Nguồn: Chao Zu, Zhingang Li, Jianfeng Yang, Huan Yu, Yan Sun, Hongliang Tang, Russell Yost, Huasong Wu (2014). Acid soil is associated with reduced yield, root growth and nutrient uptake in black pepper (Piper nigrum L.). Agricultural Sciences, 2014, 5: 466-473.

Tóm tắt

Giá trị pH đất thấp là yếu tố giới hạn chính đối với sản xuất hồ tiêu (Piper nigrumL.) ở tỉnh Hải Nam. Những vườn tiêu khai thác lâu năm thường có pH thấp 5,0-5,5. Một thí nghiệm thăm dò trồng tiêu thủy canh được tiến hành để xác định tác động của pH ở các mức 3,5; 4,0; 5,5; 7,0 đối với sự tăng trưởng cây tiêu con, hàm lượng dinh dưỡng trong mô cây và đặc tính hình thái rễ. Kết quả cho thấy pH thấp hạn chế trực tiếp đến sự phát triển và chức năng của rễ, hạn chế sự hấp thụ K, Ca, Mg và giảm sự phát triển cây con. Ở mức pH 5,5 cây tiêu đạt mức sinh trưởng mạnh nhất, trong khi đó mức tăng trưởng thấp nhất xảy ra ở mức pH 3,5. Kết luận rằng pH thấp làm giảm sự sinh trưởng của cây và liên quan đến nồng độ dinh dưỡng Ca và Mg trong rễ thấp, điều này có thể giải thích cho sự giảm năng suất tại bảy vườn hồ tiêu được khảo sát.

1. Giới thiệu

Đất chua chiếm xấp xỉ 30% diện tích đất toàn thế giới và cản trở sản xuất nông nghiệp toàn cầu. Đất chua là trở ngại đang tăng trên những hệ thống đất nông nghiệp vùng nhiệt đới. Nhiều yếu tố có thể gây chua đất, như sử dụng nhiều phân hữu cơ, lượng mưa cao, phân hủy axit và khí nhà kính. Khi nồng độ H⁺ trong đất tăng, nó hạn chế sự phát triển rễ, làm rối loạn chức năng của màng plasma, vách tế bào, hoặc tăng mức độ độc Al³⁺. Dưới điều kiện pH thấp thường thiếu Ca, Mg và P.

Cây hồ tiêu là một trong những cây trồng kinh tế quan trọng ở vùng đất nông nghiệp nhiệt đới ở tỉnh Hải Nam, Trung Quốc. Hải Nam là vùng trồng và xuất khẩu tiêu chủ yếu của Trung Quốc, có 22.000 ha diện tích canh tác và sản lượng là 36.000 tấn, chiếm 90% sản lượng tiêu của Trung Quốc.

Độ chua đất thích hợp cho trồng tiêu dao động pH từ 5,5-7,0. Tuy nhiên pH đất dưới 5,5 chiếm gần 50% trong số những vườn tiêu điển hình ở Hải Nam. Độc tố nhôm hiện diện trong đất ở giá trị pH<5,5. Trồng hồ tiêu lâu dài liên tục làm đất chua đáng kể. Nhiều vườn hồ tiêu canh tác hơn 30 năm có pH đất thấp. Ở những vườn này, cây hồ tiêu thường phát triển kém, sâu bệnh hại nghiêm trọng, bị thiếu hụt dinh dưỡng, năng suất và chất lượng kém. Những vấn đề này gây hại cho ngành hàng hồ tiêu. Do đó thật cần thiết để tìm hiểu tác động của pH đối với sự phát triển và hấp thu dinh dưỡng của cây hồ tiêu.

2. Vật liệu và phương pháp

Thí nghiệm 1: Điều tra những vườn tiêu

Nghiên cứu được thực hiện ở Viện nghiên cứu Thức uống và Gia vị (SBRI) phía Đông Nam của tỉnh Hải Nam. Khu vực có đặc điểm khí hậu gió mùa với nhiệt độ trung bình 24,6 độ C, nhiệt độ cao nhất có thể đạt 38,7 độ C và nhiệt độ thấp nhất 11,6 độ C. Lượng mưa bình quân của vùng 2150mm và ẩm độ tương đối hàng năm 85%.

Địa điểm nghiên cứu gồm 7 vườn tiêu được chọn chia thành 5 nhóm tuổi (10, 15, 20, 25 và 30 năm canh tác) trên giống tiêu (Piper nigrum L. cv. Reyin No.1). Khoảng cách hàng là 2,5m. Cây cách cây là 2m. Đo pH bằng cách dùng tỷ lệ 10g đất trong 25ml nước và khuấy trong 30 phút để đo pH đất.

Thí nghiệm 2: Trồng trong dung dịch

Một thí nghiệm trồng hồ tiêu giống Reyin trong dung dịch được thực hiện để đánh giá phản ứng của cây hồ tiêu đối với độ chua tăng. Cây tiêu phát triển từ hạt được trồng trong cát cho đến khi phát triển rễ đầy đủ. Cân những cây tiêu và chuyển đến những chậu có kích cỡ 15L chứa các loại dung dịch dinh dưỡng. Thiết kế thí nghiệm là hoàn toàn ngẫu nhiên kết hợp 4 mức pH (3,5; 4,0; 5,5; 7,0) với 8 lần lặp lại. Độ chua của dung dịch được điều chỉnh 1 lần mỗi ngày bằng HCl. Dung dịch dinh dưỡng được thay mới 4 ngày mỗi lần và được thông khí liên tục bằng bơm. Cứ sau 20 ngày những chậu được sắp sếp lại ngẫu nhiên một lần. Cây hồ tiêu được trồng trong nhà kính tại SBRI có 11 giờ chiếu sáng mỗi ngày, nhiệt độ bình quân 23 độ C, mật độ chiếu sáng quang hợp là 234µmol/m²/s và ẩm độ tương đối 85%.

Sau trồng 65 ngày, thu hoạch cây tiêu và tách riêng rễ, thân và lá. Cân trọng lượng tươi. Những chỉ tiêu hình thái rễ như chiều dài rễ, đường kính rễ, diện tích bề mặt rễ, số lượng rễ, khối lượng rễ. Cân trọng lượng rễ và chồi khô.

3. Kết quả

3.1 Những thay đổi pH đất theo tuổi vườn hồ tiêu

Trong 7 vườn hồ tiêu thí nghiệm (1 vườn 10 tuổi, 2 vườn 15 năm tuổi, 1 vườn 21 tuổi, 1 vườn 26  tuổi và 2 vườn 28 tuổi) pH đất giảm đáng kể khi tuổi vườn tiêu tăng. Vườn tiêu 10 năm tuổi có pH bình quân 5,64. Vườn tiêu 15 năm tuổi có pH 5,54. Vườn tiêu 28 năm tuổi trung bình 5,28.

3.2 Cây tiêu phản ứng khi pH giảm (thí nghiệm trồng trong dung dịch)

3.2.1 Sự tăng trưởng trọng lượng tươi

Trọng lượng tươi của rễ và chồi giảm đáng kể khi pH dung dịch giảm. Cây hồ tiêu tích lũy trọng lượng chồi và rễ lớn nhất (bình quân 90,1g) ở mức pH 5,5. Trọng lượng tươi bình quân 56,5g ở mức pH 3,5. Không có sự khác biệt trọng lượng tươi ở pH 5,5 và 7,0, trọng lượng tươi cả hai mức pH này thì cao hơn nhiều trọng lượng tươi ở pH 3,5. Ở mức pH 4,0 trọng lượng tươi thấp hơn nhiều (68,3g) so với mức pH 5,0 (90,1g). Không có sự khác biệt về trọng lượng tươi ở mức pH 3,5-4,0.

3.2.2 Sự phát triễn rễ, chồi tiêu và nồng độ dinh dưỡng phản ứng với dung dịch

Độ chua cực thấp làm giảm mạnh trọng lượng chồi hơn là trọng lượng rễ. Trọng lượng tươi của chồi và rễ thấp nhất ở mức pH 3,5. Với mức giảm khoảng 29% và 35% so với pH 7,0. Tuy vậy qua quan sát cho thấy rất ít hoặc không có kết quả tổn thương trọng lượng tươi của chồi và rễ ở mức pH 5,5.

So với pH 7,0 hàm lượng N và P tăng khoảng 146% và 54% ở pH 3,5 theo thứ tự. Trái lại K, Ca, Mg trong rễ giảm đáng kể khi pH giảm. Nồng độ K, Ca, Mg ở mức pH 3,5 đã giảm theo thứ tự là 65%, 56% và 70%.

3.3 Dự đoán sự phát triển cây tiêu qua hàm lượng dinh dưỡng trong rễ

Mối quan hệ giữa sự phát triển của cây hồ tiêu và hàm lượng dinh dưỡng trong rễ thay đổi theo yếu tố dinh dưỡng. Tất cả nguyên tố dinh dưỡng tương quan đáng kể với sự phát triển của cây hồ tiêu ngoại trừ P. Mối quan hệ chặt nhất với Mg (R²=0,66), theo sau là Ca (R²=0,44), và K (R²=0,44). Tuy nhiên, sự phát triển tương quan nghịch có ý nghĩa với nồng độ N trong rễ.

3.4 Những ảnh hưởng của dung dịch pH đối với hình thái rễ

Sự phát triển rễ tiêu giảm tương ứng với pH dung dịch giảm. Hình thái rễ tiêu nhạy cảm với sự thay đổi dung dịch pH, chiều dài rễ, diện tích bề mặt, số lượng rễ rõ ràng nhạy cảm với tính chua hơn là đường kính và khối lượng rễ. Không tìm ra sự khác biệt ý nghĩa về chiều dài rễ.

Chua nhiều rõ ràng là độc hại, làm giảm chiều dài rễ 15%, 26% và 57% theo thứ tự tương ứng mức pH là 5,5; 4,0 và 3,5. Diện tích bề mặt của rễ cho thấy tương quan nghịch mạnh nhất theo pH (r² = 0,53). Số lượng rễ bị giảm khoảng 19%, 25%, và 71% ở những dung dịch pH thấp hơn. pH thấp cũng làm hạn chế đường kính rễ và khối lượng rễ nhưng ít hơn so với chiều dài rễ, diện tích bề mặt và số lượng rễ.

4. Thảo luận

4.1 Độ chua đất thay đổi theo thời gian

Ở tỉnh Hải Nam, pH đất của vườn tiêu thường giảm sau nhiều năm canh tác. Bón nhiều phân hóa học, đặc biệt phân đạm dạng amon, có lẽ là một trong những yếu tố chính làm giảm pH. Sản lượng tiêu sọ với lượng bón phân N đạt 1,00 và 0,58 kg/cây trong những năm gần đây, cho thấy mức giảm 50% sản lượng và tăng 154% lượng bón N so với năm 1990. Áp dụng phân như thế này làm cho phải dùng lượng lớn phân N (1.167 kg/ha/năm). Hơn thế nữa, dạng phân N được sử dụng là urea, NPK hỗn hợp (15-15-15), phân chuồng và tỷ lệ N từ phân vô cơ chiếm 77%. Những mức bón N cao của phân N có khả năng gây chua đất cả gián tiếp và trực tiếp. Hậu quả là đã ảnh hưởng đến sự phát triển của cây hồ tiêu.

4.2 Dung dịch pH thấp đã hạn chế sự tăng khối lượng tươi

Sự phát triển khối lượng tươi của cây hồ tiêu bị hạn chế đáng kể ở mức pH 4,0 và pH 3,5. Nồng độ K, Ca, Mg trong rễ cũng bị hạn chế đáng kể trong điều kiện pH thấp. Sự kìm hãm hấp thụ K, Ca, Mg liên quan sự phát triển chậm khối lượng tươi.

4.3 Hạn chế sự phát triển rễ và hấp thu dinh dưỡng trong điều kiện pH dung dịch thấp

Trong số những bộ phận khác nhau của cây, rễ bị ảnh hưởng trực tiếp hoặc gián tiếp bởi pH của môi trường phát triển. Tác hại pH thấp hoặc tác hại H⁺ là một trong những yếu tố liên quan đến hạn chế phát triển trong điều kiện chua. Trong nghiên cứu này, môi trường sinh trưởng có pH giảm làm giảm sự tăng trưởng rễ và hàm lượng dinh dưỡng.Phát triển rễ rõ ràng bị hạn chế do pH thấp, đặc biệt diện tích bề mặt rễ giảm. Diện tích bề mặt rễ giảm tuyến tính theo pH dung dịch giảm. Số lượng rễ và chiều dài rễ tăng đáng kể. Khối lượng rễ và đường kính rễ đã cho thấy tương quan thuận có ý nghĩa với pH. Nhiều H⁺ trong môi trường sinh trưởng ảnh hưởng phát triển cây trồng. Một nghiên cứu trước đó cho thấy nhiều nồng độ ion H⁺ trong môi trường dung dịch nói chung làm giảm tỷ lệ hấp thụ cation.

Giảm nồng độ K, Ca, Mg trong rễ cây hồ tiêu xảy ra trong những điều kiện pH thấp. Hình thái bất thường của rễ do điều kiện chua gây ra có thể là lý do nữa cho việc giảm sự hấp thu cation. Nồng độ N trong rễ giảm theo pH tăng trong phạm vi 3,5-7,0. Tuy nhiên hàm lượng N trong cây không thấy giảm.

5. Kết luận

Độ chua đất thấp qua nhiều năm sản xuất liên quan đến những mức phân N cao thường làm giảm pH. Những nghiên cứu về môi trường dung dịch với tác động của dung dịch pH thấp làm hạn chế sự phát triển của cây hồ tiêu Piper nigrum L. và hấp thu dinh dưỡng trong điều kiện H⁺ cao. Trọng lượng tươi cây tiêu giảm 34% ở pH 3,5 so với pH 7,0. pH thấp làm giảm sự hấp thu K, Ca, và Mg ở rễ. Giảm trọng lượng tươi rõ ràng bị ảnh hưởng bởi giảm K, Ca, và Mg. Hình thái rễ thay đổi đáng kể, thường giảm ở pH thấp. Chiều dài rễ, số lượng rễ, diện tích bề mặt rễ, khối lượng tăng thường làm tăng khả năng hấp thụ K, Ca, Mg từ dung dịch chua. Như một cách chọn lọc, nhiều H⁺ đã làm giảm chức năng màng plasma và thúc đẩy mất K, Ca, Mg hoặc hạn chế hấp thu K, Ca, Mg và do đó làm cho cây sinh trưởng kém.

Độ chua của dung dịch dinh dưỡng đã làm giảm đáng kể sự phát triển cây tiêu với giảm mạnh nhất xảy ra ở phạm vi pH 3,5-4,0, thấp nhất về trọng lượng tươi, hình thái rễ và nồng độ K, Ca, Mg trong rễ. Ngoài khoảng pH này, sự phát triển cây tiêu tăng dần theo những giá trị pH phù hợp. Khi đánh giá năng suất cây tiêu phản ứng với pH nên ưu tiên xác định hình thái rễ.

Xem thêm tại: http://dx.doi.org/10.4236/as.2014.55047

ThS. Nguyễn Tiến Hải (lược dịch).