Biện pháp quản lý nước kết hợp bón đạm, xử lý rơm rạ để nâng cao sinh trưởng lúa và giảm bốc thoát khí ammoniac, phát thải khí mêtan và ôxit nitơ

CHƢƠNG 1. GIỚI THIỆU 1.1 Tính cấp thiết của đề tài Khí mêtan (CH 4 ) và oxit nitơ (N O) là hai loại khí quan trọng gây hiệu ứng nhà kính trong biến đổi khí hậu. Khí CH 2 4 và N O phát thải từ đất nông nghiệp chiếm theo thứ tự khoảng 50% và 60% nguồn phát thải gây hiệu ứng nhà kính (WeiWang et al., 2016). Khí amôniac (NH 2 ) là loại khí kiềm có nhiều trong khí quyển, là một thành phần chính trong phản ứng nitơ. Nguồn bốc thoát NH 3 3 lớn nhất là từ nông nghiệp, bao gồm chăn nuôi và sử dụng phân N (Behera et al., 2013). Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL) là vựa lúa của cả nước, với đóng góp khoảng 50% sản lượng và 90% lượng gạo xuất khẩu hàng năm (Tổng cục thống kê, 2013). Để có được sản lượng đó, người nông dân đã đẩy nhanh sản xuất lúa gạo với việc thâm canh từ 2 đến 3 vụ trong năm, thậm chí có nơi sản xuất đến 7 vụ trong 2 năm (Phạm Thị Phấn và ctv., 2001). Thời gian nghỉ của đất giữa 2 vụ lúa quá ngắn đã làm cho đất lúa ở tình trạng khử kéo dài và do đó sản sinh CH 4 và N O (Mitsch et al., 2000), đây là 2 chất khí nhà kính quan trọng ảnh hưởng đến sự biến đổi khí hậu toàn cầu. Mặt khác, nhiều nghiên cứu cho thấy, việc quản lý nước trong ruộng lúa đã góp phần ảnh hưởng đến lượng CH 4 và N 2 2 O phát thải ra. Khi ruộng bị ngập, điều kiện đất yếm khí tạo ra CH 4 . Khí N O thì có thể được tạo ra bởi các vi khuẩn trong đất trong điều kiện háo khí (ôxy hóa) và cả yếm khí, tùy thuộc vào lượng N cung cấp (chủ yếu qua phân bón). Thông thường, ở ruộng lúa bị ngập thường xuyên có phát thải khí N 2 2 O thấp nhưng CH cao. Để hài hòa hai nguồn phát thải này cần có chế độ quản lý nước phù hợp (Lagomarsino et al., 2016). Trong canh tác, mặc dù chất N là nhân tố chi phối hàng đầu đến năng suất lúa, nhưng đặc tính của các hệ thống canh tác lúa là có hiệu quả sử dụng phân N thấp. Điều này phần lớn là do sự mất N nhanh chóng từ sự bốc thoát NH 4 và sự khử nitrat, ước tính có khoảng 10% đến 65% N bón vào đất lúa bị mất (Vlek and Byrne, 1986; De Detta and Burêsh, 1989). Việc bốc thoát khí NH từ sử dụng phân N cũng dẫn đến sự lắng tụ N và từ đó hình thành và phát thải N 3 O (Wulf and Clemens, 2002). Ngoài ra, việc giữ lại rơm rạ trong ruộng lúa để tái sử dụng chất dinh dưỡng cũng là một hoạt động canh tác khá phổ biến. Tuy nhiên, nó cung cấp một nguồn chất hữu cơ dồi dào làm tăng phát thải CH 2 , góp phần vào tác động môi trường qua hiệu ứng nhà kính (WeiWang et al., 2016). 4 Theo đánh giá của Chương trình Phát triển Liên Hợp Quốc (UNDP, 2007), Việt Nam nằm trong 5 nước đứng đầu thế giới sẽ bị tổn thương nhất do biến đổi khí hậu và ĐBSCL đang được cảnh báo với những biến đổi bất 3CHƢƠNG 1. GIỚI THIỆU 1.1 Tính cấp thiết của đề tài Khí mêtan (CH 4 ) và oxit nitơ (N O) là hai loại khí quan trọng gây hiệu ứng nhà kính trong biến đổi khí hậu. Khí CH 2 4 và N O phát thải từ đất nông nghiệp chiếm theo thứ tự khoảng 50% và 60% nguồn phát thải gây hiệu ứng nhà kính (WeiWang et al., 2016). Khí amôniac (NH 2 ) là loại khí kiềm có nhiều trong khí quyển, là một thành phần chính trong phản ứng nitơ. Nguồn bốc thoát NH 3 3 lớn nhất là từ nông nghiệp, bao gồm chăn nuôi và sử dụng phân N (Behera et al., 2013). Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL) là vựa lúa của cả nước, với đóng góp khoảng 50% sản lượng và 90% lượng gạo xuất khẩu hàng năm (Tổng cục thống kê, 2013). Để có được sản lượng đó, người nông dân đã đẩy nhanh sản xuất lúa gạo với việc thâm canh từ 2 đến 3 vụ trong năm, thậm chí có nơi sản xuất đến 7 vụ trong 2 năm (Phạm Thị Phấn và ctv., 2001). Thời gian nghỉ của đất giữa 2 vụ lúa quá ngắn đã làm cho đất lúa ở tình trạng khử kéo dài và do đó sản sinh CH 4 và N O (Mitsch et al., 2000), đây là 2 chất khí nhà kính quan trọng ảnh hưởng đến sự biến đổi khí hậu toàn cầu. Mặt khác, nhiều nghiên cứu cho thấy, việc quản lý nước trong ruộng lúa đã góp phần ảnh hưởng đến lượng CH 4 và N 2 2 O phát thải ra. Khi ruộng bị ngập, điều kiện đất yếm khí tạo ra CH 4 . Khí N O thì có thể được tạo ra bởi các vi khuẩn trong đất trong điều kiện háo khí (ôxy hóa) và cả yếm khí, tùy thuộc vào lượng N cung cấp (chủ yếu qua phân bón). Thông thường, ở ruộng lúa bị ngập thường xuyên có phát thải khí N 2 2 O thấp nhưng CH cao. Để hài hòa hai nguồn phát thải này cần có chế độ quản lý nước phù hợp (Lagomarsino et al., 2016). Trong canh tác, mặc dù chất N là nhân tố chi phối hàng đầu đến năng suất lúa, nhưng đặc tính của các hệ thống canh tác lúa là có hiệu quả sử dụng phân N thấp. Điều này phần lớn là do sự mất N nhanh chóng từ sự bốc thoát NH 4 và sự khử nitrat, ước tính có khoảng 10% đến 65% N bón vào đất lúa bị mất (Vlek and Byrne, 1986; De Detta and Burêsh, 1989). Việc bốc thoát khí NH từ sử dụng phân N cũng dẫn đến sự lắng tụ N và từ đó hình thành và phát thải N 3 O (Wulf and Clemens, 2002). Ngoài ra, việc giữ lại rơm rạ trong ruộng lúa để tái sử dụng chất dinh dưỡng cũng là một hoạt động canh tác khá phổ biến. Tuy nhiên, nó cung cấp một nguồn chất hữu cơ dồi dào làm tăng phát thải CH 2 , góp phần vào tác động môi trường qua hiệu ứng nhà kính (WeiWang et al., 2016). 4 Theo đánh giá của Chương trình Phát triển Liên Hợp Quốc (UNDP, 2007), Việt Nam nằm trong 5 nước đứng đầu thế giới sẽ bị tổn thương nhất do biến đổi khí hậu và ĐBSCL đang được cảnh báo với những biến đổi bất thường của khí hậu mà khu vực này này có thể phải đối mặt. Theo số liệu của Tổng cục thống kê, năm 2013 diện tích gieo trồng lúa cả nước là 7,9 triệu ha (Tổng cục thống kê, 2013), và với lượng phân N được sử dụng theo khuyến cáo bón cho lúa là 100 kgN/ha/vụ (Nguyễn Thành Hối, 2008) thì hằng năm lượng bốc thoát NH 3 , phát thải N O vào khí quyển là một vấn đề cần quan tâm. Để hạn chế phát thải CH 4 2 từ nguồn hữu cơ cung cấp cho ruộng lúa, phát thải N 2 O và bốc thoát NH từ bón phân N trong canh tác lúa, cần nghiên cứu các biện pháp cải thiện kỹ thuật canh tác phù hợp trong việc quản lý nước kết hợp bón phân N và xử lý rơm rạ, qua đó góp phần cải thiện năng suất lúa và bảo vệ môi trường, đề tài “Biện pháp quản lý nước kết hợp bón N, xử lý rơm rạ để nâng cao sinh trưởng lúa và giảm bốc thoát khí ammoniac, phát thải khí mêtan và ôxit nitơ” được thực hiện. 1.2 Mục tiêu nghiên cứu 3 Đề tài “Biện pháp quản lý nƣớc kết hợp bón N, xử lý rơm rạ để nâng cao sinh trƣởng lúa và giảm bốc thoát khí ammoniac, phát thải khí mêtan và ôxit nitơ” đã được thực hiện từ năm 2012 tới năm 2014 với mục tiêu: - Xác định ảnh hưởng của kỹ thuật tưới khô ngập luân phiên trên lượng bốc thoát khí NH 3 , phát thải khí CH 4 và N O. - Xác định ảnh hưởng của biện pháp bón thấm urê trên hiệu quả sử dụng 2 phân N và khả năng phát thải khí nhà kính. - Xác định ảnh hưởng của việc sử dụng phân hữu cơ có xử lý chế phẩm nấm Trichoderma đến khả năng giảm phát thải khí nhà kính và cải thiện sinh trưởng lúa.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ

TRẦN THỊ HỒNG HUYẾN

BIỆN PHÁP QUẢN LÝ NƯỚC, KẾT HỢP BÓN ĐẠM, XỬ LÝ RƠM RẠ ĐỂ NÂNG CAO SINH TRƯỞNG LÚA, GIẢM BỐC THOÁT KHÍ AMONIAC, PHÁT THẢI KHÍ MÊTAN

VÀ ÔXIT NITƠ

LUẬN ÁN TIẾN SĨ NÔNG NGHIỆP

CẦN THƠ - 2018

MỤC LỤC

TÓM LƯỢC i

SUMMARY iii

Lời cam đoan v

Lời cảm tạ vi

Mục lục vii

Danh sách bảng xiii

Danh sách hình xv

Danh sách chữ viết tắt xviii

CHƯƠNG 1 MỞ ĐẦU 1

1.1 Tính cấp thiết của đề tài 1

1.2 Mục tiêu nghiên cứu 2

1.3 Những đóng góp mới của luận án 2

1.3.1 Ý nghĩa khoa học 2

1.3.2 Ý nghĩa thực tiễn 2

1.4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài 3

1.4.1 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 3

1.4.2 Địa điểm và thời gian nghiên cứu 3

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 4

2.1 Vấn đề biến đổi khí hậu 4

2.2 Nhu cầu nước của cây lúa 5

2.2.1 Ảnh hưởng của nước đến sự sinh trưởng và phát triển của cây lúa 5

2.2.2 Chế độ nước qua các thời k sinh trưởng và ảnh hưởng đến năng suất lúa 5

2.2.2.1 Thời k gieo mạ 5

2.2.2.2 Thời k cuối đẻ nhánh đến đứng cái 6

2.2.2.4 Thời k trổ đến chín 6

2.2.3 Các kỹ thuật tưới nước tiết kiệm cho lúa 6

2.2.3.1 Hiệu quả sử dụng nước trên lúa 7

2.2.3.2 Canh tác ở chế độ nước bão h a 8

2.2.3.3 Chế độ tưới nước khô ngập luân phiên 8

2.3 Bón phân cho cây lúa 11

2.3.1 Nhu cầu phân N của cây lúa 12

2.3.2 Nghiên cứu về liều lượng, thời gian và hiệu quả sử dụng N bón cho lúa 12

2.3.2.1 Liều lượng sử dụng N bón cho lúa 12

2.3.2.2 Thời gian bón N cho lúa 13

2.3.2.3 Hiệu quả sử dụng N của lúa 13

2.3.3 Ảnh hưởng của biện pháp quản lý nước và bón phân N đến sự phát thải khí nhà kính 14

2.3.3.1 Sự biến đổi hóa học sau khi bón phân N 14

2.3.3.2 Kỹ thuật bón thấm urê 16

2.4 Phân hữu cơ 18

2.4.1 Vai tr của phân hữu cơ 18

2.4.2 Sự phân hủy chất hữu cơ 19

2.4.2.1 Trong điều kiện thoáng khí 19

2.4.2.2 Trong điều kiện yếm khí 19

2.4.3 Hiệu quả sử dụng phân hữu cơ 19

2.5 Sự bốc thoát khí NH3, phát thải CH4, N2O, N2 và các yếu tố ảnh hưởng lên sự bốc thoát NH3, phát thải N2O 22

2.5.1 Sự bốc thoát khí NH3, phát thải CH4, N2O và N2 22

2.5.1.1 Sự bốc thoát khí NH3 22

2.5.1.2 Sự phát thải khí N2O và N2 23

2.5.1.3 Sự bốc thoát khí CH4 24

2.5.2 Các yếu tố ảnh hưởng lên sự bốc thoát NH3, phát thải N2O…… 25

2.5.2.1 pH nước bề mặt 25

2.5.2.2 Nhiệt độ 25

2.5.2.3 Tốc độ gió 26

2.5.2.4 Mực nước 26

2.6 Tình hình canh tác lúa tại ĐBSCL 26

CHƯƠNG 3 VẬT LIỆU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 28

2.1 Vật liệu nghiên cứu 28

3.1.1 Đất thí nghiệm 28

3.1.2 Đặc điểm khí hậu 28

3.1.3 Giống lúa 28

3.2 Nội dung nghiên cứu 28

3.3 Phương pháp nghiên cứu 29

3.3.1 Thí nghiệm nhà lưới 29

3.3.1.1 Thí nghiệm 1: Ảnh hưởng của kỹ thuật tưới khô ngập luân phiên trên khả năng phát thải khí nhà kính và năng suất lúa 29

3.3.1.2 Thí nghiệm 2: Ảnh hưởng của kỹ thuật bón thấm urê trên khả năng phát thải khí nhà kính và năng suất lúa 31

3.3.1.3 Thí nghiệm 3: Ảnh hưởng của phân hữu cơ vi sinh lên khí phát thải nhà kính và năng suất lúa 32

3.3.2 Thí nghiệm đồng ruộng 33

3.3.2.1 Thí nghiệm 4: Ảnh hưởng của kỹ thuật tưới khô ngập luân phiên trên khả năng phát thải khí nhà kính và năng suất lúa

33

3.3.2.2 Thí nghiệm 5: Ảnh hưởng của kỹ thuật bón thấm urê trên khả năng phát thải khí nhà kính và năng suất lúa 37

3.3.2.3 Thí nghiệm 6: Ảnh hưởng của phân hữu cơ vi sinh lên khí phát thải nhà kính và năng suất lúa 39

3.4 Phương pháp thu thập và phân tích mẫu 41

3.4.1 Phương pháp thu thập và phân tích khí NH3 41

3.4.1.1 Dụng cụ thu khí 41

3.4.1.2 Phương pháp thu thập và phân tích khí NH3 43

3.4.2 Phương pháp thu thập và phân tích khí CH4 và N2O 44

3.4.2.1 Dụng cụ thu khí 44

3.4.2.2 Phương pháp thu thập và phân tích khí CH4 và N2O 46

3.4.3 Phân tích mẫu đất, cây và các chỉ tiêu phân tích ….46

3.5 Xử lý số liệu 47

CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 48

4.1 Thí nghiệm nhà lưới 48

4.1.1 Thí nghiệm 1: Ảnh hưởng của kỹ thuật tưới khô ngập luân phiên trên khả năng phát thải khí nhà kính và năng suất lúa 48

4.1.1.1 Ảnh hưởng đến lực giữ nước và thế oxy hóa khử (Eh) 48

4.1.1.2 Ảnh hưởng đến phát thải khí CH4 50

4.1.1.3 Ảnh hưởng của kỹ thuật tưới khô ngập luân phiên lên phát thải khí N2O 52

4.1.1.4 Ảnh hưởng của kỹ thuật tưới khô ngập luân phiên lên sự sinh trưởng lúa, thành phần năng suất và năng suất thực tế 54

4.1.2 Thí nghiệm 2: Ảnh hưởng của kỹ thuật bón thấm urê trên khả năng phát thải khí nhà kính và năng suất lúa 59

4.1.2.1 Ảnh hưởng của biện pháp bón thấm urê đến khả năng bốc thoát NH3 59

4.1.2.2 Ảnh hưởng của biện pháp bón thấm urê đến tốc độ phát thải CH4 63

4.1.2.3 Ảnh hưởng của biện pháp bón thấm urê đến tốc độ phát thải N2O 64

4.1.3 Thí nghiệm 3: Ảnh hưởng của phân hữu cơ vi sinh lên khí phát thải nhà kính và năng suất lúa 65

4.1.3.1 Ảnh hưởng của phân hữu cơ vi sinh lên phát thải khí CH4 65

4.1.3.2 Ảnh hưởng của phân hữu cơ vi sinh lên phát thải khí N2O 67

4.1.3.3 Ảnh hưởng của phân hữu cơ vi sinh lên sinh trưởng, thành phần năng suất và năng suất lúa 69 4.2 Thí nghiệm ngoài đồng 71

4.2.1 Thí nghiệm 4: Ảnh hưởng của kỹ thuật tưới khô ngập luân phiên trên khả năng phát thải khí nhà kính và năng suất lúa 71

4.2.1.1 Ảnh hưởng của kỹ thuật tưới khô ngập luân phiên trên khả năng phát thải NH3 71

4.2.1.2 Ảnh hưởng của kỹ thuật tưới khô ngập luân phiên trên khả năng phát thải CH4 74

4.2.1.3 Ảnh hưởng của kỹ thuật tưới khô ngập luân phiên trên khả năng phát thải N2O 76

4.2.1.4 Mực nước trong ruộng lúa 77 4.2.1.5 Lượng nước cung cấp, lượng nước tiết kiệm và hiệu quả

sử dụng nước 77

4.2.1.6 Thành phần năng suất và năng suất thực tế 78 4.2.1.7 Sự hút thu N trong thân và hạt 79 4.2.2 Thí nghiệm 5: Ảnh hưởng của kỹ thuật bón thấm urê trên khả năng phát thải khí nhà kính và năng suất lúa 80

4.2.2.1 Ảnh hưởng của kỹ thuật bón thấm urê trên khả năng bốc thoát NH3 80

4.2.2.2 Ảnh hưởng của kỹ thuật bón thấm urê lên sinh trưởng, các thành phần năng suất và năng suất lúa 86

4.2.3 Thí nghiệm 6: Ảnh hưởng của phân hữu cơ vi sinh lên khí phát thải nhà kính và năng suất lúa 92

4.2.3.1 Ảnh hưởng của phân hữu cơ vi sinh lên sự phát thải khí

CH4 92

4.2.3.2 Ảnh hưởng của phân hữu cơ vi sinh lên sự phát thải khí

N2O 94

.2.3.3 Ảnh hưởng của phân hữu cơ vi sinh lên sinh trưởng và năng suất lúa 95

CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT 99

5.1 KẾT LUẬN 99

5.2 ĐỀ XUẤT 99

DANH MỤC CÁC BÀI BÁO ĐÃ CÔNG BỐ 101

TÀI LIỆU THAM KHẢO 102

DANH SÁCH BẢNG

3.1 Các đặc tính vật lý, hóa học ban đầu của đất thí nghiệm tại nhà

lưới Khoa NN và SHƯD, ĐHCT, vụ Hè Thu 2012

28

3.2 Các đặc tính vật lý, hóa học ban đầu của đất thí nghiệm tại Bình

Minh, Vĩnh Long, vụ Đông Xuân 2012 - 2013

28

4.1 Ảnh hưởng của kỹ thuật tưới khô ngập luân phiên lên chiều cao

cây lúa (cm) ở các thời điểm sinh trưởng Thí nghiệm nhà lưới

ĐHCT, vụ Hè Thu 2012

54

4.2 Ảnh hưởng của kỹ thuật tưới khô ngập luân phiên lên số chồi cây

lúa (chồi/m2) ở các thời điểm sinh trưởng Thí nghiệm nhà lưới

ĐHCT, vụ Hè Thu 2012

56

4.3 Ảnh hưởng của kỹ thuật tưới khô ngập luân phiên lên các thành

phần năng suất lúa Thí nghiệm nhà lưới ĐHCT, vụ Hè Thu 2012

57

4.4 Tỷ lệ N bốc thoát qua NH3 qua từng đợt bón phân và cả vụ Thí

nghiệm nhà lưới ĐHCT, vụ Hè Thu 2012

62

4.5 Ảnh hưởng của phân hữu cơ vi sinh lên chiều cao cây lúa (cm)

Thí nghiệm nhà lưới ĐHCT, vụ Hè Thu 2012

69

4.6 Ảnh hưởng của phân hữu cơ vi sinh lên số chồi của cây lúa

(chồi/m2) Thí nghiệm nhà lưới ĐHCT, vụ Hè Thu 2012

70

4.7 Ảnh hưởng của phân hữu cơ vi sinh lên các thành phần năng

suất Thí nghiệm nhà lưới ĐHCT, vụ Hè Thu 2012

70

4.8 Ảnh hưởng của kỹ thuật tưới khô ngập luân phiên lên diễn biến

lượng CH4 bốc thoát qua các giai đoạn sinh trưởng Thí nghiệm

đồng ruộng tại Bình Minh – Vĩnh Long, vụ Đông Xuân 2013-2014

75

4.9 Lượng nước cung cấp, lượng nước tiết kiệm và hiệu quả sử dụng

nước cho cây lúa Thí nghiệm đồng ruộng tại Bình Minh – Vĩnh

Long, vụ Đông Xuân 2013-2014

78

4.10 Ảnh hưởng của kỹ thuật tưới khô ngập luân phiên lên các thành

phần năng suất lúa Thí nghiệm đồng ruộng tại Bình Minh – Vĩnh

Long, vụ Đông Xuân 2013-2014

78

4.11 Hàm lượng N và lượng lấy đi sau thu hoạch của cây lúa Thí

nghiệm đồng ruộng tại Bình Minh–Vĩnh Long, vụ ĐX 2013-2014

79

4.12 Ảnh hưởng của kỹ thuật bón thấm urea lên diễn biến pH nước

ruộng trong các đợt bón phân Thí nghiệm đồng ruộng tại Bình

Minh – Vĩnh Long, vụ Đông Xuân 2012-2013

83

4.13 Tỷ lệ N mất qua bốc thoát NH3 trong từng đợt bón phân và cả vụ

Thí nghiệm đồng ruộng tại Bình Minh–Vĩnh Long, ĐX 2012-2013

84

4.14 Tổng lượng đạm mất đi do bốc thoát NH3 Thí nghiệm đồng

ruộng tai Bình Minh – Vĩnh Long, vụ Đông Xuân 2012-2013

85

4.15 Ảnh hưởng của kỹ thuật bón thấm urea lên chiều cao cây lúa

(cm) Thí nghiệm đồng ruộng tại Bình Minh – Vĩnh Long, vụ

Đông Xuân 2012-2013

87

4.16 Ảnh hưởng của kỹ thuật bón thấm urea lên số chồi cây lúa

(chồi/m2) Thí nghiệm đồng ruộng tại Bình Minh – Vĩnh Long,

vụ Đông Xuân 2012-2013

88

4.17 Ảnh hưởng của kỹ thuật bón thấm urea lên các thành phần năng

suất lúa Thí nghiệm đồng ruộng tại Bình Minh – Vĩnh Long, vụ

Đông Xuân 2012-2013

89

4.18 Hiệu quả nông học của các biện pháp quản lý nước ở 80 và 120N

(kg lúa/ kgN) Thí nghiệm đồng ruộng tại Bình Minh – Vĩnh

Long, vụ Đông Xuân 2012-2013

92

4.19 Ảnh hưởng của phân hữu cơ vi sinh lên sự phát thải khí CH4 qua

các giai đoạn sinh trưởng Thí nghiệm đồng ruộng tai Bình Minh

– Vĩnh Long, vụ Đông Xuân 2012-2013

93

4.20 Ảnh hưởng của phân hữu cơ vi sinh lên sự phát thải khí N2O qua

các giai đoạn sinh trưởng Thí nghiệm đồng ruộng tại Bình Minh

– Vĩnh Long, vụ Đông Xuân 2012-2013

94

4.21 Ảnh hưởng của phân hữu cơ vi sinh lên chiều cao của cây lúa

(cm) Thí nghiệm đồng ruộng tại Bình Minh – Vĩnh Long, vụ

Đông Xuân 2012-2013

96

4.22 Ảnh hưởng của phân hữu cơ vi sinh lên số chồi của cây lúa

(chồi/m2) Thí nghiệm đồng ruộng tại Bình Minh – Vĩnh Long,

vụ Đông Xuân 2012-2013

96

4.23 Ảnh hưởng của phân hữu cơ vi sinh lên các thành phần năng suất

Thí nghiệm đồng ruộng tại Bình Minh–Vĩnh Long, vụ ĐX 12-13

97

DANH SÁCH HÌNH

2.3 Năng suất thực tế của các nghiệm thức với cách bón urea khác

nhau Nông trại thực nghiệm-ĐHCT, vụ Xuân Hè 2008

3.8 Cách đo mực nước ngầm và chuẩn độ ống đo mực nước ngầm

với ống đo mực nước ruộng

36

3.12 Dụng cụ thu khí ( ) buồng động học thu NH3; (B) buồng khép

kín thu N2O

41

3.13 Thiết kế hệ thống buồng động học đo sự bốc thoát NH3 tại Khu

thực nghiệm Đại Học Cần Thơ, vụ Hè Thu 2012

42

3.14 Thiết kế hệ thống buồng động học đo sự bốc thoát NH3 Thí

nghiệm tại Bình Minh, Vĩnh Long vụ ĐX 2012 – 2013

3.18 Dụng cụ để thu khí: (a) chai 10 ml, (b) nhiệt kế và (c) ống tiêm

60 ml

45

4.1 Ảnh hưởng của kỹ thuật tưới khô ngập luân phiên lên diễn biến

lực giữ nước Thí nghiệm nhà lưới ĐHCT, vụ Hè Thu 2012

48 4.2 Ảnh hưởng của kỹ thuật tưới khô ngập luân phiên lên diễn biến 50

thế oxy hóa khử tầng mặt và tầng 5-10 cm Thí nghiệm nhà lưới

ĐHCT, vụ Hè Thu 2012

4.3 Ảnh hưởng của kỹ thuật tưới khô ngập luân phiên lên diễn biến

lượng phát thải khí CH4 (mg CH4 m-2 giờ-1) Thí nghiệm nhà

lưới ĐHCT, vụ Hè Thu 2012

51

4.4 Ảnh hưởng của kỹ thuật tưới khô ngập luân phiên lên diễn biến

lượng phát thải khí N2O (mg N2O m-2 giờ-1) Thí nghiệm nhà

lưới ĐHCT, vụ Hè Thu 2012

53

4.5 Ảnh hưởng của kỹ thuật tưới khô ngập luân phiên lên năng suất

lúa thực tế Thí nghiệm nhà lưới ĐHCT, vụ Hè Thu 2012

59

4.6 Ảnh hưởng của kỹ thuật bón thấm urea lên diễn biến lượng pH

nước mặt Thí nghiệm nhà lưới ĐHCT, vụ Hè Thu 2012

59

4.7 Ảnh hưởng của kỹ thuật bón thấm urea lên diễn biến lượng nhiệt

độ nước mặt Thí nghiệm nhà lưới ĐHCT, vụ Hè Thu 2012

60

4.8 Ảnh hưởng của kỹ thuật bón thấm urea lên diễn biến tổng lượng

NH3 bốc thoát Thí nghiệm nhà lưới ĐHCT, vụ Hè Thu 2012

61

4.9 Ảnh hưởng của kỹ thuật bón thấm urea lên tốc độ phát thải CH4

(mg CH4 m-2 giờ-1) qua các giai đoạn sinh trưởng Thí nghiệm

nhà lưới ĐHCT, vụ Hè Thu 2012

63

4.10 Ảnh hưởng của kỹ thuật bón thấm urea lên tốc độ phát thải N2O

(mg N2O m-2 giờ-1) qua các giai đoạn sinh trưởng Thí nghiệm

nhà lưới ĐHCT, vụ Hè Thu 2012

65

4.11 Ảnh hưởng của phân hữu cơ vi sinh lên tốc độ phát thải CH4 (mg

CH4 m-2 giờ-1) qua các giai đoạn sinh trưởng Thí nghiệm nhà

lưới ĐHCT, vụ Hè Thu 2012

66

4.12 Ảnh hưởng của phân hữu cơ vi sinh lên tốc độ phát thải N2O (mg

N2O m-2 giờ-1) qua các giai đoạn sinh trưởng Thí nghiệm nhà

lưới ĐHCT, vụ Hè Thu 2012

67

4.13 Ảnh hưởng của phân hữu cơ vi sinh lên năng suất thực tế Thí

nghiệm nhà lưới ĐHCT, vụ Hè Thu 2012

71

4.14 Ảnh hưởng của kỹ thuật tưới khô ngập luân phiên lên diễn biến

lượng NH3 bốc thoát qua các giai đoạn sinh trưởng Thí nghiệm

đồng ruộng tại Bình Minh – Vĩnh Long, vụ Đông Xuân

2013-2014

72

4.15 Ảnh hưởng của kỹ thuật tưới khô ngập luân phiên lên diễn biến

pH nước mặt Thí nghiệm đồng ruộng tại Bình Minh – Vĩnh

Long, vụ Đông Xuân 2013-2014

73

4.16 Ảnh hưởng của kỹ thuật tưới khô ngập luân phiên lên diễn biến 74

Đông Xuân 2013-2014

4.17 Ảnh hưởng của kỹ thuật tưới khô ngập luân phiên lên diễn biến

phát thải N2O qua các giai đoạn sinh trưởng Thí nghiệm đồng

ruộng tại Bình Minh – Vĩnh Long, vụ Đông Xuân 2013-2014

76

4.18 Ảnh hưởng của kỹ thuật tưới khô ngập luân phiên lên diễn biến

mực nước mặt của ruộng thí nghiệm Thí nghiệm đồng ruộng tại

Bình Minh – Vĩnh Long, vụ Đông Xuân 2013-2014

77

4.19 Ảnh hưởng của kỹ thuật tưới khô ngập luân phiên lên năng suất

lúa thực tế Thí nghiệm đồng ruộng tại Bình Minh – Vĩnh Long,

vụ Đông Xuân 2013-2014

79

4.20 Ảnh hưởng của kỹ thuật bón thấm urea lên diễn biến lượng NH3

bốc thoát qua các giai đoạn sinh trưởng Thí nghiệm đồng ruộng

tại Bình Minh – Vĩnh Long, vụ Đông Xuân 2012-2013

81

4.21 Lượng NH3 bốc thoát ( ) của các nghiệm thức qua các giai đoạn

sinh trưởng, (B) của cả vụ Thí nghiệm đồng ruộng tại Bình

Minh – Vĩnh Long, vụ Đông Xuân 2012-2013

82

4.22 Lượng N được cây lúa hấp thu ở giai đoạn thu hoạch Thí

nghiệm đồng ruộng tại Bình Minh – Vĩnh Long, vụ Đông Xuân

2012-2013 ( ): các nghiệm thức bón đạm; (B): các nghiệm thức

quản lý nước

85

4.23 Ảnh hưởng của kỹ thuật bón thấm urea lên năng suất thực tế Thí

nghiệm đồng ruộng tại Bình Minh–Vĩnh Long, vụ Đông Xuân

2012-2013 ( ) các cách quản lý nước; (B) các mức độ đạm

91

4.24 Ảnh hưởng của phân hữu cơ vi sinh lên năng suất lúa thực tế Thí

nghiệm đồng ruộng tại Bình Minh – Vĩnh Long, vụ Đông Xuân

2012-2013

98

DANH SÁCH CHỮ VIẾT TẮT

AWD (Alternate wetting and drying) Tưới khô ngập luân phiên

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU 1.1 Tính cấp thiết của đề tài

Khí mêtan (CH4) và oxit nitơ (N2O) là hai loại khí quan trọng gây hiệu ứng nhà kính trong biến đổi khí hậu Khí CH4 và N2O phát thải từ đất nông nghiệp chiếm theo thứ tự khoảng 50% và 60% nguồn phát thải gây hiệu ứng

nhà kính (WeiWang et al., 2016) Khí amôniac (NH3) là loại khí kiềm có nhiều trong khí quyển, là một thành phần chính trong phản ứng nitơ Nguồn bốc thoát NH3 lớn nhất là từ nông nghiệp, bao gồm chăn nuôi và sử dụng phân

N (Behera et al., 2013)

Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL) là vựa lúa của cả nước, với đóng góp khoảng 50% sản lượng và 90% lượng gạo xuất khẩu hàng năm (Tổng cục thống kê, 2013) Để có được sản lượng đó, người nông dân đã đẩy nhanh sản xuất lúa gạo với việc thâm canh từ 2 đến 3 vụ trong năm, thậm chí có nơi sản

xuất đến 7 vụ trong 2 năm (Phạm Thị Phấn và ctv., 2001) Thời gian nghỉ của

đất giữa 2 vụ lúa quá ngắn đã làm cho đất lúa ở tình trạng khử kéo dài và do đó sản sinh CH4 và N2O (Mitsch et al., 2000), đây là 2 chất khí nhà kính quan

trọng ảnh hưởng đến sự biến đổi khí hậu toàn cầu Mặt khác, nhiều nghiên cứu cho thấy, việc quản lý nước trong ruộng lúa đã góp phần ảnh hưởng đến lượng CH4 và N2O phát thải ra Khi ruộng bị ngập, điều kiện đất yếm khí tạo ra CH4 Khí N2O thì có thể được tạo ra bởi các vi khuẩn trong đất trong điều kiện háo khí (ôxy hóa) và cả yếm khí, tùy thuộc vào lượng N cung cấp (chủ yếu qua phân bón) Thông thường, ở ruộng lúa bị ngập thường xuyên

có phát thải khí N2O thấp nhưng CH4 cao Để hài hòa hai nguồn phát thải

này cần có chế độ quản lý nước phù hợp (Lagomarsino et al., 2016) Trong

canh tác, mặc dù chất N là nhân tố chi phối hàng đầu đến năng suất lúa, nhưng đặc tính của các hệ thống canh tác lúa là có hiệu quả sử dụng phân N thấp Điều này phần lớn là do sự mất N nhanh chóng từ sự bốc thoát NH3 và sự khử nitrat, ước tính có khoảng 10% đến 65% N bón vào đất lúa bị mất (Vlek and Byrne, 1986; De Detta and Burêsh, 1989) Việc bốc thoát khí

NH3 từ sử dụng phân N cũng dẫn đến sự lắng tụ N và từ đó hình thành và phát thải N2O (Wulf and Clemens, 2002) Ngoài ra, việc giữ lại rơm rạ trong ruộng lúa để tái sử dụng chất dinh dưỡng cũng là một hoạt động canh tác khá phổ biến Tuy nhiên, nó cung cấp một nguồn chất hữu cơ dồi dào làm tăng phát thải CH4, góp phần vào tác động môi trường qua hiệu ứng nhà kính

(WeiWang et al., 2016)

Theo đánh giá của Chương trình Phát triển Liên Hợp Quốc (UNDP, 2007), Việt Nam nằm trong 5 nước đứng đầu thế giới sẽ bị tổn thương nhất do biến đổi khí hậu và ĐBSCL đang được cảnh báo với những biến đổi bất

thường của khí hậu mà khu vực này này có thể phải đối mặt Theo số liệu của Tổng cục thống kê, năm 2013 diện tích gieo trồng lúa cả nước là 7,9 triệu ha (Tổng cục thống kê, 2013), và với lượng phân N được sử dụng theo khuyến cáo bón cho lúa là 100 kgN/ha/vụ (Nguyễn Thành Hối, 2008) thì hằng năm lượng bốc thoát NH3, phát thải N2O vào khí quyển là một vấn đề cần quan tâm

Để hạn chế phát thải CH4 từ nguồn hữu cơ cung cấp cho ruộng lúa, phát thải N2O và bốc thoát NH3 từ bón phân N trong canh tác lúa, cần nghiên cứu các biện pháp cải thiện kỹ thuật canh tác phù hợp trong việc quản lý nước kết hợp bón phân N và xử lý rơm rạ, qua đó góp phần cải thiện năng suất lúa và bảo vệ môi trường, đề tài “Biện pháp quản lý nước kết hợp bón N, xử lý rơm

rạ để nâng cao sinh trưởng lúa và giảm bốc thoát khí ammoniac, phát thải khí mêtan và ôxit nitơ” được thực hiện

1.2 Mục tiêu nghiên cứu

Đề tài “Biện pháp quản lý nước kết hợp bón N, xử lý rơm rạ để

nâng cao sinh trưởng lúa và giảm bốc thoát khí ammoniac, phát thải khí mêtan và ôxit nitơ” đã được thực hiện từ năm 2012 tới năm 2014 với

1.3 Những đóng góp mới của luận án

1.3.1 Ý nghĩa khoa học

Kết quả nghiên cứu đã cung cấp những dữ liệu khoa học về ảnh hưởng của kỹ thuật tưới khô ngập luân phiên, biện pháp bón thấm urê và sử dụng phân hữu cơ có xử lý với nấm Trichoderma trên lượng phát thải khí nhà kính

và sinh trưởng của lúa Qua đó, có thể đóng góp bổ sung để hoàn chỉnh qui trình kỹ thuật canh tác lúa nhằm tăng hiệu quả sử dụng N, giảm phát thải khí nhà kính và nâng cao năng suất lúa tại ĐBSCL Ngoài ra, kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ tạo cơ sở khoa học cho các nghiên cứu tiếp theo và làm tài liệu trong giảng dạy

1.3.2 Ý nghĩa thực tiễn

Việc áp dụng biện pháp tưới khô ngập luân phiên đã giúp làm giảm lượng phát thải CH4 và NH3 Ngoài ra, biện pháp này còn giúp giảm lượng nước tưới khoảng 1.000 m3/vụ nhưng vẫn không ảnh hưởng đến năng suất lúa

và hiệu quả sử dụng nước gia tăng 50,8% so với biện pháp tưới ngập liên tục Biện pháp bón thấm urê và tái ngập nước sau một ngày làm giảm lượng bốc thoát NH3 so với biện pháp ngập liên tục Bón thấm urê làm gia tăng số chồi/m2 và số bông/m2 so với bón N trong điều kiện ngập nước liên tục, đồng thời, giúp cây lúa hấp thu được phân N tốt hơn và trong điều kiện canh tác lúa trên đất phù sa tại thị xã Bình Minh, tỉnh Vĩnh Long có thể áp dụng mức bón phân trong vụ Đông Xuân là 80 kgN/ha Bón rơm ủ nấm Trichoderma kết hợp với phân N vô cơ giúp làm giảm sự phát thải khí CH4 và làm tăng số bông/m2 Các kết quả nghiên cứu về ảnh hưởng của một số biện pháp kỹ thuật canh tác đến khả năng giảm phát thải khí nhà kính và cải thiện sinh trưởng của lúa là những kết quả có giá trị thực tiễn giúp cho việc xây dựng hoàn chỉnh qui trình kỹ thuật canh tác lúa nhằm tăng hiệu quả sử dụng N, giảm phát thải khí nhà kính và nâng cao năng suất lúa tại thị xã Bình Minh, tỉnh Vĩnh Long nói riêng và vùng ĐBSCL nói chung

1.4 Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu của đề tài

1.4.1 Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu chính của đề tài là khả năng phát thải CH4, NO3 và bốc thoát NH3 trong canh tác lúa (Oryza sativa L.) qua các biện pháp quản lý

nước, bón thấm urê và quản lý rơm rạ Phạm vi nghiên cứu là các thí nghiệm thực hiện trên cây lúa trồng trong trong điều kiện nhà lưới Khoa NN&SHƯD, Trường ĐHCT và trên đất phù sa trồng lúa tại thị xã Bình Minh, tỉnh Vĩnh Long, trong thời gian từ 2012 đến 2014

1.4.2 Địa điểm và thời gian nghiên cứu

Các thí nghiệm trong nhà lưới về biện pháp quản lý nước, bón thấm urê

và quản lý rơm rạ được thực hiện tại Khoa NN&SHƯD, Trường ĐHCT trong

vụ Hè Thu 2012 Các thí nghiệm ngoài đồng cùng nội dung về biện pháp quản

lý nước, bón thấm urê và quản lý rơm rạ được thực hiện tại thị xã Bình Minh, tỉnh Vĩnh Long trong vụ Đông Xuân 2012 - 2013 và Đông Xuân 2013 - 2014 Đất trồng lúa tại thị xã Bình Minh chủ yếu là đất phù sa có các tính chất lý hóa tương đồng với đất nghiên cứu tại nhà lưới Khoa NN&SHƯD, Trường ĐHCT

Do trong vụ Hè Thu mưa nhiều, không kiểm soát được lượng nước tưới nên các thí nghiệm ngoài đồng đều được thực hiện trong vụ Đông Xuân

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.1 Vấn đề biến đổi khí hậu

Khí hậu toàn cầu đang thay đổi chủ yếu do phát thải khí nhà kính từ các hoạt động của con người vào khí quyển Phát thải nhà kính do con người gây

ra từ thời kỳ tiền công nghiệp đã làm gia tăng lượng nồng độ khí CO2, CH4 và

N2O Trong hoạt động nông nghiệp, các phát thải chính bao gồm NH3, CH4 và

N2O (Mikkelsenet al., 2006) Trong bốn thập kỷ qua, đất nông nghiệp toàn cầu

gia tăng do chuyển đổi từ các mục đích sử dụng đất khác, thay đổi chủ yếu là

do nhu cầu lương thực tăng lên từ sự gia tăng dân số của con người Qua đó, phát thải toàn cầu của CH4, CO2 và N2O vào khí quyển cũng đã gia tăng theo

tỷ lệ thứ tự 0,8%, 0,5% và 0,3% mỗi năm Các cánh đồng lúa là những nguồn phát thải chủ yếu khí nhà kính vào khí quyển, bao gồm CH4, và N2O Các yếu

tố như nhiệt độ, ẩm độ không khí, Eh, pH, sinh khối của cây, nồng độ N có sẵn trong đất có liên quan đến phát thải CH4, và N2O Với sự tương quan dương giữa lượng phát thải CH4 và sinh khối thực vật, việc giảm bổ sung chất nền các-bon như rơm có thể là những lựa chọn khả thi để giảm phát thải các khí

nhà kính từ ruộng lúa (Wang et al., 2017) Khí NH3 là loại khí kiềm có nhiều nhất trong khí quyển Ngoài ra, nó là một thành phần chính trong phản ứng của nitơ Nguồn bốc thoát NH3 lớn nhất là từ nông nghiệp, bao gồm chăn nuôi

và sử dụng phân N nhất là phân có gốc NH3 Các nghiên cứu gần đây cho thấy bốc thoát NH3 đã tăng lên trong vài thập kỷ gần đây trên quy mô toàn cầu Đây

là một mối quan tâm vì NH3 đóng một vai trò quan trọng trong sự hình thành các hạt bụi trong không khí, làm suy giảm tầm nhìn và sự lắng đọng của nitơ trong khí quyển đối với các hệ sinh thái nhạy cảm Do đó, sự gia tăng bốc thoát NH3 ảnh hưởng tiêu cực đến môi trường và sức khỏe cộng đồng cũng

như biến đổi khí hậu (Behera et al., 2013)

Biến đổi khí hậu ảnh hưởng đến tất cả các khu vực trên thế giới Các tấm băng đá ở hai cực đang tan chảy và biển đang dâng lên Ở một số khu vực, các

sự kiện thời tiết thay đổihơn như lượng mưa nhiều và phổ biến hơn trong khi những nơi khác đang trải qua nhiều đợt nóng và hạn hán Những tác động này

dự kiến sẽ tăng lên trong những thập kỷ tới (European Commission, 2017) Theo số liệu của Tổng cục thống kê, năm 2013 diện tích gieo trồng lúa cả nước là 7,9 triệu ha, đạt sản lượng ước tính là 44,1 triệu tấn, với năng suất 55,8 tạ/ha Năm 2013, cả nước cũng đã xuất khẩu gần 6,6 triệu tấn gạo (Tổng cục thống kê, 2013) Trong tương lai, Việt Nam nằm trong 5 nước đứng đầu thế giới sẽ bị tổn thương nhiều nhất do biến đổi khí hậu (UNDP, 2007) Theo kịch bản khí hậu 2016, dự kiến sẽ có 38,9% diện tích ĐBSCL bị ngập lụt khi nước biển dâng cao 100 cm, và nếu điều này xảy ra thì sản lượng lúa gạo có

thể giảm 30-35%, đây sẽ là mối đe doạ an ninh lương thực đối với nước ta cả trước mắt và lâu dài (Nguyễn Văn Bộ, 2016) Do đó, việc áp dụng các biện pháp canh tác hợp lý để giúp tăng năng suất lúa, đồng thời hạn chế tác động của biến đổi khí hậu đang là một vấn đề được chú ý nghiên cứu

2.2 Nhu cầu nước của cây lúa

2.2.1 Ảnh hưởng của nước đến sự sinh trưởng và phát triển của cây lúa

Nước trong đất và mực nước trên ruộng có quan hệ mật thiết đến sự sinh trưởng của bộ phận trên mặt đất Nhìn chung, chiều cao cây, diện tích lá, số chồi và khối lượng chất khô tăng hoặc giảm tùy theo ruộng bão hòa nước, lớp nước trên ruộng nông hay sâu Trong ruộng lúa, tầng đất mặt nhiều nước, chất dinh dưỡng và ôxy nên thời kỳ đầu (thời kỳ mạ đến phân hóa đòng) rễ lúa thường phân bố ở tầng trên Sau đó, cùng với quá trình sinh trưởng, hệ thống rễ

ăn sâu hơn vì nước tưới đưa chất dinh dưỡng và khí ôxy xuống sâu hơn do tác dụng thẩm thấu (Nguyễn Văn Luật, 2003)

Nước vừa là yếu tố gia tăng năng suất vừa là yếu tố hạn chế năng suất số một đối với các vùng trồng lúa nhờ nước trời Thiếu nước ở mọi giai đoạn đều ảnh hưởng đến năng suất lúa, đặc biệt từ giai đoạn giảm nhiễm đến trổ bông cây lúa rất nhạy cảm nếu bị thiếu nước (Trương Đích, 2000) Theo Yoshida (1981a), các triệu chứng thông thường nhất của sự thiếu nước là lá bị cuốn và héo khô, sự đâm chồi bị tổn hại, cây bị lùn, chậm trổ hoa, gié hoa bất thụ hay hạt không chắc hoàn toàn

Lượng nước mà cây trồng cần bao gồm hai thành phần: lượng nước thoát hơi qua lá và và lượng nước bốc hơi khoảng trống (bốc hơi từ mặt đất hay mặt nước) Hai lượng nước này có ý nghĩa khác nhau đối với đời sống cây trồng, nhưng trong thực tế đều là lượng nước cần được cung cấp đầy đủ cho cây trồng thông qua đất (Ngô Đức Thiệu và Hà Học Ngô, 1978)

2.2.2 Chế độ nước qua các thời kỳ sinh trưởng và ảnh hưởng đến năng suất lúa

2.2.2.1 Thời kỳ gieo mạ

Sau khi gieo hạt cần tạo điều kiện đảm bảo chế độ nước và nhiệt trong đất phù hợp để hạt lúa nảy mầm tốt, hạn chế sự phát triển của cỏ dại Theo Võ Tòng Xuân và Hà Triệu Hiệp (1998), hạt lúa nảy mầm tốt trong điều kiện nhiệt độ 27-37oC, độ ẩm đất 85-98 % độ ẩm tối đa Thời kỳ gieo đến khi mạ

có 3 lá chế độ nước liên quan đến yếu tố nhiệt độ và ôxy Trong thời kỳ này nếu làm đất kỹ, bề mặt ruộng tương đối bằng phẳng cần giữ bão hoà nước hay

có một lớp nước cạn khoảng 2-5 cm sẽ giúp bộ rễ lúa dễ phát triển và hút dinh dưỡng thuận lợi Mặt khác, lớp nước trong ruộng có thể khống chế hạt cỏ nảy

2.2.2.2 Thời kỳ cuối đẻ nhánh đến đứng cái

Theo Nguyễn Văn Hoan (1999), sau khi lúa đẻ nhánh rộ để tăng cường

sự phát triển của nhánh thì rút cạn nước ruộng chỉ giữ vừa đủ nước làm mềm bùn trong 4-5 ngày Giun đất trong ruộng hoạt động mạnh, đùn mùn đều, cây lúa sinh thêm một đợt nhánh lúc đó đưa nước trở lại mức ngập 5-6 cm để các nhánh đã đẻ lớn lên Từ giai đoạn đẻ nhánh rộ đến đứng cái, để loại trừ các nhánh vô hiệu, giúp cây lúa tập trung chất dinh dưỡng nuôi các nhánh còn lại

thì việc tháo cạn nước có tác dụng tốt hơn

2.2.2.3 Thời kỳ làm đòng đến trổ bông

Trong thời kỳ này, nhu cầu nước của cây lúa rất cao Thiếu nước dù chỉ

là trong một thời gian ngắn cũng đã làm giảm năng suất rõ rệt Không có lớp nước hoặc lớp nước sâu (20-25 cm) thì khối lượng khô thân lá, hạt đều giảm

so với lớp nước cạn 3-5 cm Lớp nước cạn đảm bảo đủ lượng nước cần thiết cho lúa và nhiệt độ được điều hòa, kích thích rễ lúa ăn sâu và đâm ngang, hút được nhiều chất dinh dưỡng hơn Khi ẩm độ đất xuống dưới 60% độ ẩm tối đa thì lúa bị nghẹn đòng (Nguyễn Văn Luật, 2003)

2.2.2.4 Thời kỳ trổ đến chín

Sau khi lúa trổ bông, các sản phẩm quang hợp tích lũy ở thân lá được chuyển vào bông, hạt Vì vậy, trong thời kỳ này nếu cây lúa thiếu nước sẽ ảnh hưởng lớn đến độ mẩy của hạt, khối lượng hạt và năng suất sẽ giảm Tuy nhiên, nếu giữ lớp nước trên ruộng trong suốt thời kỳ này thì lúa chín chậm, hàm lượng nước trong hạt cao, chất lượng sản phẩm không tốt Theo Bùi Huy Đáp (1997), rút nước khi bông lúa đỏ đuôi sẽ làm lúa chín nhanh, đều, thuận lợi cho công tác thu hoạch trên đồng ruộng, do vậy nên rút nước vào khoảng 15-20 ngày trước khi thu hoạch

2.2.3 Các kỹ thuật tưới nước tiết kiệm cho lúa

Kỹ thuật tưới tiết kiệm nước cho lúa được khởi xướng từ đầu những năm

80 ở miền Nam Trung Quốc Sau này Viện lúa quốc tế (IRRI, 1993) hình thành các chương trình nghiên cứu và tổ chức thí nghiệm ở nhiều quốc gia đặc biệt là Châu Á Đối với Việt Nam, việc thí nghiệm tưới tiết kiệm nước đang được nhân rộng ra dưới dạng các mô hình trình diễn và bước đầu cho thấy kết quả hết sức khả quan Kỹ thuật tưới tiết kiệm có sự khác biệt cơ bản với phương pháp tưới truyền thống là giữ một lớp nước mỏng trên ruộng và thực hiện nhiều thời gian để khô

2.2.3.1 Hiệu quả sử dụng nước trên lúa

Hiệu quả sử dụng nước (Water productivity-WP) thể hiện giá trị hoặc lợi

ích thu được từ sử dụng nước (Govindarajanet al., 2008) Có sự không nhất

quán là giá trị hiệu quả sử dụng nước của lúa biến động lớn được ghi nhận trong các báo cáo, năng suất lúa biến động nhiều (3-8 tấn/ha) trong hiệu quả

sử dụng nước Sự không nhất quán này có nguyên nhân từ sự hiểu biết khác nhau của mẫu thức (nước được sử dụng) trong tính toán hiệu quả sử dụng nước (To Phuc Tuong, 1999) Có bốn chỉ số hiệu quả sử dụng nước (kg hạt/kgNước) như sau: WPT (Water productivity-transpiration): khối lượng hạt tạo ra trên khối lượng nước bốc thoát trên tán cây (được hiểu là thoát hơi nước hữu dụng); WPET (Water productivity-evapotranspiration): khối lượng hạt tạo

ra trên khối lượng nước bốc thoát trên bề mặt đất và tán cây; WPI (Water productivity-irrigation): khối lượng hạt tạo ra trên khối lượng nước tưới vào ruộng; và WPIR (Water productivity-irrigation-rain): khối lượng hạt tạo ra trên

khối lượng nước tưới và nước mưa vào ruộng (Govindarajanet al., 2008)

Trong khi nhà chọn giống quan tâm đến hiệu quả sử dụng nước từ tổng lượng nước được thoát qua tán lá (WPT), nông dân và người quản lý nước thì quan tâm đến sức sản xuất tối ưu từ nước tưới (WPI) Người lập kế hoạch sử dụng nguồn nước địa phương thì quan tâm đến hiệu quả sử dụng nước đối với tổng lượng nước đưa vào bởi nước tưới và nước mưa (WPIR) hoặc tổng lượng nước mất đi (WPET)

Theo FAO (2013), hiệu quả sử dụng nước liên quan đến khối lượng nước bốc thoát trên bề mặt đất và tán cây (WPET) đối với năng suất hạt có sự khác biệt đáng kể giữa các loại cây trồng, ví dụ, lúa 0,5-1,1 kg/m3 nước Đối với khối lượng hạt tạo ra trên khối lượng nước tưới và nước mưa vào ruộng (WPIR) thì thay đổi trong phạm vi rộng hơn, ví dụ, lúa dao động từ 0,05-0,6 kg/m3 Sự thay đổi xảy ra do dữ liệu được thu thập trong các môi trường khác nhau và dưới các điều kiện quản lý cây trồng khác nhau

Nghiên cứu của Pascual and Yu-Min Wang(2016) về các chế độ tưới nước ngắt quảng cho lúa trong 3 ngày, 7 ngày và ngập liên tục cho thấy, chế

độ tưới gián đoạn 3 và 7 ngày tiết kiệm được 55%và 74% lượng nước so với ngập nước liên tục, theo thứ tự Hiệu quả sử dụng nước (WPI) trong chế độ tưới ngắt quảng 7 ngày là 0,35-0,46 kg hạt/m3 cao hơn so với ngập nước liên tục Điều này cho thấy, tưới tiết kiệm nước có thể giúp gia tăng hiệu quả sử dụng nước

Cho đến nay, các nghiên cứu về hiệu quả sử dụng nước trên lúa cũng như các loại loại cây trồng khác vẫn còn hạn chế ở Việt Nam Theo Dương Văn Chín (Báo mới, 2010), hiệu quả sử dụng nước có thể thể hiện qua sự sinh trưởng khỏe của cây lúa Việc để khô ruộng ở giai đoạn 30 ngày sau khi sạ có thể tiết kiệm một đến hai lần bơm nước Ưu điểm của việc rút nước lúc này là các chất hữu cơ độc hại hòa tan trong dung dịch đất được di chuyển khỏi vùng

S tích tụ trong quá trình ngập nước sẽ

được oxit hóa và dẫn đến giảm ngộ độc Hệ thống rễ được kích thích tạo ra các

rễ mới, rễ mọc xuống đất sâu hơn, giảm đổ ngã cho lúa khi có gió bão Khi nước cạn, các lá ủ bên dưới sẽ khô nên gốc lúa sạch, tiểu khí hậu tốt, giảm sâu bệnh Có thể sử dụng ống nhựa có đường kính khoảng 15 cm, dài 30 cm, có khoan nhiều lỗ thủng bên hông, chôn sâu xuống ruộng 20 cm, phần ống còn nhô khỏi mặt đất 10 cm Móc toàn bộ đất sình trong ống ra Quan sát khi nào mực nước trong ống hạ xuống cách mặt đất ruộng 15 cm thì bơm nước vào ngập ruộng trở lại

Kết quả nghiên cứu tưới tiết kiệm nước cho lúa của Phạm Tất Thắng và

Lê Văn Hùng (2012) cho thấy, việc tưới tiết kiệm có thể làm giảm từ 21,8 đến 42,7% lượng nước cho cây lúa so với ngập nước liên tục Tổng lượng nước tiết kiệm được so với tưới thông thường là 1.995 m3/ha, lượng nước tưới giảm được một phần khá lớn là nhờ tăng được hiệu quả sử dụng nước mưa Lượng nước tiết kiệm nhờ vào việc giảm lượng nước tưới ở những giai đoạn ít nhạy cảm tới năng suất cây lúa (chủ yếu là giai đoạn từ đẻ nhánh tới trổ bông), cụ thể, giai đoạn đẻ nhánh giảm 450 m3/ha, đứng cái-làm đòng giảm 1011 m3/ha, trổ bông-phơi màu giảm 224 m3/ha, chắc xanh-chín giảm 311 m3/ha

2.2.3.2 Canh tác ở chế độ nước bão hòa

Trong canh tác ở chế độ nước bão hòa (Saturated soil culture-SSC), nước trong đất được giữ gần như ở chế độ bão hòa, làm giảm sự rò rỉ và trực di Trong thực tế SSC có nghĩa là tưới nông, tồn tại mực nước khoảng 1 cm trong

ruộng Tabbal et al (2002) đã báo cáo về SSC trên lúa cấy, lúa sạ ướt đất được

đánh bùn và lúa sạ khô đất không được đánh bùn Phân tích số liệu 31 thí nghiệm SSC trên đồng ruộng cho thấy, việc lượng nước tưới đã giảm trung bình 23% (biến động từ 5% đến 50%) so với tưới ngập nước liên tục, và năng suất lúa chỉ giảm trung bình 6% không có ý nghĩa (Bouman and Tuong, 2001)

Trong một nghiên cứu khác, Borell et al (1997) đã thực hiện thí nghiệm luống

nổi theo phương pháp tưới SSC Nước giữ trong rảnh tạo ẩm độ bão hòa cho luống trồng, kết quả đã tiết kiệm 34% lượng nước tưới so với tưới ngập và năng suất giảm từ 16-34%

2.2.3.3 Chế độ tưới nước khô ngập luân phiên

Tưới ngập khô luân phiên (Alternate Wetting and Drying-AWD) là một

kỹ thuật tưới tiết kiệm nước mà nông dân có thể áp dụng để giảm bớt lượng nước tưới trên ruộng lúa mà không làm giảm năng suất Trong AWD, nước tưới được áp dụng vài ngày sau khi ruộng khô Do đó, ruộng lúa được ngập nước và làm khô luân phiên Số ngày đất không bị ngập nước có thể thay đổi

từ 1 đến hơn 10 ngày tùy thuộc vào các yếu tố như loại đất, thời tiết và giai đoạn phát triển của cây lúa (IRRI, 2014) Kỹ thuật AWD, cũng giống như

phương pháp quản lý nước của hệ thống thâm canh lúa (System of Rice

Intensification-SRI)(Toop et al., 2002) Mặt dù một số nhà khoa học đã có báo cáo áp dụng phương pháp tưới AWD làm năng suất lúa có gia tăng (Toop et

al., 2002; Wei zhang and Si-tu Song, 1989), một số kết quả gần đây cho thấy

điều này là ngoại lệ hơn là qui tắc (Belder et al., 2004), ngay cả trong hệ thống thâm canh lúa (McDonald et al., 2006; Sheehy et al., 2004) Thí nghiệm tưới

nước AWD đã áp dụng trên vùng đất lúa thấp, đất nặng có mạch nước ngầm

nông (10-40 cm) ở Trung Quốc và Philippines (Belder et al., 2004) Belder et

al (2004), Lampayan et al (2005) và Tabbal et al (2002) đã báo cáo rằng,

tổng lượng nước tưới vào ruộng (nước tưới và nước mưa) giảm khoảng 30% mà năng suất lúa khác biệt không có ý nghĩa Trong các trường hợp độ sâu mực nước ngầm nông, và nước không còn hiện diện trên mặt ruộng do di chuyển xuống tầng rễ trong thời gian khô hạn, thì áp dụng tưới AWD hoàn toàn có hiệu quả giống như tưới theo ẩm độ Ngay cả không có nước trên mặt ruộng thì rễ cây vẫn hút được nước “ẩn giấu” trong tầng rễ Nước được tiết kiệm và hiệu quả sử dụng nước tăng bởi sự kéo dài thời gian khô hạn của đất

15-và gây sốc nhẹ cho cây (Bouman and Tuong, 2001) Các nghiên cứu trên đất thịt và đất cát với mạch nước ngầm sâu hơn ở Ấn Độ và Philippines cho thấy, việc giảm nước tưới vào ruộng hơn 50% đi đôi với giảm năng suất hơn 20% so với tưới ngập thường xuyên (Sharma, 2002; Singh, 2002; Tabbal, 2002) Tưới theo AWD là kỹ thuật tưới được chấp nhận và mở rộng ở Trung Quốc (Li and Barker, 2004) Kỹ thuật này cũng được khuyến cáo thực hiện ở vùng Tây bắc Ấn Độ và đang được thử nghiệm bởi nông dân ở Philippines Nông dân sử dụng máy bơm giếng sâu cộng đồng hoặc máy bơm giếng cạn cá nhân để đưa nước lên ruộng Họ chia ruộng ra làm hai phần, một phần tưới theo AWD, phần còn lại tưới ngập thường xuyên So sánh hiệu quả kinh tế giữa hai phương pháp tưới AWD và tưới ngập thường xuyên cho thấy, ruộng tưới AWD cho năng suất giống như ruộng tưới nước ngập liên tục, nhưng tiết kiệm chi phí nước từ 16-24% và 20-25% chi phí sản xuất Có rất ít nghiên cứu

để xác định ảnh hưởng của phương pháp tưới AWD đến sự khác biệt của việc mất nước trên ruộng lúa như: bốc hơi trên mặt ruộng, rò rỉ và thấm lậu Tưới AWD hầu hết giảm sự rò rỉ, trực di và chỉ ảnh hưởng nhỏ đến sự bốc hơi trên

mặt ruộng Cabangon et al (2001) tính toán rằng, mất nước do bốc hơi trên bề

mặt ruộng giảm từ 2-33% so với tưới ngập thường xuyên Lợi ích của việc tưới AWD được đưa ra là: cải thiện hệ thống rễ, giảm đỗ ngã (vì hệ thống rễ phát triển tốt hơn), chu kỳ đất thông thoáng, kiểm soát tốt hơn các đối tượng dịch hại chẳng hạn như ốc bươu vàng Tuy nhiên, chuột dễ dàng tấn công ruộng lúa trong suốt giai đoạn để ruộng khô nước

Sau khi tưới, mực nước sâu trên đồng ruộng dần dần giảm theo thời gian Khi mực nước xuống sâu 15 cm (đo mực nước trong ống đặt trên ruộng) so với mặt đất, lúc đó nước được đưa vào ruộng ngâp sâu khoảng 5 cm so với mặt đất Trong thời kỳ lúa trổ cần giữ nước một tuần từ trước khi trổ đến lúc trổ đều với mực nước tốt nhất là 5 cm, đây là giai đoạn lúa nhạy cảm với nước, nên tránh bất cứ trường hợp gây sốc nước nào để không làm giảm năng suất lúa nghiêm trọng Ngưỡng mực nước sâu 15 cm so với mặt đất được gọi là ngưỡng “an toàn AWD”, do không làm giảm năng suất vì rễ lúa vẫn có thể hấp thu nước từ đất ẩm và nước vẫn còn tồn tại ở vùng rễ Có thể sử dụng ống quan sát nước trên đồng ruộng, làm cho nông dân có thể thấy được nước vẫn còn trong đất (dù trên mặt ruộng không có nước) Trong ngưỡng “an toàn SWD”, tiết kiệm nước có thể đạt ở mức tương đối, khoảng chừng 15%, mà không làm ảnh hưởng đến năng suất Sau khi khám phá ngưỡng “an toàn AWD” không làm giảm năng suất, nông dân có thể thực hiện thêm nhiều thí nghiệm với các ngưỡng giữ nước thấp hơn từ 20, 25, 30 cm, ngay cả sâu hơn nữa (Bouman and Tuong, 2001)

Tưới theo AWD có thể được áp dụng cho lúa từ một vài ngày sau khi cấy (hoặc lúa sạ có chiều cao cây đạt trên 10 cm) đến một tuần trước khi lúa trổ bông Trong giai đoạn một tuần trước trổ bông và sau khi lúa trổ bông, giữ mực nước sâu 5 cm trong ruộng, sau đó áp dụng tưới AWD trở lại đến khi hạt lúa vào chắc Khi cỏ xuất hiện nhiều ở giai đoạn mạ thì việc áp dụng tưới theo AWD có thể trì hoãn 2-3 tuần khi cỏ bị kìm hãm bởi mực nước trên ruộng Trong bón phân, việc cung cấp phân N tốt nhất là lúc đất còn khô ráo ngay

trước khi tưới nước vào ruộng (Belder et al., 2004)

Hiện nay, kỹ thuật canh tác lúa theo tưới tiết kiệm nước đang được quan tâm ở ĐBSCL Phương pháp tưới tiết kiệm nước AWD cũng đang được tiếp tục nghiên cứu để có thể thay thế phương pháp tưới ngập liên tục trong canh tác lúa ở ĐBSCL (Nguyen Minh Dong, 2011) Liên quan đến khí thải gây biến đổi khí hậu, tưới tiết kiệm nước bằng phương pháp tưới AWD làm giảm phát thải CH4 nhưng cũng có thể làm tăng phát thải N2O từ đất trồng lúa (Bouman

et al., 2007) Tuy nhiên, Towprayoon et al (2005) cho rằng, lượng phát thải

N2O không tăng cao hơn nghiệm thức ngập liên tục ở phần lớn các giai đoạn sinh trưởng của cây lúa có thể là do thời gian nước rút khỏi mặt ruộng ngắn nên chưa tạo đủ điều kiện thoáng khí để quá trình phát thải N2O xảy ra mạnh

Ngoài ra, Tô Lan Phương và ctv (2012) cho rằng, áp dụng phương pháp AWD

giúp cho cây lúa nảy chồi tốt hơn so với phương pháp tưới ngập liên tục (Continuous flooding-CF) Khi thực hiện biện pháp tưới tiết kiệm trên đất phèn nhẹ trồng lúa, Trần Quang Giàu (2011) cho rằng, biện pháp tưới tiết

EC và hàm lượng Fe2+

trong dung dịch đất, đặc biệt là giảm được lượng nước tưới góp phần tiết kiệm được chi phí sản xuất và giải quyết vấn đề thiếu nước đang đặt ra hiện nay

2.3 Bón phân cho cây lúa

Cây lúa phản ứng rất tốt với phân N, tuy nhiên điều này phụ thuộc rất nhiều tới điều kiện thời tiết khí hậu và môi trường đất đai Đất phù sa ngọt trồng lúa ở ĐBSCL là vùng lúa chủ lực cho năng suất rất cao và đáp ứng với phân N cũng rất cao, ở đây phân N được khuyến cáo sử dụng khoảng 100-120 kgN/ha trong vụ Đông Xuân và 80-100 kgN/ha trong vụ Hè Thu Tuy nhiên, trong thực tế nông dân đã sử dụng cao hơn mức khuyến cáo này, đặc biệt trong

vụ Hè Thu còn cao hơn vụ Đông Xuân Đối với đất phèn ở vùng Tứ Giác Long Xuyên, Tây Sông Hậu và Đồng Tháp Mười, phân N được khuyến cáo bón thấp hơn so với vùng đất phù sa, vụ Đông Xuân bón 80-100 kgN/ha và vụ

Hè Thu bón 60-80 kgN/ha Ngoài hai vùng lúa chính này, đối với một phần nhỏ diện tích lúa mùa trồng ở ven biển từ Long An đến Cà Mau thì lượng N

khuyến cáo bón khoảng 30-50 kgN/ha (Mai Thành Phụng và ctv., 2005)

Phân lân và kali đã được chú ý nghiên cứu trong những năm từ

1985-2000 nhằm mục đích cung cấp hiệu quả chất lân và kali cho cây lúa Phân lân được khuyến cáo bón trong khoảng 40-80 kg P2O5/ha để cho năng suất cao và

có hiệu quả đầu tư cao Bón thấp hơn mức này năng suất sẽ bị ảnh hưởng và làm làm giảm hiệu quả phân N (qua mối tương tác giữa N và lân) Bón lân cao hơn thì năng suất cũng không tăng thêm Bón lân càng tăng thì hiệu quả đầu tư phân lân càng giảm (Nguyễn Văn Luật, 2003) Tùy theo loại đất, bón lân cho lúa được khuyến cáo khác nhau Đất phù sa bón 40-60 kg P2O5/ha, đất phèn từ 60-80 kg P2O5/ha Lân được khuyến cáo bón lót trước khi sạ nếu là phân lân khó tan như lân nung chảy và bón thúc khoảng 7-10 ngày sau sạ (NSS) nếu là phân dễ tan như DAP, super lân Trên đất phèn, do độc tố sắt, nhôm cao cho nên phân lân còn được khuyến cáo bón thêm một lần tiếp theo vào khoảng 25 NSS Nhu cầu phân lân của cây lúa trong vụ Hè Thu thường cao hơn vụ Đông Xuân, vì đầu vụ Hè Thu nắng nóng và khô hạn nên lân bị cố định làm lượng lân dễ tiêu trong đất rất thấp không đáp ứng đủ nhu cầu của cây lúa Ngược lại, trong vụ Đông Xuân đầu vụ đất ngập nước suốt 3 tháng trước khi vào vụ, nên lân dễ tiêu được phóng thích nhiều trong điều kiện ngập nước nên cây lúa hấp thu được nhiều hơn Nhu cầu lân từ đầu vụ là rất lớn, thiếu lân hoặc bón trễ, cây lúa phát triển chậm và làm giảm năng suất Vì vậy, trong vụ Hè Thu phải bón nhiều lân hơn và bón sớm để cung cấp đủ nhu cầu của cây lúa ngay

từ giai đoạn đầu Đối với kali, hiệu lực của kali đối với lúa ở ĐBSCL thể hiện không rõ, do vậy, trước đây nông dân không chú ý đến bón kali cho lúa Trong

khoảng 10 năm trở lại đây, nhất là từ khi thực hiện chương trình 1 triệu hecta lúa chất lượng cao, nông dân ĐBSCL đã dần dần sử dụng kali để bón cho lúa Hiện nay, kali được khuyến cáo bón ở liều lượng 30-50 kg K2O/ha cho lúa Tuy nhiên, ở liều lượng này cũng chỉ mới đáp ứng duy trì hàm lượng kali

trong đất (Mai Thành Phụng và ctv., 2005)

2.3.1 Nhu cầu phân N của cây lúa

Trong số các nguyên tố đa lượng thiết yếu thì N được xem là nguyên tố quan trọng nhất cho quá trình sinh trưởng và hình thành năng suất lúa, N luôn

là yếu tố hạn chế năng suất hàng đầu trên tất cả các loại đất (De Data, 1981) Lúa cần N trong suốt quá trình sinh trưởng sinh dưỡng để tích lũy chất khô và

đẻ nhánh, điều này xác định số lượng bông Ðạm góp phần tạo nên số hạt trong giai đoạn phân hóa đòng, tăng kích thuớc hạt bằng giảm số lượng bông thoái hóa và tăng kích thước vỏ trấu trong suốt giai đoạn làm đòng Ðạm góp phần tích lũy hydrat các-bon trong thân lá ở giai đoạn truớc trổ và trong hạt ở giai đoạn vào chắc vì chúng phụ thuộc vào tiềm năng quang hợp (Mae, 1997)

Nghiên cứu của Yang et al (2000) đã xác định tỷ lệ hạt chắc tương quan

thuận với hàm lượng cytokinin trong hạt và rễ Khả năng quang hợp của lá ảnh hưởng đến năng suất thông qua 2 con đuờng Một là tăng sức chứa có thể cho

phép chuyển nhiều sản phẩm quang hợp ở lá cây vào hạt (Winder et al., 1998)

Hai là hormon điều chỉnh khả năng tổng hợp và vận chuyển chất hữu cơ Ðạm tác động đến cả sức chứa và lượng cytokinin trong cây vì vậy ảnh huởng lớn đến số hạt chắc của lúa

Quang hợp của lúa trong giai đoạn vào chắc chiếm khoảng 60-100% hàm lượng hydrat các-bon trong hạt, phần còn lại là do từ bộ phận khác chuyển dến

(Watanabe et al., 1997; Yoshida, 1981a) Ðể đạt đuợc năng suất hạt cao nhất thì

hoạt động trao đổi chất trong hạt phải trùng với giai đoạn lá lúa có hoạt động quang hợp mạnh nhất Thực tế năng suất lúa cao ở những giống mà lá có thể

duy trì hoạt động quang hợp đến tận giai đoạn vào chắc (Murchie et al.,

1999) Bón N làm tăng diện tích lá, bề rộng của tán lá, duy trì hoạt động quang hợp của cây vì vậy ảnh hưởng quyết định đến năng suất lúa (Mae and Ohira, 1981; Mae, 1997)

2.3.2 Nghiên cứu về liều lƣợng, thời gian và hiệu quả sử dụng N bón cho lúa 2.3.2.1 Liều lƣợng sử dụng N bón cho lúa

Nhiều thí nghiệm về hiệu lực, liều lượng sử dụng N cho lúa trong mối quan hệ với các yếu tố khác đã được tiến hành Theo Ladha and Reddy (2003)

so sánh năng suất lúa và yêu cầu dinh dưỡng N qua các năm cho biết: Thời kỳ truớc Cách mạng xanh năng suất lúa rất thấp, chỉ đạt 3 tấn/ha và lượng N cần bón là 60 kgN/ha Trong những năm đầu cuộc Cách mạng xanh, năng suất hạt

đạt gần 8 tấn/ha thì lượng N cần bón là 160 kgN/ha Giai đoạn thứ 2 của Cách mạng xanh năng suất được mong đợi là 12 tấn/ha và lượng N cần bón khá cao

là 240 kgN/ha Ở vùng ôn đới như Yanco (Australia) và Yunnan (Trung Quốc), năng suất lúa có thể đạt 13-15 tấn/ha và yêu cầu lượng N hấp thu là

250 kgN/ha Muốn lúa hấp thu đuợc 200-250 kgN/ha chỉ cần bón 150-200

kgN/ha vì lúa còn hút được N từ đất (Ying et al.,1998) Trong ruộng lúa nhiệt

đới để đạt năng suất hạt 9-10 tấn/ha, lúa cần hút thu được 180-200 kgN/ha

(Cassman et al.,1993; Peng et al.,1996) Liều lượng N bón còn phụ thuộc vào

giống, giống lai yêu cầu lượng N cao hơn giống thuần (Yoshida, 1981a)

2.3.2.2 Thời gian bón N cho lúa

Norman et al., (1992) khẳng định, nếu N được hấp thu với lượng thích

hợp trong suốt quá trình sinh trưởng thì lúa cho năng suất cao Thời kỳ bón N phụ thuộc vào đặc điểm của giống, mùa vụ, thành phần cơ giới đất và trình độ thâm canh Các giống lúa trồng ở những thập kỷ 70 và 80 là những giống cao cây, nhiều lá nên khả năng chống đỗ ngã kém và che bóng lẫn nhau nếu bón

quá nhiều N khi cấy (Guindo et al., 1994) Thuờng có 2 cách bón N, thứ nhất

là chia làm 2 lần (lần 1 vào khi cấy và lần thứ 2 vào khoảng 25-30 ngày sau cấy); hai là chia làm 3 lần, lần 3 được bón vào thời kỳ làm đòng Ở một số nước trồng lúa vùng nhiệt đới thường khuyến cáo bón vào lần bừa cuối cùng truớc khi cấy với 50-67% tổng lượng N, lượng còn lại bón truớc khi lúa làm

đòng 5-7 ngày (Cassman et al., 1996) Thời gian gần đây, nghiên cứu của một

số nhà khoa học ở Trung Quốc và Hàn Quốc đã khuyến cáo bón nhiều N cho lúa vào giai đoạn làm đòng vì nhu cầu về N và hiệu quả sử dụng N cao hơn Tuy nhiên, thời gian bón N thích hợp cho lúa cần đuợc xác định cho từng giống lúa và trong từng điều kiện cụ thể

2.3.2.3 Hiệu quả sử dụng N của lúa

Ảnh hưởng của N đối với lúa thường bị tác động bởi hệ số sử dụng N (tỷ

lệ giữa lượng N cây hút với lượng N bón) và hiệu suất sử dụng N (kg lúa tăng/kgN cây hút hoặc kg lúa tăng/kgN bón) Lượng N hấp thu, hiệu suất sử dụng N phụ thuộc vào khả năng cho năng suất lúa và điều kiện môi truờng

(Cassman et al., 1996) Khi quản lý dinh dưỡng N tốt, bón N với số lượng và

thời gian thích hợp thì hiệu suất sử dụng N có thể đạt 50 kg lúa/kgN tích lũy trong cây (De Datta, 1987) và hệ số sử dụng N có thể đạt 50-70% (Peng and Cassman, 1998) Hệ số sử dụng N ở ruộng lúa châu Á rất thấp khoảng từ 20-

40% (De Datta et al., 1988; Schnier et al., 1990) vì hầu hết N bón dưới dạng

urê thường bị mất qua sự bốc thoát NH3 Ðất có độ thẩm thấu cao, ngay cả trong điều kiện yếm khí hay hảo khí ở ruộng nước, thì bón N cũng nhanh chóng chuyển thành NO Ðây cũng là con đường mất N do quá trình nitrat hóa, phản

nitrat hoặc cả 2 (Singh et al., 2002) Bón lượng N cao, đặc biệt ở mật độ trồng

cao có thể làm cây đỗ ngã, tăng sâu bệnh và giảm lợi nhuận của nông dân Quản

lý dinh dưỡng N tốt làm tăng năng suất, lợi nhuận và giảm thiểu ô nhiễm môi

trường (Burêsh et al., 2004) Chất N được xem là nguyên tố giới hạn năng suất

hàng đầu, tuy nhiên, việc bón phân N vô cơ cao làm cho sự mất N trong ruộng lúa càng mạnh và hiệu quả sử dụng phân N càng kém Thông thường trên đất lúa ngập nước có từ 10 – 20% lượng N bị mất, còn trên đất kiềm con số này từ

10 – 40% (Đỗ Thị Thanh Ren, 1999; De Datta et al., 1988; Vlek and Byrne,

1986)

2.3.3 Ảnh hưởng của biện pháp quản lý nước và bón phân N đến sự phát thải khí nhà kính

Ba chất khí nhà kính quan trọng có liên quan đến hoạt động nông nghiệp

là CO2, CH4 và N2O (Snyder et al., 2009) Trong hệ thống canh tác lúa nước,

một lượng lớn khí gây hiệu ứng nhà kính đã phát thải vào khí quyển như khí

CO2, CH4, N2O và NH3 Vào đầu năm 1980, ước tính trên những vùng đất thấp trồng lúa đã phát thải mỗi năm khoảng 50-100 tấn khí CH4, chiếm khoảng 10-20% tổng lượng khí CH4 trên toàn thế giới được sản sinh (Kirk, 2004)

2.3.3.1 Sự biến đổi hóa học sau khi bón phân N

Trong các dưỡng chất cần thiết cho cây trồng, chất N là nguyên tố dễ bị mất đi nhất do bốc hơi N có thể bốc hơi dưới dạng NH3, N2O, NO, N2 và có thể xảy ra cả trên đất khô và đất ngập nước (Hình 2.1) Oxit nitơ (NOx, gồm

NO và NO2) và NH3 cũng là hai chất khí quan trọng, có hoạt động cao và tồn tại ngắn trong khí quyển, đóng vai trò quan trọng trong hoá học khí quyển Khí

NH3 có thể hình thành NO3 và N2O, và trong khí quyển nó phản ứng như là chất

trung hòa các khí có tính axit (Sharma et al., 2002)

Hình 2.1: Các tiến trình chuyển hoá N trong đất lúa ngập nước

(Brady và Weil, 1999)

Trong đất lúa ngập nước (Hình 2.1), ôxy khuếch tán xuyên qua lớp nước ruộng và hình thành một lớp đất mỏng thoáng khí khoảng 1-20 mm trên bề mặt và ngay bên dưới là đất trong tình trạng khử (De Datta, 1987)

Chế độ nước tưới có ảnh hưởng đến hàng loạt tính chất lý-hoá-sinh học đất và các chất dinh dưỡng quan trọng của cây lúa Khi ngập nước, môi trường

rễ bị thiếu ôxy và hàng loạt những thay đổi xảy ra do tình trạng khử Chỉ vài giờ sau khi ngập nước, các vi sinh vật đã sử dụng hết ôxy trong nước hoặc trong đất Khí ôxy không còn, khí CO2 và axit hữu cơ cũng như khí CH4, H2 sẽ tăng lên do hoạt động của vi sinh vật kỵ khí Đất ngập nước hoặc đất ướt có ảnh hưởng đến một số dinh dưỡng quan trọng cho sự phát triển và năng suất của cây lúa, đặc biệt là N (Ponnamperuma, 1972) Những con đường gây mất

N chính trên đất lúa thường là rửa trôi và khử nitrat cũng như sự bốc thoát khí

NH3 sau khi N khuyếch tán vào nước mặt Biện pháp bón phân N đã làm tăng nhanh sự phát thải khí CH4 từ ruộng lúa Khí CH4 là sản phẩm cuối cùng của chu trình phân hủy chất hữu cơ trong đất ngập nước Có hai biện pháp được đề xuất để giảm sự phát thải khí CH4 là áp dụng biện pháp quản lý nước tưới và

giảm nguồn các-bon đầu vào (Yan et al., 2005) Sự phát thải khí CH4 và N2O

bị ảnh hưởng bởi phương pháp quản lý dinh dưỡng, trong đó, sự phát thải khí

CH4xảy ra qua ba giai đoạn: sự ôxy hóa, quá trình sản sinh ra CH4, quá trình

vận chuyển CH4 từ đất vào không khí, và phân N đã có những tác động trực

tiếp hay gián tiếp lên cả ba giai đoạn trên (Cai et al., 1997) Trong hệ thống

đất ngập nước, sự tương tác giữa phân N và chu trình phát thải khí CH4 rất phức tạp do nhiều yếu tố tác động Đối với hệ sinh thái nông nghiệp, phân N là yếu tố giúp thực vật tăng trưởng nhanh, góp phần cho sự hoạt động của enzyme methanogens làm tăng sự phát thải CH4 từ đất vào trong không khí (Gulledge and Schimel, 1998)

Khi trong đất có nồng độ NH4+ cao thì sẽ thúc đẩy quá trình ôxy hóa CH4nên từ đó đã làm giảm lượng khí thải CH4 Nhiều công trình nghiên cứu đánh giá mối quan hệ giữa phân N và sự phát thải khí CH4 đều kết luận rằng lượng khí CH4 giảm khi tăng cường bón phân N Tuy nhiên, không nên áp dụng phương pháp sử dụng nhiều phân N để làm giảm sự phát thải khí CH4 vì khi tăng cường bón nhiều N, làm tăng chi phí sản xuất, phát thải nhiều khí N2O (Hình 2.2) (Brady và Weil, 1999) Theo Linquist et al.(2012), lượng khí N2O phát thải nhanh khi áp dụng một công thức bón nhiều phân N Khi bón phân N thấp, lượng khí thải N2O trung bình từ 0,24 kgN2O-N/ha và sẽ tăng lên đáng

kể tới 10,63 kgN2O-N/ha khí bón phân N cao (Hình 2.2)

Hình 2.2: Ảnh hưởng của các mức phân N lên sự phát thải khí N 2 O

(Linquist et al., 2012)

2.3.3.2 Kỹ thuật bón thấm urê

Kỹ thuật bón thấm urê được thực hiện bằng cách rút hết nước trong ruộng vài ngày trước khi bón phân, khi đất nứt chân chim (ẩm độ trong khoảng 65%) thì bón urê và tiến hành cho nước vào, cách này làm cho urê thấm sâu vào trong đất Chất NH4+ được tạo ra qua tiến trình thủy phân urê sẽ

được hấp phụ vào keo đất (Hayashi et al., 2006) có thể làm hạn chế sự hoà tan

N vào nước ruộng và do đó giảm thiểu bốc thoát khí NH3 Thông thường, sự mất N trong ruộng lúa sau khi bón urê lớn nhất vào thời kỳ bón đầu (10 ngày sau khi sạ) vì lúc ấy tán lá lúa che phủ mặt ruộng ít hơn Sự mất N vào thời kỳ

bón đón đòng là thấp nhất vì tán lá của lúa dày đặc sẽ che phủ mặt nước ruộng làm giảm hoạt động quang hợp của tảo cũng như giảm tốc độ gió trên bề mặt ruộng, làm giới hạn sự khuếch tán NH3, và cây lúa hút thu N nhanh hơn vào giai đoạn này

Bón urê theo phương pháp bón thấm làm giảm lượng bốc thoát NH3 so với cách bón phân thông thường khoảng 3% (Ngô Ngọc Hưng, 2009) Theo

Freney et al (1990), khi bón urê trong ruộng không có sự hiện diện của nước

(bón thấm) thì thấy rằng NH3 mất đi thấp hơn có ý nghĩa so với khi có sự hiện diện của nước

Hình 2.3: Năng suất thực tế của các nghiệm thức với cách bón urê khác nhau Nông trại thực nghiệm-ĐHCT, vụ Xuân Hè 2008 (Ngô Ngọc Hƣng, 2009)

Theo Ngô Ngọc Hưng (2009), bón thấm urê đưa đến các thành phần năng suất: số bông/m2, số hạt/bông và % hạt chắc đạt tỷ lệ cao nên năng suất ở nghiệm thức bón thấm urê cao hơn nghiệm thức bón phân thông thường (Hình 2.3) Ngoài ra, một lý do khác của việc bón thấm góp phần chất cải thiện thành phần năng suất lúa là đất được rút nước đến khi nứt chân chim, tạo nên tình trạng thông thoáng đất Ngược lại, trong điều kiện đất ngập nước, chất hữu cơ bị phân hủy yếm khí tạo ra nhiều độc chất như axit hữu cơ, H2S,… gây giảm sinh trưởng và năng suất lúa (Kyuma, 2004)

Kết quả nghiên cứu của Krupnik et al (2004) cho thấy, nguyên nhân

chính dẫn đến hiệu quả sử dụng N thấp ở ruộng lúa ngập nước là do việc bón

N nhiều lần và quá mức so với yêu cầu của cây lúa Mặt khác, hầu hết lượng N bón cho lúa được xác định dựa trên kết quả của các thí nghiệm với các liều lượng N định truớc để chọn ra lượng N bón thích hợp nhất, trong khi hiện nay các nhà khoa học chứng minh rằng xác dịnh liều lượng N tối ưu cần được đánh giá dựa trên tình trạng dinh dưỡng N của lúa vì hàm lượng N trong cây,

đặc biệt ở giai đoạn làm đòng ảnh hưởng quyết định đến năng suất (Dawe et

al., 2004)

Cây lúa có hai thời kỳ khủng hoảng N là thời kỳ đẻ nhánh và làm đòng Khuyến cáo trước đây và ở nhiều nước hiện nay là N cần được bón nhiều vào

giai đoạn đầu (Murshedul Alam et al., 2005) Tuy nhiên, hầu hết lượng N bón

trước khi cây mọc bị mất do cây không sử dụng, vì vậy bón nhiều N vào giai đoạn đầu cũng là nguyên nhân dẫn đến hiệu quả sử dụng N thấp Phạm Văn Kim (2006) khuyến cáo bón N hợp lý vào thời kỳ làm đòng cho hiệu quả cao nhất Peng và Cassman (1998) chứng minh rằng, bón urê trong giai đoạn làm đòng có thể cho hệ số sử dụng N là 78% Bón N-NH4 làm tăng năng suất rõ ràng nhưng nếu chỉ bón trên bề mặt đất thì làm tăng sự bốc thoát NH3 (Burêsh

et al., 2004) Các nhà khoa học Nhật Bản đã dùng phân dạng NH4 và NO3 bón cho giống lúa Koshihikari thấy rằng, sự phát triển về số lượng, chiều dài và khối lượng khô của rễ phụ ở những cây được bón N-NH4 cao hơn N-NO3 Tuy nhiên, N-NO3 làm cho rễ chính dài hơn đáng kể Phát hiện này cho thấy bón N-NH4 làm rễ lúa sinh trưởng tốt hơn bón N-NO3 vì tổng chiều dài của hệ thống rễ phụ thuộc chủ yếu vào rễ phụ (Noma and Hirose, 2005)

2.4 Phân hữu cơ

2.4.1 Vai trò của phân hữu cơ

Thông qua hoạt động của vi sinh vật, chất hữu cơ phân hủy biến thành mùn, chất mùn trong có tác dụng gắn kết các hạt keo nhỏ lại với nhau, tạo nên cấu trúc bền vững, giúp cải thiện độ xốp của đất, cày bừa, giữ nước và phân bón tốt hơn, hạn chế sự rửa trôi, xói mòn đất và làm cho cây hấp thu các ion dinh dưỡng dễ dàng hơn, tăng khả năng hoạt động của vi sinh vật, làm cho cấu trúc trở nên tốt hơn Ngoài ra, chất mùn còn giúp làm tăng khả năng trao đổi cation và khả năng đệm của các chất dinh dưỡng, chủ yếu là N, P và S, vì vậy làm gia tăng hiệu quả phân hóa học bón vào đất Phân hủy phân hữu cơ cung cấp CO2 cho quá trình quang hợp giúp cung cấp các chất dinh dưỡng cho cây,

bao gồm cả nguyên tố vi lượng (Ngô Ngọc Hưng, 2004)

Thông thường chất hữu cơ có tỉ số C/N cao như rơm rạ và vỏ trấu sẽ ảnh hưởng nhiều đến tiến trình vật lý hơn là chất hữu cơ đã phân hủy hoặc bán phân hủy Trong hầu hết các loại đất, bón phân N lâu ngày có xu hướng làm giảm pH đất do vậy chất hữu cơ sẽ giúp đất có tính đệm Nếu độ chua của đất gây ra do nhôm thì có thể hạn chế được một phần bằng cách tạo hợp chất hữu

cơ với Al Chất hữu cơ có thể tạo thành phức với chất Fe, Al từ các phosphate của chúng Chất hữu cơ là nguồn cung cấp các nguyên tố vi lượng cho đất nhưng chúng cũng có thể làm giảm độ hữu dụng của một số nguyên tố vi lượng (Đỗ Thị Thanh Ren, 1999)

2.4.2 Sự phân hủy chất hữu cơ

2.4.2.1 Trong điều kiện thoáng khí

Theo Ngô Ngọc Hưng (2002), sự phân hủy chất hữu cơ trong điều kiện thoáng khí là tiến trình ôxy hóa, thường trải qua nhiều giai đoạn và có nhiều sản phẩm trung gian nhưng sản phẩm cuối cùng thường là khí CO2, nước và muối khoáng Thông thường có 3 phản ứng xảy ra: (i) Hợp chất các-bon được enzyme ôxy hóa sản sinh ra CO2, nước, năng lượng; (ii) các nguyên tố dinh dưỡng thiết yếu như N, lân và lưu huỳnh được giải phóng bởi các phản ứng riêng biệt cho mỗi nguyên tố; và (iii) các hợp chất chống chịu sự hoạt động của vi sinh vật được tạo thành

2.4.2.2 Trong điều kiện yếm khí

Sự cung cấp ôxy cho đất bị dừng lại khi các tế khổng chứa đầy nước, ngăn cản sự khuyếch tán ôxy từ khí quyển vào đất Trong điều kiện yếm khí,

sự phân hủy phân hữu cơ xảy ra chậm hơn rất nhiều so với điều kiện cung cấp

đủ ôxy Vì vậy, đất ngập nước liên tục thường tích lũy số lượng lớn chất hữu cơ Sản phẩm của sự phân hủy chất hữu cơ trong điều kiện yếm khí bao gồm các axit hữu cơ, rượu và khí CH4 (Ngô Ngọc Hưng, 2004)

Yoshida (1981b), Watanabe (1984), Tadano và Yoshida (1978) đã nghiên cứu tiến trình phân hủy chất hữu cơ trong đất ngập nước cho rằng, CH4 là sản phẩm cuối cùng của tiến trình phân hủy yếm khí chất hữu cơ, axit acetic là chất tạo nguồn chính sản sinh ra CH4 trong đất yếm khí và tỷ lệ CO2:CH4 cũng

là sản phẩm cuối để đánh giá mức độ phân hủy Ngô Ngọc Hưng (2010) cũng cho rằng sự phân hủy chất hữu cơ trong đất ngập nước xảy ra chậm hơn nhiều

so với sự phân hủy hiếu khí vì hoạt động của nhóm vi khuẩn yếm khí cần ít năng lượng hơn so với các vi khuẩn háo khí Quá trình phân hủy chất hữu cơ trong điều kiện yếm khí cho ra CO2, CH4 và các axit hữu cơ

2.4.3 Hiệu quả sử dụng phân hữu cơ

Trong thâm canh lúa, bón phân hữu cơ chủ yếu nhằm ổn định hàm lượng mùn cho đất tạo nền cho thâm canh nên có thể sử dụng các loại phân hữu cơ

khác nhau kể cả rơm rạ lúa sau khi thu hoạch (Lưu Hồng Mẫn và ctv., 2006) Theo Võ Thị Gương và ctv (2004) thì sử dụng phân hữu cơ được xem là một

trong những biện pháp hữu hiệu trong cải thiện năng suất lúa.Việc sử dụng phân ủ rơm rạ nói riêng và phân hữu cơ nói chung không những trả lại một phần quan trọng các chất dinh dưỡng cây lấy đi từ đất, mà còn hạn chế sự nhiễm độc axit hữu cơ, tăng mùn, tăng base bão hòa (%), tăng cường sự hoạt động của tập đoàn vi sinh vật đất và còn góp phần giảm được lượng phân bón

chủ yếu là phân N (khoảng 50%), cải tạo độ phì nhiêu đất (Lưu Hồng Mẫn và

ctv., 2006)

Nếu để tự nhiên rơm rạ cần thời gian phân hủy rất lâu, và do tỷ lệ C/N rất cao nên nếu cày vùi rơm rạ trực tiếp vào đất, sẽ gây hiện tượng bất động dinh dưỡng trong đất, hoặc trong quá trình phân hủy sẽ gây ra hiện tượng ngộ độc hữu cơ cho cây lúa Do đó, đa số nông dân thường có tập quán là đốt bỏ rơm sau thu hoạch để chuẩn bị đất cho vụ mùa tiếp theo Việc đốt bỏ này góp phần gây hiệu ứng nhà kính, gây ô nhiễm môi trường không khí Để hạn chế sự bất lợi này, rơm rạ trước khi hoàn trả lại cho vụ mùa tiếp theo cần được trải qua quá trình phân huỷ của những vi sinh vật thích hợp nhằm rút ngắn thời gian phân hủy Hiện nay, việc sử dụng nấm Trichoderma để xử lý rơm rạ đã được nhiều nông dân áp dụng Nấm đối kháng Trichoderma là tập đoàn các vi nấm, trong đó có nhiều loại có những tác dụng như tạo ra các phức hợp enzyme, gồm amylase, protease, cellulase, Các enzyme này phân giải cellulose, chất

xơ, chitin, hydrat các-bon, protein thành các thành phần đơn giản để cây dễ hấp thụ, giúp cho phân chuồng, phế phụ phẩm nông nghiệp nhanh hoai mục và chất lượng phân được nâng cao Nấm Trichoderma còn phân hủy nhanh các chất xơ thành các chất hữu cơ cung cấp dinh dưỡng và tăng cường đề kháng cho cây trồng (Đoàn Hùng, 2016)

Ở ĐBSCL với diện tích gieo trồng khoảng 3,86 triệu ha/năm cho sản lượng lúa hàng năm lên đến hơn 20,5 triệu tấn và có trên 20 triệu tấn rơm rạ được tạo ra Việc lấy đi rơm rạ khỏi đồng ruộng đã làm giảm lượng các-bon hữu cơ một cách đáng kể Nếu hàm lượng các-bon hữu cơ ban đầu là 3,56% thì sau 10 năm canh tác lúa 2 vụ mỗi năm, hàm lượng các-bon hữu cơ chỉ còn lại 3,03%; sau 50 năm là 1,59% và sau 100 năm là 0,71%, vì vậy đất đai ngày càng suy giảm độ phì nhiêu dẫn đến tính ổn định và bền vững trong sản xuất nông nghiệp Ngoài ra, do điều kiện thâm canh tăng vụ trên đất lúa, nông dân quá lạm dụng phân hoá học và theo thời gian sẽ dẫn đến việc mất cân bằng dinh dưỡng trong đất làm ảnh hưởng đến độ phì của đất và gây ô nhiễm môi

trường (Trần Thị Ngọc Sơn và ctv., 2011) Có trên 80% N được cây lúa hấp

thu trong mỗi vụ ở ngoài đồng là lấy từ trong chất hữu cơ của đất Rơm rạ bổ sung vào đất sẽ làm gia tăng sự tổng hợp N trong môi trường đất ẩm và ngập nước Ngoài ra, rơm rạ còn bổ sung thêm N khoáng và làm gia tăng hoạt động của vi sinh vật cố định N trong đất ngập nước (Ponnamperuma, 1972) Theo

Cai et al (1997), nếu rơm rạ được bổ sung với phân bón trên ruộng lúa thì N

được giữ lại trong chất hữu cơ và sẽ cung cấp thêm cho cây lúa

Kết quả nghiên cứu của Lưu Hồng Mẫn và ctv.(2006) cho thấy, việc bón

phân rơm hữu cơ dài hạn (15 vụ lúa) giúp giảm được 60% phân hoá học (NPK) trong vụ Hè Thu và Đông Xuân mà vẫn đảm bảo được năng suất lúa như bón hoàn toàn phân hoá học Bón phân rơm hữu cơ làm gia tăng hàm lượng Silic trong thân và hạt giúp cây lúa chống chịu sâu bệnh tốt hơn so với bón hoàn toàn

phân hoá học Bón phân rơm hữu cơ dài hạn góp phần cải thiện được lý tính của đất và cải thiện được độ phì sinh học của đất chuyên canh cây lúa Kết quả nghiên cứu tại An Giang từ năm 2000 – 2005 cũng cho thấy, khi bón kết hợp phân hữu cơ xử lý bằng nấm Trichoderma với 60% phân hóa học liên tục trong

10 vụ thì sẽ giảm được 80% lượng phân hóa học, do đó sử dụng rơm rạ ủ làm phân hữu cơ tại chỗ không chỉ làm giảm lượng phân hóa học, giúp hạn chế ô nhiễm môi trường, trả lại dần độ phì nhiêu cho đất mà vẫn đảm bảo được sản

lượng lúa thu hoạch (Lưu Hồng Mẫn và ctv., 2006)

Theo Nguyễn Thành Hối (2008), việc vùi rơm sau vụ thu hoạch trên đất lúa ngập nước đưa đến nhiều bất lợi cho đất về mặt sản sinh độc chất Khi rút kiệt nước ruộng ở đầu vụ canh tác vào thời điểm 15 hoặc 30 ngày sau khi sạ ít nhất trong 5 ngày (mực thuỷ cấp cách mặt đất 10 – 15 cm) trên đất lúa ngập nước có chôn vùi rơm rạ tươi đã cải thiện được sự sinh trưởng và làm gia tăng năng suất lúa 22% (thí nghiệm trong chậu) và 15% (thí nghiệm ngoài đồng) so với ngập nước liên tục Theo Nguyễn Thành Hối và Nguyễn Bảo Vệ (2010), chôn vùi rơm rạ từ 2,5 – 5,0 g/4 kg đất khô trong đất ngập nước đã làm giảm chiều cao cây và số chồi lúa Lúa trồng trên đất Sulfic Humanquepts Tiền Giang và Typic Tropaquepts Trà Vinh có chiều cao và số chồi thấp hơn so với lúa trồng trên đất Humic Tropaquepts Vĩnh Long Tương tự, việc vùi rơm rạ tươi vào đất ngập nước đã làm giảm số bông/chậu, số hạt chắc/bông và năng suất lúa Chôn vùi nhiều rơm rạ tươi vào đất ngập nước dễ gây ngộ độc hữu cơ

rễ lúa bởi hàm lượng các chất gây độc cao được tạo ra trong tiến trình phân hủy yếm khí như axit hữu cơ tổng số (trên 1,400 mmolc/m3), H2S (trên 0,10 ppm), làm pH trong dung dịch đất tăng chậm, đồng thời hàm lượng NH4+ giảm nhanh khi cho đất ngập nước nên đã làm giảm sự sinh trưởng và năng suất lúa Các nghiên cứu từ năm 2002 – 2007 cho thấy, số lượng gốc rạ tươi còn lại trên đồng ruộng sau vụ lúa Đông Xuân trung bình là 4,5 tấn/ha ở ruộng không đốt đồng và 2,3 tấn/ha ở ruộng có rải rơm đốt đồng Rơm rạ tươi sau khi chôn vùi trong đất ngập nước có tốc độ phân hủy rất chậm (1,8%/ngày ở hai tuần đầu và 0,48%/ngày từ tuần thứ 3 đến tuần thứ 12)(Nguyễn Thành Hối, 2008) Việc cày ải vùi gốc rạ vào đất 30 ngày trước khi gieo đã làm gia tăng năng suất lúa 19% so với đốt rơm rạ hoặc cày ải vùi gốc rạ chỉ trước đó 15 ngày Việc rút kiệt nước ruộng ở đầu vụ canh tác vào thời điểm 15 hoặc 30 ngày sau khi gieo liên tục ít nhất 5 ngày (mực thủy cấp cách mặt đất 10-15 cm) trên đất lúa ngập nước có chôn vùi rơm rạ tươi đã cải thiện được sự sinh trưởng và làm gia tăng năng suất lúa 22% (thí nghiệm trong chậu) và 15% (thí nghiệm ngoài đồng) so với đất ngập nước liên tục Bón phân lân với liều lượng 0,18 g P2O5/chậu (4 kg đất phèn nhẹ, pH = 4,0-4,5, có chôn vùi rơm rạ tươi), tương ứng số lượng 90 kg P /ha, đã làm gia tăng năng suất lúa 15%

so với chỉ bón 0,00-0,15 g P2O5/chậu (Nguyễn Thành Hối và Nguyễn Bảo

Sự bốc thoát khí NH3 được xem là mối đe dọa đến môi trường Nó cũng

là một trong những con đường gây mất N chính trên đất lúa Theo Galloway et

al (2002), NH3 là khí kiểm bay hơi nhiều nhất vào khí quyển từ các phản ứng của phân N trong môi trường đất nước Lượng NH3 bay hơi toàn cầu năm

1990 được ước lượng vào khoảng 51 TgN/năm (Van Aardenne et al., 2001)

Nguồn NH3 được tạo ra chủ yếu từ hoạt động nông nghiệp, chẳng hạn như chăn nuôi và phân N Urê là dạng phân N được sử dụng chủ yếu trên đất lúa nước bởi vì chúng có nồng độ N cao, bên cạnh đó lại ít bị thấm lậu và gây độc cho con người cũng như động vật hơn phân N dạng NO3- Khi urê được bón vào ruộng, nó nhanh chóng bị thủy phân tạo thành (NH4)2CO3 bởi enzyme urease Dưới tác dụng của enzyme urêase chúng chia cắt ammonia ra khỏi các-bon dioxide trong phân tử urê (Dale, 1982) Kết quả của phản ứng như sau:

CO(NH2)2 (urê)+ 2H2O + urêase →(NH4)2CO3 (NH4)2CO3 + H2O → NH4HCO3 + NH4OH Phản ứng hoá học này diễn ra sau khi urê được hoà tan trong nước và sẽ kết thúc trong khoảng thời gian là 48 giờ trong điều kiện đồng ruộng Nếu pH kiềm thì NH4+ sẽ chuyển sang khí NH3 và sẽ bốc thoát vào trong không khí

(James, 1993) Harper et al.(1983) cho rằng, một lượng lớn NH3 bốc thoát bề mặt sau khi bón N vào nước Sự bốc thoát NH3 từ nông nghiệp được dự báo

là sẽ gia tăng một cách đáng kể ở châu Á từ 13,8 Tg N/năm vào năm 2000 lên đến 18,8 TgN/năm vào năm 2030 Trên đất phèn, N mất ở dạng NH3 thấp hơn nhiều so với đất phù sa (do pH đất phèn thấp hơn)

Kết quả thí nghiệm của Lý Ngọc Thanh Xuân (2010) cho thấy: khi bón phân urê cho lúa trong vụ Đông Xuân thì tổng lượng N bốc thoát ở dạng NH3trên cả đất phù sa và đất phèn, ở nghiệm thức ngập liên tục (CF) chiếm 19,12

% (đất phù sa) và 3,41 % (đất phèn) lượng phân bón vào Ở nghiệm thức khô ngâp luân phiên (AWD) thì lượng N mất qua con đường bốc thoát NH3 chiếm 17,11 % (đất phù sa) và 2,65 % (đất phèn) lượng phân bón vào Kết quả

nghiên cứu của Humphreys et al (1988) cũng cho thấy, lượng N bốc thoát ở

dạng NH3 trong cả vụ lúa nằm trong khoảng từ 11% đến 20% Theo Zhu (1992), bốc thoát NH3 có thể chiếm từ 20% đến hơn 80% tổng lượng phân N bón vào Theo Fillery and Vlerk (1986), tỷ lệ mất N từ sự bốc thoát NH3 trên

đất lúa nước tại Philippines và Trung Quốc là 7-47% và theo Zhu and Gao

(1989) là 9-39% Nghiên cứu của Lee et al (2005) tại Hàn Quốc thì lượng

bốc thoát NH3 là 22,39 kgN/ha, chiếm khoảng 20% lượng phân N được bón Theo Toufiq Iqbal (2005), lượng phân N mất đi từ bốc thoát NH3 chiếm khoảng 6-49% tổng lượng N bón vào Ngoài ra, theo nghiên cứu của Freney

et al (1990) tại Philippines cho thấy, khi urê được bón vào trong nước ruộng thì

bốc thoát NH3 chiếm khoảng 10% đến 56% lượng N bón vào

2.5.1.2 Sự phát thải khí N 2 O và N 2

Nguồn phát thải N2O lớn nhất là từ nông nghiệp, chiếm 67% Nông nghiệp tạo ra phát thải trực tiếp và gián tiếp Khí thải N2O trực tiếp đến từ đất nông nghiệp có bón phân và phân gia súc (42%) Trong khi phát thải N2O gián tiếp là do sự rửa trôi của phân bón (25%) Hoạt động nông nghiệp tạo phát thải 4,5 triệu tấn N2O mỗi năm (Ussiriet al., 2013).

Khí N2O hình thành trong đất từ các tiến trình sinh hoá của vi sinh vật, nitrat hóa và khử nitrat Việc sản xuất N2O được kiểm soát bởi nhiệt độ, độ

pH, khả năng giữ nước của đất, chế độ tưới, lượng phân N, thực hành canh tác, loại đất, nồng độ ôxy, sự hiện diện của các-bon, thực vật, các phương thức sử dụng đất và sử dụng hóa chất (Freney, 1997)

Đạm ở dạng NO3- trong đất là nguồn không thể thiếu cho tiến trình khử

NO3- và sự khử NO3- là nguồn quan trọng của bốc thoát N2 và N2O Đạm NO3được cung cấp bởi vi sinh vật NO3- hóa, được chuyển thành NOx (NO và N2O),

-N2 bởi vi sinh vật khử N2 dưới điều kiện thiếu ôxy (Firestone and Davidson, 1989) Theo Campell andSala-Newby (1993), NO3- thường hiện diện trong môi trường thoáng khí và khô Tiến trình NO3- hóa cần sự hiện diện của ôxy để biến đổi NH4+-N thành NO3- Chính vì vậy, ôxy là yếu tố chính góp phần ảnh hưởng đến tiến trình NO3-

hóa Các chu kỳ khô ngập làm cho đất thoáng khí gia tăng ôxy Một số nghiên cứu cho thấy rằng, N mất đi ở dạng N2O, NO, N2 gia tăng

sau khi đất khô bị ngập nước trở lại (Scholes et al., 1997) Tình trạng khô ngập

luân phiên đã làm cho đất thoáng khí hơn ngập liên tục, làm cho tiến trình NO3

-hóa diễn ra mạnh mẽ hơn dẫn đến N hiện diện ở dạng NO3- nhiều hơn Điều này cũng đồng nghĩa với việc N2 bốc thoát ở tưới ngập khô luân phiên cao hơn Ngược lại, trong điều kiện ngập liên tục, N2 bốc thoát rất ít do hàm lượng NO3-

hiện diện ít Các nghiên cứu trước đây của De Datta et al.(1991) cho rằng, trong

điều kiện ngập liên tục thì N2 bốc thoát ít Những nghiên cứu khác cũng kết luận tiến trình NO3- hóa giảm khi lượng nước trong tế khổng chiếm trên 50% do tăng điều kiện yếm khí trong đất (Firestone and Davidson, 1989)

Theo Zucong Cai et al (1997), phát thải N2O cao hơn so khi sử dụng phân

N ở dạng sulfat amonium so với phân urê với cùng liều lượng Phát thải N2O rất

ít khi ruộng lúa bị ngập, nhưng đạt mức cao khi đất ruộng trở nên khô

Trong canh tác lúa bền vững, nguồn dư thừa thực vật và phân hữu cơ được sử dụng sẽ góp phần giảm lượng phân bón vô cơ và cải thiện các đặc tính

vật lý (Watanabe et al., 2009; Yoo et al., 1988), hóa học và sinh học đất (Kobayashi et al., 2008), tuy nhiên, cũng có thể dẫn đến gia tăng phát thải khí

N2O (Lou et al., 2007) Phân rơm ủ với Trichoderma và phân chuồng đã được

hoai mục khi bón vào đất trong điều kiện yếm khí nhưng mùn giúp các vi sinh vật đất phát triển giúp đất có nhiều ôxy hơn, đây là yếu tố quan trọng làm tăng phát thải N2O (Olk and Cassman, 2002)

2.5.1.3 Sự bốc thoát khí CH 4

Theo kết quả Jiao Y et al (2005), khi nghiên cứu tốc độ phát thải CH4

trên 3 loại đất có chứa đạm ở dạng NH4+-N phát hiện rằng tốc độ phát thải

CH4 tăng so với nghiệm thức đối chứng và kết luận rằng NH4+-N là nguyên nhân chủ yếu ảnh hưởng đến tốc độ phát thải CH4 sau khi urê được đưa vào

trong đất Maninder Kaur Khosa et al (2011) đã báo cáo rằng ở chế độ bón

phân theo truyền thống (bón phân trong điều kiện đất ngập nước liên tục) làm tốc độ bốc thoát CH4 giảm hơn so với chế độ bón thấm là do điều kiện yếm khí mạnh Theo Phạm Văn Kim, 2006, sau khi Eh đất giảm khoảng 0, lượng lưu huỳnh và axit acêtic tăng lên, tiếp theo là có sự phát thải CH4

Dạng phân và liều lượng phân N cũng có ảnh hưởng đến phát thải CH4

Kết quả nghiên cứu của Zucong Cai et al (1997) trên lúa cho thấy, phát thải

CH4 giảm trung bình 42-60% khi bón phân sulfat ammonium và 7-14% khi bón phân urê với tỷ lệ 100 và 300 kgN/ha theo thứ tự so với đối chứng

Mặt khác, theo nghiên cứu tại miền Nam Brazil, nghiệm thức ngập nước liên tục làm giảm 18% tốc độ phát thải CH4 so với nghiệm thức ngập không liên tục Tốc độ phát thải CH4 cao có lẽ là do nhiệt độ đất, đây là một yếu tố ảnh hưởng đến hoạt động của các vi sinh vật, góp phần ảnh hưởng đến tốc độ phát thải CH4 Khí CH4 thường được tìm thấy ở nhiệt độ đất 35oC và tốc độ phát thải rất nhỏ khi nhiệt độ đất dưới 20oC (Yamane and Sato, 1961)

Việc chôn vùi rơm rạ cũng làm gia tăng đáng kể phát thải khí CH4 từ cánh đồng lúa, không phân biệt các loại đất, mùa vụ và giống lúa Hiệu quả của chôn vùi rơm rạ đối với phát thải CH4 chủ yếu được quan sát thấy trong

nửa đầu của thời kỳ tăng trưởng lúa (Watanabe et al., 2009) Các thí nghiệm

của Lindau (1994) cho thấy, bón phân urê cao cũng góp tạo phát thải khí CH4nhiều hơn, có thể là do lượng phân N cao trong điều kiện ngập nước liên tục làm cho vi sinh vật hoạt động mạnh gây phát thải CH4 Kết quả nghiên cứu

của Quin et al (2010) cho thấy, lượng phát thải khí CH4 cao nhất vào giai đoạn sinh trưởng của cây lúa và lượng phát thải giảm rất lớn khi để khô ruộng vào giai đoạn này Theo Yagi và Miami (1990), khi sử dụng vùi rơm thì tốc độ phát thải CH4 tăng từ 2-4 lần so với nghiệm thức đối chứng (không vùi rơm)

2.5.2 Các yếu tố ảnh hưởng lên sự bốc thoát NH 3 , phát thải N 2 O

2.5.2.1 pH nước bề mặt

Sau khi bón phân N vào trong đất, N bị thủy phân tạo thành NH4+ và nước ruộng tích luỹ NH4+ Sự chuyển hoá NH4+ sang NH3 cũng như sự cân bằng giữa NH4+ và NH3 phụ thuộc lớn vào pH của nước ruộng Thành phần

NH4+ và NH3 cân bằng trong nước được gọi chung là ammoniacal-N Nồng độ của NH3 (trong dung dịch) thay đổi tỷ lệ với NH4+, bốc thoát NH3 sẽ tăng 10 lần khi tăng 1 đơn vị pH của dung dịch (lên đến pH = 9) cụ thể là tăng lần lượt

từ 0,1% đến 1%, 10%, 50% khi pH tăng từ 6 đến 7, 8, 9 theo thứ tự (Freney et

al., 1983) Do đó, sự hình thành và bốc thoát NH3 sẽ gia tăng đáng kể cùng với

sự gia tăng pH

2.5.2.2 Nhiệt độ

Hình 2.4: Mối quan hệ giữa các yếu tố môi trường ảnh hưởng đến khả năng bốc

thoát NH 3 (Hayashi et al., 2007)

Nhiệt độ là một trong những yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến sự mất N

vì sự bốc thoát NH3 tăng cùng với sự gia tăng nhiệt độ (Hình 2.4) Khi nhiệt

độ cao sẽ thúc đẩy quá trình bốc thoát NH3 từ nước ra không khí Vì nhiệt độ tăng làm tăng mối tương quan giữa NH3 với NH4+ hiện diện ở pH nhất định,

làm giảm sự hoà tan của NH3 trong nước, và làm tăng sự khuếch tán qua lại của NH3 từ không khí vào nước và ngược lại (Darrel, 1982)

2.5.2.3 Tốc độ gió

Phân N có ảnh hưởng quan trọng đối với nồng độ ammoniacal-N trong nước, ảnh hưởng rõ đến sự bốc thoát NH3 Sự mất NH3 thường cao nhất là khi bón phân urê và ammonium sulphate 2-3 tuần sau khi cấy lúa Tốc độ bốc thoát NH3 sẽ thấp hơn nhiều đối với việc bón phân ammonium sulphate và urê một vài ngày trước khi lúa bắt đầu làm đòng (tức khoảng 50 đến 60 ngày sau khi sạ) Lý do là tán cây lúa làm giảm tốc độ gió vì thế làm giảm khả năng trao đổi khí NH3 giữa mặt nước và không khí Tán cây lúa che mặt nước do đó làm giảm sự phát triển của tảo dẫn đến pH nước ruộng thấp hơn và biên độ dao động cũng nhỏ hơn so với những cánh đồng không hoặc ít lúa (FAO, 2001)

2.5.2.4 Mực nước

Theo De Datta (1987,) khi bón phân N tại mực nước 2,5 cm thì nồng độ N-NH4+ là 0,3 gN/m2 sau ngày đầu tiên đến ngày thứ 2 và tăng lên 0,4 gN/m2trong ngày thứ 3 và mất hết vào ngày thứ 15 Ở mực nước ruộng 5 cm khi bón phân cũng cho kết quả tương tự Ngoài ra, nghiên cứu về những ảnh hưởng của mực nước đến tốc độ khác nhau về bốc thoát NH3 và mất N tổng cộng từ những cánh đồng lúa sau khi bón N cho thấy NH3 bị mất với tốc độ nhanh ở mực nước cạn 0,05 m so với mực nước sâu 0,14 m Điều này là do ở mực nước cạn có nồng độ N-NH4+ và nhiệt độ cao hơn Kết quả cho thấy, khoảng 26% lượng phân N bị mất ở dạng NH3 từ nơi nước cạn 0,05 m và chỉ có 18% là ở nước sâu 0,14 m Mặc dù khi thay đổi mực nước thì có sự ảnh hưởng rõ ràng đến tốc độ bốc thoát NH3, nhưng chúng không ảnh hưởng có ý nghĩa đến tổng cộng N bị mất Kết quả cho thấy rằng, thói quen canh tác chỉ dựa vào sự thay đổi mực nước không thể đem lại việc tăng hiệu quả sử dụng phân N cho đồng ruộng (Freney, 1988)

2.6 Tình hình canh tác lúa tại ĐBSCL

Cây lúa là một trong số các loại cây lương thực chính trên thế giới

(Grierson et al., 2011) Ở ĐBSCL, mặc dù với diện tích đất đai chỉ chiếm

12,1% diện tích của cả nước, nhưng sản lượng lúa chiếm khoảng 51,5% và đóng góp hơn 90% lượng gạo xuất khẩu của cả nước (Nguyễn Ngọc Đệ, 2008,

Trần Sĩ Nam và ctv, 2014) Diện tích canh tác lúa của ĐBSCL năm 2015 là

4,308 triệu ha với năng suất trung bình 5,96 tấn/ha, có sản lượng đạt xấp xỉ 25,7 triệu tấn lúa (Cục Trồng trọt, 2015)

Hiên nay, nông dân ĐBSCL có xu hướng canh tác 3 vụ lúa/năm ngày càng tăng nếu điều kiện canh tác cho phép cũng như chọn được giống có thời

như mưa lũ và xâm nhập mặn, ví dụ, giống IR50404 được nông dân ưa chuộng

do có thời gian sinh trưởng ngắn phù hợp với canh tác 3 vụ/năm, thích nghi rộng, dễ canh tác, cho năng suất cao và được tiêu thụ dễ dàng (Vũ Anh Pháp

và ctv., 2015) Canh tác 3 vụ lúa/năm làm cho thời gian nghỉ giữa hai vụ quá

gần nhau, rơm rạ hầu như được đốt hoặc vùi xuống ruộng kết hợp với việc duy trì ngập nước liên tục trong suốt vụ Tương ứng với diện tích canh tác và sản lượng lúa thì lượng rơm thải bỏ, chôn vùi trong ruộng hoặc đốt hằng năm ở ĐBSCL là rất lớn, nhất là chôn vùi rơm rạ trong điều kiện yếm khí sẽ sản sinh

ra nhiều độc tố gây hại cho cây lúa và tăng cường phát thải CH4 góp phần gây hiệu ứng nhà kính Theo ước tính thì lượng rơm phát sinh năm 2011 của toàn vùng ĐBSCL là 26,23 triệu tấn và tỷ lệ diện tích đất canh tác lúa có chôn vùi

rơm rạ trong vụ Thu Đông là khá cao (26,1%)(Trần Sĩ Nam và ctv, 2014)

Phương pháp gieo trồng lúa phổ biến tại ĐBSCL hiện nay là gieo sạ trực tiếp trên đồng ruộng với lượng hạt giống tương đối cao (khoảng hơn 120 kg hạt/ha) so với lượng giống gieo sạ được khuyến cáo là từ 80-100 kg hạt/ha (BBT, 2016)

Vai trò của phân bón hết sức quan trọng trong thâm canh tăng năng suất lúa Không có phân bón là không có năng suất gia tăng Trong 3 nguyên tố phân đa lượng N, P, K trong thâm canh lúa ở ĐBSCL thì phân N góp phần làm tăng năng suất khoảng 40-45%, phân lân góp phần khoảng 20-30% và phân kali góp phần khoảng 5-10% Đối với đất phù sa ngọt ĐBSCL, là vùng lúa chủ lực cho năng suất rất cao và phản ứng với phân N cũng rất cao, phân N được khuyến cáo sử dụng khoảng 100-120 kgN/ha trong vụ Đông Xuân và 80-100 kgN/ha trong vụ Hè Thu Nhưng thực tế người dân đã sử dụng cao hơn mức khuyến cáo này, đặc biệt trong vụ Hè Thu người dân còn sử dụng cao hơn cả

vụ Đông Xuân (Phạm Sỹ Tân, 2008) Việc sử dụng phân N cao sẽ làm bốc thoát N2O nhiều hơn, góp phần gia tăng hiệu ứng nhà kính Zucong Cai et al

(1997)