Nghiên cứu quản lý nước tiết kiệm trên ruộng lúa vùng đồng bằng sông hồng thí điểm tại xã phú thịnh, huyện kim động, tỉnh hưng yên​

Các nghiên cứu chỉ ra rằng bằng các biện pháp thủy lợi, rút nước trong một số giaiđoạn của việc trồng lúa có thể giảm từ 20÷44% lượng phát thải khí CH4 so với kỹthuật tưới truyền thống..

BẢN CAM KẾT

Tôi là Trịnh Hồng Quân xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, cáckết quả nghiên cứu được trình bày trong luận văn là trung thực, khách quan có nguồngốc rõ ràng và chưa từng dùng để công bố trước đây

Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn đã được cám ơn,các thông tin trích dẫn trong luận văn này đều được chỉ rõ nguồn gốc

Hà Nội, ngày tháng năm

2019

Tác giả

Trịnh Hồng Quân

LỜI CẢM ƠN

Trong suốt thời gian học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận văn, tôi đã nhận được sựhướng dẫn, chỉ bảo tận tình của các thầy cô giáo, sự giúp đỡ, động viên của bạn bè,đồng nghiệp và gia đình

Nhân dịp hoàn thành luận văn, cho phép tôi được bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâusắc tới TS Lê Xuân Quang - Phó viện trưởng - Viện Nước, Tưới tiêu & Môi trường vàcác thầy cô trong khoa Kỹ Thuật Tài Nguyên Nước của trường Đại học Thủy lợi đãtận tình hướng dẫn, dành nhiều công sức, thời gian và tạo điều kiện cho tôi trong suốtquá trình học tập và thực hiện đề tài

Tôi xin chân thành cảm ơn tập thể lãnh đạo, cán bộ viên chức Viện Nước, Tưới tiêu &Môi trường đã giúp đỡ và tạo điều kiện cho tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài

Xin chân thành cảm ơn gia đình, người thân, bạn bè, đồng nghiệp đã tạo mọi điều kiệnthuận lợi và giúp đỡ tôi về mọi mặt, động viên khuyến khích tôi hoàn thành luận văn

Hà Nội, ngày tháng năm 2019

Tác giả

Trịnh Hồng Quân

ii

Khí nhà kính

Hệ thống canh tác lúa cải tiếnTrạm khí tượng nông nghiệpChương trình Phát triển Liên Hợp Quốc

Tổ chức thương mại thế giớiĐồng bằng sông Hồng

Cơ chế phát triển sạchKhu khô kiệt

Khu khô vừaKhu truyền thống

Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

1 Tính cấp thiết của đề tài 1

2 Mục tiêu nghiên cứu 2

3 Phạm vi nghiên cứu 2

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU VÀ KHU VỰC NGHIÊN CỨU 3

1.1 Tổng quan vấn đề nghiên cứu 3

1.1.1 Mối quan hệ giữa nước tưới và cây trồng 3

1.1.2 Tổng quan tình hình quản lý nước tiết kiệm trên Thế giới và Việt Nam 4

1.1.3 Tổng quan tình hình nghiên cứu phát thải khí nhà kính trong sản xuất lúa 15

1.1.4 Cơ chế hình thành khí nhà kính 21

1.2 Đặc điểm tự nhiên-kinh tế xã hội khu vực khu vực nghiên cứu 25

1.2.1 Khái quát đặc điểm vùng đồng bằng sông Hồng 25

1.2.2 Nghiên cứu lựa chọn địa điểm xây dựng mô hình 28

1.2.3 Khái quát điều kiện tự nhiên xã Phú Thịnh 29

1.2.4 Hiện trạng kinh tế- xã hội xã Phú Thịnh 33

1.2.5 Nhận xét và đánh giá chung 38

CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 39

2.1 Phương pháp kế thừa 39

2.2 Phương pháp bố trí thí nghiệm và đánh giá đồng ruộng 39

2.2.1 Nguyên tắc bố trí và cách bố trí thí nghiệm 39

2.2.2 Xây dựng mô hình thí nghiệm 46

2.2.3 Mùa vụ, giống lúa, mật độ gieo trồng và phân bón 52

2.2.4 Chỉ tiêu đánh giá 53

2.3 Phương pháp phân tích trong phòng thí nghiệm 54

2.3.1 Phân tích năng suất lúa 54

2.3.2 Phân tích, tính toán khí nhà kính 55

2.4 Phương pháp phân tích xử lý số liệu 58

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 59

3.1 Kết quả đo đạc, quan trắc các thông số của mô hình 59

3.1.1 Lượng mưa và nhiệt độ 59

3.1.2 Độ ẩm 60

3.1.3 Mực nước trên kênh, ô ruộng 61

iv

3.1.4 Lượng phát thải khí nhà kính 63

3.2 Đánh giá mô hình quản lý nước tiết kiệm 65

3.2.1 Đánh giá mối quan hệ giữa chế độ tưới với phát thải khí nhà kính 65

3.2.2 Đánh giá mối quan hệ giữa chế độ tưới với năng suất cây trồng 68

3.2.3 Đánh giá hiệu quả mô hình 71

3.3 Đề xuất biện pháp quản lý nước tiết kiệm trên đồng ruộng vùng đồng bằng sông Hồng 75 3.3.1 Quy trình quản lý nước mặt ruộng 75

3.3.2 Quy trình kỹ thuật phục vụ quản lý nước mặt ruộng 80

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 84

1 Kết luận 84

2 Kiến nghị 85

TÀI LIỀU THAM KHẢO 86

MỤC LỤC BẢNG

Bảng 1.1: Phát thải khí nhà kính năm 2010 trong lĩnh vực nông nghiệp 17

Bảng 1.2: Hiện trạng sử dụng đất các xã Phú Thịnh 32

Bảng 1.3: Kết quả phân tích mẫu đất tại khu vực nghiên cứu 33

Bảng 1.4: Thống kê dân số xã Phú Thịnh tính đến 12/2017 34

Bảng 1.5: Hiện trạng lao động xã Phú Thịnh tính đến tháng 12/2017 35

Bảng 2.1: Diện tích các ô ruộng điển hình 40

Bảng 2.2: Giống, mật độ và thời vu gieo cấy khu vực nghiên cứu 52

Bảng 2.3: Các chỉ tiêu đánh giá các đặc điểm sinh trưởng, phát triển của lúa 53

Bảng 3.1: Tổng hợp hệ số phát thải CH4 và mực nước ruộng xuân mùa 2017 66

Bảng 3.2: Tổng hợp hệ số phát thải CH4 và mực nước ruộng vụ mùa 2017 66

Bảng 3.3: Cường độ phát thải khí mê tan trung bình 2 vụ năm 2017 68

Bảng 3.4: Các chỉ tiêu cấu thành năng suất lúa năm 2017 68

Bảng 3.5: Tổng hợp lượng nước tưới và năng suất 70

Bảng 3.6: Bảng tổng hợp đánh giá hiệu quả kinh tế 71

Bảng 3.7: Lượng phát thải khí nhà kính theo các công thức 72

Bảng 3.8: Lượng bơm tưới mặt ruộng cho từng khu thí nghiệm vụ xuân 2017 73

Bảng 3.9: Lượng bơm tưới mặt ruộng cho từng khu thí nghiệm vụ mùa 2017 74

Bảng 3.10: Lượng nước tưới năm 2017 75

Bảng 3.11: Tổng hợp quy trình quản lý nước cho lúa vụ xuân (110 ngày) 77

Bảng 3.12:Tổng hợp quy trình quản lý nước cho lúa mùa (95 ngày) 79

vi

MỤC LỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1: Phát thải khí nhà kính năm 2010 trong lĩnh vực nông nghiệp 20

Hình 1.2: Sơ đồ phân hủy Xenlulozơ 22

Hình 1.3: Sơ đồ phân giải các hợp chất hữu cơ chứa N 24

Hình 1.4: Vị trí địa lý vùng đồng bằng sông Hồng 26

Hình 1.5: Vị trí khu bố trí thí nghiệm 29

Hình 1.6: Trạm bơm và kênh khu thí nghiệm 37

Hình 1.7: Sơ đồ tổ chức của Hợp tác xã dịch vụ nông nghiệp Phú Thịnh 38

Hình 2.1 Sơ đồ khu thí nghiệm từ ảnh vệ tinh 40

Hình 2.2: Sơ đồ lấy nước cho các khu thí nghiệm 42

Hình 2.3: Sơ đồ quy trình tưới vụ Xuân ô khô kiệt (S) 43

Hình 2.4: Quy trình tưới vụ mùa -ô khô kiệt (S) 44

Hình 2.5: Quy trình tưới vụ xuân -ô khô vừa (W) 45

Hình 2.6: Quy trình tưới vụ mùa - ô khô vừa (W) 46

Hình 2.7: Quy trình tưới vụ xuân - ô truyền thống (C) 46

Hình 2.8: Quy trình tưới vụ mùa - ô truyền thống (C) 46

Hình 2.9: Vị trí các cống điều tiết 47

Hình 2.10: Hiện trạng và sau khi hoàn thành cống điều tiết 48

Hình 2.11: Thi công bờ bao chống thoát nước 48

Hình 2.12: Thiết bị đo mực nước trên mặt ruộng 49

Hình 2.13: Thiết bị đo mực nước trên mặt kênh (trái), thiết bị đo độ ẩm 50

Hình 2.14: Thiết bị đo và đùng đựng bảo vệ thiết bị tại ruộng 50

Hình 2.15: Chember và thiết bị lấy khí nhà kính đầy đủ 51

Hình 2.16: Thiết bị đo khí tượng thủy văn 52

Hình 2.17: Lấy mẫu khí trong mô hình lúa hàng hóa xã Phú Thịnh 57

Hình 3.1: Biểu đồ lượng mưa và nhiệt độ vụ xuân năm 2017 59

Hình 3.2: Biểu đồ lượng mưa và nhiệt độ vụ mùa năm 2017 60

Hình 3.3: Biểu đồ độ ẩm vụ xuân năm 2017 61

Hình 3.4: Biểu đồ độ ẩm vụ mùa năm 2017 61

Hình 3.5: Mực nước trong kênh, lượng mưa và lượng bơm tưới vụ xuân 2017 62

Hình 3.6: Mực nước trong kênh, lượng mưa và lượng bơm tưới vụ mùa 2017 62

Hình 3.7: Mực nước trên các ô ruộng vụ xuân 2017 63

Hình 3.9: Biểu đồ phát thải khí CH4 vụ xuân 2017 64

Hình 3.10: Biểu đồ phát thải khí CH4 vụ mùa 2017 64

Hình 3.11: Diễn biến cường độ phát thải khí mêtan trung bình vụ xuân theo 3 công thức 65

Hình 3.12: Diễn biến cường độ phát thải khí mêtan trung bình vụ mùa theo 3 công thức 65

Hình 3.13: Cường độ phát thải khí mêtan trung bình 2 vụ năm 2017 68

Hình 3.14: Lượng nước tưới trung bình trên 1ha năm 2017 75

Hình 3.15: Quy trình quản lý nước vụ xuân – vùng ĐBSH 77

Hình 3.16: Quy trình quản lý nước mặt ruộng vụ mùa – vùng ĐBSH 79

Hình 3.17: Lắp đặt ống dẫn nước 81

Hình 3.18: Lắp đặt ống quan sát mực nước trên ruộng 82

Hình 3.19: Theo dõi nước trong ống quan sát 83

viii

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Ở nước ta, nông nghiệp là ngành sử dụng nước nhiều nhất Theo thống kê, lượng nước

sử dụng hàng năm cho sản xuất nông nghiệp vào khoảng 93 tỷ m3, cho công nghiệpkhoảng 17,3 tỷ m3, cho sinh hoạt là 3,09 tỷ m3 và cho ngành dịch vụ là 2,0 tỷ mét.Trong tương lai đến năm 2030, cơ cấu dùng nước giữa các ngành sẽ thay đổi theo xuhướng: nông nghiệp 75%, công nghiệp 16% và ngành dịch vụ, tiêu dùng là 9% Trongsản xuất nông nghiệp thì nước dùng cho canh tác lúa là chủ yếu; tập quán canh tác lúanước truyền thống của người dân hiện nay thường sử dụng rất nhiều nước Lượngnước tưới mặt ruộng hàng vụ tiêu tốn từ 4500-5500 m3/ha vụ hè thu và 5500-6500 m3/

ha vụ chiêm xuân, chưa kể lượng nước lãng phí do quản lý nước tưới không hiệu quả.Theo thống kê năm 2017, tổng diện tích đất trồng lúa được tưới đạt trên 7,8 triệu ha(vụ Đông Xuân 3,12 triệu ha, Hè Thu 2,11 triệu ha, Mùa 1,97 triệu ha, Thu Đông0,615 triệu ha), tập trung chủ yếu tại vùng Đồng bằng sông Hồng (ĐBSH), ven biểnmiền Trung và Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL) Lượng nước sử dụng hàng năm

ít nhất cũng khoảng 46,8 tỷ m3 nước

Theo kết quả kiểm kê phát thải khí nhà kính (KNK) của Việt Nam năm 2000, ngànhnông nghiệp là ngành có lượng phát thải KNK cao nhất với lượng phát thải là 65,09triệu tấn CO2 chiếm 43,1% tổng lượng phát thải KNK, trong ngành nông nghiệp khuvực trồng lúa là khu vực có lượng phát thải lớn nhất với lượng phát thải chiếm 57,5%tổng lượng phát thải ngành nông nghiệp Ước tính đến năm 2030 tổng lượng phát thảiKNK lên tới 96,7 triệu tấn Như vậy, nếu không có các giải pháp giảm phát thải KNKthì ngành nông nghiệp vẫn tiếp tục là ngành phát thải KNK chiếm tỷ trọng cao

Các nghiên cứu chỉ ra rằng bằng các biện pháp thủy lợi, rút nước trong một số giaiđoạn của việc trồng lúa có thể giảm từ 20÷44% lượng phát thải khí CH4 so với kỹthuật tưới truyền thống

Hiện nay, Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn (BNNPTNT) đã thực hiện nhiềugiải pháp đồng bộ để phát triển nông nghiệp mang lại năng suất cao, phát thải thấp và

Đồng bằng sông Hồng - Thí điểm tại xã Phú Thịnh, huyện Kim Động, tỉnh Hưng Yên

có ý nghĩa khoa học và thực tiễn cao

2 Mục tiêu nghiên cứu

Xác định được chế độ quản lý nước tiết kiệm cho lúa giúp giảm phát thải khí nhà kính(CH4) vùng Đồng bằng sông Hồng, từ đó làm cơ sở đề xuất quy trình quản lý nước tiếtkiệm trên ruộng lúa vùng Đồng bằng sông Hồng

3 Phạm vi nghiên cứu

Phạm vi nghiên cứu là vùng đồng bằng sông Hồng gồm 10 tỉnh, thành phố bao gồm:

Hà Nội, Hải Phòng, Hải Dương, Hưng Yên, Bắc Ninh, Vĩnh Phúc, Thái Bình, HàNam, Nam Định và Ninh Bình

2

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU VÀ KHU VỰC NGHIÊN CỨU

1.1 Tổng quan vấn đề nghiên cứu

1.1.1 Mối quan hệ giữa nước tưới và cây trồng

Nước là nhân tố sinh thái quan trọng bậc nhất đối với tất cả các cơ thể sống trên TráiĐất Thực vật không thể sống thiếu nước Chỉ cần giảm chút ít hàm lượng nước trong

tế bào đã gây ra sự kìm hãm đáng kể những chức năng sinh lý quan trọng như quanghợp, hô hấp và do đó ảnh hưởng đến sự sinh trưởng của cây Vai trò sinh lý của nướcđối với cây là rất phức tạp, nhưng được phản ánh tập trung như sau:

Nước được xem như là thành phần quan trọng xây dựng nên cơ thể cây trồng Trongchất nguyên sinh hàm lượng nước chiếm 90% trọng lượng và nó quyết định tính ổnđịnh cấu tạo nguyên sinh chất cũng như các biến đổi của các trạng thái keo sinh chất

Nước là dung môi đặc biệt cho các phản ứng hóa sinh sảy ra trong cây, là nguyên liệuquan trọng cho một số phản ứng Chẳng hạn nước tham gia vào phản ứng quang hợp

va oxi hóa nguyên liệu hô hấp giải phóng năng lượng cung cấp cho các quá trình sốngkhác; nước tham gia vào hàng loạt các phản ứng thủy phân quan trọng như thủy phântinh bột, protein, v.v…

Nước trong cây là môi trường hòa tan tất cả các chất khoáng lấy từ đất lên và tất cả cácchất hưu cơ trong cây như các sản phẩm quang hợp, các vitamin, các phytohormon,các enzym,v.v… Và vận chuyển lưu thông đến tất cả tế bào, các mô cơ và các cơ quantrọng trong cơ thể Chính vì vậy mà nước đã đảm bảo mối quan hệ mật thiết và hài hòagiữa các cơ quan trong cơ thể như là một chỉnh thể thống nhất Nước tham gia vậnchuyển các sản phẩm hữu cơ về dữ trữ lại ở cơ quan có giá trị kinh tế, v.v…

Nước trong cây còn là chất điều chỉnh nhiệt độ, nhất là gặp nhiệt độ không khí cao,nhờ quá trình bay hơi nước làm giảm nhiệt độ ở bề mặt lá tạo điều kiện cho quá trìnhquang hợp và các hoạt động sống khác tiến hành thuận lợi

Nước được xem như là một chất dự trữ trong thân và lá, nhờ đó mà sống được trong

Tế bào thực vật bao giờ cũng duy trì một sức trương nhất định Nhờ sức trương nướckhi tế bào ở trạng thái no nước mà cây luôn ở trạng thái tươi tỉnh, rất thuận lợi cho cáchoạt động sinh lí, quá trình sinh trưởng và phát triển của cây.

Rõ ràng, nước vừa tham gia cấu trúc nên cơ thể thực vật, vừa quyết định các biến đổisinh hóa và các hoạt động sinh lí trong cây cũng như quyết định sinh trưởng, phát triểncủa cây Chính vì vậy mà nước được xem là yếu tố sinh thái quan trọng nhất đảm bảo

và quyết định năng suất cây trồng

Nước thực hiện được các chức năng quan trọng của nó ở trong cây là nhờ có nhữngđặc tính lý hóa đặc thù Chẳng hạn, nước so tính dẫn nhiệt cao nên có tác dụng điềuchỉnh được nhiệt trong cây Nước có sức căng bề mặt lớn giúp cho quá trình hấp thụ

và vận chuyển vật chất trong cây được dễ dàng Nước có thể cho anh sáng xuyên quanên các thực vật thủy sinh mới có thể quang hợp thủy tồn tại Nước có tính phân cực

rõ ràng, nên trong chất nguyên sinh nó gây ra hiện tượng thủy hóa, tạo nên màng nướcbao quanh keo nguyên sinh chất và duy trì sự ổn định về cấu trúc keo nguyên sinhcũng như đảm bảo khả năng hoạt động sống của chúng Nước có vai trò quan trọng đốivới cây như vậy, nên trong đời sống của cây, chúng tiêu phí một khối lượng nướckhổng lồ Để tạo nên 1g chất khô cây cần đến hàng trăm gam nước Để hình thành nên1kg chất khô cây lúa cần trên 300kg nước; Cây mía cần trên 200kg nước, còn cây lạccần trên 400kg nước…Như vậy, phần lớn lượng nước cây trồng hấp thụ vào bị mất điquá trình bay hơi nước, cây chỉ giữ lại một phần nước rất nhỏ để tạo nên các sản phẩmhữu cơ Đối với các cây trồng, trong hầu hết các điều kiện luôn luôn có một chế độnước tối ưu Bất kỳ một sự thay đổi nào về chế độ ẩm tối ưu đều dẫn đên sinh trưởng

và năng suất giảm xuống

1.1.2 Tổng quan tình hình quản lý nước tiết kiệm trên Thế giới và Việt Nam

1.1.2.1 Tổng quan tình hình quản lý nước tiết kiệm trên ruộng lúa Thế giới

Hiện nay trên toàn thế giới có 3.800 tỷ m3 nước được khai thác sử dụng, trong đó có2.700 tỷ m3 (chiếm 70%) được sử dụng trong tưới tiêu nông nghiệp Tuy nhiên, nhucầu nước sử dụng trong tưới tiêu nông nghiệp lại thay đổi tùy thuộc vào điều kiện tựnhiên, cơ cấu kinh tế và dân số của từng khu vực, quốc gia Ví dụ: Gần 95% lượngnước tại các nước đang phát triển được sử dụng để tưới tiêu cho nông nghiệp Trong

4

khi đó tại các nước phát triển như Hy Lạp, Tây Ban Nha, Bồ Đào Nha lượng nướcđược sử dụng để tưới tiêu cho nông nghiệp lần lượt chiếm 88%, 72%, 59% Tùy theođiều kiện cung cấp nước, địa hình, đất trồng lúa có thể phân chia làm các loại như sau:đất lúa đồng bằng được tưới (chiếm khoảng 79 triệu ha), đất lúa nhờ nước mưa ( 54triệu ha), đất lúa ngập nước quanh năm (11 triệu ha), đất lúa nương rẫy (14 triệu ha).Trong số 79 triệu ha đất lúa thuộc khu vực đồng bằng được tưới cung cấp cho thế giới75% tổng sản lượng lúa của thế giới [3] Như vậy nước đóng một vai trò quan trọngtrong nền nông nghiệp toàn thế giới song có một thực tế đó là hiện nay nguồn nướcngầm đã giảm mạnh và cạn kiệt ở 20 nước với dân số chiếm tới 50% dân số thế giới.Nạn khan hiếm nước cho nông nghiệp tại 3 nước sản xuất ngũ cốc hàng đầu thế giới là

Mỹ, Trung Quốc, Ấn Độ đặc biệt đáng lo ngại Liên Hợp Quốc khẳng định Châu Á cóthể đối mặt với tình trạng thiếu lương thực triền miên nếu không tiến hành một cuộccách mạng triệt để thói quen sử dụng nước Châu Á sở hữu tới 70% diện tích đất đượctưới của thế giới vì vậy người nông dân phải tự chịu trách nhiệm về việc đưa nước vàođồng ruộng của họ Phần lớn nông dân chỉ sử dụng những thiết bị bơm nước vàphương pháp tưới tiêu lạc hậu, không hiệu quả nhưng lại có thể lấy một lượng nướckhông hạn chế vào đồng ruộng khiến các nguồn nước ngày một cạn kiệt Nếu thóiquen này vẫn tiếp diễn thì khủng hoảng lương thực sẽ bùng phát khắp Châu Á Nếu cứ

sử dụng nước như hiện nay, khu vực Nam Á sẽ cần thêm 57% nước để tưới tiêu đồngruộng, còn các nước Đông Á cần thêm 70%

Nguồn nước cung cấp cho nền nông nghiệp có tưới thậm chí còn bị cắt giảm nhiều hơn

do phải cạnh tranh với các ngành dùng nước khác như cấp nước sinh hoạt, cấp nướccông nghiệp v.v Trong bối cảnh nhu cầu lương thực gia tăng cùng với sự gia tăngcủa dân số thế giới, biến đổi khí hậu cũng như sự suy giảm nguồn nước đã dẫn tới mộtthách thức lớn cho ngành nông nghiệp toàn cầu, đòi hỏi cần tìm kiếm các giải phápnhằm tăng hiệu quả sử dụng nước (sản xuất lượng lương thực nhiều hơn trên một đơn

vị nước tưới)

Diện tích đất canh tác trên thế giới khoảng 1.500 triệu ha, trong đó có 288 triệu ha(chiếm 19%) hiện nay được tưới tiêu Kỹ thuật tưới khô ướt xen kẽ đang gia tăng tạinhiều nước Châu Á

Ở Trung Quốc do giảm nguồn cung cấp nước cho nông nghiệp, nên phương pháp tiếtkiệm nước tưới cho lúa đã được thử nghiệm, áp dụng và mở rộng ở các vùng khác nhaucủa đất nước Ba loại chính của tưới tiết kiệm nước (WEI) cho chế độ canh tác lúa là kếthợp lớp nước nông có làm ướt và làm khô (SWD), làm ướt và làm khô xen kẽ (AWD) vàbán khô (SDC) Dựa trên các kết quả của các thí nghiệm so với tưới lúa truyền thống(TRI), việc sử dụng nước tưới đã được giảm 3÷18%, 7÷25% và 20÷50%

tương ứng SWD, AWD và SDC Do việc áp dụng các WEI, hiện tượng thấm và rò rỉthất thoát giảm, bên cạnh đó việc tận dụng lượng mưa tốt hơn

Tại Pakistan, lúa là cây lương thực quan trọng và được trồng trên diện tích 2,52 triệu

ha với sản lượng hàng năm của 5,20 triệu tấn Theo tập quán và sử dụng nước truyềnthống, nông dân áp dụng nhiều nước hơn cho cây lúa so với yêu cầu thực tế cây trồng

Để tiết kiệm nước, lúa được trồng trên nền và rãnh nơi mà sử dụng nước ít hơn so vớiphương pháp truyền thống Các kết quả của các thí nghiệm thực hiện trong ba năm chothấy hiệu quả sử dụng nước cho lúa theo hệ thống có đáy rãnh có thể được tăng lênđến 0,39 kg/m3 nước so với 0,20 kg/m3 thông thường được thu theo phương pháp tướitruyền thống Cấy hai hàng cây lúa trên nền (khoảng cách 22 cm) kết hợp với rãnh đãtiết kiệm 32% nước

Nghiên cứu ở Mỹ được tiến hành ở các bang Texas, Missouri, Louisiana và Arkansas

đã đi đến các kết luận, Lúa có thể sinh trưởng và phát triển trong điều kiện tưới dải,tưới rãnh hay tưới phun nhưng không kinh tế trong điều kiện của Mỹ Việc giảm năngsuất là yếu tố quyết định của biện pháp tưới ẩm này Do vậy, trong trường hợp thiếunước thì tốt nhất là nên theo phương pháp tưới nông lộ phơi hơn là tưới ẩm Kết luậnquan trọng được rút ra từ các nghiên cứu này là:

Cây lúa trong điều kiện tưới ẩm thường giảm năng suất tỉ lệ thuận với việc giảm lượngnước tưới, đặc biệt là trong các giai đoạn cây lúa nhạy cảm đối với việc thiếu nước

Năng suất lúa trung bình đối với tưới ẩm thường thấp hơn năng suất lúa tưới ngập là20% trong điều kiện tương tự về chăm sóc đất đai và bón phân Trong điều kiện tốtnhất năng suất này cũng giảm từ 10÷50%

6

Tuy nhiên đối với các giống lúa năng suất thấp, sự khác nhau giữa tưới ngập và tướiphun được giảm nhỏ.

Sự khác nhau giữa tưới ngập và tưới không ngập thay đổi từ 20÷50% tùy thuộc vàoloại đất, mưa, và công tác quản lý nước của hệ thống

Thời gian giữa các lần tưới rất quan trọng đối với tưới không ngập vì nếu áp dụng thờigian tưới hợp lý sẽ tránh được stress đối với lúa và tăng được lượng nước mua hiệuquả

Tại Nhật Bản các nhiên cứu cho thấy phơi ruộng vào giữa giai đoạn sinh trưởng củalúa được công nhận là yếu tố tăng năng suất lúa Biện pháp này đã được áp dụng từnhững năm cuối thập kỷ 60 và ngày nay đã trở thành phổ biến ở Nhật Bản Tuy nhiên,việc nghiên cứu biện pháp nông lộ phơi mới được các nhà khoa học Nhật Bản quantâm nghiên cứu của Anbumozhi và các đồng sự được tiến hành vào năm 1998 Bằngbiện pháp tưới nông lộ phơi với nước mặt ruộng tối đa là 90 mm, áp dụng 30 ngày saukhi cấy và cho kết quả như sau:

Năng suất lúa không giảm so với tưới ngập

Chỉ số sản phẩm lúa trên một đơn vị nước của phương pháp tưới nông lộ phơi là 1,26kg/m3 so với 0,96 kg/m3 của phương pháp tưới ngập

Việc tiết kiệm nước mà không làm giảm năng suất có thể thực hiện được khi duy trìmột chế độ nước trong điều kiện ngập–lộ hợp lý

Tại Ấn Độ thì các nghiên cứu ở đây được tiến hành trong 3 thập kỷ qua về một loạt cácbiện pháp tưới (tưới ngập truyền thống, tưới nông lộ phơi và một số các biện phápkhác) trên hầu hết các khu vực thuộc các hệ thống tưới chính trên toàn Ấn Độ đã điđến một số kết luận sau đây:

- Kết quả tại tất cả các khu thí nghiệm đều cho thấy có sự tăng năng suất lúa và giảmlượng nước tưới khi áp dụng biện pháp tưới nông lộ phơi so với biện pháp tưới ngậpliên tục hay các phương pháp khác Tuy nhiên tỉ lệ tăng năng suất hay tỉ lệ giảm mức

tưới có sự khác nhau rất lớn tùy theo kết quả thí nghiệm tại từng vùng và từng địa

phương Giải thích cho sự khác nhau về kết quả thí nghiệm gồm 3 lý do sau:

- Sự khác nhau về sự tăng năng suất là do sự không đồng nhất về các yếu tố chi phối khác như giống, khí hậu, loại đất, và lượng phân bón, sâu bệnh, v.v…

- Sự khác nhau về lượng nước tiết kiệm được là do chế độ mưa (lượng và sự phân bố)loại đất và vị trí thí nghiệm ở các khu vực thí nghiệm là yếu tố chi phối sự

khác nhau này

- Các kết luận chung cho các thí nghiệm này chủ yếu xoay quanh việc khẳng định biệnpháp tưới nông lộ phơi đã tiết kiệm được một lượng nước tưới từ 10% đến 77% so vớitưới ngập truyền thống Năng suất lúa cũng tăng từ 20% đến 87%

1.1.2.2 Tổng quan tình hình quản lý nước tiết kiệm trên ruộng lúa ở Việt Nam

Lúa nước được người dân Việt Nam trồng cấy hàng ngàn đời nay Đã từ lâu, cây lúa

đã trở thành cây lương thực chủ yếu, có ý nghĩa quan trọng trong nền kinh tế và xã hộicủa nước ta Với vị trí trải dài trên 5 vĩ độ, từ Bắc vào Nam đã hình thành những đồngbằng châu thổ trồng lúa phì nhiêu, cung cấp nguồn lương thực chủ yếu để nuôi sốngtrên 90 triệu người

Trước năm 45, diện tích trồng lúa ở 2 đồng bằng Bắc Bộ và Nam Bộ là 1,8 triệu và 2,7triệu ha với sản lượng thóc tương ứng 2,4 và 3,0 triệu tấn Năng suất bình quân 13tạ/ha Đến năm 1974, năng suất lúa đạt 51,4 tạ/ha/năm

Ở miền Nam vào giữa những năm 60, các giống lúa của viện IRRI như IR8, IR5, ĐàiTrung 1, IR20, IR22,v.v cũng đã nhập nội Đến năm 1973, diện tích cấy giống lúamới đã lên tới 890.000 ha với năng suất toàn vùng 24,8 tạ/ha

Bình quân lương thực quy thóc năm 1976 là 274 kg/người/ năm 1990 là 325kg/người/năm và 1994 là 346 kg/người/năm

Việt Nam được cho là nước có tài nguyên dồi dào Tuy nhiên, trong số hơn 830 tỉ m3nước được hình thành hàng năm, có 2/3 được hình thành bên ngoài lãnh thổ Điều nàykhông đảm bảo sự ổn định về nguồn nước hàng năm vì sự phụ thuộc vào tỉ lệ khai

8

thác, sử dụng nước của các vùng thượng nguồn Mặt khác trong số gần 300 tỉ m3 nướcđược hình thành trong nội địa, sự phân bố rất không đồng đều cả theo không gian vàthời gian đã làm cho nhiều vùng rất khan hiếm nước.

Bên cạnh đó, nhu cầu nước của các ngành kinh tế như công nghiệp, thủy sản, giaothông thủy, du lịch,v.v ngày càng gia tăng làm cho tình hình cấp nước càng trở nênkhó khăn Ngành công nghiệp đang đứng trước thách thức to lớn trong sự cạnh tranhngày càng gay gắt với các ngành về nguồn nước cấp cho tưới Thực tế đó đã thúc đẩyviệc nghiên cứu nâng cao hiệu quả sử dụng nước trong tưới là giải pháp sống còn trongđiều kiện cấp nước ngày càng hạn chế trong nông nghiệp Việc nâng cao hiệu quả sửdụng nước là việc nghiên cứu các giải pháp trong quy trình, công nghệ tưới cả trên 2phạm vi hệ thống hay lưu vực và phạm vi mặt ruộng nhằm giảm tổn thất nước vô ích,giảm lượng nước tiêu thụ để sản xuất ra một đơn vị sản phẩm nông nghiệp Hay nóicách khác là tăng khối lượng sản phẩm nông nghiệp trên một đơn vị nước tưới tiêu thụ

Theo số liệu thống kê, năm 2014 cả nước tổng diện tích lúa được tưới đạt trên 7,8 triệu ha(vụ xuân 3,12 triệu ha, Mùa 2,11 triệu ha, Mùa 1,97 triệu ha, Thu đông 0,615 triệu ha), tậptrung chủ yếu tại vùng ĐBSH, ven biển miền Trung và ĐBSCL Mức tưới vụ xuân là

6000 ÷ 6500 m3/ha-vụ, vụ mùa là 4500 ÷ 5500 m3/ha-vụ, kỹ thuật tưới cho cây lúa hiệnnay áp dụng phổ biến là tưới ngập Mặt khác, trong thời gian gần đây cùng với chủ trươngtái cơ cấu ngành nông nghiệp, thì chuyển đổi sản xuất ở một số vùng có điều kiện sản xuấtkhó khăn do ảnh hưởng của thiên tai (hạn hán, mưa lũ), biến đổi khí hậu hoặc trồng lúakhông hiệu quả là một trong những nội dung của đề án tái cơ cấu ngành nông nghiệp.Theo báo cáo của Tổng cục Thủy lợi, hạn hán xảy ra gây nhiều thiệt hại trong những nămqua: Năm 2012 số đợt mưa tại các tỉnh Trung bộ ít hơn trung bình nhiều năm, riêng trong

2 tháng mùa mưa (tháng 10 và 11) từ Quảng Trị đến Ninh Thuận tổng lượng mưa thiếuhụt từ 70 ÷ 90% so với trung bình nhiều năm Các hồ chứa thuỷ lợi đều nằm trong tìnhtrạng “đói” nước từ 30 ÷ 50%, các tỉnh Tây Nguyên thiếu từ 15 ÷ 30% so với dung tíchthiết kế Đặc biệt các tỉnh Hà Tĩnh, Quảng Nam, Quảng Ngãi, Bình Định, Đăk Lăk thiếuhụt tới 60 ÷ 80% Với nguồn nước nói trên, khả năng đảm bảo nước tưới lúa trong vụ mùa

2012 ở các tỉnh trên là khó khăn

Có một số nghiên cứu trên phạm vị hệ thống ở Việt Nam như:

Trên khía cạnh nghiên cứu cơ bản của Nguyễn Xuân Đông (2008) đã tiến hành nghiêncứu trên phạm vi ô thí nghiệm có kích thước 1,5 x 1,5 m, bố trí 12 ô tại xã LiêmTuyết, huyện Bình Lục, tỉnh Hà Nam trên nền đất sét pha với giống lúa trồng đại trà

IR 203, Thời gian nghiên cứu được tiến hành 4 vụ từ 2005 ÷ 2007 Thí nghiệm đượctiến hành theo 10 công thức tưới

- Tưới nông thường xuyên với lớp nước mặt ruộng 30 ÷ 50 mm

- Tưới sâu thường xuyên với lớp nước mặt ruộng 50 ÷ 100mm

- Tưới nông lộ liên tiếp với công thức tưới 0 ÷ 50 mm (tưới ngay sau khi ruộng cạnnước)

- Tưới nông lộ phơi với công thức tưới 0 ÷ 50 mm (tưới ngay khi ruộng cạn nước 3 ngày)

- Tưới nông lộ phơi với công thức tưới 0 ÷ 50 mm (tưới ngay khi ruộng cạn nước 6 ngày)

- Tưới nông lộ phơi với công thức tưới 0 ÷ 50 mm (tưới ngay khi ruộng cạn nước 9 ngày)

- Tưới nông lộ phơi với công thức tưới 0 ÷ 100 mm (tưới ngay khi ruộng cạn nước)

- Tưới nông lộ phơi với công thức tưới 0 ÷ 100 mm (tưới ngay khi ruộng cạn nước 3 ngày)

- Tưới nông lộ phơi với công thức tưới 0 ÷ 100mm (tưới ngay khi ruộng cạn nước 6 ngày)

-Tưới nông lộ phơi với công thức tưới 0 ÷ 100mm (tưới ngay khi ruộng cạn nước 9ngày)

Kết quả cho thấy sự dao động của năng suất lúa của các công thức thí nghiệm là khôngđáng kể Trong toàn bộ các công thức thí nghiệm, mức dao động không quá 10% giátrị so với năng suất của ô đối chứng Tuy nhiên, về mức tưới kết quả thí nghiệm cho

10

thấy mức tưới dao động khá lớn Ở các công thức tưới nông lộ phơi, thời gian phơiruộng càng nhiều thì hệ số sử dụng nước càng tăng Do vậy mức tưới tăng lên tùy theomức độ nứt nẻ lượng nước bị mất do thẩm lậu theo chiều thẳng đứng có khác nhau.

Thí nghiệm trình diễn tưới tiết kiệm nước tại thôn Địch Trung, xã Phương Đình huyệnĐan Phượng đã được tiến hành trên quy mô 4,14 ha (diện tích ô ruộng thí nghiệm là2,16ha, diện tích ô ruông khu đối chứng là 1,98ha) Quy trình tưới theo các sinh trưởngcủa cây lúa được chia thành 5 giai đoạn gồm:

- Giai đoạn 1 ( 10 ngày đầu sau cấy): Tưới bình thường như khu đối chứng

- Giai đoạn 2: (Từ ngày thứ 11 đến ngày thứ 30): Tưới ngập 5cm nước cho đến khi ruộng cạn nước thì tưới tiếp

- Giai đoạn 3 (Từ ngày thứ 31 đến ngày thứ 45, giai đoạn hãm đẻ nhánh): Thời giannày phơi ruộng

- Giai đoạn 4 (Từ ngày thứ 46 đến lúa đỏ đuôi (ngày thứ 85 ÷ 90)): Tưới ngập 5cm,ruộng cạn nước 3 đến 5 ngày sau mới tưới, tùy thuộc vào vụ tưới Đối với vụ xuân ruộngcạn nước 5 ngày sau mới tưới Đối với vụ hè thu ruộng cạn nước 3 ngày sau mới

tưới Quy trình này nhằm tránh sự hình thành các vết nứt nẻ sâu làm phá mằng chống thấm thẳng đứng, làm tăng sự thẩm lậu của ruộng lúa

- Đối với khu đối chứng nước được tưới theo phương pháp thông thường theo côngthức tưới nông thường xuyên (30 ÷ 50)mm Tức là khi lớp nước mặt ruộng đạt đến trị

số 30mm thì tưới ngay

Kết quả thí nghiệm cho thấy lượng nước tưới dưỡng cho ô thi nghiệm ít hơn từu21,6÷39,3% so với lô ruộng đối chứng Số lần tưới giảm từ 8 đến 9 lần Riêng đối vớinăm 2008 trong một thời gian dài từ ngày 06/05/2008 đến ngày thu hoạch, toàn bộ khuvực thí nghiệm không có nước tưới nên lượng nước tưới tiết kiệm ở các giai đoạntrước là 13,4% Qua đó thấy lượng nước tiết kiệm được từ áp dụng mô hình là rất lớn

và đặc biệt phát huy hiệu quả nếu mô hình được áp dụng cho những vùng canh táckhan hiếm về nguồn nước

Nghiên cứu xác định chế độ tưới tiết kiệm nước cho lúa trong điều kiện diện hẹp tạiThường Tín.

Về thí nghiệm chế độ tưới tưới tiết kiệm nước cho lúa trong điều kiện diễn hẹp phục

vụ cho nghiên cứu cơ bản, đề tài đã nghiên cứu tiến hành thí nghiệm trên quy mô 24 ôtrên tổng số 32 ô đặt tại Trung tâm Nghiên cứu Thủy nông Bắc bộ thuộc Viện Khoahọc Thủy lợi tại Thường Tín Để nghiên cứu ảnh hưởng của đường quá trình lớp nướcmặt ruộng đến mức tưới, đề tài đã tiến hành bố trí 10 công thức thí nghiệm tưới khácnhau gồm: nông thường xuyên (30 -50 mm); sau thường xuyên (50-100mm); nông - lộliên tiếp (0 – 50mm); sâu – lộ liên tiếp (0 -100mm); nông – lộ phơi (0 – 50mm); sâu –

lộ - phơi (0 -100 mm) với các thời gian phơi ruộng là 3 ngày, 6 ngày và 9 ngày

Kết quả thí nghiệm trong 5 vụ tai Thường tín cho thấy, mức tưới phụ thuộc vào 2 yếu

tố của công thức tưới alf thời gian phơi ruộng và độ sâu và độ sâu lớp nước mặt ruộng

- Về thời gian phơi ruộng: Kết quả thí nghiệm cho thấy thơi gian phơi ruộng tỉ lệ

nghịch với mức tưới Thời gian phơi ruộng càng dài, mức tưới càng giảm Nguyênnhân có thể là do lượng tổn thất do thấm giảm và làm tăng lượng mưa hiệu quả khithời gian phơi ruộng tăng lên

- Về độ sâu lớp nước mặt ruộng: Kết quả thí nghiệm cho thấy khi đố sâu lớp nước mặtruộng tăng lên , mức tưới có xu hướng tăng lên Kết quả thí nghiệm tai 5 vụ từ 200-2008cho thấy mức tưới sâu thường xuyên (50-100mm) cao hơn mức tưới của công thức nôngthường xuyên (30-500mm) từ 10 đến xấp xỉ 18% Tương ứng mức tưới nông- lộ liên tiếp

so với sâu lộ liên tiếp chênh lệch nhau nhau từ 4 đên 18% Mức tưới

tưới của các công thức nông - lộ phơi và sâu lộ phơi đều chênh lệch nhau theo xu thếtăng tỉ lệ thuận với chiều sâu lớp nước mặt ruộng của công thức tưới

Kết quả thí nghiệm trình diễn tưới tiết kiệm nước tạ Bắc Nghệ An

Khu trình diễn mô hình thí nghiệm cho lúa được xây dựng và vận hành trên khu ruộngcủa các hộ dân thôn 5 xã Quỳnh Hồng Tổng diện tích khu ruộng trình diễn là 32500

m2 được chia làm 2 ô gồm:

12

- Ô ruộng thí nghiệm có diện tích là 16000 m2 với cơ cấu giống lúa trồng như sau:

+ Vụ đông xuân các năm 2006, 2007 sử dựng các giống lúa lai, vụ đông xuân năm

2008 sử dụng giống lúa thuần do thời gian mùa vụ thay đổi bởi tác động bất lợi của thời tiết

+ Vụ hè thu các năm 2006, 2007 sử dụng giống lúa thuần

- Ô ruộng đối chứng có diện tích là 16500m2, với cơ cấu giống lúa trồng tương tự như

ô ruộng thí nghiệm

Kết quả cho thấy: Trên cở sở kết quả thí nghiệm trong các năm từ 2006 đến 2008 Quyđổi các kết quả thí nghiệm trên đơn vị diện tích hecta, ta có thể thấy rằng phương pháptưới tiết kiệm, tổng lượng nước tưới cho lúa giảm từ 20,4% đến 37,5% so với quy trìnhtưới truyền thống ở ô ruộng đối chứng

Ngày 06 tháng 11 năm 2013 Tổng cục Thủy lợi- Bộ Nông nghiệp và Phát triển nôngthôn đã có Quyết định số 726/QĐ-TCTL-KHCN ban hành Sổ tay Hướng dẫn quy trìnhtưới kỹ thuật tưới lúa tiết kiệm nước, giảm phát thải khí nhà kính do TS Nguyễn ViệtAnh-ĐHTL chủ biên, đã đưa ra quy trình tưới ĐBSH như sau:

Tưới 01 đợt,

500-700m3/ha/đợt.ruộng 10-12cm

13

Làm đòng 12-15 Tưới lên 3-5cm khi lộ Tưới bổ sung 01 đợt,

mặt ruông 2 ngày đêm 700m3/ha/đợt

700m3/ha/đợtChỉ tưới lên 3-5cm khi

Tưới 01-2 đợt,Chắc xanh- chín 20-25 lớp nước thấp hơn mặt

600-700m3/ha/đợt.ruộng 10-12cm

Tưới 01 đợt,

500-700m3/ha/đợt.ruộng 10-12cm

đợt, 500-700m3/ha/đợt

mặt ruông 2 ngày đêm 700m3/ha/đợt

700m3/ha/đợtChỉ tưới lên 3-5cm khi

Tưới 01-2 đợt,Chắc xanh- chín 20-25 lớp nước thấp hơn mặt

600-700m3/ha/đợt

Cộng (3700÷5400) m 3 /ha

14

1.1.3 Tổng quan tình hình nghiên cứu phát thải khí nhà kính trong sản xuất lúa

1.1.3.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu phát thải khí nhà kính trong lĩnh vực sản xuất lúa trên thế giới

Trong Chương trình nghiên cứu liên vùng về phát thải khí mêtan trên ruộng lúa ở châu

Á do Quỹ Môi trường toàn cầu tài trợ, Viện nghiên cứu lúa quốc tế (IRRI) đã phối hợpvới Viện nghiên cứu môi trường khí (Cộng hoà liên bang Đức) và các Viện nghiên cứunông nghiệp các nước Trung Quốc, Ấn Độ, Indonesia, Thái Lan và Philippin tiến hànhthí nghiệm sự phát thải khí mêtan trên ruộng lúa từ năm 1993 ÷ 1999, tại các địa điểmđại diện về hệ sinh thái nông nghiệp và chế độ quản lý nước mặt ruộng trong vùng.Các kết quả nghiên cứu tại từng địa điểm được giới thiệu khái quát dưới đây

Thí nghiệm đo đạc phát thải khí mêtan tại Bắc Kinh (Trung Quốc) được tiến hành từnăm 1995 ÷ 1998, ruộng cấy 1 vụ lúa (từ tháng 5 đến tháng 10), sau đó bỏ hoang Khíhậu khô ấm và cận nhiệt đới bán khô với lượng mưa trung bình năm 541 mm, nhiệt độcao nhất 17,8oC (tháng 6) và thấp nhất 7,1oC (tháng 1) Đất thịt nặng, độ pH = 7,0,hàm lượng hữu cơ 0,99%, đạm tổng số 0,09% Truyền thống canh tác của nông dântheo hình thức tưới ngập và kết hợp tiêu giữa vụ, bón phân lợn Lượng phát thải mê tanbiến động từ 6÷503 kg/ha/vụ, trung bình 109 kg/ha/vụ, đối với khu ruộng của nôngdân, lượng phát thải trung bình 288 kg/ha/vụ Kết quả nghiên cứu đã chỉ ra rằng, rútcạn nước giữa vụ có tác dụng giảm 23% lượng phát thải khí mê tan so với tưới ngậpthường xuyên Bón phân gia súc có thể giảm lượng phát thải mê tan từ 86 ÷ 90% sovới phân lợn và giảm từ 72 ÷ 80% so với phân rơm

Nghiên cứu tại Jakenan (Indonesia) từ năm 1993 ÷ 1998, trên ruộng cấy 2 vụ lúa, vụchiêm (từ tháng 1 đến tháng 6), vụ mùa (từ tháng 10 đến tháng 2 năm sau), khí hậunhiệt đới, ẩm và ấm, lượng mưa trung bình năm 1600 mm Thí nghiệm trên đất thịtnhẹ, độ pH = 4,7 hàm lượng hữu cơ 0,48% Lượng phát thải mê tan từ 52 ÷ 181 kg/ha/vụ(vụ chiêm) và từ 26 ÷ 256 kg/ha/vụ(vụ mùa) Kết quả nghiên cứu cho thấy, trênruộng tưới hoàn toàn bằng nước mưa, lượng phát thải mê tan giảm khoảng 50% so vớitưới truyền thống và việc rút nước định kỳ cũng có tác dụng giảm phát thải mê tan rõrệt so với tưới ngập thường xuyên

Tại Prachinburi (Thái Lan) từ năm 1994 ÷ 1998, thí nghiệm trên đất 1 vụ lúa (từ tháng

5 đến tháng 12), từ tháng 7 đến tháng 10, nước lũ ngập sâu từ 1 ÷ 2 m, khí hậu nhiệtđới bán ẩm ướt và ấm, lượng mưa trung bình năm 1750 mm, nhiệt độ cao nhất 32,5oC(tháng 4) và thấp nhất 21,8oC (tháng 12) Đất sét, độ pH = 3,9, hàm lượng hữu cơ1,54%, đạm tổng số 0,176% Nông dân trong vùng bón phân NPK + tro Lượng mê tanphát thải trong khoảng từ 5 ÷ 92 kg/ha/vụ (tưới bình thường), từ 17 ÷ 619kg/ha/vụ(ngập sâu) và lượng mêtan trên đất cát lớn hơn so với trên đất sét

Các kết quả nghiên cứu tại Cuttack (Ấn Độ) từ năm 1996 ÷ 1998 trên ruộng cấy 2 vụlúa, vụ chiêm (từ tháng 2 đến tháng 5), vụ mùa (từ tháng 7 đến tháng 10), khí hậunhiệt đới bán ẩm ướt và ấm, lượng mưa trung bình năm 1569 mm, nhiệt độ cao nhất31,8oC (tháng 6) và thấp nhất 22,1oC (tháng 1) Đất thịt nhẹ, độ pH = 7,0 hàm lượnghữu cơ 0,36%, đạm tổng số 0,04%, trên ruộng canh tác của nông dân bón phân đạm.Lượng phát thải dao động từ 36 ÷ 77 kg/ha/vụ(vụ chiêm), từ 42 ÷ 132 kg/ha/vụ(vụmùa) Trên ruộng tưới ngập thường xuyên, nếu thêm một lượng rơm (2 tấn/ha) thìmêtan tăng 94% so với không có rơm; trong trường hợp tưới ngập gián đoạn, lượngphát thải ít hơn (16 kg/ha) so với tưới ngập thường xuyên (19 kg/ha), v.v

Như vậy, các nước có nền trồng lúa nước truyền thống trên thế giới như Trung Quốc,Nhật Bản, Ấn Độ và các nước Đông Nam Á đã có một số công trình nghiên cứu chothấy một bức tranh tổng thể về phát thải khí nhà kính (KNK) trong nông nghiệp từ đầunhững năm 90 của thế kỷ 20 Tuy nhiên, các kết quả nghiên cứu chủ yếu là kiểm kêkhí nhà kính, các giải pháp giảm thiểu mêtan đã có đề xuất nhưng cơ bản dựa trên cáckết quả đo đạc cụ thể từng vùng, chưa lý giải và phân tích đầy đủ quá trình phát thảimêtan trên ruộng lúa nước cũng như ảnh hưởng của cây lúa đến phát thải mêtan

1.1.3.2 Tổng quan tình hình nghiên cứu phát thải khí nhà kính trong lĩnh vực sản

xuất lúa tại Việt Nam

Ở Việt Nam, theo kết quả kiểm kê KNK năm 1994 lượng phát thải KNK khu vực nôngnghiệp là 52,4 triệu tấn CO2 tương đương, chiếm 51% tổng lượng phát thải KNK toànquốc Kết quả kiểm kê KNK năm 2000, lượng phát thải KNK khu vực nông nghiệp là65,1 triệu tấn CO2 tương đương chiếm 45,4% tổng lượng phát thải KNK toàn quốc và kếtquả kiểm kê KNK năm 2010, lượng phát thải KNK khu vực nông nghiệp là 88,3

16

triệu tấn CO2 tương đương chiếm 33,2% tổng lượng phát thải Dự báo lượng phát thảiKNK năm 2020 của khu vực nông nghiệp là 100,8 triệu tấn CO2 tương đương và năm

2030 là 109,3 triệu tấn CO2 tương đương

Tổng phát thải KNK năm 2010 trong lĩnh vực nông nghiệp là 88,3 triệu tấn CO2 tươngđương, trong đó phát thải từ canh tác lúa nước chiếm 50,49%, từ quá trình tiêu hóathức ăn: 10,72%, từ quản lý phân bón: 9,69%, từ đất nông nghiệp: 26,95%, từ đốt phụphẩm nông nghiệp: 2,15%

Trong lượng KNK ngành nông nghiệp phát thải năm 2010, khí phát thải lớn nhất là khímêtan với lượng phát thải là 57,9 triệu tấn CO2 tương đương, trong đó khu vực canhtác lúa đóng góp 44,6 triệu tấn CO2 tương đương chiếm 77,1% tổng lượng phát thảikhí mêtan ngành nông nghiệp Điều đó cho thấy, ở khu vực cánh tác lúa là nguồn phátthải khí mêtan chủ yếu Để giảm lượng phát thải KNK, một trong trong những biệnpháp là giảm phát thải mêtan trên ruộng trồng lúa nước

Bảng 1.1: Phát thải khí nhà kính năm 2010 trong lĩnh vực nông nghiệp

Nguồn phát thải / hấp thụ khí nhà CH 4 N 2 O CO 2 tương Tỷ lệ

Nguồn phát thải / hấp thụ khí nhà CH 4 N 2 O CO 2 tương Tỷ lệ

Phát thải từ đồng cỏ và bãi chăn thả 995,06 995,06

Nguồn: Báo cáo kiểm kê khí nhà kính năm 2010 Dự án “Tăng cường năng lực

kiểm kê Quốc gia khí nhà kính tại Việt Nam”, 2014

19

2,15% 10,72%

50,49%

Tiêu hóa thức ăn Quản lý phân hữu cơ Canh tác lúa

Đất nông nghiệp Đốt savana (đồng cỏ) Đốt phụ phẩm nông nghiệp Khác

Hình 1.1: Phát thải khí nhà kính năm 2010 trong lĩnh vực nông nghiệp

Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn đã có nhiều hoạt động nhằm giảm lượng phát

thải KNK thông qua các chính sách xây dựng nông thôn mới, đề án giảm 20% lượng

phát thải KNK, tăng trưởng ngành 20%, xóa đói giảm nghèo 20% đến năm 2020

(Quyết định 3119, 2011) Trong chiến lược phát triển xanh quốc gia cũng đã xác định

hoạt động nông nghiệp tiếp tục là ngành có tiềm năng giảm phát thải KNK thông qua

các hoạt động tăng lượng tích trữ carbon, bảo đảm an ninh và an toàn lương thực và

các dịch vụ hệ sinh thái

Mặc dù trong Phụ lục 1 của Nghị định thư Kyoto, không ghi Việt Nam là nước bắt

buộc phải cắt giảm KNK Tuy nhiên, Việt Nam đã phê chuẩn nghị định thư và triển

khai các hoạt động về sản xuất, trao đổi cơ chế phát triển sạch (CDM) và có nhiều hoạt

động để giảm thiểu BĐKH thông qua giảm phát thải KNK, tuy nhiên các dự án trao

đổi CDM chưa nhiều trong khi tiềm năng giảm phát thải KNK để trao đổi CDM trong

nông nghiệp rất lớn

Từ những lý do nêu trên, việc nghiên cứu để đề xuất biện pháp giảm phát thải KNK đã

được các nhà khoa học trong nước tích cực nghiên cứu

Các nghiên cứu chỉ ra rằng, bằng các biện pháp thủy lợi, rút nước trong một số giai

đoạn của việc trồng lúa có thể giảm từ 20 ÷ 44% lượng phát thải khí CH4 so với kỹ

thuật tưới truyền thống như:

Nguyễn Mộng Cường, Nguyễn Văn Tỉnh và nnk (2000) đã nghiên cứu đo đạc sự phát

thải khí mêtan trên ruộng lúa tại Trạm khí tượng nông nghiệp Hoài Đức vụ mùa năm

20

canh tác bón phân hữu cơ (phân chuồng) kết hợp vô cơ của nông dân vùng Đồng bằngsông Hồng Kết quả cho thấy, lượng phát thải lớn nhất tập trung vào giai đoạn sau cấykhoảng 25 ngày (từ 40 ÷ 60 mg/m2/giờ) và nhỏ nhất vào giai đoạn trỗ - chín (từ 0,60÷1,0 mg/m2/giờ) Tác giả rút ra kết luận, trong trường hợp rút nước định kỳ lượng CH4

phát thải là 469,6 kg/ha/vụ, giảm 45,7 kg/ha/vụ (khoảng 10%) và năng suất lúa tăng3% so với tưới ngập thường xuyên (515,3 kg/ha/vụ)

Các kết quả nghiên cứu của Nguyễn Việt Anh (2010) từ năm 2003 đến 2006 về ảnhhưởng chế độ nước đến phát thải mê tan ở Đồng bằng sông Hồng (Việt Nam) với loạiđất phù sa trung tính ít chua, bón phân vô cơ + hữu cơ, cấy lúa, ngập nước, pH≈7, Eh

= (-176 ÷ -287) mV, khi rút nước phơi ruộng theo kỹ thuật tưới “nông - lộ - phơi”,cường độ CH4 phát thải vụ mùa từ 16,54 ÷ 18,95 mg/m2/h, trung bình 17,38 mg/m2/h,

vụ xuân từ 13,38 ÷ 14,64 mg/m2/h, trung bình 14,05 mg/m2/h; Lượng CH4 phát thảitoàn vụ mùa từ 383,82 ÷ 459,6 kg CH4/ha, trung bình 414,97 kg CH4/ha, toàn vụ xuân

từ 340,30 ÷ 344,17 kg CH4/ha, trung bình 342,24 kgCH4/ha Tác giả cũng đã kết luận:Chế độ nước mặt ruộng hợp lý để giảm thiểu mêtan phát thải trên ruộng lúa ở đồngbằng sông Hồng là chế độ tưới “nông - lộ - phơi” vì đáp ứng được 3 tiêu chí: (i) Giảmthiểu lượng CH4 phát thải, trung bình vụ mùa 11,25%, vụ xuân 8,97% (ii) Tiết kiệmnước, trung bình vụ mùa 12,17%, vụ xuân 12,2% (iii) Năng suất lúa, vụ mùa khônggiảm, vụ xuân tăng trung bình 9,0% so với tưới ngập truyền thống

Các kết quả nghiên cứu của Nguyễn Việt Anh và cs (2012) Vụ mùa năm 2010, trên môhình 2ha tại xã Phương Đình huyện Đan Phượng Hà Nội, khi áp dụng chế độ nước

“nông - lộ - phơi” lượng phát thải mê tan toàn vụ là 329,22 kg CH4/ha giảm 19,09% sovới ngập nước thường xuyên (406,89 kg CH4/ha); thực hiện “tưới ẩm” lượng phát thảimêtan toàn vụ là 280,5 kg CH4/ha giảm 31,06% so với ngập nước thường xuyên; năngsuất lúa không bị ảnh hưởng, lượng nước tưới giảm từ 17,1 - 32,3% so với tưới truyềnthống

Tại xã Bình Hòa huyện Châu Thành, tỉnh An Giang, kết quả vụ xuân 2011 với quy mô

100 ha, rút nước phơi ruộng kết hợp bón phân đúng cách, giảm lượng giống cho kếtquả: (i) Lượng CH4 phát thải từ 262,9÷402,3 kg CH4/ha, phát thải giảm 19,57 ÷

31,56% khi tưới nông lộ phơi; (ii) Năng suất lúa tăng 2,7%; (iii) Tiết kiệm nước từ20÷25% (giảm 2÷2,5 đợt bơm); (iv) Lợi nhuận tăng 19,7 ÷ 32% (3 ÷ 5 triệu đồng/ha)

so với tưới ngập truyền thống

1.1.4 Cơ chế hình thành khí nhà kính

Khí mê tan là một hydrocacbon có thành phần chủ yếu là cacbon và hydro, trong đó

cacbon là nguyên tố cơ bản của tất cả vật thể hữu cơ và chu trình sinh học của nguyên

tố này thuộc về những quá trình cơ bản của thế giới sự sống Trong quá trình biến đổi

của chất hữu cơ, tuỳ theo điều kiện môi trường mà sản phẩm cuối cùng có thể là CO2,

H2O, các axít hữu cơ, H2 và CH4 Đây là quá trình biến đổi sinh học phức tạp, có sự

tham gia của vi sinh vật đã được nhiều tác giả đề cập (Muller G (1964), Alexander M

(1977) Pagel H (1966)

Nhìn chung, đây là quá trình phân huỷ sinh hoá của hợp chất cao phân tử ở trong đất,

có sự xúc tác của enzym để chuyển thành những hợp chất hoà tan trong nước hoặc

thoát ra ngoài như: khí CH4, CO2, H2, v.v Tuỳ theo nguồn gốc chất hữu cơ ban đầu,

ví dụ zellulo, lignin, hoặc chất đạm, v.v mà quá trình biến đồi và sản phẩm cuối cùng

cũng rất khác nhau Có thế hình dung những quá trình biến đổi chù yếu dưới đây

Xenlulozơ cao phân tử

Trao đổi chất

Sự hấp thụ qua vi sinh vật và chu

Vật thể vi sinh vậttrình axit citric

Tự phân hủy

Khoáng hóa

Hình 1.2: Sơ đồ phân hủy Xenlulozơ

Nguồn : Pagel H (1966)

22

1.1.4.1 Sự phân giải hydrocacbon

Sự phân giải của hydrocacbon (xenlulozơ, tinh bột…) trong đó xenlulozơ là chất khó phân hủy nhất trong nhóm này, sơ đồ như hình 1.2

Ở điều kiện háo khí, CO2 và H20 hình thành Ở điều kiện yếm khí, các axit hữu cơ, khí

CH4 và H2 hình thành Đây là quá trình biến đổi sinh hóa phức tạp, có sự tham gia củacác vi khuẩn phân giải xenlulozơ thuộc bộ Pseudomonadales, họ Spirillaceac, giốngVibrio, Cellvibrio và Cellfalciula Bên cạch đó còn có sự tham gia của các loài nấm thuộclớp Ascomycetes mà Myxotrichum chartarum là một đại diện điển hình thuộc chủngGymnoascales, họ Chytridiaceac

1.1.4.2 Sự phân giải của lignin và các hợp chất tương tự

Trong xác thực vật có chứa nhiều hợp chất hữu cơ có mạnh vòng, không chứa N TheoFeher, D (từ Muller G (1964) thì đơn vị hóa học cơ bản của lignin là các gốc sau: gốcguajacyl, gốc piperonyl, gốc syringyl,v.v…

Lignin là hợp chất khó phân giải Ở điều kiện háo khí, lignin bị nấm Basidiomyceten

và Ascomyceten phân giải Vi khuẩn hầu như không có khả năng phân giải lignin, trừtrường hợp lignin trong lá thì vi khuẩn có thể phân giải được Sự phân giải bắt đầu từmạch nhánh đến nhóm cacboxyn, nhóm methoxyn phân giải đến nhóm OH Sau đó cácliên kết đôi và mạch vòng bị phá vỡ Các bước tiếp theo của quá trình phân giải tương

tự như hydratcacbon

1.1.4.3 Sự phân giải của hợp chất hữu cơ chứa nitơ

Theo Rippel (từ Pagel H 1966) có thể hình dung quá trình phân giải các hợp chất hữu

cơ chứa N như hình 1.3

Quá trình phân giải trên có sự tham gia của vi khuẩn, nấm và hàng loạt enzym Sauquá trình denaminaza thì NH3 và axít béo được giải phóng Sau đó, tương tự nhưtrường hợp của hydrocacbon, ở điều kiện háo khí sẽ khoáng hoá thành CO2, NO2, SO4,

H2O và các chất cặn ở điều kiện yếm khí thì sẽ phân giải thành CH4, CO2, H2, H2S,

NH3, R-COOH, RNH2, RSH và chất cặn

23

Mercaptan, H2SHình 1.3: Sơ đồ phân giải các hợp chất hữu cơ chứa N

Nguồn: Pagel H (1966)

Như vậy từ các chất hữu cơ cơ bản trong tự nhiên, qua quá trình phân hủy và sản phẩmcuối cùng là CO2; CH4 H2O axit hữu cơ và H2 Tuỳ điều kiện môi trường, yếm khíhoặc hảo khí mà CO2 hoặc CH4 hình thành Sự phát thải CH4 CO2; ở điều kiện ngậpnước (yếm khí)

Nguồn gốc hình thành mêtan không những qua quá trình phân hủy xác thực vật màcòn có nguồn gốc phân huỷ xác thực vật Quá trình phân huỷ xác động vật để hìnhthành mêtan tương tự như ở phần phân hủy chất đạm như trình bày ở trên Như vậyquá trình hình thành mêtan qua sự phân giải hữu cơ không phải là một quá trình hoáhọc thuần túy mà là một quá trình sinh hóa tổng hợp, có sự tham gia của sinh vật, kể

cả động vật

1.1.4.4 Vai trò của sinh vật

Trong quá trình lên men hình thành mêtan có sự tham gia của vi khuẩn mêtan Các vikhuẩn tạo ra mêtan có hình thái một tế bào Một vài loại hình que, một vài loại hìnhcầu Tất cả các vi khuẩn tạo ra mêtan, mặc dù có hình thái không giống nhau, nhưng

24

đều có quan hệ với nhau về sinh hóa và được phân loại chung trong một họ duy nhấtmethannobacteriaceac Họ này được chia thành hai loại khác nhau cơ bản như:Methanosarcina, methanococcus, v.v…

Các chất hữu cơ ban đầu có cấu tạo phức tạp Trong quá trình phân giải có tác độngcủa các quá trình hóa, lý và sinh học, trong đó đã có sự tham gia của hàng loạt vikhuẩn, ví dụ như nhóm vi khuẩn phân giải xenlulo Khi đã thành những chất hữu cơđơn giản như đường, protein, xenlulo hay hemixelulo và dưới tác động của các nhóm

vi khuẩn mêtan, sẽ hình thành mêtan Quá trình này còn gọi là quá trình lên menmêtan Để chuyển đổi một chất hữu cơ đơn giản cần 2 hay nhiều nhóm vi khuẩnmêtan Do đó, quá trình hình thành mê tan thực chất là quá trinh sinh hoá học, ở nhữnggiai đoạn nhất định, cũng có thể gọi là quá trình sinh học hình thành mêtan

Các vi khuẩn kị khí tạo ra mêtan không thể sử dụng hydrocacbon và các aminoaxit cósẵn Gluco và các loại đường không được lên men bởi các biện pháp nuôi cây vi khuẩnthuân túy, các polysacarit cũng có thể kháng cự được sự tấn công của các vi khuẩn lànhững axit như: axit formic, axit acetic, axit propionic, n-butyric và n-valeric và cácloại rượu như: methanol, ethanol, n- và isopropanol, n- và isobutanol, và n-pentanol.Tuy nhiên, trong tự nhiên sự xáo trộn của hệ động thực vật diễn ra rất phổ biến, nhiềuhợp chất tham gia váo sự lên men tự nhiên của mêtan Tuy nhiên sự chuyển đổi đường,protein, xenlulo và hemixelulo thành mêtan cần hai hay nhiều hơn các nhóm vi sinhvật

Tóm lại, sự hình thành mêtan liên quan mật thiết với sự hoạt động của vi sinh vật yếmkhí và cũng có thể nói là chỉ hình thành khi vi sinh vật hoạt động

1.2 Đặc điểm tự nhiên-kinh tế xã hội khu vực khu vực nghiên cứu

1.2.1 Khái quát đặc điểm vùng đồng bằng sông Hồng

Đồng bằng sông Hồng trải rộng từ vĩ độ 21°34´B (huyện Lập Thạch) tới vùng bãi bồikhoảng 19°5´B (huyện Kim Sơn), từ 105°17´Đ (huyện Ba Vì) đến 107°7´Đ (trên đảoCát Bà) Toàn vùng có diện tích trên 14860 km², tỷ lệ khoảng 4,5% tổng diện tích cảnước

Hình 1.4: Vị trí địa lý vùng đồng bằng sông Hồng

Vùng ĐBSH gồm 10 tỉnh, thành phố bao gồm: Hà Nội, Hải Phòng, Hải Dương, HưngYên, Bắc Ninh, Vĩnh Phúc, Thái Bình, Hà Nam, Nam Định và Ninh Bình Vùng có vịtrí giới hạn như sau:

- Phía Bắc giáp tỉnh Bắc Giang và Thái Nguyên;

- Phía Nam giáp tỉnh Thanh Hoá;

- Phía Đông giáp biển Đông;

- Phía Tây giáp tỉnh Hoà Bình

Diện tích toàn vùng năm 2016 là 1495,8 nghìn ha; trong đó đất sản xuất nông nghiệp

là 719,9 nghìn ha Diện tích đất nông nghiệp được sử dụng tới 84 % để trồng cây hàng

26