Luận án Tiến sĩ Nông nghiệp: Nghiên cứu sử dụng phù sa và vi tảo để cải thiện môi trường đất lúa thâm canh vùng đê bao khép kín tỉnh An Giang

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:292

Thêm vào BST

Báo xấu

21
lượt xem 6
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu của đề tài nghiên cứu khả năng cung cấp khối lượng phù sa bồi lắng, sinh khối và dưỡng chất từ vi tảo và phù sa giúp cải thiện môi trường đất trồng lúa vùng đê bao khép kín. Mời các bạn tham khảo nội dung chi tiết đề tài!

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận án Tiến sĩ Nông nghiệp: Nghiên cứu sử dụng phù sa và vi tảo để cải thiện môi trường đất lúa thâm canh vùng đê bao khép kín tỉnh An Giang

THÔNG TIN TỔNG QUÁT Họ tên Nghiên cứu sinh: Bùi Thị Mai Phụng. Nữ: X Ngày sinh: 29/9/1978. Nơi sinh: Long Xuyên – An Giang. Điện thoại: 0918 760 306. Đơn vị công tác: Bộ môn Quản lý Tài nguyên và Môi trƣờng, Khoa Kỹ thuật – Công nghệ – Môi trƣờng, Trƣờng Đại học An Giang. Địa chỉ hiện nay: Số 18, đƣờng Ung Văn Khiêm, phƣờng Đông Xuyên, Thành phố Long Xuyên, tỉnh An Giang. Tốt nghiệp Đại học ngành: Môi trƣờng, năm 2001. Tốt nghiệp Thạc sĩ ngành: Khoa học Môi trƣờng, năm 2009. Hình thức đào tạo tiến sĩ: Không tập trung. Thời gian đào tạo: 4 năm. Tên luận án tiến sĩ: Nghiên cứu sử dụng phù sa và vi tảo để cải thiện môi trƣờng đất lúa thâm canh vùng đê bao khép kín tỉnh An Giang. Chuyên ngành nghiên cứu sinh: Môi trƣờng Đất – Nƣớc Mã ngành: 62440303. Hình thức đào tạo: không tập trung. Thời gian đào tạo: 4 năm. Ngƣời hƣớng dẫn chính: PGS. TS. Nguyễn Hữu Chiếm. Địa chỉ: Khoa Môi trƣờng và Tài nguyên Thiên nhiên, Trƣờng Đại học Cần Thơ (ĐHCT). i
TÓM TẮT Vi tảo là những loài tảo có kích thƣớc hiển vi. Trong ruộng lúa chúng thƣờng phát triển ngay trong lớp nƣớc hay lớp đất mặt, làm giàu chất hữu cơ cho đất, đặc biệt vi khuẩn lam có khả năng cố định đạm từ khí quyển nhờ những dị bào, đồng thời, phù sa từ nƣớc lũ cũng rất giàu dƣỡng chất. Do vậy tảo và phù sa đều là nguồn dƣỡng chất rất hữu ích cho đất. Vì thế, nghiên cứu này đƣợc thực hiện trong 5 năm (từ năm 2013 đến năm 2018) tại tỉnh An Giang nhằm xác định tỷ lệ đóng góp dinh dƣỡng từ phù sa và vi tảo hàng năm và đánh giá khả năng góp phần cải thiện môi trƣờng đất của chúng. Nghiên cứu này gồm ba nội dung: (1) Đánh giá khối lƣợng phù sa bồi lắng ở khu vực trong và ngoài đê bao khép kín tỉnh An Giang từ năm 2013-2015 và khả năng góp phần cải thiện môi trƣờng đất và khối lƣợng hạt lúa chắc, (2) Đánh giá đa dạng loài, mật độ và khả năng cung cấp sinh khối và dinh dƣỡng của vi tảo trong ruộng lúa góp phần cải thiện môi trƣờng đất và (3) Ƣớc tính tỷ lệ đóng góp dinh dƣỡng của phù sa và vi tảo cho đất trồng lúa hàng năm và đánh giá khả năng cải thiện môi trƣờng đất của chúng. Kết quả nghiên cứu cho thấy (1) khối lƣợng phù sa bồi lắng ở khu vực ngoài đê bao (22,5 tấn/ha) cao gấp 5 lần so với trong đê (4,43 tấn/ha). Khi đê bao khép kín thì hàng năm lƣợng N, P và K cung cấp từ phù sa mất đi tƣơng ứng với 121 kgN/ha, 34,3 kgP2O5/ha và 262 kgK2O/ha. Với lƣợng phù sa bổ sung từ 1,2 đến 2,4 kg/chậu mà không cần bón phân đã góp phần tăng lƣợng C hữu cơ trong đất từ 1,5-1,58 lần và lƣợng P tổng số từ 1,29-1,59 lần so với đất đầu vụ, đồng thời góp phần tăng khối lƣợng hạt chắc gấp 2,5 lần so với nghiệm thức không bổ sung phù sa. Qua đó cho thấy phù sa bồi lắng hàng năm rất có ý nghĩa trong việc góp phần cải thiện môi trƣờng đất, chủ yếu về mặt hóa học. (2) Qua ba vụ khảo sát thực tế tại ruộng lúa, 445 loài vi tảo đã đƣợc định danh, trong đó có 407 loài tảo phù du và 157 loài tảo đáy thuộc bốn ngành nhƣ: tảo khuê, tảo lục, tảo mắt và vi khuẩn lam (VKL). Tảo lục là ngành đa dạng về cấu trúc thành phần loài nhất. Đặc biệt, có sự xuất hiện của 6 loài vi khuẩn lam có dị bào nhƣ: Anabaena affinis Lemm, Anabaena circinalis, Anabaena oscillarioides, Anabaenopsis elenkinii, Calothrix aeruginosa và Aphanizomenon flos-aquae, trong đó Anabaena oscillarioides xuất hiện với mật độ cao ở đầu giai đoạn đẻ nhánh vào vụ Hè Thu 2017. Hàng năm tảo phù du và tảo đáy cung cấp cho đất trồng lúa khoảng 1,08 tấn/ha/năm (sinh khối tƣơi). Lƣợng P tổng số trong tảo cao gấp 2,1 lần so với trong rơm rạ, mặc dù lƣợng N tổng số trong tảo chỉ bằng 0,71 lần so với phù sa nhƣng đạm trong tảo thuộc dạng dễ tiêu nên đƣợc cây trồng nhanh chóng hấp thu và khi chúng chết đi, là nguồn hoàn trả dƣỡng chất cho đất trồng lúa; (3) Phù sa và vi tảo có khả năng cung cấp lƣợng NPK ii
tổng số cho đất tƣơng ứng với 14,9 kgN/ha; 10,9 kgP/ha; và 64,2 kgK/ha hay chiếm 3,98%; 4,03% và 41,1% tổng lƣợng phân nguyên chất N, P2O5 và K2O mà nông dân bón cho cây lúa. Qua đó cho thấy cả phù sa lẫn vi tảo là hai yếu tố quan trọng góp phần cải thiện môi trƣờng đất trồng lúa ở trong đê bao khép kín. Do vậy chúng có tầm quan trọng đối với quá trình sản xuất lúa ở khu vực lũ của tỉnh An Giang nói riêng và ở Đồng bằng sông Cửu Long nói chung. Chính vì vậy, khuyến cáo nên xả lũ ở vụ Thu Đông để đất ở trong đê bao khép kín có thể tiếp nhận phù sa và rửa trôi độc chất tồn đọng trong ruộng lúa, đồng thời có thể tận dụng dƣỡng chất từ phù sa và vi tảo. Đặc biệt trong vụ Hè Thu cần có các giải pháp thích hợp nhằm phát huy khả năng cố định đạm của vi khuẩn lam. Từ khóa: dinh dưỡng, đất trồng lúa, phù sa, sinh khối, vi khuẩn lam, vi tảo. iii
ABSTRACT Microalgae are microscopic sized algae. They often grow in the water surface or topsoil in rice fields, enriching soil organic matter, especially Cyanobacteria are capable of fixing nitrogen from the atmosphere by the heterocyst, in addition, sediment from flood is also very rich in nutrient so sediment and microalgae are both useful nutrient for soil. Therefore, this study has been carried out in five years (from 2013 to 2018) in An Giang province in order to examinate the annual rate of nutrient contribution from sediment and microalgae and evaluate the potential contribution to improve the soil environment. This study included three contents: (1) Evaluating the weight of sediment inside and outside the full-dyke in An Giang province from 2013- 2015 and the ability to improve the soil environment and the weight of filled rice grains, (2) Assessing diversity, density, biomass and nutrient supplying ability of microalgae in the rice fields to contribute improve the soil environment, and (3) Estimating the nutrient contribution ratio of sediment and microalgae to the rice soil, and evaluate the ability to improve the soil environment. The results showed that (1) average weight of sediment outside the full-dyke (22.5 tons/ha) was five times higher than that inside the full-dyke (4.43 tons/ha), and then the annual weight of nitrogen, phosphorus and potassium supplied from the sediment would be lost at 121 kgN/ha, 34.3 kgP2O5/ha and 262 kgK2O/ha, respectively. The organic carbon and total phosphorus content in the rice soil increased in the treatments, which added with sediment ranging from 1.2 to 2.4 kg per pot and not fertilizer, were from 1.5 to 1.58 times and from 1.29 to 1.59 times than in the rice soil before cultivating. At the same time, the weight of filled grains of them was 2.5 times the treatment not adding sediment. Thereby, the annual sediment is very meaningful in contributing to improving the soil environment, mainly soil chemistry. (2) Through three survey crops in the rice fields showed that there were 445 species of microalgae including 407 taxa of plankton and 157 taxa of benthic belonging to the four phyla (Chlorophyta, Bacillariophyta, Euglenophyta and Cyanobacteria), in which the most diverse structural component species was Chlorophyta. In particular, there were the presence of six species Cyanobacteria with heterocyst such as Anabaena affinis Lemm, Anabaena circinalis, Anabaena oscillarioides, Anabaenopsis elenkinii, Calothrix aeruginosa and Aphanizomenon flos-aquae, in which Anabaena oscillarioides appeared with high density at the beginning of tilling stage in the Summer-Autumn crop 2017. The planktonic and benthic microalgae biomass was estimated about 1.08 tons per ha per year (fresh biomass). The iv
total phosphorus content in microalgae was 2.1 times higher than that of rice straw, although the content of total nitrogen of microalgae was only 0.71 times that of sediment, the protein in algae is easily available, so plants absorb it quickly. When they die, nutrients of them are the source of replenishment of the soil rice. (3) The sediment and microalgae are able to provide Total nitrogen, phosphorus and potassium to the rice soil corresponding to 14.9 kgN/ha, 10.9 kgP/ha and 64.2 kgK/ha or 3.98%; 4.03% and 41.1% of the total pure fertilizer N, P2O5, and K2O that the farmers applied to rice, respectively. Therefore, it shows that sediment and microalgae are two important factors contributing to improving the environment of rice cultivation inside the full- dyke, so they play an important role for rice production in flood areas of An Giang province in particular and in the Mekong Delta in general. Thereby, it is recommended that the rice soil inside the full-dyke should be drained flood in the Autumn-Winter crop so that the rice rice could receive sediment and microalgae, and wash away the toxins, in addition, the Summer-Autumn crop need to have appropriate solutions to promote nitrogen fixation of Cyanobacteria in the rice soil. Key words: biomass, Cyanobacteria, microalgae, nutrient, rice soil, sediment. v
LỜI CẢM TẠ Trƣớc tiên, tác giả xin trân trọng gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất đến PGS.TS. Nguyễn Hữu Chiếm đang công tác tại Khoa Môi trƣờng và Tài nguyên Thiên nhiên, Trƣờng Đại học Cần Thơ, đã cung cấp nhiều kiến thức quý báu, dành nhiều thời gian để thảo luận chuyên môn, động viên và tạo điều kiện thuận lợi nhất cho tác giả hoàn thành luận án này. Xin chân thành cảm ơn đến Ban Giám hiệu Trƣờng Đại học Cần Thơ, Khoa Sau Đại học, đặc biệt quý Thầy Cô đang công tác Khoa Môi trƣờng và Tài nguyên Thiên nhiên đã cung cấp nhiều kiến thức quý báu cho tác giả trong suốt quá trình học tập và luôn tạo điều kiện thuận lợi cho tác giả trong việc thực hiện đề tài nghiên cứu. Tác giả cũng xin gửi lời cảm ơn đến Ủy ban Nhân dân tỉnh An Giang và Trƣờng Đại học học An Giang đã hỗ trợ thời gian, tài trợ một phần kinh phí nghiên cứu và tạo điều kiện cho tác giả hoàn thành nội dung luận án. Tác giả cũng xin gửi lời cảm ơn đến Ban Quản lý Khu Thí nghiệm – Thực hành cùng với các anh, chị đồng nghiệp đang công tác tại phòng thí nghiệm của Trƣờng Đại học An Giang đã tận tình giúp đỡ và tạo mọi điều kiện để tác giả có cơ hội sử dụng máy móc, thiết bị phòng thí nghiệm để phân tích mẫu thí nghiệm. Tác giả đặc biệt biết ơn đến chủ hộ Huỳnh Trung Dung – ấp Long Hòa 1, xã Long Kiến, huyện Chợ Mới, tỉnh An Giang tận tình hỗ trợ đất canh tác, kỹ thuật canh tác lúa và công tác thu mẫu. Tiến trình hơn 4 năm thực hiện các nghiên cứu trong luận án, tác giả đã luôn đƣợc sự đồng hành và hỗ trợ của các đồng nghiệp ThS. Võ Đan Thanh, ThS. Dƣơng Mai Linh và ThS. Nguyễn Hồng Nhật thông qua thực hiện các đề tài nghiên cứu khoa học cấp Trƣờng và cấp Khoa; học viên cao học Nguyễn Thị Bích và Trần Tuấn Anh – ngành Khoa học Môi trƣờng khóa 14 và khóa 15, sinh viên Nguyễn Thị Yến Trinh – ngành Khoa học Môi trƣờng khóa... Trƣờng Đại học Cần Thơ; các em sinh viên ngành Quản lý Tài nguyên và Môi trƣờng từ khóa 11 đến khóa 15 – Trƣờng Đại học An Giang; và nông dân ở ấp Long Hòa 1, xã Long Kiến thông qua công tác thu mẫu và phân tích mẫu. Sau cùng, tác giả xin chân thành cảm ơn gia đình và tất cả bạn bè, đồng nghiệp đã quan tâm, động viên, giúp đỡ trong suốt thời gian học tập và nghiên cứu. Xin chân thành cảm ơn tất cả! vi
CAM KẾT KẾT QUẢ Tôi xin cam kết luận án này đƣợc hoàn thành dựa trên các kết quả nghiên cứu của tôi và các kết quả của nghiên cứu này chƣa đƣợc dùng cho bất cứ luận án cùng cấp nào khác. Cán bộ hƣớng dẫn Cần Thơ, ngày 21 tháng 9 năm 2020. Tác giả luận án PGS. TS. Nguyễn Hữu Chiếm NCS. Bùi Thị Mai Phụng vii
M CL C THÔNG TIN TỔNG QUÁT .............................................................................. i TÓM TẮT .......................................................................................................... ii ABSTRACT...................................................................................................... iv LỜI CẢM TẠ ................................................................................................... vi CAM KẾT KẾT QUẢ ..................................................................................... vii M C L C ...................................................................................................... viii DANH SÁCH BẢNG ....................................................................................... xi DANH SÁCH HÌNH ...................................................................................... xvi DANH M C TỪ VIẾT TẮT ....................................................................... xviii CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU................................................................................ 1 1.1 Đặt vấn đề ............................................................................................... 1 1.2 Mục tiêu nghiên cứu ............................................................................... 2 1.2.1 Mục tiêu chung ................................................................................. 2 1.2.2 Mục tiêu cụ thể ................................................................................. 2 1.3 Nội dung nghiên cứu .............................................................................. 2 1.4 Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu .......................................................... 2 1.4.1 Đối tƣợng nghiên cứu ....................................................................... 2 1.4.2 Phạm vi nghiên cứu .......................................................................... 2 1.5 nghĩa khoa học và thực tiễn ................................................................ 3 1.5.1 nghĩa khoa học.............................................................................. 3 1.5.2 nghĩa thực tiễn .............................................................................. 3 1.6 Tính mới của luận án .............................................................................. 4 CHƢƠNG 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU ........................................................... 5 2.1 Tổng quan về phù sa và vai trò cải thiện môi trƣờng đất ....................... 5 2.1.1 Sự bồi đắp phù sa ở đồng bằng sông Cửu Long .............................. 5 2.1.2 Phù sa góp phần cải thiện môi trƣờng đất và tăng năng suất lúa ..... 6 2.1.3 Tác hại của việc đê bao khép kín đến môi trƣờng đất canh tác lúa . 8 2.2 Tổng quan về vi tảo và vai trò cải thiện môi trƣờng đất ...................... 10 viii
2.2.1 Đặc điểm chung và phân loại vi tảo ............................................... 10 2.2.2 Yếu tố môi trƣờng sống ảnh hƣởng đến sự phát triển của tảo phù du và tảo đáy ................................................................................................. 19 2.2.3 Quá trình chuyển hóa các hợp chất C, N và P của tảo ................... 25 2.2.4 Các nghiên cứu về vi tảo trên sông và hệ thống canh tác lúa ........ 30 2.2.5 Vai trò hữu ích của tảo trong môi trƣờng và ruộng lúa .................. 41 2.3 Mối liên hệ giữa vi tảo với yếu tố môi trƣờng sống, phù sa và cây lúa 47 2.3.1 Mối liên hệ giữa vi tảo với các yếu tố môi trƣờng sống ................ 47 2.3.2 Mối liên hệ giữa vi tảo với nƣớc lũ, phù sa/trầm tích .................... 49 2.3.3 Mối liên hệ giữa vi tảo với cây lúa ................................................. 50 2.4 Tổng quan về tỉnh An Giang ................................................................ 53 2.4.1 Hệ thống đê bao ở tỉnh An Giang................................................... 53 2.4.2 Điều kiện tự nhiên huyện Chợ Mới ................................................ 54 2.4.3 Diện tích đất trồng lúa và năng suất lúa ở huyện Chợ Mới ........... 56 CHƢƠNG 3: PHƢƠNG TIỆN VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .......... 57 3.1 Thời gian và địa điểm nghiên cứu ........................................................ 57 3.2 Phƣơng tiện nghiên cứu ........................................................................ 57 3.2.1 Vật liệu, dụng cụ và thiết bị ........................................................... 57 3.2.2 Hóa chất phân tích mẫu .................................................................. 58 3.2.3 Phần mềm và tài liệu định danh tảo ............................................... 58 3.3 Phƣơng pháp nghiên cứu ...................................................................... 58 3.3.1 Phƣơng pháp bố trí thí nghiệm và khảo sát đồng ruộng ................ 58 3.3.2 Phƣơng pháp phân tích mẫu ........................................................... 72 3.3.3 Phƣơng pháp tính toán và xử lý số liệu .......................................... 75 3.4 Lƣợc đồ nghiên cứu .............................................................................. 80 CHƢƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN................................................... 81 4.1 Đánh giá khối lƣợng phù sa bồi lắng và khả năng góp phần cải thiện môi trƣờng đất và khối lƣợng hạt chắc ........................................................ 81 4.1.1 Khối lƣợng phù sa bồi lắng ở tỉnh An Giang từ năm 2013-2015 và mối liên hệ với thời gian ngập lũ ............................................................. 81 ix
4.1.2 Đánh giá chất lƣợng phù sa bồi lắng ở tỉnh An Giang từ năm 2013- 2015 84 4.1.3 Dinh dƣỡng từ phù sa góp phần cải thiện môi trƣờng đất ............. 88 4.2 Đánh giá đa dạng loài, mật độ và khả năng cung cấp sinh khối của vi tảo trong ruộng lúa góp phần cải thiện môi trƣờng đất ............................... 99 4.2.1 Đánh giá ảnh hƣởng của chất lƣợng nƣớc kênh và ruộng lúa đến sự phát triển của vi tảo và môi trƣờng đất .................................................... 99 4.2.2 Đánh giá đa dạng loài, mật độ và sinh khối vi tảo phù du trong kênh qua ba vụ khảo sát .................................................................................. 114 4.2.3 Đánh giá sự hiện diện của các ngành và mật độ vi tảo trong ruộng lúa qua ba vụ canh tác ............................................................................ 120 4.2.4 Sinh khối tảo phù du và tảo đáy góp phần cải thiện môi trƣờng đất 150 4.2.5 Các yếu tố ảnh hƣởng đến sinh khối tảo ...................................... 156 4.2.6 Mối liên hệ giữa vi tảo phù du với các yếu tố môi trƣờng trong ruộng lúa ................................................................................................ 159 4.3 Đánh giá tỷ lệ đóng góp lƣợng đạm, lân và kali từ phù sa và vi tảo cho đất trồng lúa hàng năm............................................................................... 161 4.3.1 Dinh dƣỡng từ tảo phù du và tảo đáy góp phần cải thiện môi trƣờng đất 161 4.3.2 Tỷ lệ đóng góp lƣợng đạm, lân và kali từ phù sa và vi tảo cho đất trồng lúa hàng năm ................................................................................ 162 CHƢƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT .................................................... 166 5.1 Kết luận .............................................................................................. 166 5.2 Đề xuất ............................................................................................... 166 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................. 167 Tiếng Việt .................................................................................................. 167 Tiếng Anh .................................................................................................. 178 PH L C .......................................................................................................... 1 A. PH L C BẢNG ................................................................................... 1 B. PH L C HÌNH .................................................................................. 90 x
DANH SÁCH BẢNG Bảng 2.1: Thành phần hóa học của phù sa mùa lũ năm 1999 ở tỉnh An Giang 6 Bảng 2.2: Thành phần hóa học của phù sa sau mùa lũ năm 2002 ở tỉnh An Giang .................................................................................................................. 7 Bảng 2.3: Sinh khối và mật độ tảo phù du ở trong và ngoài đê bao khép kín của tỉnh An Giang từ năm 2013-2015.............................................................. 34 Bảng 2.4: Các giống vi tảo và VKL thƣờng gặp trong đất ở Việt Nam .......... 39 Bảng 2.5: Tổng hợp các nghiên cứu về lƣợng đạm do vi khuẩn lam cố định trong ruộng lúa và môi trƣờng nuôi ................................................................. 42 Bảng 2.6: Nhiệt độ và lƣợng mƣa bình quân từ tháng 7/2016 đến tháng 8/2017 ở xã Long Kiến, huyện Chợ Mới ..................................................................... 55 Bảng 2.7: Diện tích đất (ha) và năng suất lúa (tấn/ha) từ năm 2008-2015 ở huyện Chợ Mới, tỉnh An Giang ....................................................................... 56 Bảng 3.1: Giống lúa và phân bón đƣợc sử dụng trong nghiên cứu ................. 57 Bảng 3.2: Số lƣợng mẫu phù sa ở trong và ngoài đê bao khép kín tỉnh An Giang từ năm 2013-2015 ................................................................................. 60 Bảng 3.3: Các nghiệm thức thí nghiệm bổ sung phù sa vào hỗn hợp đất trồng lúa vụ ĐX 2013-2014 ở nhà lƣới ĐHAG ........................................................ 62 Bảng 3.4: Các nghiệm thức thí nghiệm bổ sung phù sa vào hỗn hợp đất trồng lúa vụ ĐX 2014-2015 ở nhà lƣới ĐHAG ........................................................ 63 Bảng 3.5: Khối lƣợng phân bón (g/chậu) dùng trong thí nghiệm lúa vụ ĐX 2014-2015 ........................................................................................................ 63 Bảng 3.6: Đặc tính lý và hóa học của đất và phù sa đầu vụ ĐX 2014-2015 ... 64 Bảng 3.8: Các chỉ tiêu phân tích mẫu nƣớc và tảo trong ruộng lúa và kênh (Nội dung 2.1) .................................................................................................. 69 Bảng 3.9: Các nghiệm thức thí nghiệm trồng lúa vụ ĐX 2017-2018 ở nhà lƣới ĐHAG .............................................................................................................. 70 Bảng 3.10: Khối lƣợng phân bón (gram) bón cho cây lúa thí nghiệm vụ ĐX 2017-2018 (với mức bón 100% lƣợng phân bón) ............................................ 71 Bảng 3.11: Phƣơng pháp phân tích đất và phù sa (Nội dung 1) ...................... 72 Bảng 3.12: Phƣơng pháp phân tích chất lƣợng nƣớc ruộng và kênh ............... 73 Bảng 3.13: Phƣơng pháp xác định chlorophyll-a và dinh dƣỡng tảo .............. 74 xi
Bảng 4.1: Khối lƣợng phù sa bồi lắng theo thời gian ngập lũ ở tỉnh An Giang vào mùa lũ năm 2013 và 2014 ......................................................................... 83 Bảng 4.2: Khối lƣợng phù sa bồi lắng theo thời gian ngập lũ ở bốn huyện của tỉnh An Giang năm 2013 và 2014 .................................................................... 84 Bảng 4.3: Thành phần sa cấu phù sa bồi lắng trong và ngoài đê bao khép kín ở bốn huyện của tỉnh An Giang từ năm 2013-2015............................................ 85 Bảng 4.4: Hàm lƣợng chất hữu cơ và khả năng trao đổi cation (CEC) của phù sa bồi lắng ở tỉnh An Giang từ năm 2013-2015 .............................................. 85 Bảng 4.5: Hàm lƣợng NPK tổng số của phù sa bồi lắng ở tỉnh An Giang từ năm 2013-2015 ................................................................................................ 86 Bảng 4.6: Hàm lƣợng chất hữu cơ và NPK dạng tổng của đất tầng mặt ở trong và ngoài đê bao khép kín tỉnh An Giang từ năm 2013-2015 ........................... 88 Bảng 4.7: Hàm lƣợng chất hữu cơ và NPK tổng số của đất tầng mặt ở trong đê bao khép kín tỉnh An Giang năm 2013 ............................................................ 90 Bảng 4.8: Hàm lƣợng chất hữu cơ và NPK tổng của đất tầng mặt ở ngoài đê bao khép kín tỉnh An Giang năm 2013 ............................................................ 91 Bảng 4.9: Tỷ lệ hàm lƣợng C hữu cơ và đạm tổng số trong đất sau trồng so với đầu vụ lúa ĐX 2014-2015 ở thí nghiệm nhà lƣới Trƣờng ĐHAG .................. 92 Bảng 4.10: Tỷ lệ hàm lƣợng lân và kali tổng số trong đất sau trồng so với đầu vụ lúa ĐX 2014-2015 ở thí nghiệm nhà lƣới Trƣờng ĐHAG ......................... 92 Bảng 4.11: Hàm lƣợng C hữu cơ, đạm, lân và kali tổng số trong đất sau khi trồng lúa vụ ĐX 2014-2015 ở thí nghiệm nhà lƣới Trƣờng ĐHAG................ 93 Bảng 4.12: Chiều cao, số chồi, số bông và chiều dài bông lúa vụ ĐX 2014- 2015 ở thí nghiệm nhà lƣới Trƣờng ĐHAG .................................................... 95 Bảng 4.13: Tỷ lệ hạt chắc, trọng lƣợng 1000 hạt, khối lƣợng hạt chắc và sinh khối rơm vụ lúa ĐX 2014-2015 ở thí nghiệm nhà lƣới Trƣờng ĐHAG ......... 96 Bảng 4.14: Khối lƣợng hạt lúa chắc (g/chậu) ở các nghiệm thức có bổ sung phù sa nhƣng không bón phân vào vụ ĐX 2014-2015 ở thí nghiệm nhà lƣới Trƣờng ĐHAG ................................................................................................. 97 Bảng 4.15: Tƣơng quan hồi quy tuyến tính giữa hàm lƣợng C hữu cơ, NPK tổng số trong đất sau trồng, khối lƣợng hạt chắc với khối lƣợng phù sa......... 98 Bảng 4.16: Đặc tính lý-hóa học nƣớc kênh qua ba khảo sát ......................... 100 Bảng 4.17: Mực nƣớc (cm) trong ruộng lúa qua ba vụ canh tác ................... 104 xii
Bảng 4.18: Thống kê so sánh nhiệt độ và trị số pH nƣớc ruộng giữa ba vụ canh tác lúa ............................................................................................................. 112 Bảng 4.19: Thống kê so sánh nồng độ ammonium, nitrate, phosphate và oxy hòa tan (mg/L) trong nƣớc ruộng giữa ba vụ canh tác lúa ............................. 112 Bảng 4.20: Cấu trúc thành phần loài vi tảo phù du trong kênh vào vụ Thu Đông 2016 ...................................................................................................... 114 Bảng 4.21: Cấu trúc thành phần loài vi tảo phù du trong kênh vào vụ Đông Xuân 2016-2017............................................................................................. 114 Bảng 4.22: Cấu trúc thành phần loài vi tảo phù du trong kênh vào vụ Hè Thu 2017................................................................................................................ 114 Bảng 4.23: Cấu trúc thành phần loài vi tảo phù du trong kênh qua ba vụ khảo sát ................................................................................................................... 115 Bảng 4.24: Mật độ tảo phù du (cá thể/L) trong kênh qua ba vụ khảo sát ...... 119 Bảng 4.25: Sinh khối tảo phù du (mg/L) trong kênh qua ba vụ khảo sát ...... 119 Bảng 4.26: Cấu trúc thành phần loài vi tảo phù du trong ruộng lúa vào vụ Thu Đông 2016 ...................................................................................................... 121 Bảng 4.27: Cấu trúc thành phần loài tảo phù du trong ruộng lúa vào vụ Đông Xuân 2016-2017............................................................................................. 122 Bảng 4.28: Cấu trúc thành phần loài tảo phù du trong ruộng lúa vào vụ Hè Thu 2017................................................................................................................ 124 Bảng 4.29: Cấu trúc thành phần loài tảo phù du trong ruộng lúa qua ba vụ canh tác .......................................................................................................... 127 Bảng 4.30: Các giống tảo lục phù du phổ biến trong ruộng lúa vào vụ Hè Thu 2017................................................................................................................ 129 Bảng 4.31: Tổng mật độ tảo phù du (cá thể/L) xuất hiện theo các đợt bón phân vào vụ Thu Đông 2016 .................................................................................. 129 Bảng 4.32: Mật độ các ngành tảo phù du (cá thể/L) xuất hiện theo các đợt bón phân vào vụ Thu Đông 2016 .......................................................................... 131 Bảng 4.33: Mật độ các ngành tảo phù du (cá thể/L) xuất hiện theo ngày sau bón phân vào vụ Thu Đông 2016................................................................... 131 Bảng 4.34: Tổng mật độ tảo phù du (cá thể/L) xuất hiện theo ngày sau bón phân vào vụ Thu Đông 2016 .......................................................................... 132 xiii
Bảng 4.35: Tổng mật độ tảo phù du (cá thể/L) xuất hiện theo các giai đoạn phát triển của cây lúa vào vụ Đông Xuân 2016-2017 ................................... 132 Bảng 4.36: Mật độ các ngành tảo phù du (cá thể/L) xuất hiện theo các đợt bón phân vào vụ Đông Xuân 2016-2017 .............................................................. 133 Bảng 4.37: Tổng mật độ tảo phù du (cá thể/L) xuất hiện theo các ngày sau bón vào vụ Đông Xuân 2016-2017 ....................................................................... 135 Bảng 4.38: Mật độ các ngành tảo phù du (cá thể/L) xuất hiện theo các ngày sau bón vào vụ Đông Xuân 2016-2017 ......................................................... 135 Bảng 4.39: Tổng mật độ tảo phù du (cá thể/L) xuất hiện theo các đợt bón phân vào vụ Hè Thu 2017....................................................................................... 136 Bảng 4.40: Mật độ các ngành tảo phù du (cá thể/L) xuất hiện theo các giai đoạn phát triển của cây lúa vào vụ Hè Thu 2017 .......................................... 136 Bảng 4.41: Tổng mật độ tảo phù du (cá thể/L) xuất hiện theo các ngày sau khi bón vào vụ Hè Thu 2016................................................................................ 137 Bảng 4.42: Mật độ các ngành tảo phù du (cá thể/L) xuất hiện theo các ngày sau khi bón vào vụ Hè Thu 2016 ................................................................... 137 Bảng 4.43: Mật độ tảo phù du (cá thể/L) trong ruộng lúa qua ba vụ canh tác ........................................................................................................................ 138 Bảng 4.44: Mật độ tảo phù du (cá thể/L) xuất hiện theo thời kỳ phát triển của cây lúa qua ba vụ canh tác ............................................................................. 138 Bảng 4.45: Cấu trúc thành phần loài tảo đáy trong ruộng lúa vào vụ Đông Xuân 2016-2017 ............................................................................................ 140 Bảng 4.46: Cấu trúc thành phần loài tảo đáy trong ruộng lúa vào vụ Hè Thu 2017 ............................................................................................................... 141 Bảng 4.47: Cấu trúc thành phần loài tảo đáy trong ruộng lúa qua hai vụ Đông Xuân 2016-2017 và Hè Thu 2017 ................................................................. 142 Bảng 4.48: Mật độ tảo đáy (103 cá thể/m2) trong ruộng lúa vào vụ Đông Xuân 2016-2017 ...................................................................................................... 144 Bảng 4.49: Tổng mật độ tảo đáy (103 cá thể/m2) trong ruộng lúa vào vụ Hè Thu 2017 ........................................................................................................ 145 Bảng 4.50: So sánh mật độ tảo đáy (103 cá thể/m2) giữa hai vụ Đông Xuân và Hè Thu ở cùng thời kỳ phát triển của cây lúa ................................................ 147 xiv
Bảng 4.51: Chỉ số đa dạng loài vi tảo phù du và tảo đáy theo Margalef (d) trong kênh và ruộng lúa qua ba vụ khảo sát .................................................. 148 Bảng 4.52: Sinh khối tảo phù du và tảo đáy trong ruộng lúa vụ Thu Đông 2016 ........................................................................................................................ 150 Bảng 4.53: Sinh khối tảo phù du và tảo đáy trong ruộng lúa vụ Đông Xuân 2016-2017 ...................................................................................................... 152 Bảng 4.54: Sinh khối tảo phù du và tảo đáy trong ruộng lúa vụ Hè Thu 2017 ........................................................................................................................ 154 Bảng 4.55: Sinh khối tảo phù du từ kênh và ruộng lúa (BPD, kg/ha) cung cấp cho đất trồng lúa hàng năm (SKK) ................................................................ 155 Bảng 4.56: Tổng sinh khối tảo đáy (BĐ, kg/ha) trong ruộng lúa cung cấp cho đất trồng lúa hàng năm (SKK) ....................................................................... 156 Bảng 4.57: Sinh khối tảo phù du (mg/L) ở các nghiệm thức thí nghiệm không trồng lúa (NL1 và NL2) vụ ĐX 2017-2018 ................................................... 157 Bảng 4.58: Sinh khối tảo phù du (mg/L) ở các nghiệm thức thí nghiệm có trồng lúa vụ ĐX 2017-2018 ........................................................................... 157 Bảng 4.59: Số lần sinh khối tảo phù du trong ruộng lúa tăng lên do bón phân qua ba vụ canh tác từ 2016-2017 ................................................................... 158 Bảng 4.60: Tƣơng quan hồi quy tuyến tính giữa sinh khối/mật độ tảo với các yếu tố môi trƣờng nƣớc .................................................................................. 159 Bảng 4.61: Lƣợng NPK dạng tổng có trong tảo phù du và tảo đáy (tính theo SKK) .............................................................................................................. 161 Bảng 4.62: Lƣợng N và P của tảo phù du và tảo đáy cung cấp cho đất trồng lúa mỗi vụ (tính theo SKK).................................................................................. 162 Bảng 4.63: Lƣợng K của tảo phù du và tảo đáy cung cấp cho đất trồng lúa ở mỗi vụ (tính theo sinh khối khô) .................................................................... 162 Bảng 4.64: Ƣớc tính hàm lƣợng NPK tổng số trong phù sa, vi tảo và rơm rạ (tính theo KLK/SKK) .................................................................................... 162 Bảng 4.65: Khối lƣợng/sinh khối và lƣợng NPK dạng tổng có trong phù sa, vi tảo và rơm rạ cung cấp cho đất trồng lúa hàng năm (tính theo KLK/SKK) .. 163 xv
DANH SÁCH HÌNH Hình 2.1: Các giống tảo khuê thuộc lớp lông chim (Boyer et al., 1916) ........ 12 Hình 2.2: Các giống tảo khuê thuộc lớp trung tâm (Boyer et al., 1916) ......... 13 Hình 2.3: Các loài tảo lục (Nguyễn Lân Dũng và Nguyễn Hoài Hà, 2006) .... 14 Hình 2.4: Các loài tảo mắt thuộc họ Euglenaceae (Nguyễn Lân Dũng và Nguyễn Hoài Hà, 2006; The Natural History Museum and the British Phycological Society, 2002) ............................................................................ 15 Hình 2.5: Các loài vi khuẩn lam (Bellinger and Sigee, 2015) ......................... 17 Hình 2.6: Vai trò của thực vật thủy sinh quang hợp trong chu trình N ở ruộng lúa (Roger et al., 1987a trích dẫn bởi Roger, 1996) ........................................ 26 Hình 2.7: Các biến đổi N của vi sinh vật ở điều kiện hiếu/thiếu khí trong môi trƣờng (Francis et al., 2007) ............................................................................ 26 Hình 3.1: Vị trí thu mẫu phù sa sau mùa lũ (tháng 11/2014) ở xã Vọng Đông, huyện Thoại Sơn (Nguồn: Google Maps, 2014).............................................. 59 Hình 3.2: Vị trí thu mẫu phù sa sau mùa lũ (tháng 11/2015) ở xã Phú An (a) và xã Hiệp Xƣơng (b), huyện Phú Tân (Nguồn: Google Maps, 2015) ................ 59 Hình 3.3: Vị trí thu mẫu phù sa sau mùa lũ (tháng 11/2015) ở thị trấn Mỹ Luông (a) và xã An Thạnh Trung (b), huyện Chợ Mới (Nguồn: Google Maps, 2015) ................................................................................................................ 60 Hình 3.4: Đặt bẫy phù sa trong đê (a) và ngoài đê bao (b) khép kín ở huyện Thoại Sơn, tỉnh An Giang vào tháng 8 năm 2013 ........................................... 61 Hình 3.5: Bản đồ vị trí các ruộng lúa đƣợc khảo sát tại ấp Long Hòa 1, xã Long Kiến, huyện Chợ Mới, tỉnh An Giang (nguồn: Google Maps, 2019) .... 66 Hình 3.6: Sơ đồ vị trí đặt đài vật nhân tạo (gạch thẻ) cho tảo đáy bám và vị trí thu mẫu tảo phù du trên ruộng lúa và kênh ..................................................... 67 Hình 3.7: Lƣợc đồ thực hiện các nghiên cứu trong luận án ............................ 80 Hình 4.1: Khối lƣợng phù sa trung bình ở trong và ngoài đê bao khép kín của bốn huyện, tỉnh An Giang từ năm 2013-2015 ................................................. 81 Hình 4.2: Khối lƣợng phù sa trung bình ở huyện Phú Tân từ năm 2013-201582 Hình 4.3: Tảo bám trên mặt đất ở NT5 (1,2 kg PS + 3,8 kg đất + 0% phân bón) nhƣng không xuất hiện ở NT1 (5 kg đất + 0% phân bón) ở thí nghiệm nhà lƣới Trƣờng Đại học An Giang vụ Đông Xuân 2014-2015 .................................... 94 Hình 4.4: Nhiệt độ nƣớc ruộng lúa qua ba vụ canh tác ................................. 104 xvi
Hình 4.5: Trị số pH nƣớc ruộng lúa qua ba vụ canh tác ................................ 105 Hình 4.6: Nồng độ ammonium trong nƣớc ruộng lúa qua ba vụ canh tác..... 107 Hình 4.7: Nồng độ nitrate trong nƣớc ruộng lúa qua ba vụ canh tác ............. 108 Hình 4.8: Nồng độ phosphate trong nƣớc ruộng lúa qua ba vụ canh tác....... 109 Hình 4.9: Nồng độ oxy hòa tan trong nƣớc ruộng lúa qua ba vụ canh tác .... 111 Hình 4.10: VKL Anabaena oscillarioides có dị bào xuất hiện trong ruộng lúa vào vụ Hè Thu 2017 ở huyện Chợ Mới, tỉnh An Giang ................................ 126 Hình 4.11: Tảo nổi váng màu nâu vàng vào 24 NSS vào vụ ĐX 2016-2017 132 Hình 4.12: Giáp xác râu ngành Oncace sp. Xuất hiện trong ruộng lúa ở khu vực nghiên cứu ............................................................................................... 139 Hình 4.13: Tảo nổi váng màu nâu vàng trên mặt ruộng vào vụ Thu Đông 2016 ........................................................................................................................ 151 xvii
DANH M C TỪ VIẾT TẮT BVTV : bảo vệ thực vật CEC : Cation-exchange capacity khả năng trao đổi cation CHC : chất hữu cơ ĐBSCL : đồng bằng sông Cửu Long ĐHAG : Đại học An Giang ĐHCT : Đại học Cần Thơ ĐVPD : động vật phù du ĐX : Đông Xuân FAO : Food and Agriculture : Tổ chức Nông Lƣơng thế Organization giới TPHCM : Thành phố Hồ Chí Minh HT : Hè Thu KL : khối lƣợng KVNC : khu vực nghiên cứu MĐ : mật độ NN và : Nông nghiệp và Phát triển PTNN Nông thôn NSB : ngày sau bón NSKS : ngày sau khi sạ NSS : ngày sau sạ PB : phân bón PS : phù sa SKK : sinh khối khô TB : trung bình TCVN : tiêu chuẩn Việt Nam TĐ : Thu Đông KLK : khối lƣợng khô TN và MT : Tài nguyên và Môi trƣờng TPCG : thành phần cơ giới đất TVPD : thực vật phù du UBND : Ủy ban Nhân dân VKL : vi khuẩn lam xviii
CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU 1.1 t vấn ề An Giang là tỉnh đầu nguồn của sông Cửu Long khi vào Việt Nam và là tỉnh sản xuất lúa hàng đầu ở Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL). Từ năm 1995, Chợ Mới là huyện đầu tiên đã tiến hành bao đê khép kín để sản xuất lúa vụ ba, tăng sản lƣợng lúa trên đơn vị diện tích. Việc thâm canh lúa đã gây một số tác hại nhƣ đất trồng lúa không đƣợc xả lũ nên độc chất đã ứ đọng trong đất (Trần Nhƣ Hối, 2005). Khi lƣợng thuốc bảo vệ thực vật phun xịt tăng lên thì hàm lƣợng ion Cu có nguồn gốc từ thuốc bảo vệ thực vật dễ rửa trôi từ ruộng ra môi trƣờng nƣớc kênh rạch (Trần Thành và ctv., 2014). Thêm vào đó là mất dƣỡng chất từ phù sa (PS) không đƣợc bồi lắng (Trƣơng Thị Nga, 1999; Nguyễn Văn Nhã, 2005; Bùi Đạt Trâm, 2006; Dƣơng Minh Viễn và ctv., 2010; Tô Văn Trƣờng, 2014), tảo và vi khuẩn lam (VKL) phù du vì nƣớc lũ có thể góp phần làm tăng quần thể VKL lên khoảng 4,5 lần trong suốt mùa lũ (Begum et al., 1988). Trong ruộng lúa, các ngành tảo lục, tảo khuê, tảo mắt và VKL thƣờng phát triển ngay trong lớp nƣớc hay lớp đất mặt cho nên sau mỗi đợt bón phân cho lúa, đặc biệt là khi bón phân lân tảo gia tăng sinh khối đáng kể và khi chúng chết đi lại là nguồn hoàn trả dƣỡng chất rất hữu ích cho đất trồng lúa. Bên cạnh đó, VKL có khả năng cố định đạm từ khí trời nhờ những dị bào (Dƣơng Đức Tiến, 1996; Nguyễn Văn Tuyên, 2003; Vũ Quang Mạnh, 2004) và tăng khả năng giữ nƣớc của đất lên 40%. Chính tổ hợp hàng trăm loài vi tảo và các vi sinh vật khác góp phần giữ trạng thái cân bằng và ổn định của hệ sinh thái lúa nƣớc (Nguyễn Văn Tuyên, 2000). Theo kết quả nghiên cứu đất ở tỉnh An Giang trong thời gian ba năm (2013-2016) của Nguyễn Hữu Chiếm và ctv. (2017) cho thấy hàm lƣợng chất hữu cơ, đạm và lân tổng số trong đất ở trong đê cao khác biệt có ý nghĩa so với ở ngoài đê bao (p < 0,05), mặc dù thời gian bao đê đã gần 20 năm. Chất lƣợng đất đƣợc đánh giá ở mức khá đến giàu, đặc biệt độ phì (N, P) của đất ở trong đê cao hơn so với ở ngoài đê bao khép kín một cách có ý nghĩa. Vấn đề đặt ra là tại sao lƣợng chất hữu cơ, đạm và lân tổng số trong đất trồng cao nhƣng chƣa góp phần tăng năng suất lúa? Các nguồn bổ sung dinh dƣỡng cho ruộng lúa có thể từ rơm rạ, phù sa hay vi tảo và tỷ lệ đóng góp của chúng là bao nhiêu thì chƣa đƣợc công bố? Do vậy nghiên cứu này đƣợc thực hiện nhằm xác định vai trò góp phần cải thiện môi trƣờng đất của phù sa và vi tảo. 1
1.2 Mục tiêu nghiên cứu 1.2.1 Mục tiêu chung Nghiên cứu khả năng cung cấp khối lƣợng phù sa bồi lắng, sinh khối và dƣỡng chất từ vi tảo và phù sa giúp cải thiện môi trƣờng đất trồng lúa vùng đê bao khép kín. 1.2.2 Mục tiêu cụ thể Xác định khối lƣợng và hàm lƣợng dinh dƣỡng (NPK dạng tổng) do phù sa bồi lắng cung cấp cho đất ở khu vực trong và ngoài đê bao khép kín. Xác định ngành vi tảo ƣu thế và ƣớc tính tổng sinh khối và hàm lƣợng các chất dinh dƣỡng (NPK dạng tổng) do vi tảo cung cấp cho ruộng lúa thâm canh ở trong đê bao khép kín. Xác định tỷ lệ đóng góp dinh dƣỡng từ phù sa và vi tảo cho đất trồng lúa hàng năm và đánh giá vai trò góp phần cải thiện môi trƣờng đất của chúng. 1.3 Nội dung nghiên cứu Đánh giá khối lƣợng phù sa bồi lắng ở khu vực trong và ngoài đê bao khép kín tỉnh An Giang từ năm 2013-2015 và khả năng góp phần cải thiện môi trƣờng đất và khối lƣợng hạt lúa chắc. Đánh giá đa dạng loài, mật độ và khả năng cung cấp sinh khối và dinh dƣỡng của vi tảo trong ruộng lúa góp phần cải thiện môi trƣờng đất. Ƣớc tính tỷ lệ đóng góp dinh dƣỡng của phù sa và vi tảo cho đất trồng lúa hàng năm và đánh giá khả năng cải thiện môi trƣờng đất của chúng. 1.4 ối tƣợng và phạm vi nghiên cứu 1.4.1 ối tƣợng nghiên cứu Phù sa bồi lắng từ nƣớc lũ và vi tảo sống trong ruộng lúa thâm canh. 1.4.2 Phạm vi nghiên cứu 1.4.2.1 Phạm vi không gian Ruộng lúa thâm canh ở trong đê bao và ruộng lúa hai vụ ở khu vực ngoài đê khép kín của bốn huyện ở tỉnh An Giang. 1.4.2.2 Phạm vi thời gian Khảo sát khối lƣợng phù sa bồi lắng từ năm 2013 đến 2015. Thí nghiệm bổ sung phù sa vào đất trồng lúa vào vụ Đông Xuân (ĐX) 2013-2014 (tiền kiểm chứng) và vụ Đông Xuân 2014-2015. 2