Tài liệu Biện pháp kỹ thuật giảm lượng axit hữu cơ và giảm phát thải khí nhà kính trong canh tác lúa trên đất phèn và đất phù sa tại tỉnh hậu giang.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ ---------------- NGUYỄN THỊ KIỀU BIỆN PHÁP KỸ THUẬT GIẢM LƯỢNG AXIT HỮU CƠ VÀ PHÁT THẢI KHÍ NHÀ KÍNH TRONG CANH TÁC LÚA TRÊN ĐẤT PHÈN VÀ ĐẤT PHÙ SA TẠI TỈNH HẬU GIANG LUẬN ÁN TIẾN SĨ NGÀNH KHOA HỌC ĐẤT Cần Thơ - 2017 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ ---------------- NGUYỄN THỊ KIỀU BIỆN PHÁP KỸ THUẬT GIẢM LƯỢNG AXIT HỮU CƠ VÀ PHÁT THẢI KHÍ NHÀ KÍNH TRONG CANH TÁC LÚA TRÊN ĐẤT PHÈN VÀ ĐẤT PHÙ SA TẠI TỈNH HẬU GIANG LUẬN ÁN TIẾN SĨ NGÀNH KHOA HỌC ĐẤT MÃ NGÀNH: 62-62-01-03 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS. TRẦN KIM TÍNH Cần Thơ - 2017 LỜI CẢM TẠ Xin chân thành cảm ơn sâu sắc đến: PGs.Ts. Trần Kim Tính là giáo viên hướng dẫn chính đã tận tình hướng dẫn, động viên, dành nhiều thời gian góp ý trong suốt thời gian thực hiện thí nghiệm và hướng dẫn tôi hoàn thành luận án. Chân thành biết ơn: Thầy Trần Văn Dũng, Thầy Châu Minh Khôi và Thầy Cô Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng, Trường Đại học Cần Thơ đã truyền đạt nhiều kinh nghiệm quý báu của quý thầy Cô trong việc nghiên cứu và hoàn thành luận án. Luận án của tôi sẽ không thực hiện được nếu như không có sự hỗ trợ của cháu Lê Hoàng Thơ, Nguyễn Hoàng Thuận, Nhựt, bạn Nguyễn Tấn Tài, em Phan Văn Trạng, em Ngô Thị Nhàng, anh Nguyễn Quốc Trụ và 03 hộ nông dân trồng lúa: Ông Trần Văn Dũng (xã Vĩnh Viễn A, huyện Long Mỹ), Ông Bùi Văn Tiến (xã Vị Trung, huyện Vị Thuỷ), Ông Lê Hoàng Hổ (xã Tân Long, huyện Phụng Hiệp) tỉnh Hậu Giang. Xin chân thành cám ơn quí Anh Chị Phòng thí nghiệm chuyên sâu đã phân tích mẫu thí nghiệm của đề tài và cán bộ của Bộ môn Khoa học Đất, Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng, Trường Đại học Cần Thơ. Ban Giám đốc Sở Khoa học và công nghệ, Trung tâm Thông tin và Ứng dụng KHCN Hậu Giang, anh chị em đồng nghiệp đã tạo điều kiện và giúp đỡ tôi trong suốt khóa học và hoàn thành luận án. Gia đình là nguồn động viên, là chỗ dựa tinh thần cho tôi luôn luôn ủng hộ và giúp đỡ rất nhiều để tôi vững bước trong suốt quá trình học tập và làm luận án. Các anh và các bạn học viên lớp nghiên cứu sinh Khoa Học Đất khóa 2012-2015 đã động viên giúp đỡ tôi trong suốt khóa học. Chân thành cảm ơn! Nguyễn Thị Kiều i TÓM TẮT Rơm rạ sau thu hoạch vùi trả lại cho đất lúa là cần thiết nhưng khi vùi rơm rạ tươi phân hủy ở điều kiện yếm khí gây ngộ độc cho cây lúa và gây phát thải khí CH4. Luận án được thực hiện nhằm đề xuất biện pháp kỹ thuật giảm lượng axit hữu cơ và giảm phát thải khí nhà kính trong canh tác lúa trên đất phèn và đất phù sa khi phải vùi rơm rạ lại cho đất, để hướng tới tăng lợi nhuận và giảm khí gây hiệu ứng nhà kính cho vùng trồng lúa của tỉnh Hậu Giang. Mục tiêu của luận án: (a) Khảo nghiệm lại các biện pháp để làm giảm ngộ độc cho cây lúa đã được đề xuất, khi canh tác có vùi rơm rạ phân hủy trong điều kiện yếm khí; (b) Tìm hiểu diễn biến của lượng axit hữu cơ trong dung dịch đất, lượng phát thải khí nhà kính và năng suất lúa trên đất phèn và đất phù sa, khi áp dụng các biện pháp xử lý khác nhau; (c) Nghiên cứu ảnh hưởng của các biện pháp xử lý để làm giảm khí thải nhà kính; (d) Thử nghiệm các cách xử lý ngộ độc hữu cơ mới để tăng lợi nhuận cho vùng trồng lúa của tỉnh Hậu Giang. Nghiên cứu đã thực hiện với 3 nội dung: Nội dung 1: Ảnh hưởng của vùi rơm rạ, theo dõi diễn biến của axit hữu cơ và biện pháp xử lý để giảm axit hữu cơ. Kết quả thí nghiệm cho thấy khi vùi 5 tấn/ha rơm rạ ảnh hưởng không rõ ràng đến năng suất lúa, vùi 10 tấn/ha rơm rạ giảm sinh trưởng và năng suất lúa ở tất cả các loại đất và tất cả các mùa vụ. Việc vùi 10 tấn/ha rơm rạ không phát hiện ngộ độc sắt trong tất cả các thí nghiệm. Với sự hiện diện của Fe2+ (20ppm) và pH=6, nồng độ H2S trong dung dịch đất tính được là 10-5.3M, với nồng độ thì quá thấp để phương pháp phân tích phát hiện được (0,01ppm= 0,19µM), do đó không thể dùng H2S như là một chỉ tiêu để chẩn đoán ngộ độc H2S. Ngộ độc hữu cơ do axit acetic đã làm lúa chết rất nhanh ở nồng độ 189 mgC/L, kết quả phân tích trong thí nghiệm này cho thấy lượng axit acetic trong axit hữu cơ thấp hơn nhiều so với lượng gây chết lúa và thấp hơn số liệu của một số tác giả công bố. Ngoài ra, kết quả thí nghiệm cho thấy, ngộ độc hữu cơ có thể xuất hiện ở giai đoạn đầu vụ và trước khi trổ, ngộ độc hữu cơ là một liên kết giữa axit hữu cơ, lượng oxy tiết ra từ rễ lúa, FeS là hợp chất gây nên hiện tượng 'nghẹt rễ', rễ không hô hấp được và dẫn đến chết. Bón Chelate-Ca làm giảm rõ rệt lượng axit hữu cơ và do vậy mà năng suất lúa gia tăng rõ rệt. Nội dung 2: Phát thải khí nhà kính trên ruộng lúa và biện pháp giảm thiểu. Kết quả thí nghiệm cho thấy đỉnh điểm phát thải trên cả ba loại đất thì không khác nhau, nhưng tổng lượng phát thải khí CH4 thì khác nhau. Tổng phát thải khí CH4 rất cao trên nghiệm thức vùi 10 tấn/ha rơm rạ tươi và ngập liên tục (45,3 tấn CO2eq/ha*vụ), vùi 5 tấn/ha rơm là 34,6 tấn CO2eq/ha*vụ và không vùi rơm (chỉ bón phân hóa học 100N) là 7,3 tấn CO2eq/ha*vụ. N2O phát thải rất thấp và không phát thải liên tục trong suốt thời gian canh tác, mà chỉ tập trung vào các đợt bón phân. Lượng phát thải không đáng kể so với lượng CH4 giảm được trong canh tác lúa ở vùng nghiên cứu. Biện pháp quản lý nước ngập khô xen kẽ đã giảm 30% lượng phát thải khí CH4 so với ngập liên tục và tưới ẩm giảm 70% lượng phát thải khí CH4 so với ngập liên tục. Nội dung 3: Thực hiện các thí nghiệm đồng ruộng để kiểm chứng lại các kết quả đã đề xuất. Biện pháp quản lý nước ngập khô xen kẽ (AWD) làm giảm đáng kể phát ii thải khí nhà kính, biện pháp này hiệu quả hơn và nông dân dễ áp dụng hơn, khi tưới theo chu kỳ: ngập 5cm, để 10 ngày sau, rồi tưới ngập lại 5cm. Việc áp dụng AWD gặp rất nhiều khó khăn do quản lý nước, từ đó mà việc giảm phát thải khí CH4 cho vùng đất phèn nặng, nhẹ và đất phù sa không phèn canh tác lúa vụ Hè Thu và ĐX (0,4515,11 tấn CO2eq/ha*vụ). N2O phát thải không đáng kể ở các ruộng lúa áp dụng ngập khô xen kẽ và N2O không phát thải khi đất khô và bón phân đạm. Bón Chelate-Ca và vôi sữa giúp nông dân gia tăng lợi nhuận đáng kể và biện pháp này có ưu thế hơn hẳn các biện pháp đã được khuyến cáo. Từ khóa: Đất phèn, đất phù sa, ngộ độc hữu cơ, axit hữu cơ, phát thải KNK, ngập khô xen kẽ (AWD), vùi rơm, CH4, N2O. iii ABSTRACT Rice straw incorporation into the paddy after harvesting is essential, but fresh rice straw incorporation which decays in anaerobic condition, causes toxic substrates to rice and CH4 gas emission. Thesis was conducted to investigate propose technical measures in reducing organic acid and greenhouse gas emission in rice cultivation on acid sulphate soil and alluvial soil when burying straw back into the field, to increase profits and reduce greenhouse gas emission for the rice cultivation area of Hau Giang Province. Objectives of thesis: (a) Re-test the proposed measures of reducing rice toxicity, when cultivating with decomposed buried straw in reduduced condition; (b) Learn about the occurring of organic acid in soil solution, green house gas emission and rice productivity on acid sulphate soil and alluvial soil, when applying various measures; (c) Research the impacts of measures in order to reduce greenhouse gas emission; (d) Test new treatments help to reduce organic toxicity of rice in order to raise profit for the rice cultivation area of Hau Giang. The thesis studied 3 contents. Study 1: The effect of straw burying, monitoring organic acid and way of treatment for reducing organic acid. The results showed that burying 5 tons/ha of straw unobviously impacted on rice productivity; burying 10 tons/ha of straw reduced rice growth and productivity at all types of soil and all crops. Burying 10 tons/ha of straw did not discover iron poison in all of experiments. With the presence of Fe 2+ (20 ppm) và with pH = 6, H2S concentration in soil solution calculated was 10-5.3M, with concentration, it was so low for the analysis method to discover (0.01ppm= 0.19µM), so, H2S cannot be used a an indicator to diagnose H2S poison. Organic poison caused by acid acetic made rice die very fast at concentration of 189 mgC/L; the analysis results in this experiment showed that the volume of acic acetic in organic acid was much lower than the volume caused death of rice and lower than the data announced by some authors. Besides, the experiment results showed that organic poison might appear at the beginning crop period and before flowering; organic poison was a link between organic acid and oxygence generated from rice root, FeS was a compound that caused phenomenon of “root obstruction“, root could not breathe and resulting in death. Chelate-Ca organic fertilizer was to reduce organic acid volume and greenhouse gas emission. Study 2: Greenhouse gas emission on rice field and ways to reduce emission. The results showed that the peak of emission on three types of soil was not different, but total CH4 emission volume was different. Total CH4 emission volume was very high at the treatment of burying 10 tons/ha of fresh straw and uninterrupted flooded (45.3 tons of CO2eq/ha*crop), burying 5 tons/ha of straw reached 34.6 tons of CO2eq/ha*crop and without burying straw (only 100N chemical fertilizer was used) reached 7.3 tons of CO2eq/ha*crop. N2O emission was very low and did not emit continuosly during the cultivation period, but only focusing on the fertilizing stages. The emission volume was insignificant in comparison with CH4 reduced in cultivating rice at the studied areas. The alternate flooded and dry water management method reduced 30% of CH4 emission volume in comparison with uninterrupted flooded method and wet watering method reduced 70% of CH4 emission volume in comparison with uninterrupted flooded method. iv Study 3: The field experiments were carried out to test the proposed results. The results showed that effect of water management method (AWD) reduces the importance of greenhouse gas emissions, can be achieved and easier to use, when cyclical irrigation: flooded 5cm, after 10 days, and irrigated 5cm . The application of AWD greatly hinders water management, thereby reducing CH4 emission volume for the areas with serious and light acid sulphate soils and non-acid sulphate alluvial soil in Summer-autumn and Winter-spring crops (0.45 – 15.11 tons of CO2eq/ha*crop) when cultivating rice on field. N2O emissions are negligible in those who apply intermittent oil sprays and N2O does not emit when the AWD and fertilized with nitrogen. Applying liquid CaO and Chelate-Ca organic fertilizer helps farmers increase their profitability and this approach is superior to the proposed measures. Keywords: acid sulphate soil, alluvial soil, organic toxic, organic axit, GHG emission, AWD, rice straw incorporation, CH4, NO2. v CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu “Biện pháp kỹ thuật giảm lượng axit hữu cơ và giảm phát thải khí nhà kính trong canh tác lúa trên đất phèn và đất phù sa tại tỉnh Hậu Giang” được thực hiện bởi chính bản thân nghiên cứu sinh Nguyễn Thị Kiều với sự hướng dẫn của PGs.Ts. Trần Kim Tính. Các số liệu, kết quả nêu trong luận án là trung thực và chưa ai công bố trong bất kỳ công trình nào. Tác giả luận án Nguyễn Thị Kiều vi MỤC LỤC Tran g Lời cám ơn i v i i v i i i i x Tóm tắt Abstract Trang cam kết kết quả Mục lục xi x i i i x v x v i i Danh sach bảng Danh sách hình Danh mục từ viết tắt Các ký tự hóa học CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 1.1 Tính cấp thiết của đề tài 1.2 Mục tiêu của đề tài 1.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 1.4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 1.5 Những đóng góp mới của luận án CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.1 Đặc điểm thổ nhưỡng của tỉnh Hậu Giang 2.2 Phân bố mưa và hiện trạng thủy lợi 1 1 3 3 4 5 6 6 6 2.2.1 Đặc điểm khí hậu 6 2.2.2 Nguồn nước 7 2.2.3 Thủy văn 7 2.3 Hiện trạng cây trồng trong tỉnh 2.4 Hiện trạng ảnh hưởng biến đổi khí hậu tại Hậu Giang vii 8 9 2.5 Môi trường canh tác lúa ở điều kiện yếm khí 11 2.5.1 Tiến trình khử trong đất lúa ngập nước 11 2.5.2 Hoạt động của vi sinh vật 13 2.6 Các trường hợp dẫn đến ngộ độc cho cây lúa 18 2.6.1 Độ dẫn điện cao (EC: Electric Conductivity) 18 2.6.2 Axit hữu cơ 19 2.6.3 pH thấp, Fe, Al 20 2.6.4 Ngộ độc H2S 23 2.6.5 Thế oxy hóa khử (Eh) của dung dịch đất 24 2.6.6 Ngộ độc hữu cơ 24 2.7 Khí nhà kính và canh tác lúa phát thải khí gây hiệu ứng nhà kính 28 2.7.1 Sự phát thải khí Mêtan (CH4) từ ruộng lúa 29 2.7.2 Sự phát thải khí nitrous oxide (N2O) từ ruộng lúa 32 2.7.3 Các chiến lược và giải pháp làm giảm phát thải khí nhà kính từ ruộng lúa 33 2.8 Các biện pháp kỹ thuật và hiệu quả đã được nông dân áp dụng để khắc phục ngộ độc hữu cơ lúa 37 2.8.1 Thời gian nghỉ giữa 2 vụ 37 2.8.2 Xử lý rơm rạ đầu vụ bằng chế phẩm nấm Trichoderma sp. 37 2.8.3 Bón lót phân lân 38 2.8.4 Bón lót vôi (CaCO3) 39 2.8.5 Biện pháp rút nước 39 2.8.6 Giống chống chịu ngộ độc hữu cơ 40 CHƯƠNG 3: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3.1 Cách tiếp cận nghiên cứu 3.2 Vật liệu nghiên cứu 41 41 44 3.2.1 Đất thí nghiệm 44 3.2.2 Địa điểm nghiên cứu 44 3.3 Nội dung và phương pháp nghiên cứu 44 3.3.1 Thí nghiệm 1: Ảnh hưởng của lượng rơm vùi và các giải pháp kỹ thuật xử lý đầu 45 vụ để làm giảm ngộ độc hữu cơ (3 loại đất) 3.3.2 Thí nghiệm 2: Ảnh hưởng của xử lý nấm Tricoderma và thời gian nghỉ giữa 2 vụ 48 để làm giảm ngộ độc hữu cơ (3 loại đất) 3.3.3 Thí nghiệm 3: Ảnh hưởng của vùi rơm, axit acetic và SO4 đến lượng axit hữu cơ 50 trong dung dịch đất, H2S và khí nhà kính CH4, N2O phát thải trên đất trồng lúa trong viii chậu 3.3.4 Thí nghiệm 4: Ảnh hưởng của lượng rơm, chất hữu cơ và lượng đạm đến sự phát 55 thải khí CH4 3.3.5 Thí nghiệm 5: Ảnh hưởng của vùi rơm rạ tươi và các biện pháp tránh ngộ độc hữu cơ đến lượng phát thải khí nhà kính CH4, N2O lên năng suất trồng ngoài đồng vụ lúa 57 Đông Xuân (2014-2015). 3.3.6 Thí nghiệm 6: Thực hiện mô hình trình diễn ảnh hưởng của vùi rơm rạ và các biện pháp tránh ngộ độc hữu cơ đến lượng phát thải khí CH4, N2O lên năng suất trồng ngoài 60 đồng trên ruộng của dân vụ lúa Hè Thu năm 2015. 3.3.7 Thí nghiệm 7: Diễn biến của chất hữu cơ trong dung dịch đất khi áp dụng các biện 61 pháp xử lý để làm giảm ngộ độc hữu cơ 3.4 Đặc điểm khí hậu vùng nghiên cứu 3.5 Phương pháp phân tích và xử lý số liệu 64 64 3.4.1 Phương pháp phân tích 64 3.5.2 Phương pháp xử lý số liệu 64 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN A4. KẾT QUẢ 4AI: Nội dung I: Ảnh hưởng của vùi rơm rạ, diễn biến của axit hữu cơ và cách xử lý để giảm axit hữu cơ trong đất trồng lúa 4AI.1 Diễn biến của Fe, pH và H2S 65 65 65 65 4AI.2 Diễn biến của tổng chất hữu cơ hoà tan (axit hữu cơ + chất hữu cơ không axit) 66 trong dung dịch đất 4AI.3 Diễn biến của axit hữu cơ trong dung dịch đất 69 4AI.4 Diễn biến của chất hữu cơ không axit trong dung dịch đất 70 4AI.5 Diễn biến của tỷ lệ axit hữu cơ/chất hữu cơ không axit 72 4AII: Nội dung II. Phát thải khí gây ảnh hưởng nhà kính trong canh tác lúa và các phương pháp giảm thiểu 74 4AII.1 Tiềm năng phát thải khí CH4 74 4AII.2 Chất hữu cơ và phát thải 74 4AII.3 Bón phân khoáng và phát thải 75 4AII.4 Quản lý nước trong canh tác lúa và phát thải 76 4AII.5 Phát thải khí N2O trong canh tác lúa 77 4AII.6 Canh tác lúa và phát thải khí CH4 và N2O 79 4AII.6.1 Ảnh hưởng của các yếu tố giảm ngộ độc hữu cơ lên phát thải khí CH4 trên đất 79 phèn nặng trồng lúa ngoài đồng vụ Đông Xuân (2014-2015) và Hè Thu (2015) ix 4AII.6.2 Ảnh hưởng của các yếu tố giảm ngộ độc hữu cơ lên phát thải khí CH4 trên đất 79 phèn nhẹ trồng lúa ngoài đồng vụ Đông Xuân (2014-2015) và Hè Thu (2015) 4AII.6.3 Ảnh hưởng của các yếu tố giảm ngộ độc hữu cơ lên phát thải khí CH4 trên đất 79 phù sa không phèn trồng lúa vụ Đông Xuân (2014-2015) và Hè Thu (2015) 4AII.6.4 Phát thải khí N2O trên đất phù sa không phèn 81 4AII.6.5 Tổng lượng khí thải giảm so với đối chứng canh tác lúa ngoài đồng vụ ĐX và 82 HT khi vùi 10 tấn/ha rơm rạ 4AIII: Nội dung III: Các thí nghiệm đồng ruộng để kiểm chứng lại các kết quả đã đề xuất 84 4AIII.1 Ảnh hưởng của các biện pháp xử lý để giảm thiểu ngộ độc hữu cơ đến sinh 84 trưởng và năng suất của lúa trong điều kiện có vùi 10 tấn rơm rạ tươi 4AIII.1.1 Trên đất phù sa không phèn 84 4AIII.1.2 Trên đất phèn nhẹ 87 4AIII.1.3 Trên đất phèn nặng 90 4AIII.2 Ảnh hưởng các giải pháp xử lý rơm rạ và bón lót để giảm ngộ độc hữu cơ 93 4AIII.2.1 Đất phù sa không phèn 93 4AIII.2.2 Trên đất phèn nhẹ 94 4AIII.2.3 Trên đất phèn nặng 96 4AIII.3 Ảnh hưởng của xử lý chế phẩm nấm Trico-LV và thời gian nghỉ giữa 2 vụ để 97 làm giảm ngộ độc hữu cơ 4AIII.3.1 Đất phù sa không phèn 97 4AIII.3.2 Trên đất phèn nhẹ 99 4AIII.3.3 Trên đất phèn nặng 100 4AII.4 Các giải pháp mới được đề xuất trong nghiên cứu này (Quản lý nước (ngập khô 101 xen kẽ), bón chelate-Ca và bón vôi sữa) trên đất có vùi 10 tấn rơm rạ cho 1 ha 4AIII.4.1 Trên đất phù sa không phèn 101 4AIII.4.2 Trên đất phèn nhẹ 103 4AIII.4.3 Trên đất phèn nặng 105 4AIII.5 Hiệu quả kinh tế (HQKT)1 của các biện pháp hạn chế ngộ độc hữu cơ thực hiện 108 thí nghiệm diện rộng Hè Thu 2015 4AIII.5.1 Trên đất phù sa không phèn 108 4AIII.5.2 Trên đất phèn nhẹ 108 4AIII.5.3 Trên đất phèn nặng 109 x B4. THẢO LUẬN 110 4B.1 Diễn biến chất hữu trong dung dịch đất 110 4B.2 Sự thay đổi Fe2+, Eh và H2S trong dung dịch đất 114 4B.3 Ngộ độc hữu cơ trên cây lúa ngập nước 116 4B.4 Phân biệt ngộ độc hữu cơ và H2S/FeS 118 4B.5 Vùi rơm và các biện pháp xử lý đầu vụ ảnh hưởng đến năng xuất lúa 121 4B.6 Phát thải khí gây hiệu ứng nhà kính trên ruộng lúa và các biện pháp làm giảm thiểu 121 4B.7 1P5G-giảm phát thải - giảm ngộ độc hữu cơ 127 CHƯƠNG 5: CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 5.1 Kết luận 129 129 5.1.1 Ngộ độc cho cây lúa và khí thải 129 5.1.2 Hiệu quả kinh tế mang lại khi áp dụng các biện pháp giảm ngộ độc hữu cơ và 130 lượng khí phát thải cắt giảm được 5.2 Đề nghị 130 Tài liệu tham khảo 132 PHỤ LỤC: Quy trình sản xuất lúa một phải sáu giảm Phụ chương 2 Phụ chương 3 Phụ chương 4 : Hiệu quả kinh tế xi DANH SÁCH HÌNH Hình 2.1. Quy trình phân hủy yếm khí hợp chất hữu cơ 16 Hình 2.2: Các quá trình ảnh hưởng đến sự chuyển hóa carbon trong đất 17 Hình 2.3: Sự hình thành khí CH4 và khí N2O trên ruộng lúa 31 Hình 3.1 Các bước nghiên cứu luận án 44 Hình 3.2: Bố trí thí nghiệm trên đồng ruộng (thí nghiệm 1) 47 Hình 3.3: Bố trí thí nghiệm trên đồng ruộng (thí nghiệm 2) 50 Hình 3. 1: Dụng cụ thu mẫu khí thải (trái); Bố trí thí nghiệm nhà lưới (phải) (thí 55 nghiệm 3) Hình 3. 2: Thí nghiệm và thu mẫu khí thải ngoài đồng (Thí nghiệm 4) 56 Hình 3.6: Chuẩn bị thí nghiệm ngoài đồng (trái); lúa được 30 NSS (phải) thí nghiệm 59 5,6 Hình 3.7: Hút dung dịch mẫu và bố trí thí nghiệm nhà lưới (thí nghiệm 7) 64 Hình 4.1: Diễn biến của Fe trong dung đất sau 10 tuần ngập nước trồng lúa 65 Hình 4.2: Diễn biến của pH sau 10 tuần ngập nước 67 Hình 4. 3: Diễn biến của tổng chất hữu cơ hoà tan trong dung dịch đất của ba loại đất; (a): đất phù sa không phèn; (b): đất phèn nhẹ và (c): đất phèn nặng 68 Hình 4. 4: Diễn biến của axit hữu cơ hòa tan trong dung dịch của ba loại đất; (a): đất phù sa không phèn; (b): đất phèn nhẹ và (c): đất phèn nặng 69 Hình 4. 5: Diễn biến của axit hữu cơ hòa tan trong dung dịch của ba loại đất; (a): đất phù sa không phèn; (b): đất phèn nhẹ và (c): đất phèn nặng 71 Hình 4.6: Diễn biến của tỷ số axit hữu cơ/chất hữu cơ không axit trong dung dịch 73 của ba loại đất; (a): đất phù sa không phèn; (b): đất phèn nhẹ và (c): đất phèn nặng Hình 4. 7: Tốc độ phát thải của 3 loại đất (đất phèn nhẹ, đất phù sa không phèn và đất phèn nặng có tầng sulfuric ở độ sâu 56cm) 74 Hình 4. 8: Tốc độ phát thải khí CH4 khi vùi rơm và bón Gypsum 75 Hình 4. 9: Tốc độ phát thải trung bình của 3 nghiệm thức trên 3 loại đất. 76 Hình 4.10: Phát thải N2O ở nghiệm thức ngập liên tục, vụ Hè Thu, trồng lúa trong 78 chậu, các màu khác nhau chỉ 3 lần lặp lại Hình 4.11: Phát thải N2O ở nghiệm thức ngập khô xen kẽ, vụ Hè Thu, trồng lúa 78 trong chậu, các màu khác nhau chỉ 3 lần lặp lại Hình 4.12: Phát thải N2O ở nghiệm thức tưới ẩm, vụ Hè Thu, trồng lúa trong chậu, các màu khác nhau chỉ 3 lần lặp lại 78 Hình 4. 13: Tổng lượng phát thải khí CH4 ở các nghiệm thức trong vụ Đông Xuân 79 xii (a) và Hè Thu (b) trên đất phèn nặng canh tác lúa 3 vụ Hình 4. 14: Tổng lượng phát thải khí CH4 ở các nghiệm thức trong vụ Đông Xuân (a) và Hè Thu (b) trên đất phèn nhẹ canh tác lúa 3 vụ 80 Hình 4. 15: Tổng lượng phát thải khí CH4 ở các nghiệm thức trong vụ Đông Xuân (a) và Hè Thu (b) trên đất phù sa không phèn canh tác lúa vụ 3 81 Hình 4.16: Phát thải khí N2O vụ Đông Xuân trên đất phù sa không phèn canh tác lúa vụ 3 82 Hình 4. 17: Phát thải khí N2O vụ Hè Thu trên đất phù sa không phèn canh tác lúa 82 vụ 3 118 Hình 4. 168: Quan sát rễ lúa ở hai giai đoạn Hình 4. 19: Lưu đồ cho thấy trình tự phân hủy chất hữu cơ và sự hình thành CH4, 120 H2S và FeS trong đất lúa ngập lúa nước (Jacq, 1992) Hình 4. 20: Mực nước đo được ở các chậu quản lý nước, tưới sau mỗi 10 ngày, 0: 124 chỉ mặt đất. Số liệu – 10 chỉ nước rút sâu trong đất Hình 4. 17: Phát thải ở 2 vị trí trên cùng một ruộng (mg/CH4/m2*giờ), áp dụng ngập 124 khô xen kẽ Hình 4. 182: Phát thải N2O ở nghiệm thức ngập liên tục, có và không có vùi rơm 126 (Zucong Cai et al., 2001) xiii DANH SÁCH BẢNG Bảng 2. 1: Diện tích, năng suất và sản lượng lúa của tỉnh Hậu Giang (2012– 2016) Bảng 2.2: Nguồn Carbon để vi khuẩn tạo thành CH4 8 15 Bảng 2. 3: Một số yếu tố chính trong đất tương quan với ngộ độc hữu cơ trên cây lúa 27 Bảng 2.4: Diện tích lúa bị nhiễm ngộ độc hữu cơ của tỉnh Hậu Giang từ năm (2010-2016) 28 Bảng 2.5: Diện tích lúa bị nhiễm ngộ độc hữu cơ của vùng Đồng bằng sông Cửu Long 28 Bảng 2.4: Phát thải khí CH4 từ các loại đất khác nhau trong MRD 31 Bảng 2.5: Phát thải khí N2O từ các loại đất trong MRD 33 Bảng 4. 1: Tổng lượng khí thải giảm canh tác lúa ngoài đồng vụ ĐX và HT khi vùi 10 tấn/ha rơm rạ phân hủy ở điều kiện yếm khí 83 Bảng 4. 2: Ảnh hưởng của các nhân tố thí nghiệm lên số chồi cây lúa trồng trong chậu đất với phù sa không phèn 84 Bảng 4. 3: Ảnh hưởng của các nhân tố thí nghiệm lên chiều cao cây lúa trồng trong chậu với đất phù sa không phèn 85 Bảng 4. 4: Ảnh hưởng của nhân tố thí nghiệm đến thành phần năng suất và năng suất lúa trồng trên đất phù sa không phèn trong chậu 86 Bảng 4. 5: Ảnh hưởng của nhân tố thí nghiệm lên số chồi cây lúa trồng trên đất phèn nhẹ trong chậu 87 Bảng 4. 6: Ảnh hưởng của nhân tố thí nghiệm lên chiều cao cây lúa trồng trên đất phèn nhẹ trong chậu 88 Bảng 4. 7: Ảnh hưởng của nhân tố thí nghiệm đến thành phần năng suất và năng suất lúa trồng trên đất phèn nhẹ trong chậu 89 Bảng 4. 8: Ảnh hưởng của nhân tố thí nghiệm lên số chồi cây lúa trồng trên đất phèn nặng trong chậu (số chồi/chậu). 90 Bảng 4. 9: Ảnh hưởng của nhân tố thí nghiệm lên chiều cao cây lúa trồng trên đất phèn nặng trong chậu 91 Bảng 4. 10: Ảnh hưởng của nhân tố thí nghiệm đến thành phần năng suất và năng suất lúa trồng trên đất phèn nặng trong chậu 92 Bảng 4. 11: Kết quả về năng suất (NS) và hiệu quả kinh tế (HQKT) của việc vùi rơm rạ và các giải pháp xử lý đất đầu vụ để giảm ngộ độc hữu cơ trên đất lúa 3 vụ của vùng đất phù sa không phèn 94 Bảng 4. 12: Kết quả về năng suất (NS) và hiệu quả kinh tế (HQKT) của việc vùi rơm rạ và các giải pháp xử lý đất đầu vụ để giảm ngộ độc hữu cơ trên đất lúa 3 vụ của vùng đất phèn 95 nhẹ Bảng 4. 13: Kết quả về năng suất (NS) và hiệu quả kinh tế (HQKT) của việc vùi rơm rạ và 97 xiv các giải pháp xử lý đất đầu vụ để giảm ngộ độc hữu cơ trên đất lúa 3 vụ của vùng đất phèn nặng. Bảng 4. 14: Kết quả về năng suất và hiệu quả kinh tế của việc xử lý chế phẩm nấm Trico-LV và thời gian nghỉ giữa 2 vụ để làm giảm ngộ độc hữu cơ trên đất lúa 3 vụ của vùng đất phù sa 98 không phèn Bảng 4. 15: Kết quả về năng suất và hiệu quả kinh tế của việc xử lý chế phẩm nấm Trico-LV và thời gian nghỉ giữa 2 vụ để làm giảm ngộ độc hữu cơ trên đất lúa 3 vụ của vùng đất phèn 99 nhẹ Bảng 4. 16: Kết quả về năng suất và hiệu quả kinh tế của việc xử lý chế phẩm nấm Trico-LV và thời gian nghỉ giữa 2 vụ để làm giảm ngộ độc hữu cơ trên đất lúa 3 vụ của vùng đất phèn 100 nặng. Bảng 4. 17: Số chồi của các nghiệm thức, lúa trồng trên đất phù sa không phèn ngoài đồng 102 vụ ĐX (2014-2015) Bảng 4. 18: Kết quả thành phần năng suất và năng suất của các nghiệm thức, lúa trồng trên 103 đất phù sa không phèn ngoài đồng vụ ĐX (2014-2015) Bảng 4. 19: Số chồi của các nghiệm thức trên đất phèn nhẹ, lúa trồng ngoài đồng vụ ĐX 104 (2014-2015) Bảng 4. 20: Chiều cao cây của các nghiệm thức, lúa trồng trên đất phù sa không phèn ngoài 104 đồng vụ ĐX (2014-2015) Bảng 4. 21: Kết quả thành phần năng suất và năng suất của các nghiệm thức, lúa trồng trên 105 đất phèn nhẹ ngoài đồng vụ ĐX (2014-2015) Bảng 4. 22: Số chồi của các nghiệm thức, lúa trồng trên đất phèn nặng ngoài đồng vụ ĐX 106 (2014-2015) Bảng 4. 23: Chiều cao cây của các nghiệm thức, lúa trồng trên đất phèn nặng ngoài đồng vụ 106 ĐX (2014-2015) Bảng 4. 24: Kết quả thành phần năng suất và năng suất của các nghiệm thức, lúa trồng trên 107 đất phèn nặng ngoài đồng vụ ĐX 2014-2015 Bảng 4. 25: Hiệu quả kinh tế (1ha), trên các nghiệm thức xử lý đầu vụ để giảm ngộ độc hữu 108 cơ trên đất phù sa không phèn, vụ Hè Thu 2015 Bảng 4. 26: Hiệu quả kinh tế (1ha), trên các nghiệm thức xử lý đầu vụ để giảm ngộ độc hữu 109 cơ trên đất phèn nhẹ, vụ Hè Thu 2015 Bảng 4. 27: Hiệu quả kinh tế (1ha), trên các nghiệm thức xử lý đầu vụ để giảm ngộ độc hữu 109 cơ trên đất phèn nặng, vụ Hè Thu 2015 Bảng 4. 28: Liều lượng vôi (CaO) cần trung hòa lượng axit hữu cơ hòa tan xv 111 KÝ TỰ VIẾT TẮT Ký hiệu Tiếng Anh Tiếng việt ANOVA Analysis of variance Phân tích phương sai AWD BĐKH BOD CHC COD CV C/N DOC ĐBSCL EC HT ĐX GHG IPM Alternate Wetting and Dry Biochemical Oxygen Demand Chemical Oxygen Demand Coefficient of variation Dissolved Organic carbon Electric conductivity Green House Gas Intergrate Pest Managerment KNK LSD MHA MRD NSLT NSTT NT NSS OC TSKS TTKS TCVN TDS TOC TĐ TB VSV Green House Gas Least significant difference Mobile humic axit Mekong River Delta Organic carbon Total Dissolved Solids Total Organic Carbon - Tưới ngập khô xen kẽ Biến đổi khí hậu Nhu cầu Oxy sinh học Chất hưu cơ Nhu cầu Oxy hóa học Hệ số biến thiên Tỉ lệ Carbon/nitơ Hàm lượng Carbon hoà tan Đồng Bằng Sông Cửu Long Độ dẫn điện Hè Thu Đông Xuân Khí nhà kính Quản lý dịch hại tổng hợp Khí nhà kính Khác biệt nhỏ nhất có ý nghĩa Đồng bằng sông Cửu Long Năng suất lý thuyết Năng suất thực tế Nghiệm thức Ngày sau sạ Cacbon hữu cơ Tuần sau khi sạ Tuần trước khi gieo Tiêu chuẩn Việt Nam Tổng chất rắn hòa tan Tổng Carbon hữu cơ Thu Đông Trung bình Vi sinh vật xvi CÁC KÝ HIỆU HÓA HỌC CO2 CH4 CO2eq H2 S K KCl K2 O N N2 N2 O NH4+ Cacbonic Methan CO2 equivalents Hydro sunphua Kali Kali clorua Kali oxit Đạm (Nitrogen) Khía Nitơ Nitrous oxide Ammonium xvii CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU 1.1 Tính cấp thiết của đề tài Đốt đồng là hình ảnh quen thuộc của bao thế hệ nông dân ở các vùng trồng lúa ở nước ta. Việc thâm canh tăng vụ ngày càng hiệu quả, thì việc đốt đồng càng bộc lộ rõ những tác động không tốt cho tài nguyên đất, nguồn nước, sức khỏe cộng đồng nông thôn và cả khí hậu toàn cầu khi mà số lần đốt đồng tăng lên theo mùa vụ do lượng rơm rạ tăng lên khi năng suất tăng. Ở Đồng bằng sông Cửu Long sau khi thu hoạch mỗi vụ lúa, vụ Đông Xuân hơn 70%, 50% vụ Hè Thu và 30 % vụ Thu Đông nông dân đốt đồng để xuống giống cho vụ tiếp theo. Đối với mùa vụ thường không đốt đồng như vụ Hè Thu và Thu Đông và một số nơi đất vùng trũng của một số tỉnh của vùng ĐBSCL như Long An, Trà ôn (Vĩnh Long) và Hậu Giang nông dân không thể đốt đồng được, thì lượng rơm rạ phải cày vùi trở lại đất. Nếu vùi rơm rạ trở lại đất, thì vùi rơm rạ ở điều kiện yếm khí sẽ gây ảnh hưởng đến đặc tính hóa, lý, sinh học đất, và làm cây lúa kém sinh trưởng, phát triển (do ngộ độc hữu cơ) thì hàng năm thì vùng trồng lúa vùng Đồng bằng sông Cửu Long ngộ độc hữu cơ lúa xảy ra hơn 12.209 ha từ năm 2013 đến 5 tháng đầu năm 2016 và ngộ độc hữu cơ xảy ra ở tất cả các vụ (Trung tâm Bảo vệ thực vật phía Nam). Riêng tại Hậu Giang, theo số liệu báo cáo hàng năm của Chi cục Bảo vệ thực vật Hậu Giang thì từ năm 2010 đến năm 2015 thì 5.142 ha, năm 2015 diện tích bị ngộ độc hữu cơ cao nhất là 1.921 ha. Hiện tượng ngộ độc hữu cơ không phải lúc nào cũng xảy ra, trong nghiên cứu của Nguyễn Thị Kiều (2012) cho thấy khi áp dụng biện pháp vùi rơm và gốc rạ vào đất nếu không có biện pháp ngăn ngừa ngộ độc hữu cơ làm ảnh hưởng đến thành phần năng suất và năng suất cho lúa 3 vụ/năm. Đồng thời, có vụ lúa và loại đất bị ngộ độc hữu cơ nhưng có vụ lúa và loại đất không bị ngộ độc hữu cơ. Ngộ độc hữu cơ là hiện tượng tổng quát trong đó có thể: (1) axit hữu cơ là chất gây độc trực tiếp (2) sự hiện diện của chất hữu cơ là cơ chất tốt cho vi sinh vật hoạt động mạnh đưa đến hậu quả là rễ lúa bị độc do sự hiện diện của sắt (Fe2+) cao và do phản ứng khử mạnh nên sinh ra H2S gây ngộ độc. Do cơ chế gây ngộ độc chưa được hiểu rõ nên rất khó giải thích tại sao có đất bị ngộ độc hữu cơ nhưng có đất không bị ngộ độc hữu cơ. Đất phèn bị ngộ độc hữu cơ nhiều hơn so với đất phù sa do trong đất có sắt và SO4 2- dễ bị khử, khử mạnh sinh ra H2S. Trên cùng một loại đất có ruộng lúa bị ngộ độc hữu cơ nhưng có ruộng lúa không bị ngộ độc hữu, khi bổ sung thêm lượng hữu cơ (10-20 tấn/ha, gấp đôi lượng rơm rạ có được trong một vụ) ruộng lúa không bị ngộ độc hữu cơ). Bên cạnh đó, tiềm năng làm nóng lên của trái đất từ hệ thống lúa nước (Oryza sativa) cao gấp 4 lần so với lúa mì hoặc bắp. Trung bình hệ thống lúa nước phát thải 100kg CH4-C/ha*vụ tương đương với 89% của tiềm năng ấm lên của trái đất trong hệ thống nông nghiệp (Linquist et al., 2012). Do đó, mọi nổ lực làm giảm tiềm năng ấm 1