Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ tưới tiết kiệm nước đến hàm lượng dễ tiêu của các nguyên tố Nitơ và Phốt pho trong đất lúa vùng..

Nội dung tài liệu: Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ tưới tiết kiệm nước đến hàm lượng dễ tiêu của các nguyên tố Nitơ và Phốt pho trong đất lúa vùng..

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI QUYỀN THỊ DUNG NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ TƯỚI TIẾT KIỆM NƯỚC ĐẾN HÀM LƯỢNG DỄ TIÊU CỦA CÁC NGUYÊN TỐ NITƠ VÀ PHỐT PHO TRONG ĐẤT TRỒNG LÚA VÙNG ĐỒNG BẰNG SÔNG HỒNG Chuyên ngành: Môi trường đất và nước Mã số: 62 44 03 03 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI, NĂM 2017
2. Công trình được hoàn thành tại: Trường ĐH Thủy Lợi GVHD 1: PGS.TSKH. Nguyễn Xuân Hải GVHD 2: TS. Nguyễn Việt Anh Phản biện 1: Phản biện 2: Phản biện 3: Luận văn sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn họp tại: Vào hồi giờ ngày tháng năm Có thể tìm luận văn tại: - Thư viện Quốc gia - Thư viện trường ĐH Thủy Lợi
3. MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết Việt Nam thuộc vùng khí hậu nhiệt đới ẩm, có hệ thống sông ngòi phong phú nhưng vẫn khan hiếm nguồn nước ngọt để tưới, kể cả nguồn nước phục vụ sinh hoạt, đặc biệt là trong những năm gần đây. Có nhiều nguyên nhân dẫn đến hiện tượng này như nguồn nước bị ô nhiễm do hoạt động sản xuất công nghiệp, làng nghề của con người Đặc biệt Việt Nam là nước chịu ảnh hưởng mạnh của biến đổi khí hậu, mực nước biển dâng, sự xâm nhập mặn vào các sông ngòi ở vùng ven biển đã hiện hữu và đã được đề cập nhiều trong các báo cáo khoa học và kể cả trên phương tiện truyền thông. Do đó, nguồn nước ngọt dùng trong sinh hoạt cũng như trong nông nghiệp ở những khu vực này ngày càng khan hiếm. Vấn đề tiết kiệm nước trong sản xuất ở nước ta là vấn đề rất cấp thiết, đặc biệt trong sản xuất nông nghiệp. Bởi vì, nông nghiệp là ngành sử dụng nước nhiều nhất. Do đó, nghiên cứu các biện pháp tưới tiết kiệm nước trong nông nghiệp, đặc biệt tưới cho cây lúa là rất quan trọng. Do thay đổi chế độ nước trong các chế độ tưới đã tác động đến điều kiện môi trường đất dẫn đến dạng tồn tại của các nguyên tố Nitơ và Phốt pho cũng bị thay đổi, đặc biệt là dạng dễ tiêu. Vậy, chế độ tưới tiết kiệm nước có thể dẫn đến việc thay đổi đặc tính dinh dưỡng trong đất, ảnh hưởng như thế nào đến sự chuyển hóa của nguyên tố Nitơ và Phốt pho trong đất so với chế độ tưới ngập thường xuyên của người dân? Tuy nhiên, những nghiên cứu chi tiết về ảnh hưởng của chế độ tưới đến hàm lượng dễ tiêu của các nguyên tố Nitơ và Phốt pho hay nói cách khác động thái + - 3- của NH4 , NO3 và PO4 trong đất ở chế độ tưới khác nhau còn ít được nghiên cứu trong cũng như ngoài nước, đặc biệt là khi áp dụng biện pháp tưới tiết kiệm nước - tưới nông lộ phơi. Xuất phát từ những vấn đề cấp thiết trên, đề tài: “Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ tưới tiết kiệm nước đến hàm lượng dễ tiêu của các nguyên tố Nitơ và Phốt pho trong đất lúa vùng đồng bằng sông Hồng” được đề ra. 1
4. 2. Mục tiêu nghiên cứu Đề tài được thực hiện nhằm đạt được hai mục tiêu sau đây: - Xác định ảnh hưởng của chế độ tưới khác nhau đến sự thay đổi hàm lượng của Nitơ và Phốt pho dễ tiêu trong đất phù sa trung tính ít chua không được bồi hàng năm vùng đồng bằng sông Hồng. - Xác định chế độ tưới hợp lý nhằm tiết kiệm nước và không làm giảm khả năng cung cấp dinh dưỡng Nitơ và Phốt pho dễ tiêu của đất cho cây lúa. 3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án - Ý nghĩa khoa học của luận án: làm rõ sự thay đổi hàm lượng Nitơ và Phốt pho dễ tiêu ở đất ngập nước trồng lúa có phản ứng trung tính dưới hai chế độ tưới (tưới ngập thường xuyên và tưới tiết kiệm nước). - Ý nghĩa thực tiễn của luận án: khẳng định được tác động của biện pháp tưới đối với năng suất lúa cũng như khả năng cung cấp dinh dưỡng Nitơ và Phốt pho của đất cho lúa, trên cơ sở đó mở ra khả năng ứng dụng trong thực tiễn. 4. Đối tượng nghiên cứu Động thái của Nitơ, Phốt pho cũng như Eh, pH trong điều kiện thí nghiệm trong phòng và thí nghiệm đồng ruộng ở hai chế độ tưới khác nhau (tưới ngập thường xuyên và tưới tiết kiệm nước) trong đất phù sa đồng bằng sông Hồng không được bồi hàng năm, trung tính ít chua. 5. Phạm vi nghiên cứu - Phạm vi không gian: đất phù sa đồng bằng sông Hồng không được bồi hàng năm, trung tính ít chua tại Phú Xuyên - Hà Nội. - Phạm vi thời gian: từ năm 2013 đến năm 2016. 6. Nội dung nghiên cứu 1) Nghiên cứu cơ sở khoa học của cơ chế hình thành và chuyển hóa của Nitơ và Phốt pho trong đất lúa ngập nước. 2
5. 2) Xác định ảnh hưởng của chế độ tưới cho lúa đến khả năng cung cấp chất dinh dưỡng Nitơ, Phốt pho dễ tiêu từ đất và năng suất lúa thông qua thí nghiệm ngoài đồng ruộng. 7. Phương pháp nghiên cứu Kế thừa có chọn lọc những thông tin, số liệu và kết quả nghiên cứu đã có. Nghiên cứu thí nghiệm trong phòng nhằm xác định điện hóa đất lúa ngập nước, động thái của N, P ở các chế độ ngập nước khác nhau để giải thích cơ chế biến biến đổi và chuyển hóa N, P trong đất vùng nghiên cứu. Nghiên cứu thí nghiệm đồng ruộng nhằm đánh giá và luận giải diễn biến hàm lượng N, P dễ tiêu trong điều kiện thực tiễn sản xuất, bên cạnh đó là đánh giá sinh trưởng phát triển và năng suất của cây lúa của các chế độ tưới khác nhau. Phương pháp xử lý số liệu và phân tích thống kê. Chi tiết các phương pháp được trình bày ở chương 2. 8. Những đóng góp mới của luận án 1) Đã đưa ra dẫn liệu chi tiết diễn biến của hàm lượng N, P dễ tiêu khi đất phù sa trung tính ít chua vùng đồng bằng sông Hồng được cho ngập nước trong điều kiện có và không có cây lúa. 2) Đánh giá và luận giải khoa học được sự thay đổi hàm lượng của N, P dễ tiêu trong đất phù sa trung tính ít chua vùng đồng bằng sông Hồng do ảnh hưởng của chế độ tưới ngập khô xen kẽ/tưới tiết kiệm/ tưới nông lộ phơi so với kiểu tưới ngập thường xuyên của địa phương. 3) Cung cấp cơ sở khoa học về việc tưới tiết kiệm trong đất phù sa trung tính ít chua vùng đồng bằng sông Hồng không ảnh hưởng đến sinh trưởng, phát triển và năng suất cây lúa trong cả vụ xuân và vụ mùa. 9. Cấu trúc của luận án Luận án bao gồm: Mở đầu; Chương 1. Tổng quan tài liệu 3
6. Chương 2. Phương pháp nghiên cứu Chương 3. Kết quả nghiên cứu và thảo luận Kết luận và kiến nghị, Danh mục các công trình đã công bố, Tài liệu tham khảo và Phụ lục. CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1. Động thái của Nitơ trong đất trồng lúa 1.2. Động thái của P trong đất trồng lúa 1.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến sự thay đổi Nitơ và Phốt pho trong đất 1.4. Phương pháp tưới ngập thường xuyên và tưới tiết kiệm nước 1.5 Một số phương pháp xác định các dạng Nitơ và Phốt pho trong đất 1.6 Kết luận chương 1 CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Phương pháp thí nghiệm trong phòng 2.1.1 Mục đích Thí nghiệm trong phòng hoàn toàn có thể kiểm soát được các điều kiện thí nghiệm như duy trì lượng nước, kiểm soát được thời gian ngập, cố định nền đất thí nghiệm Do vậy, các thí nghiệm trong phòng được thực hiện nhằm: - Theo dõi động thái Eh, pH trong quá trình đất khô sang ngập nước để xác định điện hóa đất lúa ngập nước trên nền đất thí nghiệm cụ thể - đất phù sa trung tính ít chua đồng bằng sông Hồng. - Theo dõi diễn biến của N, P dễ tiêu và N, P tổng số ở các chế độ ngập nước khác nhau để luận giải khoa học sự chuyển hóa N, P trong đất vùng nghiên cứu. 4
7. 2.1.2 Phương pháp thí nghiệm trong phòng 2.1.2.1 Thí nghiệm và địa điểm theo dõi thí nghiệm Thí nghiệm trên hệ thống chậu vại. Đất làm thí nghiệm được lấy tại nhiều vị trí khác nhau trên các thửa ruộng ở cánh đồng xã Văn Hoàng, huyện Phú Xuyên vào thời điểm trước khi bước vào vụ. Lấy mỗi mẫu đất khoảng 1 kg ở độ sâu 0 - 20 cm (do rễ lúa thường nằm ở độ sâu này). Mẫu đất được lấy là mẫu hỗn hợp theo quy tắc “đường chéo”. Mẫu đất sau khi lấy được cho vào túi nilong đem về phòng thí nghiệm. Mẫu đất thí nghiệm sau khi lấy về đem dàn mỏng trên bàn gỗ sạch rồi phơi khô trong nhà (không sấy khô trong tủ sấy). Đất sau khi đã phơi khô, đập nhỏ rồi nhặt hết cỏ, rễ và các chất lẫn khác rồi trộn đều mẫu đất. Sau đó cân 5 kg đất cho vào từng xô thí nghiệm. Tiến hành san phẳng bề mặt đất trong các xô thí nghiệm rồi đổ nước cất vào ngập 5 cm so với bề mặt đất trong xô. Mực nước ở các xô thí nghiệm của hai công thức tưới cụ thể như sau: - Công thức tưới ngập thường xuyên: duy trì lớp nước trên xô là 5 cm từ đầu đến khi kết thúc thí nghiệm. - Công thức tưới nông lộ phơi: duy trì lớp nước trên xô là 5 cm từ ngày đầu đến ngày thứ 22 và tháo cạn nước hoàn toàn từ ngày 29 đến thứ 50 (đất se và nứt chân chim) tiến hành cho ngập nước trở lại đến ngày thứ 64 và kết thúc thí nghiệm. (Mỗi xô thí nghiệm có thể tích: 12 lít. Độ dày tầng đất xô đạt: 30 cm). Lấy 3 kg đất rồi chia ô chéo góc lấy 2 phần đối diện đem giã nhỏ, rây qua rây 1 mm, phần còn lại cho vào túi vải cũ giữ đến khi phân tích xong. Mẫu đất sau khi chuẩn bị xong sẽ tiến hành xác định tính chất đất nền nghiên cứu: TPCG, + - OM, pH, NTS, PTS, KTS, NH4 , NO3 , Pdt, CEC. Địa điểm theo dõi thí nghiệm được bố trí tại phòng thí nghiệm Đất - Nước - Môi trường, trường Đại học Thủy Lợi. 5
8. 2.1.2.2 Công thức thí nghiệm Bố trí hai công thức thí nghiệm: - Công thức tưới ngập thường xuyên (NTX): 5 kg đất + ngập nước thường xuyên 5 cm so với bề mặt đất, đặc trưng cho đất sử dụng phương pháp tưới truyền thống. - Công thức tưới tiết kiệm nước (TKN) - Tưới nông lộ phơi (NLP): 5 kg đất + ngập nước 5 cm so với bề mặt đất đến ngày thứ 22, rút cạn nước từ ngày 29 đến ngày thứ 50 rồi cho ngập nước trở lại đến ngày thứ 64 và kết thúc thí nghiệm. Mỗi công thức lặp lại ba lần: 3 x 2 = 6 xô. 2.1.2.3 Các phương pháp đo và lẫy mẫu đất Theo dõi động thái Eh, pH trong hai công thức nghiên cứu sau 24h ngập nước và 48h ngập nước. Sau đó mỗi tuần đo một lần. Thời gian thí nghiệm kéo dài trong 64 ngày. Theo dõi hàm lượng N, P tổng số trong đất nền ban đầu và sau khi kết thúc thí nghiệm ở hai công thức tưới. Theo dõi biến động hàm lượng N, P dễ tiêu trong hai công thức, mỗi tuần xác định một lần. Eh và pH được đo bằng máy Mettler Toledo (MX30) với đầu đo Inlab 581. Mẫu đất được lấy ở độ sâu từ 0 - 5 cm, theo chiều thẳng đứng từ trên xuống, sau khi lấy được đem đi phân tích ngay tại phòng thí nghiệm Hóa học môi trường, trường đại học Thủy Lợi. 2.2 Phương pháp nghiên cứu thí nghiệm đồng ruộng 2.2.1 Mục đích nghiên cứu thí nghiệm đồng ruộng - Xác định lượng N, P tổng số trong đất ở đầu và cuối vụ ở các chế độ tưới khác nhau. 6
9. - Xác định lượng N, P dễ tiêu trong đất theo thời kỳ sinh trưởng của cây lúa ở các chế độ tưới khác nhau. - Xác định chỉ tiêu sinh lý, sinh thái và năng suất lúa ứng với các chế độ tưới khác nhau trên đặc tính đất của khu vực nghiên cứu. 2.2.2 Địa điểm và điều kiện tự nhiên khu thí nghiệm đồng ruộng 2.2.2.1 Lý do và địa điểm khu thí nghiệm đồng ruộng Khu thí nghiệm được chọn tại xã Văn Hoàng - huyện Phú Xuyên - Hà Nội, nằm trên quốc lộ 1A và tuyến đường cao tốc Pháp Vân - Cầu Giẽ, cách Hà Nội khoảng 40 km về phía Nam với những lý do sau: - Đất phù sa trung tính ít chua có diện tích lớn và điển hình cho đồng bằng sông Hồng. Huyện Phú Xuyên có điều kiện tự nhiên và tập quán canh tác đại diện cho vùng trồng lúa nước trên đất phù sa trung tính đồng bằng sông Hồng, những kết quả nghiên cứu rút ra từ đây có thể áp dụng cho các vùng khác có điều kiện tương tự. - Cán bộ kỹ thuật có trình độ và kinh nghiệm, đáp ứng cho các nghiên cứu, đo đạc thực nghiệm. - Hệ thống thủy lợi của huyện đã được đầu tư đồng bộ chủ động trong tưới và tiêu nước trên đồng ruộng, đáp ứng đầy đủ các yêu cầu thí nghiệm. 2.2.2.2 Đặc điểm đất Đất nghiên cứu có thành phần cơ giới thịt trung bình, có khả năng trao đổi dinh dưỡng và giữ nước tốt. Đất thích hợp với nhiều loại cây trồng, cây ngắn ngày như lúa, đậu đỗ, rau màu Tuy nhiên trong quá trình canh tác cần tăng cường cân đối dinh dưỡng N, P, K, luân canh cây họ đậu đỗ để cải tạo đất, phòng trừ sâu bệnh cho cây trồng trong các thời vụ. Đất nghiên cứu có hàm lượng các nguyên tố dinh dưỡng N ở mức khá, P ở mức giàu, K ở mức trung bình. Với đặc điểm trên, có thể nói đây là những đặc điểm điển hình của đất phù sa sông Hồng không được bồi hàng năm. Thông qua các 7
10. chỉ tiêu đánh giá ở trên, đặc biệt là pH, thành phần cơ giới và các chất dinh dưỡng cho thấy đất rất phù hợp để trồng lúa nước. 2.2.2.3 Đặc điểm nước tưới tiêu phân tích nước tưới khu vực nghiên cứu với QCVN 08:2015/BTNMT (B1) - Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước mặt dùng cho mục đích tưới tiêu thủy lợi [88], các chỉ tiêu phân tích đều nằm trong giới hạn cho phép, đạt yêu cầu về chất lượng nước cung cấp cho mục đích tưới tiêu đảm bảo cây trồng phát triển bình thường. Cùng với đặc điểm về đất nghiên cứu và đặc điểm của nguồn nước tưới đã tạo nên môi trường thuận lợi cho sự phát triển của sinh vật nói chung và cây lúa nói riêng. Trong điều kiện đó, khi đất ngập nước để trồng lúa sẽ tác động đến quá trình chuyển hóa N, P trong đất. 2.2.2.4 Đặc điểm khí hậu Huyện Phú Xuyên mang đặc điểm của khí hậu nhiệt đới gió mùa, nóng ẩm, mưa nhiều. Khí hậu cả năm khá ẩm, mùa Đông chịu ảnh hưởng của những đợt gió mùa Đông Bắc. Khí hậu được chia thành hai mùa rõ rệt: mùa nóng đồng thời là mùa mưa, mùa lạnh cũng là mùa khô. Nhiệt độ trung bình năm 23,6o C, nhiệt độ cao nhất là 29,6o C (tháng 7) và nhiệt độ thấp nhất là 16o C (tháng 1). Số giờ nắng trung bình năm là 1.357 giờ, thuộc mức tương đối cao và thuận lợi cho việc canh tác 3 vụ trong năm. Mưa: lương mưa trung bình hàng năm từ 1.200 - 1.900 mm, lượng mưa phân bố không đồng đều chủ yếu tập trung từ tháng 6 đến tháng 9 (chiếm 81% - 86% lượng mưa cả năm). Hàng năm, thường có 1 đến 3 cơn bão với mưa lớn kéo dài gây úng lụt cho các khu vực thấp trũng ảnh hưởng đến sản xuất nông nghiệp. Độ ẩm không khí: độ ẩm trung bình là từ 75% - 85%, độ ẩm cao nhất là 89% (tháng 3) và thấp nhất là 78% (tháng 12). 8
11. 2.2.3 Sơ đồ bố trí thí nghiệm đồng ruộng và các thành phần trong sơ đồ 2.2.3.1 Sơ đồ bố trí ô ruộng Chọn khu vực thí nghiệm có những đặc điểm giống nhau về địa hình, tính chất đất, giống lúa và thời gian gieo trồng cũng như chế độ bón phân. Như vậy điều kiện thí nghiệm là đồng nhất giữa các công thức, chỉ thay đổi chế độ tưới. Hai khu thí nghiệm, mỗi khu thí nghiệm thiết kế 3 ô thí nghiệm, mỗi ô có diện tích 4 m x 5 m = 20 m2. Bờ bao các ô (rộng 30 cm, cao 20 cm) được phủ và chèn chặt bằng màng phủ nilong nông nghiệp nhằm ngăn nước thấm qua lại giữa các nghiệm thức. 2.2.3.2 Hệ thống tưới Kênh tưới và tiêu bố trí tách rời và vuông góc với chiều dài ô ruộng để thuận tiện trong việc tưới và tiêu rút nước trên ruộng. Nguồn nước tưới được lấy từ sông Nhuệ theo kênh dẫn vào các khu thí nghiệm, đảm bảo cung cấp đầy đủ theo quy trình tưới. Việc tiêu nước mưa và rút cạn nước định kỳ hoàn toàn chủ động bằng máy bơm. 2.2.3.3 Cầu công tác Kênh tưới NTXCT NLPCT 1 2 3 4 5 6 Cầu Đường đi công Đường đi Kênh Hình 2. 1 Sơ đồ bố trí thí nghiệm đồng ruộng 9
12. Mỗi khu thí nghiệm bố trí hai cầu công tác phục vụ cho quá trình đi lại đo đạc và lấy mẫu thí nghiệm. Cầu được làm bằng tre, chiều rộng 35 ÷ 40 cm, chiều dài 6 m và cao cách mặt ruộng khoảng 80 cm. Hệ thống cầu phải đảm bảo không ảnh hưởng đến sự sinh trưởng phát triển của cây lúa. 2.2.4 Các công thức thí nghiệm và chế độ nước trên ruộng lúa 2.2.4.1 Các công thức thí nghiệm Thí nghiệm đồng ruộng gồm hai công thức: - Công thức tưới ngập thường xuyên (NTX); - Công thức tưới tiết kiệm nước (TKN) - Nông lộ phơi (NLP). 2.2.4.2 Mô tả các công thức thí nghiệm a, Công thức tưới ngập thường xuyên (NTX) Bố trí thí nghiệm tại ô 1, 2 và 3. Hình 2.4. Mô phỏng lớp nước mặt ruộng của công thức tưới NTX Chế độ tưới thực hiện theo phương pháp truyền thống mà người dân địa phương đang áp dụng. Lớp nước ở các giai đoạn sinh trưởng được duy trì như sau: giai đoạn cấy hồi xanh duy trì lớp nước mặt sâu 2 ÷ 3 cm, gặp mưa tháo trở lại mức nước 2 ÷ 3 cm trong 01 ngày. Từ giai đoạn đẻ nhánh đến chín, duy trì lớp nước 3 ÷ 5 cm, gặp mưa độ sâu tăng lên 6 ÷ 9 cm, để cạn tự nhiên về độ sâu 3 ÷ 5 cm. Trước khi thu hoạch 10 ÷ 15 ngày tháo cạn nước. Mô phỏng lớp nước mặt ruộng hình 2.4. 10
13. b, Công thức tưới tiết kiệm nước - Tưới nông lộ phơi (NLP): Quy trình tưới theo các thời kỳ sinh trưởng và phát triển của cây lúa cụ thể như sau [89]: - Giai đoạn cấy hồi - xanh: duy trì lớp nước mặt ruộng 2 ÷ 3 cm, gặp mưa thì tháo cạn trở lại 2 ÷ 3 cm trong 01 ngày. - Giai đoạn đẻ nhánh: + Giai đoạn đầu đẻ nhánh: lớp nước mặt ruộng 3 ÷ 5 cm, để cạn tự nhiên đến khi lộ mặt ruộng 1 ÷ 2 ngày, tưới lên 3 ÷ 5 cm; gặp mưa cho phép trữ tối đa đến 10 cm, để cạn tự nhiên đến lộ mặt ruộng, khi mực nước thấp hơn mặt ruộng 10 ÷ 12 cm thì tưới tối đa là 5 cm. + Giai đoạn cuối đẻ nhánh: tháo cạn nước phơi ruộng 5 ÷ 7 ngày. - Giai đoạn đứng cái làm đòng: duy trì lớp nước mặt ruộng 3 ÷ 5 cm, gặp mưa cho phép trữ đến 10 cm, để cạn tự nhiên đến lộ mặt ruộng trong thời gian 2 ngày đêm, sau đó tưới lên đến 5 cm. Hình 2.5 Mô phỏng lớp nước mặt ruộng của công thức tưới NLP - Giai đoạn giai đoạn trỗ bông: duy trì lớp nước mặt ruộng 3 ÷ 5 cm, để cạn tự nhiên, lộ mặt ruộng, tưới ngay lên 3 ÷ 5 cm; gặp mưa cho phép trữ đến 10 cm. - Giai đoạn ngậm sữa - chắc xanh đến chín vàng: lớp nước mặt ruộng 3 ÷ 5 cm, để cạn tự nhiên, chỉ tưới khi lớp nước thấp hơn mặt ruộng 10 - 12 cm. Khoảng 7 - 10 ngày trước khi thu hoạch tháo khô ruộng. 11
14. Vị trí bố trí thí nghiệm tại ô 3, 4 và 5 (hình 2.5). 2.2.5 Điều kiện thí nghiệm Các công thức thí nghiệm chỉ khác nhau về chế độ nước (mực nước, mức tưới, đợt tưới và thời gian phơi lộ ruộng), các yếu tố khác là như nhau, đó là: giống, thời vụ, kỹ thuật canh tác, chế độ bón phân và chăm sóc. 2.2.5.1 Giống lúa DT28, phù hợp với chân vàn và vàn trũng. 2.2.5.2 Thời vụ và kỹ thuật canh tác Thời vụ và kỹ thuật canh tác (theo nông lịch và hướng dẫn của phòng nông nghiệp huyện Phú Xuyên) - Vụ Xuân: gieo mạ từ 25/I, cấy 25/II, thu hoạch 25/VI - 30/VI. - Vụ Mùa: gieo mạ từ 10 - 20/VI, cấy 20/VII 5/VIII, thu hoạch 30/X - 15/XI. - Kỹ thuật ngâm ủ: bình thường như các giống lúa khác. - Mật độ cấy 45 - 50 khóm/m2, cấy nông tay. 2.2.5.3 Chế độ phân bón và chăm sóc (Theo hướng dẫn của phòng Nông nghiệp huyện Phú Xuyên): - Bón lót: 8000 kg phân hữu cơ + 200 kg phân lân nung chảy + 110 kg đạm Ure/ha. - Bón thúc (10 ngày sau cấy): 80 kg đạm Ure + 80 kg kali/ha. - Bón đón đòng (trước trỗ 20 ngày): 30 kg đạm Ure + 110 kg kali/ha. - Chăm sóc: thường xuyên theo dõi và phòng trừ sâu bệnh kịp thời. 2.2.6 Phương pháp và thời điểm lấy mẫu 2.2.6.1 Phương pháp lấy mẫu đất Mẫu đất được lấy và bảo quản theo TCVN 7538-2:2005. Mẫu đất tại các khu vực nghiên cứu được lấy ngẫu nhiên tại nhiều vị trí ở độ sâu 0 - 20 cm, sau đó trộn đều rồi cho mẫu vào hộp đựng mẫu có nắp kín, dán 12
15. nhãn và trữ lạnh trong thùng đá mang về phòng thí nghiệm tiến hành phân tích ngay các chỉ tiêu N và P hoặc bảo quản trong tủ lạnh (< 5o C). 2.2.6.2 Thời điểm lấy mẫu Tiến hành đo pH, Eh và lấy mẫu đất phân tích vào từng giai đoạn phát triển của cây lúa như sau: Hình 2. 2 Thời điểm lấy mẫu đồng ruộng phân tích STT Giai đoạn sinh trưởng Thời gian (ngày sau cấy) 1 Cấy - hồi xanh 4 - 11 2 Đầu đẻ nhánh 18 3 Cuối đẻ nhánh 25 4 Đầu đứng cái làm đòng 35 - 41 5 Cuối đứng cái làm đòng 47 - 55 6 Trỗ bông 65 - 69 7 Ngậm sữa chắc xanh 80 - 88 2.3 Phương pháp phân tích Mẫu được phân tích tại phòng thí nghiệm Đất- Nước - Môi trường và phòng Hóa học môi trường - Trường đại học Thuỷ Lợi. 2.3.1 Phương pháp phân tích N, P dễ tiêu trong đất 2.3.2 Phương pháp phân tích mẫu nước tưới Theo Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước mặt QCVN 08- MT:2015/BTNMT. 2.3.3 Phương pháp theo dõi các yếu tố cấu thành năng suất lúa 2.3.3.1 Các chỉ tiêu sinh trưởng 2.3.3.2 Chỉ tiêu sinh lý 2.3.3.3 Năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất 2.4 Phương pháp xử lý số liệu Số liệu thí nghiệm được tổng hợp, xử lý bằng phần mềm Microsoft Excel và phương pháp phân tích ANOVA theo chương trình IRRISTART ver 5.0. 13
16. CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 3.1 Ảnh hưởng của chế độ tưới đến thế ôxy hóa khử (Eh) và pH đất 3.1.1 Ảnh hưởng của chế độ tưới đến Eh và pH đất ở mô hình thí nghệm trong phòng 3.1.1.1 Ảnh hưởng của chế độ tưới đến Eh Hình 3. 1 Diễn biến Eh và mực nước của các chế độ tưới TNTP Động thái Eh của các chế độ tưới TNTP sau thời gian ngập nước 8 ngày giảm mạnh. Ở tưới NLP có giai đoạn rút nước phơi đất làm tăng Eh của đất và sau khi cho ngập nước trở lại thì Eh giảm. Như vậy, chế độ tưới có ảnh hưởng đến động thái của Eh trong đất. 3.1.1.2 Động thái của pH liên quan đến chế độ tưới Chế độ tưới có ảnh hưởng đến diễn biến pH trong đất. Tuy nhiên, vì pH của đất nghiên cứu ở mức gần 7 nên trong quá trình thí nghiệm sự biến động là nhỏ và dao động xung quanh giá trị 7. Ở môi trường này, sự hoạt động của các VSV phân giải N và P (Bacillus, Pseudomonas, Nitrobacter, Nitrosomonas) sẽ thuận lợi và vì thế quá trình chuyển hóa N và P diễn ra mạnh cung cấp nhiều chất dinh dưỡng cho đất và cây trồng. Như vậy, ở cả hai phương pháp tưới thì giá trị pH đều có lợi cho sự sinh trưởng và phát triển của cây lúa. 14
17. Hình 3. 2 Diễn biến pH và mực nước của các chế độ tưới TNTP 3.1.2 Ảnh hưởng của chế độ tưới đến Eh và pH ở thí nghệm đồng ruộng 3.1.2.1 Ảnh hưởng của chế độ tưới đến Eh Hình 3. 3 Diễn biến Eh của các chế độ tưới ở TNĐR Chế độ nước có ảnh hưởng đến Eh trong đất. Động thái Eh của TNTP và TNĐR có sự thống nhất về diễn biến, tuy nhiên có khác nhau về độ tăng giảm. Trong thời gian ngập nước và rút cạn nước phơi đất độ giảm Eh mô hình TNTP mạnh hơn TNĐR nhưng khi cho nước ngập trở lại thì Eh ở TNTP lại tăng mạnh hơn TNĐR. 15
18. Ngoài nguyên nhân là do chế độ nước, chế độ phân bón, sự biến động của Eh còn phụ thuộc vào giai đoạn sinh trưởng của cây lúa, ở giai đoạn đẻ nhánh và làm đòng, bộ rễ lúa phát triển mạnh bài tiết chất hữu cơ (sự phân giải chất hữu cơ làm giảm Eh) vì vậy Eh ở đất trồng lúa - TNĐR tăng chậm hơn khi cho ngập nước trở lại so với không trồng lúa - TNTP. 3.1.2.2 Ảnh hưởng của chế độ tưới đến pH Hình 3. 4 Diễn biến pH của các chế độ tưới thí nghiệm đồng ruộng TNTP cũng như TNĐR, giá trị pH luôn dao động xung quanh giá trị pH = 7. Chế độ bón phân và chế độ nước có ảnh hưởng đến diễn biến pH ở giai đoạn cuối đẻ nhánh và đầu đứng cái làm đòng (giai đoạn rút nước phơi đất) nhưng theo quá trình ngập nước thì sự ảnh hưởng là không rõ rệt. 3.2 Ảnh hưởng của chế độ tưới đến hàm lượng Nitơ dễ tiêu trong đất + 3.2.1 Ảnh hưởng của chế độ tưới đến hàm lượng N-NH4 trong đất + 3.2.1.1 Ảnh hưởng của chế độ tưới đến hàm lượng N-NH4 trong đất ở mô hình thí nghiệm trong phòng 16
19. + Hình 3. 5 Diễn biến hàm lượng N-NH4 và mực nước của TNTP + Thời gian ngập nước và chế độ nước có ảnh hưởng đến lượng N-NH4 trong + đất. Thời gian ngập nước càng dài thì N-NH4 càng giảm với hằng số tương quan R² = 0,87. Khi thay đổi chế độ nước (rút nước phơi đất ở chế độ tưới + NLP) làm N-NH4 giảm (từ 3,41 ÷ 64,45%) so với chế độ tưới NTX là do: khi rút nước phơi đất (công thức tưới NLP) tạo điều kiện cho quá trình nitrate + - hóa (NH4 chuyển thành NO3 ) và hạn chế sự trương nở của khoáng sét, N- + + NH4 bị hấp phụ ở tầng giữa của khoáng sét khó linh động nên NH4 giảm. Khi + ngập nước trở lại thì N-NH4 dễ linh động, quá trình ammoni hóa xảy ra nên + lượng NH4 tăng. + 3.2.1.2 Ảnh hưởng của chế độ tưới đến hàm lượng N-NH4 trong đất ở thí nghiệm đồng ruộng Ở TNĐR ruộng tưới NLP có giai đoạn rút nước phơi ruộng đã làm giảm mạnh + lượng N-NH4 ở trong đất so với ruộng tưới NTX (từ 1,64% đến 44,33%) tùy + vào mùa vụ, tuy nhiên sự sụt giảm N-NH4 trong đất này không làm ảnh hưởng đến khả năng đáp ứng dinh dưỡng cho cây lúa. Tốc độ phân giải N trong đất ở vụ mùa cao hơn so với vụ xuân. 17
20. + Hình 3. 9 Diễn biến N-NH4 của các chế độ tưới ngoài đồng ruộng theo mùa vụ năm 2014 - 3.2.2 Ảnh hưởng của chế độ tưới đến hàm lượng N-NO3 trong đất - 3.2.2.1 Ảnh hưởng của chế độ tưới đến lượng N-NO3 trong đất ở mô hình thí nghiệm trong phòng - Hình 3. 10 Diễn biến của N-NO3 và mực nước của thí nghiệm trong phòng - Chế độ tưới có ảnh hưởng đến lượng N-NO3 trong đất. Chế độ tưới NTX làm - giảm lượng N-NO3 trong đất theo thời gian ngập nước. Chế độ tưới NLP có 18
21. - giai đoạn rút nước phơi đất đã làm tăng lượng N-NO3 trong đất (từ 2,34 ÷ 195,31%) so với tưới NTX. - 3.2.2.2 Ảnh hưởng của chế độ tưới đến hàm lượng N-NO3 trong đất ở thí nghiệm đồng ruộng - Hình 3. 15 Diễn biến N-NO3 đất của các công thức tưới ngoài đồng ruộng theo mùa vụ năm 2014 - Lượng N-NO3 trong đất chịu ảnh hưởng của chế độ nước. Trong TNĐR lượng - N-NO3 tại ruộng tưới NLP thường cao hơn so với ruộng tưới NTX; đặc biệt là giai đoạn cuối đẻ nhánh - đầu đứng cái làm đòng tiến hành rút nước phơi đất ở - ruộng tưới NLP làm lượng N-NO3 trong đất tăng lên nhanh chóng so với ruộng tưới NTX (từ 3,59% đến 182% tùy vào mùa vụ). Như vậy, tốc độ nitrate hóa ở ruộng tưới NLP có sự thay đổi đáng kể, trong khi ruộng tưới theo NTX gần như ổn định trong cả mùa vụ. Điều này chứng tỏ biện pháp tưới NLP giúp tăng tốc độ quá trình nitrate hóa. 19
22. 3.3 Ảnh hưởng của chế độ tưới đến lượng Phốt pho dễ tiêu trong đất 3.3.1 Ảnh hưởng của chế độ tưới đến lượng Phốt pho dễ tiêu trong đất ở mô hình thí nghiệm trong phòng Hình 3. 21 Diễn biến lượng Pdt đấtvà mực nước của các chế độ tưới ở TNTP Lượng Pdt trong đất chịu ảnh hưởng mạnh mẽ bởi chế độ tưới. Tưới NLP làm giảm mạnh lượng Pdt ở giai đoạn rút nước phơi ruộng, cụ thể giảm 40,46 - 3- 65,23% so với tưới NTX. Nguyên nhân của hiện tượng này là sự cố định PO4 bởi ion Fe có hóa trị 3 (Fe3+). 3.3.2 Ảnh hưởng của chế độ tưới đến lượng Phốt pho dễ tiêu trong đất ở mô hình thí nghiệm đồng ruộng Biện pháp tưới NLP làm giảm lượng Pdt trong đất từ 1,11% đến 58,40% so với tưới NTX, tùy thuộc vào mùa vụ. Tuy nhiên, lượng Pdt giảm xuống này không mất đi mà nó được cố định trong đất và được hòa tan khi đất ngập nước trở lại. 20
23. Hình 3. 24 Diễn biến Pdt đất của các công thức tưới ngoài đồng ruộng 3.4 Ảnh hưởng của chế độ tưới đến sinh trưởng và năng suất lúa 3.4.1 Ảnh hưởng của chế độ tưới đến sinh trưởng của cây lúa Kết quả nghiên cứu cho thấy, khả năng tích luỹ vật chất khô giai đoạn trỗ ở công thức tưới NTX (32,06 - 61,41 g/khóm) cao hơn tưới NLP (35,5 - 58,63 g/khóm), nhưng trọng lượng bông tại tưới NLP (7,79 - 47,83 g/khóm ) lại cao hơn NTX (8,39 - 46,38 g/khóm). Kết quả thống kê cho thấy không có sự khác biệt về khả năng tích lũy vật chất khô ở hai chế độ tưới khác nhau mức ý nghĩa 5%. Điều này chứng tỏ rằng chế độ tưới không làm ảnh hưởng đến khả năng tích lũy vật chất khô của cây lúa. 3.4.2 Ảnh hưởng của chế độ tưới đến năng suất lúa Năng suất thực tế luôn là cái đích của người sản xuất lúa. Kết quả trên cho thấy, năng suất lúa trung bình của phương pháp tưới NLP đạt 6,0 ÷ 7,0 tấn/ha và tưới NTX đạt 5,75 ÷ 6,60 tấn/ha, tùy vào mùa vụ (không khác biệt về mặt thống kê). Kết quả này cũng phù hợp với nghiên cứu của, Limeng Zhang et al (2009) [105] và Trần Thị Ngọc Huân (2010) [106]. 21
24. 3.5 Đánh giá việc áp dụng phương pháp tưới Nông lộ phơi cho lúa vùng đồng bằng sông Hồng 3.5.1 Lượng nước tưới Lượng nước tưới cho lúa ở các mùa vụ tại Phú Xuyên - Hà Nội khi áp dụng chế độ tưới NLP giảm đáng kể. Cụ thể, ở vụ mùa năm 2013 lượng nước tưới giảm từ 16,7% so với tưới NTX và vụ xuân năm 2014 lượng nước tưới giảm 25% so với tưới NTX. Kết quả thống kê lượng nước tưới cho thấy có sự khác biệt có ý nghĩa thống kê ở mức ý nghĩa 5% giữa hai chế độ tưới. Kết quả này cũng phù hợp với nghiên cứu của Nguyễn Xuân Đông (2010)[3]. 3.5.2 Chi phí sản xuất Áp dụng tưới NLP làm giảm tổng số chi phí đầu vào 5,36% - 5,77% (khoảng 1,59 triệu đồng/ha vào vụ mùa và khoảng 1,68 triệu đồng/ha vào vụ xuân), cụ thể: về giống (giảm 12,50%), phân bón (giảm 7,48% - 10,74%), thuốc BVTV (giảm 4,44% - 4,55%), chi phí tưới (giảm 14,29% - 22,22%) và công lao động giảm (5,68% - 6,78%) trong khi đầu ra thu về lại tăng 4,35% - 6,06% (khoảng 1,38 triệu đồng/ha vào vụ mùa và 2,12 triệu đồng/ha vào vụ xuân). Như vậy, nếu áp dụng tưới NLP trung bình mỗi ha người dân lãi 4,94 triệu đồng/ha đến 9,82 triệu đồng/ha tăng từ 2,97 triệu đồng lợi ích ở vụ mùa và tăng 3,86 triệu đồng lợi ích ở vụ xuân so với mô hình tưới NTX. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 1. Những kết quả đạt được trong luận án Từ kết quả nghiên cứu trong phòng thí nghiệm và ngoài đồng ruộng về ảnh hưởng của chế độ tưới tiết kiệm nước (Nông lộ phơi) đến hàm lượng N và P dễ tiêu trong đất trồng lúa vùng đồng bằng sông Hồng đã rút ra những kết luận quan trọng sau: 22
25. 1) Đất có phản ứng chua yếu đến trung tính và thế ôxy hóa khử (Eh) thấp. Khi chuyển từ trạng thái khô sang ngập nước, Eh giảm từ 250 mV xuống -255 mV và thuộc phạm vi khử rất mạnh. + 2) Đất nghiên cứu ở trạng thái khô có hàm lượng N-NH4 ở mức 2,69 mg/100g + (N dễ tiêu ở mức trung bình). Khi đất khô được cho ngập nước, lượng N-NH4 tăng mạnh, đặc biệt là sau 15 ngày ngập nước (tuần thứ hai sau ngập nước) với + + giá trị cực đại là 21,39 mg N-NH4 /100g đất. Sau giai đoạn này, lượng N-NH4 ít thay đổi, có biểu hiện giảm nhẹ, dao động từ 16,45 đến 19,96 mg/100g đất. - - Hàm lượng N-NO3 thấp và sự suy giảm N-NO3 theo thời gian ngập nước có xảy ra nhưng không đáng kể (dao động trong khoảng 1,99 - 1,13 mg/100g đất). Đất nghiên cứu có hàm lượng Pdt rất giàu. Theo thời gian ngập nước, lượng Pdt tăng mạnh và có giá trị cực đại 8,82 mg/100g đất sau 29 ngày ngập nước (sau 4 tuần ngập nước). Khi đất ngập nước lượng Pdt luôn ở mức rất giàu. Lượng Pdt tăng mạnh trong hai tuần đầu ngập nước sau đó ổn định. Tưới NTX có hàm lượng Pdt cao hơn so với tưới NLP. Tưới NLP làm giảm Pdt ở thời kì rút nước phơi ruộng (tuần 5 và 6). Tuy nhiên, trước khi kết thúc thí nghiệm tức là 2 tuần sau khi ngập nước trở lại công thức tưới NLP thì hàm lượng Pdt (đạt 7,56 mg/100g đất) tương đương so với hàm lượng Pdt tại công thức tưới NTX (7,94 mg/100g đất). Tưới NLP làm giảm mạnh lượng Pdt ở giai đoạn rút nước phơi ruộng, cụ thể giảm 40,46 - 89,8% so với tưới NTX. + 3) Hàm lượng N-NH4 ở công thức tưới NTX dao động trong khoảng 3,22 - 11,51 mg/100g đất (cao nhất ở ngày 18 sau cấy và thấp nhất ở ngày 88 sau cấy). + Đối với ruộng tưới theo công thức tưới NLP thì hàm lượng N-NH4 dao động trong khoảng 2,11 - 11,06 mg/100g đất (cao nhất ở ngày 18 sau cấy và thấp nhất ở ngày 41 sau cấy). Tưới NLP có giai đoạn rút nước phơi ruộng đã làm + giảm mạnh lượng N-NH4 ở trong đất so với tưới NTX (từ 1,64% đến 44,33%). - 4) Hàm lượng N-NO3 trong ruộng tưới NTX dao động trong khoảng 1,58 - 3,14 mg/100g đất (cao nhất ở thời điểm 4 ngày sau cấy (GĐST đầu cấy hồi xanh) và thấp nhất ở thời điểm 88 ngày sau cấy (GĐST ngậm sữa chắc xanh)). 23
26. - Công thức tưới NLP có hàm lượng N-NO3 dao động trong khoảng 1,67 - 3,44 mg/100g đất (cao nhất ở 41 ngày sau cấy (GĐST đầu đứng cái làm đòng) và - thấp nhất tại GĐST ngậm sữa chắc xanh). Hàm lượng N-NO3 trong đất chịu - ảnh hưởng của chế độ nước. Lượng N-NO3 ở cả hai công thức tưới giảm dần theo thời gian ngập nước giai đoạn từ 4 đến 25 ngày sau cấy. Hàm lượng N- - NO3 tại công thức tưới NLP thường cao hơn so với công thức tưới NTX; đặc biệt là giai đoạn cuối đẻ nhánh - đầu đứng cái làm đòng do tiến hành rút nước - phơi ruộng ở công thức tưới NLP làm lượng N-NO3 trong đất tăng lên nhanh chóng so với công thức tưới NTX (từ 3,59% đến 182% tùy vào mùa vụ). 5) Hàm lượng Pdt ở giai đoạn đầu vụ ở hai công thức tưới trong vụ mùa (17,18 - 18,01 mg/100g đất) cao hơn vụ xuân (10,86 - 12,18 mg/100g đất) nhưng đều ở mức rất giàu. Giai đoạn cuối đẻ nhánh đầu đứng cái làm đòng rút nước phơi ruộng ở ruộng tưới NLP đã làm giảm lượng Pdt trong đất xuống 2,11mg/100g đất ở vụ xuân và 1,66 mg/100g đất ở vụ mùa. Nhưng sự giảm lượng Pdt không làm ảnh hưởng đến sinh trưởng và phát triển của cây lúa. 6) Khả năng tích luỹ vật chất khô giai đoạn trỗ bông ở công thức tưới NTX (32,06 - 61,41 g/khóm) cao hơn tưới NLP (35,5 - 58,63 g/khóm), nhưng trọng lượng bông tại công thức tưới NLP (7,79 - 47,83 g/khóm ) lại cao hơn NTX (8,39 - 46,38 g/khóm). Năng suất lúa trung bình của phương pháp tưới NLP đạt 60 ÷ 70 tạ/ha và tưới NTX đạt 57 ÷ 66 tạ/ha, tùy vào mùa vụ. Thống kê cho thấy chế độ tưới không làm ảnh hưởng đến khả năng tích lũy vật chất khô và năng suất của cây lúa. 2. Kiến nghị Từ những kết quả nghiên cứu và kết luận về động thái N và P dễ tiêu trong đất khi áp dụng biện pháp tưới tiết kiệm nước, kiến nghị: - Ứng dụng biện pháp tưới này khi trồng lúa ở vùng đất nghiên cứu. - Cần có thêm những nghiên cứu theo hướng này ở những vùng đất khác. 24
27. DANH MỤC CÁC BÀI BÁO CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ LIÊN QUAN TỚI LUẬN ÁN 1. Quyen Thi Dzung, Nguyen Xuan Hai, Nguyen Huu Huan, “Water regimes and dynamics of available nitrogen in paddy soil in the red river delta, Vietnam”, Ciência e Técnica Vitivinícola Journal, Volume 31, no.11, 2016. ISSN: 0254-0223. Potugal. 2. Quyền Thị Dung, Ninh Văn Quý, Nguyễn Thị Thủy, “Nghiên cứu hiệu quả của mô hình tưới nông lộ phơi và mô hình tưới ngập thường xuyên cho lúa”, Tạp chí Khoa học và Công nghệ Đại học Thái Nguyên, 157, 12/2016. ISSN: 1859-2171. 3. Quyền Thị Dung, Nguyễn Việt Anh, Trần Thị Thu Hiền, “Đánh giá hiệu quả mô hình tưới nông lộ phơi cho lúa so với tưới ngập thường xuyên tại huyện Phú Xuyên - Hà Nội”, Tạp chí Nông nghiệp và PTNT, 21,11/2016. ISSN: 1854- 4581.