Luận án Tiến sĩ ngành Khoa học đất: Đánh giá chất lượng và hiệu quả của bùn đáy trên năng suất lúa trong hệ thống canh tác lúa-tôm tại tỉnh Cà Mau

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:135

Thêm vào BST

Báo xấu

52
lượt xem 9
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu của đề tài nghiên cứu nhằm đánh giá các đặc tính hóa học đất trong hệ thống canh tác lúa-tôm; xác định khối lượng bùn đáy sau vụ tôm; hàm lượng dưỡng chất và khả năng khoáng hóa N của bùn đáy trong hệ thống lúa-tôm theo thời gian; đánh giá mức độ thay thế một phần lượng phân vô cơ của bùn đáy trong điều kiện canh tác của nông hộ.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận án Tiến sĩ ngành Khoa học đất: Đánh giá chất lượng và hiệu quả của bùn đáy trên năng suất lúa trong hệ thống canh tác lúa-tôm tại tỉnh Cà Mau

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ ---o0o--- HUỲNH VĂN QUỐC HUỲNH VĂN QUỐC ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG VÀ HIỆU QUẢ CỦA BÙN ĐÁY TRÊN NĂNG SUẤT LÚA TRONG HỆ THỐNG CANH TÁC LÚA-TÔM TẠI TỈNH CÀ MAU LUẬN ÁN TIẾN SĨ CHUYÊN NGÀNH KHOA HỌC ĐẤT Mã số: 62620103 NGÀNH: KHOA HỌC ĐẤT MÃ NGÀNH: 62.62.01.03 CẦN THƠ - 2020 1
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ ---o0o--- HUỲNH VĂN QUỐC ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG VÀ HIỆU QUẢ CỦA BÙN ĐÁY TRÊN NĂNG SUẤT LÚA TRONG HỆ THỐNG CANH TÁC LÚA-TÔM TẠI TỈNH CÀ MAU LUẬN ÁN TIẾN SĨ CHUYÊN NGÀNH KHOA HỌC ĐẤT Mã số: 62620103 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN PGS.TS. CHÂU MINH KHÔI HỌC PGS. TS. CHÂU MINH KHÔI CẦN THƠ - 2020 2
TÓM LƯỢC Bùn đáy trong các hệ thống canh tác thủy sản được xem là nguồn gây ô nhiễm khi xả thải ra môi trường, tuy nhiên một số nghiên cứu gần đây cho thấy trong bùn đáy có chứa lượng chất dinh dưỡng có thể tái sử dụng cho cây trồng. Các nghiên cứu này chỉ tập trung cho bùn đáy ao nuôi cá da trơn và cá nước ngọt do đó cần phải có những nghiên cứu thực tế về bùn đáy trong điều kiện nước ngọt-mặn luân phiên điển hình ở Đồng bằng sông Cửu Long để phục vụ một số hệ thống canh tác đặc trưng của vùng, trong đó hệ thống lúa-tôm được xem là hệ thống sản xuất nông nghiệp phù hợp vì có thể trồng lúa vào mùa mưa khi độ mặn xuống thấp nhưng vẫn có thể nuôi tôm vào mùa khô khi độ mặn tăng cao. Vì vậy đề tài thực hiện nhằm nghiên cứu đánh giá đặc tính bùn đáy trong hệ thống canh tác đặc thù này về khối lượng và hàm lượng các dưỡng chất thiết yếu, đồng thời nghiên cứu ứng dụng bùn để cung cấp dinh dưỡng cho canh tác vụ lúa trong hệ thống canh tác lúa-tôm. Trong nội dung nghiên cứu thứ nhất, đề tài tiến hành khảo sát phỏng vấn, điều tra kỹ thuật canh tác và xử lý bùn đáy của người dân khi thực hiện hệ thống lúa-tôm; Khảo sát, phân tích đặc tính hóa học ba nhóm mẫu đất: (1) mẫu bùn đáy; (2) mẫu đất tầng canh tác (từ 0 đến 3 cm); (3) mẫu đất tầng canh tác (từ 3 đến 10 cm). Kết quả nghiên cứu cho thấy bùn đáy tích lũy trong hệ thống lúa- tôm có thể được xử lý rửa mặn và tận dụng hàm lượng dinh dưỡng trong bùn để thay thế một phần phân hóa học cung cấp dưỡng chất cho vụ lúa trong hệ thống canh tác lúa-tôm. Để thực hiện nội dung nghiên cứu thứ hai, đề tài xác định khối lượng bùn đáy tích lũy sau vụ tôm và hàm lượng dưỡng chất, khả năng khoáng hóa N của bùn đáy nhằm đánh giá tổng lượng bùn đáy và khả năng cung cấp N khoáng của bùn đáy trong hệ thống canh tác lúa-tôm. Đánh giá tổng lượng bùn được thực hiện bằng cách đặt những bẫy bùn dưới đáy mương chính trong hệ thống lúa- tôm. Sau vụ nuôi tôm, lượng bùn lắng trên bẫy bùn được ghi nhận khối lượng khô để tính tổng lượng bùn. Khả năng cung cấp N khoáng của bùn đáy được đánh giá dựa vào phân tích N khoáng tích lũy và tốc độ khoáng hóa N theo thời gian của ba nhóm mẫu thu ở ba vị trí khác nhau trong hệ thống lúa-tôm: (1) mẫu bùn mương chính, (2) mẫu bùn mương xả phèn, (3) mẫu đất tầng canh tác (0-3 cm). Kết quả cho thấy tổng lượng bùn tích lũy ở mương chính đạt từ 377,3 đến 430,6 (m3/ha/vụ) tương ứng từ 83 đến 94,7 (tấn/ha/vụ) bùn khô. Kết quả phân tích khả năng cung cấp N khoáng cho thấy bùn đáy của hệ thống lúa-tôm sau 3
khi rửa mặn có khả năng cung cấp bổ sung N khoáng cho vụ canh tác lúa trong hệ thống canh tác lúa-tôm. Trên cơ sở kết quả của nghiên cứu thứ nhất và nghiên cứu thứ hai, đề tài tiếp tục thực hiện nghiên cứu dài hạn từ năm 2014 đến năm 2017 về cung cấp bùn đáy thay thế phân hóa học cho canh tác lúa dựa vào đánh giá hiệu quả của bón bùn đáy đối với một số đặc tính hóa học liên quan đến độ phì nhiêu đất và năng suất lúa trong hệ thống canh tác lúa-tôm. Thí nghiệm được bố trí theo khối hoàn toàn ngẫu nhiên với 4 lần lặp lại cho mỗi nghiệm thức (NT). Các NT gồm: NT1 - không bón phân (đối chứng); NT2 - bón 5 cm bùn đáy; NT3 - bón phân NPK (60 N-40 P2O5-30 K2O kg/ha); NT4 - bón phân NPK với lượng bằng 2/3 của NT3 (40 N-27 P2O5-20 K2O kg/ha); NT5 - bón bùn 5 cm kết hợp phân NPK với lượng như NT4. Kết quả nghiên cứu cho thấy hàm lượng N khoáng hóa tích lũy theo thời gian của các NT có bón bùn cao hơn khác biệt so với các NT còn lại; Bên cạnh đó, hàm lượng N và P hữu dụng trong đất được ghi nhận cao hơn khác biệt có ý nghĩa giữa NT2, NT5 so với 3 NT. Các kết quả của nghiên cứu cho thấy bón bùn đáy có thể thay thế một phần phân hóa học trong vụ canh tác lúa, điều này được chứng minh bởi số chồi và chiều cao cây của các NT được bón bùn cao khác biệt có ý nghĩa (p
5
ABSTRACT Sludge in aquacultural cropping systems is considered as a source of pollution when it is discharged into the environment. However, recent studies showed that the sludge contains nutrients that can be reused for plants. These studies only focused on sludge from the cat-fish and fresh-water-fish pond- systems, so there is a need for further studies on the sludge particularly in alternating fresh-saline water condition in the Mekong Delta. This aims to serve a number of typical cropping systems existing in the region, of which the rice- shrimp cropping system is considered as “a smart agricultural production system”. In this cropping system, rice can be planted in the rainy season when salinity level is low and a shrimp crop can be grown in the dry season when salinity is higher. Therefore, this study was conducted to evaluate the characteristics of sludge in this typical cropping system with particular focus on the amount and content of essential nutrients and to study the application of sludge to provide nutrition for the rice crop in the rice-shrimp cropping system. As for the first study, a survey was conducted to interview farmers on farming techniques, crops and information that related to rice-shrimp system; Surveying and analyzing chemical properties of three groups of soil samples collected at three different locations in the rice-shrimp farms: (1) sludge; (2) the rice platform (0 – 3 cm) and (3) the rice platform (3 – 10 cm). The results of study showed that accumulated sludge in the rice-shrimp system can be treated for saline washing and can take advantage of the nutrient content of its to replace a part of chemical fertilizer to supply nutrients for the rice crop in the rice- shrimp farming system. In the second study, the thesis determined the quantity of sludge accumulated after a shrimp crop and its nutrient amounts and nitrogen mineralization from the sludge to evaluate the total amount of sludge and ability of mineral nitrogen supply in the cropping system. Quantification of sludge was done by setting up the sludge-collecting traps on the bottom of the main ditches in the rice-shrimp system. At the end of the shrimp crop, sludge settled down on the traps was collected and recorded on dry-weight basis. Sludge’s capacity to supply available nitrogen was evaluated by incubating the sludge samples in aerobic condition for 21 days. There were three groups of samples collected at three different locations in the rice-shrimp farms: (1) the main ditches, (2) the acidity-draining ditches and (3) the rice platform (0 – 10 cm). The results 6
showed that the quantity of sludge was in an average of 377.3 – 430,3 (m3/ha/crop) the same as 83 – 94,7 (tonnes/ha/crop). The results from The amounts of available nitrogen released and accumulated in sludge from this study highlighted that the salinity-leached sludge in rice-shrimp cropping system has the capacity to supply a significant amount of available nitrogen for rice crop in the system. Based on the results of the first and the second studies, the thesis continued to conduct field researches from 2014 to 2017 to study the supply of sludge to replace chemical fertilizers for rice cultivation. The experiment was set up in a randomized complete block design with five treatments (NT), including: NT1 - without fertilizers; NT2 - applied with 5-cm depth of sludge; NT3 - applied with NPK fertilizers at 60 N-40 P2O5-30 K2O kg/ha; NT4 - applied with NPK fertilizers at 2/3 rate of NT3 (40 N-27 P2O5-20 K2O kg/ha); and NT5 - a combination of NT2 and NT4. There were 4 replications for each treatment. The results showed that the amount of available nitrogen mineralized in the treatments with sludge application was significantly higher than that of no sludge application (p
LỜI CAM KẾT Tôi xin cam kết luận án này đây là công trình nghiên cứu cua bản thân. Các số liệu, kết quả trong nghiên cứu là trung thực, khách quan, nghiêm túc và chưa từng được ai công bố trong bất cứ công trình nào khác. Nếu có gì sai sót tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm./. Cần Thơ, ngày 25 tháng 12 năm 2020 Người hướng dẫn Tác giả luận án Châu Minh Khôi Huỳnh Văn Quốc 8
MỤC LỤC Trang Lời cảm tạ i Lý lịch khoa học ii Tóm lược iii Abstracts v Lời cam kết vii Mục lục viii Danh sách Bảng xii Danh sách Hình xiii Các thuật ngữ xiv Danh mục các từ viết tắt xv CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 1.1 Tính cấp thiết của đề tài 1 1.2 Cơ sở lý thuyết và giả thuyết nghiên cứu 3 1.3 Mục tiêu nghiên cứu của luận án 3 1.3.1 Mục tiêu chung 3 1.3.2 Mục tiêu cụ thể 3 1.4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 4 1.5 Những điểm mới của luận án 4 1.6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 5 1.6.1 Ý nghĩa khoa học 5 1.6.2 Ý nghĩa thực tiễn 5 1.7 Nội dung luận án 6 1.8 Hạn chế của luận án 9 CHƯƠNG 2: LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU 2.1 Tổng quan về đất mặn 10 2.1.1 Một số đặc tính nổi bật của đất mặn 10 2.1.2 Những bất lợi của đất mặn khi sử dụng cho nông nghiệp 10 9
2.2 Thực trạng hệ thống canh tác lúa-tôm ở ĐBSCL 12 2.2.1 Thuận lợi của hệ thống canh tác lúa-tôm 12 2.2.2 Những trở ngại chính của hệ thống canh tác lúa-tôm 13 2.3 Tổng quan về bùn đáy 15 2.3.1 Bùn đáy ao nuôi cá tra thâm canh 15 2.3.2 Bùn đáy ao của các hệ thống nuôi tôm 15 2.3.3 Những trở ngại chính của bùn đáy trong các hệ thống canh tác tôm 17 2.3.4 Tận dụng dinh dưỡng cho cây trồng từ bùn đáy ao 17 2.4 Tổng quan về Cà Mau và hệ thống lúa-tôm ở Cà Mau 19 2.4.1 Tổng quan về Cà Mau 19 2.4.1.1 Vị trí địa lý 19 2.4.1.2 Các nhóm đất chính 21 2.4.2 Hiện trạng hệ thống lúa-tôm ở Cà Mau 22 2.4.3 Thuận lợi và khó khăn trong việc canh tác hệ thống lúa-tôm 23 2.4.3.1 Thuận lợi 23 2.4.3.2 Khó khăn 24 CHƯƠNG 3: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3.1 Thời gian và địa điểm nghiên cứu 25 3.1.1 Thời gian nghiên cứu 25 3.1.2 Địa điểm nghiên cứu 25 3.2 Phương pháp nghiên cứu 26 3.2.1 Nghiên cứu 1: Nghiên cứu thực trạng hệ thống lúa-tôm; đặc tính 26 hóa học đất ảnh hưởng hệ thống 3.2.1.1 Nghiên cứu thực trạng hệ thống lúa-tôm 26 3.2.1.2 Khảo sát đặc tính hóa học đất ảnh hưởng hệ thống 26 3.2.2 Nghiên cứu 2: Nghiên cứu đánh giá khối lượng bùn đáy từ vụ tôm, hàm lượng một số dưỡng chất chính và khả năng khoáng hóa N của bùn 28 đáy 3.2.2.1 Xác định khối lượng bùn đáy từ vụ tôm 28 3.2.2.2 Phương pháp thu mẫu 30 a. Thu mẫu xác định khối lượng bùn đáy 30 b. Thu mẫu xác định hàm lượng dưỡng chất trong bùn và đánh giá khả 30 năng, tốc độ khoáng hóa N 3.2.3 Nghiên cứu 3: Nghiên cứu áp dụng bón bùn đáy thay thế phân hóa 30 học cho canh tác lúa trong hệ thống lúa-tôm. 3.2.3.1 Thời gian và địa điểm nghiên cứu 30 10
3.2.3.2 Phương pháp bố trí thí nghiệm đồng ruộng 31 3.2.3.3 Phương pháp rửa mặn 33 3.2.3.4 Phương pháp thu mẫu 34 a. Thu mẫu đánh giá khả năng khoáng hóa đạm 34 b. Thu mẫu phân tích hàm lượng P hữu dụng 34 c. Thu mẫu phân tích các chỉ tiêu nông học 35 3.2.3.5 Phương pháp xác định tổng hấp thu N 35 3.2.3.6 Phương pháp xác định khả năng đáp ứng năng suất bùn đáy 35 3.2.4 Phương pháp ủ khoáng hóa N 35 3.2.5 Phương pháp phân tích mẫu 36 3.2.6 Phương pháp phân tích số liệu 37 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 4.1 Hiện trạng canh tác “lúa”, “tôm” trong hệ thống canh tác lúa- 38 tôm tại vùng nghiên cứu 4.1.1 Thông tin chung 38 4.1.2 Lịch thời vụ 38 4.1.3 Kỹ thuật canh tác lúa 38 4.1.4 Kỹ thuật canh tác tôm 40 4.1.5 Xử lý bùn đáy 41 4.1.6 Thích ứng của người dân đối với hệ thống canh tác lúa-tôm 42 4.1.6.1 Mức độ đồng thuận của người dân 42 4.1.6.2 Mối quan hệ tích cực giữa hai yếu tố “lúa” và “tôm” trong hệ 42 thống canh tác 4.1.6.3 Tận dụng điều kiện tự nhiên, lợi thế của vùng 43 4.1.6.4 Nhận định chung của người dân về kinh tế xã hội của địa phương 44 so với thời điểm trước khi chuyển đổi hệ thống 4.2 Đặc tính hóa học các nhóm mẫu đất tại các vị trí khác nhau trong 45 hệ thống lúa-tôm 4.2.1 Tại vùng nghiên cứu huyện Cái Nước 45 4.2.2 Tại vùng nghiên cứu huyện Thới Bình 51 4.3 Khối lượng bùn đáy từ vụ tôm, hàm lượng dưỡng chất và khả 55 năng khoáng hóa N của bùn đáy 4.3.1 Khối lượng bùn đáy từ vụ tôm 55 4.3.1.1 Khối lượng bùn đáy 55 4.3.1.2 Khối lượng riêng và ẩm độ bùn đáy 56 11
4.3.1.3 Mức độ khả thi về hàm lượng bùn đáy tích lũy có thể bón cho 59 ruộng lúa 4.3.2 Hàm lượng dưỡng chất thiết yếu của bùn đáy 4.3.2.1 Hàm lượng C hữu cơ, N tổng số của bùn đáy 59 4.3.2.2 Hàm lượng các dưỡng chất thiết yếu có trong bùn đáy khi đem 61 bón với các mức độ khác nhau 4.3.3 Khả năng cung cấp N khoáng của bùn đáy 62 4.3.3.1 Hàm lượng N khoáng hóa theo thời gian 62 4.3.3.2 Tốc độ khoáng hóa N 63 4.4 Hiệu quả sử dụng bùn đáy thay thế phân hóa học cung cấp dinh 65 dưỡng cho cây lúa trong hệ thống lúa-tôm 4.4.1 Ảnh hưởng của bón bùn đến EC và pH 65 4.4.1.1 Ảnh hưởng của bón bùn đáy đến EC 65 4.4.1.2 Ảnh hưởng của bón bùn đáy đến pH 66 4.4.2 Ảnh hưởng của bón bùn đáy đến độ phì nhiêu đất 67 4.4.2.1 Khả năng cung cấp N khoáng khi bón bùn đáy 67 4.4.2.2 Khả năng cung cấp P hữu dụng của đất khi bón bùn đáy 71 4.4.3 Hiệu quả của bón bùn đáy trong canh tác lúa đối với chỉ tiêu 73 nông học, thành phần năng suất và khả năng hấp thu dưỡng chất N 4.4.3.1 Hiệu quả bón bùn đáy đối với các chỉ tiêu nông học 73 a. Số chồi 73 b. Chiều cao cây 75 4.4.3.2 Hiệu quả của bón bùn đáy đối với năng suất lúa 78 4.4.3.3 Hiệu quả của bón bùn đáy đối với hệ số hấp thu N trong tổng sinh 89 khối lúa 4.4.3.4 Hiệu quả của bón bùn đáy lên khả năng cung cấp dưỡng chất của 82 đất thông qua mức tăng năng suất và tổng sinh khối lúa CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 5.1 Kết luận 84 5.2 Kiến nghị 84 TÀI LIỆU THAM KHẢO 85 PHỤ CHƯƠNG 1 92 PHỤ CHƯƠNG 2 94 PHỤ CHƯƠNG 3 106 12
DANH SÁCH BẢNG BẢNG NỘI DUNG Trang Bảng 3.1 Một số đặc tính hóa học của đất tại vùng nghiên cứu 25 Bảng 3.2 Thời điểm và liều lượng phân bón (kg/ha) NT3, NT4 và NT5 34 Bảng 3.3 Phương pháp phân tích các chỉ tiêu 36 Bảng 4.1 Mức độ tận dụng lợi thế về điều kiện tự nhiên 44 Phân loại đất mặn dựa vào sinh trưởng và phát triển của cây Bảng 4.2 46 trồng (Abrol và ctv., 1988) Bảng 4.3 Phân loại đất mặn theo Abrol và ctv., (1988); Ayers (1985) 47 Các chỉ tiêu hóa học các nhóm mẫu đất ở các vị trí khác nhau Bảng 4.4 50 trong hệ thống lúa-tôm tại Cái Nước Các chỉ tiêu hóa học các nhóm mẫu đất ở các vị trí khác nhau Bảng 4.5 54 trong hệ thống lúa-tôm tại Thới Bình Tổng lượng bùn đáy tích lũy (m3/ha/vụ và tấn/ha/vụ) trong suốt Bảng 4.6 55 vụ tôm Thể tích và khối lượng bùn đáy để xác định khối lượng riêng Bảng 4.7 58 và ẩm độ bùn đáy Hàm lượng C hữu cơ (%), N tổng số (%), tỷ số C/N trung bình Bảng 4.8 60 của ba nhóm mẫu Bảng 4.9 Hàm lượng cụ thể các dưỡng chất thiết yếu trong bùn đáy với 62 các mức độ khác nhau Hàm lượng N khoáng hóa tích lũy theo thời gian của ba nhóm Bảng 4.10 63 mẫu (mgNH4+-N/kg) Bảng 4.11 Độ dẫn điện (EC; mS/cm; 1:2,5) và pH 3 NSC qua các năm 66 Hàm lượng N khoáng hóa (N-NH4+ và N-NO3-; mg/kg) tích lũy Bảng 4.12 70 theo thời gian của các nghiệm thức qua các năm Hàm lượng P hữu dụng (P Bray II, mgP/kg) tại thời điểm 15 NSC Bảng 4.13 72 và 35 NSC qua các năm 13
Bảng 4.14 Số chồi hữu hiệu của lúa (số chồi/0,25 m ) vào các giai đoạn 2 75 sinh trưởng khác nhau qua các năm Bảng 4.15 Chiều cao cây (cm) vào các giai đoạn sinh trưởng khác nhau 77 Bảng 4.16 Năng suất thực tế (tấn/ha) qua các năm 78 Bảng 4.17 Hàm lượng N (kg/ha) hấp thu trong hạt và thân lúa 80 Bảng 4.18 Hệ số hấp thu N trong tổng sinh khối lúa 81 Bảng 4.19 Mức tăng năng suất và tổng sinh khối lúa (tấn/ha) trong trường 82 hợp có bón bùn DANH SÁCH HÌNH HÌNH NỘI DUNG Trang Hình 1.1 Hệ thống canh tác lúa-tôm ở Đồng bằng Sông Cửu Long 2 Hình 1.2 Lược đồ nghiên cứu của luận án 8 Hình 2.1 Bản đồ hành chính tỉnh Cà Mau 20 Hình 3.1 Sơ đồ vị trí lấy mẫu khảo sát đặc tính hóa học đất 27 Hình 3.2 Bẫy bùn sử dụng trong thí nghiệm 28 Hình 3.3 Thu bùn từ các bẫy bùn sử dụng trong thí nghiệm 29 Hình 3.4 Sơ đồ vị trí đặt bẫy bùn 29 Hình 3.5 Sơ đồ bố trí thí nghiệm ngoài đồng 32 Hình 3.6 Tổng quan thí nghiệm trên đồng ruộng 32 Hình 3.7 Các ô thí nghiệm được bố trí ngoài đồng ruộng 34 Hình 3.8 Các ô thí nghiệm trong thời gian rửa mặn 34 Tốc độ khoáng hóa N theo thời gian của ba vị trí lấy mẫu Hình 4.1 64 (mg/kg/ngày) 14
MỘT SỐ THUẬT NGỮ SỬ DỤNG TRONG LUẬN ÁN TT THUẬT NGỮ GIẢI THÍCH Một giá đỡ, bề mặt làm bằng nhựa dày, có chân đế dài để cố định giá đỡ trên mặt đáy mương chính và mương xả phèn. Bẫy bùn được sử dụng 1 Bẫy bùn để thu lượng bùn tích tụ suốt các tháng mùa khô trong vụ tôm. Hệ thống bờ bao xung quanh mương chính nuôi 2 Bờ bao tôm, rộng từ 2m đến 4m và phân định ranh giới giữa các hệ thống lúa-tôm. Mùn bã hữu cơ, dư thừa động thực vật phân hủy, 3 Bùn đáy đất do xói mòn từ các bờ bao lắng tụ thành lớp trên đáy mương và mặt ruộng. Nơi sinh sống chủ yếu của tôm, có bề rộng từ 4 Mương chính 4m đến 6m và sâu từ 1m đến 1,2m. Có bề rộng từ 0,6m đến 0,8m và sâu khoảng 5 Mương xả phèn 0,6m, được bố trí theo chiều ngang diện tích mặt đất ruộng lúa. Tầng đất mặt ruộng có độ sâu từ 0 đến 3 cm, tích 6 Tầng canh tác (0–3 cm) tụ nhiều dư thừa động thực vật. Tầng đất canh tác có độ sâu từ 3 đến 10 cm, 7 Tầng canh tác (3–10 cm) sau khi đã tách lớp bùn phía trên. 15
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Từ viết tắt Nghĩa tiếng Việt Nghĩa tiếng Anh Trung tâm nghiên cứu nông Australian Center for International ACIAR nghiệp quốc tế của Úc Agricultural Research BĐKH Biến đổi khí hậu CEC Khả năng trao đổi cation Cation Exchange Capacity CHC Chất hữu cơ ĐBSCL Đồng bằng sông Cửu Long EC Độ dẫn điện Electrical Conductivity ECe Độ dẫn điện bão hòa ESP Phần trăm natri trao đổi Exchange Sodium Percentage Tổ chức Lương thực và Nông FAO Food and Agriculture Organization nghiệp Liên Hiệp Quốc K Kali Potassium N Đạm Nitrogen NT Nghiệm thức NSC Ngày sau cấy P Lân Phosphorus SAR Tỷ số hấp phụ natri Sodium adsorption ratio USD Đồng đô la Mỹ United States dollar 16
CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU 1.1 Tính cấp thiết của đề tài Hiện nay trên thế giới, ước tính năng suất nông nghiệp mất do ảnh hưởng bởi mặn khoảng 12 tỷ USD mỗi năm và tiếp tục tăng (Ghassemi et al., 1995, Pitman and Läuchli, 2004, Materechera, 2011). Hầu hết đất nhiễm mặn xảy ra tại các khu vực ven biển, nguyên nhân chủ yếu từ địa lý và thủy văn (Kaur et al., 1998, Tripathi et al., 2006). Thiệt hại nông nghiệp do xâm nhập mặn được dự đoán sẽ tăng theo thời gian, do đó sự suy thoái đất do muối là một mối đe dọa lớn đối với sản xuất cây trồng bền vững ở nhiều khu vực (Tripathi et al., 2006, Mavi et al., 2012). Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL) có diện tích khoảng 4 triệu ha, trong đó khoảng 35% diện tích (1,4 triệu ha) chịu ảnh hưởng mặn (Nguyễn Văn Sánh và ctv., 1998), bao gồm tiểu vùng sinh thái ven biển và bán đảo Cà Mau trải rộng ở các tỉnh Long An, Tiền Giang, Bến Tre, Trà Vinh, Sóc Trăng, Bạc Liêu, Cà Mau và Kiên Giang. Xâm nhập mặn thường do nước biển xâm nhập từ tháng 12 đến tháng 5 khi mực nước sông thấp, lượng mưa ít hơn và chế độ thủy triều từ Vịnh Thái Lan đã đẩy nước mặn từ Biển Đông vào. Trong điều kiện nhiễm mặn như hiện nay thì hệ thống chuyên lúa không mang lại hiệu quả kinh tế cao do thiếu nước tưới và nguồn nước tưới bị nhiễm mặn vào mùa khô. Để thích ứng với tình hình này, một số nông dân trong vùng đã mạnh dạn chuyển đổi từ hệ thống chuyên lúa sang hệ thống lúa-tôm để vừa duy trì việc sản xuất lúa trong mùa mưa đồng thời mang lại hiệu quả kinh tế nhờ vào vụ nuôi tôm trong mùa khô (Hình 1.1). Tuy nhiên, hệ thống canh tác lúa-tôm đang đối mặt với nhiều khó khăn, trở ngại. Trong đó sự tích lũy quá nhiều chất hữu cơ trong bùn đáy ao có thể là 17
một trong những nguyên nhân gây giới hạn cho sự phát triển của đối tượng nuôi trong ao (Avnimelech và Ritvo, 2003). Hình 1.1 Hệ thống canh tác lúa-tôm ở Đồng bằng Sông Cửu Long Gần đây có những nghiên cứu sử dụng bùn đáy của các ao nuôi thủy sản để cung cấp dinh dưỡng cho cây trồng và làm phân bón. Huỳnh Tuyết Ngân (2010) nghiên cứu khả năng cung cấp dinh dưỡng của bùn đáy ao nuôi cá tra đã kết luận rằng có thể sử dụng bùn đáy ao nuôi cá tra để làm phân hữu cơ khoáng và phân hữu cơ vi sinh bón cho lúa, rau muống và cây vạn thọ. Nghiên cứu của Châu Minh Khôi và Nguyễn Hoàng Kim Nương (2014) cho thấy chất hữu cơ của bùn đáy ao nuôi cá tra chứa các thành phần hữu cơ dễ phân hủy nên giúp cung cấp cơ chất cho hoạt động của vi sinh vật và đạm (N) khoáng cho đất. Cao Văn Phụng và ctv., 2009 đã sử dụng bùn thải từ ao nuôi cá tra trộn với rơm để bón cho lúa, kết quả cho thấy có thể thay thế từ 1/3 đến 2/3 lượng phân N vô cơ theo khuyến cáo là 80 kg N/ha cho vụ đông xuân hoặc 60 kg N/ha cho vụ hè thu và thu đông. Các nghiên cứu này tập trung cho bùn đáy ao nuôi cá da trơn và cá 18
nước ngọt. Do đó nghiên cứu về khả năng cung cấp dinh dưỡng từ bùn đáy của hệ thống canh tác lúa-tôm sẽ tạo cơ sở cho việc tận dụng bùn đáy của hệ thống canh tác này để cung cấp dinh dưỡng cho cây trồng, giúp giảm ô nhiễm môi trường và giảm chi phí sử dụng phân bón của nông hộ. Từ những vấn đề nêu trên Đề tài Đánh giá chất lượng và hiệu quả của bùn đáy trên năng suất lúa trong hệ thống canh tác lúa-tôm tại tỉnh Cà Mau được thực hiện nhằm đánh giá chất lượng bùn đáy trong hệ thống lúa-tôm và tiềm năng sử dụng bùn đáy để thay thế phân hóa học từ đó khuyến cáo tái sử dụng bùn đáy một cách hiệu quả, góp phần làm tăng tính bền vững của hệ thống lúa-tôm ở những vùng xâm nhiễm mặn ở ĐBSCL. 1.2 Cơ sở lý thuyết và giả thuyết nghiên cứu Hệ thống canh tác lúa-tôm được đánh giá là một trong nững hệ thống sản xuất nông nghiệp bền vững cho những vùng bị ảnh hưởng bởi mặn ở ĐBSCL do có thể trồng lúa vào mùa mưa khi độ mặn xuống thấp và vẫn có thể nuôi tôm vào mùa khô khi độ mặn tăng cao. Bùn đáy được tích lũy trong hệ thống canh tác này mang nhiều dưỡng chất từ cặn bã, thức ăn thừa của vụ tôm và dư thừa thực vật, rơm rạ của vụ lúa bị rửa trôi từ bờ bao xung quanh, đất mặt ruộng xuống đáy mương. Nếu lượng bùn đáy này không được xử lý phù hợp sẽ có khả năng gây ô nhiễm môi trường. Mặt khác, nếu lượng bùn đáy được tái sử dụng, dinh dưỡng trong bùn có thể được tái cung cấp cho cây lúa, giảm lượng phân vô cơ bón cho vụ lúa, giảm chi phí sản xuất của hệ thống canh tác, giảm ô nhiễm môi trường do sử dụng phân hóa học, do đó góp phần làm cho hệ thống canh tác này thêm bền vững. Do đó, giả thuyết nghiên cứu là khi tái sử dụng bùn đáy cho vụ lúa thì hàm lượng dưỡng chất có trong bùn đáy này có thể tái sử dụng để cung cấp dinh dưỡng cho vụ lúa và thay thế một tỷ lệ nhất định lượng phân vô cơ được sử dụng trong trong hệ thống canh tác lúa-tôm. 1.3 Mục tiêu nghiên cứu của luận án 1.3.1 Mục tiêu chung Đánh giá khối lượng, chất lượng dưỡng chất và khả năng khoáng hóa N của bùn đáy; hiệu quả của việc bón bùn đáy thay thế một phần phân vô cơ. 1.3.2 Mục tiêu cụ thể Đánh giá các đặc tính hóa học đất trong hệ thống canh tác lúa-tôm. Xác định khối lượng bùn đáy sau vụ tôm; hàm lượng dưỡng chất và khả năng khoáng hóa N của bùn đáy trong hệ thống lúa-tôm theo thời gian. Đánh giá mức độ thay thế một phần lượng phân vô cơ của bùn đáy trong điều kiện canh tác của nông hộ. 19
Thông qua kết quả đạt được của các thí nghiệm, Luận án có thể xác định được khối lượng và khả năng cung cấp dưỡng chất từ bùn đáy cũng như hiệu quả của việc bón bùn đáy đối với độ phì nhiêu đất, năng suất lúa và khả năng thay thế một phần phân vô cơ. Qua đó khuyến cáo cho người dân tái sử dụng đúng cách bùn đáy cho vụ lúa để góp phần tăng tính bền vững của hệ thống canh tác, ứng phó với xâm nhập mặn do ảnh hưởng của biến đổi khí hậu tại Đồng bằng sông Cửu Long. 1.4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Đề tài được nghiên cứu trên vùng đất thực hiện hệ thống canh tác lúa- tôm tại huyện Cái Nước và huyện Thới Bình tỉnh Cà Mau. Đất tại khu vực nghiên cứu thuộc nhóm đất Hyposali-Humi-Umbric Gleysols là nhóm đất phù sa có tầng mặt tích lũy bùn và nhiễm mặn nhẹ. Đánh giá hiện trạng hệ thống canh tác lúa-tôm được thực hiện vào năm 2013, có 124 hộ tham gia. Thí nghiệm xác định khối lượng bùn đáy, hàm lượng dưỡng chất có trong bùn đáy và khả năng khoáng hóa N của bùn đáy trong hệ thống lúa-tôm theo thời gian được thực hiện bằng cách đặt những bẫy bùn (được thiết kế sẵn) xuống đáy hệ thống mương chính để thu bùn trong vụ tôm. Thí nghiệm đánh giá hiệu quả của việc bón bùn đáy trong hệ thống canh tác lúa-tôm đối với độ phì nhiêu đất và năng suất lúa, mức độ thay thế một phần lượng phân vô cơ của bùn đáy trong điều kiện canh tác bình thường được thực hiện tại huyện Cái Nước vào năm 2014 và 2015; tại huyện Thới Bình vào năm 2016 và 2017, đây là địa phương có điều kiện tự nhiên phù hợp cho canh tác hệ thống lúa-tôm nhất là việc chủ động quản lý được nguồn nước phục vụ cho vụ lúa trong hệ thống canh tác lúa-tôm. 1.5 Những điểm mới của luận án Nghiên cứu đã xác định được khối lượng bùn đáy sau vụ tôm trong hệ thống lúa-tôm ở mương chính đạt trung bình trung bình đạt từ 377,3 đến 430,6 (m3/ha/vụ) tương ứng từ 83 đến 94,7 (tấn/ha/vụ) bùn khô. Nghiên cứu cũng ghi nhận hàm lượng dinh dưỡng bùn đáy trong hệ thống lúa-tôm giàu C hữu cơ và N tổng số; Bên cạnh đó, nghiên cứu đã phân tích khả năng cung cấp N khoáng của bùn đáy sau 21 ngày ủ thoáng khí đã ghi nhận N 20