Luận án Tiến sĩ Khí tượng và khí hậu học: Nghiên cứu đánh giá và phân vùng khí hậu nông nghiệp phục vụ phát triển ngành trồng trọt tỉnh Sơn La

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:155

Thêm vào BST

Báo xấu

38
lượt xem 5
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu nghiên cứu của Luận án này nhằm xây dựng được sơ đồ phân vùng khí hậu nông nghiệp cho tỉnh Sơn La và xác định được không gian canh tác phù hợp (về điều kiện khí hậu, địa hình, thổ nhưỡng) đối với một số loại cây chủ lực của tỉnh ở hiện tại và theo kịch bản biến đổi khí hậu. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận án Tiến sĩ Khí tượng và khí hậu học: Nghiên cứu đánh giá và phân vùng khí hậu nông nghiệp phục vụ phát triển ngành trồng trọt tỉnh Sơn La

BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG VIỆN KHOA HỌC KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN VÀ BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU NGUYỄN HỮU QUYỀN NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ VÀ PHÂN VÙNG KHÍ HẬU NÔNG NGHIỆP PHỤC VỤ PHÁT TRIỂN NGÀNH TRỒNG TRỌT TỈNH SƠN LA LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHÍ TƯỢNG VÀ KHÍ HẬU HỌC Hà Nội - 2021
BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG VIỆN KHOA HỌC KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN VÀ BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU NGUYỄN HỮU QUYỀN NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ VÀ PHÂN VÙNG KHÍ HẬU NÔNG NGHIỆP PHỤC VỤ PHÁT TRIỂN NGÀNH TRỒNG TRỌT TỈNH SƠN LA Ngành: Khí tượng và khí hậu học Mã số: 9440222 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHÍ TƯỢNG VÀ KHÍ HẬU HỌC Tác giả luận án Giáo viên hướng dẫn 1 Giáo viên hướng dẫn 2 Nguyễn Hữu Quyền PGS.TS. Dương Văn Khảm PGS.TS. Nguyễn Thế Hưng Hà Nội – 2021
i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các kết quả nghiên cứu trong Luận án là trung thực, có nguồn gốc rõ ràng và chưa từng được công bố trong bất kỳ một nghiên cứu nào khác. Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về lời cam đoan này và các kết quả nghiên cứu trong Luận án của mình. Tác giả Luận án Nguyễn Hữu Quyền
ii LỜI CẢM ƠN Luận án được hoàn thành dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS.TS. Dương Văn Khảm và PGS.TS. Nguyễn Thế Hưng. Tác giả xin trân trọng bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới hai Thầy đã hết lòng tận tình hướng dẫn tác giả thực hiện Luận án. Tác giả cũng xin bày tỏ lòng biết ơn tới GS.TS. Nguyễn Trọng Hiệu, các chuyên gia, các nhà khoa học đã giúp đỡ và góp ý cho các nội dung của Luận án. Tác giả xin gửi lời cảm ơn đến Viện Khoa học Khí tượng Thuỷ văn và Biến đổi khí hậu đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tác giả trong quá trình nghiên cứu và hoàn thành Luận án. Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn đến Lãnh đạo và các đồng nghiệp thuộc Trung tâm Nghiên cứu Khí tượng - Khí hậu và Trung tâm Nghiên cứu Khí tượng Nông nghiệp đã tạo mọi điều kiện giúp đỡ, động viên cho tác giả trong suốt quá trình thực hiện Luận án. Cuối cùng, tác giả xin gửi lời biết ơn sâu sắc tới bố, mẹ, anh, chị, em, những người thân trong gia đình, đặc biệt là vợ và hai con đã luôn ở bên cạnh, động viên, tạo mọi điều kiện tốt nhất để tác giả hoàn thành tốt Luận án của mình. Tác giả Luận án Nguyễn Hữu Quyền
iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN .............................................................................................. i LỜI CẢM ƠN ................................................................................................... ii MỤC LỤC ........................................................................................................ iii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ............................................................... viii DANH MỤC BẢNG ........................................................................................ ix DANH MỤC HÌNH ......................................................................................... xi MỞ ĐẦU ........................................................................................................... 1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ VÀ PHÂN VÙNG KHÍ HẬU NÔNG NGHIỆP CHO PHÁT TRIỂN TRỒNG TRỌT ..... 6 1.1. CƠ SỞ PHƯƠNG PHÁP LUẬN TRONG NGHIÊN CỨU KHÍ HẬU NÔNG NGHIỆP ................................................................................................ 6 1.1.1. Khái quát về khí hậu nông nghiệp ....................................................... 6 1.1.2. Phương pháp xác định các chỉ tiêu đánh giá điều kiện khí hậu nông nghiệp ............................................................................................................. 7 1.1.3. Khái quát về phân vùng khí hậu nông nghiệp ..................................... 8 1.2. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRÊN THẾ GIỚI ....................................... 9 1.2.1. Các chỉ số đánh giá tài nguyên khí hậu nông nghiệp .......................... 9 1.2.1.1. Tài nguyên bức xạ và độ dài ngày ........................................................... 9 1.2.1.2. Các chỉ số về điều kiện sống qua đông đối với cây trồng ..................... 10 1.2.1.3. Các chỉ số về tài nguyên nhiệt ............................................................... 10 1.2.1.4. Các chỉ số về tài nguyên ẩm .................................................................. 12 1.2.1.5. Các chỉ số về hiện tượng thời tiết bất lợi .............................................. 13 1.2.2. Phân vùng khí hậu nông nghiệp ......................................................... 13 1.2.2.1. Phân vùng khí hậu nông nghiệp chung ................................................. 13 1.2.2.2. Phân vùng khí hậu nông nghiệp cho một mục đích cụ thể .................... 16 1.2.2.3. Ứng dụng công nghệ GIS trong phân vùng khí hậu nông nghiệp ......... 20
iv 1.3. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU Ở VIỆT NAM ........................................... 22 1.4. ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN, PHÂN BỐ CÂY TRỒNG VÀ ĐỊNH HƯỚNG PHÁT TRIỂN TRỒNG TRỌT TỈNH SƠN LA ............................................. 27 1.4.1. Điều kiện tự nhiên tỉnh Sơn La .......................................................... 27 1.4.1.1. Vị trí địa lý ............................................................................................. 27 1.4.1.2. Đặc điểm địa hình................................................................................ 27 1.4.1.3. Tài nguyên đất ....................................................................................... 28 1.4.1.4. Khái quát về khí hậu và kịch bản biến đổi khí hậu tỉnh Sơn La ............ 29 1.4.2. Phân bố không gian và năng suất một số cây trồng ở tỉnh Sơn La .... 34 1.4.2.1. Phân bố diện tích các loại cây trồng chính theo huyện ........................ 34 1.4.2.2. Phân bố năng suất các loại cây trồng theo huyện ................................ 35 1.4.3. Định hướng phát triển trồng trọt tỉnh Sơn La .................................... 37 TIỂU KẾT CHƯƠNG 1.................................................................................. 40 CHƯƠNG 2: SỐ LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ..................... 41 2.1. SỐ LIỆU SỬ DỤNG ................................................................................ 41 2.1.1. Số liệu khí tượng ................................................................................ 41 2.1.2. Số liệu kịch bản biến đổi khí hậu ....................................................... 42 2.1.3. Số liệu diện tích, năng suất và sản lượng cây trồng .......................... 42 2.1.4. Khung thời vụ cây trồng .................................................................... 42 2.1.5. Bản đồ đất và địa hình ....................................................................... 42 2.2. PHƯƠNG PHÁP ...................................................................................... 42 2.2.1. Phương pháp đánh giá điều kiện khí hậu nông nghiệp và sự phân bố theo không gian của các chỉ số KHNN ........................................................ 42 2.2.1.1. Phương pháp đánh giá điều kiện khí hậu nông nghiệp ......................... 42 2.2.1.2. Phương pháp xác định phân bố theo không gian của các chỉ số khí hậu nông nghiệp ........................................................................................................ 43
v 2.2.2. Phương pháp nghiên cứu ảnh hưởng của khí hậu đến năng suất cây trồng ............................................................................................................. 45 2.2.3. Phương pháp và các bước phân vùng khí hậu nông nghiệp tỉnh Sơn La ...................................................................................................................... 46 2.2.3.1. Phương pháp phân vùng ........................................................................ 46 2.2.3.2. Các bước thực hiện ................................................................................ 47 2.2.4. Áp dụng công cụ LUSET nhằm đánh giá mức độ phù hợp của cây trồng trong các vùng khí hậu nông nghiệp ............................................................ 48 2.2.5. Phương pháp xác định các chỉ tiêu sinh lý cây trồng được sử dụng làm đầu vào cho công cụ LUSET ....................................................................... 52 2.2.5.1. Nhóm cây ăn quả ôn đới ........................................................................ 52 2.2.5.2. Nhóm cây ăn quả nhiệt đới .................................................................... 55 2.2.5.3. Nhóm cây lương thực hàng năm ............................................................ 56 2.2.6. Phương pháp nội suy dữ liệu khí hậu theo không gian làm đầu vào cho công cụ LUSET ............................................................................................ 61 TIỂU KẾT CHƯƠNG 2.................................................................................. 62 CHƯƠNG 3: ĐÁNH GIÁ VÀ PHÂN VÙNG KHÍ HẬU NÔNG NGHIỆP TỈNH SƠN LA ................................................................................................ 64 3.1. ĐÁNH GIÁ SỰ PHÂN HÓA CÁC YẾU TỐ KHÍ HẬU NÔNG NGHIỆP Ở TỈNH SƠN LA ........................................................................................... 64 3.1.1. Phân bố các chỉ số nhiệt ..................................................................... 64 3.1.2. Phân bố các chỉ số mưa ẩm ................................................................ 77 3.1.3. Vai trò của điều kiện địa lý đối với phân bố các chỉ số khí hậu nông nghiệp ........................................................................................................... 83 3.1.3.1. Phân bố các chỉ số nhiệt theo độ cao .................................................... 83 3.1.3.2. Phân bố của nhiệt độ và lượng mưa và số giờ lạnh theo vị trí địa lý ... 87 3.1.4. Đặc điểm phân hóa khí hậu ở Sơn La ................................................ 89 3.1.4.1. Phân hóa về điều kiện nhiệt................................................................... 89
vi 3.1.4.2. Phân hóa về điều kiện mưa ẩm .............................................................. 90 3.1.4.3. Những phân hóa của các chỉ tiêu khí hậu quan trọng đối với sản xuất nông nghiệp tỉnh Sơn La ..................................................................................... 91 3.2. PHÂN VÙNG KHÍ HẬU NÔNG NGHIỆP TỈNH SƠN LA .................. 94 3.2.1. Mục đích phân vùng........................................................................... 94 3.2.2. Các cấp phân vị .................................................................................. 95 3.2.3. Lựa chọn chỉ tiêu................................................................................ 95 3.2.4. Kết quả phân vùng ............................................................................. 96 3.2.5. Đặc điểm khí hậu nông nghiệp trong các tiểu vùng .......................... 97 3.3. KHẢ NĂNG TRỒNG TRỌT TRONG CÁC VÙNG KHÍ HẬU NÔNG NGHIỆP CỦA TỈNH SƠN LA ..................................................................... 101 3.3.1. Khả năng trồng trọt đối với nhóm cây ăn quả ôn đới ..................... 102 3.3.2. Khả năng trồng trọt đối với nhóm cây ăn quả nhiệt đới ................. 106 3.3.3. Khả năng trồng trọt đối với nhóm cây hàng năm ............................ 109 TIỂU KẾT CHƯƠNG 3................................................................................ 114 CHƯƠNG 4: TÁC ĐỘNG CỦA BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU ĐẾN PHÁT TRIỂN TRỒNG TRỌT Ở TỈNH SƠN LA ................................................................ 116 4.1. ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC YẾU TỐ KHÍ HẬU ĐẾN NĂNG SUẤT CÂY TRỒNG TỈNH SƠN LA ............................................................................... 116 4.1.1. Dao động năng suất do thời tiết tạo nên........................................ 116 4.1.2. Quan hệ giữa năng suất thời tiết của cây trồng với các yếu tố khí hậu 118 4.1.2.1. Đối với cây lúa .................................................................................... 118 4.1.2.2. Đối với cây ngô.................................................................................... 120 4.1.2.3. Đối với các cây ăn quả lâu năm .......................................................... 121
vii 4.2. TÁC ĐỘNG CỦA BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU ĐẾN SƠ ĐỒ PHÂN VÙNG KHÍ HẬU NÔNG NGHIỆP HIỆN TẠI VÀ SỰ PHÂN BỐ CÂY TRỒNG Ở TỈNH SƠN LA......................................................................................................... 123 4.2.1. Áp dụng kịch bản biến đổi khí hậu vào việc điều chỉnh sơ đồ phân vùng khí hậu nông nghiệp hiện tại ...................................................................... 123 4.2.2. Tác động của biến đổi khí hậu đến phân bố cây trồng trong các vùng khí hậu nông nghiệp tỉnh Sơn La ............................................................... 125 4.2.2.1. Tác động của biến đổi khí hậu đến phân bố cây ăn quả ôn đới .......... 126 4.2.2.2. Tác động của biến đổi khí hậu đến phân bố cây ăn quả nhiệt đới ...... 127 4.2.2.3. Tác động của biến đổi khí hậu đến phân bố cây hàng năm ................ 128 TIỂU KẾT CHƯƠNG 4................................................................................ 129 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ....................................................................... 130 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU .................................... 132 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................. 133
viii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT BĐKH Biến đổi khí hậu CU Đơn vị lạnh - chilling units DC Độ cao địa hình DEM Mô hình số độ cao (Digital Elevation Model) ETo Bốc thoát hơi tiềm năng FAO Tổ chức Lương thực và Nông nghiệp Liên Hiệp Quốc GIS Hệ thống thông tin địa lý HTC Hệ số thủy nhiệt IDWA Phương pháp nghịch đảo khoảng cách IRRI Viện Nghiên cứu Lúa Quốc tế KĐ Kinh độ KHNN Khí hậu nông nghiệp LU Đơn vị đất LUSET Land Use Suitability Evaluation Tool MST Mùa sinh trưởng N Không thích hợp OVS Sự phù hợp RCP4.5 Kịch bản nồng độ khí nhà kính trung bình thấp S1 Rất thích hợp S2 Thích hợp S3 Kém thích hợp SXNN Sản xuất nông nghiệp Tabs_tbMax Nhiệt độ tối cao tuyệt đối trung bình năm Tabs_tbMin Nhiệt độ tối thấp tuyệt đối trung bình năm Tmaxtb Nhiệt độ tối cao trung bình năm Tmintb Nhiệt độ tối thấp trung bình năm TNN Tổng nhiệt năm Ttb Nhiệt độ trung bình Ttbmax Nhiệt độ tháng nóng nhất Ttbmin Nhiệt độ tháng lạnh nhất VĐ Vĩ độ WMO Tổ chức Khí tượng Thế giới
ix DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1. Diện tích một số loại cây hàng năm và cây ăn quả lâu năm thời kỳ 1995 – 2016 của tỉnh Sơn La (ha) .........................................................................................34 Bảng 1.2. Năng suất một số loại cây hàng năm và cây ăn quả lâu năm thời kỳ 1995 – 2016 của tỉnh Sơn La (tạ/ha) .....................................................................................35 Bảng 2.1. Danh sách các trạm ở vùng nghiên cứu và vùng lân cận..........................41 Bảng 2.2. Các mức phù hợp tương ứng với nhân tố trọng số [50] ...........................51 Bảng 2.3. Phân cấp mức độ phù hợp tổng thể [97] ...................................................52 Bảng 2.4. Nhu cầu về khí hậu, địa hình, đất đai đối với các cây đào, lê và mận [1; 77] ...................................................................................................................................54 Bảng 2.5. Nhu cầu về khí hậu, địa hình, đất đai đối với cây xoài và nhãn [70]; 95]; [96] ............................................................................................................................55 Bảng 2.6. Nhu cầu về khí hậu, địa hình, đất đai đối với cây lúa (thời gian sinh trưởng từ 90-150 ngày) [86] .................................................................................................58 Bảng 2.7. Bộ chỉ tiêu đánh giá mức độ phù hợp đối với cây ngô [86] .....................60 Bảng 3.1. Nhiệt độ trung bình năm ở Sơn La ...........................................................65 Bảng 3.2. Tổng nhiệt năm và vụ ở Sơn La (°C)........................................................67 Bảng 3.3. Nhiệt độ tối cao trung bình năm ở Sơn La ...............................................68 Bảng 3.4. Nhiệt độ tối thấp trung bình năm ở Sơn La ..............................................70 Bảng 3.5. Thời kỳ có khả năng xảy ra rét hại 3 ngày liên tục ở tỉnh Sơn La............73 Bảng 3.6. Phân bố số đơn vị lạnh tích lũy TBNN tại các trạm khí tượng ................75 Bảng 3.7. Ngày bắt đầu - kết thúc nhiệt độ không khí trung bình dưới 20°C ứng với các suất bảo đảm khác nhau ở tỉnh Sơn La ...............................................................75 Bảng 3.8. Thời kỳ có nhiệt độ không khí trung bình trên 25°C ở tỉnh Sơn La.........76 Bảng 3.9. Tổng lượng mưa mùa và năm (mm) .........................................................78 Bảng 3.10. Mùa ẩm ướt và mùa sinh trưởng đối với cây trồng ở Sơn La ................81 Bảng 3.11. Phương trình tính toán sự phân bố theo không gian về nhiệt độ, lượng mưa và số giờ lạnh ở vùng nghiên cứu .....................................................................87
x Bảng 3.12. Ma trận tương quan bội giữa các yếu tố liên quan đến điều kiện nhiệt ở tỉnh Sơn La ................................................................................................................92 Bảng 3.13. Phương trình ngoại suy các chỉ tiêu nhiệt từ tổng nhiệt năm (TNN) .....93 Bảng 3.14. Phương trình ngoại suy tổng lượng mưa năm từ giá trị độ dài mùa sinh trưởng (MST) ............................................................................................................94 Bảng 3.16. Cấp phân vị và chỉ tiêu phân vùng khí hậu nông nghiệp tỉnh Sơn La ....96 Bảng 3.17. Các chỉ tiêu phân vùng và tiểu vùng KHNN tỉnh Sơn La ......................97 Bảng 3.18. Các đặc trưng khí hậu nông nghiệp trong các vùng và tiểu vùng KHNN tỉnh Sơn La ................................................................................................................98 Bảng 4. 1. Hệ số biến động của năng suất thời tiết đối với cây trồng ở các huyện của tỉnh Sơn La ..............................................................................................................117 Bảng 4. 2. Sự thay đổi tỷ lệ diện tích đất tự nhiên trong các vùng KHNN theo kịch bản BĐKH (%) ........................................................................................................125 Bảng 4. 3. Tỷ lệ diện tích phù hợp về điều kiện nhiệt đối với cây ăn quả ôn đới trong bối cảnh biến đổi khí hậu ........................................................................................126 Bảng 4. 4. Tỷ lệ diện tích phù hợp về điều kiện nhiệt đối với cây ăn quả nhiệt đới đới trong bối cảnh biến đổi khí hậu ...............................................................................128 Bảng 4. 5. Tỷ lệ diện tích phù hợp về điều kiện nhiệt đối với cây trồng hàng năm trong bối cảnh biến đổi khí hậu ...............................................................................128
xi DANH MỤC HÌNH Hình 1.1. Phân bố độ cao (trái) và độ dốc tỉnh Sơn La .............................................28 Hình 1.2. Sơ đồ khối thực hiện luận án .....................................................................40 Hình 2.1. Sơ đồ khối xây dựng bản đồ phân bố theo không gian của các chỉ số khí hậu nông nghiệp ........................................................................................................44 Hình 2.2. Sơ đồ mô tả các thành phần của năng suất của cây trồng [68] .................45 Hình 2.3. Quy trình xác định khả năng trồng trọt trong các tiểu vùng khí hậu ........49 Hình 3. 1. Phân bố nhiệt độ trung bình năm ở tỉnh Sơn La ......................................65 Hình 3. 2. Biến trình năm của nhiệt độ không khí trung bình ở tỉnh Sơn La ...........66 Hình 3. 3. Phân bố chỉ tiêu tổng nhiệt năm tỉnh Sơn La ...........................................68 Hình 3. 4. Phân bố nhiệt độ tối cao trung bình năm ở tỉnh Sơn La ..........................69 Hình 3. 5. Phân bố nhiệt độ tối thấp trung bình năm (bên trái) và tối thấp tuyệt đối năm (bên phải) ...........................................................................................................71 Hình 3. 6. Suất bảo đảm độ lệch chuẩn về nhiệt độ tối thấp năm so với giá trị trung bình tại các điểm trạm tỉnh Sơn La ...........................................................................72 Hình 3. 7. Phân bố tổng lượng mưa năm ở Sơn La ..................................................77 Hình 3. 8. Biến trình lượng mưa năm tại các trạm ở tỉnh Sơn La.............................78 Hình 3. 9. Phân bố tổng lượng bốc thoát hơi tiềm năng năm ở Sơn La...................79 Hình 3. 10. Phân bố chỉ số ẩm ở Sơn La ...................................................................80 Hình 3. 11. Phân bố chỉ tiêu độ dài mùa sinh trưởng tỉnh Sơn La ............................82 Hình 3. 12. Phân bố nhiệt độ theo độ cao tại các trạm khí tượng ở tỉnh Sơn La ......83 Hình 3. 13. Quy luật phân bố tổng nhiệt năm (trên), vụ Xuân (dưới bên trái) và vụ mùa (dưới bên phải) theo độ cao địa hình .................................................................84 Hình 3. 14. Quy luật phân bố nhiệt độ tối thấp (trái) và tối cao (phải) trung bình năm theo độ cao ................................................................................................................85 Hình 3. 15. Biến đổi ngày bắt đầu và kết thúc rét hại ở Sơn La theo độ cao địa hình ...................................................................................................................................85 Hình 3. 16. Quy luật phân bố tổng số giờ lạnh theo độ cao ở tỉnh Sơn La ...............86 Hình 3. 17. Biến đổi ngày bắt đầu và kết thúc nhiệt độ dưới 20°C với suất bảo đảm 50% ở Sơn La theo độ cao ........................................................................................87
xii Hình 3. 18. Mức biến đổi độ dài mùa sinh trưởng theo tổng lượng mưa năm .........94 Hình 3. 19. Bản đồ phân vùng khí hậu nông nghiệp tỉnh Sơn La .............................96 Hình 3. 20. Mức độ phù hợp về điều kiện nhiệt đối với cây đào (trên bên trái), lê (trên bên phải), mận (dưới bên trái) và phần trăm diện tích các cấp độ phù hợp trong các vùng KHNN tỉnh Sơn La (dưới bên phải). ..............................................................103 Hình 3. 21. Mức độ phù hợp về điều kiện ẩm đối với cây đào (trên bên trái), lê (trên bên phải), mận (dưới bên trái) và phần trăm diện tích các cấp độ phù hợp trong các vùng KHNN tỉnh Sơn La (dưới bên phải). ..............................................................104 Hình 3. 22. Mức độ phù hợp về điều kiện địa hình, thổ nhưỡng đối với cây đào (trên bên trái), lê (trên bên phải), mận (dưới bên trái) và phần trăm diện tích các cấp độ phù hợp trong các vùng KHNN tỉnh Sơn La (dưới bên phải) ........................................105 Hình 3. 23. Khả năng trồng các cây đào (trên bên trái), lê (trên bên phải), mận (dưới bên trái) và phần trăm diện tích các cấp độ phù hợp trong các vùng KHNN tỉnh Sơn La (dưới bên phải) ...................................................................................................106 Hình 3. 24.Mức độ phù hợp về điều kiện nhiệt đối với cây xoài và nhãn (trái) và phần trăm diện tích các cấp độ phù hợp trong các vùng KHNN tỉnh Sơn La (phải) .......107 Hình 3. 25. Mức độ phù hợp về điều kiện ẩm đối với cây xoài (bên trái) và nhãn (bên phải) và phần trăm diện tích các cấp độ phù hợp trong các vùng KHNN tỉnh Sơn La (dưới) .......................................................................................................................108 Hình 3. 26. Mức độ phù hợp về điều kiện địa hình, thổ nhưỡng đối với cây xoài và nhãn (bên trái) và phần trăm diện tích các cấp độ phù hợp trong các vùng KHNN tỉnh Sơn La (bên phải) ....................................................................................................109 Hình 3. 27. Khả năng trồng các cây xoài và nhãn (bên trái) và phần trăm diện tích các cấp độ phù hợp trong các vùng KHNN tỉnh Sơn La (bên phải) .............................109 Hình 3. 28. Mức độ phù hợp về điều kiện nhiệt đối với cây lúa (bên trái) và phần trăm diện tích các cấp độ phù hợp trong các vùng KHNN tỉnh Sơn La (bên phải) ........110 Hình 3. 29. Mức độ phù hợp về điều kiện ẩm đối với cây lúa (bên trái) và phần trăm diện tích các cấp độ phù hợp trong các vùng KHNN tỉnh Sơn La (bên phải) ........110
xiii Hình 3. 30. Mức độ phù hợp về điều kiện địa hình, thổ nhưỡng đối với cây lúa nương (bên trái) và phần trăm diện tích các cấp độ phù hợp trong các vùng KHNN tỉnh Sơn La (bên phải) ...........................................................................................................111 Hình 3. 31. Khả năng trồng cây lúa nương (bên trái) và phần trăm diện tích các cấp độ phù hợp trong các vùng KHNN tỉnh Sơn La (bên phải) ....................................112 Hình 3. 32. Mức độ phù hợp về điều kiện nhiệt đối với cây ngô (bên trái) và phần trăm diện tích các cấp độ phù hợp trong các vùng KHNN tỉnh Sơn La (bên phải) 112 Hình 3. 33. Mức độ phù hợp về điều kiện ẩm đối với cây ngô (bên trái) và phần trăm diện tích các cấp độ phù hợp trong các vùng KHNN tỉnh Sơn La (bên phải) ........113 Hình 3. 34. Mức độ phù hợp về điều kiện địa hình, thổ nhưỡng đối với cây ngô (bên trái) và phần trăm diện tích các cấp độ phù hợp trong các vùng KHNN tỉnh Sơn La (bên phải).................................................................................................................113 Hình 3. 35. Khả năng trồng cây ngô (bên trái) và phần trăm diện tích các cấp độ phù hợp trong các vùng KHNN tỉnh Sơn La (bên phải) ................................................114 Hình 4. 1. Mối quan hệ giữa năng suất thời tiết của cây lúa với nhiệt độ (bên trái) và lượng mưa (bên phải) thời kỳ 1995 -2016 ..............................................................120 Hình 4. 2. Mối quan hệ giữa năng suất thời tiết của cây ngô với nhiệt độ (bên trái) và lượng mưa (bên phải) thời kỳ 1995 -2016 ..............................................................121 Hình 4. 3. Mối quan hệ giữa năng suất thời tiết của các cây ăn quả lâu năm với nhiệt độ (bên trái) và lượng mưa (bên phải) thời kỳ 1995 -2016.....................................122 Hình 4. 4. Bản đồ phân vùng khí hậu nông nghiệp theo kịch bản RCP4.5 giai đoạn 2030 (trái) và 2050 (phải) ở tỉnh Sơn La. ...............................................................124
1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Nông nghiệp có quan hệ qua lại và phức tạp đối với các điều kiện tự nhiên, trong đó các yếu tố khí hậu là những yếu tố tác động mạnh mẽ nhất đến sản xuất nông nghiệp. Khí hậu không những ảnh hưởng lớn đến sự phân bố địa lý của cây trồng mà còn ảnh hưởng đến quá trình sinh trưởng phát triển, đến chất lượng và năng suất sản lượng mùa màng. Nghiên cứu, đánh giá điều kiện khí hậu nông nghiệp nhằm cung cấp những thông tin cần thiết về tài nguyên khí hậu, mức độ phù hợp của các điều khí hậu nông nghiệp đó đối với các loại cây trồng khác nhau..., làm cơ sở khoa học phục vụ các quy hoạch phát triển nông nghiệp, giúp các nhà quản lý đề xuất được những cơ cấu cây trồng hợp lý, tận dụng được hết các lợi thế về tài nguyên khí hậu trên mỗi vùng lãnh thổ, thu được lợi nhuận cao và phát triển bền vững. Sơn La là tỉnh có nhiều lợi thế phát triển trồng trọt, vùng có tiềm năng đất đai rộng lớn với nguồn tài nguyên khí hậu nông nghiệp (KHNN) đa dạng và phong phú. Tuy nhiên, vùng này còn gặp không ít khó khăn về nhiều mặt, cụ thể như: địa hình đồi núi phức tạp dẫn đến điều kiện khí hậu nông nghiệp có sự thay đổi lớn trên phạm vi hẹp, đất dốc chiếm diện tích lớn, cơ sở hạ tầng kém, mặt bằng dân trí thấp, tỷ lệ hộ nghèo cao. Đặc biệt, vùng này luôn phải đối mặt với các loại thiên tai và các hiện tượng thời tiết cực đoan như sương muối, nhiệt độ thấp, hạn hán gây ảnh hưởng rất lớn đến sản xuất nông nghiệp. Vì vậy tốc độ phát triển ngành trồng trọt còn chậm, chưa tương xứng với tiềm năng của từng địa phương. Theo định hướng phát triển trồng trọt của tỉnh Sơn La, trọng tâm trong giai đoạn tới bao gồm các nội dung cụ thể như: (1) Phát triển nông nghiệp theo hướng xây dựng các cánh đồng mẫu lớn; (2) Tập trung chuyển đổi cơ cấu kinh tế nông nghiệp, gia tăng giá trị sản phẩm trên một đơn vị diện tích; (3) Nâng cao năng suất, chất lượng nông sản, đạt hiệu quả cao và bền vững [22], [24], [25]. Có thể thấy
2 đây là chiến lược lâu dài trong phát triển nông nghiệp của tỉnh, do vậy, cần có những đánh giá đúng mức về tài nguyên khí hậu nông nghiệp, có những định hướng quy hoạch, mở rộng không gian phát triển trồng trọt, phát triển các vùng chuyên canh cây ăn quả có giá trị kinh tế hàng hoá một cách cụ thể. Trong đó, việc xác định những vùng có khả năng mở rộng sản xuất nông nghiệp, lựa chọn những loại cây trồng phát triển phù hợp là những vấn đề cấp thiết. Vì vậy, đánh giá điều kiện khí hậu nông nghiệp một cách khoa học phục vụ phát triển trồng trọt là việc làm rất cần thiết và phù hợp. Cây trồng trong nông nghiệp có rất nhiều loại nên khi tiến hành nghiên cứu, đánh giá tài nguyên khí hậu nông nghiệp cho phát triển trồng trọt của vùng, cần chọn lựa một số cây trồng chủ lực, có thể thích hợp với điều kiện khí hậu địa phương, có giá trị kinh tế, ưu tiên các loại cây trồng đang là thế mạnh của tỉnh. Chính vì thế đối với tỉnh Sơn La, việc lựa chọn nghiên cứu, đánh giá tài nguyên khí hậu nông nghiệp cho phát triển các cây ăn quả ôn đới, nhiệt đới có giá trị kinh tế và cây trồng hàng năm là việc làm hết sức cần thiết. Từ những phân tích nêu trên, với lòng mong muốn được góp phần đưa các kết quả nghiên cứu vào thực tiễn nhằm khai thác hiệu quả nguồn tài nguyên khí hậu nông nghiệp, giảm thiểu tác động bất lợi của các yếu tố khí hậu cực đoan, hướng tới phát triển nền nông nghiệp bền vững, tác giả đã chọn đề tài: “Nghiên cứu đánh giá và phân vùng khí hậu nông nghiệp phục vụ phát triển ngành trồng trọt tỉnh Sơn La”. 2. Mục tiêu của luận án - Đánh giá được sự phân hóa theo không gian, thời gian về các chỉ tiêu KHNN và ảnh hưởng của chúng đến năng suất các loại cây trồng ở tỉnh Sơn La; - Xây dựng được sơ đồ phân vùng KHNN cho tỉnh Sơn La và xác định được không gian canh tác phù hợp (về điều kiện khí hậu, địa hình, thổ nhưỡng) đối với một số loại cây chủ lực của tỉnh ở hiện tại và theo kịch bản biến đổi khí hậu.
3 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: - Điều kiện tự nhiên và thực trạng sản xuất nông nghiệp ở tỉnh Sơn La - Quy luật phân hóa của các chỉ số khí hậu nông nghiệp; - Ảnh hưởng của phân bố các chỉ số KHNN đến phân bố cây trồng; Phạm vi nghiên cứu - Trên địa bàn tỉnh Sơn La; - Một số khu vực lân cận. 4. Câu hỏi nghiên cứu và luận điểm bảo vệ của luận án 4.1. Câu hỏi nghiên cứu (1) Những chỉ tiêu nào trong tổ hợp các chỉ tiêu KHNN có thể được sử dụng làm các chỉ tiêu chính để đánh giá và phân vùng KHNN phục vụ phát triển ngành trồng trọt tỉnh Sơn La? (2) Mức độ phù hợp về điều kiện khí hậu, địa hình, thổ nhưỡng đối với các cây trồng nông nghiệp trong phân vùng KHNN tỉnh Sơn La như thế nào? 4.2. Giới hạn nghiên cứu Đối với các cây trồng nông nghiệp, luận án chỉ xem xét các loại cây trồng chủ lực đang được tỉnh quan tâm đầu tư phát triển trong giai đoạn tới, bao gồm: các loại cây ăn quả ôn đới (đào, lê, mận); các loại cây ăn quả nhiệt đới (xoài, nhãn); và các cây hàng năm (lúa, ngô). 4.3. Luận điểm bảo vệ của luận án Luận điểm 1: Bản đồ phân vùng KHNN phản ánh được quy luật phân hóa chủ yếu về các điều kiện KHNN thông qua các tiêu chí tổng nhiệt năm và độ dài mùa sinh trưởng trên địa bàn tỉnh Sơn La; Luận điểm 2: Phân vùng KHNN tỉnh Sơn La có liên quan mật thiết với sự phân bố cây trồng và có khả năng phục vụ quy hoạch phát triển trồng trọt theo hướng chuyên canh, có tính đến vấn đề BĐKH.
4 5. Phương pháp nghiên cứu Để trả lời các câu hỏi nghiên cứu, Luận án sử dụng các phương pháp nghiên cứu sau: (1) Các phương pháp thống kê trong khí hậu, KHNN của WMO, FAO đã được áp dụng để xây dựng các chỉ số KHNN phục vụ đánh giá quy luật phân hóa các điều kiện KHNN và ảnh hưởng của các chỉ số KHNN đến năng suất cây trồng ở tỉnh Sơn La. (2) Áp dụng công nghệ GIS để xác định phân bố theo không gian của các chỉ số KHNN, trong đó có xét đến kiến thức chuyên gia. (3) Áp dụng phương pháp đánh giá thích nghi của FAO để xác định khả năng trồng các loại cây ăn quả ôn đới, cây ăn quả nhiệt đới và các loại cây hàng năm trong các vùng KHNN tỉnh Sơn La. 6. Đóng góp mới của Luận án - Xây dựng được sơ đồ phân vùng KHNN cho tỉnh Sơn La, trong đó tích hợp được các đặc trưng KHNN như: nhiệt độ trung bình năm, nhiệt độ tháng nóng nhất, nhiệt độ tháng lạnh nhất, nhiệt độ tối thấp tuyệt đối trung bình năm, thời kỳ có khả năng xảy ra rét hại, thời kỳ bắt đầu - kết thúc nhiệt độ dưới 20oC, số giờ lạnh và tổng lượng mưa năm trong mỗi vùng và tiểu vùng KHNN của tỉnh Sơn La. - Luận án đã áp dụng thành công bộ công cụ LUSET của FAO để xác định mức độ phù hợp về điều kiện khí hậu, địa hình, thổ nhưỡng đối với các loại cây trồng chủ lực (các loại cây ăn quả ôn đới, nhiệt đới và cây trồng hàng năm) trong các vùng KHNN tỉnh Sơn La, trong đó có xét đến ảnh hưởng của biến đổi khí hậu (BĐKH). 7. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 7.1. Ý nghĩa khoa học
5 Luận án đã làm rõ đặc điểm và sự phân hóa của các chỉ số KHNN trên địa bàn tỉnh Sơn La. Các phương pháp được luận án kế thừa và phát triển là nguồn tư liệu rất hữu ích trong việc nghiên cứu phân vùng KHNN và đánh giá khả năng trồng trọt trong mỗi đơn vị lãnh thổ. 7.2. Ý nghĩa thực tiễn Các chỉ số khí hậu nông nghiệp được lựa chọn trong đánh giá điều kiện KHNN và phân vùng KHNN có liên quan mật thiết với cây trồng, được thực hiện trên bộ số liệu quan trắc đủ dài, phản ánh đúng thực trạng của vùng nghiên cứu. Do vậy, kết quả phân vùng KHNN có thể làm cơ sở khoa học phục vụ các quy hoạch phát triển nông nghiệp, giúp các nhà quản lý điều chỉnh đề xuất được cơ cấu cây trồng hợp lý. Bản đồ phân vùng khí hậu nông nghiệp được tích hợp với các bản đồ mức độ phù hợp về điều kiện khí hậu, địa hình và thổ nhưỡng đối với các cây trồng chủ lực sẽ cho phép tính toán được phần diện tích gieo trồng thích hợp trong mỗi vùng khí hậu nông nghiệp, rất thuận lợi trong công các quy hoạch phát triển trồng trọt và khuyến cáo các hoạt động sản xuất nông nghiệp hàng năm cho các địa phương. Các kết quả của luận án cũng có thể được xem xét áp dụng trong quy hoạch phát triển các loại cây trồng khác có giá trị kinh tế cao ở Sơn La, với điều kiện nhu cầu về KHNN của các loại cây trồng này có tính tương đồng như các cây trồng đã được xem xét trong luận án. 8. Cấu trúc luận án Ngoài phần mở đầu, kết luận và kiến nghị, nội dung của luận án được chia thành 4 chương: Chương 1: Tổng quan các nghiên cứu đánh giá và phân vùng khí hậu nông nghiệp cho phát triển trồng trọt. Chương 2: Số liệu và phương pháp nghiên cứu. Chương 3: Đánh giá và phân vùng khí hậu nông nghiệp tỉnh Sơn La Chương 4: Tác động của biến đổi khí hậu đến phát triển trồng trọt ở tỉnh Sơn La