Tình trạng cạn kiệt lân ngày càng trầm trọng do sản xuất phân bón và thức ăn gia súc. Để đảm bảo lương thực cho dân số ngày càng tăng, nhu cầu bón phân lân để tăng năng suất cây trồng, dự kiến sẽ tiếp tục tăng. Ngay cả khi bón phân lân để bổ sung độ phì nhiêu cho đất, chỉ một lượng lân rất nhỏ được cây trồng hấp thu. Khoảng 70–90% lượng lân được “cố định” với các khoáng chất trong đất, trở thành dạng dinh dưỡng khó tiêu cho cây trồng. Điều này cho thấy rằng, chỉ bón phân lân không phải là cách hiệu quả về chi phí để tăng năng suất. Rễ là đầu mối quan trọng liên quan đến việc hấp thu dinh dưỡng của cây trồng. Các giống cây trồng mới với các đặc điểm rễ được cải thiện, là giải pháp tăng khả năng hấp thụ lân.
Một loạt các đặc tính của rễ (hình thái rễ, đường kính rễ, lông rễ), sự cộng sinh nấm rễ và ảnh hưởng pH vùng rễ được nghiên cứu để ứng dụng trong việc sử dụng phân bón hiệu quả.
Kích thước và hình thái rễ
Hệ thống rễ lớn hơn giúp rễ tiếp xúc với đất nhiều hơn, điều này đặc biệt quan trọng để tăng khả năng hấp thụ lân. Các chất dinh dưỡng di động, như nitrat, có thể được hấp thụ tốt kể cả khi mật độ rễ thấp. Tuy nhiên, đối với các ion di chuyển kém như lân thì sự hấp thu thường liên quan chặt chẽ đến tổng chiều dài rễ.
Ở các giống yến mạch và lúa mạch, tổng chiều dài rễ càng lớn thì năng suất cây trồng càng cao. Tổng chiều dài rễ của lúa mì cũng tỷ lệ thuận với năng suất thu được. Vì vậy, việc chọn lọc và lai tạo giống cây trồng có bộ rễ phát triển rộng có thể góp phần sử dụng hiệu quả hơn các nguồn lân trong đất và tăng năng suất.
Tuy nhiên, để tạo một bộ rễ có tổng chiều dài lớn thường tốn nhiều năng lượng và chất hữu cơ của cây trồng. Nguồn năng lượng này có thể được dự trữ hoặc đóng góp vào giai đoạn sinh sản của cây.
Đường kính rễ
Đường kính rễ rất quan trọng vì nó xác định thể tích đất mà rễ có thể tiếp xúc được. Đường kính rễ nhỏ hơn có thể tiếp xúc với một thể tích đất lớn hơn trên một đơn vị diện tích bề mặt rễ. Trong đó, trọng lượng riêng của rễ (mg/L) là chỉ số thường được sử dụng để đánh giá độ đường kính rễ của rễ.
Các cây trồng có rễ mỏng hơn có khả năng hấp thụ lân tốt hơn. Tuy nhiên, năng lượng để duy trì bộ rễ tốt hơn có thể cao hơn vì rễ mỏng phải được thay thế thường xuyên hơn.
Lông rễ
Các lông hút của rễ tăng cường hiệu quả khai thác lân trong đất. Nhờ có lông rễ mà diện tích hấp thụ của rễ được tăng lên rất nhiều lần. Trong số các cách tăng diện tích bề mặt rễ, tăng độ dài của lông rễ được coi là ít tốn kém nhất về mặt năng lượng.
Ví dụ, giống lúa mạch Salka có lông rễ dài hơn (1,00 ± 0,26 mm) đã khai thác lân hiệu quả gấp đôi so với giống Zita có lông rễ ngắn hơn (0,63 ± 0,24 mm). Giống Salka cũng hấp thụ nhiều lân hơn Zita khi được trồng trong ruộng bón thiếu lân và cũng tạo ra sinh khối chồi cao hơn.
Tất cả điều này cho thấy rằng có thể chọn hoặc lai tạo ra những cây trồng mới có lông rễ dài hơn để cải thiện khả năng hấp thu lân.
Nấm rễ Mycorrhiza cộng sinh với cây trồng
Nấm Mycorrhiza sống dựa vào rễ cây, giúp tăng khả năng hấp thụ nước và dinh dưỡng của rễ. Ngược lại, cây trồng cũng cung cấp cho sợi nấm những thức ăn cần thiết.
Sợi nấm của Mycorrhiza có thể định vị các chất dinh dưỡng trong đất nhanh hơn so với rễ và tạo thành các sợi nấm "hút" phân. Nấm rễ hấp thụ được dinh dưỡng ở dạng giống như rễ, nhưng hơn thế, sợi nấm có khả năng hấp thụ tốt hơn đối với lân dạng ít tan.
Vì vậy, nấm rễ có thể tiếp cận với dạng dinh dưỡng mà thực vật không thể sử dụng trực tiếp và các chất dinh dưỡng nằm xa rễ cây. Do đó, cây trồng hấp thu tốt hơn các chất dinh dưỡng từ bên ngoài (đặc biệt là môi trường nghèo dinh dưỡng) nhờ liên kết với các sợi nấm.
Khoảng 90% những loài thực vật trên thế giới có mối quan hệ cộng sinh với nấm rễ. Bà con nông dân có thể chọn mua sản phẩm nấm rễ cộng sinh dạng bột uy tín để tăng hiệu quả sử dụng lân của cây trồng.
Sự thay đổi pH do rễ gây ra
Các hoạt động của rễ có thể làm thay đổi độ pH của đất xung quanh rễ. Các nguyên nhân thay đổi độ pH vùng rễ bao gồm: sự mất cân bằng hấp thu ion dương và ion âm; dạng đạm cung cấp cho cây; tăng cường dòng chảy của proton do thiếu lân,... Cho dù nguyên nhân của sự thay đổi pH là gì, đều ảnh hưởng đến khả năng hấp thụ lân. Lân trong đất được rễ chủ yếu dưới dạng H2PO4−. Nồng độ của H2PO4− trong dung dịch đất có liên quan đến pH. Các giống cây trồng gây ra hiện tượng axit hóa vùng rễ có thể hấp thụ nhiều lân hơn.
Ảnh hưởng của sự thay đổi pH vùng rễ trong việc chuyển đổi thành lân dễ tiêu cũng phụ thuộc vào loại đất. Ở đất mà lân chủ yếu liên kết với canxi, pH vùng rễ giảm làm tăng hàm lượng lân dễ tiêu. Ở vùng đất mà lân chủ yếu liên kết với nhôm và sắt, tăng pH sẽ làm tăng lượng lân dễ hấp thụ. Các biện pháp canh tác, chẳng hạn như bón phân amoni (ở đất kiềm vừa phải) hoặc nitrat (ở đất chua) có thể tăng hiệu quả sử dụng lân thông qua cơ chế thay đổi pH đất.
Kết luận
Việc tăng tổng chiều dài rễ, mật độ lông rễ và giảm đường kính rễ được chứng minh là tăng hiệu quả hấp thụ lân trong đất. Các đặc tính rễ như trên có thể được nâng cao thông qua chọn tạo giống cây trồng. Sử dụng nấm rễ cộng sinh cũng là giải pháp sử dụng lân hữu hiệu. Có một biện pháp đơn giãn để tăng khả năng hấp thu lân thông qua bón các dạng phân đạm phù hợp để thay đổi pH đất.
