Luận án tiến sĩ Nông nghiệp: Nghiên cứu ảnh hưởng của phân hữu cơ và than sinh học đến năng suất cây trồng và một số tích chất của đất xám bạc màu huyện Hiệp Hòa, tỉnh Bắc Giang

Chia sẻ: Co Ti Thanh | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:183

Thêm vào BST

Báo xấu

87
lượt xem 16
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu của luận án là đánh giá được vai trò của TSH và ảnh hưởng của PHC phối trộn với TSH đến năng suất cho cây trồng, cải thiện tính chất lý, hóa học của đất xám bạc màu huyện Hiệp Hòa, tỉnh Bắc Giang, từ đó đưa ra các khuyến cáo cho việc sử dụng hợp lý PHC trong cơ cấu cây trồng lúa xuân - lúa mùa - ngô đông tại địa phương.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận án tiến sĩ Nông nghiệp: Nghiên cứu ảnh hưởng của phân hữu cơ và than sinh học đến năng suất cây trồng và một số tích chất của đất xám bạc màu huyện Hiệp Hòa, tỉnh Bắc Giang

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT VIỆN KHOA HỌC NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM NGUYỄN DUY PHƯƠNG NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA PHÂN HỮU CƠ VÀ THAN SINH HỌC ĐẾN NĂNG SUẤT CÂY TRỒNG VÀ MỘT SỐ TÍNH CHẤT CỦA ĐẤT XÁM BẠC MÀU HUYỆN HIỆP HÒA, TỈNH BẮC GIANG LUẬN ÁN TIẾN SỸ NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI - 2017
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT VIỆN KHOA HỌC NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM NGUYỄN DUY PHƯƠNG NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA PHÂN HỮU CƠ VÀ THAN SINH HỌC ĐẾN NĂNG SUẤT CÂY TRỒNG VÀ MỘT SỐ TÍNH CHẤT CỦA ĐẤT XÁM BẠC MÀU HUYỆN HIỆP HÒA, TỈNH BẮC GIANG Chuyên ngành: Khoa học đất Mã số: 9620103 LUẬN ÁN TIẾN SỸ NÔNG NGHIỆP Người hướng dẫn khoa học: 1. TS. Trần Đức Toàn 2. TS. Lars. S. Jensen HÀ NỘI - 2017
i LỜI CAM ĐOAN Nghiên cứu sinh xin cam đoan các kết quả của công trình nghiên cứu đề tài này trong giai đoạn 2010 - 2014 là hoàn toàn trung thực, do nghiên cứu sinh trực tiếp thực hiện cùng với sự giúp đỡ của các đồng nghiệp. Sự giúp tận tình của các đồng nghiệp để hoàn thành luận án này đã được cảm ơn và các trích dẫn sử dụng trong luận án này đã được ghi rõ nguồn gốc. Hà Nội, ngày 29 tháng 11 năm 2017 Tác giả luận án Nguyễn Duy Phương
ii LỜI CÁM ƠN Nghiên cứu sinh chân thành cảm ơn TS. Trần Đức Toàn và TS. Lars Stoumann Jensen đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ nghiên cứu sinh về khoa học và phương pháp luận, xin chân thành cảm ơn PGS.TS. Vũ Chí Cương, điều phối viên dự án tại Việt Nam, TS. Sven. G Sommer giám đốc dự án SUSANE đã hỗ trợ toàn bộ kinh phí để nghiên cứu sinh thực hiện thành công luận án này. Nghiên cứu sinh chân thành cảm ơn các cán bộ và giảng viên Ban Đào tạo Sau đại học, Viện Khoa học Nông nghiệp Việt Nam đã giảng dạy và giúp đỡ nghiên cứu sinh trong suốt thời gian học tập và làm luận án. Nghiên cứu sinh chân thành cảm ơn lãnh đạo và cán bộ của Viện Thổ nhưỡng Nông hoá, cán bộ Bộ môn Sử dụng đất, bộ môn Dinh dưỡng Cây trồng, Viện Chăn Nuôi quốc gia, các cán bộ của dự án SUSANE, Trung tâm Nghiên cứu Đất và Phân bón vùng Trung du, cùng các hộ nông dân ở xã Lương Phong, huyện Hiệp Hòa, tỉnh Bắc Giang đã giúp đỡ và tạo điều kiện cho nghiên cứu sinh thực hiện và hoàn thành đề tài nghiên cứu. Cuối cùng, xin bày tỏ lòng biết ơn đối với vợ, con, gia đình, bố, mẹ, những người luôn động viên và tạo sức mạnh để nghiên cứu sinh hoàn thành luận án này. Hà Nội, ngày 29 tháng 11 năm 2017 Tác giả luận án Nguyễn Duy Phương Nguyễn Duy Phương
iii MỤC LỤC Trang LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT vii DANH MỤC BẢNG viii DANH MỤC HÌNH x MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết của đề tài 1 2 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài 3 3 Ý nghĩa khoa học và tính thực tiễn của đề tài 4 4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 4 5 Những đóng góp mới của luận án về học thuật và lý luận 5 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU VÀ CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI 1.1 Các kết quả nghiên cứu ở nước ngoài 6 1.1.1 Ảnh hưởng của phân hữu cơ đối với độ phì đất 6 1.1.2 Ảnh hưởng của phân hữu cơ đến năng suất cây trồng 12 1.1.3 Vai trò của than sinh học đến năng suất cây trồng và cải thiện tính chất đất 15 1.2 Các kết quả nghiên cứu ở trong nước 20 1.2.1 Ảnh hưởng của phân hữu cơ đối với độ phì đất 20 1.2.2 Ảnh hưởng của phân hữu cơ đến năng suất cây trồng 28 1.2.3 Vai trò của than sinh học đến năng suất cây trồng và cải thiện tính chất đất 34 1.3 Đặc điểm và tính chất của đất xám bạc màu 37 CHƯƠNG 2. VẬT LIỆU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Vật liệu nghiên cứu 43 2.2 Địa điểm và thời gian nghiên cứu 44 2.3 Nội dung nghiên cứu 44
iv 2.3.1 Nghiên cứu điều kiện khí hậu, tính chất đất bạc màu và tình hình sử dụng 44 phân bón vùng nghiên cứu 2.3.2 Nghiên cứu ảnh hưởng của TSH đến năng suất cây trồng trên đất bạc màu 44 2.3.3 Nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ TSH phối trộn với PHC đến năng suất cây 44 trồng trên đất bạc màu 2.3.4 Nghiên cứu ảnh hưởng của liều lượng PHC đối với năng suất cây trồng 45 trong cơ cấu lúa xuân, lúa mùa và ngô đông trên đất bạc màu 2.3.5 Nghiên cứu ảnh hưởng trực tiếp và tồn dư của PHC đến tính chất đất và năng 45 suất cây trồng trong cơ cấu lúa xuân, lúa mùa, ngô đông trên đất bạc màu 2.3.6 Nghiên cứu ảnh hưởng của PHC đến khả năng giảm phân khoáng đến năng 45 suất cây trồng và hiệu quả kinh tế trên đất bạc màu 2.3.7 Kết quả thực nghiệm về ảnh hưởng của PHC phối trộn với 15% TSH trên 45 đất bạc màu 2.4 Phương pháp nghiên cứu 46 2.4.1 Phương pháp thu thập thông tin và điều tra 46 2.4.2 Phương pháp thí nghiệm đồng ruộng 46 2.4.3 Phương pháp phân tích 56 CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 3.1 Nghiên cứu điều kiện khí hậu, tính chất đất bạc màu và tình hình sử dụng 59 phân bón vùng nghiên cứu 3.1.1 Đặc điểm khí hậu vùng nghiên cứu 59 3.1.2 Đặc điểm đất bạc màu vùng nghiên cứu 60 3.1.3 Tình hình sử dụng phân bón vùng nghiên cứu 62 3.2 Nghiên cứu ảnh hưởng của TSH đến năng suất cây trồng trên đất bạc màu 66 3.2.1 Ảnh hưởng của TSH đến năng suất lúa xuân 66 3.2.2 Ảnh hưởng của TSH đến năng suất lúa mùa 67 3.2.3 Ảnh hưởng của TSH đến năng suất ngô đông 69 3.3 Nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ TSH phối trộn với PHC đến năng suất cây 71 trồng trên đất bạc màu
v 3.3.1 Ảnh hưởng của tỷ lệ TSH phối trộn với PHC đến năng suất lúa xuân 72 3.3.2 Ảnh hưởng của tỷ lệ TSH phối trộn với PHC đến năng suất lúa mùa 73 3.3.3 Ảnh hưởng của tỷ lệ TSH phối trộn với PHC đến năng suất ngô đông 74 3.3.4 Hiệu quả kinh tế của TSH phối trộn với PHC bón cho cây trồng trong cơ cấu 76 lúa xuân - lúa mùa - ngô đông 3.4 Nghiên cứu ảnh hưởng của liều lượng PHC đối với năng suất cây trồng 78 trong cơ cấu lúa xuân lúa mùa và ngô đông trên đất bạc màu 3.4.1 Ảnh hưởng của liều lượng PHC đến năng suất lúa xuân 78 3.4.2 Ảnh hưởng của liều lượng PHC đến năng suất lúa mùa 79 3.4.3 Ảnh hưởng của liều lượng PHC đến năng suất ngô đông 80 3.4.4 So sánh hiệu quả của PHC phối trộn với TSH và PHC ủ theo phương pháp 82 truyền thống 3.5 Nghiên cứu ảnh hưởng trực tiếp và tồn dư của PHC đến tính chất đất và năng 85 suất cây trồng trong cơ cấu lúa xuân, lúa mùa, ngô đông trên đất bạc màu 3.5.1 Ảnh hưởng của PHC đến hàm lượng các chất dinh dưỡng N, P, K dễ tiêu trong đất và hàm lượng N, P, K trong cây 85 3.5.2 Ảnh hưởng trực tiếp của PHC đến năng suất cây trồng 91 3.5.3 Ảnh hưởng tồn dư của PHC đến năng suất cây trồng 95 3.5.4 Ảnh hưởng cộng dồn của PHC đến năng suất cây trồng 108 3.5.5 Ảnh hưởng của PHC đến tính chất đất sau thí nghiệm 110 3.6 Nghiên cứu ảnh hưởng của PHC đến khả năng giảm phân khoáng đến năng 117 suất cây trồng và hiệu quả kinh tế trên đất bạc màu 3.6.1 Ảnh hưởng của giảm phân khoáng đến năng suất cây trồng 117 3.6.2 Hiệu quả kinh tế của TSH phối trộn với PHC khi giảm thiểu phân khoáng 119 3.7 Kết quả thực nghiệm về ảnh hưởng của PHC phối trộn với 15% TSH trên 120 đất bạc màu 3.7.1 Mô hình thực nghiệm PHC phối trộn với TSH trong vụ lúa mùa 2014 120 3.7.2 Hiệu quả kinh tế của các công thức phân bón khác nhau trong mô hình thực 121 nghiệm lúa mùa năm 2014
vi 3.7.3 Mô hình thực nghiệm PHC phối trộn với TSH đối với ngô đông năm 2014 123 3.7.4 Hiệu quả kinh tế của mô hình thực nghiệm trên đồng ruộng đối với ngô 124 đông năm 2014 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ Kết luận 126 Đề nghị 127 DANH MỤC BÀI BÁO ĐƯỢC CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN 129 TÀI LIỆU THAM KHẢO 130 PHỤ LỤC 1. Sơ đồ thí nghiệm 140 PHỤ LỤC 2. Các số liệu liên quan PHỤ LỤC 3. Xử lý thống kê cho các thí nghiệm
vii DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT Từ, cụm từ viết tắt Nghĩa từ, cụm từ ĐC Đối chứng LSD Mức sai khác nhỏ nhất có ý nghĩa PHC Phân hữu cơ HCVS Hữu cơ vi sinh NSLT Năng suất lý thuyết NSTT Năng suất thực thu PPNN Phế phụ phẩm nông nghiệp TSH Than sinh học TN Thí nghiệm
viii DANH MỤC BẢNG TT Tên Bảng Trang 2.1 Lượng phân cho thí nghiệm 47 2.2 Diễn giải công thức thí nghiệm qua 6 vụ trong thí nghiệm 4 52 3.1 Tính chất hóa học đất vùng nghiên cứu 60 3.2 Tính chất lý học đất vùng nghiên cứu 61 3.3 Lượng phân sử dụng bón cho lúa và ngô ở địa bàn nghiên cứu 62 3.4 Ảnh hưởng của TSH đến năng suất lúa xuân 67 3.5 Ảnh hưởng của TSH đến năng suất lúa mùa 68 3.6 Ảnh hưởng của TSH đến năng suất ngô đông năm 2012 70 3.7 Ảnh hưởng của tỷ lệ TSH phối trộn với PHC đến năng suất lúa xuân năm 72 2012 3.8 Ảnh hưởng của tỷ lệ TSH phối trộn với PHC đến năng suất lúa mùa năm 73 2012 3.9 Ảnh hưởng của tỷ lệ TSH phối trộn với PHC đến năng suất ngô đông năm 74 2012 3.10 Hiệu quả kinh tế của tỷ lệ TSH phối trộn với PHC 77 3.11 Ảnh hưởng của liều lượng PHC đến năng suất lúa xuân trên đất bạc màu 78 năm 2012 3.12 Ảnh hưởng của liều lượng PHC đến năng suất lúa mùa trên đất xám bạc 79 màu năm 2012 3.13 Ảnh hưởng của liều lượng PHC đến năng suất ngô đông trên đất bạc màu 80 năm 2012 3.14 So sánh cặp đôi về năng suất giữa hai loại PHC 83 3.15 Ảnh hưởng của bón PHC đến hàm lượng N,P,K dễ tiêu trong đất 86 3.16 Hàm lượng N,P,K tích lũy trong cây lúa ở giai đoạn đẻ nhánh và ngô ở 89 giai đoạn 9 - 10 lá 3.17 Ảnh hưởng của PHC đến năng suất lúa và ngô trên đất bạc màu 92
ix 3.18 Ảnh hưởng tồn dư của PHC trên nền không bón phân khoáng 96 3.19 Ảnh hưởng tồn dư của PHC trên nền có bón phân khoáng đối với năng 98 suất cây trồng 3.20 Ảnh hưởng tích lũy và tồn dư của PHC trên nền phân khoáng đến năng 101 suất lúa mùa 2012 3.21 Ảnh hưởng tích lũy và tồn dư của PHC trên nền phân khoáng đến năng 103 suất ngô đông 2012 3.22 Ảnh hưởng tích lũy và tồn dư của PHC trên nền phân khoáng đến năng 104 suất lúa xuân 2013 3.23 Ảnh hưởng của PHC đến một số tính chất hóa học của đất bạc màu 110 3.24 Ảnh hưởng của PHC đến một số tính chất lý học của đất bạc màu 116 3.25 Khả năng giảm phân khoáng khi sử dụng PHC-15%TSH đến năng suất 117 cây trồng 3.26 Hiệu quả kinh tế khi giảm thiểu phân khoáng 119 3.27 Kết quả mô hình thực nghiệm đối với lúa mùa 121 3.28 Hiệu quả kinh tế của mô hình thực nghiệm đối với lúa mùa 122 3.29 Kết quả mô hình thực nghiệm đối với ngô đông 123 3.30 Hiệu quả kinh tế của mô hình thực nghiệm ngô đông trên đất bạc màu 124
x DANH MỤC HÌNH TT Tên Hình Trang 2.1 Sơ đồ mô tả chia ô thí nghiệm nghiên cứu về ảnh hưởng tồn dư của PHC ở 51 công thức CT2 3.1 Đồ thị diễn biến lượng mưa và nhiệt độ vùng nghiên cứu 59 3.2 Đồ thị tỷ lệ % số hộ và lượng phân hữu cơ sử dụng cho lúa xuân 63 3.3 Đồ thị tỷ lệ % số hộ và lượng phân hữu cơ sử dụng cho lúa mùa 63 3.4 Đồ thị tỷ lệ % số hộ và lượng phân hữu cơ sử dụng cho ngô đông 64 3.5 Đồ thị suy giảm năng suất lúa mùa năm 2012 do không bón PHC 107 3.6 Đồ thị suy giảm năng suất ngô năm 2012 do không bón PHC 107 3.7 Đồ thị suy giảm năng suất lúa xuân năm 2013 do không bón PHC 107 3.8 Đồ thị năng suất cộng dồn của các công thức thí nghiệm qua sáu vụ 109 3.9 Đồ thì mối tương quan OC% và lượng PHC sử dụng 111 3.10 Đồ thì mối tương quan giữa CEC và lượng PHC sử dụng 114 3.11 Biểu đồ hàm lượng Ca2+ và Mg2+ trong đất trước và sau thí nghiệm 115
1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Đất đai là nguồn tài nguyên quan trọng cho các mục đích phát triển kinh tế xã hội. Trong sản xuất nông nghiệp, đất là nguồn tư liệu sản xuất không thể thay thế để tạo ra lương thực và thực phẩm cho con người từ thế hệ này đến thế hệ khác. Do vậy, việc bảo vệ và duy trì sức sản xuất của đất cho sản xuất nông nghiệp nhằm đáp ứng nhu cầu lương thực ngày càng tăng của con người là yêu cầu cấp bách đáp ứng cho an ninh lương thực ở cấp Quốc gia, cũng như nhu cầu cho xuất khẩu. Ở nước ta, diện tích đất canh tác trên đầu người ngày càng khan hiếm do quá trình chuyển đổi đất nông nghiệp sang lĩnh vực công nghiệp, đô thị hóa và phát triển cơ sở hạ tầng. Ngoài ra, thoái hóa và ô nhiễm đất nông nghiệp với nhiều nguyên nhân khác nhau đang có chiều hướng gia tăng làm cho đất ngày càng mất dần sức sản xuất. Nếu không kịp thời có những giải pháp kỹ thuật phù hợp để duy trì và nâng cao sức sản xuất của đất, thì trong tương lai không xa tình trạng thiếu đất canh tác là điều không thể tránh khỏi. Do vậy, việc sử dụng hiệu quả và bền vững nguồn tài nguyên đất nông nghiệp được đặt ra như một yêu cầu tất yếu trong giai đoạn hiện nay. Huyện Hiệp Hòa tỉnh Bắc Giang với tổng diện tích đất tự nhiên 20.112 ha, bằng 5,25% diện tích toàn tỉnh, nằm trong vùng bán sơn địa với đặc trưng đồi thấp xen kẽ đồng bằng theo hướng từ Đông bắc xuống Tây nam, có độ cao trung bình từ 20 - 120 m so với mực nước biển. Do ảnh hưởng của điều kiện địa hình và nguồn gốc phát sinh học mà đất của huyện được chia thành 7 nhóm đất khác nhau, trong đó đất xám bạc màu trên phù sa cổ có diện tích lớn nhất với diện tích 6.909 ha, chiếm tỷ lệ 37,6% tổng diện tích đất của toàn huyện và chủ yếu được sử dụng cho mục đích sản xuất nông nghiệp. Đất xám bạc màu có tính chất “nghèo, chua, khô, chặt”, đất có thành phần cơ giới từ cát pha đến thịt nhẹ, dinh dưỡng từ rất nghèo đến nghèo, đặc biệt là hàm lượng hữu cơ trong đất thường rất thấp. Hơn nữa, do có tốc độ khoáng hóa nhanh nên hữu cơ trong đất lại càng trở nên nghèo kiệt, thêm vào đó là dung tích hấp thu và độ no bazơ thấp, dẫn đến khả năng điều hòa dinh dưỡng của
2 đất xám rất hạn chế. Ngoài ra, đất lại thường xuyên bị tác động của quá trình rửa trôi theo chiều sâu và xói mòn trên bề mặt, dẫn đến hậu quả là các chất dinh dưỡng trong đất đã nghèo, ngày càng trở nên nghèo kiệt hơn. Theo các nhà chuyên môn, để duy trì và nâng cao sức sản xuất của đất trồng trọt nói không còn con đường nào khác là phải bổ sung hữu cơ cho đất vì hữu cơ có vai trò đặc biệt quan trọng trong cải tạo và phục hồi độ phì nhiêu của đất. Khi bón phân hữu cơ cho đất trồng trọt hàng năm không chỉ cung cấp các chất dinh dưỡng (đa, trung và vi lượng) cho cây trồng sinh trưởng và phát triển thông qua hàm lượng dinh dưỡng sẵn có trong phân hữu cơ mà bón phân hữu cơ còn cải tạo tính chất lý hóa học của đất. Hiệu quả của việc sử dụng phân hữu cơ đối với năng suất cây trồng cũng đã được chứng minh qua rất nhiều nghiên cứu trong và ngoài nước, bón phân hữu cơ làm tăng năng suất cây trồng, tùy theo từng loại cây trồng cụ thể, tính chất đất trồng, liều lượng bón cũng như chất lượng của phân hữu cơ mà hiệu quả của phân hữu cơ đem lại sẽ khác nhau. Đối với các loại đất có thành phần cơ giới nhẹ, nghèo dinh dưỡng như đất cát, đất cát ven biển, đất xám bạc màu khi bón phân hữu cơ thường đem lại hiệu quả nông học và kinh tế cao hơn so với các loại đất khác. Ngoài ra bón phân hữu cơ còn làm tăng hiệu quả sử dụng phân khoáng góp phần tăng năng suất cây trồng và chất lượng nông sản. Tuy nhiên, trong thực tế sản xuất nông nghiệp hiện nay lượng phân hữu cơ (PHC) sử dụng cho sản xuất nông nghiệp hàng năm trên cả nước nói chung và ở huyện Hiệp Hòa nói riêng đang có chiều hướng giảm do người dân đã quen với sử dụng phân hóa học vì phân hóa học có hiệu quả nhanh và giảm công vận chuyển, mặt khác do quy mô chăn nuôi ở một số vùng nông thôn bị thu hẹp, dẫn đến nguồn PHC từ các hộ gia đình đã không đủ cho sản xuất nông nghiệp nên phân hóa học ngày càng được sử dụng nhiều hơn, sử dụng phân hóa học trong thời gian dài không chỉ làm suy giảm hữu cơ trong đất mà còn làm cho đất ngày càng trở lên bị thoái hóa trầm trọng hơn. Đất bạc màu có thành phần cơ giới nhẹ, có tốc độ khoáng hóa nhanh nên hàm lượng hữu trong đất thường nghèo, để cải thiện hàm lượng hữu cơ trong đất
3 bạc màu ngoài việc bón phân hữu cơ thường xuyên thì việc lựa chọn dạng hữu cơ cũng cần được quan tâm. Trong những năm gần đây vai trò của TSH trong nông nghiệp đã được đề cập ở nhiều nước trên thế giới.TSH được chế biến bằng cách đốt yếm khí từ các nguồn nguyên liệu hữu cơ khác nhau như gỗ, tre nứa, rơm rạ, vỏ trấu vv..sản phẩm TSH sau khi đốt thường có hàm lượng các bon tổng số cao, các bon ở dạng bền, khó bị phân hủy khi bón vào đất TSH thường bị phân hủy chậm nên TSH thường phát huy hiệu quả trong việc cải thiện hàm hượng hữu cơ trong đất, đồng thời cải thiện tính chất lý, hóa và sinh học đất theo chiều hướng có lợi, nên việc sử dụng nguồn hữu cơ ở dạng TSH chế biến từ rơm rạ cho đất bạc màu có thể là giải pháp kỹ thuật phù hợp đối với điều kiện của địa phương trong bối cảnh nguồn phân hữu cơ từ chăn nuôi ngày càng khan hiếm trong khi đó phần lớn các loại phế phụ phẩm nông nghiệp đều bị đốt sau thu hoạch. Xuất phát từ yêu cầu thực tiễn của địa phương trong việc bảo vệ, nâng cao sức sản xuất của đất, NCS đã thực hiện đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng của phân hữu cơ và than sinh học đến năng suất cây trồng và một số tích chất của đất xám bạc màu huyện Hiệp Hòa, tỉnh Bắc Giang”. 2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài Mục tiêu chung: Đánh giá được vai trò của TSH và ảnh hưởng của PHC phối trộn với TSH đến năng suất cho cây trồng, cải thiện tính chất lý, hóa học của đất xám bạc màu huyện Hiệp Hòa, tỉnh Bắc Giang, từ đó đưa ra các khuyến cáo cho việc sử dụng hợp lý PHC trong cơ cấu cây trồng lúa xuân - lúa mùa - ngô đông tại địa phương. Mục tiêu cụ thể: - Đánh giá được vai trò của PHC và TSH cũng như phân hữu cơ phối trộn với TSH đến năng suất cây trồng trên đất xám bạc màu. - Đánh giá được hiệu lực trực tiếp và ảnh hưởng tích lũy tồn dư của PHC phối trộn với TSH đến năng suất cây trồng và một số tính chất đất. - Đưa ra các khuyến cáo về sử dụng PHC và TSH cho cây trồng trên đất xám bạc màu.
4 3. Ý nghĩa khoa học và tính thực tiễn của đề tài 3.1. Ý nghĩa khoa học Kết quả nghiên cứu đã bổ sung thêm luận cứ khoa học về vai trò của TSH trong nông nghiệp, cụ thể trong việc nâng cao năng suất cây trồng (lúa và ngô) và cải tạo tính chất đất xám bạc màu nói chung và của huyện Hiệp Hòa nói riêng. 3.2. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài - Kết quả nghiên cứu đã chỉ ra rằng khi sử dụng TSH hoặc phối trộn TSH với phân gia súc đã làm tăng năng suất lúa và ngô so với sử dụng phân hữu cơ truyền thống. - Sử dụng phân hữu cơ phối trộn với TSH theo tỷ lệ 15% theo khối lượng đã giảm được 20% lượng phân lân mà vẫn duy trì được năng suất, góp phần tăng hiệu quả kinh tế cho người dân. - Phân hữu cơ phối trộn với TSH còn đem lại tác động tồn dư, khi sử dụng phân hữu cơ phối trộn với 15% TSH trên nền phân khoáng cho lúa liên tục trong ba vụ có thể bỏ một vụ không bón không làm ảnh hưởng đến năng suất, tượng tự đối ngô khi sử dụng bốn vụ liên tục bỏ một vụ không bón vẫn duy trì được năng suất. - Tính chất của đất bạc màu cũng được cải thiện theo chiều hướng tích cực khi sử dụng PHC phối trộn với TSH từ đó góp phần làm giảm nguy cơ suy thoái đất, đảm bảo cho sản xuất nông nghiệp lâu bền. 4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 4.1. Đối tượng - Đất xám bạc màu huyện Hiệp Hòa, tỉnh Bắc Giang. - Phân hữu cơ phối trộn với TSH với các tỷ lệ khác nhau. - Cơ cấu cây trồng: lúa xuân-lúa mùa - ngô đông trên đất xám bạc màu tại xã Lương Phong, huyện Hiệp Hòa, tỉnh Bắc Giang. 4.2. Phạm vi nghiên cứu Đề tài được thực hiện trên đất xám bạc màu tại xã Lương Phong, huyện Hiệp Hòa, tỉnh Bắc Giang.
5 5. Những đóng góp mới của luận án về học thuật và lý luận - Luận án đã làm rõ vai trò của PHC và TSH đến năng suất của cây trồng trong cơ cấu “lúa xuân - lúa mùa - ngô đông” trên đất bạc màu. PHC phối trộn với TSH đã đem lại hiệu quả rõ nét đến năng suất cây trồng trên ba vụ nhờ tính chất của TSH . - Ngoài ảnh hưởng trực tiếp PHC còn đem lại tác động tích lũy và tồn dư đối với năng suất cây trồng, cũng như những ảnh hưởng tích cực đến một số tính chất lý - hóa của đất xám bạc màu, từ đó đưa ra định hướng về sử dụng PHC có hiệu quả hơn trong sản xuất nông nghiệp.
6 CHƯƠNG I TỔNG QUAN TÀI LIỆU VÀ CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI 1.1. Các kết quả nghiên cứu ở nước ngoài 1.1.1. Ảnh hưởng của phân hữu cơ đối với độ phì đất Độ phì nhiêu của đất hay còn gọi là khả năng sản xuất của đất là tổng hợp các điều kiện, các yếu tố để đảm bảo cho cây trồng sinh trưởng và phát triển tốt, trong đó hữu cơ và độ ẩm là hai yếu tố hàng đầu quyết định độ phì nhiêu của đất. Các nhà khoa học đều cho rằng sử dụng PHC sẽ đem lại giá trị rất lớn và có tác động trực tiếp đến độ phì của đất do có mối quan hệ tương hỗ giữa chất hữu cơ và các chất dinh dưỡng dễ tiêu, mặc dù hàm lượng dinh dưỡng trong PHC không cao. Bón PHC không chỉ làm tăng hàm lượng hữu cơ tổng số trong đất, mà còn cải thiện đáng kể hàm lượng các chất dinh dưỡng (đạm, lân, kali) ở cả hai dạng tổng số và dễ tiêu thông qua cơ chế điều hòa các chất dinh dưỡng trong đất, tăng khả năng giữ các chất dinh dưỡng, hạn chế rửa trôi. Chức năng điều hòa dinh dưỡng còn được hiểu ở khả năng chuyển hóa các chất dinh dưỡng từ dạng khó tiêu sang dễ tiêu để cung cấp thêm dưỡng chất cho cây trồng. Nghiên cứu của Agbenin và cộng sự (1997) đã tiến hành thí nghiệm đánh giá ảnh hưởng của PHC đến độ phì đất tại Nigeria trong hệ thống luân canh lạc và ngô trong vòng 45 năm liên tục trên đất có thành phần cơ giới nhẹ với 7 công thức thí nghiệm bao gồm: i) PHC với mức 5 tấn/ha, ii) PHC kết hợp với NPK, iii) PHC kết hợp với NP, iv) chỉ bón NP, (v) chỉ bón phân NPK; vi) đối chứng (không bón phân) và vii) bỏ hóa tự nhiên. Sau 45 năm nghiên cứu cho thấy hàm lượng các bon trong lớp đất tầng mặt (0-15 cm) ở các công thức bỏ hóa tự nhiên, bón kết hợp PHC với phân khoáng NPK đạt cao hơn, tương ứng là 7,0 - 6,9 g/kg đất so với công thức chỉ bón PHC ở mức 5 tấn/ha hàm lượng hữu cơ trong đất: 5,7 g/kg đất, còn ở các công thức chỉ bón phân vô cơ NP và NPK, hàm lượng hữu cơ trong đất thấp nhất có giá trị tương ứng: 4,7 g/kg đất và 3,1 g/kg đất. Ngoài ra, các chỉ tiêu khác như đạm hữu cơ, đạm tổng số trong đất ở công thức bón kết hợp PHC với phân khoáng đạt: 501 mg/kg đất gấp 2 lần so với công thức không bón phân và 1,3 lần so với công thức
7 chỉ bón PHC mà không bón phân khoáng. Theo tác giả, hàm lượng hữu cơ cao ở các công thức bỏ hóa tự nhiên là do hữu cơ từ tàn dư thực vật đã được tích tụ qua nhiều năm. Đối với công thức bón PHC kết hợp với phân khoáng, hàm lượng hữu cơ trong đất cao là do sự tích lũy của PHC qua nhiều năm kết hợp với sinh khối rễ của cây trồng, trong khi đó hàm lượng hữu cơ trong đất ở công thức chỉ bón phân khoáng thấp nhất do hữu cơ không được bổ sung hàng năm (phần lớn sinh khối bị lấy đi khi thu hoạch và sinh khối rễ không đủ bù đắp cho hàm lượng hữu cơ trong đất trồng). Như vậy, bón PHC kết hợp với phân khoáng là một giải pháp hữu hiệu để duy trì và nâng cao hàm lượng hữu cơ trong đất, đồng thời cải thiện được độ phì đất thông qua hàm lượng đạm dễ tiêu trong đất một cách rõ nét. Nghiên cứu của Azeez và cộng sự (2010) đã tiến hành thí nghiệm đánh giá ảnh hưởng của bón PHC (hỗn hợp phân gia súc) đến các dạng đạm trong đất bằng phương pháp ủ trong phòng thí nghiệm, lượng hữu cơ bón vào đất được tính toán tương đương với 120 kg N/ha. Kết quả nghiên cứu cho thấy hàm lượng đạm NH 4+ trong đất cao nhất sau 20 ngày ủ là 1,49 mg/kg đất, tăng 0,68 mg/kg đất so với ngày đầu (0,81 mg/kg đất). Sau đó hàm lượng đạm NH4+ trong đất giảm dần, ở ngày thứ 70 sau ủ hàm lượng đạm NH4+ trong đất chỉ còn 0,26 mg/kg đất. Tiếp tục theo dõi ở ngày thứ 90 sau ủ, hàm lượng đạm NH4+ trong đất tăng trở lại 0,42 mg/kg đất và ở ngày thứ 120 là 0,45 mg/kg đất. Đối với dạng đạm NO3-: đạm NO3- giải phóng chậm hơn, đạt cao nhất ở 55 ngày sau khi ủ với hàm lượng 358,02 mg/kg đất, tăng 331,87 mg/kg so với ngày đầu. Hàm lượng NO3- trong đất giảm dần và thấp nhất là 19,09 mg/kg đất ở 90 ngày sau ủ. Nhưng đến ngày thứ 120 sau ủ thì hàm lượng NO3- trong đất lại tăng trở lại ở mức cao hơn với hàm lượng là 190,2 mg/kg đất do PHC tiếp tục phân giải. Mặc dù tác giả không theo dõi sự biến thiên của hai dạng đạm trong giai đoạn tiếp theo nhưng từ kết quả nghiên cứu cho thấy khi bón PHC, các chất dinh dưỡng trong PHC đã không giải phóng triệt để một lần mà giải phóng từ từ cho phép cung cấp dần các chất dinh dưỡng cho đất theo thời gian. Nghiên cứu của Azeez và cộng sự (2010) cũng chỉ ra rằng khi bón các loại PHC khác nhau cũng ảnh hưởng đến lượng đạm dễ tiêu được giải phóng trong đất,
8 từ đó ảnh hưởng trực tiếp đến độ phì đất. Tác giả đã sử dụng 3 loại PHC khác nhau (phân gia cầm, phân bò và phân dê) tương đương 120 kg N/ha và ủ trong vòng 120 ngày, kết quả sau 120 ngày ủ cho thấy ở công thức không có phân bón hàm lượng đạm NH4+ trong đất: 0,56 mg/kg đất và đạm NO3-: 117,9 mg/kg đất, do trong đất vẫn tồn tại một lượng hữu cơ nhất định. Ở công thức ủ với phân gia cầm lượng đạm NH4+ đạt 1,11 mg/kg đất, cao gấp đôi so với đối chứng (0,56 mg/kg đất) cũng như các công thức ủ với phân bò và phân dê (0,56 mg/kg đất và 0,51 mg/kg đất). Theo dõi quá trình giải phóng đạm NO3- ở các công thức cho thấy ở công thức ủ phân gia cầm và phân bò thì lượng đạm chênh nhau không đáng kể (124,75 mg/kg đất và 126,40 mg/kg đất), tuy nhiên ở công thức ủ phân dê lượng đạm NO3- chỉ đạt 100,49 mg/kg đất, thấp hơn so với công thức đối chứng là 117,93 mg/kg đất. Theo tác giả, lượng đạm giải phóng trong đất ở công thức ủ với phân dê thấp hơn so với đối chứng do tỷ lệ C/N của phân dê cao hơn so với phân gia cầm và phân bò. Như vậy, để nâng cao hàm lượng đạm dễ tiêu trong đất, việc lựa chọn các dạng PHC cũng cần được quan tâm, những loại PHC có tỷ lệ C/N thấp sẽ cải thiện hàm lượng đạm trong đất ngay sau khi bón. Khi nghiên cứu về về khả năng cung cấp đạm cho đất của một số loại hữu cơ Vityakon và cộng sự (2000) đã chỉ ra rằng, quá trình giải phóng đạm trong đất đối với các chất hữu cơ có tỷ lệ C/N thấp như thân lá lạc (C/N = 23), trong điều kiện hảo khí, quá trình khoáng hóa xảy ra ngay sau khi hữu cơ được bón vào đất. Theo dõi diễn biến đạm trong đất nghiên cứu, tác giả cho thấy khi bón thân lá lạc với liều lượng 10 tấn/ha (hàm lượng đạm của thân lá lạc N = 1,73%), hàm lượng đạm trong đất tăng cao nhất sau 4 tuần ủ là 50,1 kgN/ha, tương đương với khoảng 29% lượng đạm bón vào đã được khoáng hóa. Đối với các loại hữu cơ có tỷ lệ C/N cao như rơm rạ (C/N = 79) và lá cây rừng (C/N = 62) bón với lượng 10 tấn/ha (tỷ lệ đạm trong rơm rạ N = 0,49%, trong lá cây rừng N = 0,68%) thì sau 3 - 4 tuần ủ hàm lượng đạm trong đất giảm so với đối chứng. Nguyên nhân là do VSV đã lấy đạm từ đất để phân giải hữu cơ, hàm lượng đạm trong đất chỉ tăng sau 8 tuần ở cả công thức bón rơm rạ và lá cây rừng (lượng đạm tương ứng ở các công thức là 9,5 - 10,4