Tom tat nghiên cứu Ảnh hƣởng của nƣớc tƣới Ô nhiễm Đến hàm lƣợng nitơ (n) và phốtpho (p) trong nƣớc ngầm tầng nông khu vực trồng lúa huyện gia lâm, thành phố hà nội

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI NGUYỄN PHAN VIỆT NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA NƯỚC TƯỚI Ô NHIỄM ĐẾN HÀM LƯỢNG NITƠ N VÀ PHỐTPHO P TRONG NƯỚC NGẦM TẦNG

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

NGUYỄN PHAN VIỆT

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA NƯỚC TƯỚI Ô NHIỄM ĐẾN HÀM LƯỢNG NITƠ (N) VÀ PHỐTPHO (P) TRONG NƯỚC NGẦM TẦNG NÔNG KHU VỰC TRỒNG LÚA

HUYỆN GIA LÂM, THÀNH PHỐ HÀ NỘI

Ngành: Kỹ thuật cấp thoát nước

Mã số: 9580213

TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

HÀ NỘI, NĂM 2024

Công trình được hoàn thành tại Trường Đại học Thủy lợi

Người hướng dẫn khoa học 1: TS Đinh Thị Lan Phương

Người hướng dẫn khoa học 2: TS Nguyễn Thị Ngọc Dinh

Phản biện 1: PGS.TS Đặng Thị Thanh Huyền – Trường Đại học Xây dựng Phản biện 2: GS.TS Nguyễn Ngọc Minh – Trường Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nội

Phản biện 3: PGS.TS Đặng Minh Hải - Trường Đại học Thuỷ Lợi

Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án họp tại:

Room 5, nhà K1, Trường Đại học Thuỷ Lợi, 175 Tây Sơn, Đống Đa, Hà Nội vào lúc 8h30 ngày 18 tháng 01 năm 2025

Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện:

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết

Nước ngầm chiếm khoảng 30% lượng nước ngọt toàn cầu Đây đang là nguồn nước được khai thác phục vụ cho khoảng 2 tỉ người cho nhu cầu sinh hoạt và sản xuất Ở nhiều nơi, tỷ lệ sử dụng nước ngầm có thể lên tới 100% cho mục đích sinh hoạt, tưới tiêu và công nghiệp Cho đến nay trên toàn cầu đã có khoảng 60% các khu vực bị ô nhiễm N trong nước ngầm, tình trạng ô nhiễm thường xảy ra ở các vùng nông nghiệp Nguyên nhân sử dụng nước tưới ô nhiễm

và áp dụng phân bón quá mức khuyến cáo, sẽ ảnh hưởng đến sức khỏe con người nếu khai thác và sử dụng trực tiếp nguồn nước đó Do đó, bảo vệ nguồn nước ngầm để phục vụ cho kinh tế, dân sinh là nhiệm vụ hết sức cấp bách

Theo báo cáo của Bộ Tài nguyên và Môi trường trong những năm gần đây nguồn nước ngầm huyện Gia Lâm đang có dấu hiệu ô nhiễm N và chưa có dấu hiệu ô nhiễm P Nguyên nhân là do ô nhiễm nước bề mặt và các hệ thống nước tưới Điển hình nước trên hệ thống Bắc Hưng Hải có hàm lượng N và P cao hơn QCVN 08-MT:2015/BTNMT từ 2,48 – 4,15 lần [3]; hệ thống thủy lợi Bắc Đuống giai đoạn 2019 - 2021 có hàm lượng N vượt QCVN 08-MT:2015 BTNMT từ 36,3% – 100%

Nguồn nước ngầm huyện Gia Lâm hiện tại vẫn được sử dụng cho cấp nước sinh hoạt trong nhiều hộ gia đình Do nguồn nước máy chưa ổn định dẫn đến không

đủ lưu lượng, một phần do tập quán của người dân vẫn khai thác và sử dụng các giếng thông qua hệ thống bể lọc cát phục vụ cho sinh hoạt

Do đó, làm rõ tác động của nước tưới ô nhiễm đến N và P tới nước ngầm tầng nông huyện Gia Lâm là hết sức cấp thiết

Cho đến thời điểm hiện tại, chưa có công trình khoa học nào công bố các nghiên cứu về ảnh hưởng của nước tưới ô nhiễm đến N và P trong nước ngầm tầng nông huyện Gia Lâm, thành phố Hà Nội Trong đó, tồn tại cần được làm rõ là

sự tích hợp giữa chế độ phân bón khuyến cáo và nước tưới ô nhiễm có làm gia tăng hàm lượng N, P trong nước ngầm tầng nông không Do đó, luận án

‘‘Nghiên cứu ảnh hưởng của nước tưới ô nhiễm đến hàm lượng nitơ (N) và phốt pho (P) trong nước ngầm tầng nông khu vực trồng lúa huyện Gia Lâm, thành phố Hà Nội“ được thực hiện Kết quả của luận án cung cấp cơ sở khoa học về

quản lý phân bón và kiểm soát, xử lý ô nhiễm nước tưới để bảo vệ nguồn nước ngầm phục vụ cho mục đích khai thác và đảm bảo chất lượng cho người sử dụng

2 Mục tiêu nghiên cứu

- Xác định ảnh hưởng của nước tưới ô nhiễm sử dụng trong canh tác lúa đến hàm lượng của hai nguyên tố N, P trong nước ngầm tầng nông, làm cơ sở cho việc khai thác và sử dụng nước ngầm đảm bảo chất lượng phục vụ sinh hoạt và sản xuất của khu vực

- Đề xuất được giải pháp giảm thiểu tác động của phân bón và nước tưới ô nhiễm trên đất lúa đến chất lượng nước ngầm tầng nông khu vực trồng lúa huyện Gia Lâm, thành phố Hà Nội

3 Nội dung nghiên cứu

- Ảnh hưởng của nước tưới ô nhiễm có bón phân cho lúa đến thấm rửa N, P xuống nước ngầm tầng nông khu vực trồng lúa huyện Gia Lâm, thành phố Hà Nội;

- Nghiên cứu giải pháp giảm phân bón và áp dụng Biochar để giảm tác động của

4.1 Đối tượng nghiên cứu

- Hàm lượng nitrat (NO3-), nitrit (NO2-), amoni (NH4+) và phốt phát (PO43-) trong nước tưới và nước ngầm tầng nông (nước dưới đất) tại các độ sâu -35 cm, -70 cm, -120 cm khu vực canh tác lúa;

- Nước ngầm tầng nông dưới tác động của nước tưới bị ô nhiễm sử dụng phân bón

5 Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp thu thập số liệu

- Phương pháp bố trí thí nghiệm

- Phương pháp lấy mẫu

- Phương pháp phân tích

- Phương pháp theo dõi chỉ tiêu, sinh trưởng và năng suất

6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án

6.1 Ý nghĩa khoa học

Cung cấp cơ sở khoa học đánh giá mức độ ảnh hưởng của việc tưới nước ô nhiễm

và chế độ phân bón cho lúa tới hàm lượng N và P trong nước ngầm tầng nông ở đất phù sa sông Hồng không được bồi, trung tính, ít chua

6.2 Ý nghĩa thực tiễn

Các kết quả nghiên cứu của luận án xác định được một số giải pháp giảm thiểu khả năng phú dưỡng N trong nước ngầm tầng nông do ảnh hưởng của nước tưới

ô nhiễm sử dụng phân bón vùng chuyên canh lúa nước của đồng bằng sông Hồng

7 Đóng góp mới của luận án

- Làm rõ được nước tưới ô nhiễm sử dụng chế độ phân 120 kg N + 90 kg P2O5 +

90 kg K2O/ha/vụ làm thấm NO3- và NH4+ xuống nước ngầm tầng nông tới độ sâu –70 cm, không làm thấm NO2- và PO43- Từ đó đưa ra khuyến cáo nên giảm lượng phân đạm trong điều kiện nước tưới ô nhiễm để giảm thấm N xuống nước ngầm tầng nông mà không ảnh hưởng đến năng suất

- Làm rõ được những ảnh hưởng của kỹ thuật tưới ngập và tưới tiết kiệm nước đến thấm N xuống nước ngầm tầng nông Tưới ngập với nước tưới ô nhiễm làm thấm NO3- xuống nước ngầm tầng nông tới độ sâu -120 cm, làm thấm NH4+

xuống tới độ sâu -70 cm, không làm thấm NO2- và PO43- Tưới tiết kiệm nước với nước tưới ô nhiễm chỉ làm thấm NO3- xuống tầng –35 cm và không làm thấm

NH4+, NO2- và PO43-

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

Luận giải vấn đề nghiên cứu của luận án:

- Các nghiên cứu về chất lượng nước ngầm ở các vùng nông nghiệp trên thế giới đều tập trung vào ảnh hưởng của chế độ phân bón đến hàm lượng N, P trong nước ngầm tầng nông Cho đến thời điểm này, có rất ít các công trình nghiên cứu về ảnh hưởng của nước tưới ô nhiễm sử dụng phân hoá học cho lúa đến hàm lượng

N, P trong nước ngầm tầng nông

- Những công trình khoa học và các số liệu điều tra khảo sát ban đầu của luận án cho thấy nước ngầm tầng nông khu vực huyện Gia Lâm đang có dấu hiệu ô nhiễm N Với hàm lượng P không có trong QCVN 09-MT:2015 – BTNMT để xác định có ô nhiễm

P hay không

- Các số liệu khoa học công bố đều chỉ ra nước tưới cho khu vực huyện Gia Lâm đang bị ô nhiễm N và P Tuy nhiên chế độ phân bón hoá học vẫn áp dụng theo khuyến cáo của Viện khoa học Nông nghiệp Việt Nam Như vậy, sự ô nhiễm N,

P trong nước tưới với lượng phân bón N, P cho lúa có thể dẫn đến:

+ Hoặc do các tầng đất chỉ có khả năng tích trữ N, P hữu hạn nên N và P theo nước thấm xuống đi vào nước ngầm tầng nông;

+ Hoặc do các tầng đất chỉ có khả năng tích trữ N hữu hạn nên N theo nước thấm xuống đi vào nước ngầm tầng nông, còn P được giữ lại do kết tủa muối phốt phát trong đất nên không ảnh hưởng đến chất lượng nước ngầm tầng nông

+ Hiện tại, chưa có nghiên cứu nào ở Việt Nam về giải pháp giảm thấm N, P xuống nước ngầm tầng nông

Như vậy, các nội dung trên chính là các vấn đề tồn tại chưa có công bố khoa học

Vì vậy, trong phạm vi nghiên cứu, luận án sẽ tập trung giải quyết vấn đề: + Có hay không ảnh hưởng của nước tưới ô nhiễm cho lúa đến hàm lượng N và

P trong nước ngầm tầng nông khu vực huyện Gia Lâm, Hà Nội

+ Từ kết quả nghiên cứu, luận án nghiên cứu giải pháp giảm hàm lượng N, P hoặc giảm N (trong trường hợp không thấm P) trong nước mặt ruộng bằng phụ phẩm nông nghiệp và giảm phân bón Nước ngầm tầng nông có thể ngấm xuống tầng sâu hơn ảnh hưởng đến chất lượng nước khai thác và sử dụng cho sinh hoạt Khi hàm lượng N hoặc P trong nước mặt ruộng giảm sẽ giảm thấm N hoặc

P xuống nước ngầm tầng nông

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Cơ sở khoa học lựa chọn thí nghiệm

2.1.1 Lựa chọn các kỹ thuật tưới

Kỹ thuật tưới được áp dụng cho lúa là tưới ngập và tưới tiết kiệm nước

2.1.2 Lựa chọn khu vực thí nghiệm và độ sâu mực nước ngầm tầng nông

2.1.2.1 Lựa chọn khu vực thí nghiệm

Vị trí khảo sát đất nghiên cứu được thực hiện tại cánh đồng lúa thuộc thị trấn

Trâu Quỳ, huyện Gia Lâm, thành phố Hà Nội

2.1.2.2 Lựa chọn tầng đất nghiên cứu

Luận án lựa chọn khảo sát các tầng nước ngầm tầng nông gồm: tầng – 35 cm, tầng – 70 cm, tầng – 120 cm

2.1.3 Lựa chọn giống lúa

Luận án lựa chọn giống Bắc thơm số 7 có nguồn gốc Trung Quốc

2.2 Phương pháp nghiên cứu

2.2.1 Phương pháp bố trí thí nghiệm

Sơ đồ mặt bằng tổng thể khu vực bố trí thí nghiệm

Luận án thực hiện 03 nhóm Thí nghiệm, bao gồm 02 nhóm thí nghiệm đồng ruộng và 01 nhóm thí nghiệm trong phòng

Nhóm thí nghiệm 1: Nghiên cứu ảnh hưởng của nước tưới ô nhiễm sử dụng phân

bón tới hàm lượng N, P trong nước ngầm tầng nông Bao gồm 03 công thức: CT1

– nước tưới ô nhiễm sử dụng phân bón; CT2 – Nước tưới không ô nhiễm sử dụng phân bón; CT 3 – Nước tưới ô nhiễm không sử dụng phân bón

Nhóm thí nghiệm 2: Nghiên cứu ảnh hưởng của các kỹ thuật tưới đến hàm lượng

N, P trong nước ngầm tầng nông Bao gồm 02 công thức: (1) Tưới ngập và (2)

Tưới tiết kiệm nước

Nhóm thí nghiệm 3: Nghiên cứu giảm dư lượng N trong nước mặt ruộng bởi

phụ phẩm nông nghiệp và điều chỉnh phân bón N

2.2.1.1 Thí nghiệm 1: Nghiên cứu ảnh hưởng của nước tưới ô nhiễm sử dụng

phân bón tới hàm lượng N, P trong nước ngầm tầng nông

- Địa điểm bố trí thí nghiệm:

Thí nghiệm được bố trí tại khu thí nghiệm lúa khoa Tài nguyên và Môi trường, Học viện Nông nghiệp Việt Nam (20o 59’58”N - 105o55’53”E)

- Thời gian thực hiện:

Trong 02 năm từ 6/2021 – 5/2023 với 02 vụ Xuân và 02 vụ Mùa

- Công thức thí nghiệm:

+ CT1: Nước tưới ô nhiễm sử dụng phân bón Nước tưới từ hệ thống kênh nhánh

của sông Cầu Bây, có bón phân hoá học

+ CT2: Nước tưới sạch, bón phân (Công thức đối chứng) Sử dụng nước tưới là nước

máy không ô nhiễm N, P có bón phân hoá học Nước tưới được dẫn vào bể chứa để bay clo sau đó mới tưới ra ruộng

+ CT3: Nước tưới ô nhiễm, không sử dụng phân bón Nước tưới từ hệ thống kênh

nhánh của sông Cầu Bây, không bón phân hoá học

- Công thức thí nghiệm được bố trí 03 ô thí nghiệm có kích thước mỗi ô 3*3 m, được chắn tôn cao 40 cm làm 02 hào bao nilon 02 lớp đến độ sâu 2,2 m để đảm bảo 0 – 2,2 m không có nước thấm ngang và nước tràn mặt ruộng trong những đợt mưa lớn

- Trong mỗi ô thí nghiệm khoan 03 độ sâu -45cm, -80cm và -130cm, tại các vị trí khoan đặt ống nhựa PVC có đường kính D90 Xung quanh ống được chèn đất sét giữa đất và thành ống (vách) để tránh nước bề mặt chảy xuống tầng đất nghiên cứu Ống nhựa được bịt 2 đầu, đục các lỗ nhỏ xung quanh tương ứng ở 03 độ sâu -35cm, -70cm, -120cm và được bọc bằng vải địa kỹ thuật Nước ngầm tại các độ sâu -35cm, -70cm và -120 cm qua các lỗ nhỏ ngấm vào ống thu nước và được trữ tại khoang chứa

- Chế độ phân bón: 120 kg N + 90 kg P2O5 + 90 kg K2O/ha/vụ sử dụng phân đơn đạm ure (46%N), Super lân (17% P2O5), kali sunfat (52% K2O)

Thời gian bón: Bón thúc một lần duy nhất vào thời kì lúa đẻ nhánh

- Lúa cấy 1 dảnh, 36 khóm/m2 đất ở tất cả 4 vụ trong 02 năm thực hiện nghiên cứu

2.2.1.2 Thí nghiệm 2: Nghiên cứu anh hưởng của kỹ thuật tưới đến hàm lượng

N, P trong nước ngầm tầng nông

- Địa điểm bố trí thí nghiệm:

Thí nghiệm được bố trí trên cánh đồng lúa khoa Tài nguyên và Môi trường, Học viện Nông nghiệp Việt Nam (20o 59’58”N - 105o55’53”E)

- Thời gian thực hiện:

Trong 02 năm từ 6/2021 – 5/2023 với 02 vụ Xuân và 02 vụ Mùa

- Công thức thí nghiệm gồm 02 công thức như sau:

+ Công thức tưới ngập: Được thực hiện trên toàn bộ ruộng lúa có diện tích 960

m2 Thực hiện theo cách tưới truyền thống của dân tại nhiều vùng

+ Công thức tưới tiết kiệm nước:

Áp dụng quy trình kỹ thuật tưới tiết kiệm nước theo hướng dẫn của tác giả Trần Viết Ổn

+ Nước tưới của cả hai công thức được dẫn từ hệ thống kênh nối sông Cầu Bây + Công thức thí nghiệm được bố trí trên ô thí nghiệm có kích thước mỗi ô 3*3

m, được chắn tôn cao 40 cm làm 02 hào bao nilon 02 lớp đến độ sâu 2,2 m để đảm bảo 0 – 2,2 m không có nước thấm ngang và nước tràn mặt ruộng trong những đợt mưa lớn

+ Trong ô thí nghiệm khoan 03 độ sâu -45 cm, -80 cm và -130 cm, tại các vị trí khoan đặt ống nhựa PVC có đường kính D90 Ống nhựa được bịt 2 đầu, đục các

lỗ nhỏ xung quanh tương ứng ở 03 độ sâu -35 cm, -70 cm, -120 cm và được bọc bằng vải địa kỹ thuật Nước ngầm tại các độ sâu -35 cm, -70 cm và -120 cm qua các lỗ nhỏ ngấm vào ống thu nước và được trữ tại khoang chứa

- Chế độ phân bón: 120 kg N + 90 kg P2O5 + 90 kg K2O/ha/vụ sử dụng phân đơn

- Lúa cấy 1 dảnh, 36 khóm/m ở tất cả 4 vụ trong 2 năm thực hiện nghiên cứu

2.2.2.3 Thí nghiệm 3: Nghiên cứu giảm dư lượng N trong nước mặt ruộng bởi phụ phẩm nông nghiệp và điều chỉnh phân bón N

- Địa điểm bố trí thí nghiệm:

Thí nghiệm được bố trí trong nhà lưới khoa Tài nguyên và Môi trường, Học viện Nông nghiệp Việt Nam (20o 59’58”N - 105o55’53”E)

- Thời gian thực hiện:

Trong 02 năm từ 6/2021 – 5/2023 với 02 vụ Xuân và 02 vụ Mùa

- Đất thí nghiệm:

Đất thí nghiệm được phơi khô tự nhiên trong không khí, làm nhỏ, rây qua rây 2

mm trước khi chuyển vào các chậu có đường kính 30 cm với lượng đất là 10 kg/chậu Mạ được cấy với mật độ 1 dảnh/chậu

- Công thức thí nghiệm: Thí nghiệm được bố trí theo kiểu khối ngẫu nhiên đầy

đủ (RCBD) với 12 công thức (3 công thức bổ sung biochar và 04 công thức bón phân đạm) Mỗi công thức 3 lần nhắc lại Tổng số chậu của thí nghiệm là 36 chậu

2.2.2 Phương pháp lấy mẫu

2.2.2.1 Lấy mẫu đất

Phương pháp lấy mẫu, bảo quản và xử lý mẫu đất áp dụng theo tiêu chuẩn: TCVN 7538-2:2005, ISO 10381-2:2002, Chất lượng đất – Lấy mẫu - Phần 2: Hướng dẫn

kỹ thuật lấy mẫu

2.2.2.2 Lấy mẫu nước

- Tần suất thu mẫu: Thu mẫu định kỳ 7 ngày/lần

- Tổng số lần thu mẫu cho mỗi vụ: 11 lần tính từ khi cấy đến chắc bông

- Thời gian thu mẫu: vào 07h – 08h sáng

- Cách thu mẫu nước dưới đất: Sử dụng bơm hút để hút thu mẫu nước từ các ống

Nước mẫu dưới đất được lấy theo 03 độ sâu bao gồm -35 cm, -70 cm, -120 cm Tần suất lấy định kỳ 7 ngày/lần

- Bảo quản mẫu: Các chai sau khi thu mẫu được bảo quản trong thùng đá trước

khi mang về Phòng thí nghiệm

- Thời gian phân tích: Thực hiện phân tích luôn trong ngày

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN

3.1 Hàm lượng N và P trong các tầng đất

3.1.1 Hàm lượng N tổng số trong các tầng đất dưới ảnh hưởng của nước tưới

ô nhiễm sử dụng phân hoá học

Kết quả chỉ ra, có sự giảm dần về hàm lượng N theo chiều sâu của tầng đất của tất

cả các công thức trong các 04 vụ

Vậy, dưới ảnh hưởng của nước tưới ô nhiễm sử dụng phân bón tác động đáng kể đến tầng –35 cm Tầng –70 cm bị tác động nhẹ hơn và tầng –120 cm chưa bị tác động

3.1.2 Hàm lượng P tổng số trong các tầng đất dưới ảnh hưởng của nước tưới

-Từ các kết quả thí nghiệm đã chỉ ra các xu hướng chung như sau:

- Hàm lượng NO3- trong nước ngầm tại các tầng gia tăng theo mức độ ô nhiễm của nước tưới

- Hàm lượng NO3- trong nước ngầm tại các tầng gia tăng theo thời điểm bón phân

- Nước tưới ô nhiễm sử dụng phân bón làm gia tăng hàm lượng NO3- trong nước ngầm tầng nông