Dinh dưỡng đất là gì? Các bài nghiên cứu khoa học liên quan

Định nghĩa: Dinh dưỡng đất là gì?

Dinh dưỡng đất là tập hợp các nguyên tố khoáng mà cây trồng hấp thụ từ đất để duy trì hoạt động sống, phát triển và tạo ra năng suất. Các nguyên tố này tồn tại dưới dạng ion hòa tan trong dung dịch đất hoặc liên kết với bề mặt hạt đất, có thể được rễ cây hấp thu qua các quá trình sinh học – hóa học khác nhau. Dinh dưỡng đất không chỉ là yếu tố hỗ trợ sự phát triển của cây trồng mà còn phản ánh sức khỏe và độ phì của đất.

Chất lượng dinh dưỡng trong đất phụ thuộc vào nhiều yếu tố như nguồn gốc thổ nhưỡng, điều kiện khí hậu, hoạt động sinh học và các tác động của con người như canh tác, bón phân và sử dụng đất. Đất nghèo dinh dưỡng thường gây hiện tượng sinh trưởng còi cọc, năng suất thấp và dễ tổn thương bởi sâu bệnh. Ngược lại, đất có dinh dưỡng cân đối giúp cây trồng phát triển bền vững, chống chịu tốt và ít phụ thuộc vào hóa chất nông nghiệp.

Khái niệm “dinh dưỡng đất” không chỉ dừng lại ở việc có bao nhiêu nguyên tố trong đất, mà còn xét đến khả năng sẵn có của chúng – nghĩa là cây trồng có thể tiếp cận và hấp thu hiệu quả hay không. Điều này đòi hỏi sự tương tác giữa pH, vật lý đất, hữu cơ, vi sinh vật và điều kiện canh tác.

Các nguyên tố dinh dưỡng thiết yếu cho cây trồng

Theo phân loại của International Plant Nutrition Institute (IPNI), có tổng cộng 17 nguyên tố khoáng được xác định là thiết yếu đối với cây trồng. Những nguyên tố này được chia thành ba nhóm lớn theo nhu cầu sử dụng và nguồn cung cấp. Ba nguyên tố cơ bản là carbon (C), hydro (H) và oxy (O) chiếm phần lớn khối lượng sinh khối và được lấy từ không khí và nước, trong khi các nguyên tố còn lại được hấp thu từ đất.

Phân loại các nguyên tố khoáng thiết yếu:

• Nguyên tố đa lượng (macronutrients): Cần với lượng lớn – Nitơ (N), Phốt pho (P), Kali (K), Canxi (Ca), Magiê (Mg), Lưu huỳnh (S)
• Nguyên tố vi lượng (micronutrients): Cần với lượng rất nhỏ nhưng không thể thiếu – Sắt (Fe), Kẽm (Zn), Đồng (Cu), Mangan (Mn), Bo (B), Molypden (Mo), Clo (Cl), Niken (Ni)

Mỗi nguyên tố có vai trò sinh lý – sinh hóa riêng biệt. Ví dụ, nitơ là thành phần của axit amin và protein; phốt pho tham gia cấu trúc DNA và năng lượng ATP; kali điều hòa áp suất thẩm thấu và hoạt động enzyme.

Nếu một nguyên tố bị thiếu, cây sẽ biểu hiện triệu chứng đặc trưng như lá vàng (thiếu N), cháy mép lá (thiếu K), còi cọc (thiếu P)... Việc bổ sung không đúng nguyên tố, sai liều hoặc sai thời điểm đều có thể gây ngộ độc hoặc mất cân đối dinh dưỡng.

Cơ chế hấp thu dinh dưỡng từ đất

Rễ cây hấp thu các ion khoáng từ đất thông qua ba cơ chế chính: (1) khuếch tán, (2) dòng khối và (3) tiếp xúc trực tiếp giữa rễ và hạt đất (interception). Trong đó, dòng khối là cơ chế quan trọng nhất đối với các nguyên tố dễ hòa tan như nitrat và kali, theo dòng nước hút lên bởi thoát hơi nước ở lá.

Quá trình hấp thu chủ động nhiều nguyên tố (đặc biệt là phốt pho, amoni, sắt) đòi hỏi năng lượng dưới dạng ATP. Ion được vận chuyển qua màng tế bào rễ thông qua các protein vận chuyển chuyên biệt.

Công thức biểu diễn cơ bản cho hấp thu ion chủ động:

\text{ATP} + \text{NO}_3^-_{\text{outside}} \rightarrow \text{NO}_3^-_{\text{inside}} + \text{ADP} + \text{P}_i

Hệ rễ càng phát triển, diện tích tiếp xúc càng lớn thì khả năng hấp thu dinh dưỡng càng cao. Cấu trúc rễ tơ và các lông hút đóng vai trò chính trong việc gia tăng khả năng tiếp cận các ion khoáng.

Vai trò của vi sinh vật trong dinh dưỡng đất

Vi sinh vật là thành phần thiết yếu trong hệ sinh thái đất, đóng vai trò trung gian trong chuyển hóa dinh dưỡng từ dạng khó tiêu thành dạng sẵn sàng cho cây hấp thu. Các vi khuẩn cố định nitơ như Rhizobium trong nốt sần rễ cây họ đậu có thể chuyển hóa N2 từ khí quyển thành dạng NH4+ hữu ích. Nấm mycorrhizae cộng sinh với rễ cây giúp tăng diện tích tiếp xúc rễ – đất và cải thiện hấp thu phốt pho.

Vi sinh vật phân giải chất hữu cơ sẽ khoáng hóa các hợp chất chứa nitơ, lưu huỳnh và phốt pho, giải phóng chúng vào dung dịch đất. Các chủng vi khuẩn phân giải cellulose, lignin góp phần tái tạo dinh dưỡng và thúc đẩy vòng tuần hoàn sinh học trong đất. Vi khuẩn nitrat hóa chuyển NH4+ thành NO3-, dạng nitơ dễ hấp thu nhất với hầu hết cây trồng.

Việc sử dụng phân hữu cơ giàu vi sinh vật hoặc chế phẩm sinh học (biofertilizers) là chiến lược hữu hiệu để cải thiện khả năng hấp thu và hiệu suất sử dụng dinh dưỡng của đất. Bảo vệ đa dạng vi sinh vật đất đồng nghĩa với duy trì độ phì sinh học – một yếu tố quan trọng cho nông nghiệp bền vững.

Chỉ số và phương pháp đánh giá dinh dưỡng đất

Để xác định tình trạng dinh dưỡng đất và thiết lập kế hoạch bón phân phù hợp, cần tiến hành phân tích mẫu đất bằng các chỉ số cơ bản. Các thông số này phản ánh khả năng cung cấp dinh dưỡng thực tế của đất và khả năng hấp thu của cây trồng.

Các chỉ tiêu phân tích phổ biến bao gồm:

• Hàm lượng dinh dưỡng dễ tiêu: N (NO₃^-, NH₄⁺), P (H₂PO₄^-), K⁺
• Độ pH: ảnh hưởng đến khả năng hòa tan và trao đổi ion
• Độ dẫn điện EC: đo tổng muối hòa tan – liên quan đến nguy cơ mặn hóa
• Hàm lượng chất hữu cơ (SOC): phản ánh độ phì sinh học

Các phương pháp phân tích bao gồm chiết mẫu bằng dung môi (Bray, Olsen), phép đo phổ hấp thụ nguyên tử (AAS), phổ phát xạ plasma cảm ứng (ICP-OES) và chuẩn độ điện hóa. Kết quả thường được đối chiếu với tiêu chuẩn của USDA Natural Resources Conservation Service.

Ảnh hưởng của pH đất đến dinh dưỡng

Độ pH có vai trò quyết định đến tính sẵn có của nhiều nguyên tố dinh dưỡng trong đất. Mỗi nguyên tố khoáng có khoảng pH tối ưu để tồn tại ở dạng dễ hấp thu. Khi pH lệch quá xa khỏi ngưỡng trung tính, nhiều ion bị kết tủa hoặc chuyển thành dạng khó tiêu, ảnh hưởng trực tiếp đến sinh trưởng cây trồng.

Ở pH thấp (4.5–5.5), nhôm (Al³⁺) và sắt (Fe^2+/3+) có thể trở nên độc với rễ cây, trong khi canxi, magie và phốt pho giảm khả năng hòa tan. Ở pH cao (7.5–8.5), các nguyên tố vi lượng như Zn, Cu, Mn thường bị bất hoạt do kết tủa hoặc hấp phụ mạnh vào bề mặt hạt đất.

Bảng ảnh hưởng của pH đến dinh dưỡng:

Việc đo pH đất định kỳ (ít nhất 1–2 lần mỗi năm) là cần thiết để kiểm soát biến động hóa học và chủ động điều chỉnh chế độ bón phân.

Tác động của canh tác đến dinh dưỡng đất

Hoạt động sản xuất nông nghiệp có thể làm suy giảm hoặc cải thiện tình trạng dinh dưỡng đất tùy theo kỹ thuật và tần suất canh tác. Việc làm đất sâu, canh tác liên tục một loại cây (độc canh) và sử dụng phân hóa học kéo dài là nguyên nhân phổ biến làm mất cân bằng khoáng chất và phá hủy cấu trúc đất.

Lạm dụng phân đạm, đặc biệt là urê, có thể làm tăng hàm lượng NO₃^- trong đất vượt ngưỡng hấp thu của cây, gây rửa trôi và ô nhiễm nước ngầm. Ngoài ra, các hoạt động canh tác không bảo vệ như đốt rơm rạ, cày xới quá mức làm mất hữu cơ, giảm hoạt động vi sinh và tăng xói mòn mặt đất.

• Độc canh kéo dài → thiếu hụt vi lượng, suy giảm đa dạng vi sinh vật
• Tưới tiêu thừa → rửa trôi dinh dưỡng, mặn hóa đất
• Sử dụng hóa chất bảo vệ thực vật không kiểm soát → ức chế vi sinh vật có ích

Canh tác bền vững (luân canh, xen canh, trồng cây che phủ) giúp duy trì và tái tạo hệ sinh thái đất, hạn chế mất mát dinh dưỡng và phục hồi khả năng lưu giữ khoáng chất.

Phân bón và chiến lược cải thiện dinh dưỡng đất

Phân bón là công cụ quan trọng để bổ sung hoặc điều chỉnh hàm lượng dinh dưỡng đất. Việc sử dụng phân khoáng, phân hữu cơ và chế phẩm sinh học cần được kết hợp hợp lý để đảm bảo hiệu quả lâu dài và tránh ảnh hưởng tiêu cực đến đất.

Nguyên tắc "4 đúng" trong bón phân được FAO và các tổ chức nông nghiệp khuyến nghị:

• Đúng loại: chọn đúng nguyên tố mà đất đang thiếu
• Đúng liều: theo kết quả phân tích đất và nhu cầu cây
• Đúng thời điểm: theo giai đoạn sinh trưởng của cây
• Đúng cách: phương pháp bón đảm bảo hấp thu hiệu quả

Phân hữu cơ như phân chuồng ủ hoai, phân xanh, compost không chỉ cung cấp dinh dưỡng mà còn tăng chất hữu cơ, cải tạo kết cấu đất và hỗ trợ vi sinh vật. Phân sinh học (biofertilizers) cung cấp vi khuẩn cố định đạm, phân giải photphat, hỗ trợ cây trồng hấp thu khoáng chất tốt hơn.

Vai trò của dinh dưỡng đất trong sản xuất nông nghiệp bền vững

Dinh dưỡng đất là nền tảng cho hệ thống sản xuất nông nghiệp bền vững. Khi đất được cung cấp và duy trì lượng khoáng chất cân đối, cây trồng sẽ phát triển khỏe mạnh, chống chịu sâu bệnh tốt hơn và giảm nhu cầu sử dụng hóa chất.

Phương pháp quản lý dinh dưỡng tích hợp (INM – Integrated Nutrient Management) kết hợp phân khoáng, phân hữu cơ và kỹ thuật canh tác là hướng tiếp cận toàn diện giúp tối ưu hiệu suất nông nghiệp mà không gây thoái hóa tài nguyên đất.

Theo FAO Global Soil Partnership, bảo vệ đa dạng sinh học đất và duy trì độ phì sinh học là mục tiêu chiến lược trong ứng phó biến đổi khí hậu và bảo đảm an ninh lương thực toàn cầu. Tái tạo dinh dưỡng đất đồng nghĩa với bảo vệ năng suất nông nghiệp tương lai.

Tài liệu tham khảo

1. International Plant Nutrition Institute (IPNI). www.ipni.net. Truy cập tháng 10/2025.
2. USDA Natural Resources Conservation Service. Soil Health. Truy cập tháng 10/2025.
3. Food and Agriculture Organization of the United Nations (FAO). Global Soil Partnership. Truy cập tháng 10/2025.
4. Brady, N.C. & Weil, R.R. (2016). The Nature and Properties of Soils, 15th Edition. Pearson Education.
5. Havlin, J.L. et al. (2014). Soil Fertility and Fertilizers, 8th Edition. Pearson Education.