữu cơ, trao đổi và dung dịch thông qua quá trình phong hóa, biến đổi sinh học, hấp phụ, hấp thụ và thất thoát.

Definition

Chu trình dinh dưỡng trong đất là tập hợp các quá trình sinh học, hóa học và vật lý chuyển các chất dinh dưỡng thực vật giữa các bể khoáng chất, hữu cơ, hấp phụ và hòa tan của đất và giữa đất, thực vật và môi trường rộng lớn hơn.

Scope

Chủ đề này bao gồm các chất dinh dưỡng thiết yếu cho cây trồng và chu trình của chúng trong đất, đặc biệt là nitơ, phốt pho, kali và lưu huỳnh, các quá trình khoáng hóa, cố định, hấp phụ và hấp thụ chi phối khả năng sẵn có, và các con đường thất thoát chất dinh dưỡng. Nó kết nối hóa học và sinh học đất với việc cung cấp chất dinh dưỡng định nghĩa độ phì nhiêu.

Core questions

• Những chất dinh dưỡng nào là thiết yếu, và cây trồng hấp thụ chúng dưới dạng nào?
• Khoáng hóa và cố định hóa kiểm soát khả năng sẵn có của chất dinh dưỡng như thế nào?
• Hấp phụ và cố định hạn chế khả năng sẵn có của phốt pho và kali như thế nào?
• Các chất dinh dưỡng bị thất thoát khỏi đất bằng những con đường nào?

Key concepts

• Đa lượng và vi lượng thiết yếu
• Khoáng hóa và cố định hóa
• Chu trình nitơ trong đất
• Hấp phụ và cố định phốt pho
• Cố định và giải phóng kali
• Các con đường thất thoát chất dinh dưỡng

Key theories

Các bể và biến đổi chất dinh dưỡng

Mỗi chất dinh dưỡng chu chuyển giữa các bể khoáng chất, hữu cơ, trao đổi và dung dịch thông qua quá trình phong hóa, khoáng hóa, hấp phụ và hấp thụ; khả năng sẵn có tại bất kỳ thời điểm nào phản ánh sự cân bằng của các biến đổi này hơn là tổng hàm lượng.

Chu trình nitơ trong đất

Nitơ trong đất di chuyển qua quá trình cố định, khoáng hóa thành amoni, nitrat hóa thành nitrat, hấp thụ bởi thực vật và vi sinh vật, và thất thoát do rửa trôi, khử nitrat và bay hơi, làm cho nitơ trở thành chất dinh dưỡng năng động và nhạy cảm với quản lý nhất.

Mechanisms

Các chất dinh dưỡng được giữ trong khoáng chất và chất hữu cơ trở nên sẵn có khi quá trình phong hóa và phân hủy của vi sinh vật giải phóng chúng vào dung dịch đất và các vị trí trao đổi, từ đó rễ cây hấp thụ chúng. Nitơ được vi sinh vật biến đổi thông qua quá trình khoáng hóa, nitrat hóa và khử nitrat; phốt pho bị hấp phụ và kết tủa mạnh, hạn chế độ hòa tan của nó; kali được giữ trên và trong các loại sét. Sự thất thoát xảy ra do rửa trôi các ion hòa tan như nitrat, do thất thoát khí nitơ, và do loại bỏ trong quá trình thu hoạch và xói mòn.

Clinical relevance

Hiểu biết về chu trình dinh dưỡng là cơ sở cho việc quản lý phân bón và phân chuồng: nó giải thích tại sao các chất dinh dưỡng khác nhau về khả năng sẵn có và tính di động, cách để phù hợp nguồn cung với nhu cầu cây trồng, và cách để giảm thiểu thất thoát làm lãng phí đầu vào và gây ô nhiễm nước, hỗ trợ cả năng suất và bảo vệ môi trường.

History

Lý thuyết khoáng chất về dinh dưỡng thực vật của Liebig vào thế kỷ 19 đã xác định rằng sự phát triển của cây trồng phụ thuộc vào nguồn cung cấp chất dinh dưỡng khoáng, và quy luật tối thiểu rằng năng suất bị giới hạn bởi chất dinh dưỡng khan hiếm nhất. Khoa học đất thế kỷ 20 đã chi tiết hóa các chu trình của từng chất dinh dưỡng, đặc biệt là nitơ và phốt pho, làm nền tảng cho quản lý dinh dưỡng hiện đại.

Key figures

• Justus von Liebig
• Nyle C. Brady
• Ray R. Weil

Seminal works

• brady2016
• sparks2003

Frequently asked questions

Tại sao nitơ là chất dinh dưỡng thường xuyên bị hạn chế và dễ thất thoát nhất?

Nitơ cần với số lượng lớn và chu chuyển qua các dạng di động cao và dạng khí; nitrat dễ dàng rửa trôi theo nước thoát và nitơ có thể bị thất thoát dưới dạng khí thông qua quá trình khử nitrat và bay hơi amoniac, vì vậy nó vừa thường xuyên thiếu hụt vừa khó giữ lại.

Tại sao một loại đất có thể giàu chất dinh dưỡng nhưng cây trồng vẫn thiếu nó?

Tổng hàm lượng chất dinh dưỡng không giống với khả năng sẵn có; ví dụ, phốt pho và kali có thể dồi dào nhưng phần lớn bị khóa trong khoáng chất hoặc bị hấp phụ mạnh, vì vậy chỉ một phần nhỏ trong dung dịch đất và trên các vị trí trao đổi mới dễ dàng được cây trồng hấp thụ.