Biện pháp kỹ thuật giảm lượng axit hữu cơ và giảm phát thải khí nhà kính trong canh tác lúa trên đất phèn và đất phù sa tại tỉnh Hậu Giang (LA tiến sĩ)

Biện pháp kỹ thuật giảm lượng axit hữu cơ và giảm phát thải khí nhà kính trong canh tác lúa trên đất phèn và đất phù sa tại tỉnh Hậu Giang (LA tiến sĩ)Biện pháp kỹ thuật giảm lượng axit hữu cơ và giảm phát thải khí nhà kính trong canh tác lúa trên đất phèn và đất phù sa tại tỉnh Hậu Giang (LA tiến sĩ)Biện pháp kỹ thuật giảm lượng axit hữu cơ và giảm phát thải khí nhà kính trong canh tác lúa trên đất phèn và đất phù sa tại tỉnh Hậu Giang (LA tiến sĩ)Biện pháp kỹ thuật giảm lượng axit hữu cơ và giảm phát thải khí nhà kính trong canh tác lúa trên đất phèn và đất phù sa tại tỉnh Hậu Giang (LA tiến sĩ)Biện pháp kỹ thuật giảm lượng axit hữu cơ và giảm phát thải khí nhà kính trong canh tác lúa trên đất phèn và đất phù sa tại tỉnh Hậu Giang (LA tiến sĩ)Biện pháp kỹ thuật giảm lượng axit hữu cơ và giảm phát thải khí nhà kính trong canh tác lúa trên đất phèn và đất phù sa tại tỉnh Hậu Giang (LA tiến sĩ)Biện pháp kỹ thuật giảm lượng axit hữu cơ và giảm phát thải khí nhà kính trong canh tác lúa trên đất phèn và đất phù sa tại tỉnh Hậu Giang (LA tiến sĩ)Biện pháp kỹ thuật giảm lượng axit hữu cơ và giảm phát thải khí nhà kính trong canh tác lúa trên đất phèn và đất phù sa tại tỉnh Hậu Giang (LA tiến sĩ)Biện pháp kỹ thuật giảm lượng axit hữu cơ và giảm phát thải khí nhà kính trong canh tác lúa trên đất phèn và đất phù sa tại tỉnh Hậu Giang (LA tiến sĩ)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ

- -

NGUYỄN THỊ KIỀU

BIỆN PHÁP KỸ THUẬT GIẢM LƯỢNG AXIT HỮU CƠ VÀ PHÁT THẢI KHÍ NHÀ KÍNH TRONG CANH TÁC LÚA TRÊN

ĐẤT PHÈN VÀ ĐẤT PHÙ SA TẠI TỈNH HẬU GIANG

LUẬN ÁN TIẾN SĨ NGÀNH KHOA HỌC ĐẤT

Cần Thơ - 2017

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ

- -

NGUYỄN THỊ KIỀU

BIỆN PHÁP KỸ THUẬT GIẢM LƯỢNG AXIT HỮU CƠ VÀ PHÁT THẢI KHÍ NHÀ KÍNH TRONG CANH TÁC LÚA TRÊN

ĐẤT PHÈN VÀ ĐẤT PHÙ SA TẠI TỈNH HẬU GIANG

LUẬN ÁN TIẾN SĨ NGÀNH KHOA HỌC ĐẤT

MÃ NGÀNH: 62-62-01-03

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

PGS.TS TRẦN KIM TÍNH

Cần Thơ - 2017

LỜI CẢM TẠ

Xin chân thành cảm ơn sâu sắc đến:

PGs.Ts Trần Kim Tính là giáo viên hướng dẫn chính đã tận tình hướng dẫn, động viên, dành nhiều thời gian góp ý trong suốt thời gian thực hiện thí nghiệm và hướng dẫn tôi hoàn thành luận án

Chân thành biết ơn:

Thầy Trần Văn Dũng, Thầy Châu Minh Khôi và Thầy Cô Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng, Trường Đại học Cần Thơ đã truyền đạt nhiều kinh nghiệm quý báu của quý thầy Cô trong việc nghiên cứu và hoàn thành luận

án

Luận án của tôi sẽ không thực hiện được nếu như không có sự hỗ trợ của cháu Lê Hoàng Thơ, Nguyễn Hoàng Thuận, Nhựt, bạn Nguyễn Tấn Tài, em Phan Văn Trạng, em Ngô Thị Nhàng, anh Nguyễn Quốc Trụ và 03 hộ nông dân trồng lúa: Ông Trần Văn Dũng (xã Vĩnh Viễn A, huyện Long Mỹ), Ông Bùi Văn Tiến (xã Vị Trung, huyện Vị Thuỷ), Ông Lê Hoàng Hổ (xã Tân Long, huyện Phụng Hiệp) tỉnh Hậu Giang Xin chân thành cám ơn quí Anh Chị Phòng thí nghiệm chuyên sâu đã phân tích mẫu thí nghiệm của đề tài và cán bộ của

Bộ môn Khoa học Đất, Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng, Trường Đại học Cần Thơ

Ban Giám đốc Sở Khoa học và công nghệ, Trung tâm Thông tin và Ứng dụng KHCN Hậu Giang, anh chị em đồng nghiệp đã tạo điều kiện và giúp đỡ tôi trong suốt khóa học và hoàn thành luận án

Gia đình là nguồn động viên, là chỗ dựa tinh thần cho tôi luôn luôn ủng hộ và giúp đỡ rất nhiều để tôi vững bước trong suốt quá trình học tập và làm luận án

Các anh và các bạn học viên lớp nghiên cứu sinh Khoa Học Đất khóa 2012-2015

đã động viên giúp đỡ tôi trong suốt khóa học

Chân thành cảm ơn!

Nguyễn Thị Kiều

rạ phân hủy trong điều kiện yếm khí; (b) Tìm hiểu diễn biến của lượng axit hữu cơ trong dung dịch đất, lượng phát thải khí nhà kính và năng suất lúa trên đất phèn và đất phù sa, khi áp dụng các biện pháp xử lý khác nhau; (c) Nghiên cứu ảnh hưởng của các biện pháp xử lý để làm giảm khí thải nhà kính; (d) Thử nghiệm các cách xử lý ngộ độc hữu cơ mới để tăng lợi nhuận cho vùng trồng lúa của tỉnh Hậu Giang Nghiên cứu

đã thực hiện với 3 nội dung: Nội dung 1: Ảnh hưởng của vùi rơm rạ, theo dõi diễn

biến của axit hữu cơ và biện pháp xử lý để giảm axit hữu cơ Kết quả thí nghiệm cho thấy khi vùi 5 tấn/ha rơm rạ ảnh hưởng không rõ ràng đến năng suất lúa, vùi 10 tấn/ha rơm rạ giảm sinh trưởng và năng suất lúa ở tất cả các loại đất và tất cả các mùa vụ Việc vùi 10 tấn/ha rơm rạ không phát hiện ngộ độc sắt trong tất cả các thí nghiệm Với

sự hiện diện của Fe2+ (20ppm) và pH=6, nồng độ H2S trong dung dịch đất tính được là

10-5.3M, với nồng độ thì quá thấp để phương pháp phân tích phát hiện được (0,01ppm= 0,19µM), do đó không thể dùng H2S như là một chỉ tiêu để chẩn đoán ngộ độc H2S Ngộ độc hữu cơ do axit acetic đã làm lúa chết rất nhanh ở nồng độ 189 mgC/L, kết quả phân tích trong thí nghiệm này cho thấy lượng axit acetic trong axit hữu cơ thấp hơn nhiều so với lượng gây chết lúa và thấp hơn số liệu của một số tác giả công bố Ngoài ra, kết quả thí nghiệm cho thấy, ngộ độc hữu cơ có thể xuất hiện ở giai đoạn đầu vụ và trước khi trổ, ngộ độc hữu cơ là một liên kết giữa axit hữu cơ, lượng oxy tiết

ra từ rễ lúa, FeS là hợp chất gây nên hiện tượng 'nghẹt rễ', rễ không hô hấp được và dẫn đến chết Bón Chelate-Ca làm giảm rõ rệt lượng axit hữu cơ và do vậy mà năng

suất lúa gia tăng rõ rệt Nội dung 2: Phát thải khí nhà kính trên ruộng lúa và biện pháp

giảm thiểu Kết quả thí nghiệm cho thấy đỉnh điểm phát thải trên cả ba loại đất thì không khác nhau, nhưng tổng lượng phát thải khí CH4 thì khác nhau Tổng phát thải khí CH4 rất cao trên nghiệm thức vùi 10 tấn/ha rơm rạ tươi và ngập liên tục (45,3 tấn CO2eq/ha*vụ), vùi 5 tấn/ha rơm là 34,6 tấn CO2eq/ha*vụ và không vùi rơm (chỉ bón phân hóa học 100N) là 7,3 tấn CO2eq/ha*vụ N2O phát thải rất thấp và không phát thải liên tục trong suốt thời gian canh tác, mà chỉ tập trung vào các đợt bón phân Lượng phát thải không đáng kể so với lượng CH4 giảm được trong canh tác lúa ở vùng nghiên cứu Biện pháp quản lý nước ngập khô xen kẽ đã giảm 30% lượng phát thải khí CH4

so với ngập liên tục và tưới ẩm giảm 70% lượng phát thải khí CH4 so với ngập liên

tục Nội dung 3: Thực hiện các thí nghiệm đồng ruộng để kiểm chứng lại các kết quả

đã đề xuất Biện pháp quản lý nước ngập khô xen kẽ (AWD) làm giảm đáng kể phát

thải khí nhà kính, biện pháp này hiệu quả hơn và nông dân dễ áp dụng hơn, khi tưới theo chu kỳ: ngập 5cm, để 10 ngày sau, rồi tưới ngập lại 5cm Việc áp dụng AWD gặp rất nhiều khó khăn do quản lý nước, từ đó mà việc giảm phát thải khí CH4 cho vùng đất phèn nặng, nhẹ và đất phù sa không phèn canh tác lúa vụ Hè Thu và ĐX (0,45-15,11 tấn CO2eq/ha*vụ) N2O phát thải không đáng kể ở các ruộng lúa áp dụng ngập khô xen kẽ và N2O không phát thải khi đất khô và bón phân đạm Bón Chelate-Ca và vôi sữa giúp nông dân gia tăng lợi nhuận đáng kể và biện pháp này có ưu thế hơn hẳn các biện pháp đã được khuyến cáo

Từ khóa: Đất phèn, đất phù sa, ngộ độc hữu cơ, axit hữu cơ, phát thải KNK, ngập khô xen kẽ (AWD), vùi rơm, CH 4 , N 2 O

ABSTRACT

Rice straw incorporation into the paddy after harvesting is essential, but fresh rice straw incorporation which decays in anaerobic condition, causes toxic substrates to rice and CH4 gas emission Thesis was conducted to investigate propose technical measures in reducing organic acid and greenhouse gas emission in rice cultivation on acid sulphate soil and alluvial soil when burying straw back into the field, to increase profits and reduce greenhouse gas emission for the rice cultivation area of Hau Giang Province Objectives of thesis:

(a) Re-test the proposed measures of reducing rice toxicity, when cultivating with decomposed buried straw in reduduced condition;

(b) Learn about the occurring of organic acid in soil solution, green house gas emission and rice productivity on acid sulphate soil and alluvial soil, when applying various measures;

(c) Research the impacts of measures in order to reduce greenhouse gas emission; (d) Test new treatments help to reduce organic toxicity of rice in order to raise profit for the rice cultivation area of Hau Giang The thesis studied 3 contents

Study 1: The effect of straw burying, monitoring organic acid and way of treatment

for reducing organic acid The results showed that burying 5 tons/ha of straw unobviously impacted on rice productivity; burying 10 tons/ha of straw reduced rice growth and productivity at all types of soil and all crops Burying 10 tons/ha of straw did not discover iron poison in all of experiments With the presence of Fe2+ (20 ppm)

và with pH = 6, H2S concentration in soil solution calculated was 10-5.3M, with concentration, it was so low for the analysis method to discover (0.01ppm= 0.19µM),

so, H2S cannot be used a an indicator to diagnose H2S poison Organic poison caused

by acid acetic made rice die very fast at concentration of 189 mgC/L; the analysis results in this experiment showed that the volume of acic acetic in organic acid was much lower than the volume caused death of rice and lower than the data announced

by some authors Besides, the experiment results showed that organic poison might appear at the beginning crop period and before flowering; organic poison was a link between organic acid and oxygence generated from rice root, FeS was a compound that caused phenomenon of “root obstruction“, root could not breathe and resulting in death Chelate-Ca organic fertilizer was to reduce organic acid volume and greenhouse gas emission

Study 2: Greenhouse gas emission on rice field and ways to reduce emission The

results showed that the peak of emission on three types of soil was not different, but total CH4 emission volume was different Total CH4 emission volume was very high at the treatment of burying 10 tons/ha of fresh straw and uninterrupted flooded (45.3 tons

of CO2eq/ha*crop), burying 5 tons/ha of straw reached 34.6 tons of CO2eq/ha*crop and without burying straw (only 100N chemical fertilizer was used) reached 7.3 tons

of CO2eq/ha*crop N2O emission was very low and did not emit continuosly during the cultivation period, but only focusing on the fertilizing stages The emission volume was insignificant in comparison with CH4 reduced in cultivating rice at the studied areas The alternate flooded and dry water management method reduced 30% of CH4 emission volume in comparison with uninterrupted flooded method and wet watering method reduced 70% of CH4 emission volume in comparison with uninterrupted flooded method

Study 3: The field experiments were carried out to test the proposed results The

results showed that effect of water management method (AWD) reduces the importance of greenhouse gas emissions, can be achieved and easier to use, when cyclical irrigation: flooded 5cm, after 10 days, and irrigated 5cm The application of AWD greatly hinders water management, thereby reducing CH4 emission volume for the areas with serious and light acid sulphate soils and non-acid sulphate alluvial soil

in Summer-autumn and Winter-spring crops (0.45 – 15.11 tons of CO2eq/ha*crop) when cultivating rice on field N2O emissions are negligible in those who apply intermittent oil sprays and N2O does not emit when the AWD and fertilized with nitrogen Applying liquid CaO and Chelate-Ca organic fertilizer helps farmers increase their profitability and this approach is superior to the proposed measures

Keywords: acid sulphate soil, alluvial soil, organic toxic, organic axit, GHG emission, AWD, rice

straw incorporation, CH 4 , NO 2

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu “Biện pháp kỹ thuật giảm

lượng axit hữu cơ và giảm phát thải khí nhà kính trong canh tác lúa trên đất phèn và đất phù sa tại tỉnh Hậu Giang” được thực hiện bởi chính bản

thân nghiên cứu sinh Nguyễn Thị Kiều với sự hướng dẫn của PGs.Ts Trần Kim Tính Các số liệu, kết quả nêu trong luận án là trung thực và chưa ai công

bố trong bất kỳ công trình nào

Tác giả luận án

Nguyễn Thị Kiều

i

Abstract

vii

i Các ký tự hóa học

2.4 Hiện trạng ảnh hưởng biến đổi khí hậu tại Hậu Giang 9

2.5 Môi trường canh tác lúa ở điều kiện yếm khí 11

2.7 Khí nhà kính và canh tác lúa phát thải khí gây hiệu ứng nhà kính 28

2.7.2 Sự phát thải khí nitrous oxide (N2O) từ ruộng lúa 32 2.7.3 Các chiến lược và giải pháp làm giảm phát thải khí nhà kính từ ruộng lúa 33

2.8 Các biện pháp kỹ thuật và hiệu quả đã được nông dân áp dụng để khắc

2.8.2 Xử lý rơm rạ đầu vụ bằng chế phẩm nấm Trichoderma sp 37

3.3.1 Thí nghiệm 1: Ảnh hưởng của lượng rơm vùi và các giải pháp kỹ thuật xử lý đầu

3.3.2 Thí nghiệm 2: Ảnh hưởng của xử lý nấm Tricoderma và thời gian nghỉ giữa 2 vụ

3.3.3 Thí nghiệm 3: Ảnh hưởng của vùi rơm, axit acetic và SO4 đến lượng axit hữu cơ trong dung dịch đất, H2S và khí nhà kính CH4, N2O phát thải trên đất trồng lúa trong 50

chậu

3.3.4 Thí nghiệm 4: Ảnh hưởng của lượng rơm, chất hữu cơ và lượng đạm đến sự phát

3.3.5 Thí nghiệm 5: Ảnh hưởng của vùi rơm rạ tươi và các biện pháp tránh ngộ độc hữu

cơ đến lượng phát thải khí nhà kính CH4, N2O lên năng suất trồng ngoài đồng vụ lúa Đông Xuân (2014-2015)

57

3.3.6 Thí nghiệm 6: Thực hiện mô hình trình diễn ảnh hưởng của vùi rơm rạ và các biện pháp tránh ngộ độc hữu cơ đến lượng phát thải khí CH4, N2O lên năng suất trồng ngoài đồng trên ruộng của dân vụ lúa Hè Thu năm 2015

60

3.3.7 Thí nghiệm 7: Diễn biến của chất hữu cơ trong dung dịch đất khi áp dụng các biện

4AI.2 Diễn biến của tổng chất hữu cơ hoà tan (axit hữu cơ + chất hữu cơ không axit)

4AI.3 Diễn biến của axit hữu cơ trong dung dịch đất 69 4AI.4 Diễn biến của chất hữu cơ không axit trong dung dịch đất 70 4AI.5 Diễn biến của tỷ lệ axit hữu cơ/chất hữu cơ không axit 72

4AII: Nội dung II Phát thải khí gây ảnh hưởng nhà kính trong canh

4AII.4 Quản lý nước trong canh tác lúa và phát thải 76

4AII.6.1 Ảnh hưởng của các yếu tố giảm ngộ độc hữu cơ lên phát thải khí CH4 trên đất phèn nặng trồng lúa ngoài đồng vụ Đông Xuân (2014-2015) và Hè Thu (2015) 79

4AII.6.2 Ảnh hưởng của các yếu tố giảm ngộ độc hữu cơ lên phát thải khí CH4 trên đất phèn nhẹ trồng lúa ngoài đồng vụ Đông Xuân (2014-2015) và Hè Thu (2015) 79 4AII.6.3 Ảnh hưởng của các yếu tố giảm ngộ độc hữu cơ lên phát thải khí CH4 trên đất phù sa không phèn trồng lúa vụ Đông Xuân (2014-2015) và Hè Thu (2015) 79 4AII.6.4 Phát thải khí N2O trên đất phù sa không phèn 81 4AII.6.5 Tổng lượng khí thải giảm so với đối chứng canh tác lúa ngoài đồng vụ ĐX và

4AIII: Nội dung III: Các thí nghiệm đồng ruộng để kiểm chứng lại các kết

4AIII.3 Ảnh hưởng của xử lý chế phẩm nấm Trico-LV và thời gian nghỉ giữa 2 vụ để

4AIII.5 Hiệu quả kinh tế (HQKT)1 của các biện pháp hạn chế ngộ độc hữu cơ thực hiện

B4 THẢO LUẬN 110

4B.2 Sự thay đổi Fe2+, Eh và H2S trong dung dịch đất 114

4B.5 Vùi rơm và các biện pháp xử lý đầu vụ ảnh hưởng đến năng xuất lúa 121 4B.6 Phát thải khí gây hiệu ứng nhà kính trên ruộng lúa và các biện pháp làm giảm thiểu 121

5.1.2 Hiệu quả kinh tế mang lại khi áp dụng các biện pháp giảm ngộ độc hữu cơ và

PHỤ LỤC: Quy trình sản xuất lúa một phải sáu giảm

Phụ chương 2

Phụ chương 3

Phụ chương 4 : Hiệu quả kinh tế

DANH SÁCH HÌNH

Hình 2.1 Quy trình phân hủy yếm khí hợp chất hữu cơ 16 Hình 2.2: Các quá trình ảnh hưởng đến sự chuyển hóa carbon trong đất 17 Hình 2.3: Sự hình thành khí CH4 và khí N2O trên ruộng lúa 31

Hình 3.2: Bố trí thí nghiệm trên đồng ruộng (thí nghiệm 1) 47 Hình 3.3: Bố trí thí nghiệm trên đồng ruộng (thí nghiệm 2) 50

Hình 3 1: Dụng cụ thu mẫu khí thải (trái); Bố trí thí nghiệm nhà lưới (phải) (thí

Hình 3 2: Thí nghiệm và thu mẫu khí thải ngoài đồng (Thí nghiệm 4) 56 Hình 3.6: Chuẩn bị thí nghiệm ngoài đồng (trái); lúa được 30 NSS (phải) thí nghiệm

Hình 3.7: Hút dung dịch mẫu và bố trí thí nghiệm nhà lưới (thí nghiệm 7) 64

Hình 4.1: Diễn biến của Fe trong dung đất sau 10 tuần ngập nước trồng lúa 65

Hình 4 3: Diễn biến của tổng chất hữu cơ hoà tan trong dung dịch đất của ba loại đất; (a): đất phù sa không phèn; (b): đất phèn nhẹ và (c): đất phèn nặng 68 Hình 4 4: Diễn biến của axit hữu cơ hòa tan trong dung dịch của ba loại đất; (a): đất phù sa không phèn; (b): đất phèn nhẹ và (c): đất phèn nặng 69 Hình 4 5: Diễn biến của axit hữu cơ hòa tan trong dung dịch của ba loại đất; (a): đất phù sa không phèn; (b): đất phèn nhẹ và (c): đất phèn nặng 71 Hình 4.6: Diễn biến của tỷ số axit hữu cơ/chất hữu cơ không axit trong dung dịch của ba loại đất; (a): đất phù sa không phèn; (b): đất phèn nhẹ và (c): đất phèn nặng 73 Hình 4 7: Tốc độ phát thải của 3 loại đất (đất phèn nhẹ, đất phù sa không phèn và

Hình 4 8: Tốc độ phát thải khí CH4 khi vùi rơm và bón Gypsum 75

Hình 4 9: Tốc độ phát thải trung bình của 3 nghiệm thức trên 3 loại đất 76

Hình 4.10: Phát thải N2O ở nghiệm thức ngập liên tục, vụ Hè Thu, trồng lúa trong

Hình 4.11: Phát thải N2O ở nghiệm thức ngập khô xen kẽ, vụ Hè Thu, trồng lúa

Hình 4.12: Phát thải N2O ở nghiệm thức tưới ẩm, vụ Hè Thu, trồng lúa trong chậu,

Hình 4 13: Tổng lượng phát thải khí CH4 ở các nghiệm thức trong vụ Đông Xuân 79

(a) và Hè Thu (b) trên đất phèn nặng canh tác lúa 3 vụ

Hình 4 14: Tổng lượng phát thải khí CH4 ở các nghiệm thức trong vụ Đông Xuân (a) và Hè Thu (b) trên đất phèn nhẹ canh tác lúa 3 vụ 80 Hình 4 15: Tổng lượng phát thải khí CH4 ở các nghiệm thức trong vụ Đông Xuân (a) và Hè Thu (b) trên đất phù sa không phèn canh tác lúa vụ 3 81 Hình 4.16: Phát thải khí N2O vụ Đông Xuân trên đất phù sa không phèn canh tác

Hình 4 17: Phát thải khí N2O vụ Hè Thu trên đất phù sa không phèn canh tác lúa

Hình 4 19: Lưu đồ cho thấy trình tự phân hủy chất hữu cơ và sự hình thành CH4,

H2S và FeS trong đất lúa ngập lúa nước (Jacq, 1992) 120 Hình 4 20: Mực nước đo được ở các chậu quản lý nước, tưới sau mỗi 10 ngày, 0: chỉ mặt đất Số liệu – 10 chỉ nước rút sâu trong đất 124 Hình 4 17: Phát thải ở 2 vị trí trên cùng một ruộng (mg/CH4/m2*giờ), áp dụng ngập

Hình 4 182: Phát thải N2O ở nghiệm thức ngập liên tục, có và không có vùi rơm

(Zucong Cai et al., 2001)

126

DANH SÁCH BẢNG

Bảng 2 1: Diện tích, năng suất và sản lượng lúa của tỉnh Hậu Giang (2012– 2016) 8

Bảng 2 3: Một số yếu tố chính trong đất tương quan với ngộ độc hữu cơ trên cây lúa 27

Bảng 2.4: Diện tích lúa bị nhiễm ngộ độc hữu cơ của tỉnh Hậu Giang từ năm (2010-2016) 28

Bảng 2.5: Diện tích lúa bị nhiễm ngộ độc hữu cơ của vùng Đồng bằng sông Cửu Long 28 Bảng 2.4: Phát thải khí CH4 từ các loại đất khác nhau trong MRD 31

Bảng 4 1: Tổng lượng khí thải giảm canh tác lúa ngoài đồng vụ ĐX và HT khi vùi 10 tấn/ha

Bảng 4 2: Ảnh hưởng của các nhân tố thí nghiệm lên số chồi cây lúa trồng trong chậu đất

Bảng 4 3: Ảnh hưởng của các nhân tố thí nghiệm lên chiều cao cây lúa trồng trong chậu với

Bảng 4 4: Ảnh hưởng của nhân tố thí nghiệm đến thành phần năng suất và năng suất lúa

Bảng 4 5: Ảnh hưởng của nhân tố thí nghiệm lên số chồi cây lúa trồng trên đất phèn nhẹ

Bảng 4 6: Ảnh hưởng của nhân tố thí nghiệm lên chiều cao cây lúa trồng trên đất phèn nhẹ

Bảng 4 7: Ảnh hưởng của nhân tố thí nghiệm đến thành phần năng suất và năng suất lúa

Bảng 4 8: Ảnh hưởng của nhân tố thí nghiệm lên số chồi cây lúa trồng trên đất phèn nặng

Bảng 4 9: Ảnh hưởng của nhân tố thí nghiệm lên chiều cao cây lúa trồng trên đất phèn nặng

Bảng 4 10: Ảnh hưởng của nhân tố thí nghiệm đến thành phần năng suất và năng suất lúa

Bảng 4 11: Kết quả về năng suất (NS) và hiệu quả kinh tế (HQKT) của việc vùi rơm rạ và các giải pháp xử lý đất đầu vụ để giảm ngộ độc hữu cơ trên đất lúa 3 vụ của vùng đất phù sa không phèn

94

Bảng 4 12: Kết quả về năng suất (NS) và hiệu quả kinh tế (HQKT) của việc vùi rơm rạ và các giải pháp xử lý đất đầu vụ để giảm ngộ độc hữu cơ trên đất lúa 3 vụ của vùng đất phèn nhẹ

95 Bảng 4 13: Kết quả về năng suất (NS) và hiệu quả kinh tế (HQKT) của việc vùi rơm rạ và 97

các giải pháp xử lý đất đầu vụ để giảm ngộ độc hữu cơ trên đất lúa 3 vụ của vùng đất phèn

nặng

Bảng 4 14: Kết quả về năng suất và hiệu quả kinh tế của việc xử lý chế phẩm nấm Trico-LV

và thời gian nghỉ giữa 2 vụ để làm giảm ngộ độc hữu cơ trên đất lúa 3 vụ của vùng đất phù sa

không phèn

98

Bảng 4 15: Kết quả về năng suất và hiệu quả kinh tế của việc xử lý chế phẩm nấm Trico-LV

và thời gian nghỉ giữa 2 vụ để làm giảm ngộ độc hữu cơ trên đất lúa 3 vụ của vùng đất phèn

nhẹ

99

Bảng 4 16: Kết quả về năng suất và hiệu quả kinh tế của việc xử lý chế phẩm nấm Trico-LV

và thời gian nghỉ giữa 2 vụ để làm giảm ngộ độc hữu cơ trên đất lúa 3 vụ của vùng đất phèn

Bảng 4 25: Hiệu quả kinh tế (1ha), trên các nghiệm thức xử lý đầu vụ để giảm ngộ độc hữu

cơ trên đất phù sa không phèn, vụ Hè Thu 2015 108 Bảng 4 26: Hiệu quả kinh tế (1ha), trên các nghiệm thức xử lý đầu vụ để giảm ngộ độc hữu

cơ trên đất phèn nhẹ, vụ Hè Thu 2015 109

Bảng 4 27: Hiệu quả kinh tế (1ha), trên các nghiệm thức xử lý đầu vụ để giảm ngộ độc hữu

cơ trên đất phèn nặng, vụ Hè Thu 2015 109

Bảng 4 28: Liều lượng vôi (CaO) cần trung hòa lượng axit hữu cơ hòa tan 111

KÝ TỰ VIẾT TẮT

Ký hiệu Tiếng Anh Tiếng việt

ANOVA Analysis of variance Phân tích phương sai

IPM Intergrate Pest Managerment Quản lý dịch hại tổng hợp

LSD

MHA

Least significant difference

Mobile humic axit

Khác biệt nhỏ nhất có ý nghĩa

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU 1.1 Tính cấp thiết của đề tài

Đốt đồng là hình ảnh quen thuộc của bao thế hệ nông dân ở các vùng trồng lúa ở nước ta Việc thâm canh tăng vụ ngày càng hiệu quả, thì việc đốt đồng càng bộc lộ rõ những tác động không tốt cho tài nguyên đất, nguồn nước, sức khỏe cộng đồng nông thôn và cả khí hậu toàn cầu khi mà số lần đốt đồng tăng lên theo mùa vụ do lượng rơm

rạ tăng lên khi năng suất tăng Ở Đồng bằng sông Cửu Long sau khi thu hoạch mỗi vụ lúa, vụ Đông Xuân hơn 70%, 50% vụ Hè Thu và 30 % vụ Thu Đông nông dân đốt đồng để xuống giống cho vụ tiếp theo Đối với mùa vụ thường không đốt đồng như vụ

Hè Thu và Thu Đông và một số nơi đất vùng trũng của một số tỉnh của vùng ĐBSCL như Long An, Trà ôn (Vĩnh Long) và Hậu Giang nông dân không thể đốt đồng được, thì lượng rơm rạ phải cày vùi trở lại đất Nếu vùi rơm rạ trở lại đất, thì vùi rơm rạ ở điều kiện yếm khí sẽ gây ảnh hưởng đến đặc tính hóa, lý, sinh học đất, và làm cây lúa kém sinh trưởng, phát triển (do ngộ độc hữu cơ) thì hàng năm thì vùng trồng lúa vùng Đồng bằng sông Cửu Long ngộ độc hữu cơ lúa xảy ra hơn 12.209 ha từ năm 2013 đến

5 tháng đầu năm 2016 và ngộ độc hữu cơ xảy ra ở tất cả các vụ (Trung tâm Bảo vệ thực vật phía Nam) Riêng tại Hậu Giang, theo số liệu báo cáo hàng năm của Chi cục Bảo vệ thực vật Hậu Giang thì từ năm 2010 đến năm 2015 thì 5.142 ha, năm 2015 diện tích bị ngộ độc hữu cơ cao nhất là 1.921 ha Hiện tượng ngộ độc hữu cơ không phải lúc nào cũng xảy ra, trong nghiên cứu của Nguyễn Thị Kiều (2012) cho thấy khi

áp dụng biện pháp vùi rơm và gốc rạ vào đất nếu không có biện pháp ngăn ngừa ngộ độc hữu cơ làm ảnh hưởng đến thành phần năng suất và năng suất cho lúa 3 vụ/năm Đồng thời, có vụ lúa và loại đất bị ngộ độc hữu cơ nhưng có vụ lúa và loại đất không

bị ngộ độc hữu cơ Ngộ độc hữu cơ là hiện tượng tổng quát trong đó có thể: (1) axit hữu cơ là chất gây độc trực tiếp (2) sự hiện diện của chất hữu cơ là cơ chất tốt cho vi sinh vật hoạt động mạnh đưa đến hậu quả là rễ lúa bị độc do sự hiện diện của sắt (Fe2+) cao và do phản ứng khử mạnh nên sinh ra H2S gây ngộ độc Do cơ chế gây ngộ độc chưa được hiểu rõ nên rất khó giải thích tại sao có đất bị ngộ độc hữu cơ nhưng có đất không bị ngộ độc hữu cơ Đất phèn bị ngộ độc hữu cơ nhiều hơn so với đất phù sa

do trong đất có sắt và SO4 2- dễ bị khử, khử mạnh sinh ra H2S Trên cùng một loại đất

có ruộng lúa bị ngộ độc hữu cơ nhưng có ruộng lúa không bị ngộ độc hữu, khi bổ sung thêm lượng hữu cơ (10-20 tấn/ha, gấp đôi lượng rơm rạ có được trong một vụ) ruộng lúa không bị ngộ độc hữu cơ)

Bên cạnh đó, tiềm năng làm nóng lên của trái đất từ hệ thống lúa nước (Oryza

sativa) cao gấp 4 lần so với lúa mì hoặc bắp Trung bình hệ thống lúa nước phát thải

100kg CH4-C/ha*vụ tương đương với 89% của tiềm năng ấm lên của trái đất trong hệ

thống nông nghiệp (Linquist et al., 2012) Do đó, mọi nổ lực làm giảm tiềm năng ấm

lên trên toàn cầu, cần tập trung vào việc làm giảm tiềm năng ấm lên trên toàn cầu của

hệ thống canh tác lúa nước, thông qua giảm phát thải khí CH4; tuy nhiên, cần phải quan tâm đến giảm cả hai khí CH4 và N2O, vì trong nhiều cách làm giảm khí CH4 lại tăng phát thải khí N2O Theo Jain et al., (2004) đã tổng kết lượng khí CH4 thải ra cho hecta (kg CH4/ha*vụ) trên canh tác lúa của Việt Nam từ 7,5 - 15 tấn CO2eq/ha*vụ Tại Hậu Giang, tổng phát thải khí CH4 là 6,9 tấn/ha đo được ở vụ lúa ĐX (2012-2013) khi trồng lúa trên vùng đất phèn (Cao Văn Phụng, 2014) Nhiều nước trên thế giới, đã báo cáo lượng phát CH4 phát thải trên ruộng lúa cao hơn nhiều so với báo cáo của Jain (2004) và Cao Văn Phụng (2014)

Các nghiên cứu trên thế giới cho thấy chế độ nước trên ruộng lúa có ảnh hưởng đến việc phát thải CH4, do đó việc quản lý nước được xem là một biện pháp hữu hiệu nhằm hạn chế việc phóng thích khí CH4 và chế độ nước trên ruộng có ảnh hưởng đến

ngộ độc hữu cơ Theo Shuwei Liu et al., (2012) đã thực hiện thí nghiệm với 2 chế độ tưới ngập và tưới ẩm với các công thức phân N vô cơ (IF), phân N-hữu cơ (OF), kết hợp vô cơ hữu cơ (CF) Với nghiệm thức ngập liên tục (IF) có lượng khí CH4 phát thải

là 86,78 kg/ha, CF là 98,75 kg/ha và OF là 124,74 kg CH4/ha Với chế độ tưới ẩm IF

có lượng khí CH4 phát thải là 43,13 kg/ha, CF là 74,08 kg/ha và OF là 106,83 kg CH4/ha Cheng et al.,đã cho thấy rằng bón phân chuồng ủ oai làm giảm 75% lượng khí CH4 phát thải so với không ủ Bón tăng lượng phân gà lên 200kg/ha thì tốc độ phát thải khí CH4 giảm xuống 12,3 mgCH4/m2*giờ

Như vậy, trong trường hợp phải vùi rơm trở lại, thì ảnh hưởng sẽ như thế nào đến sinh trưởng và phát triển của lúa ? Ngoài ra, việc vùi rơm rạ ở điều kiện yếm khí phát sinh ra lượng khí CH4 như thế nào? vì khí CH4 làm nóng lên của trái đất Cần có giải pháp nào khi vừa chôn vùi rơm rạ để trả lại dinh dưỡng cho đất, nhưng tránh được (hoặc giảm) ngộ độc hữu cơ, giảm phát thải khí CH4 và giải pháp đó nông dân trồng lúa dễ áp dụng hay không ? Trong khi chúng ta cần có chất lượng lúa tốt để xuất khẩu

và năng suất phải đạt cao mới đem lại lợi nhuận cho dân Theo khuyến cáo hiện nay kết hợp kỹ thuật “1 phải, 5 giảm” và gần đây cũng có đề xuất giảm phát khí thải nhà kính còn gọi là kỹ thuật “1 phải 6 giảm” trong canh tác lúa Nhưng ở điều kiện canh tác lúa cụ thể của từng loại đất khác nhau, có thể phát thải khí nhà kính (KNK), ảnh hưởng đến sinh trưởng và phát triển của cây lúa khác nhau Vì thế, cần tối ưu hoá biện pháp kỹ thuật “1 phải 5 giảm” mà Nhà nước ta đã khuyến cáo để đạt được mục tiêu giảm phát thải khí nhà kính và không giảm năng suất lúa (do ngộ độc hữu cơ) trên ba nhóm đất chính của Đồng bằng song cửu long khi canh tác lúa ở điều kiện yếm khí có chôn vùi rơm rạ

Các biện pháp giúp giảm thiểu ngộ độc hữu cơ lúa đang được khuyến cáo là: (1) bón vôi khi có ngộ độc hữu cơ; (2) rút nước khi có ngộ độc hữu cơ + bón phân lân, (3)

phun phân bón lá khi có ngộ độc hữu cơ; (4) phun chế phẩm nấm Trichoderma phân

hủy rơm rạ; (5) kéo dài thời gian nghỉ giữa 2 vụ; (6) kết hợp các biện pháp trên

Các biện pháp canh tác lúa giảm phát thải khí nhà kính đang khuyến cáo hiện nay là: (1) quản lý nước: rút 2 lần trên vụ; (2) bón phân cân đối, giảm lượng phân đạm; (3) sử dụng chế phẩm sinh học, hạn chế sử dụng phân hữu cơ chưa oai mục; (4) giảm lượng giống gieo sạ

Với những vấn đề như trên các điểm sau đây cần được quan tâm:

- Chưa phân biệt ngộ độc hữu cơ do axit hữu cơ hay ngộ độc hữu cơ chỉ là tên gọi chung, mà trong đó chất hữu cơ chỉ là cơ chất giúp cho vi sinh vật hoạt động mạnh và kéo theo việc khử sắt mạnh và SO42-, làm cho Fe2+ cao và sự hiện diện của H2S cao

- Vùi rơm rạ trở lại đồng ruộng là rất cần thiết, vì rơm rạ giúp cải tạo đất tốt hơn, giúp hạ giá thành trong sản xuất, nhưng khi vùi rơm rạ có nguy cơ phát thải khí CH4, nhưng rơm rạ không bị đốt trên ruộng sau thu hoạch sẽ làm giảm phát thải khí CO2 thải ra không khí Đây là một bài toán cần giải quyết

- Để giảm thiểu ngộ độc hữu cơ, có nhiều phương pháp đã được đề xuất, nhưng ngộ độc hữu cơ vẫn xảy ra Vậy cần có một biện pháp tổng hợp hay một biện pháp mới để hạn chế ngộ hữu có hiệu quả, các biện pháp này, về mặt lý thuyết, có liên quan mật thiết đến giảm phát thải khí nhà kính

1.2 Mục tiêu của đề tài

(1) Mục tiêu chung

Nghiên cứu và đề xuất biện pháp kỹ thuật giảm lượng axit hữu cơ và giảm phát thải khí nhà kính trong canh tác lúa trên đất phèn và đất phù sa khi vùi rơm rạ để tăng lợi nhuận cho vùng trồng lúa của tỉnh Hậu Giang

- Nghiên cứu ảnh hưởng của các biện pháp xử lý để làm giảm khí thải nhà kính;

- Thử nghiệm các cách xử lý ngộ độc hữu cơ lúa mới để tăng lợi nhuận cho vùng trồng lúa của tỉnh Hậu Giang

1.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu của đề tài là cây lúa phát triển trong điều kiện có vùi rơm

rạ và ảnh hưởng của vùi rơm rạ đến năng suất lúa và khí phát thải gây ảnh hưởng nhà kính Cây lúa phát triển trong điều kiện yếm khí, do đó phản ứng hóa và hóa sinh chịu tác động mạnh mẽ bởi cơ chất cho vi sinh vật hoạt động Sự vận chuyển của oxy từ lá lúa xuống vùng rễ làm cho các phản ứng khử tại vùng rễ bị thay đổi, sự thay đổi này

có tác động mạnh mẽ đến các phản ứng làm thay đổi sức sống của cây lúa và khí CH4,

N2O phát thải ra môi trường Đây là các chuỗi phản ứng rất phức tạp, do vậy phạm vi của đề tài này là: (1) đề tài phân tích pH, Fe, Eh để chứng minh tình trạng yếm khí ở vùng rễ; (2) phân tích chất hữu cơ trong dung dịch đất, để xem diễn biến của chất hữu

cơ trong dung dịch đất của các nghiệm thức khác nhau, giúp hiểu được tác động của các nghiệm thức; (3) phân tích khí thải khí nhà kính CH4 và N2O trong các điều kiện khác nhau Để giảm thiểu ngộ độc hữu cơ, đề tài khảo sát lại các phương pháp đã đề xuất và đề xuất giải pháp mới

1.4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Ý nghĩa khoa học

(1) Kết quả nghiên cứu là nguồn số liệu khoa học về diễn biến của axit hữu cơ

và chất hữu cơ không axit trong dung dịch đất có vùi 10 tấn/ha rơm rạ tươi phân hủy ở điều kiện yếm khí, bằng qui trình phân tích axit hữu cơ trong dung dịch đất với cột trích pha rắn (Solid Phase Extraction - SPE);

(2) Sử dụng mô hình lý thuyết để giải thích hiện tượng ngộ độc hữu cơ cho cây lúa khi có vùi rơm rạ phân hủy ở điều kiện yếm khí;

(3) Đánh giá có hệ thống các phương pháp làm giảm ngộ độc hữu cơ, giảm phát thải khí nhà kính trong canh tác lúa trên đất phèn và đất phù sa trong điều kiện nhà kính và đồng ruộng trên ba loại đất;

(4) Kết quả nghiên cứu còn cung cấp số liệu khoa học về ảnh hưởng của các giải pháp kỹ thuật làm giảm ngộ độc hữu cơ trên lúa đến sự phát thải khí gây hiệu ứng nhà kính trong quá trình canh tác lúa 3 vụ khi có vùi 10 tấn/ha rơm rạ tươi phân hủy ở điều kiện yếm khí trên đất phèn và đất phù sa;

(5) Kết quả nghiên cứu xác định được đỉnh điểm, lượng và tốc độ phát thải khí nhà kính (KNK) trên đất (phèn nhẹ, đất phèn nặng và đất phù sa) canh tác lúa khi có vùi 10 tấn/ha rơm rạ phân hủy ở điều kiện yếm khí;

(6) Công trình nghiên cứu là các số liệu khoa học cơ bản sử dụng cho giảng dạy

và nghiên cứu với các đề tài tương tự

vụ trên vùng đất phèn và đất phù sa có vùi 10 tấn/ha rơm rạ tươi phân hủy ở điều kiện yếm khí và tăng hiệu quả kinh tế, hướng đến canh tác lúa sinh thái và bền vững

1.5 Những đóng góp mới của luận án

(1) Bằng phương pháp xác định axit hữu cơ được đề xuất, diễn biến của axit hữu cơ giảm rõ rệt giữa nghiệm thức có xử lý và đối chứng khi có vùi 10 tấn/ha rơm

rạ phân hủy ở điều kiện yếm khí;

(2) Bón vôi sữa CaO và Chelate ngay đầu vụ sẽ giúp cây lúa không bị ngộ độc hữu cơ và có hiệu quả hơn so với các phương pháp khác, khi có có vùi rơm rạ 10 tấn/ha;

(3) Xác định được tiềm năng phát thải khí nhà kính trên ruộng lúa rất cao khi canh tác lúa ngập liên tục và có vùi rơm rạ 10 tấn/ha Khí CH4 phát thải thấp khi không vùi rơm rạ lại cho đất;

(4) Xác định được lượng khí phát thải gây hiệu ứng nhà kính qua việc sử dụng phân bón, biện pháp kỹ thuật quản lý nước trên đất canh tác lúa khi có vùi 10 tấn/ha rơm rạ ở Hậu Giang;

(5) Xác định được đỉnh điểm và tốc độ phát thải khí nhà kính (KNK) trên đất (phèn nhẹ, đất phèn nặng và đất phù sa) canh tác lúa khi có vùi 10 tấn/ha rơm rạ phân hủy ở điều kiện yếm khí;

(6) Điều chỉnh lại việc ngập khô xen kẻ trong giải pháp 1P5G cho canh tác lúa

để vừa tiết kiệm nước, giảm ngộ độc hữu cơ và giảm khí thải trong canh tác lúa vụ 3 tại Hậu Giang

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.1 Đặc điểm thổ nhưỡng của tỉnh Hậu Giang

Tỉnh Hậu Giang nằm ở vị trí trung tâm của tiểu vùng Nam sông Hậu, là vùng giáp nước của triều biển Tây (cách cửa Xẻo Rô khoảng 40 km theo tuyến sông Cái Lớn) và triều biển Đông (cách cửa Định An hơn 60 km theo tuyến sông Hậu) Diện tích tự nhiên của tỉnh là 160.245 ha Phân loại và quy mô diện tích các loại đất tỉnh Hậu Giang được chia thành 4 nhóm đất chính, trong đó:

- Nhóm đất mặn: có 1 đơn vị đất, diện tích: 6.682 ha, chiếm 4,17% diện tích tự nhiên (DTTN), tập trung chủ yếu ở huyện Long Mỹ Các đất hình thành trên các trầm tích trẻ, tuổi Holocene, có nguồn gốc sông, biển hoặc sông - biển hỗn hợp, không có tầng phèn tiềm tàng hoặc phèn hoạt động xuất hiện trong vòng 125 cm và ít nhất ở một phụ tầng trong vòng 100cm có độ dẫn điện của chiết xuất bão hòa ở 25oC ≥ 4 dS/m, được xếp vào nhóm đất mặn Tùy theo mức độ và cơ chế xâm nhập mặn vào các lớp đất trong vòng 125 cm, đất mặn ở Hậu Giang chủ yếu là đất mặn ít

- Nhóm đất phèn: có 7 đơn vị đất, diện tích: 67.763 ha, chiếm 42,29% DTTN;

xuất hiện trên những bề mặt địa hình thấp trũng, tập trung ở khu vực phía Tây - Tây Nam của tỉnh thuộc các huyện Phụng Hiệp (27.000 ha), Long Mỹ (22.459 ha), huyện

Vị Thủy (11.320 ha), TP Vị Thanh (4.178 ha) và rải rác một phần diện tích ở huyện Châu Thành A và TX Ngã Bảy Căn cứ vào trạng thái và độ sâu xuất hiện các tầng phèn, nhóm đất phèn được chia ra 7 đơn vị chú dẫn bản đồ như sau: Đất phèn tiềm tàng nông, mặn (Sp1Mi): 5.021 ha; Đất phèn tiềm tàng sâu, mặn (Sp2Mi): 1.216 ha; Đất phèn tiềm tàng nông (Sp1): 1.284 ha; Đất phèn hoạt động nông, mặn (Sj1Mi): 4.430 ha; Đất phèn hoạt động sâu, mặn (Sj2Mi): 8.664 ha; Đất phèn hoạt động nông (Sj1): 5.917 ha; Đất phèn hoạt động sâu (Sj2): 41.233 ha

- Nhóm đất phù sa có 2 đơn vị đất, diện tích: 66.049 ha, chiếm 41,22% DTTN;

xuất hiện trên những bề mặt địa hình cao, tập trung ở khu vực dọc theo sông Hậu và rải rác ở một số khu vực phía Bắc - Tây Bắc tỉnh, 2 đơn vị như sau: Đất phù sa có tầng

loang lổ đỏ vàng (Pf): 3.584 ha; Đất phù sa gley (Pg): 62.465 ha

- Nhóm đất nhân tác: có 1 đơn vị đất, diện tích: 13.752 ha, (8,58%) DTTN (Đặc tính hóa học và hiện trạng sử dụng đất đính kèm Phụ Chương 2)

2.2 Phân bố mưa và hiện trạng thủy lợi

rất thuận lợi cho phát triển nền nông nghiệp đa canh và thâm canh hiệu quả, nếu được đầu tư đồng bộ hệ thống thủy lợi cho tưới tiêu và nâng cao năng lực sản xuất (cơ giới

hóa, kỹ thuật, vốn) (đính kèm Phụ Chương 2)

2.2.2 Nguồn nước

Nguồn nước mặt là nguồn nước chính cho sản xuất nông nghiệp của tỉnh và có 4 hệ thống sông lớn gồm: sông Hậu (đoạn chảy qua tỉnh dài 8km), sông Cái Lớn (đoạn qua tỉnh dài 57km), sông Cái Tư (đoạn qua tỉnh dài 15km) và sông Nước Trong (đoạn qua tỉnh dài 16km), cùng với hệ thống kênh rạch dày đặc, trong đó có 20 tuyến kênh rạch chính vừa làm nhiệm vụ cấp nước, tưới tiêu cho tỉnh Tuy nhiên, nguồn cấp nước chính vẫn là từ sông Hậu (là nhánh sông Mê Kông chảy qua Hậu Giang đổ ra biển qua cửa Định An và Trần Đề) và nguồn nước này quyết định cho phát triển nông, lâm nghiệp và nuôi trồng thủy sản của tỉnh Nguồn nước có ý nghĩa rất quan trọng đối với

sản xuất nông nghiệp của tỉnh (đính kèm Phụ Chương 2)

trạng ngập úng vào mùa mưa và xâm nhập mặn vào mùa khô (Phụ Chương 2)

2.2.3.1 Chế độ thủy triều và tình trạng xâm nhập mặn

Toàn bộ diện tích của tỉnh chịu ảnh hưởng của hai chế độ thuỷ triều: Chế độ bán nhật triều biển Đông và chế độ nhật triều biển Tây ảnh hưởng đến tưới tiêu có thể tưới tiêu

tự chảy hoàn toàn; không thể lợi dụng triều để tưới tiêu tự chảy và đất phèn nên việc rửa mặn, phèn khó khăn Trong tỉnh còn có vùng mặn tấn công, lấn sâu vào nội đồng

vào mùa khô ảnh hưởng đến sản xuất nông nghiệp (đính kèm Phụ Chương 2)

2.2.3.2 Tình trạng ngập lũ nội đồng

So với các tỉnh khác ở ĐBSCL, lũ ở Hậu Giang thường đến muộn và cường suất nhỏ Tuy nhiên, do tỉnh Hậu Giang nằm trong khu vực chịu ảnh hưởng của hai chế độ thủy triều là triều biển Đông qua sông Hậu và triều biển Tây qua sông Cái Lớn, nên khả năng tiêu thoát lũ chậm, đặc biệt là phần diện tích phía Nam huyện Châu Thành A và

tất cả diện tích của các huyện Phụng Hiệp, Long Mỹ và thành phố Vị Thanh (đính kèm

Phụ Chương 2)

2.2.3.3 Hiện trạng hệ thống thủy lợi

Hệ thống thủy lợi của tỉnh gồm: hệ thống kênh trục và kênh cấp I, II, III, hệ thống đê bao, bờ bao, hệ thống cống, hệ thống bọng, đập tạm, hệ thống trạm bơm Hiện vẫn còn đang hoạt động khá hiệu quả Tuy nhiên phần lớn bị xuống cấp, cần được nâng cấp

sửa chữa Hiện trạng hệ thống thủy lợi của tỉnh Hậu Giang có hệ thống kênh trục khá phong phú, đáp ứng được nguồn nước, hệ thống kênh tạo nguồn tương đối đầy đủ, nhưng hệ thống đê bao chưa đạt yêu cầu kỹ thuật, hệ thống đê bao của các khu khép kín còn thiếu và yếu, phần lớn các kênh cấp III chưa có hệ thống bờ bao, nhất là đối với vùng dự án Phụng Hiệp, hệ thống cống, đập chưa đồng bộ nên chưa đáp ứng được

việc hoàn toàn chủ động tưới tiêu (đính kèm Phụ Chương 2)

2.3 Hiện trạng cây trồng trong tỉnh

Đối với Hậu Giang, nông - lâm - thủy sản được xác định là ngành kinh tế chủ đạo và

là thế mạnh được ưu tiên đầu tư trong thời kỳ đầu của quá trình công nghiệp hóa - hiện đại hóa Cơ cấu kinh tế ngành có những chuyển biến nhưng tốc độ chuyển dịch còn chậm, đến năm 2013, giá trị sản xuất nông nghiệp chiếm 86,2 %, lâm nghiệp chiếm 0,75% và thủy sản có xu hướng tăng tương đối ổn định chiếm 13,03% Ngành trồng trọt giữ vị trí quan trọng, chiếm 86,2 % trong giá trị sản xuất nông - lâm - thủy sản Dẫn đầu trong ngành là: lúa, cây công nghiệp hàng năm, cây ăn quả, rau màu và cây công nghiệp lâu năm

Sản xuất cây hàng năm: diện tích gieo trồng cây hàng năm tăng lên 244.412 ha, tăng 6.270 ha so với năm 2010 (trong đó diện tích trồng lúa tăng 3.463 ha, mía tăng 1.132

ha, rau đậu các loại tăng 2.542 ha, các cây còn lại diện tích tăng, giảm không đáng kể) Trong đó, sản xuất lúa đang khôi phục mở rộng diện tích 214.133 ha Năm 2010 đã có 32.000 ha lúa chất lượng cao, hoàn thành 45,7% kế hoạch đến năm 2020; có 6.000 ha lúa đặc sản, hoàn thành 60 % kế hoạch đến năm 2020 Năng suất lúa bình quân đạt trên 5 tấn/ha, sản lượng trên 1 triệu tấn/năm Toàn tỉnh có 120 tổ, CLB và HTX (41 HTX) sản xuất lúa giống cung ứng giống lúa xác nhận, diện tích trên 1.500 ha

Năng suất đạt cao nhất (5,6 tấn/ha) năm 2008 tăng gần 19% so với năng suất năm

2004 Năng suất lúa trong năm 2014 theo tính toán được từ số liệu diện tích lúa và sản lượng lúa trong năm 2014 của tỉnh thì năng suất là khoảng 5,85 tấn/ha Diện tích, năng

suất, sản lượng cây hàng năm (xin xem trong Phụ Chương đính kèm)

Bảng 2.6: Diện tích, năng suất và sản lượng lúa của tỉnh Hậu Giang (2012– 2016)

Sản lượng (tấn) 1.179.889 1.191.130 1.202.672 1.293.084 1.298.435

(Nguồn: Cục thống kê tỉnh Hậu Giang)

Năng suất lúa của tỉnh Hậu Giang tương đối cao và cao hơn bình quân của cả nước trong năm 2008 (4,98 tấn/ha)

2.4 Hiện trạng ảnh hưởng biến đổi khí hậu tại Hậu Giang

Nông nghiệp không chỉ là ngành chịu tác động của biến đổi khí hậu (BĐKH) mà còn là ngành gây phát thải khí gây hiệu ứng nhà kính (CH4, N2O) lớn làm gia tăng sự nóng lên toàn cầu Canh tác lúa, lên men dạ cỏ của nhóm gia súc nhai lại, sử dụng đất nông nghiệp, quản lý chất thải chăn nuôi và phụ phế phẩm nông nghiệp là những nguồn gây phát thải khí gây hiệu ứng nhà kính lớn trong ngành nông nghiệp Hậu Giang là một tỉnh nông nghiệp thuộc vùng đồng bằng sông Cửu Long và nông nghiệp

là ngành sản xuất chủ yếu của tỉnh Hậu Giang, hơn 80% nông dân sống và hoạt động sản xuất nông nghiệp Đồng thời, cũng là một tỉnh chịu ảnh hưởng tác động của BĐKH

* Biểu hiện biến đổi khí hậu

- Theo báo cáo Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Hậu Giang, diễn biến lượng mưa giảm từ 2005 đến 2009 vào các tháng 6, 9, 10 (mùa mưa), ví dụ: tháng 10 năm

2009 là 209,5mm/năm giảm so với năm 2008 là 223,1mm/năm, năm 2007 là 347,2mm/năm, năm 2006 là 295,4mm/năm và năm 2005 là 311,5 mm/năm; trong khi

đó lượng mưa trong tháng 1 (mùa khô) có xu hướng tăng từ năm 2006 đến năm 2009

- Số giờ nắng nóng gia tăng như năm 2007 là 2.195,5 giờ, năm 2008 là 2.195,5 giờ, năm 2009 là 2.410,7 giờ Số ngày nắng nóng kéo dài, nhất là vào các tháng đầu năm và cuối năm

- Số lần dông bão, lốc xoáy diễn ra tương đối ít nhưng với cường độ mạnh hơn: năm 2010 có 15 cơn lốc xoáy ít hơn 09 cơn so với năm 2009 nhưng làm chết 02 người, gia tăng diện tích sạt lở đất là 3.729,85m2 đất bờ sông Năm 2009 số cơn bão kèm theo lốc xoáy mặc dù ít hơn nhưng với cường độ mạnh hơn, tổng thiệt hại về người và tài sản lại cao hơn so với năm trước: trong năm có 26 cơn lốc xoáy (2008: 35 cơn, 2007: 49 cơn) đã làm sập hoàn toàn 119 căn nhà (2008: 87 căn), tốc mái 118 căn (2008: 89 căn), làm bị thương 06 người (2008: không có người bị thương), làm sạt lở 1.436m2 đất bờ sông (2008: 264m2 đất bờ sông) Một số biểu hiện thiên tai được ghi nhận thêm trong thời gian gần đây:

+ Năm 2011: 12 cơn lốc xoáy làm sập 175 căn nhà, tốc mái 189 căn, bị thương nhẹ 04 người, diện tích sạt lở là 2.162m2

+ Năm 2012: 13 cơn lốc xoáy làm sập 136 căn nhà, tốc mái 89 căn, bị 04 người chết do sét đánh, bị thương nhẹ 02 người, diện tích sạt lở là 1.669m2

+ Năm 2013: 15 cơn lốc xoáy làm sập 183 căn nhà, tốc mái 104 căn nhà và 08 phòng học, 03 người chết do sét đánh, diện tích sạt lở là 5.941m2

Riêng trong năm 2016, Hậu Giang hứng chịu 2 đợt mặn tấn công, lấn sâu vào nội đồng Trong đó, đợt mặn có nồng độ từ 10 - 19,7%o kéo dài trong nhiều ngày (từ 28/3

- 5/5) gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến sản xuất và đời sống của người dân Hạn, mặn

đã gây thiệt hại 407 ha lúa ĐX 2015-2016, trong đó có 185 ha thiệt hại trên 70%, của

234 hộ dân thuộc huyện Long Mỹ Vụ lúa HT 2016 đã có 246 ha của nông dân xã Xà Phiên (Long Mỹ) bị mất trắng Nếu nắng hạn kéo dài đến tháng 6, sẽ có thêm ít nhất 2.672 ha lúa ở các xã Xà Phiên, Vĩnh Viễn, Thuận Hưng, Vĩnh Thuận Đông của huyện Long Mỹ bị thiệt hại Ngoài ra, hạn, mặn còn làm 6.000 ha không thể xuống giống vụ lúa Hè Thu, gây ảnh hưởng đến khung thời vụ gieo sạ lúa Thu Đông (vụ 3) và hơn 1.000 ha thủy sản không thả giống kịp thời vụ Hậu Giang đã công bố thiên tai xâm nhập mặn cấp độ 1 thuộc địa bàn 5/8 đơn vị, gồm: TP Vị Thanh, TX Long Mỹ huyện Long Mỹ, Phụng Hiệp và Vị Thủy

* Dự báo biến đổi khí hậu trong 15 năm tới (đến năm 2030) theo kịch bản dự báo BĐKH và nước biển dâng cho Hậu Giang

Theo kết quả của Cao Văn Phụng (2014) về phát thải khí CH4 từ đất phèn tại tỉnh Hậu Giang thì tỷ lệ phát thải khí CH4 trung bình 1,39 mg/m2*h; tổng phát thải trung bình 33,36 kg/ha/loại cây và khí CO2 phát thải tương đương 0,7 tấn/ha Như vậy, theo thống kê năm 2014, diện tích lúa của tỉnh Hậu Giang là 205.305 ha nếu qui đổi lượng khí thải khí nhà kính qui về CO2 tương đương, ước lượng khí CO2 phát thải vào môi trường 143.712 tấn/ha Theo dự báo phát thải khí nhà kính từ năm 2012 đến năm

2020, lượng phát thải khí CH4 trong hoạt động trồng lúa năm 2015 là 673.848,2 tấn CO2 và năm 2020 là 591.290,6 tấn CO2

So với giai đoạn 1980 – 1999, nhiệt độ trung bình tăng thêm 0,6oC, lượng mưa tăng khoảng 2,15% vào mùa mưa và giảm 0,58% vào mùa khô, độ ẩm tương đối trung bình giảm 1,7 – 1,8%, tốc độ gió trung bình có xu hướng tăng dần

Mực nước biển dâng lên từ 13,4 – 13,9cm, đã xảy ra chế độ ngập triều cục bộ dưới tác động truyền triều đi sâu vào vùng nội địa theo sông Hậu, sông Cái Lớn, với 9,4km2 bị ngập thuộc địa bàn xã Long Phú (Thị xã Long Mỹ), rải rác ở xã Xà Phiên, xã Thuận Hưng (huyện Long Mỹ), xã Hỏa Tiến, xã Hỏa Lựu (Thành phố Vị Thanh), phường Hiệp Thành (Thị xã Ngã Bảy) Đặc biệt, việc khai thác và sử dụng tài nguyên nước mặt và nước ngầm của tỉnh Hậu Giang là vấn đề đáng quan ngại trước tình hình biến đổi khí hậu đang diễn biến nhanh và phức tạp hiện nay:

+ Trên địa bàn tỉnh không có hồ chứa nước tự nhiên phục vụ cho cấp nước dân sinh, nguồn cung cấp chủ yếu từ 4 tuyến sông Hậu, sông Cái Lớn, sông Cái Tư, sông Nước Trong, trong đó nguồn chính là sông Hậu BĐKH làm mùa khô kéo dài hơn, tình trạng ngập úng kéo dài hơn do khả năng tiêu thoát nước chậm, lưu lượng sông Mekong giảm từ 2 – 24% trong mùa khô, tăng từ 7 – 15% vào mùa lũ Hiện nay, lũ lớn không xảy ra do việc tăng cường các hoạt động khai thác, sử dụng nguồn nước ở các quốc gia khu vực thượng nguồn

+ Ngoài nguồn nước mặt chủ yếu, trên địa bàn tỉnh vẫn còn nguồn nước bổ sung

là nước ngầm khai thác ở độ sâu 70 – 130m Tuy nhiên, nếu khô hạn kéo dài, nguồn

nước ngầm không được bổ sung từ nước mặt và nước mưa, sẽ dần dần thiếu hụt và suy kiệt làm mất khả năng khai thác Vào mùa nước kiệt, thì nguồn nước ngầm có nguy cơ nhiễm mặn Ngoài ra, chất lượng nước ở vùng đất nhiễm phèn thì chất lượng rất kém cho sinh hoạt

2.5 Môi trường canh tác lúa

2.5.1 Tiến trình khử trong đất lúa ngập nước

Trong đất ngập nước, khi các tế khổng trong đất chứa đầy nước, oxy bị đẩy ra khỏi tế khổng, trừ lớp đất oxy hóa là có oxy hóa là có sự hiện diện của oxy Các vi sinh vật háo khí sẽ bất động và chết Các vi sinh vật yếm khí phát triển và sử dụng các chất oxy hóa trong điều kiện không có oxy là NO3-, Mn4+, Fe3+, SO42-, CO2 các chất này bị khử tạo nên quá trình khử trong đất ngập nước (Nguyễn Mỹ Hoa, 2010 trích dẫn) và tính khử liên tục: đầu tiên là khử NO3-, Mn4+ và Fe3+ kế đến là sự khử SO42- và CO2 sản sinh ra CH4 dưới sự tác động của vi khuẩn yếm khí như sau:

* Sự khử sắt tam

Khi đất bị ngập nước (ở điều kiện yếm khí) sự cung cấp oxy bị ngừng lại, lượng oxy còn lại sẽ được vi sinh vật háo khí tiêu thụ Khi không còn oxy hiện diện trong đất thì chất khử mạnh nhất đầu tiên là NO3-, kế đến là MnO2, oxyt sắt và SO42- Nếu trên đất phèn thì nồng độ NO3- không đáng kể, và trên một số loại đất hàm lượng MnO2 thấp, nồng độ Fe3+ cao, nên Fe3+ là chất thu nhận điện tử khi oxy không có trong đất Sự

khử Fe (III) làm gia tăng pH và nồng độ Fe (II) trong dung dịch đất (Bronswijk et

al.,1992) Đất phèn trung bình (pH: 4-6) khi ngập nước làm gia tăng pH đến 5-6 sau

nhiều tuần ngập nước (Ponnamperuma, 1972) Sự khử Fe (III) thành Fe (II) là tiến trình quan trọng nhất trong sự gia tăng pH Ion H+ được dùng cho sự khử oxid Fe (III), với chất hữu cơ CH2O là chất cho điện tử:

Fe(OH)3 + 1/4 CH2O + 4H+  2Fe2+ 1/2CO2 +3/2H2O

Chất oxy hóa cũng ảnh hưởng đến số lượng và tốc độ của sự khử sắt Chất hữu cơ chưa phân hủy có chứa nguồn năng lượng cao, nên sự khử tiến hành nhanh hơn chất hữu cơ đã qua phân hủy ổn định Ngoài ra, pH của dung dịch đất cũng ảnh hưởng đến tốc độ của sự khử sắt Sự khử sulfate có thể tiếp sau sự khử Fe(III), sản sinh ra H2S và HCO3- Điều này làm tăng pH nhưng giảm Fe2+ hòa tan do sự kết tủa FeS, vì vậy pH

và Fe hòa tan trong các loại đất phèn ngập nước có thể thể đạt trị số giống như trong các loại đất ngập nước bình thường khác Các loại đất lúa nước có độ chua nhẹ, trị số

pH tăng giữa 6-6,5 trong vài tuần đầu ngập nước Nhưng trên đất phèn nặng, sự gia tăng pH rất chậm sau thời gian ngập nước và đôi khi không đạt đến trị số pH 5,5 (Ponnamperuma, 1972) Sự gia tăng pH chậm có thể do sự khử tiến hành chậm vì ảnh hưởng bất lợi của pH thấp, Al hòa tan cao và nghèo chất dinh dưỡng nên làm giảm sự hoạt động của vi sinh vật yếm khí

* Sự khử sulfate

Sự khử sulfate trong đất ngập nước tiêu thụ proton và giúp gia tăng pH:

SO42- + 2H+ + CH2O  H2S + 2H2O + 2CO2 Hàm lượng rất nhỏ của H2S trong dung dịch đất cũng làm hư hại bộ rễ lúa Cây lúa còn non dễ bị ngộ độc hơn cây lúa đã phát triển, do chúng đã tự tạo được điều kiện oxy hóa xung quanh vùng rễ H2S thường phản ứng với sắt (II) tạo thành FeS, phản ứng diễn ra tiếp tục và kết quả cuối cùng là pyrite được tạo thành Nếu nồng độ Fe2+không đủ kết tủa S2-, H2S còn lại trong dung dịch sẽ gây độc Ngộ độc H2S thường xảy

ra trên đất giàu hữu cơ Vi khuẩn sulfate không hoạt động trong điều kiện axit, vì ngộ độc do H2S chỉ xảy ra sau khi pH đất gia tăng trên 5 do quá trình ngập nước kéo dài (Dent, 1986)

Quá trình phân hủy chất hữu cơ sản sinh ra CO2 và được tích lũy trong đất ngập nước chua, giàu chất hữu cơ và sắt Áp suất cục bộ của CO2 trong dung dịch có thể gia tăng đến 80kPa trong vòng 2 tuần lễ ngập nước, sau đó giảm nhanh chóng do bị mất đi và khử thành khí methane Nồng độ CO2 lớn hơn 15 kPa sẽ ngăn cản sự phát triển của bộ

rễ, dẫn đến sự héo của cây và làm giảm khả năng thu hút chất dinh dưỡng Các axit hữu cơ cũng sản sinh ra khi phân hủy chất hữu cơ trong điều kiện yếm khí

Từ đó, cho thấy, trong môi trường đất lúa ở điều kiện yếm khí thì sự chuyển hóa các chất trong đất yếm khí đã được De Datta (1980); Watanabe (1984) Mitsch and Gosselink (2000) nghiên cứu và tóm tắt qua các đặc điểm sau:

- Sự tích lũy các axit béo dễ bay hơi như acetic, propionic và butyric axit

- Sự sản sinh CH4 và sulfide sau sự tích lũy các axit béo dễ bay hơi

- Ammonium (NH4-N) là sản phẩm ổn định của sự chuyển hóa đạm và nitrate (NO3-N) dễ dàng bị khử

- Chất hữu cơ được chôn vùi khi sửa soạn đất như là phân xanh, các dư thừa cây trồng hoặc cỏ dại hay gốc rạ lúa và hệ thống rễ sau thu hoạch Cỏ dại, sinh khối của tảo và dịch rỉ của rễ được đưa vào môi trường suốt thời gian sinh trưởng của cây lúa

- Lớp đất khử mỏng nằm bên dưới tiếp giáp với nước mặt trên ruộng, mặt dù nằm dưới lớp nước, trong lớp đất khử này vẫn còn nhiều nơi có chứa O2, rễ lúa đã tranh thủ tận dụng lượng O2 này cho việc oxi hóa các sản phẩm sinh ra từ tiến trình khử Các hoạt động canh tác như quản lý cỏ dại và nước có thể làm thay đổi tính chất đất lúa Như vậy, sự chuyển hóa tính chất hóa học đất yếm khí là oxid hóa lớp đất mặt

và vùng rễ lúa (quyển rễ), sự oxid hóa này phải được hiểu rõ qua động thái chuyển hóa hữu cơ và vô cơ trong suốt tiến trình phân hủy chất hữu cơ của đất lúa ngập nước

Theo Nguyen Bao Ve (1996) thì trong điều kiện tự nhiên nguồn gốc chính của chất hữu cơ là thải thực vật như rễ cây, lá cây, cỏ và dư thừa thực vật sau khi thu hoạch Trong đó, 1/3 đến 1/10 trên mặt đất của thực vật để lại trong đất, hầu hết toàn bộ rễ được giữ lại trong đất Chất hữu cơ trong đất có 2 thành phần chính: thành phần dễ phân hủy (labile organic matter hoac light fracrion) và thành phần đa phân tử, khó phân hủy (humus material hoặc heavy fraction) Trong đất lúa giàu chất hữu cơ, khi ngập nước, dưới điều kiện đất khử cao bộ rễ có triệu chứng phát triển rất kém liên quan đến các hợp chất giảm tăng trưởng, được sinh ra trong tiến trình khử

Vậy, đất ngập nước trồng lúa đã gây nên nhiều biến đổi hóa học như: Sự thiếu O2, sự khử NO3 và NO2 thành N và N2O, sự khử SO42- đến S2-, sự khử Mn4+ thành Mn2+, sự khử Fe3+ đến Fe2+, sản sinh CO2 và CH4, sự giảm điện thế oxi hóa khử (redox), sự gia tăng pH trong đất chua và giảm pH trong đất kiềm, sự gia tăng độ dẫn điện (EC) trong dung dịch đất

2.5.2 Hoạt động của vi sinh vật

Trong môi trường đất, vi sinh vật sống trong đất, có thể sống suốt đời trong đất, hoặc sống tạm thời trong thời gian nhất định trong đất Vi sinh vật đất có thể là vi khuẩn, nấm, xạ khuẩn, vi khuẩn, lam tảo

Vi khuẩn: Là nhóm vi sinh vật lớn nhất và cũng được nghiên cứu nhiều nhất (vi khuẩn

yếm khí và vi khuẩn hiếu khí) Từ thế kỉ XIX các nhà khoa học đã phát hiện thấy một

số loại vi khuẩn kỵ khí có khả năng phân giải cellulose Những năm đầu thế kỉ XX người ta lại phân lập được các vi khuẩn hiếu khí cũng có khả năng này Vi khuẩn

yếm khí phân giải cellulose có một số loài, dòng quan trọng như: Bacillus cellulosac

hydrogenicus, Bacillus cellulosac methanicus Trong quá trình sống, phân giải xenlulo

của mình thì Bacillus cellulosac hydrogenicus đã sản sinh ra H2 còn Bacillus

cellulosac methanicus sản sinh ra khí CH4 trong điều kiện yếm khí Vi khuẩn yếm khí

Clostridium có mật số cao và có vai trò rất quan trọng trong việc phân giải cellulose

yếm khí Ngoài ra còn thấy giống Cellvibrio cũng có khả năng phân giải Cellulose Trong điều kiện kỵ khí, các vi sinh vật ưa ẩm, ưa nhiệt thuộc giống Clostridium và

Bacillus tiến hành phân giải Cellulose thành glucose và xenlobioza, chúng sử dụng

năng lượng từ các loại đường đơn và nguồn carbon đồng thời thường kèm theo việc tạo nên các axit hữu cơ, CO2 và H2O

Nấm sợi: Nấm sợi phân giải cellulose mạnh hơn vi khuẩn vì chúng tiết vào môi

trường lượng enzyme ngoại bào nhiều hơn vi khuẩn Một số nấm phân hủy mạnh

cellulose là Trichoderma, Penicillium, Phanerochate, Sporotrichum, Sclerotium

Xạ khuẩn: xạ khuẩn gồm 2 nhóm: Xạ khuẩn ưa ấm, chúng phát triển mạnh ở nhiệt

độ 28-300C và xạ khuẩn ưa nhiệt, chúng có thể phát triển mạnh ở nhiệt độ 60-700C

2.5.2.1 Quá trình phân giải Cellulose

Cellulose là thành phần chủ yếu trong tế bào thực vật, chiếm tới 50% tổng số hydratcarbon trên trái đất Trong vách tế bào thực vật, cellulose tồn tại trong mối liên kết chặt với các polisaccarit khác, hemicellulose, pectin và lignin tạo thành liên kết bền vững Cellulose là một polymer gồm một chuỗi β-D glucose với khoảng 40000 phân tử Quá trình phân giải cellulose (C6H10O5)n xảy ra là nhờ tác dụng của enzyme cellulase Dưới tác dụng của enzyme này, cellulose bị phân giải thành cellobiose (C12H22O11) và cellobiose lại tạo thành glucose (C6H12O6) nhờ tác dụng của enzyme cellobiase Theo Lê Hoàng Việt và Nguyễn Hữu Chiếm (2013) enzyme phân hủy

cellulose nhờ hệ enzyme cellulose gồm 3 enzyme: (1) Endo-β-1,4-Glucanase phá hủy

liên kết β-1,4 giữa các phân tử tạo thành một chuỗi phân tử glucose với một đầu tự do,

(2) Exo-β-1,4-Glucanase tách các đường đôi từ đầu tự do của chuỗi phân tử glucose này, (3)Beta-glucosidase thủy phân các đường đôi để tạo thành glucose có thể hấp thu

bởi các vi sinh vật

2.5.2.2 Lên men Metan

Quá trình này có thể chia làm hai giai đoạn:

* Giai đoạn đầu là giai đoạn phân giải các hợp chất hữu cơ phức tạp thành các

axit hữu cơ, axit béo, CO2

* Giai đoạn hai là giai đoạn chuyển hóa hợp chất hữu cơ đơn giản thành CO2, CH4, Q (năng lượng)

Hai quá trình này đều do Stadman và Barket chứng minh năm 1949 Metan còn có thể được hình thành do khử CO2 của Methanobacterium (một hỗn hợp chung mà trước

đây thường gọi là Methanobacterium omelianskii) Trong trường hợp này chất cho

hydro là H2

Vi sinh vật lên men metan: Vi sinh vật phân giải xenlulo, vi sinh vật phân giải

pectin, protein, lipit, các hydrat cacbon khác đều tham gia vào quá trình lên men

metan Methanobacterium sochngeni, Saricina methanica, Micrococcusnazei.Đặc biệt là giống vi khuẩn yếm khí như: Methanococcus, Methanosarcina có thể chuyển

hóa thành CH4

Vi sinh vật lên men metan là vi sinh vật yếm khí bắt buộc, ưa nhiệt độ trung bình, một

số thích nhiệt độ cao, pH từ chua đến trung tính hoặc hơi kiềm, cơ chất có thể là hợp chất hữu cơ

Bảng 2 7: Nguồn Carbon để vi khuẩn tạo thành CH4

Vi khuẩn metan Cơ chất (chất cung cấp[H]) Nguồn carbon để tạo

2.5.2.3 Sự phân hủy chất hữu cơ

Sự phân hủy chất hữu cơ trong đất ngập nước xảy ra chậm hơn nhiều so với sự phân hủy trong điều kiện hiếu khí, vì hoạt động của nhóm vi khuẩn yếm khí cần ít năng lượng hơn vi khuẩn hiếu khí Chất hữu cơ trong rơm rạ phân hủy chậm trong điều kiện yếm khí và tính chất của vật liệu hữu cơ chôn vùi có ảnh hưởng đến tiến trình phân hủy yếm khí Theo nhiều tác giả, thành phần C, N và tỉ lệ số C/N ở một số chất hữu cơ thay đổi nhiều tùy theo nguồn cung cấp vật liệu hữu cơ Loại và số lượng hiện diện trong vật chất hữu cơ có tính chất quyết định đến tốc độ tiến trình phân hủy trong điều kiện yếm khí nhanh hay chậm Tốc độ phân hủy chất hữu cơ tùy thuộc rất nhiều vào

số lượng thành phần cấu tạo chúng Brady and Well (1996) cho biết đường, tinh bột và các protein đơn giản là dễ phân hủy nhất còn lignin thì phân hủy rất chậm trong môi trường yếm khí

Theo Kimura and Tun (1999) và Tun and Kimura (2000) nghiên cứu sự phân hủy rơm rạ trong đất thấy rằng không có sự khác biệt giữa để nguyên và rơm rạ cắt đoạn 5 cm Phiến

lá lúa phân hủy nhanh hơn bẹ lá và chủ yếu tác động bởi loài vi khuẩn yếm khí

Clostridium dissolvens, do phiến lá có lớp sáp bảo vệ trên bền mặt nên vi khuẩn thường

tấn công từ bên trong tế bào còn ở bẹ lá vi khuẩn lại phân hủy từ bên ngoài vào Trên rễ lúa, nhận thấy rằng giữa rễ non và rễ già khác nhau về hình thái cấu tạo và sinh lý nên tác động của vi sinh vật đến tiến trình phân hủy có khác nhau, rễ non thường ít thấy ferric hydroxide bám quanh rễ như ở rễ già, do có sự ngăn cản này nên các vi sinh vật thường phải tấn công phân hủy từ bên dưới lớp biểu bì của rễ và có nhiều loài vi sinh vật được tìm thấy trong tiến trình phân hủy của rễ già, rễ nhánh (rễ phụ) có ít vi sinh vật xuất hiện trên bề mặt so với chóp rễ Điều này cho thấy vi sinh vật phân hủy rơm rạ lúa thường tập trung nơi có nhiều dinh dưỡng và thuận lợi về mặt môi trường cho hoạt động

của chúng, rơm rạ lúa chứa nhiều dinh dưỡng và ít bị ngộ độc sắt có thể dễ phân hủy hơn Mức độ phân huỷ chất hữu cơ rất thấp ở nhiệt độ dưới 4o

C nhưng tăng đều với mức tăng nhiệt độ Sự mất mát cao nhất với phân huỷ háo khí hơn là với phân huỷ yếm khí Nitrogen hữu dụng thúc đẩy sự phân huỷ chất hữu cơ (USDA Natural Resources Conservation Service 1996)

Hình 2.1: Quy trình phân hủy yếm khí hợp chất hữu cơ (USDA Natural Resources Conservation Service 1996)

Sự phân hủy chất thải được thêm vào, chất hữu cơ đất, bị ảnh hưởng bởi các đặc tính vật lý, hóa học của chúng, cũng như nhiệt độ, ẩm độ, dinh dưỡng và các yếu tố khác, các yếu tố ảnh hưởng trực tiếp những hoạt động sinh học (Craswell and Lefroy, 2004) Tiến trình phân hủy chất hữu cơ nhanh hay chậm được xếp theo thứ tự như sau: (1) Đường, tinh bột và protein đơn giản; (2) Protein thô; (3)Hemicellulose; (4)Cellulose; (5)Mỡ, chất sáp; (6) Lignin và hợp chất phenol

Sự cung cấp oxy cho đất bị dừng lại khi các tế khổng chứa đầy nước, ngăn cản sự khuyếch tán của oxy từ khí quyển vào đất Ở điều kiện yếm khí, sự phân hủy tiếp tục hữu cơ chậm hơn rất nhiều so với điều kiện cung cấp đủ O2 Vì vậy, đất ngập nước liên tục thường tích lũy số lượng lớn chất hữu cơ

Môi trường đất trồng lúa sinh ra một lượng quan trọng CH4 (Yan et al., 2003) cường

độ phát thải CH4 chủ yếu được xác định bởi chế độ nước và chất hữu cơ trong đất Các

vi khuẩn kị khí tạo ra CH4 không thể sử dụng hydrocarbon và các amino axit có sẵn Glucoza và các loại đường không được lên men bởi các biện pháp nuôi cấy vi khuẩn thuần túy, các polysacarite cũng có thể kháng cự được sự tấn công của các vi khuẩn là những axide như axide focmic, axide axetic, axide propyonic, n - butyric và n - valeric

và các loại rượu như methanol, ethanol, n - isopropanol, n – pentanol Tuy nhiên,

trong tự nhiên sự xáo trộn của hệ động thực vật diễn ra rất phổ biến, nhiều hợp chất tham gia vào sự lên men tự nhiên để hình thành CH4 Tuy nhiên, sự chuyển đổi của đường, protein, xenluloza và hemixenluloza thành CH4 cần hai hay nhiều hơn các nhóm vi sinh vật khác nhau Theo Alexander M (1977) thì cách lên men này của axetate là sự khử cacboxyl Không chỉ gốc metyl của axetat chuyển thành CH4 mà còn

cả những phân tử H2 kết hợp với C tạo thành CH4 có biểu diễn bằng một chuỗi các phản ứng hoá học như sau:

Hình 2 2: Các quá trình ảnh hưởng đến sự chuyển hóa carbon trong đất M: hình thành khí

methane; O: oxy hóa (Monika Rastogi, 2002)

Sản phẩm chính của quá trình này là phân tử đơn giản như: CO2, CH4 Cơ chế phổ biến của sự tạo thành CH4 làm giảm CO2 Đó là chất hữu cơ đơn giản sau lên men và CO2 bị sử dụng như một tác nhân electron Nếu CO2 không được cung cấp cho quá trình lên men vi sinh vật, CO2 được cung cấp trong quá trình phân huỷ xác động vật và quá trình tiếp theo bị giảm đi Cũng có ý kiến cho rằng một trong hai quá tình sau: giảm CO2 hoặc chuyển các gốc metyl thành CH4 trong đất Tuy nhiên, trong một nghiên cứu về đất ngập nước, có một lượng lớn CH4 được tạo thành từ gốc metyl của axide exetic, như phản ứng CH3COOH → CH4 + CO2

Vi sinh vật

4C2H5COOH + 2H2O 4CH3COOH + CO2  + 3CH4 

Propionate Acetate Metan

ảnh hưởng bất lợi đến sự giảm năng suất của cây lúa Vi sinh vật yếm khí được sản

sinh ra nhiều chất có tiềm năng gây độc cho rễ cây trồng, nhưng những chất này ít khi

tích tụ trong trong đất háo khí do sự chuyển hóa nhanh của các vi sinh vật trong đất

Trong môi trường đất ngập nước yếm khí, sản phẩm lên men sinh hóa nhiều trong khi

tiến trình chuyển hóa hạn chế do đó nồng độ có thể đạt đến mức gây độc cho cây

trồng Đồng thời, trong đất lúa giàu chất hữu cơ ngập nước, dưới điều kiện đất khử cao

, bộ rễ phát triển rất kém liên quan đến các hợp chất làm giảm sự tăng trưởng được

sinh ra trong tiến trình khử Các chất gây độc trong điều kiện khử hình thành từ sự

phân hủy chất hữu cơ là các axit hữu cơ, sulfide và CO2

2.6 Các trường hợp dẫn đến ngộ độc cho cây lúa

2.6.1 Độ dẫn điện cao (EC: Electric Conductivity)

EC là một đại lượng để đo độ dẫn điện của đất, biểu thị trực tiếp hoặc gián tiếp nồng

độ muối hòa tan (đơn vị: mmhos/cm) Không chỉ có đất mặn mới có lượng muối cao

trong đất cao, mà trong đất phèn sự tác động của axit vào khoáng sét, nồng độ muối

trong đất có thể gây độc cho cây, khi EC của dịch trích bảo hòa lớn hơn 4 mmho/cm ở

250C (Ngô Ngọc Hưng, 2009) Ở đất phèn khi ngập nước, EC nhỏ lúc đầu rồi tăng lên

nhanh chóng trong tháng đầu ngập nước, và sau đó giảm xuống rất nhanh Sự biến

thiên này trùng với sự biến thiên của nồng độ Fe2+ và Mn2+ (Ponnamperuma, 1965)

Sự gia tăng EC trong suốt vài tuần đầu ngập nước là do sự gia tăng các Fe2+, Mn2+ và

sự hình thành các sulphide ở đất phèn Nhiều nghiên cứu cho thấy, khi canh tác ba vụ

lúa liên tục trong năm, đất bị ngập nước thường xuyên, làm giảm sự phân phân hủy

chất hữu cơ, giảm sự cung cấp dưỡng chất từ đất, pH đất ngày càng giảm, EC ngày

càng gia tăng, dẫn đến năng suất lúa giảm đi (Trần Quang Tuyến, 1997; Nguyễn Hữu

Chiếm và ctv 1999)

Ảnh hưởng của EC cao lên sinh trưởng và phát triển của cây lúa, EC có thể làm ảnh hưởng ảnh hưởng đến hấp thu nước của tế bào (do môi trường ưu trương) Vì EC cho biết lượng chất tan, nên ở đất phèn EC cũng được dùng để đánh giá khả năng gây độc Khi pH của dung dịch tăng cao ở đất phù sa và đất phèn thường làm cho các chất tan kết tủa nên mối quan hệ pH-EC có mối tương quan nghịch, nhưng ở đất mặn và đất mặn kiềm thì mối tương quan pH-EC là tương quan thuận vì trong điều kiện này Na

và Carbonate ít (hoặc không) bị ảnh hưởng khi pH tăng

EC vượt qua giá trị 4 mmhos/cm đa số các loại cây trồng bị ảnh hưởng, trên đất phèn

EC tăng cao khi ngập nước, có thể đạt đến khoảng 3 mmhos/cm (Ngô Ngọc Hưng, 2000) Khi thâm canh ba vụ lúa liên tục trong năm, đất thường xuyên bị ngập làm

giảm sự phân hủy chất hữu cơ, EC càng gia tăng (Trần Thị Ngọc Sơn và ctv., 2010)

2.6.2 Axit hữu cơ

Nhiều tác giả đồng ý rằng ở điều kiện yếm khí, sự phân hủy chất hữu cơ trong đất phụ thuộc nhiều vào các vi sinh vật Kết quả của các quá trình phân hủy này tạo ra CO2, H2, C2H5OH và các axit hữu cơ như acetic, formic, lactic và butyric axit, các axit này

có thể làm chậm sự vươn dài của rễ, hạn chế sự hấp thu dưỡng chất, và làm giảm sự phát triển thân lá Các vi sinh vật phá vỡ phức hợp cacbohydrat và protein thành các axit hữu cơ và rượu Giai đoạn sau vi khuẩn phân hủy các chất latic, acetic, butyric axit thành CH4 và CO2 (Hình 2.1)

Các axit béo dễ bay hơi tìm thấy ở các đất ngập nước có chôn vùi dư thừa thực vật Tanaka (1978) và Watanabe (1984) nhận thấy ở tất cả các trường hợp axit acetic hiện diện với số lượng nhiều nhất, tiếp theo là propionic axit và butyric axit Axit hữu cơ có thể làm chậm sự vươn dài của rễ, hạn chế sự hấp thu dưỡng chất, và làm giảm sự phát triển thân lá Nồng độ axit acetic khoảng 10 mmol/kg (640 ppm) đất trong trường hợp

có vùi lá cây họ đậu, butyric axit có số lượng cao khi vùi cây phân xanh so với vùi dư thừa nhóm cây một lá mầm Trong môi trường yếm khí của đất lúa thì sự tích lũy các axit béo dễ bay hơi như acetic, propionic và butyric axit, sự sản sinh CH4 và sulfide sau sự tích lũy các axit béo dễ bay hơi Các axit béo dễ bay hơi tìm thấy ở các đất ngập nước có chôn vùi dư thừa thực vật Trong tất cả các trường hợp, axit acetic hiện diện với số lượng nhiều nhất, tiếp theo là propionic axit và butyric axit Nhiều loại

Enterobacteriaceae, Clostridium và vi khuẩn khử sulfate có khả năng tạo ra acetic

axit Sự phân hủy acetic axit rất chậm (0,3 meq/kg đất/ngày) trong đất ngập nước và lactic axit 4 meq/kg đất/ngày Ngoài các hợp chất phenolic có trong môi trường ngập nước yếm khí nêu trên qua nhiều tiến trình chuyển hóa, còn có nhiều hợp chất phenolic hiện diện gây hại rễ cây trồng và rất chậm phân hủy như: p-coumaric axit,

ferulic axit, p-hydroxybenzoic axit và vanillic axit, benzoic axit Ảnh hưởng gây thiệt

hại cho lúa của các axit này tùy thuộc vào nồng độ và loại axit, mức độ gây hại gia tăng theo sự gia tăng khối lượng phân tử Sự phát triển của rễ rất nhạy cảm với nồng

độ nhỏ của các axit này và sự hấp thu các dưỡng chất vô cơ của lúa cũng rất hạn chế trong điều kiện hiện diện của các axit này Quan trọng nhất là giảm độ hữu dụng và hạn chế sự hấp thu P, K và Si Trong điều kiện thực tế, sự tăng trưởng của cây lúa bị ảnh hưởng vào giai đoạn đầu sau khi vùi rơm vào đất và năng suất cuối cùng của cây lúa đã giảm một ít do các axit hữu cơ sinh ra, đồng thời với sự thiếu N vì sự bất động

N của vi sinh vật trong tiến trình phân hủy rơm

2.6.3 pH thấp: Fe, Al

2.6.3.1 pH trong dung dịch đất

pH= -log (H+), là đại lượng biểu thị hoạt độ H+ trong môi trường đất pH ảnh hưởng đến quá trình khoáng hóa N trong đất rất rõ Khi nâng pH lên 8 thì quá trình khoáng hóa N tăng gấp 2 lần ở tất cả các loại xác bã thực vật khác nhau (Fu, 1978) Độ pH ảnh hưởng đến quá trình cân bằng hoá học, sinh học trong nước như cân bằng amoniac, sunfua hydro, clo, ion kim loại và quá trình bón phân cho đồng ruộng Trong điều kiện ngập nước, pH đất sẽ tăng dần Sự thay đổi nồng độ của pH lớn hay nhỏ phụ thuộc vào pH ban đầu, chất hữu cơ và thời gian ngập nước kéo dài Ngoài ra, sự thay đổi pH trong đất ngập nước còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố như sự biến đổi của Fe2+,

sự biến đổi SO42- thành H2S và CO2 thành CH4, sự tích luỹ NH4+ ở điều kiện khử (De Datta, 1981)

Mức độ ảnh hưởng đến sinh trưởng và rễ lúa cũng tùy thuộc vào môi trường pH của vùng rễ Ảnh hưởng càng nghiêm trọng khi pH môi trường thấp, axit hữu cơ và CO2 được sản sinh trong quá trình phân hủy hợp chất hữu cơ trong môi trường yếm khí làm cho pH dung dịch đất giảm ở đất kiềm (Lê Huy Bá, 1996) Theo Trần Thành Lập (1999), đất Đồng bằng sông Cửu Long thường có pH thấp, đất phù sa không phèn thường có pH = 4,0-5,5 Đất có pH thấp nhất là đất phèn, đất phèn nặng pH <3,0, ở trị

số pH này thích hợp cho cây chịu phèn Do đó nếu bón vôi với một lượng giới hạn để trung hòa độ chua trong dung dịch thì phản ứng xảy ra theo chiều từ trái sang phải nên làm gia tăng H+ trong dung dịch, vì vậy thay đổi pH không đáng kể Ngoài ra, các ion

H+ được sản sinh cùng với các axit hữu cơ được tạo thành trong quá trình phân hủy yếm khí chất hữu cơ trong đất làm tăng nồng độ H+ trong dung dịch, phản ứng sẽ theo chiều ngược lại từ phải sang trái, lúc đó H+ sẽ được hấp thu vào keo đất, vì thế nồng

độ H+ trong dung dịch gia tăng không đáng kể

Murray (1994) cho rằng trong môi trường đất có sẵn các axit amin, humic và fulvic cũng làm gia tăng khả năng đệm của đất, do chúng có nhóm định chức -OH và -COOH nên khi có một bazơ hoặc axit hiện diện trong dung dịch đất thì các cation kiềm hoặc gốc axit bị đưa vào liên kết thay thế OH- hay H+ của nhóm định chức trong

mùn Trên đất có CEC cao thì khả năng đệm cũng cao (phản ứng (1) (Brady và Ray, 1996)

(1)

Trong đất axit, có thể giải thích tính đệm axit của đất trên cơ sở phản ứng cân bằng giữa các dạng Al trong dung dịch

Al(OH)2+ + H2O Al(OH)2+ + H+ (2)

Al(OH)2+ + H2O Al(OH) 3 + H+ (3)

Trong quá trình thay đổi độ chua của đất lúa thì nước là yếu tố quan trọng nhất và cũng tuỳ theo chế độ nước, tính chất của đất lúa Độ pH của đất cũng thay đổi khi ruộng lúa bị ngập nước và làm giảm độ chua Đất có độ pH ban đầu từ 4,6-5,7 sẽ tăng lên pH 6,5-7,0 sau 3 tuần ngập nước và nếu có nhiều Fe hoạt động, thì sẽ được chỉ số này sau hơn 3 tháng, do Fe hòa bị oxy hóa khi khuếch tán lên mước mặt Nếu đất có

pH (6,2-6,6) thì tăng lên pH (7,0-7,2) nhưng chậm hơn Sự ổn định pH của đất lúa ngập nước 6,5-7,5 sau 2-3 tuần bị ngập gây ảnh hưởng đến chế độ dinh dưỡng của cây lúa (tăng cường khoáng hoá chất hữu cơ trong đất, giảm nồng độ CO2, nhôm, sắt) (Bùi Đình Dinh và ctv., 2003) Theo thời gian cùng với quá trình khử tăng dần trên đất chua và giảm dần trên đất kiềm đến khi đạt tri số pH gần trung tính CO2 hòa tan vào nước cũng làm giảm pH:

CO2 + H2O <=> HCO3- + H+

pH trên đất kiềm ngập nước giảm càng mạnh khi hàm lượng chất hữu cơ càng cao Trên đất chua tác dụng làm giảm pH của CO2 không quan trọng so với tiến trình khử

do đó kết quả là pH tăng trong thời gian ngập nước

2.6.3.2 Ngộ độc sắt (Fe)

Sắt trong đất hiện diện dưới dạng oxyt sắt, màu sắc đặc trưng trong đất là màu nâu, đỏ

và vàng Trong đất phèn, nồng độ Fe2+, hay Fe3+ khoảng từ vài trăm đến 3.000 ppm

Micelle

Al(OH)2+

Dạng trao đổi

Micelle Dạng trao đổi