Hàm lượng nitrat trong nước ngầm nông dưới ảnh hưởng của các kỹ thuật tưới

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:8

Thêm vào BST

Báo xấu

3
lượt xem 1
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài viết thực hiện nghiên cứu hàm lượng NO3- trong nước ngầm tầng nông dưới các kỹ thuật tưới trong điều kiện nước tưới ô nhiễm. Các kết quả nghiên cứu làm cơ sở cho điều chỉnh chế độ tưới để giảm ô nhiễm NO3- vào nước ngầm.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Hàm lượng nitrat trong nước ngầm nông dưới ảnh hưởng của các kỹ thuật tưới

BÀI BÁO KHOA HỌC HÀM LƯỢNG NITRAT TRONG NƯỚC NGẦM NÔNG DƯỚI ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC KỸ THUẬT TƯỚI Nguyễn Phan Việt1, Đinh Thị Lan Phương2 Tóm tắt: Trong bài báo này, tác động của nước tưới ô nhiễm với chế độ phân bón theo khuyến cáo lên nitrat (NO3-) trong nước ngầm nông ở các độ sâu 35 cm, 70 cm, 120 cm dưới các kỹ thuật tưới tiết kiệm nước và tưới ngập được nghiên cứu. Kết quả cho thấy, tưới ngập làm tăng khả năng thấm nitrat xuống các tầng đất dưới và nước ngầm, hàm lượng nitrat trong đất và nước ngầm tăng theo mức độ ô nhiễm N trong nước tưới và phân bón. Nồng độ nitrat trong nước ngầm của công thức tưới ngập cao hơn từ 2,4 – 2,9 lần so với tưới tiết kiệm nước. Tưới tiết kiệm nước giúp giảm mức nước mặt ruộng so với tưới ngập từ 4 – 5 cm, làm giảm sự thấm nitrat tại các tầng. Giảm sâu nhất tại độ sâu 120 cm là 64,79%. Hàm lượng N tổng số trong các tầng đất 0 – 35 cm, 35 – 70 cm, 70 -120 cm của tưới tiết kiệm nước giảm 15,63%, 18,9%, 14,29% so với tưới ngập. Về năng suất, tưới tiết kiệm nước cho năng suất thực thu lớn hơn tưới ngập và đối chứng lần lượt là 20,1% và 43,57%. Từ khóa: Nước ngầm, ô nhiễm nitrat, tưới ngập, tưới tiết kiệm nước. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ* triệu ha đất canh tác, đất lúa chiếm 4,1 triệu ha. Biến đổi khí hậu làm thiếu nước cho thủy điện Hầu hết lúa canh tác theo kiểu tưới ngập truyền và nước tưới trong mùa khô gia tăng trầm trọng thống nên lượng nước tiêu thụ hàng năm cho tưới trong những năm gần đây. Riêng mùa hè năm lúa rất lớn (Phuong D.T.L., 2020). Dưới ảnh hưởng 2023, hạn hán khiến nhiều hồ lớn như Lai Châu, của biến đổi khí hậu dẫn đến các nguồn tưới Sơn La, Tuyên Quang, Bản Chát, Hủa Na, Thác Bà thường cạn kiệt vào mùa khô, các hệ thống thủy lợi cận kề mực nước chết (Bản tin khí hậu thủy văn không có nguồn pha loãng hoặc thay thế buộc phải của Tổng cục Khí tượng Thủy Văn, 2023). Một số sử dụng nguồn tưới ô nhiễm. Nước tưới ô nhiễm hồ thủy điện lớn như hồ Hòa Bình mực nước chỉ tích hợp phân bón (theo khuyến cáo cho nước tưới cho phép phát điện cầm cự trong một số ngày. Hậu sạch) sẽ dẫn đến dư thừa nitrat trong lớp nước mặt quả là toàn miền Bắc thiếu điện và phải cắt điện ruộng, dẫn đến nitrat theo nước mặt ruộng thấm luân phiên trong mùa hè, ảnh hưởng đến toàn bộ xuống các tầng đất sâu hơn và đi vào nước ngầm. kinh tế và dân sinh của người dân trong những Tình trạng này xảy ra phổ biến ở nhiều vùng nông ngày nắng nóng. Bên cạnh đó, nhiều kênh thủy lợi nghiệp trên toàn cầu, nồng độ nitrat trong nước phải tiếp nhận các nguồn nước thải sinh hoạt và ngầm ở mức rất cao vượt quá tiêu chuẩn nước sinh chăn nuôi chưa qua xử lý dẫn đến nhiều nguồn tưới hoạt đã được tìm thấy ở nhiều nơi như Châu Âu, trong tình trạng ô nhiễm, trong đó hàm lượng (HL) Hoa Kỳ, Australia và Anh (Rivett et al., 2007). Nitơ (N) rất cao. Theo báo cáo Viện tưới tiêu và Nước ngầm tầng nông (lớp phía trên của tầng Môi trường 2016-2019, hệ thống thủy lợi (HTTL) Holocene hạ - qh1) là nơi tiếp giáp với nước mặt Bắc Hưng Hải có HL N cao gấp 2,48 - 4,15 lần, nên thường bị ô nhiễm do sự thấm các chất ô HTTL Bắc Đuống có HL N cao gấp 1,36 – 2 lần so nhiễm từ nước bề mặt. Mặt khác, nước ngầm tầng với QCVN 08:2015/BTNMT. Việt Nam có 7,24 nông thường dâng cao khi gặp mưa lớn, dẫn đến gương nước (bề mặt nước ngầm) tiếp giáp với các 1 Khoa Tự động và phương tiện kỹ thuật PC,CC,CN,CH; tầng đất ô nhiễm phía trên làm gia tăng NO3- dư Trường Đại học Phòng cháy chữa cháy; Nghiên cứu sinh thừa trong nước mặt ruộng đi vào nước ngầm (Kei Trường Đại học Thủy lợi Asada et al., 2017). 2 Khoa Hóa và Môi Trường, Trường Đại học Thủy lợi KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 85 (9/2023) 3
Nitrat (NO3-) là dạng ô nhiễm nitơ phổ biến ở xuống lớp đất dưới giúp hấp thu NO3- hạn chế cả nước mặt và nước ngầm, nguyên nhân chủ yếu thấm xuống nước ngầm. Rễ lúa thuộc rễ chùm từ nước tưới ô nhiễm và phân bón (Bijay-Singh, nông nên không thể lấy NO3- trong các lớp đất đất Eric Craswell, 2021). NO3- dễ bị rửa trôi khỏi đất sâu sau khi thấm, hơn nữa đất ruộng lúa là nhóm theo hai cách: thấm qua vùng không bão hòa đất được cày bừa, làm cỏ và tưới liên tục nên có xuống các tầng sâu hơn, cuối cùng đến được cả đặc tính xốp bề mặt dẫn đến thấm NO3- xuống các hai tầng ngậm nước (nước ngầm tầng nông và tầng dưới nhiều hơn đất khác (Franzluebbers et sâu); hoặc dòng chảy bề mặt mang theo NO3- đi al., 2014). vào nước mặt. Hai quá trình này đều làm suy giảm Quá trình thấm thường xảy ra phổ biến trong chất lượng nước dẫn đến hiện tượng phú dưỡng, đất lúa, bao gồm thấm khi đất chưa bão hoà trong không sử dụng được cho ăn uống và ảnh hưởng thời kỳ ngâm ruộng sau khi đất được làm ải và đến các loài thủy sản (Barton and Colmer, 2006). thấm khi đất đã bão hoà nước (quá trình thấm ổn Sự tích tụ nitrat trong đất cao dẫn đến thấm là định) trong thời kì canh tác. Tưới ngập làm lớp nguyên nhân NO3- đi vào nước ngầm, tốc độ thấm nước mặt ruộng luôn ở mức từ 7 – 10 cm và gia càng gia tăng khi lượng tưới mặt ruộng cao hoặc tăng khi gặp mưa lớn. Do lượng nước thấm tỷ lệ gặp mưa lớn. Sự ô nhiễm NO3- trong nước ngầm thuận với lớp nước duy trì trên mặt ruộng, lớp gia tăng khi HL NO3- trong nước mặt ruộng cao từ nước càng dày thì lượng nước thấm càng lớn và tích hợp phân bón và nước tưới ô nhiễm dẫn đến ngược lại. Lượng nước thấm sẽ không còn khi trên dư thừa NO3- trước khi thấm xuống các tầng đất bề mặt ruộng không có lớp nước mặt. Tưới ngập sâu hơn (Ju XT, Zhang C, 2017). mặc dù rất tốn nước nhưng là dạng tưới phổ biến Dựa trên các quan sát trong 6 năm, Zhou M et hiện nay vì kỹ thuật tưới đơn giản, dễ áp dụng so al. (2014) đã chỉ ra lượng rửa trôi NO3- hàng năm với tưới tiết kiệm nước. Cho đến nay, giải pháp từ vài kg đến 32,8 kg N/ha theo lớp nước mặt tưới tiết kiệm nước (giúp tiết kiệm 36 – 50% nước ruộng. Chỉ sau một trận mưa lớn (211 mm trong tưới, tăng năng suất, chống một số bệnh, giảm 36 giờ) sau thời kỳ hạn hán đã làm mất đi 70% phát thải khí nhà kính) dù đã được khuyến cáo lượng NO3- tích lũy trong đất. Trong mùa mưa, nhưng mới chỉ được thử nghiệm trên diện nhỏ tại lượng mưa lớn đã làm cho NO3- di chuyển theo một số vùng (Trần Viết Ổn, 2016). nước mặt ruộng xuống các tầng sâu hơn, tỷ lệ N Sử dụng nước ngầm bị ô nhiễm nitrat có thể thấm sau khi thu hoạch lúa mì từ 38 - 45% so với gây hại cho sức khỏe con người và gây ra hội lượng N ban đầu. Ngoài ảnh hưởng của lớp nước chứng trẻ xanh ở trẻ em (Bijay-Singh, mặt ruộng, dư lượng N từ phân bón cũng gia tăng Eric Craswell, 2021). Hơn nữa, ô nhiễm nitrat tình trạng thấm. Sử dụng phân đạm trong một thời trong nước ngầm tầng nông có thể làm ô nhiễm gian dài làm cho lớp đất ở độ sâu 40–100 cm tích các kênh, sông, hồ lân cận, dẫn đến hiện tượng lũy đến 73,5 kgN/ha. Khi lượng đạm á dụng tăng phú dưỡng làm suy giảm chất lượng nước, không lên 180 kg N/ha, HL NO3- tích lũy trong tầng đất sử dụng được cho khai thác nước sinh hoạt và ảnh 0–300 cm lên tới 1500 kg/ha sau 23 năm (Chen et hưởng đến các loài thủy sản. Trong bối cảnh biến al., 2014). đổi khí hậu, lượng nước dự trữ trong các hồ tưới Mức độ thấm NO3- khác nhau trong các kiểu và hồ thủy điện cạn kiệt vào mùa khô. Vì vậy, tưới đất khác nhau, NO3- trong đất trống hoặc đất cát nước tiết kiệm để giảm ô nhiễm NO3- trong nước dễ bị thấm, ngược lại trong đất đồng cỏ, nhờ rễ cỏ ngầm tầng nông là những vấn đề rất cần quan tâm. mọc rất sâu giúp hấp thụ NO3- hạn chế rửa trôi. Cho đến nay, chưa có nghiên cứu nào tại Việt Hơn nữa, carbon phân hủy từ xác thực vật giúp vi Nam về tác động của tưới ngập đến hàm lượng khuẩn đất cố định và khoáng hóa N nhanh chóng, NO3- trong nước ngầm tầng nông dưới ảnh hưởng ngăn sự hình thành nitrat trong đất và giảm nguy của nước tưới ô nhiễm. Do đó, bài báo thực hiện cơ rửa trôi. Độ sâu rễ cũng ảnh hưởng đến quá nghiên cứu hàm lượng NO3- trong nước ngầm tầng trình rửa trôi và thấm NO3-, rễ càng xuyên sâu nông dưới các kỹ thuật tưới trong điều kiện nước 4 KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 85 (9/2023)
tưới ô nhiễm. Các kết quả nghiên cứu làm cơ sở Mẫu đất được lấy tại các độ sâu 0-35 cm, 35 – cho điều chỉnh chế độ tưới để giảm ô nhiễm NO3- 70 cm, 70 – 120 cm để phân tích hàm lượng N vào nước ngầm. tổng số tại thời điểm thu hoạch. Lấy mẫu đất và 2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU bảo quản theo TCVN 7538 - 2 : 2005. Phân tích N 2.1. Các công thức thí nghiệm tổng số theo phương pháp Kjeldahl. Bao gồm 02 Thí nghiệm được thực hiện trên cánh đồng lúa công thức tưới: của Học viện Nông nghiệp Việt Nam, tọa độ 21o Tưới ngập: mức nước mặt ruộng luôn duy trì 7 00’00 N - 106o55’54 E. Thời gian thực hiện 2 năm – 10 cm, gặp mưa lớn không tháo, được thực hiện từ 6/2021 – 5/2023 với 02 vụ xuân và 02 vụ hè thu. trên toàn bộ ruộng lúa có diện tích 960 m2. Tháo Mẫu nước dưới đất được thu theo chu kì 7 ngày/lần cạn ruộng 10 ngày trước thu hoạch. tại các độ sâu 35 cm, 70 cm, 120 cm sau đó mang Tưới tiết kiệm nước: Áp dụng kỹ thuật tưới tiết ngay về phòng thí nghiệm phân tích. Thực hiện lấy kiệm nước của tác giả (Trần Viết Ổn, 2016) mức mẫu và bảo quản mẫu theo TCVN 6663-11:2011. nước mặt ruộng duy trì 3 – 5 cm, phơi ruộng từ 3 – Giải thích quá trình thu mẫu nước: các ống nhựa 5 ngày giữa các đợt tưới. Riêng thời kì cuối đẻ thu mẫu được gắn đáy kín ở đáy, phía trên có nắp nhánh phơi ruộng 5 – 7 ngày để đất nẻ chân chim, có thể tháo rời để hút mẫu. Ống được đục các lỗ hạn chế đẻ nhánh vô hiệu và giúp rễ lúa ăn sâu vào xung quanh tại các độ sâu trên để thu nước phân đất. Tháo cạn ruộng 10 ngày trước thu hoạch. Thí tích NO3- ngay sau lấy mẫu. Mẫu nước trong các nghiệm được thực hiện trên 02 ô thí nghiệm có ống được hút bỏ đi trước khi lấy mẫu 24 h bằng kích thước 3*3 m, được chắn tôn, làm hai hào, bao bơm hút. Mẫu nước được đựng trong các chai nhựa nilon hai lớp đến độ sâu 2,2 m để đảm bảo từ độ sạch, được rửa trong bể rửa siêu âm và tráng rửa sâu 0 – 2,2 m không có nước thấm ngang và nước bằng nước cất trước khi đựng mẫu. tràn mặt ruộng trong những đợt mưa lớn. Hình 1. Ô thí nghiệm tưới tiết kiệm nước, tưới ngập và lấy mẫu Đối chứng (ĐC) được thiết kế như ô thí nghiệm thơm. Đây là giống lúa sinh trưởng khỏe mạnh, tưới tiết kiệm nước. Nước tưới được dẫn ra ruộng chống hạn và rét, thời gian sinh trưởng 125 - 135 từ nước máy có hàm lượng N khá thấp NO3- từ 0,1 ngày vụ đông xuân, 105 - 110 ngày vụ hè thu. – 0,2 mg/L, NH4+ từ 0,03 – 0,05 mg/L, NO2- từ Phân bón áp dụng theo khuyến cáo của Viện 0,001 – 0,003 mg/L. Khoa học Nông nghiệp Việt Nam: 120 kg N : 90 2.2. Nước tưới, giống lúa, phân bón và thuốc kg P2O5 : 90 kg K2O/ha, sử dụng phân NPK Việt trừ sâu Nhật, bón thúc vào thời kì bén rễ hồi xanh. Thuốc Nước tưới cho lúa của các công thức được lấy trừ sâu Nouvo3.6EC phun phòng bệnh trong thời từ sông Cầu Bây. Nước tưới có hàm lượng NO3- kỳ lúa đẻ nhánh và làm đòng. từ 0,5 – 2,9 mg/L, NH4+ từ 1,8-5,1 mg/L, NO2- từ 2.3. Hóa chất và phân tích 0,068 – 1,092 mg/L. Sử dụng test thuốc thử của HACH phân tích Giống lúa sử dụng trong thí nghiệm là giống NO3- trong mẫu nước trên máy quang phổ DR- bắc thơm số 7, nguồn gốc Trung Quốc được trồng 3900 của HACH. Áp dụng TCVN 6498:1999 phổ biến ở miền bắc với chất lượng gạo dẻo, (ISO 11261 : 1995) về chất lượng đất để xác định KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 85 (9/2023) 5
nitơ tổng số theo phương pháp Kendan (Kjeldahl) ngầm, các kết quả nghiên cứu phù hợp với các cải biên. nghiên cứu của (Ju XT, Zhang C, 2017, Zhou M 2.4. Xử lý số liệu et al., 2014, Chen et al., 2014) khi bề dày lớp nước Dữ liệu thí nghiệm được phân tích trên mặt ruộng và HL NO3- trong nước lớn làm tốc độ Microsoft Excel về xác định giá trị trung bình, độ thấm NO3- xuống nước ngầm gia tăng. So với lệch chuẩn, vẽ đồ thị. Các kết quả thu được là QCVN 09:2015/BTNMT, mặc dù HL NO3- trong trung bình của 03 lần phân tích. Sử dụng chương nước ngầm vẫn ở trong mức giới hạn cho phép, trình ANOVA đánh giá sự khác biệt có ý nghĩa xong các kết quả thu được ở những độ sâu khảo của số liệu trong các công thức (P < 0,05). Bên sát trong nghiên cứu này cho thấy đã có hiện cạnh đó, tính LSD (Least significant difference) về tượng thấm NO3- xuống nước ngầm khi nước mặt giá trị sai khác nhỏ nhất có ý nghĩa cho biết sự ruộng ô nhiễm. Theo thời gian, lượng thấm gia khác biệt có ý nghĩa về mặt thống kê giữa các kết tăng làm gia tăng sự tích lũy NO3- trong các tầng quả và hệ số biến thiên CV (Coefficient of đất dưới và nước ngầm. variation) về tỉ lệ của độ lệch chuẩn so với giá trị Về HL NO3- tại từng tầng, do tính chất đất bề trung bình. mặt xốp từ 0 – 70 cm theo khảo sát phẫu diện đất 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ban đầu nên kết quả HL NO3- ở độ sâu 35 cm và 3.1. Hàm lượng NO3- trong nước ngầm dưới 70 cm không có sự khác nhau đáng kể (P > 0,05), ảnh hưởng của tưới ngập có thể kết luận các kết quả thu được phù hợp với Dưới điều kiện tưới ngập, mực nước mặt ruộng phẫu diện đất nghiên cứu. Tuy nhiên, dưới độ sâu trung bình được quan sát thấy từ 7 – 10 cm và cao 70 cm đã có sự khác nhau về HL NO3- giữa tầng hơn vào những đợt mưa. Như vậy, trên mặt ruộng này và tầng trên. Trong đó, HL NO3- tại độ sâu luôn có lớp nước thấm 7 – 10 cm là nước tưới ô 120 cm cho thấy HL NO3- ở độ sâu này thấp hơn nhiễm. Bên cạnh đó, các kết quả thí nghiệm cho độ sâu 35 cm trung bình khoảng 1,7 lần (P < thấy hàm lượng NO3- trong nước ngầm gia tăng 0,05). Như vậy, kết quả phân tích phù hợp với theo mức độ ô nhiễm NO3- của nước tưới, vào phẫu diện đất nghiên cứu được khảo sát ban ban những đợt nồng độ NO3- trong nước tưới tăng thì đầu: độ sâu từ 70-120 cm khá nhiều sét, kết cấu hàm lượng (HL) NO3- trong các tầng cũng tăng chặt, đất dẻo, dính, có nhiều kết von màu nâu đen. theo. Điển hình là vào các đợt nước tưới ô nhiễm Thành phần sét cao giúp hấp phụ NO3- và giữ nặng, nồng độ NO3- trong nước ngầm tăng trung NO3- ở trong đất, giảm rửa trôi NO3- xuống tầng bình từ 2,4 – 2,9 lần so với ĐC. Áp dụng phân bón dưới (Daniel Said-Pullicino et al., 2014), nồng độ làm HL NO3- ở cả 3 độ sâu lấy mẫu đều cho kết NO3- giảm dần theo độ sâu các tầng. quả tăng hơn so với các thời điểm không bón Như vậy, sự dư thừa NO3- trong nước mặt phân, thời điểm ngay sau bón phân tăng đến ruộng mà lúa không hấp thụ hết sẽ dẫn đến ô khoảng 70%. So với ĐC, HL NO3- trung bình ở cả nhiễm NO3- trong nước ngầm. Khả năng hấp thu ba độ sâu của CT tưới ngập tăng từ 1,9 – 3,6 lần. NO3- của lúa theo nhu cầu của cây lúa, chỉ có 22% Áp dụng chế độ phân bón theo khuyến cáo lượng phân N bón cho lúa mì được hấp thụ dưới trong điều kiện nước tưới ô nhiễm làm dư lượng dạng nitrat- N, còn lại thất thoát ra môi trường NO3- trong nước mặt ruộng tăng, thúc đẩy quá hoặc xuống nước ngầm với lượng trung bình trình thấm NO3- vào nước ngầm. Cụ thể là kết quả 29 kg N/ha (Zhou JY., et al., 2016). phân HL NO3- trong nước ngầm từ độ sâu 35 – Hàm lượng NO3- trong nước ngầm đã được 120 cm tăng trung bình 2,1 – 3,8 lần so với ĐC. chứng minh là liên quan chặt chẽ với lượng mưa Ngoại trừ các thời điểm bón phân và những đợt và mức nước mặt ruộng. Khi lượng mưa cao tưới mới bằng nước ô nhiễm, HL trung bình NO3- hoặc tưới liên tục làm tăng mức nước mặt ruộng trong nước ngầm dao động từ 0,6 – 1,0 mg/L. Như luôn trong, sự thấm NO3- càng tăng (Chen L. et vậy, lớp nước mặt ruộng cao cùng với HL NO3- al., 2014). Ngược lại với lượng mưa nhỏ, mức trong nước tưới cao làm gia tăng NO3- trong nước nước mặt ruộng ở mức thấp đã hạn chế sự thấm 6 KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 85 (9/2023)
NO3- xuống các tầng đất dưới, kết quả là NO3- đến độ sâu 100 cm (Zhou M et al., 2014). Như chỉ tập trung ở tầng đất mặt. Lượng mưa từ vậy, tưới ngập làm mức nước mặt ruộng luôn 220–288 mm không thấy có sự thấm NO3-, duy trì ở mức 7 – 10 cm tương đương với lượng nhưng lượng mưa lên đến 346 mm làm một mưa 700 – 1000 mm là nguyên nhân thấm NO3- lượng lớn NO3- thấm xuống các tầng đất dưới xuống nước ngầm. Hình 2. Hàm lượng NO3- trong nước ngầm của công thức tưới ngập 3.2. Hàm lượng NO3- trong nước ngầm của – 3,33 lần so với tưới ngập. Trong số các tầng nghiên phương pháp tưới tiết kiệm nước cứu, kết quả giảm sâu nhất là tầng 120 cm, HL NO3- Dưới chế độ kiểm soát nước mặt ruộng, tưới tiết giảm từ 1,78 – 7 lần. HL NO3- của tầng 35 cm và 70 kiệm nước cho kết quả giảm NO3- khá rõ rệt so với cm không có sự khác biệt đáng kể (P > 0,05). tưới ngập, trung bình giảm từ 1,4 - 2,84 lần cho cả ba Như vậy có thể thấy tưới tiết kiệm nước đã cho tầng. Trong đó, riêng tầng 35 cm HL NO3- giảm từ kết quả giảm HL NO3- trong nước ngầm tại các 1,13 – 1,86 lần, tầng 70 cm có sự giảm sâu hơn từ 1,5 tầng giảm từ 28,69 – 64,79% so với tưới ngập. Hình 3. Hàm lượng NO3- trong nước ngầm của công thức tưới tiết kiệm nước Trong cùng điều kiện về chế độ phân bón và nước bề mặt ruộng bằng không hoặc rất thấp làm nước tưới, các kết quả thí nghiệm đã chỉ ra mức lượng nước thấm sẽ không còn giúp kiểm soát sự nước mặt ruộng ảnh hưởng đến kết quả thấm rõ thấm NO3- xuống các tầng đất dưới. rệt. Sự chênh về mức nước mặt ruộng của tưới tiết 3.3. Hàm lượng N trong các tầng đất dưới kiệm nước so với tưới ngập từ 4 – 5 cm làm giảm ảnh hưởng của các kỹ thuật tưới sự thấm HL NO3- tại độ sâu 120 cm là 64,79% (P Từ kết quả thu được cho thấy, tưới ngập làm < 0,05). Có những thời điểm phơi ruộng làm mực gia tăng sự tích lũy N tổng số trong đất so với tưới nước mặt ruộng đo được trong khoảng 0 – 2 cm, tiết kiệm nước. Tưới ngập bằng nước tưới ô nhiễm lúc này HL NO3- tại độ sâu 120 cm trở về mức rất làm lớp nước mặt ruộng luôn có một khoảng hàm thấp 0,1 – 0,2 mg/L. Như vậy, lượng nước thấm tỷ lượng NO3- tùy thuộc vào mức độ ô nhiễm của các lệ thuận với lớp nước duy trì trên mặt ruộng, lớp đợt tưới, khi nước thấm làm NO3- theo nước di nước càng mỏng thì lượng nước thấm càng giảm chuyển xuống. Dư lượng NO3- từ nước tưới cũng phù hợp với các kết quả nghiên cứu của (Ju XT, giống như áp dụng tỉ lệ phân bón quá mức cho cây Zhang C, 2017). Tại các thời kì phơi ruộng, lớp trồng. Tại nhiều vùng nông nghiệp đã được phát KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 85 (9/2023) 7
hiện có một lượng lớn NO3- tích lũy tại vùng tiếp nghiệm chỉ ra hàm lượng N tổng số trong các tầng giáp với nước ngầm mà nguyên nhân từ dư lượng đất từ 0 – 35 cm, 35 – 70 cm, 70 -120 cm giảm phân bón cho cây trồng (Zhao, B.Z. et al., 2007). tương ứng 15,63%, 18,9%, 14,29%. Tưới ngập Khoảng 70% NO3- từ phân bón cho ngô, lúa mì và làm N tổng số ở độ sâu 0 – 35 cm của tăng rau bị thấm xuống các lớp đất sâu hơn 1 m vùng rễ 16,01%, độ sâu 0 – 70 cm tăng 25,43% và độ sâu do dư lượng N vượt quá nhu cầu của cây trồng 70 – 120 cm tăng 31,63% so với ĐC. (Zhou JY et al., 2016). Đạm (N) là dinh dưỡng thiết yếu cho sự phát triển và sinh trưởng của lúa. Nhưng sự hấp thu dinh dưỡng của bất kỳ loài thực vật nào cũng có giới hạn, rất nhiều nghiên cứu đã chỉ ra sau khi bón phân cho lúa trong điều kiện nước tưới sạch, lượng đạm mà hấp thu không vượt quá 50% so với lượng phân bón đưa vào ban đầu. Vậy trong điều kiện ruộng tưới nước ô nhiễm, dư lượng N mà lúa Hình 4. Hàm lượng N tổng số trong các tầng đất không hấp thu sẽ nhiều hơn. Trong đó, khoảng 30% N bị thấm xuống phía dưới vùng rễ ở dạng Các kết quả nghiên cứu chỉ ra có sự giảm dần về NO3- (Bijay-Singh et al., 2021) dẫn đến NO3- tích hàm lượng N tổng số giữa các tầng đất của tất cả các tụ trong các tầng sâu hơn (Jankowski K et al., CT, giảm trung bình từ 38,14 – 63,16% từ bề mặt 2018). Lượng NO3- phía dưới vùng rễ cây lúa xuống tầng 120 cm. Các kết quả này phù hợp với không thể sử dụng cho vụ tiếp theo (Zhao RF et với kết quả khảo sát phẫu diện đất ban đầu: đất có al., 2006) do rễ lúa không có khả năng xuyên đến tính chất xốp bề mặt, độ xốp giảm dần từ 0 – 70 cm, độ sâu đó và quá trình thấm xuống các lớp đất sâu từ 70 cm trở về sau đất kết von tăng dần. Độ xốp của hơn gia tăng khi có mưa lớn hoặc sau các đợt tưới đất giảm dần hay độ chặt của đất tăng dần theo chiều (Huang T et al., 2017). sâu dẫn tới hiện tượng giảm thấm, dẫn đến sự giảm 3.4. Năng suất và chỉ số sinh trưởng dần N ở các tầng dưới (Zhao, B.Z. et al., 2007). Các kết quả về năng suất và chỉ số sinh trưởng So với tưới ngập, tưới tiết kiệm nước giảm sự của lúa trong các công thứức thí nghiệm được thấm N xuống các tầng đất dưới. Các kết quả thí trình bày dưới đây. Số Số hạt Khối lượng Năng suất STT Công thức bông/cây chắc/bông 1000 hạt thực thu 1 Đối chứng 7,0 111,17 19,7 16,48 2 Tiết kiệm nước 7,17 118,67 23,48 23,66 3 Tưới ngập 8,5 148,5 20,86 19,7 4 LSD 1,46 14,1 2,54 2,9 5 CV% 10,9 6,5 6,8 8,3 Các kết quả chỉ ra tưới ngập cho số bông/cây vậy, lượng đạm trong nước ô nhiễm cao sẽ làm thu được là cao nhất (8,5), số hạt chắc trên bông là cho cây lúa có số bông và số hạt chắc cao hơn, về 148,5. Vì lúa là cây ưa nước nên trong điều kiện số bông và số hạt chắc cho thấy phương pháp tưới ngập nước lúa cho nhiều nhánh, nhiều bông và đạt ô nhiễm đạm là phương pháp tối ưu. Giá trị sai hiệu quả cao nhất về số hạt chắc. Số bông/cây cao khác nhỏ nhất có ý nghĩa (LSD - Least Significant gấp 18,54% và 21,42% so với tưới tiết kiệm nước Difference) cho biết sự khác biệt có ý nghĩa về và ĐC. Số hạt chắc/bông cao gấp 25,14% và mặt thống kê giữa các kết quả của công thức tưới 33,56% so với tưới tiết kiệm nước và ĐC. Như ngập và đối chứng (│a│-│b│ < LSD, sự khác biệt 8 KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 85 (9/2023)
giữa a và b có ý nghĩa về mặt thống kê). Hệ số và ĐC lần lượt là 20,1% và 43,57%. biến thiên (CV-Coefficient of variation) về tỉ lệ 4. KẾT LUẬN của độ lệch chuẩn so với trung bình từ 6,5 – 10,9. Các kết quả nghiên cứu đã chỉ ra, tưới ngập Tuy nhiên xét về khối lượng của 1000 hạt lúa làm nồng độ NO3- thấm xuống nước ngầm tăng cho thấy tưới tiết kiệm nước cho kết quả lớn nhất trung bình từ 2,4 – 2,9 lần so với đối chứng. Sự với 23,48g/1000 hạt thóc, cao hơn tưới ngập và chênh về mức nước mặt ruộng của tưới tiết kiệm ĐC lần lượt là 12,56% và 19,19%. Sự chênh lệch nước so với tưới ngập từ 4 – 5 cm giúp giảm hiện giữa các công thức tưới tiết kiệm nước so với ĐC tượng thấm NO3- tại độ sâu 120 cm là 64,79%. là 3,78 gam/1000 hạt, và so với tưới ngập là 2,62 Như vậy, tưới tiết kiệm nước cho kết quả giảm gam/1000 hạt. So với tưới ngập, tưới tiết kiệm NO3- khá rõ rệt so với tưới ngập, trung bình giảm nước làm thế oxi hóa khử trong đất cao hơn tưới từ 1,4 - 2,84 lần. Tưới tiết kiệm nước giảm N tổng ngập, chuyển hóa một số dạng dinh dưỡng như số 15,63%, 18,9%, 14,29% trong các tầng đất từ 0 kẽm, lưu huỳnh... về dạng dễ tiêu thúc đẩy quá – 35 cm, 35 – 70 cm, 70 -120 cm tương ứng. Về trình tạo hạt (Phuong D.T.L. et al., 2020). Như năng suất, tưới tiết kiệm nước cho năng suất thực vậy, xét về năng suất cho thấy tưới tiết kiệm nước thu cao hơn tưới ngập và ĐC lần lượt là 20,1% và có năng suất thực thu lớn nhất, cao hơn tưới ngập 43,57%. TÀI LIỆU THAM KHẢO Trần Viết Ổn, 2016, Tưới tiết kiệm nước cho lúa, Nhà xuất bản Xây dựng. L. Barton, Timothy D. Colmer, 2006, Irrigation and fertilizer strategies for minimizing nitrogen leaching from turfgrass, Agr. Water Manag, https://doi.org/10.1016/j.agwat.2005.07.011 Bijay-Singh, Eric Craswell, 2021, Fertilizers and nitrate pollution of surface and groundwater: an increasingly pervasive global problem. SN Applied Sciences, 3:518, https://doi.org/10.1007/s42452-021-04521-8 Chen, L., Hao, M.D., Li, Z.B., 2014. Effects of long-term application of fertilizers on nitrate accumulation in the Loess Plateau dryland. Res. Soil Water Conserv. 21 (2), 43–47. Daniel Said-Pullicino, Maria Alexandra Cucu, Marcella Sodano, Jago Jonathan Birk, Bruno Glaser, Luisella Celi, 2014, Nitrogen immobilization in paddy soils as affected by redox conditions and rice straw incorporation, Geoderma, Volumes 228–229, Pages 44-53, ISSN 0016-7061, https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2013.06.020 Alan J. Franzluebbers, Jorge Sawchik, Miguel A. Taboada, Agronomic and environmental impacts of pasture–crop rotations in temperate North and South America, 2014, Agriculture, Ecosystems & Environment, Volume 190, Pages 18-26. https://doi.org/10.1016/j.agee.2013.09.017 Jankowski K, Neill C, Davidson EA, Macedo MN, Costa C, Galford GL, Santos LM, Lefebvre P, Nunes D, Cerri CE, McHorney R, 2018, Deep soils modify environmental consequences of increased nitrogen fertilizer use in intensifying Amazon agriculture. Sci Rep 8:13478. https://doi.org/10.1038/s41598-018-31175-1 Ju XT, Zhang C, 2017, Nitrogen cycling and environmental impacts in upland agricultural soils in North China: a review. J Integr Agric 16:2848–2862. https://doi.org/10.1016/S2095-3119(17)61743-X Huang T, Ju XT, Yang H, 2017, Nitrate leaching in a winter wheat–summer maize rotation on a calcareous soil as affected by nitrogen and straw management. Sci Rep 7:42247. https://doi.org/10.1038/srep4 2247 Kei Asada, Sadao Eguchi, Masaharu Ikeba, Taku Kato, Saeko Yada. Yasuhiro Nakajima, Sunao Itahashi, 2017. Modeling nitrogen leaching from Andosols amended with different composted manures using LEACHM, Nutr Cycl Agroecosyst. https://doi.org/10.1007/s10705-017-9899-x. KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 85 (9/2023) 9
Phuong D.T.L., Hoa N.T., Nga N.T.H., 2020, Impact of irrigation techniques on rice yield and dynamics of zinc in plants and soil. Plant Soil Environ., 66: 135–142, https://doi.org/10.17221/660/2019-PSE Rivett MO, Smith JWN, Buss SR, Morgan P, 2007, Nitrate occurrence and attenuation in the major aquifers of England and Wales. Q J Eng Geol Hydroge; 40:335–52. Zhao RF, Chen XP, Zhang FS, Zhang HL, Schroder J, Romheld V, 2006, Fertilization and nitrogen balance in a wheat–maize rotation system in North China. Agron J 98:938–945. https://doi.org/10.2134/agron j2005.0157 Zhao, B.-Z.; Zhang, J.-B.; Flury, M.; Zhu, A.-N.; Jiang, Q.-A.; Bi, J.-W, 2007, Groundwater contamination with NO3-N in a wheat-corn cropping system in the North China Plain. Pedosphere, 17, 721–731. Zhou M, Butterbach-Bahl K, 2014, Assessment of nitrate leaching loss on a yield-scaled basis from maize and wheat cropping systems. Plant Soil 374:977–991. https://doi.org/10.1007/s11104-013-1876-9 Zhou JY, Gu BJ, Schlesinger WH, Ju XT, 2016, Significant accumulation of nitrate in Chinese semi- humid croplands. Sci Rep 6:25088. https://doi.org/10.1038/srep2508817 Abstract: CONTENT OF NITRATES IN SHALLOW GROUNDWATER UNDER THE EFFECT OF IRRIGATION TECHNIQUES In this study, the effect of contaminated irrigation water and fertilizers on NO3- content in groundwater at depths of 35 cm, 70 cm, and 120 cm was investigated. The results showed that the flood irrigation causes signiﬁcant nitrate accumulation in soil layers contributing to leach-down groundwater at depths of 35 cm, 70 cm, and 120 cm. The nitrate content in the soil layer and groundwater increases through the level of N contamination in irrigation water. Nitrate content in groundwater of the treatment of flood irrigation increased from 2.4 – 2.9 times compared to the treatment of saving water irrigation. The control of the saving water irrigation hepls to reduce the level of surface water from 4 – 5 cm compared the flood irrigation. In addition, the saving water irrigation reduced the phenomenon of nitrate leaching down at the depth of 120 cm by about 64.79%. The results of the saving water irrigation reduce significantly nitrate in the groundwater compared to the flood irrigation from 1.4 – 2.84 times. The saving water irrigation reduces total nitrogen content by 15.63%, 18.9%, and 14.29% in the soil layer of depth of 0 – 35 cm, 35 – 70 cm, and 70 -120 cm, respectively. Futhermore, the saving water irrigation with the yield is higher than 20.1% and 43.57% compared to the flood irrigation, respectively. Keywords: Groundwater, contaminated nitrate, flood irrigation, saving water irrigation. Ngày nhận bài: 12/6/2023 Ngày chấp nhận đăng: 17/7/2023 10 KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 85 (9/2023)