Tài liệu Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ tưới đến hàm lượng n, p dễ tiêu trong đất trồng lúa huyện phú xuyên, hà nội

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ------------***------------ Nguyễn Thị Huyền NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ TƯỚI ĐẾN HÀM LƯỢNG NITƠ, PHỐT PHO DỄ TIÊU TRONG ĐẤT TRỒNG LÚA HUYỆN PHÚ XUYÊN, HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội – 2014 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ------------***------------ Nguyễn Thị Huyền NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ TƯỚI ĐẾN HÀM LƯỢNG NITƠ, PHỐT PHO DỄ TIÊU TRONG ĐẤT TRỒNG LÚA HUYỆN PHÚ XUYÊN, HÀ NỘI. Chuyên ngành: Khoa học môi trường Mã số: 60440301 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Người hướng dẫn khoa học: TS. Nguyễn Ngân Hà Hà Nội – 2014 LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành khóa luận này, em muốn gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất đến TS. Nguyễn Ngân Hà người đã tận tình hướng dẫn, truyền đạt cho em những kiến thức quý báu trong suốt quá trình thực hiện luận văn. Em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới PGS.TSKH Nguyễn Xuân Hải đã giúp đỡ em trong suốt quá trình tìm hiểu đề tài và phương pháp nghiên cứu luận văn. Ngoài ra em còn nhận được sự giúp đỡ, chỉ bảo tận tình của TS. Văn Huy Hải và NCS Quyền Thị Dung – Trường Đại học Thủy lợi Hà Nội để hoàn thành luận văn này. Em cũng xin gửi lời cảm ơn tới các thầy cô giáo Khoa môi trường, trường Đại học Khoa học tự nhiên – Đại học Quốc Gia Hà Nội đã tận tình giảng dạy, chỉ bảo cho em trong suốt thời gian học tập tại trường. Xin cảm ơn đến tất cả bạn bè, người thân trong gia đình đã động viên, tạo điều kiện về mặt vật chất, tinh thần cho em hoàn thành luận văn này. Với lòng biết ơn sâu sắc, em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ quý báu đó! Hà Nội, tháng 11 - 2014 Học viên Nguyễn Thị Huyền MỤC LỤC MỞ ĐẦU .............................................................................................................................. 1 1. Tính cấp thiết của đề tài ....................................................................................... 1 2. Mục đích nghiên cứu ........................................................................................... 2 3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài .............................................................. 2 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU........................................................................... 3 1.1. Tổng quan về tình hình tưới cho lúa trên thế giới và Việt Nam ......................... 3 1.1.1. Tổng quan về tình hình tưới cho lúa trên thế giới ........................................... 3 1.1.2. Tổng quan về tình hình tưới cho lúa tại Việt Nam .......................................... 4 1.2. Khái quát về phương pháp tưới truyền thống và tưới tiết kiệm .......................... 4 1.2.1. Phương pháp tưới truyền thống ...................................................................... 4 1.2.2. Phương pháp tưới tiết kiệm – Tưới nông lộ phơi (NLP) ................................. 5 1.3. Tình hình nghiên cứu tưới tiết kiệm cho lúa trên thế giới và Việt Nam ............. 7 1.3.1. Tình hình nghiên cứu tưới tiết kiệm cho lúa trên thế giới ............................... 7 1.3.2. Tình hình nghiên cứu tưới tiết kiệm cho lúa tại Việt Nam ............................ 11 1.4. Tình hình nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ nước đến chuyển hóa N, P dễ tiêu trên thế giới và Việt Nam ...................................................................................... 16 1.4.1. Tình hình nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ nước đến chuyển hóa N, P dễ tiêu trên thế giới .................................................................................................... 16 1.4.2. Tình hình nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ nước đến chuyển hóa N, P dễ tiêu tại Việt Nam ................................................................................................... 17 1.5. Nhu cầu dinh dưỡng Nitơ, Phốt pho của lúa vùng Đồng bằng sông Hồng ....... 20 1.5.1. Nhu cầu dinh dưỡng Nitơ của cây lúa .......................................................... 20 1.5.2. Nhu cầu dinh dưỡng Phốt pho của cây lúa ................................................... 21 1.6. Tổng quan về Nitơ, Phốt pho trong đất trồng lúa............................................. 22 1.6.1. Quá trình chuyển hóa của N, P trong đất lúa ................................................ 22 1.6.2. Ảnh hưởng của một số yếu tố đến quá trình chuyển hóa N, P trong đất ........ 23 1.7. Ảnh hưởng của chế độ nước đến các yếu tố chi phối sự tồn tại và chuyển hóa Nitơ, Phốt pho trong đất ........................................................................................ 27 1.7.1. Ảnh hưởng của chế độ nước đến chất hữu cơ trong đất ................................ 27 1.7.2. Ảnh hưởng của chế độ nước đến diễn biến pH đất ....................................... 28 1.7.3. Ảnh hưởng của chế độ nước đến diễn biến thế ôxy hóa khử của đất............. 28 CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ... 30 2.1. Địa điểm, đối tượng và thời gian nghiên cứu .................................................. 30 2.2. Nội dung nghiên cứu ...................................................................................... 30 2.3. Phương pháp nghiên cứu ................................................................................ 30 2.3.1. Phương pháp kế thừa ................................................................................... 30 2.3.2. Phương pháp lấy mẫu ngoài thực địa ........................................................... 30 2.3.3. Phương pháp nghiên cứu trong phòng thí nghiệm ........................................ 31 2.3.4. Phương pháp nghiên cứu đồng ruộng ........................................................... 34 2.3.5. Phương pháp xử lý số liệu............................................................................ 36 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ..................................... 37 3.1. Điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội huyện Phú Xuyên .................................... 37 3.1.1. Điều kiện tự nhiên ....................................................................................... 37 3.1.2. Điều kiện kinh tế - xã hội ............................................................................. 38 3.2. Một số tính chất lý – hóa học đất nghiên cứu .................................................. 39 3.3. Kết quả thí nghiệm trong phòng ...................................................................... 41 3.3.1. Động thái pH, Eh đất thông qua hai phương pháp tưới ................................. 41 3.3.2. Biến động hàm lượng N, P tổng số thông qua hai phương pháp tưới ............ 45 3.3.3. Biến động hàm lượng N dễ tiêu thông qua hai phương pháp tưới ................. 45 3.3.4. Biến động hàm lượng PDT thông qua hai phương pháp tưới .......................... 50 3.4. Kết quả thí nghiệm đồng ruộng ..................................................................... 522 3.4.1. Động thái pH, Eh thông qua hai phương pháp tưới tại thí nghiệm đồng ruộng..... 522 3.4.2 Biến động hàm lượng N, P tổng số thông qua hai phương pháp tưới tại thí nghiệm đồng ruộng ......................................................................................................................... 555 3.4.3. Biến động hàm lượng N dễ tiêu thông qua hai phương pháp tưới tại thí ................ 566 3.4.4. Biến động hàm lượng PDT thông qua hai phương pháp tưới tại thí nghiệm đồng ruộng .................................................................................................................................... 60 3.5. Ảnh hưởng của chế độ tưới đến năng suất lúa ............................................... 611 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ........................................................................................ 633 TÀI LIỆU THAM KHẢO.............................................................................................. 645 PHỤ LỤC DANH MỤC BẢNG Bảng 1: Giá trị trung bình bốc hơi, thấm, mức tưới yêu cầu của các biện pháp tưới NTX và NLP ........................................................................................................... 9 Bảng 2: Tổng hợp kết quả số lần tưới và lượng nước tưới trong 5 vụ Đông Xuân và Hè Thu từ 2006 – 2008 tại Quỳnh Lưu – Nghệ An ................................................ 12 Bảng 3: Năng suất lúa trong 5 vụ Đông Xuân và Hè Thu từ 2006 – 2008 tại Quỳnh Lưu – Nghệ An...................................................................................................... 12 Bảng 4: Ảnh hưởng của các nhân tố thí nghiệm lên lượng lân trong đất và cây lúa lúc thu hoạch ......................................................................................................... 19 Bảng 5: Chế độ phân bón áp dụng cho hai công thức thí nghiệm ........................... 34 Bảng 6: Thời điểm lấy mẫu đồng ruộng phân tích ................................................. 35 Bảng 7: Chỉ tiêu và phương pháp phân tích ........................................................... 36 Bảng 8: Một số tính chất đất khu vực nghiên cứu ................................................. 39 Bảng 9: Động thái pH của hai công thức tưới ...................................................... 422 Bảng 10: Động thái Eh của hai công thức tưới ....................................................... 43 Bảng 11: Hàm lượng NTS, PTS trong đất nền và sau khi kết thúc thí nghiệm......... 455 Bảng 12: Sự biến đổi hàm lượng NH4+ thông qua hai phương pháp tưới.............. 466 Bảng 13: Sự biến động hàm lượng NO3- thông qua hai phương pháp tưới ........... 488 Bảng 14: Biến động hàm lượng PDT thông qua hai phương pháp tưới ................ 5050 Bảng 15: Động thái pH đất tại thí nghiệm đồng ruộng ......................................... 522 Bảng 16: Động thái Eh đất tại thí nghiệm đồng ruộng ......................................... 544 Bảng 17: Biến động hàm lượng N, P tổng số trong đất ruộng thí nghiệm ............. 555 Bảng 18: Biến động hàm lượng NH4+ tại hai công thức thí nghiệm đồng ruộng ... 566 Bảng 19: Biến động hàm lượng NO3- tại hai công thức thí nghiệm đồng ruộng ... 588 Bảng 20: Biến động hàm lượng P dễ tiêu tại hai công thức thí nghiệm đồng ruộng....... 60 Bảng 21: Năng suất lúa vụ Hè Thu ở các chế độ tưới khác nhau .......................... 611 DANH MỤC HÌNH Hình 1: Ống nhựa có đục lỗ bên hông, bên trong có chia vạch 5 cm để theo dõi ...... 6 Hình 2: Hiệu lực phốt pho bị ảnh hưởng bởi pH đất .............................................. 25 Hình 3: Bố trí các công thức thí nghiệm trong xô .................................................. 32 Hình 4: Công thức thí nghiệm sau khi cho ngập 4 cm ............................................ 32 Hình 5: Giai đoạn rút nước se mặt CT2 – NLP ...................................................... 33 Hình 6: Thời kỳ nứt chân chim CT2 – NLP ........................................................... 33 Hình 7: Diễn biến pH của các công thức thí nghiệm .............................................. 42 Hình 8: Diễn biến Eh của các công thức thí nghiệm............................................. 444 Hình 9: Sự biến động hàm lượng NH4+ qua hai công thức thí nghiệm .................... 46 Hình 10: Sự biến động hàm lượng NO3- qua hai công thức thí nghiệm ................ 488 Hình 11: Sự biến động hàm lượng PDT qua hai công thức thí nghiệm ................. 5050 Hình 12: Động thái pH tại thí nghiệm đồng ruộng ............................................... 533 Hình 13: Động thái Eh tại thí nghiệm đồng ruộng................................................ 544 Hình 14: Biến động NH4+ tại thí nghiệm đồng ruộng ........................................... 577 Hình 15: Biến động NO3- tại thí nghiệm đồng ruộng............................................ 599 Hình 16: Biến động PDT tại thí nghiệm đồng ruộng ................................................ 60 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT TRONG LUẬN VĂN CT1 Công thức 1 CT2 Công thức 2 NTX Ngập thường xuyên (chế độ tưới) NLP Nông lộ phơi (chế độ tưới) N Nguyên tố Nitơ ký hiệu hóa học là N NTS Nitơ tổng số NDT Nitơ dễ tiêu P Nguyên tố Phốt pho ký hiệu hóa học là P PTS Phốt pho tổng số PDT Phốt pho dễ tiêu IRRI Viện nghiên cứu lúa quốc tế (International Rice Research Institute) MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Nông nghiệp có vai trò hết sức quan trọng trong nền kinh tế quốc dân không chỉ cung cấp lương thực thực phẩm nhằm đảm bảo an ninh lương thực cũng như cung cấp nguồn nguyên liệu đầu vào cho nhiều ngành công nghiệp mà nông nghiệp còn góp phần cung cấp ngoại tệ cho nền kinh tế cũng như vốn cho nhiều ngành kinh tế khác. Chính vì vậy phát triển nông nghiệp nông thôn luôn là mục tiêu quan trọng trong chính sách phát triển kinh tế xã hội của nước ta nhằm xây dựng một nền nông nghiệp bền vững đặc biệt là ngành sản xuất lúa gạo để luôn là một trong năm nước xuất khẩu gạo đứng đầu trên Thế giới. Tuy nhiên ngành sản xuất nông nghiệp hiện nay đặc biệt là sản xuất lúa gạo đang gặp phải một thách thức lớn đó là vấn đề nước tưới. Bất cứ cây trồng nào cũng cần tới nước cho sự sinh trưởng và phát triển của mình đặc biệt là cây lúa. Để tạo ra 1kg thóc cần 4500 lít nước vì vậy mà dân gian có câu: “ Nhất nước, nhì phân, tam cần, tứ giống .” Theo FAO, tưới nước và phân bón là hai yếu tố quyết định hàng đầu, là nhu cầu thiết yếu, đồng thời còn có vai trò điều tiết chế độ nhiệt, ánh sáng, chất dinh dưỡng, vi sinh vật, độ thoáng khí của đất…Song thực tế hiện nay nguồn nước sử dụng cho sản xuất nông nghiệp đang ngày một trở lên ô nhiễm mà nguyên nhân xuất phát từ chính các hoạt động sản xuất của con người. Ngoài ra nước ta cũng đang chịu ảnh hưởng của biến đổi khí hậu khi nguồn nước mặt khan hiếm về mùa khô gây hạn hán tại một số vùng nhưng lại quá dư thừa trong mùa mưa gây lũ lụt. Nước ngầm thì suy giảm do thiếu nguồn bổ sung. Vì vậy, một trong những giải pháp nhằm khai thác sử dụng bền vững tài nguyên nước là sử dụng hợp lý, tiết kiệm, hiệu quả, đó là định hướng mang tính chiến lược trước mắt và lâu dài. Vậy để sử dụng nước tưới như thế nào cho tiết kiệm mà không làm ảnh hưởng đến năng suất lúa cũng như cải thiện được độ phì cho đất là một câu hỏi được đặt ra cần có lời giải. Đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ tưới đến hàm lượng Nitơ, Phốt pho dễ tiêu trong đất trồng lúa huyện Phú Xuyên, Hà Nội”, là cần thiết để thấy rõ 1 hơn nữa sự khác biệt giữa chế độ tưới truyền thống và tưới tiết kiệm (tưới nông lộ phơi) đến dinh dưỡng dễ tiêu trong đất mà ở đây là Nitơ và Phốt pho. Từ đó khẳng định chắc chắn hơn nữa về vai trò của tưới tiết kiệm trong việc giảm lượng nước tưới đồng thời vẫn gia tăng được năng suất lúa gạo. 2. Mục đích nghiên cứu - Xác định ảnh hưởng của chế độ tưới tiêu bao gồm chế độ tưới theo truyền thống – ngập thường xuyên (NTX) và chế độ tưới tiết kiệm – tưới nông lộ phơi (NLP) đến hàm lượng N, P dễ tiêu trong đất trồng lúa huyện Phú Xuyên – Hà Nội. - Từ kết quả so sánh giữa hai phương pháp tưới đưa ra đề xuất và khuyến cáo về kỹ thuật tưới tiêu hợp lý nhằm làm giảm lượng nước tưới đồng thời tăng năng suất và tăng độ phì nhiêu cho đất. 3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 3.1. Ý nghĩa khoa học Đề tài xác lập cơ sở khoa học về ảnh hưởng của phương pháp tưới đến hàm lượng dinh dưỡng dễ tiêu N, P trong đất trồng lúa. Kết quả của đề tài là cơ sở đưa ra phương pháp tưới hợp lý cho lúa nhằm tiết kiệm lượng nước tưới đồng thời làm tăng độ phì cho đất. 3.2. Ý nghĩa thực tiễn Kết quả nghiên cứu sẽ giúp các cơ quan chức năng điều chỉnh phương pháp tưới phù hợp nhằm giảm lượng nước tưới mà vẫn duy trì năng suất và chất lượng lúa. Ngoài ra còn giúp điều chỉnh lượng dinh dưỡng đầu vào (lượng phân bón) nhằm đảm bảo việc cung cấp đủ phân bón cho cây lúa mà không gây ô nhiễm môi trường đất. Từ đây giúp bảo vệ môi trường và giảm chi phí đầu tư cho người dân. 2 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1. Tổng quan về tình hình tưới cho lúa trên thế giới và Việt Nam 1.1.1. Tổng quan về tình hình tưới cho lúa trên thế giới Hiện nay trên toàn thế giới có 3.800 tỷ m3 nước được khai thác sử dụng, trong đó có 2.700 tỷ m3 (chiếm 70%) được sử dụng trong tưới tiêu nông nghiệp. Tuy nhiên nhu cầu nước sử dụng trong tưới tiêu nông nghiệp lại thay đổi tùy thuộc vào điều kiện tự nhiên, cơ cấu kinh tế và dân số của từng khu vực, quốc gia. Ví dụ: Gần 95% lượng nước tại các nước đang phát triển được sử dụng để tưới tiêu cho nông nghiệp. Trong khi đó tại các nước Hy Lạp, Tây Ban Nha, Bồ Đào Nha lượng nước được sử dụng để tưới tiêu cho nông nghiệp lần lượt chiếm 88%, 72%, 59%. Tùy theo điều kiện cung cấp nước, địa hình, đất trồng lúa có thể phân chia làm các loại như sau: đất lúa đồng bằng được tưới (chiếm khoảng 79 triệu ha), đất lúa nhờ nước mưa ( 54 triệu ha), đất lúa ngập nước quanh năm (11 triệu ha), đất lúa nương rẫy (14 triệu ha). Trong số 79 triệu ha đất lúa thuộc khu vực đồng bằng được tưới cung cấp cho thế giới 75% tổng sản lượng lúa của thế giới. Như vậy nước đóng một vai trò quan trọng trong nền nông nghiệp toàn thế giới song có một thực tế đó là hiện nay nguồn nước ngầm đã giảm mạnh và cạn kiệt ở 20 nước với dân số chiếm tới 50% dân số thế giới. Nạn khan hiếm nước cho nông nghiệp tại 3 nước sản xuất ngũ cốc hàng đầu thế giới là Mỹ, Trung Quốc, Ấn Độ đặc biệt lo ngại. Liên Hợp Quốc khẳng định Châu Á có thể đối mặt với tình trạng thiếu lương thực triền miên nếu không tiến hành một cuộc cách mạng triệt để thói quen sử dụng nước. Châu Á sở hữu tới 70% diện tích đất được tưới của thế giới vì vậy người nông dân phải tự chịu trách nhiệm về việc đưa nước vào đồng ruộng của họ. Phần lớn nông dân chỉ sử dụng những thiết bị bơm nước và phương pháp tưới tiêu lạc hậu, không hiệu quả nhưng lại có thể lấy một lượng nước không hạn chế vào đồng ruộng khiến các nguồn nước ngày một cạn kiệt. Nếu thói quen này vẫn tiếp diễn thì khủng hoảng lương thực sẽ bùng phát khắp Châu Á. Nếu cứ sử dụng nước như hiện nay, khu vực Nam Á sẽ cần thêm 57% nước để tưới tiêu đồng ruộng, còn các nước Đông Á cần thêm 70%. 3 Nguồn nước cung cấp cho nền nông nghiệp có tưới thậm chí còn bị cắt giảm nhiều hơn do phải cạnh tranh với các ngành dùng nước khác như cấp nước sinh hoạt, cấp nước công nghiệp... Trong bối cảnh nhu cầu lương thực gia tăng cùng với sự gia tăng của dân số thế giới, biến đổi khí hậu cũng như sự suy giảm nguồn nước đã dẫn tới một thách thức lớn cho ngành nông nghiệp toàn cầu, đòi hỏi cần tìm kiếm các giải pháp nhằm tăng hiệu quả sử dụng nước (sản xuất lượng lương thực nhiều hơn trên một đơn vị nước tưới). 1.1.2. Tổng quan về tình hình tưới cho lúa tại Việt Nam Cả nước hiện nay có 104.548 công trình thủy nông lớn, vừa và nhỏ phục vụ tưới cho tổng diện tích 2.065.062 ha canh tác [1]. Trong đó hồ chứa vừa và lớn có 743 hồ, trạm bơm điện có 1796 trạm bơm, đập dâng có 1017 cái, cống lấy nước có 4716 cái [5]. Xét về tỷ lệ diện tích canh tác được tưới, Việt Nam có tỷ lệ diện tích canh tác được tưới là 52%, cao hơn nhiều so với các nước trên thế giới và khu vực [5]. Ngoài ra theo dự đoán của các chuyên gia đến năm 2025 nhu cầu dùng nước cho các ngành kinh tế của Việt Nam vào khoảng 90 tỷ m3, chiếm 10,8% lượng nước chảy vào lãnh thổ Việt Nam và chiếm 27% lượng nước sản sinh ra trên lãnh thổ, đây là tỷ lệ quá cao so với thế giới. Như vậy trước thực trạng về sự suy giảm nguồn nước, biến đổi khí hậu trong đó Việt Nam là một trong năm nước chịu ảnh hưởng nặng nề nhất mà chúng ta vẫn giữ các thói quen sử dụng nước một cách lãng phí, không hiệu quả thì sẽ là một thách thức rất lớn cho nền nông nghiệp nước nhà [5]. 1.2. Khái quát về phương pháp tưới truyền thống và tưới tiết kiệm 1.2.1. Phương pháp tưới truyền thống Hiện nay trong sản xuất nông nghiệp đặc biệt là canh tác lúa bà con nông dân nhiều nơi vẫn áp dụng tập quán canh tác cũ đó là đưa nước vào ruộng quá nhiều, luôn có một lớp nước cao 5-7 cm trong ruộng lúa suốt thời kỳ sinh trưởng, phát triển. Chính điều này làm cho các lỗ hổng trong đất bị chiếm chỗ, lấp đầy bởi nước làm giảm hàm lượng oxy trong đất, tạo môi trường yếm khí, ảnh hưởng không tốt đến quá trình sinh trưởng, phát triển của cây lúa. 4 Cây lúa, tuy là cây chịu nước nhưng không phải cây thủy sinh, có những giai đoạn cây cần nước song cũng có những thời kỳ nếu cung cấp quá nhiều nước cũng ảnh hưởng không tốt tới sinh trưởng và phát triển của cây lúa. Quá trình canh tác chỉ cần tưới ngập mặt ruộng giai đoạn hồi xanh (tránh cỏ) và giai đoạn trổ bông ( không ảnh hưởng tới năng suất). Chính vì vậy canh tác theo phương pháp truyền thống gây lãng phí nước, đem lại hiệu quả không cao trong sản xuất nông nghiệp. 1.2.2. Phương pháp tưới tiết kiệm – Tưới nông lộ phơi (NLP) Hiện nay trong canh tác lúa, biện pháp tưới tiết kiệm nước cho hiệu quả cao và được khuyến cáo nhiều nhất là kỹ thuật tưới nông lộ phơi (NLP) – theo khuyến cáo của Cục Bảo vệ thực vật, Viện nghiên cứu lúa quốc tế (IRRI) và các chuyên gia trong lĩnh vực nông nghiệp. Theo IRRI kỹ thuật tưới NLP như sau: - Tuần đầu tiên sau sạ: giữ mực nước từ bão hòa đến cao khoảng 1 cm, mực nước trong ruộng sẽ được giữ cao khoảng 1 – 3 cm theo giai đoạn phát triển của cây lúa và giữ liên tục cho đến lúc bón phân lần 2 (khoảng 20 – 25 ngày sau sạ), giai đoạn này nước là nhu cầu thiết yếu để cây lúa phát triển. Giữ nước trong ruộng ở giai đoạn này sẽ hạn chế được sự mọc mầm của cỏ dại, bởi có nước làm môi trường thành yếm khí, hạt cỏ dại sẽ không mọc được và cũng cần sử dụng thuốc trừ cỏ phù hợp ở giai đoạn này. - Giai đoạn 25 – 40 ngày: đây là giai đoạn lúa đẻ nhánh rộ và tối đa, phần lớn chồi vô hiệu thường phát triển ở giai đoạn này, nên chỉ cần nước vừa đủ. Lúc này giữ mực nước trong ruộng từ bằng mặt đến thấp hơn mặt ruộng 15 cm (đặt ống nhựa có đục lỗ bên hông, bên trong có chia vạch 5 cm để theo dõi). Khi nước xuống thấp hơn 15 cm thì bơm nước vào ruộng ngập tối đa 5 cm so với mặt ruộng. Khi nước hạ từ từ xuống dưới vạch 15 cm thì tiếp tục bơm nước vào. Ở giai đoạn này lá lúa phát triển giáp tán, hạt cỏ có nảy mầm cũng không phát triển và cạnh tranh được với cây lúa. Đây cũng là giai đoạn cây lúa rất dễ bị bệnh khô vằn tấn công, mực nước không quá cao làm hạch nấm khô vằn sẽ không phát tán trong ruộng, bệnh ít lây lan. Cách điều tiết nước này sẽ làm phơi lộ mặt ruộng, vì vậy phương pháp này được gọi là tưới nông lộ phơi. Mực nước dưới đất càng xa (nhưng không thấp hơn 5 15 cm so với mặt ruộng) sẽ giúp rễ lúa ăn sâu vào trong đất, vừa chống đổ ngã, vừa dễ thu hoạch. Hình 1: Ống nhựa có đục lỗ bên hông, bên trong có chia vạch 5 cm để theo dõi - Giai đoạn lúa 40 – 45 ngày: đây là giai đoạn bón đón đòng, lúc này cần bơm nước vào khoảng 1– 3 cm trước khi bón phân, nhằm tránh ánh sáng làm phân hủy và phân bị bốc hơi, nhất là phân đạm. - Giai đoạn lúa 60 – 70 ngày: đây là giai đoạn lúa trổ nên cần giữ nước cho cây lúa trổ và thụ phấn dễ dàng, hạt lúa không bị lép lửng. - Giai đoạn lúa 70 ngày tới thu hoạch: là giai đoạn ngậm sữa, chắc xanh và chín nên chỉ cần giữ mực nước từ bằng mặt ruộng đến thấp hơn mặt ruộng 15 cm (khi cần thiết thì bơm nước vào thêm). Cần xiết nước 10 ngày trước khi thu hoạch để mặt ruộng được khô ráo, dễ cho việc sử dụng máy gặt.  Điều kiện áp dụng tưới lúa tiết kiệm – Tưới NLP [4] - Hệ thống công trình thủy lợi tương đối hoàn chỉnh, chủ động tưới tiêu. - Mặt ruộng tương đối bằng phẳng. - Không áp dụng cho vùng đất trồng lúa ảnh hưởng bởi chua phèn hoạt tính và nước tưới nhiễm mặn. - Không khuyến khích áp dụng cho vùng đất trũng và lúa vụ 3 (vụ Thu Đông) vì chi phí bơm tiêu lớn. 6  Lợi ích khi áp dụng kỹ thuật tưới NLP [4] - Năng suất lúa tăng 5-10% - Tiết kiệm lượng nước 20-30% - Lượng phát thải khí nhà kính giảm 20-30% - Cây lúa cứng không đổ ngã, giảm thất thoát sau thu hoạch so với tưới ngập liên tục. 1.3. Tình hình nghiên cứu tưới tiết kiệm cho lúa trên thế giới và Việt Nam 1.3.1. Tình hình nghiên cứu tưới tiết kiệm cho lúa trên thế giới Như đã biết, ngành nông nghiệp sản xuất lúa gạo là ngành có tỷ lệ tiêu thụ nước lớn nhất, chiếm hơn 80% lượng nước tưới ở khu vực Châu Á. Vì vậy đây là khu vực được các nhà khoa học ưu tiên nghiên cứu nhằm tìm các biện pháp tưới thích hợp thay thế biện pháp tưới truyền thống để giảm lượng nước tưới cho canh tác lúa. Tùy theo khu vực nghiên cứu, các giải pháp giảm lượng nước tưới có thể chia làm 2 loại: - Giảm lượng nước tưới trên hệ thống dẫn. - Giảm lượng nước tưới tại mặt ruộng. Việc giảm lượng nước tưới trên hệ thống dẫn chủ yếu được thực hiện thông qua việc làm giảm tổn thất do thấm trên kênh dẫn thông qua việc cải tạo, nâng cấp hệ thống kênh dẫn nước bằng việc cứng hóa hay lát mái kênh. Hay nói cách khác là dùng giải pháp công trình để giảm lượng nước tưới. Tuy nhiên biện pháp này thường chỉ giảm được lượng nước từ 5 – 15%. Hơn nữa biện pháp này đòi hỏi vốn đầu tư lớn. Ngoài ra các biện pháp khác như san phẳng đồng ruộng, sử dụng lại nguồn nước hồi quy cũng là những biện pháp hữu hiệu trong việc giảm lượng nước tưới của hệ thống. Các biện pháp hứa hẹn mang lại nhiều kết quả là biện pháp giảm lượng nước tưới tại mặt ruộng thông qua việc điều tiết lớp nước mặt ruộng nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng nước mưa, giảm các thành phần hao nước như thấm và bốc hơi mà không ảnh hưởng đến năng suất lúa. Biện pháp tưới NLP là biện pháp được chú ý 7 nghiên cứu ở nhiều nước như Nhật, Trung Quốc, Philippines, Ấn Độ, Tây Ban Nha, Mỹ...Dưới đây là một số nghiên cứu đáng chú ý:  Các nghiên cứu ở Philippines Trong giai đoạn từ 1968 – 1995 Viện nghiên cứu lúa quốc tế IRRI đã tiến hành một số nghiên cứu nhằm nghiên cứu mối quan hệ giữa lượng nước tưới và năng suất lúa [14]. Theo nghiên cứu của Bhuiyan và Tuong tiến hành năm 1995 cho thấy, đối với lúa nước không nhất thiết phải luôn duy trì một lớp nước trên ruộng nhằm đạt năng suất tối đa. Với biện pháp tưới NLP hợp lý áp dụng ngay từ đầu vụ gieo cấy có thể giảm được lượng nước tưới tối đa từ 40% đến 45% so với tưới NTX. Nếu áp dụng tưới NLP sau khi gieo cấy từ 35 – 40 ngày (khi tán lúa đã phủ kín mặt đất) thì có thể tiết kiệm lượng nước tưới tối đa từ 25 –35% [15].  Các nghiên cứu ở Nhật Bản Phơi ruộng vào giữa giai đoạn sinh trưởng của lúa được công nhận là yếu tố tăng năng suất lúa ở Nhật Bản. Biện pháp này đã được áp dụng từ những năm cuối của thập kỷ 60 và ngày nay đã trở thành phổ biến ở Nhật Bản. Tuy nhiên việc nghiên cứu tưới NLP mới được các nhà khoa học Nhật Bản quan tâm nghiên cứu từ những năm đầu của thập kỷ 90 của thế kỷ 20. Đáng chú ý là các nghiên cứu của Anbumozhi và các cộng sự được tiến hành vào năm 1998. Bằng biện pháp tưới NLP với lớp nước mặt ruộng tối đa là 90 mm, áp dụng 30 ngày sau khi cấy. Kết quả như sau [13]: - Năng suất lúa không giảm so với tưới NTX - Chỉ số sản phẩm lúa trên một đơn vị nước của phương pháp tưới NLP là 1,26 kg/m3 cao hơn so với 0,96 kg/m3 của phương pháp tưới NTX. - Áp dụng chế độ tưới nước ngập – lộ hợp lý thì sẽ tiết kiệm được nước tưới mà không làm giảm năng suất.  Các nghiên cứu ở Ấn Độ [1] Các nghiên cứu được tiến hành trong nhiều thập kỷ so sánh các phương pháp tưới trên hầu hết các khu vực thuộc các hệ thống tưới chính trên toàn Ấn Độ đã đi đến kết luận như sau: 8 - Kết quả tại tất cả các khu thí nghiệm đều cho thấy sự tăng năng suất lúa và giảm lượng nước tưới khi áp dụng biện pháp tưới NLP so với biện pháp tưới NTX. Tuy nhiên tỷ lệ tăng năng suất và giảm lượng nước tưới có sự khác nhau rất lớn tùy theo kết quả thí nghiệm tại từng vùng và từng địa phương. Lý do cho sự khác biệt này có thể giải thích: + Thứ nhất sự khác nhau về năng suất là do sự không đồng nhất về các yếu tố như giống, khí hậu, loại đất và lượng phân bón, sâu bệnh... + Thứ hai sự khác nhau về lượng nước tiết kiệm được cho là chế độ mưa (lượng và sự phân bố), loại đất và vị trí khu vực thí nghiệm là yếu tố chi phối sự khác nhau này.  Các nghiên cứu ở Trung Quốc Các nghiên cứu tại Trung Quốc được tiến hành trên cả hai phạm vi toàn hệ thống và tại mặt ruộng. Trong các nghiên cứu nhiều thập kỷ qua đáng chú ý là nghiên cứu của Mao Zhi 1996 về giá trị bốc hơi, thấm, và mức tưới yêu cầu của các phương pháp tưới NTX và NLP. Bảng 1: Giá trị trung bình bốc hơi, thấm, mức tưới yêu cầu của các biện pháp tưới NTX và NLP STT Biện pháp tưới Bốc hơi (mm) Thấm (mm) Mức tưới (mm) 1 Tưới NTX 765,4 514,9 1280,3 2 Tưới NLP 688,8 169,3 858,1 Nguồn: Mao Zhi 1996[18] Theo Mao Zhi áp dụng phương pháp tưới NLP ngoài việc giúp tiết kiệm lượng nước tưới vào khoảng 20-35% còn làm giảm mực nước ngầm trong ruộng từ 0,3 – 0,5m do đó lượng oxy hòa tan trong đất tăng lên từ 120 – 200% so với tưới ngập. Năng suất lúa cũng tăng từ 15 – 28%. Lượng sản phẩm nông nghiệp trên một đơn vị m3 nước tăng từ 0,65 – 0,82 kg/m3 ở phương pháp tưới NTX lên 1,18 – 1,5 kg/m3 ở phương pháp tưới NLP [19]. Tưới NLP còn cho hiệu quả trên đất cát. Ở các vùng này cường độ thấm và bốc hơi lớn nên áp dụng tưới NLP đúng thời điểm sẽ giúp tiết kiệm nước tưới và tăng hiệu quả sử dụng nước lên rất nhiều. 9  Các nghiên cứu tại Pakistan Theo nghiên cứu của Sandhu 1980 về ảnh hưởng của thời gian phơi ruộng đối với năng suất lúa trên đất thịt pha cát cho thấy hiệu quả sử dụng nước tăng lên từ 30, 54, 57 và 88% tương ứng với các thời gian để khô ruộng 1 ngày, 2 ngày, 3 ngày và 5 ngày so với phương pháp tưới ngập truyền thống. Tiềm năng tiết kiệm nước theo phương pháp này có thể giảm được một lượng nước từ 20 – 50% so với tưới NTX. Tác giả cũng giải thích cho sự khác biệt này là nhờ giảm thất thoát do thấm thẳng đứng trong thời kỳ ruộng cạn. Ngoài ra trong hai năm 1992, 1993 Bhuiyan tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ nước mặt ruộng đến việc giảm mức tưới. Nghiên cứu tiến hành duy trì một lớp nước nông trên mặt ruộng sau khi gieo cấy 45 ngày. Sau đó chế độ nước mặt ruộng luôn duy trì ở mức bão hòa. Lượng nước tiết kiệm được do áp dụng phương pháp này đạt tới 40% so với tưới NTX mà không làm giảm năng suất lúa [15]. Các kết quả tương tự cũng được ghi nhận thông qua nghiên cứu của Kijne năm 1994 [17] như sau: - Tưới không liên tục: Ruộng được tưới khi độ ẩm đất xuống thấp hơn độ ẩm đồng ruộng. Lượng nước duy trì ở mức ngập nông. Phương pháp này có thể tiết kiệm 20% lượng nước tưới so với tưới ngập liên tục. - Tưới ngập giai đoạn đầu: Áp dụng phương pháp này thì lượng nước tiết kiệm đến 40% nhưng năng suất cây trồng giảm 25%. - Tưới NLP được thực hiện như sau: trước khi kết thúc thời kỳ trỗ bông 30 ngày ruộng được tưới ngập nông, các giai đoạn khác luôn duy trì độ ẩm không nhỏ hơn 75% độ ẩm bão hòa. Phương pháp này có thể tiết kiệm được nước tưới là 25% mà không làm giảm năng suất. Một nghiên khác của Mishra và cộng sự cho thấy để đạt được sự tối ưu trong năng suất lúa và hiệu quả sử dụng nước cần áp dụng kỹ thuật tưới NLP với thời gian lộ tùy thuộc vào mực nước ngầm nông hay sâu. Với mực nước ngầm nông (dao động từ 7 – 92 cm) thời gian lộ từ 3 – 5 ngày. Với mực nước ngầm trung bình (dao động từ 13 – 126 cm) thời gian lộ từ 1-3 ngày [20]. 10 1.3.2. Tình hình nghiên cứu tưới tiết kiệm cho lúa tại Việt Nam Theo PGS.TS Nguyễn Văn Tỉnh – Phó Tổng cục trưởng Tổng cục Thủy Lợi thì kỹ thuật tưới tiết kiệm đã có mặt tại Việt Nam từ thập niên 60 của thế kỷ 20. Tuy nhiên do thời điểm ấy hạn hán ít xảy ra nên phương pháp này không được chú trọng [10]. Ngày nay khi biến đổi khí hậu diễn ra ngày một phức tạp cùng với sự không ổn định về nguồn nước do 2/3 lượng nước hình thành hàng năm bên ngoài lãnh thổ làm cho Việt Nam chúng ta phụ thuộc vào tỷ lệ khai thác, sử dụng nước của các quốc gia vùng thượng nguồn. Mặt khác trong số gần 300 tỷ m3 nước hình thành trong nội địa sự phân bố rất không đồng đều cả theo không gian và thời gian làm cho nhiều vùng đất khan hiếm nước [1]. Xuất phát từ thực tế này mà phương pháp tưới tiết kiệm NLP cũng đã được nghiên cứu tại nhiều vùng của đất nước để có thể nhân rộng hơn nữa trên phạm vi toàn quốc, dần thay đổi tập quán canh tác của nông dân tưới NTX gây lãng phí nước và hiệu quả kinh tế lại không cao. Theo nghiên cứu của PGS.TS Trần Viết Ổn và TS. Nguyễn Việt Anh về thực hiện tưới tiết kiệm cho lúa tại xã Quỳnh Hồng – Quỳnh Lưu – Nghệ An trong 5 vụ gieo trồng từ 2006 tới 2008 có được kết quả được trình bày trong bảng 2 bên dưới [3]: 11