Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Nghiên cứu quản lý nước tiết kiệm trên ruộng lúa vùng đồng bằng sông Hồng - Thí điểm tại xã Phú Thịnh, huyện Kim Động, tỉnh Hưng Yên

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:162

Thêm vào BST

Báo xấu

14
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu của đề tài là các định được chế độ quản lý nước tiết kiệm cho lúa giúp giảm phát thải khí nhà kính (CH4) vùng Đồng bằng sông Hồng, từ đó làm cơ sở đề xuất quy trình quản lý nước tiết kiệm trên ruộng lúa vùng Đồng bằng sông Hồng.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Nghiên cứu quản lý nước tiết kiệm trên ruộng lúa vùng đồng bằng sông Hồng - Thí điểm tại xã Phú Thịnh, huyện Kim Động, tỉnh Hưng Yên

BẢN CAM KẾT Tôi là Trịnh Hồng Quân xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các kết quả nghiên cứu được trình bày trong luận văn là trung thực, khách quan có nguồn gốc rõ ràng và chưa từng dùng để công bố trước đây. Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn đã được cám ơn, các thông tin trích dẫn trong luận văn này đều được chỉ rõ nguồn gốc. Hà Nội, ngày tháng năm 2019 Tác giả Trịnh Hồng Quân i
LỜI CẢM ƠN Trong suốt thời gian học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận văn, tôi đã nhận được sự hướng dẫn, chỉ bảo tận tình của các thầy cô giáo, sự giúp đỡ, động viên của bạn bè, đồng nghiệp và gia đình. Nhân dịp hoàn thành luận văn, cho phép tôi được bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc tới TS. Lê Xuân Quang - Phó viện trưởng - Viện Nước, Tưới tiêu & Môi trường và các thầy cô trong khoa Kỹ Thuật Tài Nguyên Nước của trường Đại học Thủy lợi đã tận tình hướng dẫn, dành nhiều công sức, thời gian và tạo điều kiện cho tôi trong suốt quá trình học tập và thực hiện đề tài. Tôi xin chân thành cảm ơn tập thể lãnh đạo, cán bộ viên chức Viện Nước, Tưới tiêu & Môi trường đã giúp đỡ và tạo điều kiện cho tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài. Xin chân thành cảm ơn gia đình, người thân, bạn bè, đồng nghiệp đã tạo mọi điều kiện thuận lợi và giúp đỡ tôi về mọi mặt, động viên khuyến khích tôi hoàn thành luận văn. Hà Nội, ngày tháng năm 2019 Tác giả Trịnh Hồng Quân ii
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT BĐKH Biến đổi khí hậu IPCC Ban liên chính phủ về biến đổi khí hậu IRRI Viện nghiên cứu lúa quốc tế KNK Khí nhà kính SRI Hệ thống canh tác lúa cải tiến Trạm KTNN Trạm khí tượng nông nghiệp UNDP Chương trình Phát triển Liên Hợp Quốc WTO Tổ chức thương mại thế giới ĐBSH Đồng bằng sông Hồng CMD Cơ chế phát triển sạch S Khu khô kiệt W Khu khô vừa C Khu truyền thống BNNPTNT Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn iii
MỤC LỤC MỞ ĐẦU.................................................................................................................................... 1 1. Tính cấp thiết của đề tài ..................................................................................................... 1 2. Mục tiêu nghiên cứu .......................................................................................................... 2 3. Phạm vi nghiên cứu............................................................................................................ 2 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU VÀ KHU VỰC NGHIÊN CỨU ....... 3 1.1. Tổng quan vấn đề nghiên cứu ......................................................................................... 3 1.1.1. Mối quan hệ giữa nước tưới và cây trồng ................................................................ 3 1.1.2. Tổng quan tình hình quản lý nước tiết kiệm trên Thế giới và Việt Nam ................. 4 1.1.3. Tổng quan tình hình nghiên cứu phát thải khí nhà kính trong sản xuất lúa ........... 15 1.1.4. Cơ chế hình thành khí nhà kính ............................................................................. 21 1.2. Đặc điểm tự nhiên-kinh tế xã hội khu vực khu vực nghiên cứu ................................... 25 1.2.1. Khái quát đặc điểm vùng đồng bằng sông Hồng ................................................... 25 1.2.2. Nghiên cứu lựa chọn địa điểm xây dựng mô hình ................................................. 28 1.2.3. Khái quát điều kiện tự nhiên xã Phú Thịnh ........................................................... 29 1.2.4. Hiện trạng kinh tế- xã hội xã Phú Thịnh ................................................................ 33 1.2.5. Nhận xét và đánh giá chung ................................................................................... 38 CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ..................................................................... 39 2.1. Phương pháp kế thừa..................................................................................................... 39 2.2. Phương pháp bố trí thí nghiệm và đánh giá đồng ruộng ............................................... 39 2.2.1. Nguyên tắc bố trí và cách bố trí thí nghiệm ........................................................... 39 2.2.2. Xây dựng mô hình thí nghiệm ............................................................................... 46 2.2.3. Mùa vụ, giống lúa, mật độ gieo trồng và phân bón ............................................... 52 2.2.4. Chỉ tiêu đánh giá .................................................................................................... 53 2.3. Phương pháp phân tích trong phòng thí nghiệm ........................................................... 54 2.3.1. Phân tích năng suất lúa........................................................................................... 54 2.3.2 Phân tích, tính toán khí nhà kính............................................................................. 55 2.4. Phương pháp phân tích xử lý số liệu ............................................................................. 58 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ........................................................................... 59 3.1. Kết quả đo đạc, quan trắc các thông số của mô hình .................................................... 59 3.1.1 Lượng mưa và nhiệt độ ........................................................................................... 59 3.1.2. Độ ẩm ..................................................................................................................... 60 3.1.3. Mực nước trên kênh, ô ruộng ................................................................................. 61 iv
3.1.4. Lượng phát thải khí nhà kính.................................................................................. 63 3.2. Đánh giá mô hình quản lý nước tiết kiệm ..................................................................... 65 3.2.1. Đánh giá mối quan hệ giữa chế độ tưới với phát thải khí nhà kính ........................ 65 3.2.2. Đánh giá mối quan hệ giữa chế độ tưới với năng suất cây trồng ........................... 68 3.2.3. Đánh giá hiệu quả mô hình ..................................................................................... 71 3.3. Đề xuất biện pháp quản lý nước tiết kiệm trên đồng ruộng vùng đồng bằng sông Hồng .............................................................................................................................................. 75 3.3.1. Quy trình quản lý nước mặt ruộng ......................................................................... 75 3.3.2. Quy trình kỹ thuật phục vụ quản lý nước mặt ruộng .............................................. 80 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .................................................................................................. 84 1. Kết luận ............................................................................................................................ 84 2. Kiến nghị .......................................................................................................................... 85 TÀI LIỀU THAM KHẢO...................................................................................................... 86 v
MỤC LỤC BẢNG Bảng 1.1: Phát thải khí nhà kính năm 2010 trong lĩnh vực nông nghiệp ................................. 17 Bảng 1.2: Hiện trạng sử dụng đất các xã Phú Thịnh................................................................ 32 Bảng 1.3: Kết quả phân tích mẫu đất tại khu vực nghiên cứu ................................................. 33 Bảng 1.4: Thống kê dân số xã Phú Thịnh tính đến 12/2017 ................................................... 34 Bảng 1.5: Hiện trạng lao động xã Phú Thịnh tính đến tháng 12/2017 ..................................... 35 Bảng 2.1: Diện tích các ô ruộng điển hình ............................................................................... 40 Bảng 2.2: Giống, mật độ và thời vu gieo cấy khu vực nghiên cứu .......................................... 52 Bảng 2.3: Các chỉ tiêu đánh giá các đặc điểm sinh trưởng, phát triển của lúa ........................ 53 Bảng 3.1: Tổng hợp hệ số phát thải CH4 và mực nước ruộng xuân mùa 2017........................ 66 Bảng 3.2: Tổng hợp hệ số phát thải CH4 và mực nước ruộng vụ mùa 2017 ........................... 66 Bảng 3.3: Cường độ phát thải khí mê tan trung bình 2 vụ năm 2017 ...................................... 68 Bảng 3.4: Các chỉ tiêu cấu thành năng suất lúa năm 2017....................................................... 68 Bảng 3.5: Tổng hợp lượng nước tưới và năng suất.................................................................. 70 Bảng 3.6: Bảng tổng hợp đánh giá hiệu quả kinh tế ................................................................ 71 Bảng 3.7: Lượng phát thải khí nhà kính theo các công thức ................................................... 72 Bảng 3.8: Lượng bơm tưới mặt ruộng cho từng khu thí nghiệm vụ xuân 2017 ...................... 73 Bảng 3.9: Lượng bơm tưới mặt ruộng cho từng khu thí nghiệm vụ mùa 2017 ....................... 74 Bảng 3.10: Lượng nước tưới năm 2017 ................................................................................... 75 Bảng 3.11: Tổng hợp quy trình quản lý nước cho lúa vụ xuân (110 ngày) ............................. 77 Bảng 3.12:Tổng hợp quy trình quản lý nước cho lúa mùa (95 ngày) ...................................... 79 vi
MỤC LỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1: Phát thải khí nhà kính năm 2010 trong lĩnh vực nông nghiệp.................................. 20 Hình 1.2: Sơ đồ phân hủy Xenlulozơ ....................................................................................... 22 Hình 1.3: Sơ đồ phân giải các hợp chất hữu cơ chứa N ........................................................... 24 Hình 1.4: Vị trí địa lý vùng đồng bằng sông Hồng .................................................................. 26 Hình 1.5: Vị trí khu bố trí thí nghiệm ....................................................................................... 29 Hình 1.6: Trạm bơm và kênh khu thí nghiệm .......................................................................... 37 Hình 1.7: Sơ đồ tổ chức của Hợp tác xã dịch vụ nông nghiệp Phú Thịnh ............................... 38 Hình 2.1 Sơ đồ khu thí nghiệm từ ảnh vệ tinh.......................................................................... 40 Hình 2.2: Sơ đồ lấy nước cho các khu thí nghiệm ................................................................... 42 Hình 2.3: Sơ đồ quy trình tưới vụ Xuân ô khô kiệt (S) ............................................................ 43 Hình 2.4: Quy trình tưới vụ mùa -ô khô kiệt (S) ...................................................................... 44 Hình 2.5: Quy trình tưới vụ xuân -ô khô vừa (W).................................................................... 45 Hình 2.6: Quy trình tưới vụ mùa - ô khô vừa (W) ................................................................... 46 Hình 2.7: Quy trình tưới vụ xuân - ô truyền thống (C) ............................................................ 46 Hình 2.8: Quy trình tưới vụ mùa - ô truyền thống (C) ............................................................. 46 Hình 2.9: Vị trí các cống điều tiết ............................................................................................ 47 Hình 2.10: Hiện trạng và sau khi hoàn thành cống điều tiết .................................................... 48 Hình 2.11: Thi công bờ bao chống thoát nước ......................................................................... 48 Hình 2.12: Thiết bị đo mực nước trên mặt ruộng ..................................................................... 49 Hình 2.13: Thiết bị đo mực nước trên mặt kênh (trái), thiết bị đo độ ẩm. ............................... 50 Hình 2.14: Thiết bị đo và đùng đựng bảo vệ thiết bị tại ruộng ................................................ 50 Hình 2.15: Chember và thiết bị lấy khí nhà kính đầy đủ .......................................................... 51 Hình 2.16: Thiết bị đo khí tượng thủy văn ............................................................................... 52 Hình 2.17: Lấy mẫu khí trong mô hình lúa hàng hóa xã Phú Thịnh ........................................ 57 Hình 3.1: Biểu đồ lượng mưa và nhiệt độ vụ xuân năm 2017.................................................. 59 Hình 3.2: Biểu đồ lượng mưa và nhiệt độ vụ mùa năm 2017 .................................................. 60 Hình 3.3: Biểu đồ độ ẩm vụ xuân năm 2017 ............................................................................ 61 Hình 3.4: Biểu đồ độ ẩm vụ mùa năm 2017 ............................................................................. 61 Hình 3.5: Mực nước trong kênh, lượng mưa và lượng bơm tưới vụ xuân 2017 ...................... 62 Hình 3.6: Mực nước trong kênh, lượng mưa và lượng bơm tưới vụ mùa 2017 ....................... 62 Hình 3.7: Mực nước trên các ô ruộng vụ xuân 2017 ................................................................ 63 Hình 3.8: Mực nước trên các ô ruộng vụ mùa 2017 ................................................................. 63 vii
Hình 3.9: Biểu đồ phát thải khí CH4 vụ xuân 2017 ................................................................. 64 Hình 3.10: Biểu đồ phát thải khí CH4 vụ mùa 2017 ................................................................ 64 Hình 3.11: Diễn biến cường độ phát thải khí mêtan trung bình vụ xuân theo 3 công thức.............. 65 Hình 3.12: Diễn biến cường độ phát thải khí mêtan trung bình vụ mùa theo 3 công thức .............. 65 Hình 3.13: Cường độ phát thải khí mêtan trung bình 2 vụ năm 2017 ..................................... 68 Hình 3.14: Lượng nước tưới trung bình trên 1ha năm 2017 .................................................... 75 Hình 3.15: Quy trình quản lý nước vụ xuân – vùng ĐBSH ..................................................... 77 Hình 3.16: Quy trình quản lý nước mặt ruộng vụ mùa – vùng ĐBSH .................................... 79 Hình 3.17: Lắp đặt ống dẫn nước............................................................................................. 81 Hình 3.18: Lắp đặt ống quan sát mực nước trên ruộng............................................................ 82 Hình 3.19: Theo dõi nước trong ống quan sát ......................................................................... 83 viii
MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Ở nước ta, nông nghiệp là ngành sử dụng nước nhiều nhất. Theo thống kê, lượng nước sử dụng hàng năm cho sản xuất nông nghiệp vào khoảng 93 tỷ m3, cho công nghiệp khoảng 17,3 tỷ m3, cho sinh hoạt là 3,09 tỷ m3 và cho ngành dịch vụ là 2,0 tỷ mét. Trong tương lai đến năm 2030, cơ cấu dùng nước giữa các ngành sẽ thay đổi theo xu hướng: nông nghiệp 75%, công nghiệp 16% và ngành dịch vụ, tiêu dùng là 9%. Trong sản xuất nông nghiệp thì nước dùng cho canh tác lúa là chủ yếu; tập quán canh tác lúa nước truyền thống của người dân hiện nay thường sử dụng rất nhiều nước. Lượng nước tưới mặt ruộng hàng vụ tiêu tốn từ 4500-5500 m3/ha vụ hè thu và 5500-6500 m3/ha vụ chiêm xuân, chưa kể lượng nước lãng phí do quản lý nước tưới không hiệu quả. Theo thống kê năm 2017, tổng diện tích đất trồng lúa được tưới đạt trên 7,8 triệu ha (vụ Đông Xuân 3,12 triệu ha, Hè Thu 2,11 triệu ha, Mùa 1,97 triệu ha, Thu Đông 0,615 triệu ha), tập trung chủ yếu tại vùng Đồng bằng sông Hồng (ĐBSH), ven biển miền Trung và Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL). Lượng nước sử dụng hàng năm ít nhất cũng khoảng 46,8 tỷ m3 nước. Theo kết quả kiểm kê phát thải khí nhà kính (KNK) của Việt Nam năm 2000, ngành nông nghiệp là ngành có lượng phát thải KNK cao nhất với lượng phát thải là 65,09 triệu tấn CO2 chiếm 43,1% tổng lượng phát thải KNK, trong ngành nông nghiệp khu vực trồng lúa là khu vực có lượng phát thải lớn nhất với lượng phát thải chiếm 57,5% tổng lượng phát thải ngành nông nghiệp. Ước tính đến năm 2030 tổng lượng phát thải KNK lên tới 96,7 triệu tấn. Như vậy, nếu không có các giải pháp giảm phát thải KNK thì ngành nông nghiệp vẫn tiếp tục là ngành phát thải KNK chiếm tỷ trọng cao. Các nghiên cứu chỉ ra rằng bằng các biện pháp thủy lợi, rút nước trong một số giai đoạn của việc trồng lúa có thể giảm từ 20÷44% lượng phát thải khí CH4 so với kỹ thuật tưới truyền thống. Hiện nay, Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn (BNNPTNT) đã thực hiện nhiều giải pháp đồng bộ để phát triển nông nghiệp mang lại năng suất cao, phát thải thấp và bảo vệ môi trường.Vì vậy, nghiên cứu quản lý nước tiết kiệm trên ruộng lúa vùng 1
Đồng bằng sông Hồng - Thí điểm tại xã Phú Thịnh, huyện Kim Động, tỉnh Hưng Yên có ý nghĩa khoa học và thực tiễn cao. 2. Mục tiêu nghiên cứu Xác định được chế độ quản lý nước tiết kiệm cho lúa giúp giảm phát thải khí nhà kính (CH4) vùng Đồng bằng sông Hồng, từ đó làm cơ sở đề xuất quy trình quản lý nước tiết kiệm trên ruộng lúa vùng Đồng bằng sông Hồng. 3. Phạm vi nghiên cứu Phạm vi nghiên cứu là vùng đồng bằng sông Hồng gồm 10 tỉnh, thành phố bao gồm: Hà Nội, Hải Phòng, Hải Dương, Hưng Yên, Bắc Ninh, Vĩnh Phúc, Thái Bình, Hà Nam, Nam Định và Ninh Bình. 2
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU VÀ KHU VỰC NGHIÊN CỨU 1.1. Tổng quan vấn đề nghiên cứu 1.1.1. Mối quan hệ giữa nước tưới và cây trồng Nước là nhân tố sinh thái quan trọng bậc nhất đối với tất cả các cơ thể sống trên Trái Đất. Thực vật không thể sống thiếu nước. Chỉ cần giảm chút ít hàm lượng nước trong tế bào đã gây ra sự kìm hãm đáng kể những chức năng sinh lý quan trọng như quang hợp, hô hấp và do đó ảnh hưởng đến sự sinh trưởng của cây. Vai trò sinh lý của nước đối với cây là rất phức tạp, nhưng được phản ánh tập trung như sau: Nước được xem như là thành phần quan trọng xây dựng nên cơ thể cây trồng. Trong chất nguyên sinh hàm lượng nước chiếm 90% trọng lượng và nó quyết định tính ổn định cấu tạo nguyên sinh chất cũng như các biến đổi của các trạng thái keo sinh chất. Nước là dung môi đặc biệt cho các phản ứng hóa sinh sảy ra trong cây, là nguyên liệu quan trọng cho một số phản ứng. Chẳng hạn nước tham gia vào phản ứng quang hợp va oxi hóa nguyên liệu hô hấp giải phóng năng lượng cung cấp cho các quá trình sống khác; nước tham gia vào hàng loạt các phản ứng thủy phân quan trọng như thủy phân tinh bột, protein, v.v… Nước trong cây là môi trường hòa tan tất cả các chất khoáng lấy từ đất lên và tất cả các chất hưu cơ trong cây như các sản phẩm quang hợp, các vitamin, các phytohormon, các enzym,v.v… Và vận chuyển lưu thông đến tất cả tế bào, các mô cơ và các cơ quan trọng trong cơ thể. Chính vì vậy mà nước đã đảm bảo mối quan hệ mật thiết và hài hòa giữa các cơ quan trong cơ thể như là một chỉnh thể thống nhất. Nước tham gia vận chuyển các sản phẩm hữu cơ về dữ trữ lại ở cơ quan có giá trị kinh tế, v.v… Nước trong cây còn là chất điều chỉnh nhiệt độ, nhất là gặp nhiệt độ không khí cao, nhờ quá trình bay hơi nước làm giảm nhiệt độ ở bề mặt lá tạo điều kiện cho quá trình quang hợp và các hoạt động sống khác tiến hành thuận lợi. Nước được xem như là một chất dự trữ trong thân và lá, nhờ đó mà sống được trong điều kiện khô hạn như sa mạc, các bãi cát và đồi trọc,v.v… 3
Tế bào thực vật bao giờ cũng duy trì một sức trương nhất định. Nhờ sức trương nước khi tế bào ở trạng thái no nước mà cây luôn ở trạng thái tươi tỉnh, rất thuận lợi cho các hoạt động sinh lí, quá trình sinh trưởng và phát triển của cây. Rõ ràng, nước vừa tham gia cấu trúc nên cơ thể thực vật, vừa quyết định các biến đổi sinh hóa và các hoạt động sinh lí trong cây cũng như quyết định sinh trưởng, phát triển của cây. Chính vì vậy mà nước được xem là yếu tố sinh thái quan trọng nhất đảm bảo và quyết định năng suất cây trồng. Nước thực hiện được các chức năng quan trọng của nó ở trong cây là nhờ có những đặc tính lý hóa đặc thù. Chẳng hạn, nước so tính dẫn nhiệt cao nên có tác dụng điều chỉnh được nhiệt trong cây. Nước có sức căng bề mặt lớn giúp cho quá trình hấp thụ và vận chuyển vật chất trong cây được dễ dàng. Nước có thể cho anh sáng xuyên qua nên các thực vật thủy sinh mới có thể quang hợp thủy tồn tại. Nước có tính phân cực rõ ràng, nên trong chất nguyên sinh nó gây ra hiện tượng thủy hóa, tạo nên màng nước bao quanh keo nguyên sinh chất và duy trì sự ổn định về cấu trúc keo nguyên sinh cũng như đảm bảo khả năng hoạt động sống của chúng. Nước có vai trò quan trọng đối với cây như vậy, nên trong đời sống của cây, chúng tiêu phí một khối lượng nước khổng lồ. Để tạo nên 1g chất khô cây cần đến hàng trăm gam nước. Để hình thành nên 1kg chất khô cây lúa cần trên 300kg nước; Cây mía cần trên 200kg nước, còn cây lạc cần trên 400kg nước…Như vậy, phần lớn lượng nước cây trồng hấp thụ vào bị mất đi quá trình bay hơi nước, cây chỉ giữ lại một phần nước rất nhỏ để tạo nên các sản phẩm hữu cơ. Đối với các cây trồng, trong hầu hết các điều kiện luôn luôn có một chế độ nước tối ưu. Bất kỳ một sự thay đổi nào về chế độ ẩm tối ưu đều dẫn đên sinh trưởng và năng suất giảm xuống. 1.1.2. Tổng quan tình hình quản lý nước tiết kiệm trên Thế giới và Việt Nam 1.1.2.1. Tổng quan tình hình quản lý nước tiết kiệm trên ruộng lúa Thế giới Hiện nay trên toàn thế giới có 3.800 tỷ m3 nước được khai thác sử dụng, trong đó có 2.700 tỷ m3 (chiếm 70%) được sử dụng trong tưới tiêu nông nghiệp. Tuy nhiên, nhu cầu nước sử dụng trong tưới tiêu nông nghiệp lại thay đổi tùy thuộc vào điều kiện tự nhiên, cơ cấu kinh tế và dân số của từng khu vực, quốc gia. Ví dụ: Gần 95% lượng nước tại các nước đang phát triển được sử dụng để tưới tiêu cho nông nghiệp. Trong 4
khi đó tại các nước phát triển như Hy Lạp, Tây Ban Nha, Bồ Đào Nha lượng nước được sử dụng để tưới tiêu cho nông nghiệp lần lượt chiếm 88%, 72%, 59%. Tùy theo điều kiện cung cấp nước, địa hình, đất trồng lúa có thể phân chia làm các loại như sau: đất lúa đồng bằng được tưới (chiếm khoảng 79 triệu ha), đất lúa nhờ nước mưa ( 54 triệu ha), đất lúa ngập nước quanh năm (11 triệu ha), đất lúa nương rẫy (14 triệu ha). Trong số 79 triệu ha đất lúa thuộc khu vực đồng bằng được tưới cung cấp cho thế giới 75% tổng sản lượng lúa của thế giới. [3]. Như vậy nước đóng một vai trò quan trọng trong nền nông nghiệp toàn thế giới song có một thực tế đó là hiện nay nguồn nước ngầm đã giảm mạnh và cạn kiệt ở 20 nước với dân số chiếm tới 50% dân số thế giới. Nạn khan hiếm nước cho nông nghiệp tại 3 nước sản xuất ngũ cốc hàng đầu thế giới là Mỹ, Trung Quốc, Ấn Độ đặc biệt đáng lo ngại. Liên Hợp Quốc khẳng định Châu Á có thể đối mặt với tình trạng thiếu lương thực triền miên nếu không tiến hành một cuộc cách mạng triệt để thói quen sử dụng nước. Châu Á sở hữu tới 70% diện tích đất được tưới của thế giới vì vậy người nông dân phải tự chịu trách nhiệm về việc đưa nước vào đồng ruộng của họ. Phần lớn nông dân chỉ sử dụng những thiết bị bơm nước và phương pháp tưới tiêu lạc hậu, không hiệu quả nhưng lại có thể lấy một lượng nước không hạn chế vào đồng ruộng khiến các nguồn nước ngày một cạn kiệt. Nếu thói quen này vẫn tiếp diễn thì khủng hoảng lương thực sẽ bùng phát khắp Châu Á. Nếu cứ sử dụng nước như hiện nay, khu vực Nam Á sẽ cần thêm 57% nước để tưới tiêu đồng ruộng, còn các nước Đông Á cần thêm 70%. Nguồn nước cung cấp cho nền nông nghiệp có tưới thậm chí còn bị cắt giảm nhiều hơn do phải cạnh tranh với các ngành dùng nước khác như cấp nước sinh hoạt, cấp nước công nghiệp v.v... Trong bối cảnh nhu cầu lương thực gia tăng cùng với sự gia tăng của dân số thế giới, biến đổi khí hậu cũng như sự suy giảm nguồn nước đã dẫn tới một thách thức lớn cho ngành nông nghiệp toàn cầu, đòi hỏi cần tìm kiếm các giải pháp nhằm tăng hiệu quả sử dụng nước (sản xuất lượng lương thực nhiều hơn trên một đơn vị nước tưới). Diện tích đất canh tác trên thế giới khoảng 1.500 triệu ha, trong đó có 288 triệu ha (chiếm 19%) hiện nay được tưới tiêu. Kỹ thuật tưới khô ướt xen kẽ đang gia tăng tại nhiều nước Châu Á. 5
Ở Trung Quốc do giảm nguồn cung cấp nước cho nông nghiệp, nên phương pháp tiết kiệm nước tưới cho lúa đã được thử nghiệm, áp dụng và mở rộng ở các vùng khác nhau của đất nước. Ba loại chính của tưới tiết kiệm nước (WEI) cho chế độ canh tác lúa là kết hợp lớp nước nông có làm ướt và làm khô (SWD), làm ướt và làm khô xen kẽ (AWD) và bán khô (SDC). Dựa trên các kết quả của các thí nghiệm so với tưới lúa truyền thống (TRI), việc sử dụng nước tưới đã được giảm 3÷18%, 7÷25% và 20÷50% tương ứng SWD, AWD và SDC. Do việc áp dụng các WEI, hiện tượng thấm và rò rỉ thất thoát giảm, bên cạnh đó việc tận dụng lượng mưa tốt hơn. Tại Pakistan, lúa là cây lương thực quan trọng và được trồng trên diện tích 2,52 triệu ha với sản lượng hàng năm của 5,20 triệu tấn. Theo tập quán và sử dụng nước truyền thống, nông dân áp dụng nhiều nước hơn cho cây lúa so với yêu cầu thực tế cây trồng. Để tiết kiệm nước, lúa được trồng trên nền và rãnh nơi mà sử dụng nước ít hơn so với phương pháp truyền thống. Các kết quả của các thí nghiệm thực hiện trong ba năm cho thấy hiệu quả sử dụng nước cho lúa theo hệ thống có đáy rãnh có thể được tăng lên đến 0,39 kg/m3 nước so với 0,20 kg/m3 thông thường được thu theo phương pháp tưới truyền thống. Cấy hai hàng cây lúa trên nền (khoảng cách 22 cm) kết hợp với rãnh đã tiết kiệm 32% nước. Nghiên cứu ở Mỹ được tiến hành ở các bang Texas, Missouri, Louisiana và Arkansas đã đi đến các kết luận, Lúa có thể sinh trưởng và phát triển trong điều kiện tưới dải, tưới rãnh hay tưới phun nhưng không kinh tế trong điều kiện của Mỹ. Việc giảm năng suất là yếu tố quyết định của biện pháp tưới ẩm này. Do vậy, trong trường hợp thiếu nước thì tốt nhất là nên theo phương pháp tưới nông lộ phơi hơn là tưới ẩm. Kết luận quan trọng được rút ra từ các nghiên cứu này là: Cây lúa trong điều kiện tưới ẩm thường giảm năng suất tỉ lệ thuận với việc giảm lượng nước tưới, đặc biệt là trong các giai đoạn cây lúa nhạy cảm đối với việc thiếu nước. Năng suất lúa trung bình đối với tưới ẩm thường thấp hơn năng suất lúa tưới ngập là 20% trong điều kiện tương tự về chăm sóc đất đai và bón phân. Trong điều kiện tốt nhất năng suất này cũng giảm từ 10÷50%. 6
Tuy nhiên đối với các giống lúa năng suất thấp, sự khác nhau giữa tưới ngập và tưới phun được giảm nhỏ. Sự khác nhau giữa tưới ngập và tưới không ngập thay đổi từ 20÷50% tùy thuộc vào loại đất, mưa, và công tác quản lý nước của hệ thống. Thời gian giữa các lần tưới rất quan trọng đối với tưới không ngập vì nếu áp dụng thời gian tưới hợp lý sẽ tránh được stress đối với lúa và tăng được lượng nước mua hiệu quả. Tại Nhật Bản các nhiên cứu cho thấy phơi ruộng vào giữa giai đoạn sinh trưởng của lúa được công nhận là yếu tố tăng năng suất lúa. Biện pháp này đã được áp dụng từ những năm cuối thập kỷ 60 và ngày nay đã trở thành phổ biến ở Nhật Bản. Tuy nhiên, việc nghiên cứu biện pháp nông lộ phơi mới được các nhà khoa học Nhật Bản quan tâm nghiên cứu của Anbumozhi và các đồng sự được tiến hành vào năm 1998. Bằng biện pháp tưới nông lộ phơi với nước mặt ruộng tối đa là 90 mm, áp dụng 30 ngày sau khi cấy và cho kết quả như sau: Năng suất lúa không giảm so với tưới ngập. Chỉ số sản phẩm lúa trên một đơn vị nước của phương pháp tưới nông lộ phơi là 1,26 kg/m3 so với 0,96 kg/m3 của phương pháp tưới ngập. Việc tiết kiệm nước mà không làm giảm năng suất có thể thực hiện được khi duy trì một chế độ nước trong điều kiện ngập–lộ hợp lý. Tại Ấn Độ thì các nghiên cứu ở đây được tiến hành trong 3 thập kỷ qua về một loạt các biện pháp tưới (tưới ngập truyền thống, tưới nông lộ phơi và một số các biện pháp khác) trên hầu hết các khu vực thuộc các hệ thống tưới chính trên toàn Ấn Độ đã đi đến một số kết luận sau đây: - Kết quả tại tất cả các khu thí nghiệm đều cho thấy có sự tăng năng suất lúa và giảm lượng nước tưới khi áp dụng biện pháp tưới nông lộ phơi so với biện pháp tưới ngập liên tục hay các phương pháp khác. Tuy nhiên tỉ lệ tăng năng suất hay tỉ lệ giảm mức 7
tưới có sự khác nhau rất lớn tùy theo kết quả thí nghiệm tại từng vùng và từng địa phương. Giải thích cho sự khác nhau về kết quả thí nghiệm gồm 3 lý do sau: - Sự khác nhau về sự tăng năng suất là do sự không đồng nhất về các yếu tố chi phối khác như giống, khí hậu, loại đất, và lượng phân bón, sâu bệnh, v.v… - Sự khác nhau về lượng nước tiết kiệm được là do chế độ mưa (lượng và sự phân bố) loại đất và vị trí thí nghiệm ở các khu vực thí nghiệm là yếu tố chi phối sự khác nhau này. - Các kết luận chung cho các thí nghiệm này chủ yếu xoay quanh việc khẳng định biện pháp tưới nông lộ phơi đã tiết kiệm được một lượng nước tưới từ 10% đến 77% so với tưới ngập truyền thống. Năng suất lúa cũng tăng từ 20% đến 87%. 1.1.2.2. Tổng quan tình hình quản lý nước tiết kiệm trên ruộng lúa ở Việt Nam Lúa nước được người dân Việt Nam trồng cấy hàng ngàn đời nay. Đã từ lâu, cây lúa đã trở thành cây lương thực chủ yếu, có ý nghĩa quan trọng trong nền kinh tế và xã hội của nước ta. Với vị trí trải dài trên 5 vĩ độ, từ Bắc vào Nam đã hình thành những đồng bằng châu thổ trồng lúa phì nhiêu, cung cấp nguồn lương thực chủ yếu để nuôi sống trên 90 triệu người. Trước năm 45, diện tích trồng lúa ở 2 đồng bằng Bắc Bộ và Nam Bộ là 1,8 triệu và 2,7 triệu ha với sản lượng thóc tương ứng 2,4 và 3,0 triệu tấn. Năng suất bình quân 13 tạ/ha. Đến năm 1974, năng suất lúa đạt 51,4 tạ/ha/năm. Ở miền Nam vào giữa những năm 60, các giống lúa của viện IRRI như IR8, IR5, Đài Trung 1, IR20, IR22,v.v... cũng đã nhập nội. Đến năm 1973, diện tích cấy giống lúa mới đã lên tới 890.000 ha với năng suất toàn vùng 24,8 tạ/ha. Bình quân lương thực quy thóc năm 1976 là 274 kg/người/ năm. 1990 là 325 kg/người/năm và 1994 là 346 kg/người/năm. Việt Nam được cho là nước có tài nguyên dồi dào. Tuy nhiên, trong số hơn 830 tỉ m3 nước được hình thành hàng năm, có 2/3 được hình thành bên ngoài lãnh thổ. Điều này không đảm bảo sự ổn định về nguồn nước hàng năm vì sự phụ thuộc vào tỉ lệ khai 8
thác, sử dụng nước của các vùng thượng nguồn. Mặt khác trong số gần 300 tỉ m3 nước được hình thành trong nội địa, sự phân bố rất không đồng đều cả theo không gian và thời gian đã làm cho nhiều vùng rất khan hiếm nước. Bên cạnh đó, nhu cầu nước của các ngành kinh tế như công nghiệp, thủy sản, giao thông thủy, du lịch,v.v... ngày càng gia tăng làm cho tình hình cấp nước càng trở nên khó khăn. Ngành công nghiệp đang đứng trước thách thức to lớn trong sự cạnh tranh ngày càng gay gắt với các ngành về nguồn nước cấp cho tưới. Thực tế đó đã thúc đẩy việc nghiên cứu nâng cao hiệu quả sử dụng nước trong tưới là giải pháp sống còn trong điều kiện cấp nước ngày càng hạn chế trong nông nghiệp. Việc nâng cao hiệu quả sử dụng nước là việc nghiên cứu các giải pháp trong quy trình, công nghệ tưới cả trên 2 phạm vi hệ thống hay lưu vực và phạm vi mặt ruộng nhằm giảm tổn thất nước vô ích, giảm lượng nước tiêu thụ để sản xuất ra một đơn vị sản phẩm nông nghiệp. Hay nói cách khác là tăng khối lượng sản phẩm nông nghiệp trên một đơn vị nước tưới tiêu thụ. Theo số liệu thống kê, năm 2014 cả nước tổng diện tích lúa được tưới đạt trên 7,8 triệu ha (vụ xuân 3,12 triệu ha, Mùa 2,11 triệu ha, Mùa 1,97 triệu ha, Thu đông 0,615 triệu ha), tập trung chủ yếu tại vùng ĐBSH, ven biển miền Trung và ĐBSCL. Mức tưới vụ xuân là 6000 ÷ 6500 m3/ha-vụ, vụ mùa là 4500 ÷ 5500 m3/ha-vụ, kỹ thuật tưới cho cây lúa hiện nay áp dụng phổ biến là tưới ngập. Mặt khác, trong thời gian gần đây cùng với chủ trương tái cơ cấu ngành nông nghiệp, thì chuyển đổi sản xuất ở một số vùng có điều kiện sản xuất khó khăn do ảnh hưởng của thiên tai (hạn hán, mưa lũ), biến đổi khí hậu hoặc trồng lúa không hiệu quả là một trong những nội dung của đề án tái cơ cấu ngành nông nghiệp. Theo báo cáo của Tổng cục Thủy lợi, hạn hán xảy ra gây nhiều thiệt hại trong những năm qua: Năm 2012 số đợt mưa tại các tỉnh Trung bộ ít hơn trung bình nhiều năm, riêng trong 2 tháng mùa mưa (tháng 10 và 11) từ Quảng Trị đến Ninh Thuận tổng lượng mưa thiếu hụt từ 70 ÷ 90% so với trung bình nhiều năm. Các hồ chứa thuỷ lợi đều nằm trong tình trạng “đói” nước từ 30 ÷ 50%, các tỉnh Tây Nguyên thiếu từ 15 ÷ 30% so với dung tích thiết kế. Đặc biệt các tỉnh Hà Tĩnh, Quảng Nam, Quảng Ngãi, Bình Định, Đăk Lăk thiếu hụt tới 60 ÷ 80%. Với nguồn nước nói trên, khả năng đảm bảo nước tưới lúa trong vụ mùa 2012 ở các tỉnh trên là khó khăn. 9
Có một số nghiên cứu trên phạm vị hệ thống ở Việt Nam như: Trên khía cạnh nghiên cứu cơ bản của Nguyễn Xuân Đông (2008) đã tiến hành nghiên cứu trên phạm vi ô thí nghiệm có kích thước 1,5 x 1,5 m, bố trí 12 ô tại xã Liêm Tuyết, huyện Bình Lục, tỉnh Hà Nam trên nền đất sét pha với giống lúa trồng đại trà IR 203, Thời gian nghiên cứu được tiến hành 4 vụ từ 2005 ÷ 2007. Thí nghiệm được tiến hành theo 10 công thức tưới. - Tưới nông thường xuyên với lớp nước mặt ruộng 30 ÷ 50 mm - Tưới sâu thường xuyên với lớp nước mặt ruộng 50 ÷ 100mm - Tưới nông lộ liên tiếp với công thức tưới 0 ÷ 50 mm (tưới ngay sau khi ruộng cạn nước). - Tưới nông lộ phơi với công thức tưới 0 ÷ 50 mm (tưới ngay khi ruộng cạn nước 3 ngày). - Tưới nông lộ phơi với công thức tưới 0 ÷ 50 mm (tưới ngay khi ruộng cạn nước 6 ngày). - Tưới nông lộ phơi với công thức tưới 0 ÷ 50 mm (tưới ngay khi ruộng cạn nước 9 ngày). - Tưới nông lộ phơi với công thức tưới 0 ÷ 100 mm (tưới ngay khi ruộng cạn nước). - Tưới nông lộ phơi với công thức tưới 0 ÷ 100 mm (tưới ngay khi ruộng cạn nước 3 ngày). - Tưới nông lộ phơi với công thức tưới 0 ÷ 100mm (tưới ngay khi ruộng cạn nước 6 ngày). -Tưới nông lộ phơi với công thức tưới 0 ÷ 100mm (tưới ngay khi ruộng cạn nước 9 ngày). Kết quả cho thấy sự dao động của năng suất lúa của các công thức thí nghiệm là không đáng kể. Trong toàn bộ các công thức thí nghiệm, mức dao động không quá 10% giá trị so với năng suất của ô đối chứng. Tuy nhiên, về mức tưới kết quả thí nghiệm cho 10
thấy mức tưới dao động khá lớn. Ở các công thức tưới nông lộ phơi, thời gian phơi ruộng càng nhiều thì hệ số sử dụng nước càng tăng. Do vậy mức tưới tăng lên tùy theo mức độ nứt nẻ lượng nước bị mất do thẩm lậu theo chiều thẳng đứng có khác nhau. Thí nghiệm trình diễn tưới tiết kiệm nước tại thôn Địch Trung, xã Phương Đình huyện Đan Phượng đã được tiến hành trên quy mô 4,14 ha (diện tích ô ruộng thí nghiệm là 2,16ha, diện tích ô ruông khu đối chứng là 1,98ha). Quy trình tưới theo các sinh trưởng của cây lúa được chia thành 5 giai đoạn gồm: - Giai đoạn 1 ( 10 ngày đầu sau cấy): Tưới bình thường như khu đối chứng. - Giai đoạn 2: (Từ ngày thứ 11 đến ngày thứ 30): Tưới ngập 5cm nước cho đến khi ruộng cạn nước thì tưới tiếp. - Giai đoạn 3 (Từ ngày thứ 31 đến ngày thứ 45, giai đoạn hãm đẻ nhánh): Thời gian này phơi ruộng. - Giai đoạn 4 (Từ ngày thứ 46 đến lúa đỏ đuôi (ngày thứ 85 ÷ 90)): Tưới ngập 5cm, ruộng cạn nước 3 đến 5 ngày sau mới tưới, tùy thuộc vào vụ tưới. Đối với vụ xuân ruộng cạn nước 5 ngày sau mới tưới. Đối với vụ hè thu ruộng cạn nước 3 ngày sau mới tưới. Quy trình này nhằm tránh sự hình thành các vết nứt nẻ sâu làm phá mằng chống thấm thẳng đứng, làm tăng sự thẩm lậu của ruộng lúa. - Đối với khu đối chứng nước được tưới theo phương pháp thông thường theo công thức tưới nông thường xuyên (30 ÷ 50)mm. Tức là khi lớp nước mặt ruộng đạt đến trị số 30mm thì tưới ngay. Kết quả thí nghiệm cho thấy lượng nước tưới dưỡng cho ô thi nghiệm ít hơn từu 21,6÷39,3% so với lô ruộng đối chứng. Số lần tưới giảm từ 8 đến 9 lần. Riêng đối với năm 2008 trong một thời gian dài từ ngày 06/05/2008 đến ngày thu hoạch, toàn bộ khu vực thí nghiệm không có nước tưới nên lượng nước tưới tiết kiệm ở các giai đoạn trước là 13,4%. Qua đó thấy lượng nước tiết kiệm được từ áp dụng mô hình là rất lớn và đặc biệt phát huy hiệu quả nếu mô hình được áp dụng cho những vùng canh tác khan hiếm về nguồn nước. 11
Nghiên cứu xác định chế độ tưới tiết kiệm nước cho lúa trong điều kiện diện hẹp tại Thường Tín. Về thí nghiệm chế độ tưới tưới tiết kiệm nước cho lúa trong điều kiện diễn hẹp phục vụ cho nghiên cứu cơ bản, đề tài đã nghiên cứu tiến hành thí nghiệm trên quy mô 24 ô trên tổng số 32 ô đặt tại Trung tâm Nghiên cứu Thủy nông Bắc bộ thuộc Viện Khoa học Thủy lợi tại Thường Tín. Để nghiên cứu ảnh hưởng của đường quá trình lớp nước mặt ruộng đến mức tưới, đề tài đã tiến hành bố trí 10 công thức thí nghiệm tưới khác nhau gồm: nông thường xuyên (30 -50 mm); sau thường xuyên (50-100mm); nông - lộ liên tiếp (0 – 50mm); sâu – lộ liên tiếp (0 -100mm); nông – lộ phơi (0 – 50mm); sâu – lộ - phơi (0 -100 mm) với các thời gian phơi ruộng là 3 ngày, 6 ngày và 9 ngày. Kết quả thí nghiệm trong 5 vụ tai Thường tín cho thấy, mức tưới phụ thuộc vào 2 yếu tố của công thức tưới alf thời gian phơi ruộng và độ sâu và độ sâu lớp nước mặt ruộng. - Về thời gian phơi ruộng: Kết quả thí nghiệm cho thấy thơi gian phơi ruộng tỉ lệ nghịch với mức tưới. Thời gian phơi ruộng càng dài, mức tưới càng giảm. Nguyên nhân có thể là do lượng tổn thất do thấm giảm và làm tăng lượng mưa hiệu quả khi thời gian phơi ruộng tăng lên. - Về độ sâu lớp nước mặt ruộng: Kết quả thí nghiệm cho thấy khi đố sâu lớp nước mặt ruộng tăng lên , mức tưới có xu hướng tăng lên. Kết quả thí nghiệm tai 5 vụ từ 200- 2008 cho thấy mức tưới sâu thường xuyên (50-100mm) cao hơn mức tưới của công thức nông thường xuyên (30-500mm) từ 10 đến xấp xỉ 18%. Tương ứng mức tưới nông- lộ liên tiếp so với sâu lộ liên tiếp chênh lệch nhau nhau từ 4 đên 18%. Mức tưới tưới của các công thức nông - lộ phơi và sâu lộ phơi đều chênh lệch nhau theo xu thế tăng tỉ lệ thuận với chiều sâu lớp nước mặt ruộng của công thức tưới. Kết quả thí nghiệm trình diễn tưới tiết kiệm nước tạ Bắc Nghệ An Khu trình diễn mô hình thí nghiệm cho lúa được xây dựng và vận hành trên khu ruộng của các hộ dân thôn 5 xã Quỳnh Hồng. Tổng diện tích khu ruộng trình diễn là 32500 m2 được chia làm 2 ô gồm: 12