ThS. Nguyễn Thị Hồng Hạnh,
Phòng Thí nghiệm Trung tâm
1. Đặt vấn đề
Việt Nam có khí hậu và thổ nhưỡng rất phù hợp với nhiều loại cây trồng mang giá trị kinh tế cao như cà phê, tiêu, sầu riêng, bơ, mắc ca… Trong đó, cà phê xuất khẩu đã mang về hàng tỷ USD/năm. Sản xuất cà phê là ngành nông nghiệp mũi nhọn trong phát triển kinh tế của Việt Nam nói chung và Tây Nguyên nói riêng. Tuy nhiên, đất nông nghiệp ngày một sa mạc hóa nghiêm trọng, làm giảm chất lượng đất. Một trong những nguyên nhân gây ra hiện tượng này là do đất bị rửa trôi mạnh. Địa hình Việt Nam chiếm ¾ diện tích là đồi núi, ước tính hàng năm bị rửa trôi khoảng 1 cm đất mặt, tương đương 100 tấn đất màu mỡ trên mỗi ha (Bộ Nông nghiệp và phát triển Nông thôn, 2020). Ngoài ra, do sự hình thành đất, tác động của phong hóa và tác động của con người đã làm đất mất đi các chất dinh dưỡng vốn có như Ca2+, Mg2+, K+ và Na+… gây nên chua đất.
Hiện nay, với xu thế phát triển nông nghiệp theo hướng thâm canh cao, phân bón là một trong những yếu tố góp phần quyết định tăng năng suất cây trồng. Các nguyên tố đa – trung và vi lượng, mỗi nguyên tố có một vai trò quan trọng tham gia vào quá trình sinh lý và sinh hóa khác nhau trong đời sống cây, giúp cho cây sinh trưởng khỏe và đạt năng suất cao. Tuy nhiên, trong sản xuất, một số nơi bón chưa cân đối giữa các loại phân, nhất là các nguyên tố trung và vi lượng. Do đó, trên đồng ruộng xuất hiện các triệu chứng thiếu dinh dưỡng được biểu hiện trên lá ngày một phổ biến. Một trong những nguyên tố có biểu hiện thiếu đó là Magiê (Mg).
Mg đối với cây trồng là nguyên tố rất cần thiết trong việc hình thành rễ, chất diệp lục và tổng quang hợp. Các nhà dinh dưỡng khoáng, khi khám phá cấu tạo chất diệp lục cho thấy Mg được sắp xếp vào trung tâm của phân tử diệp lục. Trong khi đó, diệp lục lại đóng vai trò vô cùng quan trọng trong quá trình quang hợp để sản sinh ra các hợp chất hữu cơ. Chính các hợp chất này xây dựng nên cơ thể của cây trồng. Nếu cây trồng thiếu Mg sẽ làm giảm khả năng sinh trưởng, năng suất và chất lượng (Cakmak, 2016).
2. Một số chức năng thiết yếu của Mg đối với cây trồng
Theo Cakmak và Yazici (2008), Mg có một số chức năng thiết yếu trong đời sống cây trồng, các quá trình trao đổi chất và phản ứng ảnh hưởng của Mg như:
+ Photophosphoryl hóa (hình thành ATP trong lục lạp);
+ Cố định cacbonic (CO2) quang hợp;
+ Tổng hợp protein;
+ Hình thành chất diệp lục;
+ Nạp phloem (vận chuyển những hợp chất hữu cơ hòa tan do quang hợp tạo ra);
+ Phân bố cacbohydrat giữa các cơ quan của rễ và chồi;
+ Tạo ra các loại oxy phản ứng;
+ Quá trình quang oxy hóa trong mô lá;
Như vậy, cho thấy rằng Mg tham gia vào nhiều quá trình sinh lý và sinh hóa quan trọng. Nếu thiếu Mg dẫn đến suy giảm khả năng sinh trưởng và năng suất. Sự tham gia của Mg trong quá trình trao đổi chất phụ thuộc vào việc Mg kích hoạt nhiều enzym. Một enzym quan trọng kích hoạt Mg là ribulose-1,5-bisphosphat (RuBP) carboxylase, là enzym quan trọng trong quá trình quang hợp và là enzym phong phú nhất trên trái đất. Khi khám phá trong lục lạp cho thấy, có tới 35% tổng lượng Mg trong thực vật được liên kết trong lục lạp (Cakmak, 2004).
3. Triệu chứng thiếu Mg ở cây trồng
Các triệu chứng thiếu Mg ở cây trồng phụ thuộc nhiều vào cường độ ánh sáng. Trong điều kiện có cường độ ánh sáng cao, cây dường như có nhu cầu về Mg cao hơn so với cây trong điều kiện ánh sáng thấp (Cakmak, 1994). Khi cường độ ánh sáng cao tạo ra các loại phản ứng oxy mạnh gây hại trong lục lạp làm tiêu hao cố định CO2, quang hợp bị ức chế, làm tăng sự phát triển của bệnh úa lá. Điển hình là các gân lá còn xanh trong khi phần thịt lá đã biến vàng. Xuất hiện các mô bị hoại tử, thường xảy ra từ các lá phía dưới, chuyển sang lá trưởng thành rồi lên lá non, vì Mg là nguyên tố linh động, nên cây có thể dùng lại Mg từ các lá già để chuyển lên lá non và hoa quả….
4. Nguyên nhân gây chua đất và sự hóa giải của Mg
Sự thiếu hụt Mg là một yếu tố hạn chế trong các hệ thống sản xuất thâm canh, đặc biệt là trên đất chỉ bón N, P và K. Thiếu Mg là làm cho đất chua 1 cách trầm trọng hơn, cụ thể:
+ Do sự hình thành đất, đất đỏ phát triển trên đá bazan có hàm lượng pHKCl trong đất chua, hàm lượng Mg thấp. Kết quả phân tích đất của Phòng Thí nghiệm Trung tâm – Viện Khoa học Kỹ thuật Nông Lâm nghiệp Tây Nguyên trong 20 năm trở lại đây (2000 – 2020) cho thấy, hầu hết hàm lượng pHKCl trong đất chua (pH 4-4,5), hàm lượng Mg thấp (khoảng 0,3-0,5 meq/100g đất).
+ Do rửa trôi, phong hóa cao và tác động của con người… Làm cho các ion kim loại kiềm và kiềm thổ Ca2+, Mg2+, K+ và Na+ trên bề mặt đất bị rửa trôi làm cho đất hóa chua. Ion H+ trong đất không đóng vai trò trao đổi như các ion khác mà tấn công vào các khoáng đất làm giải phóng ion Al3+ được hấp thu trên bề mặt keo đất. Al3+ có tính độc cao với hầu hết các vi sinh vật là nguyên nhân chính gây hại cho cây trồng. Khi được hấp thu vào rễ Al3+ chiếm giữ các vị trí của Can xi trên màng tế bào, kìm hãm sự phát triển màng tế bào và bất lợi đến sự tổng hợp photpho. Có nhiều tài liệu cho rằng Mg cần thiết để giải phóng một cách hiệu quả các anion axit hữu cơ từ rễ để biến đổi thân rễ độc hại nhôm (Yang và cộng sự, 2007).
Nghiên cứu của Silva và cộng sự (2001), khi được thêm Mg một lượng ở mức thấp cũng có thể bảo vệ khỏi độc tính của Al. Kết quả này cho thấy Mg có những lợi ích rất quan trọng trong việc bảo vệ chống lại độc tính của Al.
5. Phản ứng của cây trồng khi thiếu Mg
Khi cây trồng có phản ứng thiếu Mg thì chức năng đầu tiên bị ảnh hưởng đó là quá trình quang hợp hay tổng hợp protein. Sau đây là một số kết quả nghiên cứu đã chứng minh.
Theo Hermans và cộng sự (2004), trồng củ cải đường với hàm lượng cung cấp Mg ở mức thấp và mức đủ, theo dõi sucrose trong lá cho thấy: Đã có một lượng lớn sucrose tích tụ trong các lá già của cây thiếu Mg. Những lá ở cây thiếu Mg tích lũy lượng sucrose cao gấp 4 lần so với lá ở cây có đủ Mg. Điều này cho thấy, khi cây thiếu Mg sẽ bị ức chế nghiêm trọng trong việc vận chuyển sucrose ra khỏi lá.
Theo Cakmak (1994), nghiên cứu vai trò dinh dưỡng của Mg trong sự phát triển của chồi và rễ trên cây đậu và lúa mì. Kết quả cho thấy, ở những cây thiếu dinh dưỡng Mg bị ức chế rõ rệt đến sự phát triển của rễ trước khi ức chế đến phát triển của chồi. Tỷ lệ chồi: rễ ở những cây đậu và lúa mì đều tăng ở những cây thiếu Mg.
* Kết luận:
Như vậy, nguyên tố Mg đóng một vai trò rất quan trọng trong đời sống cây trồng. Rất nhiều quá trình sinh lý và sinh hóa quan trọng có sự tham gia của Mg. Tuy nhiên, những nguyên nhân làm thiếu hụt Mg trong đất đã gây ảnh hưởng rất nghiêm trọng đến quá trình trao đổi chất cả trên lá và rễ của cây. Khi thiếu Mg chức năng bị ảnh hưởng đầu tiên sẽ là quang hợp, những tổn thương do thiếu Mg được biểu hiện rõ trên lá làm ảnh hưởng đến sinh trưởng và năng suất, chất lượng cây trồng. Các nghiên cứu cho thấy, tác dụng của nguyên tố Mg đã hóa giải độ chua và độc tính của nhôm trong đất. Do đó, trong sản xuất thâm canh cao như hiện nay cần phải áp dụng các tiến bộ khoa học kỹ thuật như lấy mẫu đất phân tích dinh dưỡng, nhằm đáp ứng cân đối dinh dưỡng giữa đa-trung và vi lượng cho từng loại cây và từng giai đoạn phát triển để đạt được năng suất tiềm năng.
Tài liệu tham khảo
- Cakmak I., Hengeler C., Marschner H. (1994). Partitioning of shoot and root dry matter and carbohydrates in bean plants suffering from phosphorus, potassium and magnesium deficiency.
- Cakmak I., Kirkby E. A. (2008). Role of magnesium in carbon partitioning and alleviating photooxidative damage.
- Dayane Meireles da Silva, Isabel Rodrigues Brandão, Jose Donizeti Alves, Meline Oliveira de Santos (2014). Physiological and biochemical impacts of magnesium-deficiency in two cultivars of coffee.
- Melanie Hauer-Jákli, Merle Traenkner (2019). Critical Leaf Magnesium Thresholds and the Impact of Magnesium on Plant Growth and Photo-Oxidative Defense: A Systematic Review and Meta-Analysis From 70 Years of Research.