Những định luật có liên quan đến dinh dưỡng của cây

 Định luật tối thiểu (The law of minimum)

Justus Von Liebig là một nhà hoá học Đức năm 1862 đã nêu ra định luật tối thiểu về phản ứng của cây trồng đối với phân bón. 

Định luật viết: “Tất cả các đất trồng đều chứa một hoặc nhiều yếu tố dinh dưỡng tối đa và tối thiểu. Năng suất cây trồng đều có mối quan hệ trực tiếp với các yếu tố tối thiểu này, có thể đó là canxi, kali, nitrogen, phosphor, magie hoặc các chất dinh dưỡng khác. Đó là yếu tố chi phối, ức chế, … năng suất. Nguyên tố tối thiểu này có thể là canxi… làm cho năng suất chững lại và không tăng trưởng, mặc dầu tổng số các yếu tố kali, silic, photphoric axit, … được nâng lên hàng trăm lần”.

Định luật tối thiểu của Liebig thời đó đã làm cơ sở cho việc phát triển nền công nghiệp phân bón ở Đức và nhiều nước trên thế giới. Và mãi cho đến ngày nay, định luật đó đang còn có ý nghĩa rất lớn trong việc nghiên cứu, ứng dụng các loại phân bón vào sản xuất nông nghiệp.

Vận dụng định luật này từ năm đầu thập kỷ 70 thế kỷ 20 đến nay chúng ta khuyến cáo sử dụng phân lân cho nhiều loại cây trồng, nhất là với các giống lúa mới trên nhiều loại đất, mang lại hiệu quả rất lớn cho sản xuất nông nghiệp.

 Định luật về mối quan hệ giữa sự phát triển của cây trồng với các yếu tố ảnh hưởng đến sự phát triển của Mitcherlick

Sự phát triển của cây trồng chịu tác động của nhiều yếu tố ngoại cảnh. Người ta đã thống kê được 52 yếu tố, trong đó có yếu tố về phân bón. Năm 1909 nhà khoa học Đức đã nêu lên định luật với 2 nội dung:

- Năng suất có thể tăng lên do một yếu tố riêng rẽ thậm chí khi yếu tố đó không tồn tại ở mức tối thích. 

- Việc nâng cao năng suất cây trồng do kết quả nâng cao yếu tố phát triển riêng rẽ sẽ giảm dần một cách tương xứng từ điểm năng suất tối đa có thể đạt được nhờ việc nâng cao yếu tố phát triển từng phần.

Năng suất cây trồng phụ thuộc vào nguyên tố phân bón có tỷ lệ thấp nhất so với yêu cầu của cây trồng. Theo định luật này người ta xem năng suất cây trồng như mức nước trong thùng được cấu tạo bằng nhiều thanh gỗ.

Thùng a năng suất phụ thuộc hàm lượng N; Thùng b năng suất phụ thuộc vào hàm lượng P2O5, sau khi nâng được hàm lượng N trong đất.

Mỗi thanh gỗ đại diện cho một nguyên tố phân bón. Năng suất cây trồng phụ thuộc vào thanh gỗ thấp nhất. Theo định luật này thì yếu tố tối thiểu cứ luân phiên nhau xuất hiện.

Thật ra định luật tối thiểu là kết quả tất nhiên của phương pháp nghiên cứu cô lập từng yếu tố, không nghiên cứu quan hệ giữa đất và cây trong một mối quan hệ tương tác lẫn nhau trong một hệ cân bằng toàn cục. Bón phân chạy theo qui luật tối thiểu sẽ không bao giờ giải quyết được sự mất cân đối dinh dưỡng nên yếu tố tối thiểu sẽ cứ luân phiên xuất hiện.

Định luật này hiện nay được xem là định luật Yếu tố hạn chế thiếu được phát biểu như sau:

Việc thiếu một nguyên tố dinh dưỡng dễ tiêu đối với cây trồng trong đất (yếu tố hạn chế thiếu) hạn chế hiệu lực của các nguyên tố khác và do vậy làm giảm năng suất cây trồng.

Trong thực tế, khi hàm lượng một nguyên tố nào đó trong đất vượt quá nhu cầu của cây, không cân đối với các nguyên tố khác thì chính nguyên tố đó lại hạn chế tác dụng của các nguyên tố khác. Định luật tối thiểu của Liebig có thể mở rộng thành định luật về yếu tố hạn chế như sau: đất thiếu hay thừa một nguyên tố dinh dưỡng dễ tiêu (nào đó) so với yêu cầu của cây cũng đều làm giảm hiệu quả của các nguyên tố khác và do đó làm giảm năng suất của cây.

Có tác giả tách thành luật tối thiểu (ứng với việc thiếu) và luật tối đa (ứng với việc thừa).

Định luật của Mitcherlick hiện đang được ứng dụng rộng rãi để tính toán mối quan hệ giữa năng suất cây trồng với các yếu tố dinh dưỡng cây trồng, cũng như các yếu tố khác trong phương trình:

Y =  ax²   -   bx  +  c

Một ví dụ chứng minh:

Trong một thí nghiệm phân bón, cho ngô chẳng hạn, người ta tăng dần lượng phân bón và ghi lại năng suất ở mỗi mức bón tương ứng, thì thấy như sau:

- Công thức không bón, năng suất được 40,9 tạ/ha

- Công thức bón 40 N/ha năng suất đạt 56,5 tạ/ha tăng 15,6 tạ/ha so với không bón

- Công thức bón 80 N/ha năng suất đạt 70,8 tạ/ha tăng 29,9 tạ/ha so với không bón

- Công thức bón 120 N/ha năng suất đạt 76,2 tạ/ha tăng 35,3 tạ/ha so với không bón

- Công thức bón 160 N/ha năng suất đạt 79,9 tạ/ha tăng 39,0 tạ/ha so với không bón

+ Tính hiệu suất  chung:

- Bón mức 40 kg N/ha hiệu  suất  đạm bón là 39 kg ngô/1 kg đạm bón

- Bón mức  80 kg N/ha  hiệu suất đạm bón là 37,37 kg ngô/1 kg N bón      

- Bón mức  120 kg N/ha  hiệu suất đạm bón là 29,41 kg ngô/1 kg N bón

- Bón mức  160 kg N/ha hiệu suất đạm bón là 24,37 kg ngô /1 kg N bón.

+ Tính hiệu suất phân khoảng từng 40 kg N bón một thì thấy:

- 40 kg N đầu tiên hiệu suất là 39 kg ngô/1 kg N bón.

- 40 kg N thứ hai  hiệu suất là 35,76 kg ngô/1 kg N bón.

- 40 kg N thứ ba hiệu suất là 13,50 kg ngô/1 kg N bón

- 40 kg N thứ tư hiệu suất là 9,25 kg ngô/1 kg N bón.

Bội thu không hẳn tỉ lệ thuận với việc bón thêm vì tăng lượng phân bón lên gấp đôi mà bội thu không tăng gấp 2, mà về mặt hiệu suất lại giảm dần. Lợi nhuận của nhà nông giảm dần.

Nếu biểu thị trên một hệ trục toạ độ, trong đó trục tung là năng suất, trục hoành là lượng phân đạm bón, ta được đồ thị biểu diễn sự biến thiên của năng suất theo lượng bón (đồ thị 1) sau đây:

Đồ thị là một parabol, đường biểu diễn của phương trình bậc hai, có dạng tổng quát là:

Y =  ax² - bx + c.

Trong thí dụ này đó là phương trình bậc 2 cụ thể sau :

Y = -  0,00146 x² + 0,477 X + 40,9

Điểm uốn parabol thể hỉện đương biểu diễn hàm số bắt đầu uốn xuống, tọa độ điểm uốn là điểm cực đại của đường cong biểu diễn. Nếu x là lượng N bón thì x là lượng bón tối đa, bón thêm phân bắt đầu làm giảm năng suất. Đó là Lượng bón tối đa về mặt kỹ thuật (maximum  technique).

Do vậy muốn tính mức bón tối đa kỹ thuật ta tìm đạo hàm của hàm số trên.

                                                 Y' = -2 ax + b

         Điểm uốn xuất hiện khi    Y ' = 0 ----------> 2 ax = b                                                                     

Lượng bón tối đa kỹ thuật ở đây là  0,477/ 2 * 0,00146 = 164,5 kg N/ha. 

Nghĩa là về mặt kỹ thuật, bón quá mức này ngô sẽ giảm năng suất.

Khi tính hiệu suất phân bón theo từng nấc ta thấy: lượng phân bón từ nấc dưới lên nấc trên hiệu suất phân bón giảm đi rất nhanh.

Mục đích của người sản xuất không phải chỉ nhằm đạt năng suất cao nhất mà là tìm lợi nhuận cao nhất. Do đó phải tìm lượng bón tối thích kinh tế.

Lượng bón đạt lợi nhuận cao nhất là lượng bón mà ở đó hiệu suất một kilô phân bón thêm đủ bù đắp được chi phí sản xuất tăng lên do bón thêm một kilô phân đó hoặc tối thiểu là trả đủ tiền mua một kilô phân bón để bón thêm. Giả sử để mua 1 kilô phân đạm người nông dân phải bán 5 kilô ngô hạt thì theo phương trình trên lượng bón tối thích mà người nông dân có thể chấp nhận được là:

Y’ là chi phí bỏ ra để bón 1 kg N (tương đương tiền bán 5 kg ngô, hay là 0,05 tạ).

146 kg N gọi là lượng bón tối thích về mặt kinh tế.