Luận án Tiến sĩ Nông nghiệp: Ảnh hưởng của độc tố sắt đối với lúa trên đất phèn đồng bằng sông Cửu Long và một số biện pháp khắc phục thiệt hại do độc tố sắt gây ra – trường hợp nghiên cứu tại Đồng Tháp Mười

Chia sẻ: Chuheodethuong 09 | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:188

Thêm vào BST

Báo xấu

38
lượt xem 8
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài là đánh giá được thực trạng ngộ độc sắt đối với cây lúa; động thái và bản chất của quá trình khử sắt, thiết lập được các phương trình chẩn đoán nồng độ Fe2+ trong dung dịch đất và đề xuất được một số giải pháp làm giảm thiệt hại do ngộ độc sắt gây ra trên cây lúa vùng ĐBSCL.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận án Tiến sĩ Nông nghiệp: Ảnh hưởng của độc tố sắt đối với lúa trên đất phèn đồng bằng sông Cửu Long và một số biện pháp khắc phục thiệt hại do độc tố sắt gây ra – trường hợp nghiên cứu tại Đồng Tháp Mười

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT VIỆN KHOA HỌC NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM ---------------------------------- TRƢƠNG MINH NGỌC ẢNH HƢỞNG CỦA ĐỘC TỐ SẮT ĐỐI VỚI LÚA TRÊN ĐẤT PHÈN ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG VÀ MỘT SỐ BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC THIỆT HẠI DO ĐỘC TỐ SẮT GÂY RA – TRƢỜNG HỢP NGHIÊN CỨU TẠI ĐỒNG THÁP MƢỜI LUẬN ÁN TIẾN SĨ NÔNG NGHIỆP Thành phố Hồ Chí Minh – Năm 2021
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT VIỆN KHOA HỌC NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM ---------------------------------- TRƢƠNG MINH NGỌC ẢNH HƢỞNG CỦA ĐỘC TỐ SẮT ĐỐI VỚI LÚA TRÊN ĐẤT PHÈN ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG VÀ MỘT SỐ BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC THIỆT HẠI DO ĐỘC TỐ SẮT GÂY RA – TRƢỜNG HỢP NGHIÊN CỨU TẠI ĐỒNG THÁP MƢỜI Chuyên ngành: Khoa học đất Mã số : 9620103 LUẬN ÁN TIẾN SĨ NÔNG NGHIỆP Người hướng dẫn khoa học: 1. TS. Võ Đình Quang 2. TS. Nguyễn Quang Chơn Thành phố Hồ Chí Minh – Năm 2021
i LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Tất cả số liệu, kết quả nghiên cứu được trình bày trong luận án này là trung thực và chưa được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 20 tháng 7 năm 2020 Họ và tên Trương Minh Ngọc
ii LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận án, con bày tỏ lòng biết ơn vô hạn đến bố mẹ và gia đình, những người thân yêu luôn ở bên cạnh con, luôn yêu thương và cho con chỗ dựa trong suốt thời gian thực hiện đề tài. Nghiên cứu sinh xin bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn vô hạn đến TS. Võ Đình Quang – Giám đốc Chi nhánh Viện Ứng dụng Công nghệ tại TP. HCM – Người thầy hướng dẫn chính cho công trình nghiên cứu này. Thầy đã có công giáo dục, chỉ bảo, bồi dưỡng kiến thức, phương pháp luận, tư duy và giúp đỡ em trong suốt 15 năm làm việc cùng thầy. Trong luận án này, thầy đã tạo mọi điều kiện tốt nhất về cơ sở vật chất, nhân lực, tài lực, trí lực, tâm huyết và những kiến thức quý báu của thầy để giúp em hoàn thành luận án. Nghiên cứu sinh xin bày tỏ lòng biết ơn đến TS. Nguyễn Quang Chơn – Phó trưởng Bộ môn Khoa học đất, Viện Khoa học Kỹ thuật Nông nghiệp Miền Nam – Người thầy đồng hướng dẫn cho công trình nghiên cứu này. Thầy đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ, động viên, truyền đạt nhiều kinh nghiệm và kiến thức quý trong ngành khoa học đất, thầy đã cung cấp cho em nhiều tài liệu quý trong suốt thời gian thực hiện luận án. Nghiên cứu sinh xin chân thành cảm ơn KS. Nguyễn Xuân Nhiệm – Phân Viện quy hoạch và thiết kế Nông nghiệp Miền Nam đã không quản nắng mưa, đường xa để tham gia việc khảo sát điều tra thực trạng ngộ độc sắt đối với cây lúa tại tỉnh Long An và Tiền Giang trong vụ Hè Thu năm 2017 và 2018. Cảm ơn bác đã xác định vị trí các điểm đất phèn, phân loại các mẫu đất, thu thập mẫu đất để phục vụ cho việc nghiên cứu của đề tài. Cảm ơn bác đã truyền đạt nhiều kiến thức quý báu về phân loại đất và phát sinh học đất phèn vùng Đồng bằng sông Cửu Long. Nghiên cứu sinh xin chân thành cảm ơn Ban Lãnh đạo, các anh chị Phòng đào tạo - Viện Khoa học Kỹ thuật Nông nghiệp Miền Nam đã giúp đỡ, tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất để cho em được học tập và hoàn thành công trình nghiên cứu này. Nghiên cứu sinh xin chân thành cảm ơn đến quý Thầy Cô giáo ở Viện Khoa học Kỹ thuật Nông nghiệp Miền Nam, Trường Đại học Cần Thơ và Trường đại học Nông
iii lâm TP. HCM đã truyền đạt những kiến thức quý về khoa học đất, trồng trọt và những kinh nghiệm thực tiễn trong quá trình học tập và nghiên cứu. Xin chân thành cảm ơn quý Thầy, Cô ở Bộ môn Khoa học đất, Trường Đại học Cần Thơ đã hỗ trợ em trong việc phân tích một số chỉ tiêu hoá học trong 20 mẫu đất nghiên cứu. Nghiên cứu sinh xin chân thành cảm ơn quý Thầy, quý Cô đã tham gia Hội đồng đánh giá điều kiện bảo vệ luận án cấp cơ sở; Hội đồng đánh giá luận án cấp cơ sở, quý Thầy, Cô tham gia phản biện độc lập đóng góp nhiều ý kiến quý giúp em hoàn thiện luận án. Cảm ơn quý Thầy, Cô đã tham gia chấm chuyên đề và phản biện các bài báo, đóng góp nhiều ý kiến quý giúp em hoàn thiện các chuyên đề, các bài báo mà phần lớn đã được em sử dụng trong luận án này. Xin chân thành cảm ơn KS. Lê Thị Mỹ Hạnh – Chi nhánh Viện Ứng dụng Công nghệ tại TP. HCM, cảm ơn em đã bỏ nhiều tâm sức và thời gian tham gia thực hiện thí nghiệm ủ đất, thí nghiệm trồng lúa trong dung dịch và phân tích một số chỉ tiêu lý hoá trong công trình nghiên cứu này. Xin chân thành cảm ơn ThS. Lê Thanh Bình – Trưởng phòng Phát triển Công nghệ và Dịch vụ, Chi nhánh Viện Ứng dụng Công nghệ tại TP. HCM; bạn Huỳnh Công Hải, Trường đại học Công nghiệp Thực phẩm TP. HCM; bạn Raphaël Cabanis và bạn Lea Sidelski, Trường Polytech’Lille, Đại học tổng hợp Lille, Cộng hoà Pháp đã tham gia hỗ trợ tôi thực hiện một số thí nghiệm lúa ngoài đồng ruộng. Xin chân thành cảm ơn các anh chị, các bạn đồng nghiệp tại Chi nhánh Viện Ứng dụng Công nghệ tại TP. HCM đã luôn đồng hành, sát cánh, hỗ trợ và tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất để tôi có thể hoàn thành khoá học và thực hiện công trình nghiên cứu này. Xin chân thành cảm ơn đến quý bà con nông dân tại tỉnh Long An, tỉnh Tiền Giang đã cung cấp thông tin về thực trạng độc sắt và tình tình sản xuất lúa Hè Thu năm 2017, 2018. Cảm ơn gia đình anh Đặng Văn Hoàng, ấp Hòa Thuận, xã Thạnh Hòa, huyện Tân Phước, tỉnh Tiền Giang và gia đình anh Nguyễn Văn Xem, ấp Tân Hưng Tây, xã Tân Hòa Tây, huyện Tân Phước, tỉnh Tiền Giang đã cho mượn ruộng và tích cực giúp tôi trong việc triển khai các nghiên cứu ngoài đồng. Xin chân thành cảm ơn.
iv MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ............................................................................................................i LỜI CẢM ƠN ...............................................................................................................ii MỤC LỤC ..............................................................................................................iv DANH MỤC BẢNG ......................................................................................................ix DANH MỤC HÌNH ......................................................................................................xii MỞ ĐẦU ............................................................................................................... 1 CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU ................................................................... 6 1.1. Vị trí địa lý và sản xuất lúa gạo vùng Đồng bằng sông Cửu Long ............... 6 1.1.1. Đặc điểm vị trí địa lý........................................................................................... 6 1.1.2. Sản xuất lúa gạo tại Đồng bằng sông Cửu Long ................................................ 6 1.1.3. Một số giống lúa phổ biến vùng Đồng bằng sông Cửu Long ............................. 7 1.2. Đặc điểm phát sinh học và lý hóa trên đất phèn ............................................ 9 1.2.1. Định nghĩa đất phèn ............................................................................................ 9 1.2.2. Nguồn gốc hình thành đất phèn .......................................................................... 9 1.2.3. Đất phèn Đồng bằng sông Cửu Long................................................................ 12 1.2.4. Một số độc chất trong đất phèn Đồng bằng sông Cửu Long ............................ 17 1.3. Sắt trong đất và quá trình khử sắt trong đất ngập nƣớc ............................ 18 1.3.1. Sắt trong đất ...................................................................................................... 18 1.3.2. Một số nhóm sắt phổ biến trong đất.................................................................. 19 1.3.3. Động thái khử sắt trong đất ngập nước ............................................................. 20 1.3.4. Một số yếu tố ảnh hưởng đến động thái khử sắt trong đất ngập nước .............. 22 1.4. Ngộ độc sắt và một số giải pháp giảm ngộ độc sắt với lúa .......................... 22 1.4.1. Ngộ độc sắt đối với lúa ..................................................................................... 22 1.4.2. Một số nghiên cứu ngưỡng ngộ độc sắt trên cây lúa ........................................ 24 1.4.3. Một số nghiên cứu về giảm ngộ độc sắt đối với lúa ......................................... 26
v 1.4.3.1 Nghiên cứu về lân (P) ....................................................................................... 26 1.4.3.2 Nghiên cứu về kali (K) ...................................................................................... 27 1.4.3.3 Nghiên cứu về canxi (Ca).................................................................................. 28 1.4.3.4 Nghiên cứu về kẽm (Zn) .................................................................................... 29 1.4.3.5 Nghiên cứu về giống ......................................................................................... 29 1.4.3.6 . Nghiên cứu về điều tiết nước .......................................................................... 30 CHƢƠNG 2. NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ....................... 33 2.1. Nội dung nghiên cứu ....................................................................................... 33 2.2. Phƣơng pháp nghiên cứu ............................................................................... 33 2.2.1. Điều tra, đánh giá thực trạng ngộ độc sắt đối với lúa vụ Hè Thu trên đất phèn Đồng bằng sông Cửu Long ............................................................................................ 33 2.2.2. Ảnh hưởng của nồng độ sắt đến khả năng hút dinh dưỡng và sinh trưởng của 2 giống lúa IR 50404 và OM 5451 phổ biến tại Đồng bằng sông Cửu Long ................... 35 2.2.3. Động thái Fe2+ của đất phèn Đồng bằng sông Cửu Long ngập nước trong mối quan hệ với tính chất đất ................................................................................................ 36 2.2.4. Đánh giá ảnh hưởng của các yếu tố dinh dưỡng P, K, Ca, Zn đối với khả năng oxy hóa vùng rễ, sự sinh trưởng của cây lúa trên đất phèn Đồng bằng sông Cửu Long 2.2.4.1. Thí nghiệm trong chậu ...................................................................................... 39 2.2.4.2. Thí nghiệm ngoài đồng ruộng ........................................................................... 41 2.2.5. Ảnh hưởng của biện pháp điều tiết nước đến tình trạng ngộ độc sắt trên cây lúa vụ Hè Thu trên đất phèn Đồng bằng sông Cửu Long .................................................... 42 2.3. Phƣơng pháp phân tích mẫu đất, mẫu thực vật và xử lý số liệu ................ 44 2.3.1. Phương pháp phân tích mẫu đất ........................................................................ 44 2.3.2. Phương pháp phân tích các chỉ tiêu Fe2+, pH và Eh trong dung dịch chiết từ 20 mẫu đất ngập nước ......................................................................................................... 46 2.3.3. Phương pháp phân tích mẫu thực vật và tính lượng dinh dưỡng cây hút ......... 46
vi 2.3.4. Phương pháp xử lý số liệu................................................................................. 47 CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ............................... 48 3.1. Kết quả điều tra, đánh giá thực trạng ngộ độc sắt đối với lúa trên đất phèn vụ Hè Thu Đồng bằng sông Cửu Long ........................................................................... ........................................................................................................................... 48 3.1.1. Thực trạng ngộ độc sắt đối với lúa vụ Hè Thu năm 2017 ................................ 48 3.1.2. Kết quả theo dõi thực trạng ngộ độc sắt đối với lúa vụ Hè Thu năm 2018 ...... 51 3.1.2.1 . Triệu chứng bronzing lá, hàm lượng Fets trong lá và năng suất lúa vụ Hè Thu 2018 ........................................................................................................................... 51 3.1.2.2 . Quan hệ giữa hàm lượng Fets trong lá và năng suất lúa vụ Hè Thu năm 2018 ........................................................................................................................... 52 3.2. Ảnh hƣởng của nồng độ sắt đến khả năng hút dinh dƣỡng và sinh trƣởng của 2 giống lúa IR 50404 và OM 5451 phổ biến tại Đồng bằng sông Cửu Long.... 55 3.2.1. Ảnh hưởng của nồng độ Fe2+ trong dung dịch đến sự tích lũy Fets trong thân lá lúa ........................................................................................................................... 55 3.2.2. Ảnh hưởng của các nồng độ Fe2+ đến sự tích lũy dinh dưỡng trong thân lá .... 56 3.2.3. Ảnh hưởng của nồng độ Fe2+ trong dung dịch đến cấp độ độc sắt (bronzing) trên cây lúa ..................................................................................................................... 60 3.2.4. Ảnh hưởng của nồng độ Fe2+ trong dung dịch đến một số chỉ tiêu sinh trưởng của 2 giống lúa IR 50404 và OM 5451 .......................................................................... 61 3.3. Động thái Fe2+ của đất phèn Đồng bằng sông Cửu Long ngập nƣớc trong mối quan hệ với tính chất đất...................................................................................... 65 3.3.1. Phân bố các nhóm sắt trong đất phèn Đồng bằng sông Cửu Long ................... 65 3.3.2. Diễn biến nồng độ Fe2+ trong dung dịch đất trong quá trình ngập nước đất phèn Đồng bằng sông Cửu Long ............................................................................................ 67 3.3.2.1 Diễn biến thế năng oxy hóa khử Eh và pH của 20 mẫu đất phèn ..................... 67
vii 3.3.2.2 Diễn biến nồng độ ion Fe2+ hòa tan của 20 mẫu đất phèn Đồng bằng sông Cửu Long ........................................................................................................................... 70 3.3.3. Quan hệ giữa nồng độ Fe2+ và tính chất đất qua kết quả tính tương quan tuyến tính đơn........................................................................................................................... 74 3.3.4. So sánh về quá trình khử sắt giữa hai nhóm đất phèn Đồng bằng sông Cửu Long ........................................................................................................................... 78 3.3.5. Kết quả phân tích tương quan bội – Thiết lập phương trình chẩn đoán nồng độ Fe2+ hòa tan .................................................................................................................... 80 3.4. Ảnh hƣởng của các yếu tố dinh dƣỡng P, K, Ca, Zn đối với khả năng oxy hóa vùng rễ và sự sinh trƣởng của cây lúa trên đất phèn Đồng bằng sông Cửu Long ........................................................................................................................... 91 3.4.1. Ảnh hưởng của các yếu tố dinh dưỡng P, K, Ca, Zn đối với khả năng oxy hóa vùng rễ và sự sinh trưởng của cây lúa trên đất phèn Đồng bằng sông Cửu Long trồng trên chậu ......................................................................................................................... 91 3.4.1.1 . Ảnh hưởng của các yếu tố dinh dưỡng P, K, Ca và Zn đến thế năng oxy hóa khử vùng rễ lúa ............................................................................................................... 91 3.4.1.2 . Ảnh hưởng của các yếu tố dinh dưỡng P, K, Ca và Zn đến sự tích lũy Fets trong lá lúa ..................................................................................................................... 93 3.4.1.3 . Ảnh hưởng của các yếu tố dinh dưỡng P, K, Ca, Zn đến một số chỉ tiêu sinh trưởng của cây lúa ......................................................................................................... 94 3.4.1.4 . Quan hệ giữa sự thay đổi khả năng oxy hóa và các chỉ tiêu sinh trưởng của cây lúa ........................................................................................................................... 96 3.4.2. Ảnh hưởng của các yếu tố dinh dưỡng P, K, Ca, Zn đối với việc tích luỹ Fe trong lá và năng suất lúa trên đất phèn Đồng bằng sông Cửu Long ngoài đồng ruộng ..... ........................................................................................................................... 97 3.5. Ảnh hƣởng của biện pháp điều tiết nƣớc đến tình trạng ngộ độc sắt trên cây luá trong vụ Hè Thu trên đất phèn Đồng bằng sông Cửu Long ..................... 101
viii KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ ........................................................................................ 104 DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN ..... 107 TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................... 108 PHỤ LỤC ........................................................................................................... 129
ix DANH MỤC BẢNG TT Tên bảng Trang 1.1 Diện tích mười giống lúa phổ biến nhất vùng Đồng bằng sông Cửu Long 7 1.2 Một số đặc điểm sinh trưởng của giống lúa IR 50404 8 1.3 Một số đặc điểm sinh trưởng của giống lúa OM 5451 9 1.4 Diện tích một số nhóm đất vùng Đồng bằng sông Cửu Long 12 2.1 Tiêu chuẩn đánh giá ngộ độc sắt 34 2.2 Một số tính chất cơ bản của 20 mẫu đất phèn nghiên cứu 38 2.3 Kết quả phân tích một số tính chất mẫu đất tại ấp Hòa Thuận, xã Thạnh 39 Hòa, huyện Tân Phước, tỉnh Tiền Giang 2.4 Kết quả phân tích một số tính chất mẫu đất tại ấp Tân Hưng Tây, xã Tân 41 Hòa Tây, huyện Tân Phước, tỉnh Tiền Giang 3.1 Cấp độ bronzing và năng suất lúa canh tác trên đất phèn vụ Hè Thu năm 49 2017 3.2 Cấp độ độc bronzing, hàm lượng Fets trong lá và năng suất lúa tại 20 51 điểm đất phèn trồng lúa vụ Hè Thu năm 2018 3.3 Ảnh hưởng của các nồng độ sắt trong dung dịch đến sự tích lũy Fets trong 55 thân lá trên 02 giống lúa IR50404 và OM 5451 3.4 Ảnh hưởng của nồng độ Fe2+ trong dung dịch đến tích lũy dinh dưỡng 57 trong thân lá của 02 giống lúa IR50404 và OM 5451 3.5 Ảnh hưởng của nồng độ sắt trong dung dịch đến cấp độ độc sắt 60 (bronzing) trên 02 giống lúa IR50404 và OM 5451 3.6 Ảnh hưởng của nồng độ sắt trong dung dịch đến khả năng sinh trưởng của 62 02 giống lúa IR50404 và OM 5451 3.7 Thành phần các nhóm sắt trong đất phèn ĐBSCL trước thí nghiệm 66 3.8 Hệ số tương quan (r) giữa các nhóm sắt trong 20 mẫu đất phèn ĐBSCL 67
x 3.9 Tốc độ thay đổi nồng độ Fe2+ trong dung dịch đất ngập nước (ppm/tuần) 72 3.10 Nồng độ Fe2+ hòa tan cao nhất (Fe2+ max) của 20 mẫu đất phèn ĐBSCL 73 3.11 Hệ số tương quan (r) giữa nồng độ Fe2+ tại các thời điểm và một số tính 75 chất đất trước thí nghiệm 3.12 Thứ tự hệ số tương quan đơn tại các thời điểm ngập nước với tính chất 78 đất 3.13 So sánh nồng độ Fe2+ trung bình giữa hai nhóm đất phèn Đồng bằng sông 79 Cửu Long tại một số thời điểm ngập nước 3.14 So sánh nồng độ Fe2+ Max và thời gian trung bình giữa hai nhóm đất 79 phèn Đồng bằng sông Cửu Long 3.15 So sánh một số tính chất đất của hai nhóm đất phèn Đồng bằng sông Cửu 80 Long 3.16 Kết quả phương trình tương quan bội giữa nồng độ Fe2+ 7 ngày ngập 81 nước với một số tính chất đất 3.17 Kết quả phương trình tương quan bội giữa nồng độ Fe2+ 14 ngày ngập 83 nước với một số tính chất đất 3.18 Kết quả phương trình tương quan bội giữa nồng độ Fe2+ 21 ngày ngập 84 nước với một số tính chất đất 3.19 Kết quả phương trình tương quan bội giữa nồng độ Fe2+ 28 ngày ngập 85 nước với một số tính chất đất 3.20 Kết quả phương trình tương quan bội giữa nồng độ Fe2+ 35 ngày ngập 86 nước với một số tính chất đất 3.21 Phương chẩn đoán toán nồng độ Fe2+ hòa tan của đất phèn ĐBSCL ở một 87 số thời điểm ngập nước 3.22 Ảnh hưởng của các yếu tố dinh dưỡng P, K, Ca và Zn đến thế năng oxy 91 hóa khử (Eh) vùng rễ ở giai đoạn 40 NSG 3.23 Ảnh hưởng của các yếu tố dinh dưỡng P, K, Ca và Zn đến sự tích lũy hàm 93
xi lượng Fe trong lá ở giai đoạn 40 NSG 3.24 Ảnh hưởng của các yếu tố dinh dưỡng P, K, Ca, Zn đối với một số chỉ 95 tiêu sinh trưởng 3.25 Kết quả đánh giá ảnh hưởng của các yếu tố dinh dưỡng P, K, Ca và Zn 98 đến năng suất lúa trên đất phèn ĐBSCL 3.26 Ảnh hưởng của biện pháp điều tiết nước đến hàm lượng Fets tích luỹ 101 trong lá và năng suất lúa trên đất phèn
xii DANH MỤC HÌNH TT Tên hình Trang 1.1 Bản đồ đất Đồng bằng sông Cửu Long 16 2.1 Bình và kệ ủ đất thí nghiệm 37 2.2 Hình minh hoạ ống nhựa PVC theo dõi mực nước trong ô thí nghiệm 44 3.1 Hiện tượng ngộ độc sắt trên cây lúa vụ Hè Thu 2017 48 3.2 Tương quan giữa hàm lượng Fets trong lá với năng suất lúa vụ Hè Thu 52 2018 3.3 Tương quan giữa hàm lượng Fets trong lá với lượng dinh dưỡng N, P, K, 58 Ca và Zn cây hút đối với giống lúa IR 50404 3.4 Tương quan giữa hàm lượng Fets trong thân lá với lượng dinh dưỡng N, 59 P, K, Ca và Zn cây hút đối với giống lúa OM 5451 3.5 Tương quan giữa hàm lượng Fets trong thân lá với sinh khối cây lúa ở 40 63 NSG 3.6 Diễn biến thế năng oxy hóa khử (Eh) của 20 mẫu đất phèn theo thời gian 68 ngập nước 3.7 Diễn biến pH của 20 mẫu đất phèn theo thời gian ngập nước 69 3.8 Diễn biến nồng độ Fe2+ của 20 mẫu đất phèn theo thời gian ngập nước 70 3.9 So sánh tương quan giữa nồng độ Fe2+ tính toán theo các phương trình 89 chẩn đoán và nồng độ Fe2+ đo được thực tế tại một số thời điểm ngập nước 3.10 Quan hệ giữa điện thế oxy hóa khử (Eh) vùng rễ với hàm lượng Fets trong 96 lá ở giai đoạn 40 NSG 3.11 Tương quan giữa hàm lượng Fets trong lá với trọng lượng thân lá ở 40 97 NSG 3.12 Tương quan giữa hàm lượng Fets với năng suất lúa cuối vụ tại ấp Hòa 99
xiii Thuận, xã Thạnh Hòa, huyện Tân Phước, tỉnh Tiền Giang 3.13 Tương quan giữa hàm lượng Fets với năng suất lúa cuối vụ tại ấp Tân 99 Hưng Tây, xã Tân Hòa Tây, Tân Phước, tỉnh Tiền Giang
xiv CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU TT Chữ viết tắt Từ/cụm từ 1 BĐCM Bán đảo Cà Mau 2 BNN&PTNT Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn 3 ctv Cộng tác viên 4 ĐBSCL Đồng Bằng Sông Cửu Long 5 ĐTM Đồng Tháp Mười Food and Agriculture Organization of the United Nations (Tổ 6 FAO chức Nông Lương Liên Hiệp Quốc) 7 FeDCB Oxide sắt tự do 8 Feks Oxide sắt nằm trong lưới silicate 9 Feo Oxide sắt vô định hình và oxide cấu trúc tinh thể yếu 10 Fets Oxide sắt tổng số 11 Fett Oxide sắt tinh thể 12 HC Chất hữu cơ International Rice Research Institute (Viện Nghiên cứu Lúa 13 IRRI Quốc tế) 14 NSG Ngày sau gieo 15 NSS Ngày sau sạ 16 NT Nghiệm thức 17 SNN Sau ngập nước 18 TGLX Tứ giác Long Xuyên 19 TSH Tây Sông Hậu United Nations Educational Scientific and Cultural 20 UNESCO Organization (Tổ chức Giáo dục, Khoa học và Văn hóa Liên Hiệp quốc)
1 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết của đề tài nghiên cứu Với diện tích trên 1,6 triệu ha, đất phèn giữ một vị trí quan trọng trong nền nông nghiệp của nước ta, đặc biệt đối với ngành trồng lúa. Đất phèn thường có hàm lượng chất hữu cơ cao, với đặc điểm phát sinh học chủ đạo trong đất đó là sự hình thành vật liệu sinh phèn (pyrite) và quá trình oxy hoá pyrite, nên nhóm đất này tích lũy lưu huỳnh cao trong phẫu diện và pH thấp, tạo ra nhiều yếu tố hạn chế trong canh tác lúa, trong đó có ngộ độc sắt [67]. Quá trình khử do ngập nước trong đất phèn có thể làm tăng pH đến mức trung tính giúp làm giảm nguy cơ độc nhôm đối với cây lúa nhưng lại gây nên nguy cơ ngộ độc Fe2+ [131], [133]. Ngộ độc sắt là một trong những nguyên nhân chính bên cạnh tình trạng thiếu lân làm giảm năng suất lúa trồng trên đất phèn [73], [118], [135]. Ngộ độc sắt tác động đến nhiều quá trình sinh lý, sinh hoá trong cây lúa như: làm rối loạn quá trình chuyển hóa lipids, proteins và nucleic acids làm cho cây lúa ngừng sinh trưởng . . .[43]. Cây lúa bị ngộ độc sắt không tổng hợp được chlorophyll, lá chuyển sang màu nâu (bronzing) và hệ thống rễ tổn thương không phát triển [113], [120], [165] ảnh hưởng đến khả năng hút các khoáng chất quan trọng như K, Zn, Mn, dẫn đến sự rối loạn trong quá trình tổng hợp ADN và thay đổi cấu trúc của tế bào trong cây [63]. Ngộ độc sắt có thể xảy ra ở các thời kỳ sinh trưởng của cây lúa; tuy nhiên, giai đoạn cây con và đẻ nhánh dễ mẫn cảm nhất. Ở giai đoạn cây con, nếu bị ngộ độc sắt cây lúa kém phát triển, còi cọc, đẻ nhánh kém [32]. Ở giai đoạn đầu của sinh trưởng sinh thực, nếu cây lúa bị ngộ độc sắt sẽ trổ kém, quá trình thụ phấn giảm và năng suất lúa giảm nghiêm trọng [154]. Ngộ độc sắt có thể gây thiệt hại năng suất lúa từ 13 - 30% và trong nhiều trường hợp năng suất lúa giảm 100% tùy vào nồng độ Fe2+ trong dung dịch đất [38], [44], [146]. Vấn đề ngộ độc sắt đối với lúa trên đất phèn vùng Đồng bằng sông Cửu Long vốn đã nghiêm trọng, cùng với xu thế biến đổi khí hậu như hiện nay sẽ càng nghiêm trọng hơn. Bên cạnh đó, nhiều Quốc gia ở thượng nguồn sông Mekong đang đắp đập
2 ngăn dòng nước, dẫn đến tình trạng khô hạn, thiếu nước ngọt rửa phèn, rửa độc tố sắt trong đất vùng ĐBSCL. Do vậy, việc canh tác lúa trên đất phèn đang đứng trước nhiều thách thức và hiện nay vẫn chưa có giải pháp tối ưu để giải quyết vấn đề này. Trong khi vấn đề ngộ độc sắt trên đất phèn được cho là rất phổ biến và được tập trung nghiên cứu ở nhiều nước trên thế giới thì ở Việt Nam có rất ít nghiên cứu liên quan đến bản chất của vấn đề ngộ độc sắt. Do vậy, nghiên cứu để hiểu rõ ngộ độc sắt đối với cây lúa trồng trên đất phèn vùng ĐBSCL và tìm hiểu các biện pháp khắc phục thiệt hại do ngộ độc sắt gây ra nhằm ổn định và tăng năng suất lúa là rất cần thiết. Mục tiêu nghiên cứu Mục tiêu chung Đánh giá được thực trạng ngộ độc sắt đối với cây lúa; động thái và bản chất của quá trình khử sắt, thiết lập được các phương trình chẩn đoán nồng độ Fe2+ trong dung dịch đất và đề xuất được một số giải pháp làm giảm thiệt hại do ngộ độc sắt gây ra trên cây lúa vùng ĐBSCL. Mục tiêu cụ thể - Đánh giá được hiện trạng ngộ độc sắt và tác động của ngộ độc sắt đối với năng suất lúa trên đất phèn vùng ĐBSCL. - So sánh được khả năng chịu độc sắt của hai giống lúa đang được trồng phổ biến tại ĐBSCL làm cơ sở cho việc lựa chọn giống phù hợp cho vùng đất có nguy cơ độc sắt cao. - Đánh giá được động thái của quá trình khử sắt, từ đó xác định được thời điểm và mức độ ngộ độc Fe2+ cao trong đất phèn ngập nước. - Xác định được bản chất của quá trình khử sắt trong đất phèn ngập nước, thiết lập được các phương trình chẩn đoán nồng độ Fe2+ tại một số thời điểm ngập nước quan trọng làm cơ sở dự báo khả năng ngộ độc sắt đối với cây lúa trên đất phèn ĐBSCL thông các kết quả phân tích đất ban đầu.
3 - Thông qua việc nghiên cứu cơ chế tác động của một số yếu tố dinh dưỡng (P, K, Ca, Zn) và nghiên cứu tác động của một số biện pháp quản lý nước trên ruộng lúa đề xuất được một số biện pháp nhằm giảm tác hại của hiện tượng ngộ độc sắt trên cây lúa. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu  Cây lúa: Nghiên cứu trên 2 giống lúa chịu phèn phổ biến ở ĐBSCL (IR 50404 và OM 5451).  Đất: Nghiên cứu trên 20 mẫu đất phèn trồng lúa ở tỉnh Long An và Tiền Giang có biểu hiện ngộ độc sắt ở các mức độ khác nhau từ nhiều vụ trước. Phạm vi nghiên cứu  Địa bàn nghiên cứu: Đề tài được nghiên cứu tại 2 tỉnh Long An và Tiền Giang là vùng tập trung và đại diện cho diện tích đất phèn canh tác lúa ở Đồng bằng sông Cửu Long. Do sự phức tạp về mặt cơ chế gây độc giao thoa giữa yếu tố mặn và độc sắt cho nên đề tài không đề cập đến nhóm đất phèn nhiễm mặn.  Các thí nghiệm trong chậu được thực hiện tại Chi nhánh Viện Ứng dụng Công nghệ tại TP. HCM và các thí nghiệm ngoài đồng ruộng được thực hiện ở vụ Hè Thu tại tỉnh Long An và Tiền Giang.  Thời vụ nghiên cứu: Do trong vụ Đông Xuân trải qua quá trình ngập lụt đã rửa trôi phần lớn độc tố sắt trong dung dịch đất và ngộ độc sắt không phải là vấn đề nghiêm trọng cho nên nghiên cứu chủ yếu tập trung trong vụ Hè Thu có nhiều nguy cơ về độc sắt đầu vụ.  Do quá trình khử trong đất ngập nước làm tăng pH đất về giá trị trung tính giúp gần như triệt tiêu nguy cơ độc nhôm cho nên đề tài chỉ tập trung nghiên cứu độc sắt như một độc tố chính gây ảnh hưởng lúa trên đất phèn.
4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn Ý nghĩa khoa học - Đề tài đã thiết lập được mối quan hệ giữa nồng độ Fe tích lũy trong lá lúa – mức độ bronzing – năng suất lúa và đã xác định được ngưỡng tích lũy Fe trong lá tối ưu và ngưỡng Fe gây độc đối với giống lúa IR 50404. - Xác định được mối tương quan giữa hàm lượng Fe tích lũy trong lá và năng suất như một tiêu chí để dự báo tình trạng độc sắt và năng suất dự kiến cuối vụ thông qua chỉ tiêu phân tích Fe trong lá ở giai đoạn 40 ngày sau sạ. - Đề tài đã xác định ngưỡng nồng độ Fe2+ trong dung dịch gây ảnh hưởng mạnh đến khả năng hút dinh dưỡng và khả năng sinh trưởng của 2 giống lúa IR 50404 và OM 5451 và đã chỉ ra được giống có khả năng chịu độc sắt cao hơn. - Đề tài đã làm sáng tỏ được các thành phần sắt trong đất tham gia vào quá trình khử Fe2+ trong đất phèn ngập nước, trong đó đã chỉ ra được các oxyhydroxides sắt dạng vô định hình và sắt cấu trúc tinh thể kém (Feo) tham gia vào quá trình khử sắt từ giai đoạn sau 7 ngày ngập nước và giữ vai trò chủ đạo cho đến cuối kỳ ngập nước; các oxyhydroxides sắt tinh thể (Fett) tham gia phản ứng khử chậm hơn và chỉ bắt đầu có ý nghĩa từ thời điểm 42 ngày ngập nước; pH là yếu tố quan trọng tác động lên quá trình khử sắt từ ngày thứ 7 cho đến cuối kỳ ngập nước, trong khi đó hữu cơ chỉ đóng góp có ý nghĩa trong quá trình khử sắt chủ yếu trong giai đoạn 7 ngày đầu ngập nước. - Đề tài đã chứng minh được vai trò của 2 nguyên tố dinh dưỡng P và Zn trong việc nâng cao khả năng oxy hoá vùng rễ cây lúa, giúp giảm ngộ độc sắt đối với cây lúa. Ý nghĩa thực tiễn - Xác định được giống lúa IR 50404 có khả năng chịu ngộ độc sắt cao hơn giống lúa OM 5451 làm cơ sở cho việc khuyến cáo sử dụng giống lúa IR 50404 như là một giống đặc thù chịu ngộ độc sắt cho các vùng đất phèn có nguy cơ ngộ độc sắt cao.