Đánh giá biến động môi trường đất lúa với mức độ thâm canh khác nhau ở vùng đồng bằng sông Hồng

Chính vì vậy việc đánh giá biến động môi trường đất ĐBSH được đặt ra là một yêu cầu cần thiết nhằm bảo vệ đất cho mục tiêu phát triển bền vững một nền nông nghiệp năng suất cao, đồng thờ

Trang

! Trang phụ bìa

Lời cam đoan

Mục lục

Danh mục các bảng

Danh mục các hình vẽ

M Ở ĐẦU Ị

Ì Tính cấp thiết của đề tài Ì

2 Ý nghĩa của đề tài 3

3 Mục đích nghiên cứu 4

CHƯƠNG Ì TỔNG Q U A N TÀI LIỆU T H A M KHẢO 5

1.1 Quản lý đất là cơ sở của một nền nông nghiệp bền vững 5

1.1.1 Những vấn đề về tính bền vững của một nền nông nghiệp 5

1.1.2 Quản lý tài nguyên đất cho cho một nền nông nghiệp bền vững 9

1.2 Quản lý đất trong hệ thống canh tác lúa nước 10

1.2.1 Tính bền vững của hệ thống canh tác lúa nước 10

1.2.2 Những tác động chính của làm đất và ngập nước đến đất lúa 12

Ì 3 Ảnh hưởng của quá trình canh tác lúa đến môi trường đất ÌV

1.3.1 Ảnh hưởng của việc sử dụng phân khoáng và hoa chất bảo vệ 19

thực vật đến môi trường đất

1.3.2 Phân bón và vấn đề ỏ nhiễm kim loại nặng trong đất 26

1.4 Vấn đề đánh giá ô nhiễm môi trường đất 29

1.5 Phát triển nông nghiệp và tình hình sử dụng phân bón ở Việt Nam 31

1.6 Một số đặc điểm về điều kiện tự nhiên, kinh tế-xã hội vùng ĐBSH 36

1.6 ì Điều kiện tự nhiên vùng ĐBSH 36

1.6.2 Một số đặc điểm về kinh tế-xã hội vùng ĐBSH 43

CHƯƠNG 2 PHẠM VI, Đ ố i TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP 46

NGHIÊN CỨU

2.1 Phạm vi và đối tượng nghiên cứu 46

2.2 Phương pháp nghiên cứu 47

2.2.1 Các phương pháp nghiên cứu và thu thập số liệu 47

2.2.2 Các chỉ tiêu nghiên cứu 48

3.2 Sử dụng phân bón và năng suất lúa ở ĐBSH 66

3.3 Biến động tính chất môi trường đất do tác động của thâm canh lúa 73

3 3.1 Hiên trạng môi trường đất lúa ở ĐBSH 73

3.3.2 Ảnh hưởng của quá trình thâm canh lúa đến một số tính chất 79

đất

3.3.3 Ảnh hưởng của ngập nước và phân bón đến thành phần các 95

nhóm phất phát và khả năng hấp phụ phất pho của đất

3.3.4 Đặc trưng và sự biến đổi chất mùn dưới tác động của quá trình 104

trồng lúa

3.3.5 Ảnh hưởng của phân bón đến năng suất lúa trong điều kiện thí 108

nghiệm đồng ruộng

3.4 Một số vấn đề về sự tích lũy kim loại nặng trong đất do sử dụng ị 23

nước thải trong sản xuất nông nghiệp

3.4.1 Sự tích lũy kim loại nặng trong đất do sử dụng nước thải thành Ị Ị3

phố và khu công nghiệp trong sản xuất nông nghiệp

3.4.2 Sự tích lũy kim loại nặng trong đất ở các làng nghề tái chế kim Ị17

loại

KẾT L U Ậ N VÀ K I Ế N N G H Ị 119

D A N H M Ụ C CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ 122

TÀI LIỆU T H A M KHẢO 123

Trang Bảng L I Nhu cầu dinh dưỡng của một số giống lúa khác nhau 20

Bảng 1.2 Lượng N tối đa có thể bón để bảo đảm tiêu chuẩn nước 23

uống ở Châu Âu Bảng 1.3 Thành phần chất thải từ thành phố và phân gia súc 27

Bảng 1.4 Hàm lượng tối đa của kim loại nặng trong bùn rác thải 27

được phép sử dụng trong nông nghiệp Bảng 1.5 Thời gian tích lũy kim loại nặng trong đất để đạt tới giá 28

trị tối đa cho phép Bảng 1.6 Hàm lượng kim loại nặng và giới hạn cho phép ở đất 30

nông nghiệp Bảng 1.7 Mức độ sử dụng phân bón và năng suất lúa ở nước ta và 33

trên thế giới giai đoạn 1983-1993 Bảng 1.8 Lượng phân bón hoa học sử dụng cho lúa 33

Bảng 1.9 Giống lúa và lượng hút thu các chất dinh dưỡng 34

Bảng 1.10 Tổng lượng dinh dưỡng cần bổ sung cho đất từ phân bón 34

năm 2000 Bảng 1.11 Tỷ l ệ sử dụng N:P:K ở nước ta và trung bình trên thế giới 35

Bảng 1.12 Các loại đất chính ở vùng ĐBSH 41 Bảng 2.1 Các công thức thí nghiệm đồng ruộng 49 Bảng 3.1 Biến động sử dụng đất ĐBSH giai đoạn 1980-2000 56

Bảng 3.2 Tinh hình sử dụng đất nông nghiệp vùng ĐBSH 1980- 59

2000 Bảng 3.3 H ệ số sử dụng đất canh tác ở một số tỉnh giai đoạn 1985- 60

2000 Bảng 3.4 Cơ cấu sử dụng đất vùng ĐBSH đến năm 2010 theo qui 62

hoạch Bảng 3.5 Phương trình biến động sử dụng đất trong thời gian 63

1990-2000 ở ĐBSH Bảng 3.6 Dự báo biến động sử dụng đất theo thời gian ở ĐBSH đến 63

2010 Bảng 3.7 Tình hình sử dụng phân bón ở một số xã thuộc ĐBSH 67

Bảng 3.8 Sử dụng phân bón và năng suất lúa ở một số xã giai đoạn 69

1980-2000

Bảng 3.10 Hàm lượng một số nguyên tố kim loại nặng trong đất 76

Bảng 3.11 Số lượng các nhóm vi sinh vật chính trong đất lúa ở một 77

số khu vực nghiên cứu Bảng 3.12 Dư lượng một số HCBVTV trong đất nghiên cứu 78

Bảng 3.13 Một số tính chất môi trường nước ở Thái Bình 79 Bảng 3.14 Biến đổi tính chất đất sau thời gian trồng lúa nước 80

Bảng 3 15 Một sô tính chất đất lúa ở ĐBSH năm 1974 và 1986 82

Bảng 3.16 Biến đổi pH.KCl theo thời gian thí nghiệm 84 Bảng 3.17 Một số tính chất hóa học đất sau thí nghiệm 86 Bảng 3.18 Biến đổi hàm lượng N H4 + theo thời gian thí nghiệm 88

Bảng 3.19 Biến đổi hàm lượng P205 dễ tiêu theo thời gian thí 90

nghiệm Bảng 3.20 Biến đổi hàm lượng K20 dễ tiêu theo thời gian 92 Bảng 3.21 Biến đổi các dạng phất pho trong đất theo thời gian ngập 96

nước Bảng 3.22 Ảnh hưởng của lượng bón phất pho đến các dạng phất 98

phát trong đất Bảng 3.23 Hấp phụ phất phát của đất phù sa trồng lúa ở ĐBSH 99

Bang 3.24 hưõng cf ta lượng bón đến hấp phụ, trao đổi và cố loi

định phớt pho của đất Bảng 3.25 M ố i quaahệ giữa lượng bón phết phát và khả năng hấp 103

phụ phất pho của đất ở thí nghiệm đồng ruộng Bảng 3.26 Một số đặc trụng chất mùn trong đất phù sa sông Hồng 105

Bảng 3.27 Thành phần các nhóm phụ axit mùn của đất phù sa sông 106

Hồng Bảng 3.28 Tính chất đất thí nghiệm sau khi cấy 25 ngày và năng 110

suất lúa Bảng 3.29 Hàm lượng một số nguyên tố kim loại nặng trong các 114

nguồn nước thải nghiên cứu Bảng 3.30 Hàm lượng một số nguyên tố kim loại nặng trong đất 116

nghiên cứu

Trang

Hình L I Ảnh hưởng của quá trình ngập nước liên tục và không 1 7

liên tục đèn hàm lượng NH4 và N03" ở điều kiện thí nghiệm trong phòng

Hình 1.2 Đặc trưng khí hậu vùng đồng bằng sông Hồng 37

thực ở ĐBSH 1985-2000 Hình 3.5 Dự báo biến động sử dụng đất ở ĐBSH đến 2010 64

Hình 3.6 Biến động sử dụng phân bón vô cơ theo thời gian 70

Hình 3.7 Biến động sử dụng phân bón hữu cơ theo thời gian 71

Hình 3.8 Xu hướng sử dụng phân bón và năng suất lúa 72

Hình 3.9 Biến động các chất tổng số theo thời gian 82 Hình 3.10 Biến đổi pH và chất dễ tiêu trong đất theo thời gian ở 83

ĐBSH Hình 3.11 Ảnh hưởng của quá trình ngập nước và phân bón đến độ 85

chua của đất Hình 3.12 Ảnh hưởĩỊg của phân bón đến hàm lượng N H4 + trong đất 8^

Hình 3.13 Ảnh hưởng của phân bón đến hàm lượng P205 dễ tiêu 91

trong đất Hình 3.14 Ảnh hưởng của phân bón đến hàm lượng K20 dễ tiêu 93

trong đất Hình 3.15 Ảnh hưởng của ngập nước đến hàm lượng Fe37Fe2 + 94

trong đất Hình 3.16 Ảnh hưởng của ngập nước đến các dạng phất pho trong 97

đất Hình 3.17 Ảnh hưởng của ngập nước đến P-hữu cơ, P-vô cơ và P- 98

không tan trong đất Hình 3.18 Khả năng hấp phụ phất pho của đất 100 Hình 3.19 Ảnh hưởng của lượng bón đến hấp phụ p 102 Hình 3.20 Ảnh hưởng của quá trình trồng lúa đến mùn tổng số 107

Hình 3.21 Ảnh hưởng của phân bón tới năng suất lúa 109

M Ở ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Trong sản xuất nông nghiệp, việc mở rộng diện tích đất canh tác đã được tiến hành trong suốt thời gian qua cùng với lịch sử phát triển của xã hội loài người Tuy nhiên, do dân số gia tăng mạnh mẽ đã làm cho diện tích bình quân cho một người ngày càng giảm sút Trên phạm vi toàn cầu, diện tích đấ nông nghiệp là 0,81 ha/người vào năm 1975, đã giảm xuống còn 0,63 ha/người vào năm 1984 và 0,59 ha/người vào năm 1994 (Tổng cục thống kê, 1996; FAO, 1990) [41],[71] Ở nước ta chỉ tính riêng vùng đồng bằng Bắc bộ

và Trung bộ, diện tích đất nông nghiệp giảm hàng năm là 18.246 ha (Trần A n Phong, 1995) [32] Để đáp ứng nhu cầu lương thực cho con người, nhất là ở các nước có diện tích đất nông nghiệp thấp thì giải pháp cơ bản sẽ là thâm canh tăng năng suất cay trồng Trong đó, việc sử dụng các giống mới có năng suất cao, sử dụng nhiều phân bón hoa học và hoa chất bảo vệ thực vật (HCBVTV) được coi là những biện pháp hàng đầu Kết quả của quá trình thâm canh đã làm tổng sản lượng thóc thế giới tăng từ 240 triệu tấn lên 535 triệu tấn trong vòng 30 năm qua (Nasir, 1999) [91]

Là một nước nông nghiệp có dân số đông, các loại phân bón hoa học đã được sử dụng ở nước ta cũng đã tăng lên nhanh chóng trong vài thập kỷ vừa qua Mức độ sử dụng phân bón hoa học và HCBVTV đã đạt đến mức cao, ở một số nơi đã vượt quá nhu cầu thông thường trong sản xuất nông nghiệp Việc sử dụng phân khoáng các HCBVTV tuy đã làm tăng đáng kể năng suất

và sản lượng cây trồng, nhưng cũng đã có những tác động khác nhau đến môi trường đất

Đồng bằng sông Hồng (ĐBSH) là một trong hai vùng sản xuất lương thực quan trọng của cả nước sản lượng lương thực qui thóc năm 1999 đã là gần 6,9 triệu tấn chiếm trên 20% tổng sản lượng lương thực của cả nước Do bình quân đất canh tác cho một người rất thấp, chỉ có 0,05 ha/người, nên sản xuất nông nghiệp trong vùng đã đạt trình độ thâm canh khá cao Mức độ sử dụng phân bón và HCBVTV ở ĐBSH vào loại cao nhất cả nước (Nguyễn Vãn Bộ,1997 [3], các biện pháp tăng vụ đã đưa hệ số sử dụng đất trồng trọt trong toàn vùng đạt tới 2,1 lần (Bùi Đình Dinh và Nguyễn Công Thuật, 1997) [14] Đây là những nguyên nhân làm cho đất nông nghiệp ở vùng ĐBSH đang bị suy giảm về chất lượng, tốc độ mất đất nông nghiệp rất đáng lo ngại, đặc biệt

là đất lúa

ĐBSH có nhiều thành phố, thị xã và các khu công nghiệp tập trung như

Hà Nội, Hải Phòng, Thái Bình, Hải Dương, Nam Định, Phả Lại Các quá trình

đô thị hoa và phát triển kinh tế xã hội đã gây sức ép ngày càng lớn đến vấn đề

sử dụng đất trong vùng Hơn nữa trong vùng cũng có rất nhiều làng nghề truyền thống như tái chế kim loại, đồ gốm sứ, tái chế nhựa, v.v đây là những nguồn thải các chất ô nhiễm có ảnh hưởng trực tiếp gây ô nhiễm môi trường nói chung và môi trường đất nói riêng

Bảo vệ và sử dụng đất nông nghiệp được coi là chiến lược bảo đảm sự phát triển nền kinh tế và xã hội nước ta Chính vì vậy, những nghiên cứu về biến động môi trường đất sẽ có ý nghĩa rất lớn đóng góp vào việc duy trì một nền sản xuất nông nghiệp bền vững Tuy nhiên, việc nghiên cứu về ảnh hưởng của các quá trình sản xuất nông nghiệp nói chung và phân bón nói riêng đến môi trường đất vẫn còn chưa được chú ý đúng mức Những công trình nghiên cứu về biến động môi trường đất còn ít Trong những năm gần đây, một số công trình nghiên cứu cho rằng đã có sự suy giảm cả về chất lượng cũng như tính năng sản xuất của đất do sử dụng phân khoáng và HCBVTV không hợp

lý, đất ngày càng chua và có xu hướng tích lũy cao kim loại nặng (Tôn Thất

Chiểu, 1992; Lê Đức và Nguyễn Xuân Cự, 1998, 1999)) [10], [17], [18] Tính cấp thiết nghiên cứu về vấn đề này cũng đã được một số tác giả đề cập nhằm tiến tới thiết lập một hệ thống kiểm soát môi trường đất Việt Nam (Trần Công Tấu, 1997; Viện Qui hoạch và Thiết kế Nông nghiệp, 1995) [37], [49]

Là vùng có mức độ thâm canh cao nhất cả nước nhưng những nghiên cứu đánh giá về môi trường đất vùng ĐBSH còn ít được chú ý Chính vì vậy việc đánh giá biến động môi trường đất ĐBSH được đặt ra là một yêu cầu cần thiết nhằm bảo vệ đất cho mục tiêu phát triển bền vững một nền nông nghiệp năng suất cao, đồng thời góp phần kiểm soát ô nhiễm các nguồn nước và không khí

Đề tài "Đánh giá biên động môi trường đất lúa với mức độ thâm canh

khác nhau ở vùng đồng bằng sông Hồng 99 nhằm góp phần nghiên cứu giải quyết vấn đề nêu trên và làm cơ sở cho việc xác định các giải pháp thích hợp cho một nền sản xuất nông nghiệp bền vững trong vùng nói riêng, và ở nước ta nói chung

2 Ý nghĩa của đề tài

2.1 Ý nghĩa khoa học của đề tài

Nghiên cứu sẽ làm sáng tỏ mối quan hệ giữa các yếu tố tác động với diễn biến môi trường đất góp phần vào việc đánh giá tác động môi trường nói chung Đồng thời các kết quả nghiên cứu cũng đóng góp những cơ sở khoa học cho việc hoạch định chính sách quản lý sử dụng đất và thiết lập hệ thống quan trắc ô nhiễm môi trường đất ở nước ta Đây cũng là những cơ sở khoa học cho việc xây dựng các giải pháp nhằm kiểm soát các tác động bất lợi do hoạt động sản xuất nông nghiệp gây ra

2.1 Ý nghĩa thực tiễn của đề tài

Về thực tiễn, nghiên cứu sẽ xác định hiện trạng môi trường đất lúa trong điều kiện thâm canh cao ở ĐBSH, chỉ ra những yếu tố có sự biến động mạnh

do tác động của quá trình thâm canh lúa nước cần phải kiếm soát Đây là những cơ sở có ý nghĩa cho việc lựa chọn giải pháp trong thâm canh nhằm nâng cao năng suất cây trồng đồng thời vẫn bảo vệ được môi trường đất

- Đánh giá hiện trạng một số yếu tố độ phì nhiêu của đất lúa, dư lượng HCBVTV và sự tích lũy một số nguyên tố kim loại nặng trong đất ở các khu công nghiệp tập trung và làng nghề truyền thống

- Tim mối liên hệ giữa fnức bón phân và năng suất lúa, đề xuất mức bón hợp

lý bảo đảm ổn định năng suất và môi trường

Chương 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU THAM KHẢO

1.1 Quản lý đất là cơ sở của một nền nông nghiệp bền vững

1.1.1 Những vấn đề về tính bền vững của một nền nông nghiệp

Con người đã bắt đầu nền nông nghiệp sơ khai bằng hình thức hái lượm

và săn bắt ngay từ thuở ban đầu Tuy nhiên nền nông nghiệp thực thụ với các hình thức trồng trọt chăn thả truyền thống được xác định có từ khoảng 8000 năm trước công nguyên và kéo dài cho đến ngày nay Những đặc điểm chính của nền nông nghiệp này tuy đã có nhiều biến đổi nhưng tính chất tự cung tự cấp vẫn được xem là đặc trưng cơ bản nhất Trong giai đoạn hiện nay, sản xuất nông nghiệp đã có mối liên hệ quốc tế và trở thành một hợp phần trong phát triển kinh tế hàng hoa với hệ thống dây chuyền của sự cung cấp, đầu tư, chế biến, buôn bán và trao đổi tài chính Nền sản xuất nông nghiệp cũng bước sang một giai đoạn mới của nền nông nghiệp công nghiệp hoa có năng suất và hiệu quả cao hơn rõ rệt Trong nền nông nghiệp này, con người tìm mọi cách khai thác triệt để nguồn tài nguyên thiên nhiên và các khả năng có thể nhằm nâng cao lợi nhuận của quá trình sản xuất Điều này cũng luôn gắn liền với các rủi ro trong sản xuất, gây tính không ổn định cho hệ sinh thái nông nghiệp Chính vì vậy mà nền nông nghiệp công nghiệp hoa tuy mới xuất hiện

và phát triển từ khoảng giữa thế kỷ X X nhưng nó đã nhanh chóng bộc l ộ những dấu hiệu của một sự phát triển không bền vững (Christensen, 1994; Ludwig, 1995; Pineiro, 1989) [64], [90], [95]

Việc sử dụng các loại phân bón hoa học, H C B V T V trong sản xuất nông nghiệp có ý nghĩa rất lớn làm tăng sản lượng lương thực thế giới nhưng đồng thời cũng gây ra nhiều vấn đề về mỏi trường như gây thoái hoa đất và ô nhiễm nước Các khí phát thải từ hoạt động nông nghiệp cũng đã góp phần gây tác động đến khí hậu toàn cầu (Lê Thạc Cán, 1995; Petter and Rolf, 1999) [8]

[94] Chính vì vậy mà việc tìm kiếm các giải pháp cho một nền nông nghiệp bền vững đang được nhiều nhà khoa học quan tâm

Theo Sabine, 1997 [101], mục tiêu trung tâm của nền nông nghiệp bền vững là nhằm bảo đảm lâu dài lương thực cho một dân số ngày càng tăng trên toàn cầu Nông nghiệp bền vững cũng phải phù hợp với sự phát triển của từng địa phương, từng vùng trên cơ sở tăng cường sự sản xuất trên các diện tích đất hiện đang được sử dụng, tránh việc mở rộng đất đai ở các vùng biên không hoàn toàn thích hợp cho nông nghiệp

Theo khái niệm của Hội đồng cố vấn kỹ thuật thuộc nhóm tư vấn nghiên cứu nông nghiệp quốc tế CGIAR, 1989 [70] thì một nền nông nghiệp bền vững phải bao gồm sự quản lý có hiệu quả nguồn tài nguyên nông nghiệp

để thoa mãn sự thay đổi các nhu cầu cần thiết của loài người trong khi vẫn duy trì hoặc làm tăng cường nguồn tài nguyên thiên nhiên cơ bản, tránh sự huy hoại môi trường Như vậy phát triển nông nghiệp bền vững yêu cầu cả về mặt

kỹ thuật và sự thay đổi các tập quán, thói quen, các chính sách, tín ngưỡng, khoa học và thương mại Mỗi người dân, mỗi gia đình và mỗi cộng đồng phải cùng hành động để tăng cường nguồn tài nguyên thiên nhiên trên cơ sở quản

lý hiệu quả chúng, không khai thác quá mức cho phép (Ludwig, 1995) [90]

Trong nông nghiệp, lâm nghiệp và thúy sản phát triển bền vững là quá trình bảo tồn và không làm thoái hoa các nguồn tài nguyên đất, nguồn nước, nguồn gen động thực vật bằng các biện pháp thích hợp về kỹ thuật, kinh tế và được xã hội chấp nhận (FAO, 1994) [72] Phát triển nông nghiệp bền vững ngoài các nguyên lý chung còn cần phải có sự kết hợp chặt chẽ giữa kiến thức bản địa với việc phân tích và nghiên cứu áp dụng các hệ thống canh tác Đây

là những cơ sở để xác định nhu cầu cần thiết nhất để đẩy mạnh sản xuất trên

cơ sở gắn kết những kinh nghiệm thực tiễn với các tiến bộ của khoa học kỹ thuật

Nasir (1999) [91] đã chia thành 5 nhóm yếu tố chính có ý nghĩa quyết định đến tính bền vững của các hệ thống nông nghiệp, bao gồm: Các chính sách kinh tế, văn hoa, xã hội; các nguồn năng lượng đầu tư, phân bón, thuốc bảo vệ thực vật; kỹ thuật canh tác; những bất cập và tác động của các yếu tố khí hậu; các vấn đề về quản lý nguồn tài nguyên đất và nước

Khi nghiên cứu về tính bền vững của hệ thống nông nghiệp có thể theo

3 cách tiếp cận khác nhau là tiếp cận kinh tế, tiếp cận sinh thái và tiếp cận văn hoa xã hội (Hatem, 1990 được Đào Thế Tuấn trích năm 1995) [48]

Trên thực tế rất khó có khả năng thiết lập được sự bền vững ngang bằng giữa các hợp phần kinh tế, xã hội và sinh thái Ví dụ như nền nông nghiệp nhiệt đới thường phải đương đầu với những thách thức lớn nhằm đáp ứng nhu cầu lương thực có chất lượng tốt cho một số đông dân số Điều này đòi hỏi phải nâng cao hiệu quả sử dụng đất trên cơ sở áp dụng các biện pháp canh tác truyền thống kết hợp với các kỹ thuật nông nghiệp tiên tiến, tăng cường sự đa dạng cây trồng và các phương thức sử dụng đất phù hợp (Jurgen Pohlen, Jorg Borgman và Helmut Eiszner, 1997) [84]

Hiện nay có nhiều cách đánh giá độ bền vững của một hệ thống sản xuất nông nghiệp dựa vào các chỉ số khác nhau Theo F A O (1997) [74], tính

bển vững của đất không chỉ ở tính ổn định về nâng suất cây trồng mà còn là

khả năng tự phục hồi của đất, chống lại các quá trình thoái hoa Trong đó FAO rất chú ý đến các yếu tố chỉ thị cho chất lượng đất (LQIs) Tại hội nghị

về chỉ thị chất lượng đất và sử dụng chúng cho sự phát triển nông nghiệp và nông thôn bền vững (Rome, 1996), F A O đã khuyến cáo một số yếu tố cần quan trắc trong đánh giá biến đổi chất lượng đất bao gồm: Thay đổi các điều kiện tài nguyên đất; thay đổi diện tích của các loại sử dụng đất; thay đổi các

kỹ thuật canh tác và quản lý đất đai; thay đổi năng suất do thâm canh; các chất dinh dưỡng trong đất; các vấn đề phát triển nông thôn và mật độ dân cư; quản

lý rừng; nguồn tài nguyên nước và nuôi trồng thúy sản (Benites và Tschirley, 1997) [58]

Đã có nhiều nhà nghiên cứu cố gắng xác định các chỉ thị cho phát triển bền vững và các biện pháp quản lý chúng trên thực tiễn Tuy nhiên cho đến nay vẫn chưa có khái niệm nào hoàn chỉnh vì các chỉ thị của sự bền vững có thể biến đổi theo các chiều hướng khác nhau (FAO, 1995) [73] Chính vì vậy Benites và Vieira (1997) [57] đã đưa ra khái niệm chỉ thị biến đổi (Change Indicators) thay cho chỉ thị bền vững (Sustainabiliy Indicators) hay chỉ thị chất lượng đất (Land Quality Indicators) Các chỉ thị biến đổi được áp dụng để hướng dẫn quản lý và sử dụng đất cũng như nguồn tài nguyên nước và phân bón Để đánh giá chiều hướng và tốc độ biến đổi cần phải so sánh với các gia trị nền được xác định từ lúc bắt đầu quan trắc Từ đó xác định sự biến đổi của các chỉ thị này và những nguyên nhân cũng như tác động của sự biến đổi đó

Để tiếp cận quản lý tốt nguồn tài nguyên đất, việc lựa chọn các yếu tố chỉ thị chính cần được xác định ở mức tối thiểu và tập trung vào các nhóm nhân tố sau: (1) Tốc độ áp dụng các tiến bộ khoa học kỹ thuật, (2) thay đổi diện tích sử dụng đất, (3) thay đổi trong quản lý trang trại, (4) biến đổi năng suất cây trồng, (5) thay đổi về nguồn nhân lực

Theo Jodha (1990) [83] hệ thống nông nghiệp được xem là bền vững khi nó duy trì được một mức độ nào đó các chức năng của mình (ví dụ như sản lượng cây trồng) qua thời gian; và nếu cần thiết có thể tăng năng suất mà không làm ảnh hưởng đến các chức năng sinh thái cơ bản của hệ thống Vận dụng các chỉ thị của một hệ thống nông nghiệp bền vững trong điều kiện Việt nam, Đào Thế Tuấn, 1995 [48] cho rằng có thể chỉ cần dựa vào sự theo dõi tăng trưởng năng suất từ trước đến nay để đánh giá

Có thể nói rằng con người đã nhận biết sự cần thiết của phát triển bền vững trong sản xuất nông nghiệp và đã có nhiều cố gắng để nhận dạng cũng

như thực hiện chúng Tuy nhiên tính bền vững lại rất khó có thể được đánh giá một cách rõ ràng và cũng rất khó có thể đạt được trong thời gian ngắn Tại hội nghị tháng 4/1995, Uy ban về phát triển bền vững của Liên hiệp quốc đã nhận định rằng: Mặc dù đã có một số tiến bộ nhưng vẫn còn là quá nhỏ bé và với những tiến bộ rất chậm chạp trên con đường tiến tới một nền nông nghiệp và phát triển nông thôn một cách bền vững (Hội đồng kinh tế và xã hội của Liên hợp quốc UNECOSOC, 1995) [108]

1.1.2 Quản lý tài nguyên đất cho một nền nông nghiệp bền vững

Quản lý tài nguyên đất theo nghĩa rộng là các hoạt động sử dụng đất của con người, kể cả việc qui hoạch sử dụng đất nói chung Nó là sự thống nhất giữa người sử dụng đất trực tiếp, pháp luật, quản lý hành chính, tưới tiêu

và cây trồng (FAO, 1995) [73] Trong tự nhiên, các quá trình thoái hoa và phục hồi độ phì nhiêu của đất luôn xảy ra đồng thời Chất lượng đất sẽ là ổn định khi có sự cân bằng giữa 2 quá trình này, còn khi một quá trình nào đó chiếm ưu thế hơn sẽ quyết định chiều hướng biến đổi của chất lượng đất Trạng thái đất được thổ hiện thông qua các yếu l ố chỉ thị cho chất lượng đất có thể biến đổi theo chiều hướng tốt nếu quản lý và sử dụng đúng và ngược lại (Dumanski và Pieri, 1997) [69]

Nền tảng của nền sản xuất nông nghiệp đó là vấn đề sử dụng đất (Hart

và Sands, 1991) [77] Một hệ thống sử dụng đất bền vững phải bảo đảm cả khía cạnh vật lý, sinh học và kinh tế xã hội để sản xuất ra nhiều hơn mức đầu

tư, đồng thời vẫn duy trì được sự ổn định bền vững về môi trường sinh thái Theo F A O , 1994 [72], một hệ thống nông nghiệp bền vững cần phải bảo bảo đảm được 4 yếu tố sau đây:

- Đáp ứng nhu cầu kinh tế trước mắt, và phù hợp với sự tiếp cận truyền thống

- Sử dụng vật chất và năng lượng đầu tư nhưng không được làm suy thoái các nguồn tài nguyên cơ bản, tiếp cận nền sản xuất đầu tư thấp (sử dụng ít vật tư phân bón)

- Sử dụng nguồn tài nguyên thiên nhiên đồng thời phải nhằm tăng năng suất tiềm nâng của chúng Tiếp cận hệ thống canh tác hữu cơ và các nguồn tài nguyên có khả năng tái tạo bất kỳ lúc nào nếu có thể

- Duy trì năng suất của hệ thống ở mức không vượt quá năng suất của nguồn tài nguyên, một sự tiếp cận sinh thái ứng dụng

1.2 Quản lý đất trong hệ thông canh tác lúa nước

1.2.1 Tính bền vững của hệ thông canh tác lúa nước

Lúa là cây lương thực quan trọng nhất ở Châu Á và đã được trồng cách đây khoảng 5000 năm (Bradfield, 1972) [61] Năm 1994 trên toàn thế giới đã gieo trồng 146,5 triệu ha lúa với sản lượng là 534,8 triệu tấn Nhu cầu lúa gạo trên thế giới sẽ tăng khoảng 70% vào năm 2025 (Volker và nnk, 1996) [109] Tuy nhiên, hiên nay diện tích trồng lúa lại có xu hướng giảm đi ở nhiều vùng

do việc đa dạng hoa cây trồng để tăng thu nhập của người dân Chính vì vậy

mà ở nhiều nước trên thế giới đã có chính sách ưu tiên cho việc trồng lúa (Pingali, 1992) [96]

ở nước ta, sản xuất nông nghiệp đã được xác định có từ thời văn hoa Hoa Bình cách đây trên một vạn năm Đến thời các vua Hùng, nền văn minh nông nghiệp Hoa Bình đã phát triển nhảy vọt đánh dấu bằng sự hình thành và phát triển nền văn hoa Đông Sơn và nghề trồng lúa nước Nhiều nghiên cứu cho rằng những ruộng lúa nước ở làng Tứ Xã (Vĩnh Phúc) đã tồn tại hem 4000 năm, còn ở làng Đanh (ứng Hoa, Hà Tây) thì đã có cách đây khoảng 3000 năm (Bùi Huy Đáp, 1994) [16]

Vào thời Văn Lang, lúa được gieo trồng một vụ trong năm bắt đầu từ mùa mưa và kết thúc vào mùa khô Từ năm 111 trước Công Nguyên, đã xuất hiện thêm một vụ lúa chiêm vào mùa khô được gieo trồng ỏ những vùng trũng

mà mùa mưa bị bỏ hoa vì ngập úng Sau này do sự phát triển của thúy lợi, lúa

đã được cấy hai vụ trong năm trên cùng một diện tích (Nguyễn Duy Thịnh, 1995) [38] Từ những năm 70 của thế kỷ X X , vụ xuân với các giống lúa ngắn ngày đã thay thế dần vụ chiêm, tạo điều kiện cho vụ màu ra đời Cơ cấu gieo trồng trong năm bao gồm lúa xuân, lúa mùa sớm và cây vụ đông được áp dụng ngày càng rộng rãi tạo điều kiện nâng cao hiệu quả sử dụng đất cũng như hiệu quả kinh tế trong sản xuất nông nghiệp (Vũ Nămg Dũng, 1997) [15]

Nền nông nghiệp lúa nước đã tồn tại lâu dài và chứng minh có tính ổn định khá cao tuy nhiên năng suất phụ thuộc rất lớn vào mức độ đầu tư Theo Bùi Huy Đáp (1994) [16] thì năng suất lúa ở Bắc Bộ là 4-5 tạ/ha/vụ vào thời

kỳ đầu công nguyên, đã tăng lên 11-12 tạ/ha/vụ vào đầu thế kỷ X X , 17-18 tạ/ha/vụ vào những năm thập niên 60 và hiện nay là 40-45 tạ/ha/vụ (Nguyễn Sinh Cúc, 1995) [12]

Tuy nhiên trong lịch sử phát triển lâu dài của mình, nền nông nghiệp lúa nước truyền thống cũng đã có nhiều yếu tố đe doa tính ổn định của nó như

lũ lụt, hạn hán, đã có lúc rất nghiêm trọng Ngày nay những nguy cơ này có lúc càng gay gắt hơn, đặc biệt là đã xuất hiện nhiều yếu tố mới có nguy cơ phá

vỡ tính ổn định của hệ canh tác lúa nước Sự đa dạng sinh học giảm đi do nhiều loại giống truyền thống đã được thay thế bằng một số ít giống lúa mới, việc sử dụng các H C B V T V ngày càng nhiều đã tiêu diệt nhiều loài sinh vật có ích và dẫn đến làm xuất hiện nhiều loài sâu hại mới rất khó kiểm soát Hơn nữa quá trình thâm canh cao dựa trên việc sử dụng nhiều phân bón hoa học đã làm trầm trọng thêm sự mất cân đối về dinh dưỡng trong đất Để duy trì tính

ổn định cho nền nông nghiệp châu thổ cần phái vận dụng tốt các qui luật sinh

thái học trên cơ sở cây lúa nước, kết hợp hài hoa với các cây rau màu, cây công nghiệp, cây ăn quả và nuôi trồng thúy sản

1.2.2 Những tác động chính của làm đất và ngập nước đến đất lúa

7.2.2.7 Tác động đến tính chất vật lý đất

Quá trình canh tác lúa nước có ảnh hưởng rất lớn đến nhiều tính chất lý, hoa học đất Cày bừa là quá trình làm đất cơ bản của quá trình canh tác lúa nước, là giai đoạn phá huy các đoàn lạp làm cho đất trở thành dạng bùn nhão

do tác động của lực cơ học ở điều kiện có độ ẩm cao Kết quả của quá trình cày bừa là làm phá huy các đoàn lạp đất, loại bỏ các khoảng hổng phi mao quản va tăng cường khả năng giữ nước mao quản của đất Điều này có ý nghĩa trong việc làm giảm khả năng bay hơi nước cũng như khả năng thấm lọc của đất (Nguyễn Khang, 1994; Nguyễn Khang và cộng sự, 1999) [24], [25]

Theo các nghiên cứu của Bodman và Rubin (1948) [60] cho thấy có tới 91-100% các lỗ hổng phi mao quản bị phá vỡ khi bừa sục bùn ở đất thịt Trong khi độ xốp mao quản tăng 223% với hầu hết các l ỗ hổng có kích thước

nhỏ hơn 0,2 |LI (Jamison, 1953) [81] Nước dưới dạng lỏng dễ dàng di chuyển

»

trong các khoảng hổng này do tác động của lực mao quản

Quá trình ngập nước cũng dẫn đến làm phá vỡ các đoàn lạp lớn hoặc chúng bị ép lại thành các đoàn lạp nhỏ hơn Kha và Kawaguchi (1960) [86] cho rằng quá trình khử các hợp chất sắt, mangan, silicat và các chất hữu cơ khi

bị ngập nước đã làm tăng sự trương nở trong đất, làm giảm lực liên kết bên trong các đoàn lạp trong khi làm tăng các lực liên kết giữa các đoàn lạp đất với nhau Sự giãn nở của các lớp khoáng sét có tác dụng làm giải phóng các ion vốn đã bị hấp phụ chặt trong chúng Nhất là đối với đất có chứa nhiều

N H4 + ở dạng bị cố định giữa các lớp silicát, quá trình này sẽ làm giải phóng nhanh hơn các ion N H4 + bị cố định vào trong dung dịch đất (Bhattacharya 1971) [59]

Các công trình nghiên cứu của Kawaguchi và cộng sự (1957) [85] đã khảng định rằng quá trình ngập nước làm giảm độ bền vững của các đoàn lạp đất do các chất hữu cơ bị phân huy và các lớp bao bọc như oxít sắt, mangan bị khử thành dạng hoa tan Khi đất được làm khô, lúc này các oxít sắt, mangan lại có vai trò như xi măng gắn kết bao bọc xung quanh các phần tử sét làm gắn kết các đoàn lạp trở lại và làm tăng độ bền của chúng Đây là quá trình rất quan trọng gắn kết các phần tử silicát riêng rẽ tái hình thành cấu trúc đất Các đất có hàm lượng hữu cơ hoặc sắt nhôm oxít cao cũng tạo điều kiện dễ dàng cho quá trình này xảy ra khi đất khô trở lại (Koeing, 1961, 1963; Sanchez, 1976) [87], [88], [102]

2.2.2.2 Tác động của ngập nước đến một số tính chất hoa học đất

ọ

- Anh hưởng của ngập nước đến độ chua của đất:

Nhiều nghiên cứu trong và ngoài nước đã khẳng định quá trình ngập nước có ảnh hưởng rất lớn đến độ chua của đất Theo Sanchez (1976) [102],

pH sẽ biến đổi và đạt tới giá trị khoảng 6,5-7,0 trong khoảng một tháng ngập nước và ổn định ở giá trị này cho tới khi đất khô trở lại Nhìn chung giá trị pH của đất axit sẽ tăng lên trong khi ở các đất có phản ứng kiềm lại giảm đi Sự tăng lên của pH ở các đất axit là do có sự giải phóng các ion OH" khi Fe(OH)3

và các hợp chất tương tự được khử xuống Fe(OH)2 hoác Fe3(OH)6 Ngược lại giá trị pH ở các đất kiềm có khả năng giảm xuống xung quanh 7 là do sự tăng hàm lượng C 02 dẫn tới làm tăng các ion H+ Đối với các đất trung tính, giá trị

pH ít biến động vì cả 2 quá trình này có xu hướng cân bằng nhau

Kết quả biến đổi độ chua của đất ngập nước như trình bày ở trên làm cho pH tồn tại ở giá trị thích hợp cho sự hoa tan nhiều chất dinh dưỡng quan trọng trong khi hàm lượng A l3 + độc hại nhanh chóng bị loại trừ Chính vì vậy

mà việc bón vôi cho đất lúa ngập nước rất ít có tác dụng Tuy nhiên cũng cần

chú ý rằng ở các đất chua giàu A l3 + cây lúa có thể bị ảnh hưởng độc hại ngay trong thời gian đầu khi pH của đất chưa đạt tới giá trị trung tính

- Ảnh hưởng của ngập nước đến phản ứng ôxy hoa khử trong đất:

Trong quá trình ngập nước, hàm lượng ôxy sẽ giảm đi rất nhanh và thậm chí giảm đến không trong vòng một ngày (Sanchez, 1976) [102] Lúc này các vi sinh vật kỵ khí sẽ phát triển nhanh chóng và thực hiện quá trình phân huy các chất hữu cơ Kết quả là đất chuyển từ trạng thái ôxy hoa sang trạng thái khử Quá trình này có ảnh hưởng rất lớn đến nhiều tính chất đất, đặc biệt là sự chuyển hoa các chất dinh dưỡng

Nitơrat sẽ không bển ở Eh trong khoảng +400 đến +300 mV, do vậy khi Eh của đất tồn tại ở các giá trị này thì quá trình phản nitơrat xảy ra mạnh Sau khi toàn bộ lượng nitơrat đã được sử dụng hết, các vi sinh vật kỵ khí sẽ tiếp tục khử Mn4 +đến Mn2 +, phản ứng này xảy ra ở Eh khoảng +200 mV Các hợp chất mangan thường không có nhiều trong đất và chỉ các vi khuẩn đặc biệt mới có khả năng khử chúng, do vậy vai trò của quá trình này là không lớn trong hầu hết các đất

Sau các ion mangan sẽ đến lượt Fe3 + bị khử thành Fe2 + làm Eh giảm tương ứng xuống còn khoảng +120 mV Đây được xem là phản ứng khử quan trọng nhất trong đất ngập nước vì các hợp chất sắt thường có hàm lượng cao hơn nhiều so với nitơrat, hydroxít mangan hoặc sunphát

Một số chất hữu cơ như axit lactic và axit pyruvic bị khử thành rượu ở

Eh khoảng -180 mV lon S04 2- bị khử xuống S 03 2' và s 2 - ở Eh khoảng -150

mV Đối với các phản ứng khử khác xảy ra ở điều kiện khử mạnh hơn thường

ít xảy ra vì Eh tương ứng của chúng thường không được phát hiện ở các đất lúa ngập nước

Cường độ của quá trình khử không chỉ phụ thuộc vào thời gian ngập nước mà còn phụ thuộc ở một mức độ lớn vào số lượng các chất hữu cơ dễ bị khử Nhìn chung đất có hàm lượng hữu cơ cao cũng có cường độ khử cao Đối với hầu hết các đất thì Eh sẽ giảm nhanh và ổn định ở trạng thái cân bằng trong vòng 2- 4 tuần ngập nước (Ponnamperuma, 1965) [97]

Ảnh hưởng của độ ẩm đến điện thế oxy hoa khử của đất Việt Nam cũng được một số tác giả nghiên cứu Theo Nguyễn Vy và Trần Khải (1974) [51], khi đất được làm ẩm Eh sẽ giảm đi khá nhanh trong vòng 20-30 ngày đầu sau

đó tồn tại ở trạng thái ổn định Giá trị cân bằng đạt được này sẽ phụ thuộc vào

độ ẩm, của đất

Bản thân sự khử của đất không gây ảnh hưởng xấu đến cây lúa, trừ khi

Eh nhỏ hơn -300 mV Khi đó sunphit có thể tồn tại với số lượng lớn gây độc hại cho cây lúa (Patrick và Mahapatra, 1968) [93] Tuy nhiên các tác động gián tiếp của hệ khử trong đất mới là chức năng quan trọng của hệ canh tác lúa nước Trên thực tế, các ion Fe2 + thường có hàm lượng rất lớn làm cho Eh của hệ tồn tại ở giá trị vào khoáng +100 mV (do cặp Fe3 7Fe 2+ quyết định) Chính vì vậy mà các hợp chất sắt luôn được xem là có ý nghĩa quan trọng nhất trong đất lúa ngập nước

Ở đất ngập nước, sau khi các hợp phần nitơrat và mangan đã bị khử, khả năng hoa tan của sắt tăng lên do Fe3 + bị khử thành Fe2 + Hàm lượng Fe2 +

sẽ đạt giá trị cao nhất sau khoảng một tháng ngập nước, sau đó sẽ giảm đi Tuy nhiên sự biến động của ion sắt cũng phụ thuộc vào các tính chất của đất Hàm lượng Fe2 + có giá trị cao và biến động mạnh nhất ở đất chua, giàu chất hữu cơ trong khi các đất có giá tri pH cao và nghèo hữu cơ thì hàm lượng Fe2 +

ít biến đổi trong quá trình ngập nước

Sự khử của các hợp chất sắt là rất quan trọng ở đất lúa vì nó có khả năng làm tăng pH, tăng khả năng hoa tan của phất pho Tuy nhiên nếu hàm lượng Fe tăng lên quá cao sẽ gây độc hại cho cây trồng (IRRI, 1973) [80] ơ các đất kiềm, khi hàm lượng Fe2 + tăng lên khoảng 20 ppm trong dung dịch đấf

sẽ có tác dụng tốt đối với lúa Ngược lại sự tăng Fe2 + trong các đất chua lên đến 350 ppm có thể gây độc hại cho cây lúa (Sanchez, 1976) [102] Mặc dù độc hại Fe2 + là vấn đề thường gặp ở đất ngập nước nhưng nó có thể dễ dàng được khắc phục bằng cách tiêu thoát nước hoặc cấy lúa vào thời điểm mà hàm lượng Fe2 + đã vượt qua giá trị cực đại và tồn tại ở giá trị thấp Các ion Fe2 + trong dung dịch đất có thể di chuyển đến vùng oxy hoa của phẫu diện đất hình thành các ôxít hoặc hydroxít Fe3 + ở dạng các hạt kết von hoặc các khối rắn chắc không tan

Lúa là Ì trong số ít những loài cây hút thu N H4 + mạnh hơn N 03, trong khi hệ rễ của cây 2 lá mầm lại sử dụng N03" nhanh chóng hơn (Scarsbrook, 1965) [104] So với N03- thì N H4 + kém linh động hơn do nó bị hấp phụ bởi các keo đất Đặc biệt là các khoáng thứ sinh như illit, vermiculit có khả năng làm cho N H4 + trở thành khó tiêu do chúng bị giữ chặt giữa các lớp khoáng sét (Drury và Beauchamp, 1991) [68] Quá trình rửa trôi N H4 + sẽ xuất hiện mạnh khi lượng N H4 + vượt quá khả năng hấp phụ của đất

Theo Sanchez (1976) [102] thì trong đất lúa nước chỉ có một lớp đất mỏng khoảng Ì em trên mặt và trong khu vực vùng rễ lúa được coi là ở trạng thái oxy hoa Khi ni tơ (NH4 +) được bón vào tầng này sẽ dễ dàng bị oxy hoa thành N03" và bị rửa trôi xuống tầng khử và tiếp tục bị quá trình phản nitơrat đến N20 và N2 bay vào khí quyển Lượng nitơ bị mất do quá trình phản nitơrat dao động trong khoảng 20-300 kg/ha trong vòng một tháng đầu, làm cho N03" hầu như không tồn tại trong đất ngập nước (Ponnamperuma, 1965) [97]

Ngược lại với N 03, các ion N H4 + có khả năng tồn tại bền vững trong môi trường khử Hơn nữa quá trình khoáng hoa chất hữu cơ cũng giải phóng nitơ dưới dạng N H4 + góp phần làm cho N H4 + tăng mạnh trong khoảng 2 tuần đầu ngập nước và có quan hệ chặt chẽ với hàm lượng chất hữu cơ trong đất

Điều cần chú ý là sự biến động mạnh của nitơ ở các đất có quá trình ngập nước và khô xen kẽ nhau do nitơ bị mất đi do nhiều con đường khác nhau Ở đất ngập nước nitơ tồn tại chủ yếu ở dạng N H4 +, khi đất khô một phần

N H4 + bị nitơrat hoa thành N 03\ Tuy nhiên đến chu kỳ ngập nước tiếp theo, NO3" bị mất do quá trình phản nitorat hoặc bị rửa trôi Quá trình này xảy ra xen kẽ nhau làm cho nitơ bị mất đi nhanh chóng, đặc biệt là ở chu kỳ đầu tiên (Hình 1.1)

-NH4+ (ngập nước liên tục)

0 20 40 60 80 100 120 140 160

Thời gian (ngày)

- H i — NH4+ (40 ngày ngập nước và 40 ngày khô xen kẽ)

—a—N03- (ngập nước liên tục)

- -X- - -N03- (40 ngày ngập nước và 40 ngày khô xen kẽ)

Hình 1.1 Ảnh hưởng của quá trình ngập nước liên tục và khống liên tục đến hàm lượng NH4 +và N 03 trong đất ở điều kiện thí nghiệm trong phòng [102]

- Anh hưởng của ngập nước đến các dạng phất pho trong đất:

Hàm lượng phất pho dễ tiêu trong đất tăng theo thời gian ngập nước do kết quả của các quá trình sau: Quá trình khử các phết phát sắt IU thành phối phát sắt l i và các hợp chất phất phát dễ khử khác thành dạng dễ hoa tan hơn*

• - • •

L MA ị fit

Sự thúy phân của một số dạng phất phát bị bao bọc bởi các hợp chất sắt, nhôm trong môi trường axit nhưng có khả năng hoa tan trong môi trường có pH cao hơn; Quá trình khoáng hoa các hợp chất phất pho hữu cơ ở các đất chua do pH tăng lên; Tăng khả năng hoa tan các apatit ở các đất có phản ứng kiềm do pH giảm xuống khoảng 6-7; tăng khả năng khuếch tán của ion H2P04" khi lượng nước tăng lên Tuy nhiên, nhiều nghiên cứu khác nhau cũng cho thấy hàm lượng phết pho dễ tiêu trong đất chỉ tăng lên trong thời gian đầu của quá trình ngập nước sau đó lại có xu hướng giảm đi rõ rệt Sự giảm phất pho dễ tiêu sau khoảng 4 tuần ngập nước được giải thích là do có sự tái cố định phất pho chủ yếu dưới dạng canxi phất phát

Quá trình ngập nước cũng làm biến động mạnh các dạng phất phát trong đất Các hợp phần phối pho dễ khử và Ca-P giảm đi, trong khi Fe-P lại tăng lên Nguyên nhân làm tăng lượng Fe"-P là do một phần Fem-P bị khử xuống Fe11-?, mặt khác khi ngập nước lâu ngày một phần Ca-P cũng sẽ chuyển thành dạng Fe"-P

Khả năng cố định phôi pho của đất cũng có sự biến đổi đáng kể trong quá trình ngập nước Patrick (1968) [93] cho rằng trong điều kiện khử, phối

pho bị hấp phụ ít hơn ở nồng độ dung dịch nhỏ hơn Ì ppm p, nhưng lại hấp phụ lớn hơn khi nồng độ p trong dung dịch tăng cao Nguyên nhân có thể là

do khi các hợp phần Fe (IU) bị khử xuống dạng các gel của Fe (li) làm tăng tỷ

diện bề mặt và tăng khả năng hấp phụ p của chúng Tuy nhiên mức độ khác biệt này sẽ là khác nhau ở các loại đất khác nhau

- Ảnh hưởng của ngập nước đến sự phân huy chất hữu cơ trong đất:

Trong điều kiện khử, các vi khuẩn kỵ khí phân huy các chất hữu cơ ở mức năng lượng thấp và sử dụng ít nitơ hơn trong điều kiện ôxy hoa Do vậy

sự khoáng hoa nitơ có thể xảy ra với các chất hữu cơ có tỷ l ệ C/N lớn và các chất hữu cơ không thích hợp cho phân huy hiếu khí cũng có thể bị phân huy

trong điều kiện kỵ khí Tuy nhiên tốc độ phân huy các chất hữu cơ ở đất ngập nước xảy ra chậm hơn ở các đất khô (Lương Đức Loan, 1991; Dedatta và Magnage, 1969) [30], [65]

Sản phẩm cuối cùng của quá trình phân huy các chất hữu cơ trong điều kiện ngập nước là rất đa dạng Theo Ponnamperuma (1972) [98] thì sản phẩm phân huy chất hữu cơ ở đất khô thường là C 02, N 03\ S04 2", H20 và các chất mùn bền vững, còn ở đất ngập nước là C 02, H20 , N H4 +, C H4, H2S, các hợp chất amin, các axit mùn không hoàn chỉnh hoặc từng phần của chúng Tuy nhiên, giai đoạn đầu của quá trình phân huy các chất hữu cơ ở cả điều kiện đất khô và đất ướt đều xảy ra tương tự như nhau cho đến khi hình thành axil, pyruvic Lúc này nếu trong điều kiện ngập nước, các sản phẩm trung gian sẽ

bị khử đến rượu và một số axit hữu cơ khác Một phần trong chúng có thể tiếp tục bị khử thành C H4 hoặc C 02 Trong một vài tuần đầu ngập nước quá trình phân huy hữu cơ xảy ra mạnh và giải phóng một lượng khá lớn C 02 (1-3 tấn/ha) Chính vì vậy mà ở các đất giàu hữu cơ có thể gây độc hại vì nồng độ

C 02 tăng cao đột ngột Sau đó lượng C 02 sẽ giảm đi do quá trình trao đổi với khí quyển hoặc bị kết tủa dưới dạng các muối cácbonat

1.3 Ảnh hưởng của quá trình canh tác lúa đến môi trường đất

1.3.1 Ảnh hưởng của việc sử dụng phân khoáng và HCBVTV đến đất

Trong thời gian gần đây, các giống lúa mới đã được đưa vào trồng ngày càng nhiều Do nhu cầu dinh dưỡng của các giống mới rất cao nên đòi hỏi lượng phân bón cũng ngày càng tăng Theo các nghiên cứu của Viện Thổ nhưỡng-Nông hoa thì nhu cầu dinh dưỡng của các giống lúa mới cao gấp nhiều lần so với các giống lúa truyền thống (Bảng 1.1) Cùng với sử dụng các giống mới, việc nâng cao hệ số sử dụng đất thông qua tăng vụ là những

nguyên nhân làm cho nhu cầu dinh dưỡng cần phải bổ sung cho đất ngày càng gia tăng

Nhiều nghiên cứu của các tác giả ở nước ta cũng như trên thế giới cho rằng sử dụng phân bón trong thời gian qua đã gây ra những tác động mạnh mẽ đến các yếu tố môi trường đất Nguyễn Văn Bộ, 1999) [6] đã trích dẫn các nghiên cứu của Oldeman và cộng sự (1990), Stoorvogel và Smaling (1990) cho thấy quá trình suy kiệt dinh dưỡng do mất cân đối giữa lượng bón và lượng cây trồng lấy đi đã làm cho 20,4 triệu ha đất ở Châu Phi bị thoái hoa nhẹ, 18,8 ha bị thoái hoa vừa và 6,6 triệu ha bị thoái hoa nghiêm trọng; ở Châu A quá trình này cũng đã làm cho đất bị thoái hoa tương ứng là 4,6-9,0 và 1,0 triệu ha; còn ỞNam M ỹ là 24,5-31,1 và 12,6 triệu ha

Bảng L I Nhu cầu dinh dưỡng của một số giống lúa khác nhau

Giống Năng suất Lượng hút dinh dưỡng (kg/ha/vụ)

*Bình quân giai đoạn 1975-1980 30,7 46,4 50,1

*Bình quân giai đoạn 1981-1990 12,2 18,7 19,9

*Bình quân giai đoạn 1991-1993 33,6 50,8 52,9

(Nguồn: Báo cáo đề tài 02A-06-01, * Nguyễn Vy, 1995 được trích dẫn bởi Nguyễn Văn Bộ, 1999 [6])

Trong các loại phân khoáng hiện đang được sử dụng phổ biến là đạm lân và kali thì đạm và lân được coi là có nguy cơ gây ô nhiễm môi trường cao như gây chua hoa đất, tích lũy Cd, gây phú dưỡng nguồn nước và tích lũy

N 0 " trong nông sản cũng như nguồn nước uống

Mức độ sử dụng phân bón là rất khác nhau tuy thuộc vào tập quán và khả năng thâm canh của từng nước và từng địa phương Có nơi chỉ bón khoảng 10-15 kg NPK/ha như ở Châu Phi, trong khi có nơi bón tới 200 kg/ha như ở các nước Tây Âu Một số nước Châu Á có đã bón tới 466 kg/ha như Hàn Quốc, 303 kg/ha như Trung Quốc; Malaixia thường bón 198 kg/ha và Việt Nam vào khoảng 135 kg/ha (Nguyễn Văn Bộ, 1999) [6]

Phân bón hoa học đã được sản xuất và sử dụng từ năm 1842 ở Châu Âu Lượng sử dụng đã tăng từ 1,4 triệu tấn/năm vào năm 1905 lên 14 triệu tấn vào năm 1950 và 147 triệu tấn vào năm 1989 Riêng Châu Á, lượng phân bón hoa học tăng rất nhanh từ 17 triệu tấn năm 1975 lên 59 triệu tấn năm 1989 (Đỗ Ánh, 1995) [2], Trên phạm vi toàn thế giới, lượng phân bón khoáng (N, P205,

K20 ) sử dụng đã tăng từ 30,9.106 tấn năm 1961 lên 73,3.lo6 tấn năm 1971; 115,1 lo6 tấn năm 1981 và 138.106 tấn năm 1991 Những năm tiếp theo lượng phân sử dụng tăng chậm và thậm chí giảm chút ít xuống còn 137,3.106 tấn vào năm 1998

Việc sử dụng phân khoáng đã góp phần đáng kể làm tăng nhanh năng

í

suất cây trồng ở hầu hết các loại đất và các loại cây trồng khác nhau trên thế giới Tuy nhiên trong nền nông nghiệp hiện đại, việc quá lạm dụng phân khoáng cũng đã dẫn đến những tác động xấu đối với môi trường nói chung và đất nói riêng Theo Bùi Đình Dinh (1995) [13], hệ số sử dụng phân bón của cây trồng ở nước ta là rất thấp, chỉ vào khoảng 35-50% đối với phân đạm, 20-30% với phân lân và 40-60% với phân kali Hiệu lực tồn dư của phân lân và phân kali đã được khẳng định, nhưng với đạm thì hầu như không có Như vậy một lượng phân rất lớn không có tác dụng tăng năng suất cây trồng chúng sẽ gây ảnh hưởng đến môi trường

Lê Văn Khoa, 1997 [26] đã dẫn các số liệu của Welley cho thấy ở Madagasca khi bón 620 kg N/ha trong 3 năm đã làm pH đất giảm từ 5,2

xuống còn 4,2, A l3 + tăng từ 3 lên 5,5 lđl/lOOg đất Các nghiên cứu bón phân lâu năm trong điều kiện thí nghiệm đồng ruộng ở Nam Tư cũng cho thấy sau

14 năm bón phân NPK đã làm p và K dễ tiêu trong đất tăng tương ứng 34,3 và 22,9%

Những nghiên cứu ở Đức vào năm 1980, lượng phân khoáng sử dụng đã

ở mức 340 kg NPK/ha, trong đó N chiếm 75% Phân bón đã đóng góp tới 50%

tâng năng suất cây trồng ở Đức (Rosealba Lowia, 1994) [100] Cũng theo tác giả thì có tới 14% lượng p bón vào đất bị rửa trôi, góp phần làm cho khoảng 40% nguồn nước bị ô nhiễm và nhiều hồ nước bị phú dưỡng Còn ở Ba Lan, hiện tượng phú dưỡng nguồn nước liên quan đến phân bón cũng đã được ghi nhận (Wrobel, 1976) [Ì 12] Nước hồ Mijosa (Na Uy) đã bị ô nhiễm với tốc độ

Ì g p/m2/năm, còn ở hồ Norviken (Thúy Điển) là 3,5 g p/m2/năm Trong khi lượng p xâm nhập vào nước hồ ở mức 0,2-0,5 g p/m2/năm đã có nguy cơ gây hiện tượng phú dưỡng (Hotan và Kjellberg, 1976) [79]

Các chất ô nhiễm phi kim loại ở trong đất do việc sử dụng các loại phân khoáng trong nông nghiệp thường gặp là N 03\ H2P 04\ S e 04 2, A s 04 3, B(OH)4- (White và Sharpley, 1996) [Ì 10] N O / có tính di động cao nên dễ gây

ô nhiễm các nguồn nước

Lượng bón phân nitơ dao động rất lớn, các cây trồng có nâng suất cao như mía, khoai tây có thể bón đến 500 kg N/ha/năm còn các cây trồng họ đài-chỉ bón ở mức tối đa là 200 kg N/ha/năm (Syers, 1982) [106] Lượng nhơ bổ sung từ khí quyển cho đất thường dưới 10 kg N/ha/năm và do cố định sinh học vào khoảng 40 kg N/ha/nãm (Goulđing, 1990) [76] Trong khi đó có 5-40% lượng N - N H4 + bị mất do bay hơi ở dạng N H3 tuy theo điều kiện môi trường Phần lớn lượng N H4 + còn lại bị ôxy hoa đến NO3", và trong điều kiện khử

mạnh một phần trong chúng lại tiếp tục bị khử đến N2 theo chuỗi phản ứng

N 03- -> N 02' -> N O - » N20 -> N2

Các nghiên cứu của Nemeth (1996) [92] ỏ Hungary cho thấy sau 20 năm cân bằng nhơ trong đất là -2554,6; -536,8; 660,4 và 1745,1 kg N/ha tương ứng với các đất được bón 0; 50; 150 và 250 kg N/ha/năm Như vậy cân bằng N của đất sẽ là dương khi lượng bón N liên tục từ 150 kg N/ha/nãm

Lượng bón 200 kg N/ha/năm là rất phổ biến ở các nước Châu Âu Kết quả là hàm lượng N 03 trong nước ngầm ở nhiều vùng nông nghiệp đã vượt qua giá trị tối đa cho phép, thường là 11,3 g N/m3 trong khi hàm lượng thích hợp là 5,6 g N/m3 (Theo tiêu chuẩn Châu Âu) Dựa trên cơ sở các nghiên cứu của mình, Kolenbrander, 1981 [89] đã đề nghị các lượng bón tối đa cho đất để khống chế hàm lượng N 03" trong nước ngầm không vượt quá tiêu chuẩn cho phép đối với nước uống (Bảng 1.2)

Bảng 1.2 Lượng N tối đa có thể bón để đảm bảo tiêu chuẩn nước uống ở Châu Âu [89]

Loại sử Loại Lượng N bón tối đa (kg N/ha/năm)

dụng đất đất 0% phản nitơrát hoa 50 % phản nitơrát hoa

(<1 kg p/ha/nãm) Ở đất có thành phần cơ giới nhẹ và lượng bón phất pho cao

có thể lên tới 10 kg p/ha/năm (Hodgkin và Hamilton, 1993) [78]

Nếu như quá trình rửa trôi và phản nitơrat làm giảm hiệu quả của phân nitơ thì quá trình cố định lại là nguyên nhân chính làm giảm lượng phất pho

dễ tiêu trong đất Có tới 50-60% lượng phối pho bón được cố định và tích lũy trong đất Đây cũng là nguyên nhân làm cho khả năng cố định phất pho của đất sẽ bị giảm đi sau quá trình bón phân lâu ngày (Behrendt, 1988) [56] Những hợp phần có khả năng hấp phụ và cố định mạnh phất pho trong đất bao gồm các hợp chất hữu cơ, các hydroxít và ôxít sắt nhôm (Beek và Riemsduk (1979) [55] Tốc độ bão hoa phất pho trong đất phụ thuộc vào lượng bón, khả năng sử dụng của cây trồng và khả năng cố định p của đất

Những nghiên cứu của Behrendt (1988) [56] cho thấy hàm lượng phất pho trong đất đã tăng lên 40% ở Đan Mạch và 85% ở Hà Lan do kết quả của quá trình sử dụng phân bón phất phát từ 1945 đến 1985 Ông cũng ước tính rằng có khoảng 10% đất nông nghiệp ỏ các nước trên đã bão hoa p và có nguy

cơ cao gày ỏ nhiễm các nguồn nước Hiện tượng sử dụng phân bón phôi pho gây phú dưỡng các nguồn nước cũng đã được quan sát thấy ở Bỉ và Uganda

(Desmet và cộng sự, 1996; Rosealba, 1994) [66], [100]

Trong điều kiện tự nhiên ở vùng nhiệt đới, phân bón N và p đã góp phần tăng nhanh năng suất cây trồng Tuy nhiên quá trình rửa trôi nhơ và phất pho cũng thường gây ra nhiều vấn đề môi trường và ảnh hưởng lớn đến các nguồn nước (Schroder, 1985) [105]

Nhiều nghiên cứu cho thấy diện tích đất bị bão hoa phối pho có liên quan chặt chẽ với lượng bón phối pho cho đất (Breeuwsma và Schoumans, 1987) [62] Williams (1988) [Ì 11] đã dự báo sẽ có nhiều vùng đất Châu Âu sẽ

bị bão hoa phất pho trong khoảng 80-160 năm tới

Ở Việt Nam, nguy cơ ô nhiễm môi trường đất do phân bón cũng đã được nhiều tác giả đề cập đến (Đỗ Ánh, 1992; Nguyễn Văn Bộ, 1997; Tôn Thất Chiểu, 1992) [1], [3], [10] Các nghiên cứu của Trần Công Tấu, 1997 [37] và Lê Văn Tiềm, 1997 [40] đã chỉ ra rằng sự biến động độ chua và tích lũy N trong nước ngầm là những dấu hiệu đáng lưu ý về biến đổi độ phì đất liên quan đến việc sử dụng phân bón hoa học trong nông nghiệp

Tập quán sử dụng phân chuồng tươi gây ô nhiễm sinh học đất cũng đã được đề cập đến trong nghiên cứu của Đỗ Thị Vĩnh (1997) [50] Các kết quả nghiên cứu của Nguyễn Thị Hiền và Nguyễn Thị Lan (2000) [20] ở đất trồng rau của 2 HTX Mai Dịch và Tây Tựu (Từ Liêm, Hà Nội) cho thấy số lượng coliform, feacal coli, trứng giun các loại ở tầng đát mặt có bón phân bắc tươi đều cao hơn ở đất không bón (tương ứng là 3.400 - 200 - 280 cá thể/gđ có bón phân so với 790 - 130 - 120 cá thể/gđ không bón phân bắc tươi) Tuy nhiên kết quả nghiên cứu của các tác giả cũng cho thấy ở hầu hết các mẫu nghiên cứu đều không phát hiện dư lượng HCBVTV; ở một vài mẫu có thì hàm lượng cũng thấp nằm dưới giới hạn cho phép Kết quả này cũng thống nhất với các nghiên cứu của Vũ Đình Quang năm 1999 [34] đối với đất trồng rau ở Hóc Môn (Tp H ồ Chí Minh) và Từ Liêm (Hà Nội) cho rằng chỉ phát hiện dư lượng

H C B V T V tại một số điểm và chỉ mang tính tạm thời

Kết quả nghiên cứu đất trồng rau thuộc ngoại thành Hà Nội, các tác giả

Vũ Anh Tú, Phạm Việt Tiến (2001) [47] đã xác định 7/10 mẫu có hàm lượng DDT 0,001-0,4 mg/kg, 7/10 mẫu có lindane 0,001-0,1 mg/kg, 2/10 mẫu có parathion 0,08-0,1 mg/kg và 3/10 mẫu có monitor 0,005-0,1 mg/kg Nhìn chung dư lượng H C B V T V trong đất đều ở mức thấp Theo Phan Huy Chi (2001) [9] thì lượng thuốc B V T V sử dụng ở ĐBSH trung bình là 0,5-2,0 kg/ha/vụ Ô nhiễm H C B V T V có thể gặp ở các vùng trồng rau thuộc ngoại

thành Hà Nội, tuy nhiên xu thế sử dụng đến 2010 sẽ giảm đi và do vậy nguy

cơ gây ô nhiễm đất do tồn lưu HCBVTV cũng sẽ giảm

1.3.2 Phân bón và vấn đề ô nhiễm kim loại nặng trong đất

Việc sử dụng phân bón cũng có khả năng dẫn đến làm tích lũy một số nguyên tố kim loại nặng độc hại trong đất Ví dụ việc sử dụng các loại phân bón phết phát, các loại nước thải thành phố với mục đích chính là cung cấp N ,

p và nước tưới cho cây nhưng đồng thời nó cũng đưa vào đất một lượng đáng

kể các kim loại nặng

Hầu hết các quặng phất phát đều chứa một lượng nhất định Cd (khoảng 5-300 mg Cd/kg), nên các loại phân phất phát hoặc phân hỗn hợp có p đều ít nhiều có chứa Cd Ví dụ như phân supe phất phát đơn (superphosphate) và supe phối phát kép (triple superphosphate) của Bỉ có chứa tương ứng là 22 và 61-100 mg Cd/kg P205 Nếu lấy mức trung bình 60 mg Cd/kg P205 và lượng bón là 100 kg P205/ha thì hàng năm đã đưa vào đất khoảng 6 g Cd, làm tăng hàm lượng Cd ở tầng đất mặt đến độ sâu 20 em lên 0,002 mg/kg Quá trình này tiếp diễn lâu dài sẽ làm cho lượng Cd tích lũy trong đất có thể là vấn đề cần chú ý (Brellon và Favili, 1990) [63]

Vấn đề ô nhiễm đất bởi các kim loại nặng cần được quan tâm trước hết

đó là việc sử dụng các loại chất thải làm phân bón Trong những loại chất thải này có chứa khá nhiều các chất dinh dưỡng cho cây trồng nên được sử dụng làm phân bón rất phổ biến trong sản xuất nông nghiệp (Bảng 1.3) Ví dụ như ở Đức có tới 40% rác thải và nguồn bùn cống rãnh đã được sử dụng làm phân bón và cải tạo đất (Sauerbeck, 1990) [103]

Tuy nhiên, các chất thải sinh hoạt cũng có chứa nhiều kim loại nặng độc hại như Cd, Cr, Cu, Hg, Ni , Pb, Zn Chính vì vậy mà nhiều người cho rằng các chất thải sinh hoạt và bùn rác cống rãnh từ thành phố là độc hại và không

thích hợp cho sản xuất nông nghiệp Do vậy cần phải có các biện pháp kiếm soát chặt chẽ việc sử dụng chúng

Bảng 1.3 Thành phần chất thải từ thàmh phố và phân gia súc [103]

Nguồn thải Chất khô

(%)

Chất hữu

cơ (%)

% chất khô Nguồn thải

Chất khô (%)

Chất hữu

cơ (%) N P2o5 K20 Rác + Bùn cống rãnh ráo nước 25 15 2,0 3,7 0,1

Phân gà vịt dạng lỏng 15 15 7,3 6,1 3,2 Việc quản lý và sử dụng chất thải trong nông nghiệp ở các nước khác nhau cũng có sự khác nhau rất lớn Ví dụ ở một số nước Châu Âu đã qui định giới hạn hàm lượng kim loại nặng trong các chất thải được sử dụng cho mục đích nông nghiệp như được trình bày ở Bảng Ì 4

Bảng 1.4 Hàm lượng tối đa của kim loại nặng trong bùn rác thải được

phép sử dụng trong nồng nghiệp (mg/kg chất khô) [103]

Nguyên tố Bỉ Đan Mạch Pháp Hà Lan Dao động

-Về lý thuyết toàn bộ lượng kim loại nặng từ phân bón đều có thể được tích luỹ trong đất Tuy nhiên tốc độ tích lũy các kim loại nặng trong đất do phân bón xảy ra là rất chậm Do vậy, trên thực tế để hàm lượng của chúng tăng đến giá trị có thể gây độc hại sẽ cần một thời gian tương đối dài (Bảng 1.5)

Bảng 1.5 Thời gian tích lũy kim loại nặng trong đất

để đạt tới giá trị tối đa cho phép

Nguyên Giá trị Lượng bón Giá trị Hàm lượng gian

tố cho phép tối đa cho phép trung bình tích lũy

Lê Văn Khoa (1997) [26] cũng cho thấy có sự tích lũy các nguyên tố kim loại nặng trong đất do kết quả sử dụng nguồn nước thải công nghiệp trong sản xuất nông nghiệp ở vùng ngoại thành Hà N ộ i Theo tác giả có khoảng 12% số mẫu nghiên cứu bị ô nhiễm Zn, 80% bị ô nhiễm Cu, 16% bị ô nhiễm

Cd Các vùng có nguy cơ ô nhiễm cao là Uy N ỗ , Đức Giang, Văn Điển, Kim Giang và Yên sở

1.4 Vấn đề đánh giá ô nhiễm môi trường đất

Đất có vai trò trung tâm trong sinh quyển và thực hiện nhiều chức năng khác nhau như sản xuất, môi trường sống, điều hoa khí hậu thúy văn, tích lũy vật chất, chứa đựng các chất thải và chất ô nhiễm, vật mang các kiến trúc, các công trình xây dựng, các danh lam thắng cảnh (Somboek, 1997) [107] Trong

đó chức năng sinh thái học có vai trò đặc biệt quan trọng và có tính nhạy cảm cao nên rất dễ bị phá vỡ do tác động của các chất ố nhiễm

Khác với nước và không khí, tác động gây độc hại và khả năng lan truyền của các chất ô nhiễm môi trường ở trong đất xảy ra chậm Hơn nữa kha năng đệm của đất có tác dụng làm giảm tác động độc hại khi nồng độ của chúng trong môi trường tăng lên đột ngột Trên thực tế khả năng đệm của đất chỉ làm chậm lại quá trình gây ô nhiễm chứ không loại trừ được chúng Khi đất mất khả năng đệm thì các chất ô nhiễm sẽ tác động một cách trực tiếp đến các hợp phần môi trường khác của hệ sinh thái (Williams, 1988) [111]

Trong các tác nhân gây ô nhiễm đất thì hàm lượng các nguyên tố kim loại nặng rất được chú ý vì mức độ độc hại của nó Nhiều nước đã xây dựng tiêu chuẩn giới hạn cho phép các nguyên tố kim loại nặng trong đất (Bảng 1.6) Để bảo vệ đất khỏi ô nhiễm cần áp dụng các biện pháp ngăn chặn các chất ô nhiễm xâm nhập vào đất Ngược lại khi đất đã bị ô nhiễm, việc đánh giá mức độ độc hại và áp dụng các biện pháp để cải tạo sẽ là cần thiết

Bảng 1.6 Hàm lượng kim loại nặng và giới hạn cho phép ở

tỷ đôla Úc Còn ở Trung Quốc có 3 nguyên nhân chính gây ô nhiễm đất là sử

dụng nước thải tưới cho nông nghiệp, tích lũy các chất thải từ công nghiệp và khai mỏ, sử dụng phân bón hoa học trong nông nghiệp Trong đó riêng sử dụng nước thải trong nông nghiệp đã gây ô nhiễm trên 500.000 ha đất (li and

Yu, 1996) [82]

Trạng thái chất lượng đất được thể hiện thông qua các yếu tố chỉ thị như

sự biến đổi hoạt động của các sinh vật đất, xói mòn, biến đổi hàm lượng chất hữu cơ, cân bằng dinh dưỡng, quá trình mặn hoa, độ trữ ẩm, tích lũy các chất

ô nhiễm Những chỉ thị cho tác động của con người lên đất thể hiện thông qua các biện pháp quản lý, sử dụng đất và chăm sóc cây trồng (Dumanski và Pieri, 1997) [69]

1.5 Phát triển nông nghiệp và tình hình sử dụng phân bón ở Việt Nam

Theo Vũ Tuyên Hoàng (1997) [21] thì người Việt cổ đã biết làm nghề nông, trồng lúa nước và chăn nuôi gia súc từ khoảng 300 năm trước công nguyên Sự phát triển của nền vãn minh sông Hồng thực chất là nền vãn minh nông nghiệp hữu cơ trồng lúa nước Nền nông nghiệp này đã đã phát triển mạnh mẽ cho đến đến giữa thế kỷ X X Năm 1954, Liên Xô (cũ) đã viện trợ cho Việt Nam 300 tấn phân đạm hoa học đầu tiên để bón cho lúa nhưng phân hữu cơ vẫn là chủ yếu Năng suất lúa giai đoạn này chỉ đạt khoảng 2 tấn/ha/vụ Từ 1968, các giống lúa mới thấp cây đòi hỏi thâm canh cao từ Viện nghiên cứu lúa quốc tế (ỈRRI) đã đưa được vào nước ta mở đầu cho việc áp dụng ngày càng tăng các loại phân vô cơ, trước hết là phân đạm, sau đó là phân lân và phân kali Tuy nhiên ở giai đoạn này phân hữu cơ vẫn được sử dụng khá phổ biến ở miền Bắc và miền Trung, riêng miền Nam và đặc biệt là đồng bằng sông cửu Long hầu như không sử dụng phân hữu cơ cho lúa Nền nông nghiệp hữu cơ truyền thống ở nước ta đã chuyển sang nền nông nghiệp hữu cơ kết hợp với các loại hoa chất vô cơ ở trình độ thâm canh cao là sự chuyển đổi tất yếu để thích ứng với các giống cây trồng năng suất cao và đáp ứng nhu cầu lương thực cho dân số tăng nhanh từ thập kỷ 70 của thế kỷ X X

Việc sử dụng phân khoáng đã chuyển nền nông nghiệp ở nước ta từ nền nông nghiệp hữu cơ truyền thống chủ yếu dựa vào đất sang nền nông nghiệp

thâm canh cao dựa vào phân bón (Nguyễn Văn Bộ và Nguyễn Trọng Thi, 1997; Vũ Tuyên Hoàng, 1997) [4], [21]

Một hệ thống canh tác được gọi là thâm canh cao khi phải sản xuất được ít nhất 8 tấn/ha/năm qui ra lúa, với tốc độ quay vòng đất ít nhất là 2 (Võ Tòng Xuân, 1997) [52] Như vậy có thể nói rằng hầu hết các khu vực ở đồng bằng sông Hồng đều có thể được coi là có trình độ thâm canh khá cao, đặc biệt là các tỉnh như Thái Bình, Hải Dương, Hưng Yên, Hà Tây

Việc sử dụng phân bón hoa học ngày càng nhiều là nguyên nhân quan trọng góp phần nâng cao năng suất lúa lên đến 9-10 tấn/ha như hiện nay và dự đoán sẽ đạt 12-13 tấn/ha vào năm 2010 (Bùi Đình Dinh và Nguyễn Công Thuật, 1997) [14] Theo Phan Liêu (1997) [29], Nguyễn Tử Siêm (1997) [35] thì trong vòng hơn 100 năm qua phân bón đã đóng góp tăng năng suất cây trồng khoảng 50%, bằng tất cả các biện pháp khác cộng lại, Hiện nay hiệu quả tăng năng suất lúa của phân bón trên đất phù sa sông Hồng vào khoảng 12-16

kg thóc/kg N , 17-23 kg thóc/kg P205 và 7-10 kg thóc/kg K20 Mức độ sử dụng phân khoáng và năng suất lúa ỏ Việt Nam trong giai đoạn từ năm 1992-1993

đã vượt mức bón trung bình trên thế giới cũng như nhiều nước trong khu vực (Bảng 1.7) Riêng ĐBSH, năm 1992 đã sử dụng 216.000 tấn ure, 163.000 tấn super phối phát và 26.000 tấn phân kali (Phan Huy Chi, 2001) [9]

Trong thời gian gần đây, lượng phân bón ở nước ta đã tăng lên rất nhanh, Theo kết quả điều tra của Nguyễn Văn Bộ và cộng sự, 1999 [7] cho thấy lượng phân bón được nông dân sử dụng cho lúa có sự khác nhau rõ rệt ở các loại đất khác nhau (Bảng 1.8) Bên cạnh đó, một lượng đáng kể phân hữu

cơ cũng được sử dụng cùng với phân khoáng Hiện nay lượng phân bón hữu cơ

sử dụng ở nước ta phổ biến là 5-6 tấn/ha, không tăng so với cách đây 20 năm, trừ một số vùng thâm canh cao bón tới 10 tấn/ha (Bùi Đình Dinh, 1995) [13]

Bảng 1.7 Mức độ sử dụng phân bón và năng suất lúa ở nước ta

và trên thế giới giai đoạn 1983-1993 Lượng phân khoáng sử dụng

(kg/ha) Năng suất lúa (tạ/ha) Năm Việt Châu Á Nhật Thế Việt Châu Á Nhật Thế

Nam -TBD* Bản giới Nam -TBD Bản giới

1983 57,1 83,1 436,5 88,1 27,3 33,1 64,1 32,2

1990 85,3 116,7 400,1 95,0 31,9 35,9 - 35,0

1991 115,7 124,3 387,0 92,9 31,1 36,0 58,6 35,6

1993 135,6 115,3 407,1 83,4 36,1 36,9 45,8 35,9 (Nguồn: Tổng cục thống kê (1997), * TBD=Thái Bình Dương [42])

Trên thực tế lượng phân bón được sử dụng còn phụ thuộc vào điều kiện của người dân Số liệu điều tra 420 hộ ở đồng bằng sông Hồng cho thấy các

hộ giàu bón trung bình 280 kg NPK và 14,9 tấn phân chuồng/ha, trong khi các

hộ nghèo chỉ bón 103 kg NPK và 9,7 tấn phân chuồng/ha (Võ Minh Kha, 1995) [23] Cũng theo tác giả, để bảo đảm cân bằng chất hữu cơ cho đất trồng lúa thì lượng phân hữu cơ cần bón ít nhất là 20 tấn/ha/năm, còn ở vùng trồng hoa màu sẽ cần tới 25 tấn/ha/nãm

Bảng 1.8 Lượng phân bón hoa học được sử dụng cho lúa

Loại đất Liều lượng bón (kg/ha)

Theo nhiều tài liệu khác nhau, để cho năng suất Ì tấn thóc (kèm theo cả rơm rạ) cây lúa sẽ lấy đi 22,2 kg N ; 7,1 kg P205 và 31,6 kg K20 Ở Việt Nam, lượng dinh dưỡng cây lúa hút từ đất cũng rất lớn và phụ thuộc vào các giống lúa khác nhau (Bảng 1.9) Như vậy có thể nói rằng lượng chất dinh dưỡng được bổ sung từ phân bón chưa đủ để bù đắp lại lượng chất mà cây trồng lấy

đi, đặc biệt là các giống lúa mới

Bảng 1.9 Giống lúa và lượng hút thu các chất dinh dưỡng

Giống Năng suất Lượng hút thu chất dinh dưỡng (kg/ha)

Lúa thường 50-55 100-120 40-50 100-120

(Nguồn: Nguyễn Văn Bộ và cộng sự, 1999 [5])

Theo tính toán của các nhà khoa học, để bảo đảm cho kế hoạch phát triển nông nghiệp nước ta đến năm 2010 thì lượng phân bón cần sẽ rất lớn (Bảng 1.10) Riêng năm 2000 cũng cần tới 650 nghìn tấn N , 200 nghìn tấn

p205 và 150 nghìn tấn K20 từ phân khoáng (Bùi Đình Dinh, 1995) [13]

Bảng 1.10 Tổng lượng dinh dưỡng cần bổ sung

cho đất từ phân bón năm 2000 [13]

phân phất pho và ka li hoa học sử dụng còn thấp hơn so vơi tỷ lệ trung bình trên thế giới, đặc biệt là phân ka li (Bảng 1.11) Hiện nay phân phất pho đang ngày càng được coi trọng trong khi việc bón ka li hoa học vẫn chưa được chú

Xét về lý thuyết thì việc bón quá nhiều phân đạm có thể làm tăng hàn, lượng N 03 trong nước ngầm và gây phú dưỡng các nguồn nước Còn bón nhiều lân khoáng sẽ có nguy cơ tích lũy Cd trong đất Tuy nhiên theo Nguyễn

Tử Siêm (1997) [35] trích dẫn các nghiên cứu của Kommo cho biết ở lượng bón 100 kg P205/ha thì ít nhất phải hơn một thế kỷ nữa, lượng Cd mới có khả năng đạt tới ngưỡng phải kiểm soát Trong điều kiện của nước ta, hàm lượng

Cd trong quặng phết phát rất thấp chỉ vài ppm và với lượng bón hiện nay thì ỏ nhiễm Cd chưa phải là vấn đề cần quan tâm

Những nghiên cứu của Vũ Hữu Y ế m và Nguyễn Như Hà, 1999 [53] cũng cho rằng ở mức bón 10 tấn phân chuồng kết hợp với 160-190 kg N , 90-

20 kg p205 và 90-100 kg K20/ha/vụ (340-410 kg NPK/ha/vụ) để đạt 12 tấn thóc/ha/năm chưa thấy có tác động xấu đến môi trường

Do bình quân đất canh tác cho một người rất thấp, chỉ có 0,05 ha/người, nên nền sản xuất nông nghiệp trong vùng ĐBSH đã đạt trình độ thâm canh khá cao Các biện pháp tăng vụ đã đưa hệ số sử dụng đất trồng trọt trong toàn