Vùng rễ là gì?

Vùng rễ (rhizosphere) là vùng đất xung quanh rễ cây nơi sinh học và hóa học của đất chịu ảnh hưởng bởi các hoạt động của rễ. Độ pH ở vùng rễ có thể chênh lệch với pH đất tới 2 đơn vị, tùy thuộc vào loại cây trồng và các yếu tố khác của đất.

Tại sao sự hấp thu dinh dưỡng làm thay đổi pH vùng rễ?

Yếu tố quan trọng nhất làm thay đổi pH vùng rễ là sự hấp thu dinh dưỡng, kết hợp với sự vận chuyển proton H⁺ ở thực vật. Động lực để rễ hấp thu dinh dưỡng là sự tiết H⁺ được điều hòa bởi hoạt động của các bơm H⁺ ATPase gắn trên màng tế bào, bằng cách tạo một khuynh độ điện thế dương hướng ra ngoài, cung cấp năng lượng cho quá trình hấp thu anion bằng con đường đồng chuyển proton-anion (hấp thu H⁺) và quá trình hấp thu cation qua con đường đơn chuyển hoặc đối chuyển (giải phóng H⁺).

Do nhu cầu khác nhau của cây trồng cũng như sự di động của các chất dinh dưỡng trong đất, sự hấp thu cation và anion thường không cân bằng. Hấp thu anion vượt quá cation dẫn đến sự hấp thu ròng proton H⁺ có trong vùng rễ và làm tăng pH vùng rễ. Ngược lại, sự hấp thu dư thừa cation được cân bằng bởi sự giải phóng ròng proton H⁺ và dẫn đến giảm pH vùng rễ.

Đạm Nitrat ảnh hưởng đến pH vùng rễ như thế nào?

Đạm là chất dinh dưỡng thực vật tồn tại ở cả 2 dạng ion dương cation (amoni, NH4⁺) và ion âm anion (nitrat, NO₃^-) và có thể chiếm đến 80% tổng số ion cây hấp thụ, nên dạng đạm N có tác động mạnh mẽ đến sự hấp thụ các cation/anion khác, sự điều chỉnh pH của tế bào và pH của vùng rễ.

Nitrat là dạng đạm vô cơ chính cho cây trồng ở hầu hết các vùng đất nông nghiệp thoáng khí. Hấp thu nitrat dẫn đến sự hấp thu anion vượt quá cation, và do đó làm tăng pH vùng rễ. Hơn nữa sự đồng hóa nitrat trong rễ gắn với sự sản xuất OH^- và do đó góp phần kiềm hóa vùng rễ bởi sự giải phóng OH^- ra môi trường để ổn định pH nội bào.

Sự kiềm hóa vùng rễ có ưu điểm và nhược điểm gì?

Ở đất chua, pH tăng do hấp thu nitrat giúp tăng cường hấp thu lân (P) bằng cách trao đổi photphat liên kết nhôm (Al) và sắt (Fe) với HCO₃^- hoặc kích thích vi sinh vật khoáng hóa lân. Sự kiềm hóa vùng rễ cũng có thể làm giảm bớt tác động tiêu cực của đất chua lên cây trồng bằng cách tăng sự khả dụng của Ca, Mg và giảm bớt nồng độ của các muối nhôm độc trong dịch đất vùng rễ. Cung cấp nitrat cũng có thể tăng sự khả dụng của molypdat bằng cách giảm sự hấp phụ vào sesquioxit bề mặt.

Đạm Amoni ảnh hưởng đến pH vùng rễ như thế nào?

Ngược lại, sự hấp thu amoni và H⁺ tạo ra trong quá trình đồng hóa amoni ở mô rễ dẫn đến tăng sự bài tiết ròng H⁺ và làm axit hóa vùng rễ. Sự ưu tiên hấp thụ amoni xảy ra khi quá trình nitrat hóa bị ức chế hoặc bị trì hoãn, đặc biệt là ở vùng đất ngập nước, đất chua hoặc trong khoảng thời gian ngắn ngay sau khi bón amoni, phân hữu cơ.

Sự axit hóa vùng rễ có ưu điểm và nhược điểm gì?

Trong đất trung trính hoặc đất kiềm, sự axit hóa vùng rễ do bón amoni có thể tăng cường sự di động của các hợp chất ít tan của canxi và photphat và do đó tăng sự hấp thu P cũng như sự hấp thu các vi lượng như bo (B), sắt (Fe), mangan (Mn), kẽm (Zn), đồng (Cu).

Sự tăng cường sức chống chịu của cây trồng với bệnh hại như bệnh phấn trắng với nguồn cung cấp amoni có thể liên quan tới việc cải thiện sự hấp thu vi lượng vì một số vi lượng là các co-factor với các enzym liên quan đến phản ứng phòng vệ, như diaminoxidase (Cu), polyphenol oxidase (Cu), ascorbate oxidase (Cu), peroxidase (Mn) và lipoxigenase (Fe).

Sự axit hóa pH vùng rễ do hấp thu amoni cũng có thể tăng cường sức đề kháng cơ học của thành tế bào do sự khả dụng cao hơn của SiO₂. Tuy nhiên, đất bị axit hóa khuyến khích sự phát triển của một số mầm bệnh như sưng rễ ở bắp cải và héo Fusarium ở bông vải.

Sự axit hóa vùng rễ do amoni cũng có thể làm tăng sự di động của một số nguyên tố gây độc như cadmium (Cd). Điều này đã được đề xuất vận dụng như một chiến lược xử lý sinh học nhằm xử lý đất nhiễm kim loại nặng thông qua việc tăng năng hòa tan và sau đó hấp thụ kim loại nặng trong đất trung tính và kiềm bởi các loại thực vật tích lũy (phyto-extraction), trong khi đó, pH vùng đất xung quanh vẫn duy trì ở mức cao, nhờ đó ngăn chặn kim loại bị rửa trôi ra khu vực lân cận.

Tuy nhiên, trên đất chua, pH giảm không tăng cường sự di động của các chất dinh dưỡng và thậm chí có thể gây hiệu ứng xấu lên sự tăng trưởng của thực vật là do hậu quả của việc tăng cường sự hấp phụ của lân (P) với oxit sắt (Fe) và nhôm (Al); hòa tan các loại muối nhôm (Al) độc hại hoặc thậm chí làm tổn thương rễ do axit.

Ở đất ngập nước, sự nitrat hóa bị ức chế dẫn đến ưu tiên hấp thu amoni và do đó giảm pH vùng rễ. Hơn nữa, quá trình oxy hóa vùng rễ bởi sự giải phóng O₂ từ rễ cây là sự thích nghi cần thiết để ngăn ngừa tích lũy Fe²⁺, Mn²⁺, H₂S và các axit monocarboxylic tới mức gây độc. Sự oxy hóa Fe²⁺ góp phần axit hóa vùng rễ hơn nữa, qua đó tăng cường sự di động của Zn bị gắn với Fe(III) hydroxit, sự hòa tan của các hợp chất lân (P) tan trong axit, và giải phóng NH₄⁺ bị cố định.