Luận án Tiến sĩ Môi trường Đất và Nước: Nghiên cứu mô hình quản lý nước trong hệ thống canh tác tổng hợp vùng ngập lũ đồng bằng sông Cửu Long để thích ứng với biến đổi khí hậu

Chia sẻ: Bobietbay | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:187

Thêm vào BST

Báo xấu

46
lượt xem 10
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài là xác định nhu cầu tưới cho cây màu và đánh giá hiệu quả sử dụng nước tưới trong nông nghiệp để phục vụ cho mục tiêu phát triển nông nghiệp bền v ng trong bối cảnh nguồn nước không ổn định ở đầu nguồn tỉnh An Giang.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận án Tiến sĩ Môi trường Đất và Nước: Nghiên cứu mô hình quản lý nước trong hệ thống canh tác tổng hợp vùng ngập lũ đồng bằng sông Cửu Long để thích ứng với biến đổi khí hậu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ ……o0o…… NGUY N V N TUY N NGHI N CỨU H NH QUẢN NƢỚC TRONG H THỐNG C NH TÁC TỔNG H P V NG NGẬP ĐỒNG ẰNG S NG CỬU ONG Đ TH CH ỨNG VỚI I N ĐỔI H HẬU LUẬN ÁN TI N SỸ NGÀNH I TRƢỜNG ĐẤT VÀ NƢỚC Cần Thơ, 2017
TRƢỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ HO I TRƢỜNG VÀ TÀI NGUY N THI N NHI N ……o0o…… NGUY N V N TUY N NGHI N CỨU H NH QUẢN NƢỚC TRONG H THỐNG C NH TÁC TỔNG H P V NG NGẬP ĐỒNG ẰNG S NG CỬU ONG Đ TH CH ỨNG VỚI I N ĐỔI H HẬU LUẬN ÁN TI N SỸ NGÀNH I TRƢỜNG ĐẤT VÀ NƢỚC CÁN Ộ HƢỚNG DẪN HO HỌC PGS.TS. V N PHẠ Đ NG TR TS. PHẠ V N TOÀN Cần Thơ, 2017
T TẮT Mục tiêu của nghiên cứu là đánh giá hiệu quả sử dụng nước để biết được mô hình canh tác và cây trồng có thể đem lại hiệu quả kinh tế cao trong điều kiện thiếu nước tưới. Nghiên cứu được thực hiện trong thời gian 5 năm (từ năm 2012 đến 2016) tại huyện Châu Phú, tỉnh An Giang. Các nội dung nghiên cứu bao gồm: (1) Đánh giá tiềm năng đất đai tỉnh An Giang; (2) Đánh giá hiệu quả sử dụng nước cho cây màu trên nền đất lúa ở mô hình thực nghiệm tại x V nh Thạnh Trung, huyện Châu Phú, tỉnh An Giang; và, (3) Xác định qui trình đánh giá hiệu quả sử dụng nước cho các cây trồng khác nhau ở tỉnh An Giang. Để đánh giá đất đai ở tỉnh An Giang, nghiên cứu sử dụng phư ng pháp thu thập số liệu thứ cấp tại sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh An Giang (bản đồ đất, bản đồ ngập, bản đồ khả năng tưới/tiêu, bản đồ hành chính) sau đó xử lý số liệu bằng phần mềm GIS (MapInfo - phiên bản 12.0). Nghiên cứu sử dụng phư ng pháp phỏng vấn nông hộ, để đánh giá hiệu quả sử dụng đất nông nghiệp dựa trên một số chỉ tiêu tài chính bao gồm: lợi nhuận/chi phí (PCR) và thu nhập/chi phí (BCR). Ngoài ra, phư ng pháp bố trí thí nghiệm ngoài thực địa được thực hiện để thu thập số liệu về đất - nước - cây trồng phục vụ cho công tác hiệu chỉnh và kiểm định mô hình tính toán nước - cây trồng (AquaCrop - phiên bản 4.0). Phư ng pháp đánh giá hiệu quả sử dụng nước được sử dụng theo công thức: Lợi nhuận/m3 nước sử dụng. Xác định qui trình đánh giá hiệu quả sử dụng nước cho các cây trồng khác nhau được tiến hành theo 3 bước: (1) Xác định mục đích, phạm vi, điều kiện áp dụng qui trình; (2) Xây dựng lưu đồ thực hiện công việc trong qui trình; và, (3) Mô tả qui trình. Kết quả đánh giá tiềm năng đất đai ở tỉnh An Giang cho thấy diện tích mức độ thích nghi cao (S1) của kiểu sử dụng đất màu - màu với tổng diện tích là 3.956 ha (chiếm 0,58%). Mức độ thích nghi S2 (mức thích nghi trung bình) cho kiểu sử dụng lúa - màu với tổng diện tích là 306.305 ha, và diện tích đất phù hợp cho sản xuất 2 vụ màu là 302.348 ha (chiếm 88,69 %). Kết quả khảo sát các mô hình canh tác trong vụ Đông - Xuân và H - Thu năm 2012 cho thấy lợi nhuận của nông hộ tại mô hình canh tác ớt 2 vụ/năm có lợi nhuận cao nhất (61,8 triệu đồng/ha/vụ), canh tác cây b p 2 vụ/năm có lợi nhuận 21,9 triệu đồng/ha/vụ, canh tác cây lúa 2 vụ/năm có lợi nhuận 18,4 triệu đồng/ha/vụ, canh tác cây lúa 3 vụ/năm có lợi nhuận 14,5 triệu đồng/ha/vụ. Kết quả nghiên cứu cho thấy mô hình canh tác 2 vụ màu tiết kiệm được 2.006 m3 nước/ha/năm, mô hình canh tác 1 vụ lúa - 1 vụ màu tiết kiệm được 1.036 m3 nước/ha/năm so với mô hình canh tác 2 vụ lúa. Mô hình canh tác 2 vụ màu i
đem lại hiệu quả kinh tế 12.896 đồng/m3 nước sử dụng, mô hình canh tác 1 vụ lúa – 1 vụ màu đem lại hiệu quả kinh tế 3.958 đồng/m3 nước sử dụng, trong khi đó mô hình canh tác 2 vụ lúa đem lại hiệu quả kinh tế chỉ có 2.933 đồng/m3 nước sử dụng. Về từng loại cây màu, canh tác cây b p tiết kiệm được 1.033 m3 nước/ha/vụ, canh tác cây ớt tiết kiệm được 764 m3 nước/ha/vụ so với canh tác lúa. Canh tác cây b p đem lại hiệu quả kinh tế 4.785 đồng/m3 nước sử dụng, canh tác cây ớt đem lại hiệu quả kinh tế 19.284 đồng/m3 nước sử dụng, trong khi đó canh tác lúa đem lại hiệu quả kinh tế chỉ có 3.223 đồng/m3 nước sử dụng. Ngoài ra, nghiên cứu đ xây dựng qui trình đánh giá hiệu quả sử dụng nước cho một số cây màu khác nhau. Qui trình này giúp h trợ ra quyết định nhanh đối với xác định loại cây trồng sử dụng ít nước đem lại hiệu quả kinh tế cao. Để có c sở khoa học xác định nhóm cây màu khác có nhu cầu tưới ít nhất mà mang lại hiệu quả kinh tế trong sản xuất nông nghiệp cao nên tiến hành nghiên cứu tiếp theo với nhóm cây màu khác (đậu xanh, đậu nành, m ...). Nghiên cứu các giải pháp hạn chế và giảm thất thoát nước do bốc h i và thấm lậu là rất cần thiết trong điều kiện thiếu nước tưới. Tìm biện pháp k thuật duy trì năng suất cây màu trong khi áp dụng phư ng pháp tưới tiết kiệm nước. Từ khóa: Hiệu quả sử dụng nước, iệu quả in t , ệ t ng can tác ii
ABSTRACT This reasearch was aimed to evaluate water use efficiency for farming systems and crops may bring high economic efficiency in agriculture production with the context of irrigation water shortage in the future. This study, carried out over a 5-year period (from 2012 to 2016) the in Chau Phu district, An Giang province. The research includes: (1) To evaluate the potential suitability of land resources in the An Giang Province; (2) To evaluate water use efficiency for rice-based upland crop production systems on an experimental base at the Vinh Thanh Trung commune, Chau Phu district, An Giang province; and, (3) To determine an analytical framework to evaluate water use efficiency for different crops in An Giang. To evaluate the potential suitability of land resources in An Giang province, existing data collected from the Department of Natural Resources and Environment, An Giang province (landuse planning, flood maps, maps of irrigation infrastructure, and administrative boundaries) were digitized using a GIS software (MapInfo version 12.0). Survey data were obtained from household interviews to assess agricultural land use efficiency based on financial indicators, including: Profit/Costs Ratios (PCR) and Benefit/Cost Ratios (BCR). Beside, field experiments were then conducted to collect data on soil, water and plant properties in order to calibrate and validate an applied numerical crop-water model (AquaCrop version 4.0). To evaluate the water use efficiency, the indicator of financial profit achieved per m3 of water use was applied. The process of evaluation water use efficiency for different upland-crops is achieved by three steps, including: (1) Identifying the purpose, scope and conditions of application process; (2) Constructing work flowchart performed in the process; and, (3) Describing the identified flowchart. The evaluation of potential suitability of land resources in the An Giang province showed that high suitability level (S1) for double upland - crops was about 3,956 ha (0,58%). The suitability level S2 (average suitability) for rotational rice - upland crop and for double upland - crops was approximately about 306,305 ha and 302,348 ha, respectively, corresponding to 88,69% of the total area. Survey results for both Winter - Spring and Summer - Autumn cropping seasons in 2012 showed that the double - chilli pepper crops model is the greatest in terms of profits (61.8 million/ha/crop) while the double maize crops, double - rice crops and triple - rice crops got financial profits of 21.9 million/ha/crop, 18.4 million/ha/crop, and 14.5 million/ha/crop, respectively. iii
Double upland crops (maize and chilli cropping) save 2,006 m3/ha/year and rotational rice and maize or chilli cropping save 1,036 m3/ha/year in comparision to double rice crops. The farming system of combining maize with chilli per year and rotation of rice and maize or chilli farming system got a financial profit of about 12,896 VND/m3 and 3,958 VND/m3, respectively, while double rice crops got a financial profit about only 2,933 VND/m3. On each upland crop, maize cultivation save 1,033 m3/ha/crop and chilli cultivation save 764 m3/ha/crop in comparison to rice cultivation. Maize and chilli cultivation got financial profit of about 4,785 VND/m3 and 19,284 VND/m3 respectively, while rice cultivation got profit about only 3,223 VND/m3. In addition, the research has developed an analytical framework to evaluate water use efficiency for different upland - crops in An Giang. Water use efficiency calculations supports decision making to determine which crops needs least water but still bringing high water use efficiency. In order to have a scientific basis for identifying the specific upland- crop needs the least irrigation water demand but still bringing high economic efficiency in agricultural production. Further research should be done for different upland-crops (e.g green bean, soybean, and sesame). Studying on solutions to limit and reduce water losses from evaporation and seepage is essential in the context of irrigation water shortage. Studying on technical methods to maintain crop yields while applying water saving irrigation is also needed. Keywords: Water use efficiency, economic efficiency, farming system. . iv
LỜI CẢM TẠ Tôi xin trân trọng và bài tỏ lòng biết n sâu s c đến PGS.TS. Văn Phạm Đăng Trí và TS. Phạm Văn Toàn đ tận tình hướng dẫn khoa học, động viên, giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi hoàn thành luận án này. Xin gửi lời cảm n sâu s c đến hai thầy hướng dẫn chuyên đề PGS.TS. Nguyễn H u Chiếm và PGS.TS. Nguyễn Văn Công. Xin gửi lời cảm n đến hai thầy PGS. TS. Lê Anh Tuấn và TS. Đ ng Kiều Nhân góp ý kiến sâu s c cho Luận án. Xin chân thành cám n đến quý Thầy Cô ngồi trong Hội đồng đánh giá chuyên đề và Hội đồng c sở, cùng quý Thầy Cô trong Khoa Môi trường và TNTN đ truyền đạt nh ng kiến thức quý báu trong thời gian học tập và nghiên cứu. Tôi xin gửi lời cảm n đến Ban Giám đốc Sở Nông nghiệp và PTNT tỉnh An Giang; Ban Giám hiệu, Ban chủ nhiệm Khoa Môi trường và TNTN, Khoa Sau Đại học, Phòng Quản lý Khoa học của trường Đại học Cần Th , Ban chủ nhiệm Bộ môn K thuật môi trường và đồng nghiệp đ tạo điều kiện cho tôi hoàn thành chư ng trình nghiên cứu sinh. Xin được cảm n Ban chủ nhiệm dự án “ g i n c u v p át tri n t u t can tác n ng ng iệp t c ng với i n i u (Jircas)” và đề tài nghiên cứu cấp trường “Nghiên cứu khả năng tr nước tưới cho cây trồng cạn trong mùa khô thông qua sử dụng mô hình Aquacrop” của trường Đại học Cần Th đ h trợ kinh phí cho tôi nghiên cứu. Cuối cùng xin bày tỏ lòng biết n sâu s c đến Ba Mẹ, người thân của tôi đ luôn động viên, chia sẽ để tôi hoàn thành luận án này. v
vi
ỤC ỤC CH NG 1: GI I THI U .............................................................................. 1 1.1 Giới thiệu ................................................................................................... 1 1.2 Mục tiêu nghiên cứu .................................................................................. 2 1.3 Nội dung nghiên cứu .................................................................................. 3 1.4 Giới hạn của nghiên cứu ............................................................................ 3 1.5 ngh a khoa học và ý ngh a thực tiễn của luận án ..................................... 3 1.5.1 ngh a khoa học ..................................................................................... 3 1.5.2 ngh a thực tiễn ..................................................................................... 4 1.6 Điểm mới của luận án ................................................................................ 4 CH NG 2: T NG QUAN T I LI U ........................................................... 5 2.1 Tổng quan về đánh giá đất đai .................................................................... 5 2.1.1 Định ngh a về đất ..................................................................................... 5 2.1.2 Định ngh a đất đai .................................................................................... 5 2.1.3 Hệ thống sử dụng đất đai ......................................................................... 6 2.2 Tổng quan về phư ng pháp đánh giá thích nghi đất đai .............................. 7 2.2.1 Phư ng pháp trước FAO (1976) ............................................................... 7 2.2.2 Phư ng pháp FAO (1976) ........................................................................ 7 2.2.3 Các nghiên cứu về đánh giá đất đai trong và ngoài nước .......................... 8 2.2.4 Định lượng về hiệu quả kinh tế trong phư ng pháp đánh giá thích nghi đất đai ...................................................................................................... 9 2.3 Tổng quan về các hệ thống canh tác nông nghiệp ở ĐBSCL .................... 13 2.3.1 Hiện trạng phân bố các hệ thống canh tác .............................................. 13 2.3.2 Hệ thống canh tác thích nghi triển vọng ................................................. 17 2.4 Tổng quan về cây trồng cạn và cây lúa ..................................................... 18 2.4.1 Tình hình sản xuất cây màu và cây lúa ................................................... 18 2.4.2 Tổng hợp các thông tin của cây trồng cạn và cây lúa .............................. 21 2.4.3 Hiệu quả kinh tế của sản xuất cây màu và cây lúa .................................. 22 2.5 Tác động của Biến đổi khí hậu đến nền nông nghiệp ở ĐBSCL và các giải pháp thích ứng ......................................................................................... 23 2.6 Canh tác tiết kiệm nước ........................................................................... 24 2.7 Tổng quan về cân bằng nước .................................................................... 25 2.7.1 Cân bằng nước trong ruộng lúa .............................................................. 26 2.7.2 Cân bằng nước ở ruộng b p ................................................................... 26 2.8 Tổng quan về nhu cầu nước của cây trồng................................................ 27 2.9 Cách xác định lượng nhu cầu nước của cây trồng ..................................... 29 2.10 Giới thiệu mô hình AQUACROP ........................................................... 30 2.11 Các nghiên cứu đ thực hiện về đánh giá hiệu quả kinh tế ...................... 31 2.12Tổng quan về các phư ng pháp đánh giá hiệu quả sử dụng nước ............. 32 2.13Ứng dụng mô hình Aquacrop mô phỏng năng suất – nước cho cây trồng. 33 2.13.1 Ngoài nước........................................................................................ 33 2.13.2 Trong nước........................................................................................ 35 2.13.3 Đánh giá ưu điểm và khuyết điểm của mô hình Aquacrop ................. 36 2.14 Tổng quan về địa điểm nghiên cứu ......................................................... 36 2.14.1 Vị trí địa lý tỉnh An Giang ................................................................. 36 2.14.2 Vị trí địa lý huyện Châu Phú, tỉnh An Giang ..................................... 37 vii
2.14.3 Điều kiện tự nhiên của tỉnh An Giang ............................................... 37 CH NG 3: PH NG TI N V PH NG PH P NGHI N CỨU ........... 41 3.1 Tiến trình thực hiện nghiên cứu chung của luận án .................................. 41 3.2 Nội dung 1: Đánh giá tiềm năng đất đai tỉnh An Giang. ........................... 42 3.2.1 Các bước thực hiện nội dung 1 ............................................................... 42 3.2.2 Phư ng pháp thu thập số liệu thứ cấp ..................................................... 43 3.2.3 Phư ng pháp đánh giá thích nghi đất đai tự nhiên .................................. 43 3.2.4 Phư ng pháp điều tra nông hộ ................................................................ 44 3.2.5 Phư ng pháp phân tích số liệu ............................................................... 45 3.2.6 Phư ng pháp phân tích SWOT ............................................................... 46 3.2.7 Phư ng pháp xử lý số liệu ...................................................................... 48 3.3 Nội dung 2: Đánh giá hiệu quả sử dụng nước cho cây trồng cạn ở mô hình thí nghiệm ................................................................................................ 48 3.3.1 Các bước thực hiện nội dung 2 ............................................................... 48 3.3.2 Thời gian và địa điểm nghiên cứu .......................................................... 49 3.3.3 Bố trí thí nghiệm .................................................................................... 49 3.3.4 Lấy mẫu và phân tích đất ....................................................................... 51 3.3.5 Tính toán lượng nước tưới, thời điểm tưới, nguồn nước tưới .................. 52 3.3.6 Công thức bón phân ............................................................................... 53 3.3.7 Chỉ tiêu và phư ng pháp xác định các chỉ tiêu ....................................... 54 3.3.8 Kiểm định và đánh giá mô hình Aquacrop ............................................. 55 3.3.9 Phư ng pháp đánh giá hiệu quả sử dụng nước ....................................... 55 3.3.10 Phư ng tiện nghiên cứu ..................................................................... 58 3.3.11 Phư ng pháp xử lý số liệu ................................................................... 58 3.4 Nội dung 3: Xây dựng qui trình đánh giá hiệu quả sử dụng nước cho các cây trồng khác nhau. ................................................................................ 58 CH NG 4: K T QU V TH O LU N .................................................. 59 4.1 Đánh giá về đất đai tỉnh An Giang ........................................................... 59 4.2.1 Hiện trạng canh tác nông nghiệp tỉnh An Giang ..................................... 59 4.2.2 Bản đồ đ n vị đất đai ............................................................................. 61 4.2.3 Phân tích và mô tả các kiểu sử dụng đất đai chọn lọc ............................. 63 4.2.4 Chất lượng đất đai và yêu cầu sử dụng đất đai cho các kiểu sử dụng đất đai tỉnh An Giang................................................................................... 64 4.2.5 Phân hạng khả năng thích nghi đất đai tỉnh An Giang ............................ 65 4.2.6 Phân vùng thích nghi đất đai tự nhiên tỉnh An Giang ............................. 65 4.2.7 Nhận xét và lựa chọn các kiểu sử dụng đất thích hợp cho tỉnh An Giang 70 4.2.8 Điều kiện tự nhiên và kinh tế - x hội của sản xuất nông nghiệp huyện Châu Phú tỉnh An Giang ........................................................................ 71 4.2.9 Đánh giá thuận lợi và khó khăn khi chuyển đổi canh tác từ cây lúa sang cây màu ................................................................................................. 78 4.2 Đánh giá hiệu quả sử dụng nước trong mô hình thí nghiệm ...................... 80 4.2.1 Đ c điểm lý hóa của khu đất thí nghiệm ................................................ 80 4.2.2 Tính toán nhu cầu tưới của cây b p và cây ớt......................................... 82 4.2.3 Kiểm định và đánh giá mô hình AQUACROP ....................................... 85 4.2.4 Đánh giá hiệu quả sử dụng nước ............................................................ 91 4.3 Tìm qui trình đánh giá hiệu quả sử dụng nước cho cây trồng .................... 94 viii
4.3.1 Trường hợp canh nhiều loại cây màu ..................................................... 95 4.3.2 Trường hợp canh tác 1 loại cây màu ...................................................... 96 CH NG 5: K T LU N V KI N NGH .................................................. 99 5.1 Kết Luận .................................................................................................. 99 5.2 Kiến nghị ................................................................................................. 99 T I LI U THAM KH O ............................................................................ 100 ix
DANH SÁCH ẢNG Bảng 2.1: Sự phân chia các yếu tố ảnh hưởng đến hệ thống sử dụng đất đai ... 6 Bảng 2.2: Kết quả phân tích các đ c tính kinh tế của các kiểu sử dụng đất (LUT) ở huyện Càng Long, tỉnh Trà Vinh (Triệu đồng/ha/năm).(Lê Thị Linh et al., 2011) ................................................................... 12 Bảng 2.3: : Kết quả phân tích các đ c tính kinh tế của các kiểu sử dụng đất (LUT) ở huyện Hồng Dân, tỉnh Bạc Liêu (Triệu đồng/ha/năm). (Phan Ngọc Duyên, 2006) ........................................................... 12 Bảng 2.4: Tổng hợp thông tin về một số cây trồng ....................................... 21 Bảng 3.1: Ma trận SWOT ............................................................................. 46 Bảng 3.2: Các mô hình canh tác được theo d i trong thời gian 5 năm từ năm 2012-2016 ................................................................................... 50 Bảng 3.3: Bảng tra CN theo ẩm độ đất thực tế và hệ số thấm b o hòa .......... 57 Bảng 3.4: Các thông số về cây trồng trong mô hình thí nghiệm .................... 58 Bảng 4.1: Diện tích và t lệ các mô hình canh tác chính của tỉnh An Giang năm 2011 ..................................................................................... 60 Bảng 4.2: Đ n vị đất đai tỉnh An Giang ........................................................ 61 Bảng 4.3: Yêu cầu chất lượng đất đai cho các mô hình sản xuất nông nghiệp tỉnh An Giang .............................................................................. 65 Bảng 4.4: Diện tích mức độ thích nghi của từng kiểu sử dụng đất đai tỉnh An Giang........................................................................................... 66 Bảng 4.5: Kết quả phân vùng thích nghi tự nhiên tỉnh An Giang .................. 67 Bảng 4.6: Diện tích vùng thích nghi tự nhiên theo đ n vị hành chính huyện thuộc tỉnh An Giang .................................................................... 67 Bảng 4.7: Thông tin chung về nông hộ tại huyện Châu Phú, tỉnh An Giang .. 73 Bảng 4.8: Các loại giống lúa được gieo sạ ở vụ Đông - Xuân năm 2012 ....... 74 Bảng 4.9: Các loại giống cây màu được trồng ở vụ Đông-Xuân năm 2012 .. 75 Bảng 4.10: Chi phí sản xuất của mô hình canh tác lúa và màu trong vụ Đông- Xuân và H -Thu năm 2012 .......................................................... 76 Bảng 4.11: Chỉ số tài chính của mô hình canh tác lúa và màu trong vụ Đông- Xuân và H -Thu năm 2012 .......................................................... 77 Bảng 4.12: Phân tích SWOT khi nông dân chuyển đổi lúa sang cây màu...... 78 Bảng 4.13: Đ c điểm lý hóa của các mô hình canh tác trong khu đất thí nghiệm ........................................................................................ 80 Bảng 4.14: Các thông số của cây ớt và b p tại điểm thí nghiệm năm 2012 ... 83 Bảng 4.15: Một số đ c tính đất đai tại địa điểm nghiên cứu năm 2012 tại x V nh Thạnh Trung, huyện Châu Phú, An Giang .......................... 84 Bảng 4.16: Các thông số của cây b p và cây ớt được hiệu chỉnh .................. 84 Bảng 4.17: Lượng tưới và số lần tưới cho cây b p và cây ớt ......................... 85 Bảng 4.18: Kết quả mô phỏng sinh khối của cây b p .................................... 88 Bảng 4.19: Kết quả đánh giá mô hình cho cây b p và cây ớt về khối lượng sản phẩm ........................................................................................... 89 x
Bảng 4.20: Kết quả mô phỏng năng suất của cây b p và cây ớt .................... 90 Bảng 4.21: Lượng nước tưới và hiệu quả sử dụng nước của các mô hình canh tác trong 1 năm ............................................................................ 91 Bảng 4.22: Lượng nước tưới và hiệu quả sử dụng nước của cây trồng theo mùa vụ ........................................................................................ 93 Bảng 4.23: Bảng tra CN theo ẩm độ đất thực tế và hệ số thấm b o hòa ........ 97 xi
D NH SÁCH H NH Hình 2.1: Vùng sinh thái nông nghiệp ở ĐBSCL .......................................... 14 Hình 2.2: Phân bố các HTCT chính ở ĐBSCL ............................................. 16 Hình 2.3: Diện tích canh tác lúa ở ĐBSCL ................................................... 20 Hình 2.4: Diện tích canh tác lúa ở An Giang ................................................ 21 Hình 2.5: Cân bằng nước ở ruộng b p .......................................................... 26 Hình 2.6: Cấu trúc mô hình Aquacrop với các thành phần đất-cây trồng-khí quyển........................................................................................... 30 Hình 2.7: Vị trí huyện Châu Phú, tỉnh An Giang .......................................... 37 Hình 2.8: Nhiệt độ Tmax, Tmin và TTB từ năm 1995-2015 ......................... 38 Hình 2.9: Lượng mưa tích lũy trung bình tại Châu Đốc từ năm 1995-2015... 38 Hình 2.10: Mực nước lũ qua các năm tại Tân Châu và Châu Đốc ................. 39 Hình 2.11: Lưu lượng nước qua các năm tại Tân Châu và Châu Đốc ............ 39 Hình 2.12: Bản đồ ngập lũ của tỉnh An Giang qua các năm .......................... 40 Hình 3.1: Tiến trình thực hiện nội dung nghiên cứu của luận án ................... 41 Hình 3.2: Tiến trình thực hiện đánh giá tiềm năng đất đai tỉnh An Giang. .... 42 Hình 3.3: Quy trình đánh giá đất đai tự nhiên ............................................... 44 Hình 3.4: Vị trí thực hiện nghiên cứu ........................................................... 45 Hình 3.5: Tiến trình thực hiện đánh giá hiệu quả sử dụng nước cho cây trồng cạn............................................................................................... 48 Hình 3.6: S đồ bố trí thí nghiệm ................................................................. 50 Hình 3.7: Lịch mùa vụ của mô hình canh tác ................................................ 51 Hình 3.8: Vị trí và độ sâu lấy mẫu đất .......................................................... 51 Hình 3.9: S đồ thực hiện mô phỏng lượng nước tưới và năng suất .............. 52 Hình 4.1: Bản đồ hiện trạng canh tác nông nghiệp tỉnh An Giang năm 2011 59 Hình 4.2: Bản đồ đ n vị đất đai tỉnh An Giang ............................................. 61 Hình 4.3: Lịch thời vụ các mô hình sản xuất nông nghiệp tại tỉnh An Giang 64 Hình 4.4: Bản đồ thích nghi tự nhiên tỉnh An Giang ..................................... 68 Hình 4.5: Bản đồ hiện trạng đê bao huyện Châu Phú năm 2015.................... 71 Hình 4.6: Bản đồ hiện trạng kênh rạch huyện Châu Phú năm 2011 ............... 72 Hình 4.7: Nhiệt độ, lượng mưa, bốc thoát h i tham chiếu tại Châu Đốc ....... 82 Hình 4.8: Số giờ n ng, vận tốc gió, ẩm độ tại Châu Đốc năm 2011 .............. 82 Hình 4.9: Lượng nước tưới mô phỏng của cây b p vụ Đông-Xuân năm 2012 85 Hình 4.10: Lượng nước tưới mô phỏng của cây ớt vụ H -Thu năm 2012 ..... 85 Hình 4.11: Nhiệt độ, lượng mưa và bốc thoát h i tham chiếu tại Châu Đốc .. 86 Hình 4.12: Độ ẩm, tốc độ gió, số giờ n ng trung bình tại Châu Đốc ............. 86 Hình 4.13: Lượng nước tưới thực tế của cây b p vụ Đông-Xuân năm 2012 .. 87 Hình 4.14: Lượng nước tưới thực tế của cây ớt vụ H -Thu năm 2012 .......... 87 Hình 4.15: Sinh khối b p và ớt mô phỏng và thực tế vụ Đông-Xuân năm 2012 .................................................................................................... 89 Hình 4.16: Năng suất b p và ớt mô phỏng và thực tế qua các năm ............... 90 Hình 4.17: Qui trình xác định hiệu quả sử dụng nước cho cây màu .............. 95 Hình 4.18: Qui trình xác định hiệu quả sử dụng nước cho cây màu .............. 96 xii
D NH ỤC CÁC TỪ VI T TẮT Từ viết t t Tiếng Anh Tiếng Việt Asian Disaster Trung tâm Ứng phó thiên tai ADPC Preparedness Center Châu American Rivers ARCC Ủy ban bảo tồn các sông của M Conservation Council AWD Alternate Wet Dry Tưới ướt khô xen kẽ BCR Benefit –costs ratio T số lợi ích –chi phí BĐKH Biến đổi khí hậu BVTV Bảo vệ thực vật CCo Initial canopy cover Độ phủ tán lá ban đầu CCx Maximum canopy cover Độ phủ tán lá tối đa Canopy development CDC Hệ số phát triển độ phủ tán lá Cover CGC Canopy growth coefficient Hệ số tăng trưởng tán lá CSDL C sở d liệu ĐBSCL Đồng Bằng Sông Cửu Long ĐVĐĐ Đ n vị đất đai ĐX Đông Xuân EF The modelling efficiency Hiệu suất mô hình ET Evapotranspiration Bốc thoát h i ETc Crop evapotranspiration Bốc thoát h i cây trồng Reference ETo Bốc thoát h i tham chiếu evapotranspiration Food and Agriculture Tổ chức lư ng thực và nông FAO organization nghiệp liện hiệp quốc Food and Agriculture Thống kê của tổ chức lư ng thực FAOSTAT Organization Statistics và nông nghiệp liện hiệp quốc FC Field capacity Thủy dung Fertility Capability Hệ thống phân loại độ phì FCC Classification FLI Family Labour Income Thu nhập lao động gia đình HIo Reference harvest index Chỉ số thu hoạch tham chiếu HT H Thu HTCT Hệ thống canh tác HLC Household Labour Cost Chi phí lao động gia đình xiii
Institude of Agricultural Viện khoa học k thuật Miền IASVN Science for southern Nam VietNam International Center Trung tâm quản lý môi trường ICEM Environmental quốc tế Management International Center for Trung tâm nghiên cứu nông ICRAF research in Agroforestry nghiệp quốc tế Intergrated Quality and IQQM Mô hình canh tác cân bằng nước Quality Model KTTV Khí thượng thủy văn LĐGĐ Lao động gia đình LUT Land Use Type Kiểu sử dụng đất đai Mekong Delta Viện nghiên cứu phát triển MDI Development Research ĐBSCL Institute Mekong River MRC Ủy hội sông Mekong Commission National Maize research NMRI Viện nghiên cứu B p Intitute Nông nghiệp và phát triển nông NN&PTNT thôn Normalized Root Mean Căn bậc hai của sai số trung bình NRMSE Square Error bình phư ng chuẩn hóa NSTT Năng suất thực tế NTTS Nuôi trồng thủy sản PCR Profit-costs ratio T suất lợi nhuận PTNT Phát triển nông thôn PRA Đánh giá nhanh PWP Permanelt wilting point Điểm héo v nh viễn QA Quality Assurance Đám bảo chất lượng QC Quality Cotrol Kiểm soát chất lượng RMSE Root mean square error Sai số tiêu chuẩn trung bình Soil protection and Bảo vệ và phục hồi đất SPR restoration Strengths-Weaknesses- SWOT Phư ng pháp phân tích SWOT Opportunities -Threats TC Total costs Tổng chi phí TT- Thông tư- Bộ nông nghiệp & phát BNNPTNT triển nông thôn TVP Total value product Tổng giá trị sản phẩm UBND Ủy ban nhân dân WP Water Productive Hiệu suất nước xiv
CHƢƠNG 1: GIỚI THI U 1.1 Giới thiệu Nước và an ninh lư ng thực là vấn đề được thế giới quan tâm nhiều. Biến đổi khí hậu đ làm cho nguồn nước ngọt h u dụng trên thế giới ngày càng trở nên cạn kiệt. Chính vì vậy, tài nguyên nước đang cần được bảo vệ, tiết kiệm và sử dụng hợp lý (Đinh Thị Như Trang, 2014). Các nước phát triển trên thế giới đ thực hiện nhiều giải pháp tổng thể nhằm quản lý, phát triển và sử dụng tiết kiệm tài nguyên nước đạt hiệu quả kinh tế cao. Cụ thể, ở Campuchia, một trong các giải pháp để ứng phó với hiện tượng khô hạn là xây dựng ao hồ để tr nước vào mùa mưa, người dân quanh hồ Tonle Sap đ tr nước lũ trong đầm lầy để tưới vào mùa khô (Fox and Ledgerwood, 1999). Ở Đông B c bang Rajasthan, Ấn Độ, chính phủ đ xây dựng khoảng 10.000 công trình tr nước dưới đất đ giúp tưới được 14.000 ha cho ngũ cốc, rau và hoa màu (Panigrahi et al., 2011). Ngoài ra, vùng bán khô cằn ở Châu Phi đ xây dựng hệ thống hồ chứa nước mưa tự nhiên phục vụ cho sản xuất nông nghiệp (Traore and Wang, 2011). Đối với Việt Nam cũng g p các khó khăn về nước cũng như là bị thu hẹp diện tích sản xuất nông nghiệp và có thể dẫn đến mất an ninh về lư ng thực. Tình hình hạn hán, xâm nhập m n kéo dài từ năm 2015 - 2016 đ làm khoảng 369.000 hộ dân thiếu nước sinh hoạt, 250.000 ha lúa, 19.000 ha hoa màu, 37.000 ha cây ăn quả tập trung, 164.000 ha cây lâu năm, 6.900 ha nuôi trồng thủy sản bị thiệt hại (Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn, 2016). Đối với thủy lợi, các tỉnh cần quản lý ch t chẽ nguồn nước, tổ chức lấy nước và tích tr vào các ao, hồ, trục sông, trục kênh. Thực hiện tưới tiết kiệm nước, không để rò rỉ, thất thoát nước trên hệ thống kênh rạch nội đồng (Nguyễn Thanh S n, 2009). Nạo vét một số trục kênh chính, củng cố bờ bao ngăn m n, tr ngọt, sửa ch a các cống, điều tiết nước... để tăng khả năng tr nước ngọt (Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn, 2015). Vùng Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL) cũng g p khó khăn về nước và an ninh lư ng thực do biến đổi khí hậu và gia tăng sử dụng nước ở thượng nguồn đ c biệt trong mùa khô. Trong điều kiện biến đổi khí hậu (BĐKH) hiện nay, các biểu hiện như: gia tăng mực nước biển, gia tăng nhiệt độ, thay đổi lượng mưa và các hiện tượng thời tiết cực đoan đ ảnh hưởng đáng kể (cả trực tiếp và gián tiếp) đến các hệ thống canh tác nông nghiệp ĐBSCL (Lê Anh Tuấn, 2016). Ngoài biến đổi khí hậu, việc việc gia tăng sử dụng nước sông Mekong cũng làm lượng nước về ĐBSCL giảm (Osborme, 2009). Cụ thể, Lào và Campuchia đang dự kiến tăng diện tích sản suất lúa lên 31.000 ha thông qua việc tận dụng nguồn nước sông MeKong để tưới (ICEM, 1999), Thái Lan 1
đang tiến hành dự án (Kong-Loei-Chi-Mun) chuyển nước từ dòng sông MeKong đến các khu vực hạn hán vùng Đông B c Thái Lan, tất cả các yếu tố trên đều ảnh hưởng tiêu cực đến ĐBSCL (MRC, 2016). Việc tăng sử dụng nước ở đầu nguồn sông MeKong làm giảm lưu lượng nước từ thượng nguồn chảy đến và thiếu nước vào mùa khô ở vùng hạ lưu sông MeKong làm đất đồng bằng giảm đánh kể lượng phù sa, nước m n xâm nhập ngày càng sâu vào đất liền vùng ven biển cả về không gian và thời gian (Lu and Siew, 2006). Nh ng phân tích trên cho thấy việc phát triển kinh tế nông nghiệp ở ĐBSCL một cách bền v ng thì đòi hỏi phải có nh ng nghiên cứu về nhu cầu tưới của cây trồng và hiệu quả sử dụng nước. Việc xác định nhu cầu tưới của cây trồng giúp cho việc xác định chế độ tưới cho cây trồng hợp lý. Xác định hiệu quả sử dụng nước giúp xác định được cây màu nào sử dụng nước phù hợp nhất đem lại hiệu quả kinh tế trong sản xuất nông nghiệp cao. Do đó câu hỏi nghiên cứu được đ t ra là: (1) Cây màu nào tiết kiệm tài nguyên nước và đem lại hiệu quả kinh tế trong sản xuất nông nghiệp cao? (2) Qui trình nào giúp đánh giá nhanh hiệu quả sử dụng nước cho cây trồng khác nhau? Chính vì vậy đề tài “Nghiên cứu mô hình quản lý nước trong hệ thống canh tác tổng hợp vùng ngập lũ ĐBSCL để thích ứng với biến đổi khí hậu” được thực hiện nhằm góp phần phục vụ cho mục tiêu phát triển nông nghiệp bền v ng trong bối cảnh nguồn nước không ổn định ở đầu nguồn tình An Giang. Giả thiết nghiên cứu: (1) Đưa cây màu vào trồng trên nền đất lúa sẽ có hiệu quả sử dụng nước tưới cao h n. (2) Có thể phát triển một qui trình đánh giá hiệu quả sử dụng nước cho các loại cây màu. 1.2 Mục ti u nghi n cứu Mục tiêu tổng quát: Xác định nhu cầu tưới cho cây màu và đánh giá hiệu quả sử dụng nước tưới trong nông nghiệp để phục vụ cho mục tiêu phát triển nông nghiệp bền v ng trong bối cảnh nguồn nước không ổn định ở đầu nguồn tỉnh An Giang 2
Mục tiêu cụ thể: - Xác định loại cây màu canh tác trên nền đất lúa sử dụng tài nguyên nước ít mà đem lại hiệu quả kinh tế cao trong sản xuất nông nghiệp. - Xác định qui trình giúp các nhà khoa học, nhà quản lý và nông dân đánh giá nhanh hiệu quả sử dụng nước. 1.3 Nội dung nghi n cứu Để đạt được các mục tiêu nghiên cứu nêu trên, nghiên cứu thực hiện 3 nội dung sau: (1) Đánh giá tiềm năng đất đai tỉnh An Giang (2) Đánh giá hiệu quả sử dụng nước cho cây màu trên nền đất lúa ở mô hình thực nghiệm tại x V nh Thạnh Trung, huyện Châu Phú, tỉnh An Giang (3) Xác định qui trình đánh giá hiệu quả sử dụng nước cho các cây trồng khác nhau ở tỉnh An Giang. 1.4 Giới hạn của nghi n cứu Phạm vi nghi n cứu: Đánh giá hiệu quả sử dụng nước cho cây b p, ớt trong mùa vụ Đông - Xuân và H - Thu vùng ngập lũ huyện Châu Phú, tỉnh An Giang. Thời gian nghi n cứu: Nghiên cứu được tiến hành từ tháng 01/2012 đến tháng 08/2016. Đối tƣợng nghi n cứu: Nghiên cứu tập trung đánh giá tính thích nghi cho mô hình màu - màu và lúa - màu trên nền đất lúa ở tỉnh An Giang, xác định nhu cầu tưới của cây b p và cây ớt trong vụ Đông - Xuân và H - Thu. Ngoài ra, nghiên cứu còn tập trung xây dựng qui trình đánh giá hiệu quả sử dụng nước tưới vùng An Giang. 1.5 ngh a khoa học v ngh a th c ti n của luận án 1.5.1 ngh a khoa học ngh a khoa học của nghiên cứu là trong điều kiện biến đổi khí hậu và gia tăng việc sử dụng nước ở thượng nguồn sông MeKong thì việc xác định nhu cầu nước của cây trồng và tìm cách thức quản lý hiệu quả sử dụng nước theo hướng tiết kiệm để thích ứng trong điều kiện thiếu nước tưới. Ngoài ra, xây dựng qui trình đánh giá hiệu quả sử dụng nước cho loại cây màu khác nhau cho vùng An Giang phục vụ phát triển nông nghiệp bền v ng cho tỉnh An Giang. 3
1.5.2 ngh a th c ti n Việc canh tác tiết kiệm nước ở vùng thượng nguồn giúp tiết kiệm nước cho vùng hạ lưu (đ c biệt là trong mùa khô). Việc luân canh (đưa cây màu trồng trên nền đất lúa), sau đó thực hành tưới tiết kiệm nước cho cây màu góp phần tăng lợi nhuận do giảm chi phí vận hành b m tưới. Việc thực hiện luân canh lúa màu góp phần đa dạng hóa mô hình canh tác phá thế độc canh cây lúa, cải thiện độ phì nhiêu cho đất. Về m t môi trường, góp phần giảm thiểu phát thải khí hiệu ứng nhà kính do canh tác lúa 3 vụ liên tục. Qui trình đánh giá hiệu quả sử dụng nước giúp đánh giá hiệu quả sử dụng nước tưới cho cây trồng khác nhau. Qui trình giúp đánh giá canh tác loại cây nào sử dụng ít nước mà đem lại hiệu quả kinh tế cao trong điều kiện nguồn nước không ổn định. 1.6 Đi m mới của luận án So với các công trình nghiên cứu gần đây, nghiên cứu tập trung vào một số điểm mới c bản sau: - Đưa cây màu vào trồng trên nền đất lúa, sau đó đánh giá hiệu quả sử dụng nước của mô hình canh tác và cây màu trên nền đất lúa tại Châu Phú, An Giang dựa trên đánh giá t số iệu quả in t trong sản u t n ng ng iệp trên m3 nước sử dụng. - Xây dựng qui trình đánh giá hiệu quả sử dụng nước tiêu biểu cho các cây trồng khác nhau ở tỉnh An Giang. p dụng qui trình đánh giá hiệu quả sử dụng nước cho cây màu nhằm biết được cây màu nào tiết kiệm được tài nguyên nước và đem lại hiệu quả kinh tế trong sản xuất nông nghiệp. 4