1
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT
VIỆN KHOA HỌC NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM
BÙI THỊ PHƯƠNG LOAN
NGHIÊN CỨU HIỆN TRẠNG HỮU CƠ VÀ BIỆN PHÁP NÂNG CAO KHẢ NĂNG CỐ ĐỊNH CÁC BON TRONG ĐẤT CÁT BIỂN VÙNG BẮC TRUNG BỘ
Chuyên ngành: Khoa học Đất
Mã số: 9.62.01.03
TÓM LUẬN ÁN TIẾN SĨ NÔNG NGHIỆP
HA NOI - 2018
2
Công trình được hoàn thành tại: Viện Khoa học Nông nghiệp Việt Nam Người hướng dẫn khoa học: 1. PGS.TS. Phạm Quang Hà 2. TS. Trần Minh Tiến
Phản biện 1: Phản biện 2: Phản biện 3:
Luận án được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án cấp Viện họp tại: Viện khoa học Nông nghiệp Việt Nam Vào ngày tháng năm 2018
Có thể tìm hiểu luận án tại: 1. Thư Viện Quốc gia 2. Thư Viện Viện Khoa học Nông nghiệp Việt Nam 3. Thư Viện Viện Môi trường Nông nghiệp
1
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Vùng Bắc Trung Bộ có khoảng 215,3 nghìn ha đất cát biển (chiếm 41% diện tích đất cát biển cả nước) bao gồm 3 loại chính: cồn cát trắng, cồn cát vàng; đất cát ven biển. Đất cát biển có thành phần cơ giới cát đến cát rời - cát pha, nghèo mùn và các chất dinh dưỡng, khả năng trao đổi dung tích hấp thu (CEC) rất thấp, thường chỉ đạt < 10 cmolc/kg; khả năng giữ nước và chất dinh dưỡng rất kém nên chất hữu cơ trong đất bị khoáng hóa nhanh, khả năng cải tạo hữu cơ cho đất kém. (Hồ Quang Đức, 2015).
Chất hữu cơ có vai trò quan trọng trong việc hình thành, duy trì phát triển độ phì nhiêu và khả năng sản xuất của đất. Các bon hữu cơ trong đất nhiệt đới có tuổi phóng xạ thấp, đã ít về lượng lại bị thoái hóa nhanh. Cố định các bon trong đất, đặc biệt là trong đất cát biển vùng Bắc Trung Bộ có vai trò quan trọng trong việc giữ gìn độ phì nhiêu đất và sử dụng đất bền vững, bảo vệ môi trường. Do đó cần có các nghiên cứu về biện pháp làm tăng tích lũy các bon trong đất canh tác.
Xuất phát từ yêu cầu thực tiễn, nghiên cứu sinh (NCS) đã thực hiện công trình: “Nghiên cứu hiện trạng hữu cơ và biện pháp nâng cao khả năng cố định các bon trong đất cát biển vùng Bắc Trung Bộ” 2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài 2.1. Mục tiêu tổng quát:
Nghiên cứu đề xuất được giải pháp nâng cao độ phì nhiêu đất cát biển thông qua cải thiện chất và lượng hữu cơ nhằm góp phần nâng cao hiệu quả sử dụng đất, bảo đảm hiệu quả của sản xuất trồng trọt, giảm phát thải khí nhà kính, bảo vệ môi trường trên đất cát biển vùng Bắc Trung Bộ. 2.2. Mục tiêu cụ thể: + Đánh giá được hiện trạng hữu cơ (các bon tổng số và thành phần mùn) trong đất cát biển ở các loại sử dụng đất vùng Bắc Trung Bộ. + Xác định được mối quan hệ giữa các bon tổng số trong đất với tính chất vật lý, hoá học trong đất cát biển. + Lượng hóa được khả năng tích lũy các bon trong đất cát biển dưới một số loại sử dụng đất ở vùng Bắc Trung Bộ. + Đề xuất được một số biện pháp canh tác cải thiện hữu cơ để nâng cao hiệu quả sử dụng đất góp phần giảm phát thải KNK tại vùng nghiên cứu
2
3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 3.1. Ý nghĩa khoa học: 1. Xác định được đặc điểm chất hữu cơ trong mối quan hệ với loại sử dụng đất và tính chất lý, hóa học của đất cát biển vùng Bắc Trung Bộ làm cơ sở sử dụng đất bền vững. 2. Bổ sung cơ sở khoa học để đề xuất qui trình canh tác hợp lý trên đất cát biển giúp nông dân tăng năng suất trồng trọt, tăng độ phì đất, đảm bảo sản xuất bền vững và góp phần giảm phát thải khí nhà kính. 3.2. Ý nghĩa thực tiễn: Góp phần cải thiện độ phì nhiêu đất cát biển để nâng cao năng suất và chất lượng nông sản, tạo điều kiện phát triển bền vững nền tăng trưởng xanh cho vùng đất cát ven biển trong định hướng phát triển nền các bon thấp. 4. Tính mới và những đóng góp của đề tài
Nghiên cứu khả năng cố định các bon trong đất cát biển trong mối quan hệ với loại sử dụng đất và biện pháp giảm phát thải khí nhà kính. Đề xuất được các giải pháp kỹ thuật cải thiện hấp phụ các bon trong đất cát biển và dự báo phát thải khí nhà kính theo kịch bản BĐKH đến năm 2035. Kết quả nghiên cứu của luận án góp phần làm giảm quá trình thoái hóa hữu cơ trong đất, giảm phát thải KNK, phục vụ sử dụng đất bền vững và bảo vệ môi trường. 5. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 5.1. Đối tượng nghiên cứu + Giống lúa Kinh Sở Ưu 1588 và giống lạc L14 + Đất cát biển + Phân bón: Phân đạm urê (46% N), phân supe phốtphát (16% P2O5), phân kali clorua (60% K2O). + Vật liệu được làm từ phụ phẩm nông nghiệp: Phân ủ từ rơm và phân chuồng; than sinh học. 5.2. Phạm vi nghiên cứu
Địa điểm nghiên cứu: điều tra đánh giá hiện trạng tại Nghệ An và Thừa Thiên Huế; bố trí thí nghiệm và mô hình tại xã Nghi Tiến, huyện Nghi Lộc, tỉnh Nghệ An Thời gian bố trí thí nghiệm và mô hình: Vụ lúa xuân, lúa mùa 2015, 2016; Vụ lạc đông xuân, lạc thu đông 2015-2016.
3
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU NGHIÊN CỨU
1.1. Các kết quả nghiên cứu ở nước ngoài 1.1.1. Chât hữu cơ trong đất và quá trình chuyển hóa chất hữu cơ, tổng hợp chất mùn trong đất
Chất hữu cơ trong đất bao gồm: Tàn dư động thực vật còn tươi (chưa phân hủy); Chất hữu cơ đang thối rữa; Chất hữu cơ bền vững (mùn); Sinh vật sống. Trong đó, nguồn được bổ sung từ tàn dư thực vật chiếm khoảng 4/5 tổng số chất hữu cơ, trung bình 1,0 - 15,3 tấn/ha/năm. Theo Sylvia David M. và cộng sự (2005) cho thấy chỉ có khoảng 10 - 20% tổng lượng tàn dư được chuyển hóa thành chất hữu cơ trong đất.
Theo Wood M. (2009): Tốc độ phân hủy xác hữu cơ do vi sinh vật còn phụ thuộc lớn vào chất lượng của tàn dư hữu cơ, đặc biệt là tỷ lệ C/N. Nếu tỷ lệ C/N cao hơn 20 thì giai đoạn đầu của quá trình phân giải vi sinh vật phải lấy N từ môi trường gây ra sự canh tranh N với cây trồng. Tỷ lệ C/N thấp hơn 20, kết hợp với điều kiện môi trường thuận lợi, quá trình phân giải sẽ thuận lợi, môi trường đất sẽ có N tích luỹ, vi sinh vật và cây trồng không xảy ra sự cạnh tranh N nhưng lại thúc đẩy quá trình khoáng hóa làm mất chất hữu cơ. Khi C/N quá cao (>30) sẽ ức chết quá trình phân giải chất hữu cơ. C/N quá thấp (<10) quá trình phân hủy chất hữu cơ bị đình trệ. 1.1.2. Một số biện pháp cải thiện chất hữu cơ trong đất và trong các loại sử dụng đất
Lượng các bon được dự trữ trong đất lớn hơn gấp 3 - 4 lần các bon trong sinh khối. Do vậy, việc tăng khả năng lưu giữ các bon trong đất được cho là biện pháp bảo tồn các bon hiệu quả hơn so với tăng sinh khối trên mặt đất (Batjes, N. H., 1998).
Bón rơm rạ vào đất làm tăng hàm lượng các chất dinh dưỡng, cân bằng các bon (348 kgC/ha) lớn hơn so với không bón (322 kgC/ha), cân bằng đạm là 60 kgN/ha cao hơn so với không bón là 51 kgN/ha. Đối với lân và kali trong đất đã cho cân bằng dương khi sử dụng nguồn phế phụ phẩm, P là 23,1 kgP2O5/ha và K là 11,7 kgK2O/ha, nếu không bón phế phụ phẩm thì cân bằng của P là 19,2 kgP2O5/ha và K là -33,5 kgK2O/ha (Anthony và cộng sự, 2003).
Nghiên cứu của Dieko (2005), sau 17 năm đã chỉ ra rằng, trong công thức luân canh với sử dụng tối đa nguồn hữu cơ từ cây họ đậu trong đó có cây lạc đã làm tăng hàm lượng cacbon trong tầng đất mặt (0 - 17,5
4
cm) 24% và đạm tổng số tăng 15% và hàm lượng kali dễ tiêu cũng tăng 5% so với đối chứng với công thức đối chứng độc canh hai vụ ngô.
Nếu trộn một lượng lớn TSH từ cây gỗ cứng vào đất thì CEC có thể tăng 50% so với đối chứng (Tryon, E. H. 1948, Mbagwu, J. S. C., Piccolo, A. 1997). Một số nghiên cứu gần đây cho thấy tác dụng của TSH đối với sinh trưởng và năng suất cây trồng còn cao hơn nếu bón kết hợp với phân khoáng, và tăng khả năng giữ ion trong đất và giảm sự rửa trôi của chất hữu cơ hòa tan và các chất dinh dưỡng hữu cơ (Lehmann et al. 2002); Tăng năng suất quả vượt trội từ 17,15 - 45,97% so đối chứng; tăng các chất dinh dưỡng và độ pH của đất, tăng các cation Ca, Mg, K và Na trong đất. (Hass, A., Gonzalez, J.M., Lima, I. M., Godwin, H. W., J. Halvorson, J., Boyer, D. G, 2012). 1.1.3. Ứng dụng mô hình để đánh giá hàm lượng các bon trong đất và tính lượng phát thải khí nhà kính
Mô hình tính toán phát thải Methane (MEM): Cao, Dent, & Heal (1995) phát triển để tính toán khí Mê tan phát thải từ hệ thống canh tác lúa nước ở Trung Quốc và một số quốc gia khác.
Mô hình phát thải khí methane từ hệ thống canh tác lúa (MERES): sử dụng để ước tính tổng phát thải khí Methane ở cấp quốc gia và khu vực (Arah & Kirk, 2000).
Mô hình tính toán cân bằng các bon (EX-ACT): đánh giá và lựa chọn
cho các hoạt động dự án với lợi ích về kinh tế và giảm nhẹ biến đổi khí hậu. Công cụ này chỉ đánh giá chung trên 1 khu vực, không chi tiết hóa cho từng mùa vụ và giai đoạn. (www.fao.org/tc/exact/carbon-balance-tool- EX-ACT)
Mô hình sinh địa hóa trong đất (DNDC): tính toán phát thải dựa vào sự tổng hợp của quá trình sinh địa hóa trong hệ sinh thái nông nghiệp và có tính đến các yếu tố khí tượng, đất đai và quản lý canh tác cho từng loại cây trồng. Mô hình DNDC có thể tính toán phát thải theo ngày, theo từng giai đoạn sinh trưởng của lúa và hiệu chỉnh được theo từng đợt đo nên số liệu có độ chính xác cao.
Trong nghiên cứu NCS lựa chọn mô hình DNDC để tính toán, mô phỏng hàm lượng các bon trong đất và tính lượng phát thải khí nhà kính trong các loại sử dụng đất lúa 2 vụ và chuyên màu trên đất cát biển. 1.2. Các kết quả nghiên cứu trong nước 1.2.1. Đặc điểm đất cát biển vùng Bắc Trung Bộ
5
Mỗi loại đất cát ven biển có đặc điểm, chất lượng hữu cơ khác nhau phụ thuộc vào điều kiện, nguồn gốc hình thành của chúng. Ðất cát biển được hình thành từ hai quá trình chính đó là quá trình hoạt động địa chất của biển, vận động nâng lên của thềm biển cũ (bằng chứng là các bãi vỏ sò, ốc ở Diễn Châu, Nghệ An) và quá trình bồi tụ tạo lập đồng bằng của hệ thống các con sông ngắn ở miền Trung (Phan Liêu, 1986). Vùng đất cát biển điển hình Bắc Trung bộ có 11 loại đất chính, có diện tích gieo trồng là 182.870 ha, trong đó có 48.120 ha là trồng lạc chiếm 26,3% tiếp theo là diện tích trồng lúa 36.340 ha chiếm 19,9%, còn lại là diện tích trồng khoai lang đông, trồng vừng và rau (Nguyễn Văn Linh, 2011). Đất cát biển có phản ứng chua đến ít chua (pHKCl< 5,0). Hàm lượng mùn và đạm tổng số tầng mặt nghèo, các tầng dưới rất nghèo. Hàm lượng lân tổng số thấp kali tổng số nghèo lân và kali dễ tiêu đều rất nghèo. Tổng lượng cation kiềm trao đổi thấp. Thành phần cơ giới cát thô. Đất cát biển tuy nghèo dinh dưỡng và có thành phần cơ giới nhẹ nhưng vẫn có khả năng canh tác trổng lúa, màu cho năng suất. 1.2.2. Nguy cơ thoái hóa hữu cơ trong đất cát biển và biện pháp quản lý chất hữu cơ
Thoái hóa đất và sạt lở bờ biển vùng Bắc Trung Bộ là hệ quả tương tác phức tạp giữa các quá trình tự nhiên và hoạt động kinh tế-xã hội phản ánh quy luật địa đới và phi địa đới thuộc vùng nhiệt đới gió mùa.
Tốc độ khoáng hoá phụ thuộc vào độ pH, thành phần cơ giới đất, độ ẩm, nhiệt độ... Trong điều kiện nhiệt đới ẩm, tốc độ khoáng hóa chất hữu cơ trong đất rất cao. Theo những nghiên cứu của Nguyễn Vi (1999), thì các chất hữu cơ bón vào đất ở Việt Nam sẽ bị phân giải nhanh, bình quân 9 tháng đến 1 năm gần như đã phân giải hết. Đất mới khai hoang có hàm lượng hữu cơ khá cao (5 - 6%), song chỉ cần sau 4 -5 năm canh tác cây lương thực ngắn ngày, lượng chất hữu cơ giảm trung bình 50 - 60%
Sử dụng các biện pháp che tủ khác nhau để giảm thiểu cường độ bốc thoát hơi nước của đất canh tác. Bên cạnh đó, việc tăng chỉ số về dung tích hấp thu (CEC) trên đất cát bằng các loại phân hữu cơ, các khoáng chất...để nâng cao khả năng giữ nước và giữ phân cũng được sử dụng rộng rãi trong sản xuất.
Theo các tác giả Pham Quang Ha và cs (2005); Hoàng Thị Thái Hòa và cs (2010); Viện TNNH, 2001; Trần Thị Tâm và cs (2003), đã sử dụng phụ phẩm cây trồng nông nghiệp bón cho cây trồng trên đất cát biển đem lại hiệu quả kinh tế cao và tăng được hàm lượng mùn ở trong đất.
Theo Hoàng Minh Tâm và cộng sự (2013), bón 5 - 10 tấn TSH từ trấu
6
kết hợp 5 tấn phân chuồng trên đất cát làm tăng các chỉ tiêu sinh trưởng, nốt sần và tăng năng suất quả từ 17,15 - 45,97% và năng suất hạt từ 26,74 - 60,63% của cây lạc so với đối chứng không bón. TSH có thể gián tiếp ảnh hưởng đến khả năng dễ tiêu của các chất dinh dưỡng bằng cách thay đổi độ pH của đất.
Theo Nguyễn Thanh Tuấn và cs (2014), các bon hữu cơ trong đất (SOC) có vai trò rất quan trọng trong duy trì độ phì và mức độ ổn định của đất trong các hệ sinh thái nông nghiệp. Lượng SOC ban đầu, thành phần cơ giới đất, mức độ cày bừa ảnh hưởng lớn nhất đến kết quả đầu ra, tiếp sau đó là các yếu tố hàm lượng sét trong đất, bón phân hữu cơ.
Nghiên cứu của Hồ Huy Cường và cs (2016), sử dụng các loại phân hữu cơ để thí nghiệm trên đất cát ở huyện Phù Cát tỉnh Bình Định cho thấy, bón các loại phân hữu cơ đã làm tăng năng suất giống lạc LDH.01 từ 27,3 - 32,8%, Kết quả nghiên cứu của Nguyễn Thu Hà và cs (2016), trên đất cát biển đã sử dụng 20 kg chế phẩm VSV/ha cho cây lạc trên đất cát biển tại Nghệ An và Bình Định làm cho hàm lượng P2O5 dễ tiêu tăng 1,6 - 4,4 mg/100g đất, có sự cải thiện về hàm lượng K2O dễ tiêu, và độ ẩm đất; mật độ VSV hữu ích trong đất tăng 10 lần, năng suất thực thu tăng 17,1 -17,3%, lợi nhuận tăng 21,4 - 27,8% (tương đương 7,4 - 13,6 triệu đồng/ha) so với đối chứng và hiệu suất sử dụng chế phẩm VSV đạt 24,5 - 32,0 kg lạc/kg chế phẩm.
7
CHƯƠNG 2. VẬT LIỆU, NÔI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Vật liệu nghiên cứu
+ Đất: Đất cát ven biển tại hai tỉnh Nghệ An và Thừa Thiên Huế được lựa chọn để nghiên cứu. Tổng số 86 mẫu đất (38 mẫu lấy ở ba huyện: Quỳnh Lưu, Diễn Châu và Nghi Lộc thuộc tỉnh Nghệ An và 48 mẫu lấy tại bốn huyện: Phong Điền, Quảng Điền, Phú Vang và Phú Lộc thuộc tỉnh Thừa Thiên Huế) Đất bố trí thí nghiệm và mô hình: đất cát biển tại xã Nghi Tiến, huyện Nghi Lộc, tỉnh Nghệ An
+ Cây trồng: giống lúa Kinh Sở Ưu 1588 và giống lạc L14 + Vật liệu được làm từ phụ phẩm nông nghiệp: phân ủ từ rơm và
phân chuồng; than sinh học. 2.2. Địa điểm nghiên cứu + Thí nghiệm đồng ruộng và mô hình khảo nghiệm diện rộng cho cây lúa và cây lạc trên đất cát biển được bố trí tại xã Nghi Tiến, huyện Nghi Lộc, tỉnh Nghệ An + Địa điểm phân tích mẫu: mẫu đất và thực vật được phân tích tại Viện Môi trường Nông nghiệp 2.3. Nội dung nghiên cứu Nội dung 1: Đánh giá hiện trạng sử dụng đất cát biển vùng Bắc Trung Bộ (hiện trạng các loại và kiểu sử dụng đất). Nội dung 2: Hiện trạng chất hữu cơ (lượng và chất) của đất trong mối quan hệ với tính chất đất và loại/kiểu sử dụng đất. Nội dung 3: Nghiên cứu nâng cao tích lũy các bon trong đất cát biển dưới loại hình sử dụng đất ở vùng Bắc Trung Bộ (bố trí theo dõi thí nghiệm). Nội dung 4: Nghiên cứu giải pháp cải thiện lượng và chất hữu cơ của đất cát biển vùng Bắc Trung Bộ . Nội dung 5: Ứng dụng mô hình DNDC để mô phỏng tích lũy cacbon
và xác định lượng phát thải khí nhà kính trong đất cát biển. 2.4. Phương pháp nghiên cứu 2.4.1. Phương pháp thu thập thông tin và điều tra - Dữ liệu được thu thập thông qua các báo cáo tổng kết hàng năm, số liệu thống kê về điều kiện tự nhiên, điều kiện kinh tế - xã hội, định hướng và chiến lược sản xuất nông nghiệp tại khu vực nghiên cứu. -Thông tin từ nông hộ: phỏng vấn 160 hộ gia đình theo phiếu điều tra (mỗi tỉnh điều tra 80 phiếu). 2.4.2. Phương pháp thí nghiệm đồng ruộng 2.4.2.1. Thí nghiệm chính quy
8
Thí nghiệm 1. Nghiên cứu ảnh hưởng của phân khoáng kết hơp với các phân bón hữu cơ, TSH đến năng suất lúa và khả năng nâng cao hàm lượng các bon trong đất cát biển. 1. Công thức thí nghiệm:
T1: 100% NPK (đối chứng) T2: 100% NPK + 5 tấn phân ủ T3: 100% NPK +3 tấn TSH T4: 80% NPK + 5 tấn phân ủ + 1.5 tấn TSH T5: 80% NPK + 5 tấn HCVS T6: 80% NPK + 5 tấn HCVS+ 1.5 tấn TSH T7: 70% NPK + 2,5 tấn HCVS + 2,5 tấn phân ủ+ 1.5 tấn TSH 2. Bố trí thí nghiệm Thí nghiệm được bố trí với 7 công thức và 3 lần lặp theo khối ngẫu nhiên hoàn chỉnh (RCBD), với diện tích 20 m2 / ô
3. Lượng phân bón Tỷ lệ phân bón của nông dân áp dụng là 80 kg N, 90 kg P2O5 và 90kg K2O/ ha đối với vụ xuân và 70 kg N, 80 kg P2O5 và 80kg K2O /ha đối với vụ mùa 4. Chỉ tiêu theo dõi thí nghiệm: Các yếu tố cấu thành năng suất lúa, năng suất lý thuyết, năng suất thực thu trên các ô thí nghiệm.
5. Tính toán năng suất thí nghiệm Năng suất lý thuyết (tạ/ha) = số bông/m2 x số hạt chắc/bông x P1.000 hạt)/10.000. Năng suất thực thu: lấy năng suất của toàn ô thí nghiệm và quy ra
năng suất trên ha. 6. Lấy mẫu và phân tích mẫu đất trước và sau 2 vụ thí nghiệm (tầng 0-20 cm) Mẫu đất được lấy theo tiêu chuẩn lấy mẫu TCVN 4046:1985. Thí nghiệm 2. Nghiên cứu ảnh hưởng của phân khoáng kết hợp với các vật liệu hữu cơ và chế độ che phủ đến năng suất lạc và khả năng nâng cao hàm lượng các bon trong đất cát biển. 1. Công thức thí nghiệm: T1: 100% NPK (đối chứng) T2: 100% NPK + 5 tấn phân ủ T3: 80% NPK + 5 tấn phân ủ + che phủ nilong T4: 80% NPK + 5 tấn phân ủ + che phủ rơm rạ T5: 80% NPK + 2.5 tấnTSH + che phủ ni long T6: 80% NPK + 2.5 tấnTSH + che phủ rơm rạ T7: 70% NPK + 2.5 tấn phân ủ + 1.5 tấn TSH + che phủ nilong T8: 70% NPK + 2.5 tấn phân ủ + 1.5 tấn TSH + che phủ rơm rạ 2. Bố trí thí nghiệm: Thí nghiệm được bố trí với 8 công thức x 3 lần lặp theo khối ngẫu nhiên hoàn chỉnh. Diện tích mỗi ô thí nghiệm là 20 m2.
9
3. Lượng phân bón: Tỷ lệ phân bón của nông dân áp dụng là 40 kg N, 80 kg P2O5 và 60kg K2O/ha, 500 kg/ha vôi bột, 1 tấn rơm rạ/ha tủ trên mặt ruộng Cách bón: TSH, phân lân và 50% vôi được bón lót trước khi trồng, phế 4. Chỉ tiêu theo dõi thí nghiệm: Các yếu tố cấu thành năng suất, và năng suất thực thu trên các ô thí nghiệm 5. Lấy mẫu và phân tích mẫu đất trước và sau 2 vụ thí nghiệm (tầng 0- 20 cm): tương tự như thí nghiệm 1 2.4.2.2. Khảo nghiệm trên diện rộng: Xây dựng mô hình trình diễn ứng dụng các biện pháp canh tác tối ưu cho cây lúa vụ xuân-vụ mùa và cây lạc vụ đông xuân-thu đông trên đất cát biển năm 2016 (khảo nghiệm trên diện rộng trên 2 loại cây x 0.3ha/mô hình/cây). Mô hình 1: Xây dựng mô hình canh tác 2 vụ lúa áp dụng bón phân hữu cơ tổng hợp kết hợp giảm lượng phân khoáng
1. Lúa canh tác theo nông dân (FP) 2. Lúa xuân-lúa mùa canh tác theo quy trình (MH)
a. Kỹ thuật áp dụng: Mức phân bón cho lúa vụ xuân: FP: canh tác truyền thống (80N + 90P2O5 + 90K2O) MH: NPK (-30%) + 2,5 tấn HCVS + 2,5 tấn phân ủ + 1,5 tấn TSH Mức phân bón cho lúa vụ mùa: FP: canh tác truyền thống (70N + 80P2O5 + 80K2O) MH: NPK (-30%) + 2,5 tấn HCVS + 2,5 tấn phân ủ + 1,5 tấn TSH b. Chỉ tiêu theo dõi: Năng suất thực thu và hiệu quả kinh tế c. Phương pháp thu hoạch: thu hoạch 5 vị trí khác nhau trong mô hình, mỗi vị trí thu hoạch 20 m2, cân khối lượng hạt tươi sau đó lấy mẫu 1 kg để tính khối lượng chất khô trung bình từ đó tính được năng suất của từng mô hình Mô hình 2: Xây dựng mô hình canh tác Lạc đông xuân-Lạc thu đông áp dụng bón phân hữu cơ tổng hợp kết hợp giảm lượng phân khoáng và che tủ nilong
1. Lạc thuần canh tác theo nông dân (FP) 2. Lạc đông xuân-Lạc thu đông theo quy trình (MH)
a. Kỹ thuật áp dụng : FP: 100% NPK (40N + 80P2O5 + 60K2O + 500 kg vôi MH: NPK(-30%) + 2,5 tấn phân ủ + 1,5 tấn TSH + che phủ nilong b. Chỉ tiêu theo dõi: Năng suất thực thu và hiệu quả kinh tế c. Phương pháp thu hoạch: thu hoạch 5 vị trí khác nhau trong ô, mỗi vị trí thu hoạch 20 m2, cân khối lượng quả sau đó lấy mẫu 1 kg để tính khối lượng chất khô trung bình từ đó tính được năng suất của từng mô hình
10
2.4.3. Phân tích đất: Các chỉ tiêu phân tích đất: độ ẩm, độ xốp, dung trọng, thành phần cơ giới, pHKCl, OC%, thành phần mùn (humic, fuvic), N, P, K tổng số, P2O5dt; K2O dt, CEC, Ca2+ và Mg2+. Đất được phân tích theo tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN). 2.4.4. Phương pháp thống kê và xử lý số liệu:
Sử dụng phương pháp phân tích giai thừa tương ứng (Analyse Factorielle Correspondence - AFC) để đánh giá mối quan hệ giữa hàm lượng các bon tổng số trong đất với các loại/kiểu sử dụng đất.
Tổng thu = giá bán x năng suất thực thu Tổng chi = Tổng chi phí biến động và chi phí cơ hội Lãi thuần = Tổng thu – tổng chi Giá nông sản và vật tư nông nghiệp được tính theo giá trung
Sử dụng phương pháp phân tích thành phần chính (Principle Component Analysis - PCA) để đánh giá mối quan hệ giữa các tính chất lý, hóa học đất với các loại sử dụng đất. Số liệu được xử lý bằng chương trình Excel và phần mềm IRRISTAT 5.0 2.4.5. Phương pháp phân tích hiệu quả thí nghiệm và mô hình Phân tích kinh tế bình của năm 2015 và 2016. 2.4.6. Phương pháp ứng dụng mô hình hóa DNDC
Bước 1. Thu thập dữ liệu: Dữ liệu đầu vào:Dữ liệu khí tượng; Đặc điểm cây trồng (loại, giống); Tính chất đất (Loại đất, cấu trúc đất, pH, OC, dung trọng) và Quản lý canh tác (Ngày cấy, phân bón, thời điểm tưới tiêu).
Bước 2. Xây dựng các kịch bản biến đổi khí hậu: Thử nghiệm mô hình DNDC dự báo lượng phát thải khí nhà kính theo các kịch bản phát thải thấp (RCP4.5) và kịch bản phát thải cao (RCP8.5) (MONRE, 2016) đến 2035.
Bước 3: Chạy và tính toán Bước 4. Hiệu chỉnh mô hình DNDC: Mô hình DNDC được hiệu chỉnh theo số liệu thực tế với các công cụ thống kê như hệ số mô hình hiệu quả (EF) và hệ số xác đinh (R2) được sử dụng đánh giá độ chính xác của mô hình dự báo (Smith et al., 1997)
Bước 5: Tính toán phát thải khí nhà kính: Dựa vào cách tính của IPCC 2007, tính toán tiềm năng nóng lên toàn cầu (GWP) thông qua việc quy đổi tất cả các loại khí về CO2 tương đương (CO2 e). Hệ số quy đổi CH4 về CO2e = CH4*25; Hệ số quy đổi N2O về CO2e = N2O*298 (Forster et al., 2007). Tổng lượng phát thải khí nhà kính được tính theo công thức sau: • GWP = Phát thải CH4 x 25 + Phát thải N2O x 298
11
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 3.1. Hiện trạng sử dụng đất cát biển vùng Bắc Trung Bộ và các loại sử dụng đất. 3.1.1. Đặc điểm khí hậu tại vùng Bắc Trung Bộ
Vùng Bắc Trung Bộ chia thành 4 mùa rõ rệt, nhiệt độ trung bình hàng năm từ 23 - 24 0C tương ứng với tổng nhiệt năm là 8.700 0C. Sự chênh lệch nhiệt độ giữa các tháng trong năm khá cao. Nhiệt độ trung bình các tháng nóng nhất (tháng 6 đến tháng 7) là 330C, nhiệt độ cao tuyệt đối 42,70C; nhiệt độ trung bình các tháng lạnh nhất (tháng 12 năm trước đến tháng 2 năm sau) là 190C, nhiệt độ thấp tuyệt đối - 0,50C. Số giờ nắng trung bình/năm là 1.500 - 1.700 giờ. Tổng tích ôn là 3.5000C - 4.0000C. Lượng mưa trong vùng phân bố không đồng đều theo cả không gian và thời gian, có xu hướng giảm trong những năm gần đây, lượng mưa trung bình của cả vùng là 2359 mm.
Mùa hè có gió Lào khô nóng thổi xen kẽ từ tháng 4 đến tháng 8, gió mùa đông bắc lạnh và ẩm từ tháng 10 đến tháng 3 năm sau, mưa lũ thường xảy ra từ tháng 7 đến tháng 10. 3.1.2. Hiện trạng sản xuất trên đất cát biển vùng Bắc Trung Bộ 3.1.2.1.Thực trạng và các loại sử dụng đất cát biển vùng Bắc Trung Bộ
Bảng 3.1. Hiện trạng sử dụng đất nông nghiệp trên đất cát biển vùng Bắc Trung Bộ
Huế (n=80)
BTB (n=160)
Nội dung
Đơn vị
Trung bình
Trung bình
Trung bình
4.422
5941
m2/ hộ 7.460
Nghệ An (n=80) Khoảng dao động 543- 12.000
Khoảng dao động 1.000- 13.500
Khoảng dao động 770- 12.750
mảnh
4,3
1-7
3,1
1-5
3,7
1-6
Tổng diện tích đất canh tác Tổng số mảnh ruộng/hộ
Lúa 1 vụ
m2/hộ
1150
1350
1250
2 lúa
m2/hộ
3.204
3.914
3559
2 Lúa -1 màu m2/hộ
2.250
2050
2150
1 lúa -1 màu
m2/hộ
3.406
1.500
2453
chuyên màu
m2/hộ
2.965
1.671
2318
500- 2.500 500- 10.000 750 -6.750 1.000- 7.500 500- 10.000
500- 2050 1.000- 11.000 500- 3850 1.000- 3.000 500- 3.200
500- 2.275 750- 10.500 625- 5.300 1.000- 5250 500- 6.600
Nguồn: Số liệu điều tra, 2013 Kết quả nghiên cứu cho thấy: các loại hình sử dụng đất chủ yếu trên đất cát biển vùng Bắc Trung bộ là 2 vụ lúa; 2 lúa+ 1 màu; 1 lúa + 1 màu;
12
lúa 1 vụ và đất chuyên màu; 63% đất cát biển được sử dụng cho mục đích nông lâm ngư nghiệp. 3.1.2.2. Công thức luân canh, lượng phân bón và năng suất một số cây trồng chính trên các loại sử dụng đất cát biển vùng Bắc Trung Bộ
Bảng 3.2. Tổng lượng phân bón sử dụng trong năm trong đất cát biển dưới một số loại sử dụng đất vùng Bắc Trung Bộ (n=160) N P2O5 K2O Loại sử dụng đất
Chuyên lúa
Lúa- Màu
Chuyên màu
Kiểu sử dụng đất 2 lúa 1 lúa 2 lúa - 1 màu 1 lúa - 1 màu 1 lúa - 2 màu 1 màu 2 màu 3 màu Rau các loại Phân chuồng (tấn/ha) 11,1 6,2 20,2 11,7 16,7 6,0 14,0 15,8 37,8
(kg/ha/năm) 224,8 121,8 165,1 78,0 78,9 32,1 322,8 169,7 213,4 191,7 116,3 88,9 280,7 127,7 164,1 89,3 101,3 52,0 166,9 102,2 167,6 276,0 144,9 147,7 Chuyên rau 729,4 266,5 206,7 Số liệu tính trung bình trên năm; tính trên trung bình số phiếu điều tra năm 2013
Theo số liệu điều tra, các loại cơ cấu cây trồng trong hệ thống gồm: (i) lúa xuân - lúa mùa; (ii) 2 lúa - 1 màu (lúa xuân muộn - lúa mùa sớm - cây vụ đông); (iii) 1 lúa - 1 màu (lạc, ngô, khoai lang, sắn); và (iv) chuyên màu (lạc, ngô, vừng, khoai lang, sắn). Lượng phân bón sử dụng trên đất cát biển thấp hơn khá nhiều so với các loại đất khác trong khu vực, điều này thể hiện mức độ ưu tiên của người dân trong sản xuất. 3.2. Hiện trạng chất hữu cơ (lượng và chất) của đất trong mối quan hệ với tính chất đất và loại/kiểu sử dụng đất 3.2.1. Một số đặc điểm lý, hóa học của đất cát biển trên một số loại/kiểu sử dụng đất Bảng 3.4.Thành phần cấp hạt trong đất cát biển dưới một số loại sử dụng đất trên đất cát biển vùng Bắc Trung Bộ (n=86)
Loại sử dụng đất
Chuyên lúa
Lúa-màu
Chuyên màu Kiểu sử dụng đất Lúa 2 vụ Lúa 1 vụ 1 lúa - 1 màu 1 lúa - 2 màu 2 lúa - 1 màu 2 màu 3 màu Sắn Thành phần cấp hạt (%) Cát thô Cát mịn Limon Sét 7,2 7,7 5,0 1,3 9,9 3,1 4,7 2,0 21,7 27,5 21,8 17,7 19,7 12,3 21,3 75,0 51,4 53,8 66,3 77,7 52,1 81,7 67,7 22,0 19,7 11,0 6,9 3,3 18,3 2,9 6,3 1,0
13
Bảng 3.5. Hữu cơ tổng số và hàm lượng các chất dinh dưỡng trong đất cát biển dưới một số loại sử dụng đất vùng Bắc Trung Bộ (n=86) OC N P2O5 K2O %
Loại sử dụng đất Chuyên lúa
Lúa-màu
Chuyên màu Kiểu sử dụng đất Lúa 2 vụ Lúa 1 vụ 1 lúa - 1 màu 1 lúa - 2 màu 2 lúa - 1 màu 2 màu 3 màu Sắn 0,991 0,883 0,761 0,540 0,964 0,390 0,411 0,290 0,110 0,170 0,070 0,061 0,100 0,050 0,030 0,041 0,060 0,020 0,080 0,040 0,040 0,040 0,051 0,010 0,480 0,240 0,360 0,320 0,470 0,200 0,270 0,050
CEC Ca2+ Mg2+ K+ Na+
Ngoại trừ đất cát biển canh tác lúa 2 vụ, 2 vụ lúa-1màu có hàm lượng hữu cơ và đạm tổng số ở mức trung bình, các canh tác còn lại tại vùng nghiên cứu đều có hàm lượng dinh dưỡng hầu hết ở mức nghèo, OC% < 1%, dao động từ 0,3-0,8%; chất hữu cơ trong đất phân giải mạnh, thể hiện ở tỷ lệ C/N thấp (C/N <14); đất nghèo đạm, lân và kali tổng số 0,03 - 0,17% N; 0,01 - 0,41% P2O5; 0,05 - 0,48% K2O; các cation trong đất cũng đều ở mức nghèo đến rất nghèo, CEC trong đất thấp (<6,7 cmolc/kg). các tính chất của đất cát biển nghiên cứu cũng có những đặc tính tương tự như các nghiên cứu trước đây của loại đất này (Lê Thanh Bồn, 1998; Nguyễn Văn Toàn, 2004; Dương Viết Tình, 2005). Bảng 3.6. Dung tích hấp thu và hàm lượng các cation trao đổi trong đất cát biển dưới một số loại sử dụng đất vùng Bắc Trung Bộ (n=86) Loại sử dụng đất Chuyên lúa
Lúa-màu
Chuyên màu Kiểu sử dụng đất Lúa 2 vụ Lúa 1 vụ 1 lúa - 1 màu 1 lúa - 2 màu 2 lúa - 1 màu 2 màu 3 màu Sắn 6,60 5,01 4,52 2,42 5,74 4,52 1,28 2,56 Cmolc/kg 1,78 0,35 1,13 0,93 0,62 0,32 0,16 0,17 0,12 0,07 0,08 0,04 0,09 0,05 0,07 0,08 3,49 0,74 2,67 1,16 2,37 0,52 0,80 0,46 0,17 0,35 0,24 0,20 0,73 0,12 0,08 0,08
3.2.2 Ảnh hưởng của các loại/kiểu sử dụng đất đến một số tính chất lý-hóa học đất trên đất cát biển vùng Bắc Trung Bộ
Sử dụng phương pháp phân tích giai thừa tương ứng và phương pháp phân tích thành phần chính để phân tích, đánh giá mối quan hệ giữa tính chất vật lý, hóa học đất với một số loại sử dụng đất trên đất cát biển cho thấy: hàm lượng cát thô và cát mịn hoàn toàn độc lập với nhau trong khi đó giữa sét và limon lại có quan hệ khá chặt và trong canh tác 2 vụ lúa và 2 lúa-1 màu. Đất cát mịn cao có quan hệ chặt với canh tác trồng 2 vụ màu, 3 vụ màu hoặc lúa-màu. Đất có lượng cát thô cao chỉ có quan hệ chặt với
14
canh tác khoai lang, sắn và chuyên màu. Hàm lượng OC, N tổng số, Na+ và CEC có tương quan dương đối với canh tác 2 lúa-1màu. Các chỉ tiêu còn lại có quan hệ với canh tác 2 lúa, 1 lúa-1màu và chuyên màu. Có thể nói tính chất vật lý có ảnh hưởng mạnh đến việc lựa chọn cây trồng và kỹ thuật canh tác các loại cây trên đất cát biển cũng chịu sự chi phối mạnh của tính chất vật lý như thành phần cơ giới và khả năng giữ nước của đất (Trần Văn Lài, 1993; Trần Thị Tâm và cs, 2004). 3.3. Đặc điểm hữu cơ trên các loại sử dụng đất trong đất cát biển ở vùng Bắc Trung Bộ
Phân tích thành phần chính (Principle Component Analysis - PCA) được áp dụng để xác định các loại sử dụng đất đa chiều có tính chất định lượng. Nghiên cứu mối quan hệ giữa hữu cơ trong đất (các bon hữu cơ và các axít mùn) với các tính chất vật lý, hóa học đất cát biển vùng Bắc Trung Bộ chỉ ra rằng, hàm lượng axít fulvic không có mối tương quan hay độc lập với các bon hữu cơ và axít humic trong đất. Hàm lượng các bon hữu cơ (OC%) và axít humic trong đất có quan hệ chặt đối với kiểu sử dụng đất lúa 2 vụ và chuyên trồng rau màu (Lạc-rau, đậu tương- rau và chuyên rau) trong khi đó axít fulvic lại có mối tương quan với các kiểu sử dụng đất lúa 1 vụ, khoai lang, lúa-khoai lang và lúa- màu. Chất hữu cơ trong đất (OC, axít humic và axít fulvíc) đều có quan hệ mật thiết và tương quan tốt với sét và limon, đồng thời cũng tương quan chặt với CEC trong đất. Kết quả phân tích cũng cho thấy cũng cho thấy cát thô không có mối quan hệ nào với các chất hữu cơ trong đất. 3.4. Nghiên cứu nâng cao khả năng tích lũy các bon trong đất cát biển dưới một số loại sử dụng đất ở vùng Bắc Trung Bộ. 3.4.1. Nghiên cứu ảnh hưởng của phân khoáng kết hợp với các loại phân bón hữu cơ, TSH đến năng suất lúa và khả năng nâng cao hàm lượng các bon trong đất cát biển.
Bảng 3.7. Ảnh hưởng của các loại phân bón hữu cơ và TSH đến thành phần cấp hạt đất trong đất cát biển sau 2 vụ canh tác lúa tại Nghi Lộc, Nghệ An
Công thức
CT1 CT2 CT3 CT4 CT5 CT6 CT7 Lsd 0.05 Sét (<0,002) 9,1 9,3 9,4 9,2 9,3 9,3 9,6 0,27 Thành phần cấp hạt (%) cát mịn (0,2-0,02) 67,9 67,2 67,2 67,6 67,1 67,3 67,4 0,80 Limon (0,02-0,002) 14,9 15,0 15,3 15,7 15,5 15,5 15,6 0,32 cát thô (>0,2) 8,1 8,5 8,2 7,5 8,2 8,0 7,5 0,97 Ghi chú: Số liệu được tính trung bình tại các lần lặp sau 2 vụ
15
Bảng 3.8. Độ pH và hàm lượng các chất dinh dưỡng trong đất cát biển sau 2 vụ canh tác lúa tại Nghi Lộc, Nghệ An
N Công thức pHKCl
4,54 4,55 4,57 4,58 4,60 4,63 4,63 0,65 P2O5 K2O (%) 0,077 0,056 0,597 0,084 0,066 0,633 0,086 0,065 0,605 0,094 0,065 0,586 0,088 0,066 0,608 0,089 0,064 0,582 0,098 0,064 0,614 0,26 0,65 0,46 CEC (cmolc/kg) 7,16 7,51 7,69 7,84 8,20 8,26 8,33 0,18 P2O5 mg/100g) 8,81 9,20 8,67 10,64 8,78 12,21 10,27 2,85
CT1 CT2 CT3 CT4 CT5 CT6 CT7 Lsd 0.05 Ghi chú: Số liệu được tính trung bình tại các lần lặp sau 2 vụ Bảng 3.9. Hàm lượng các bon hữu cơ (OC%) và hàm lượng các axit mùn trong đất cát biển sau 2 vụ canh tác lúa trên đất cát biển tại Nghi Lộc, Nghệ An OC C/N Fulvic CH/CF Công thức
CT1 CT2 CT3 CT4 CT5 CT6 CT7 Lsd 0.05 0,808 0,942 0,899 0,978 0,887 0,993 1,010 0,81 10,49 11,21 10,45 10,40 10,08 11,16 10,31 0,83 Humic (%) 0,067 0,077 0,081 0,079 0,083 0,081 0,088 0,74 0,198 0,234 0,223 0,207 0,217 0,206 0,197 0,76 0,338 0,329 0,363 0,382 0,382 0,393 0,447 0,41
Ghi chú: Số liệu được tính trung bình tại các lần lặp sau 2 vụ Bảng 3.11. Năng suất và hiệu quả kinh tế của việc bón các loại phân bón hữu cơ, TSH trong loại sử dụng đất 2 lúa trên đất cát biển tại Nghi Lộc, Nghệ An Tổng thu, tr .đ/ha 52,800 57,240 60,360 60,060 60,780 63,000 66,300 Tổng chi, tr .đ/ha 38,818 43,862 46,556 49,004 44,758 47,548 50,294 NS 2vụ, tấn/ha 8,80 9,54 10,06 10,01 10,13 10,50 11,05 Lãi/ha, tr.đ/ha 13,982 13,378 13,804 11,056 16,022 15,452 16,006 Tỷ lệ (B/C) 1,36 1,31 1,30 1,23 1,36 1,32 1,32 Công thức CT1 CT2 CT3 CT4 CT5 CT6 CT7
16
Xét về mặt xu thế, ở các công thức bón TSH, phân ủ và phân HCVS cho thấy giá trị của tất cả các chỉ tiêu theo dõi đều có chiều hướng tăng lên so với đối chứng. Việc bón giảm lượng phân khoáng và kết hợp với các loại phân HCVS đã duy trì và nâng cao được lượng các bon trong đất mặt khác làm cho sinh trưởng sinh dưỡng của cây trồng tăng. Kết quả là đã làm tăng hệ số che phủ đất và hạn chế xói mòn, rửa trôi chất dinh dưỡng. Tác dụng này còn thể hiện rõ nét hơn ở các công thức bón phân ủ và phân HCVS. So với đối chứng, CT3, CT4, CT5, CT6 giảm 20% so với CT1 và CT7 giảm 30% so với phương thức canh tác thông thường. Điều đó có nghĩa là lượng phân khoáng có thể giảm 14-16 kgN/ha/vụ, 16-18 kg P2O5/ha/vụ và 16-18 kg K2O/ha/vụ đối với mức giảm 20%. Đối với CT7 (giảm 30% lượng phân khoáng NPK) giảm 21-24 kgN/ha/vụ, 24-27 kg/ha/vụ P2O5 và K2O, năng suất lúa đã tăng 12,6-24,5% trong vụ xuân và 11,7-26,8% trong vụ mùa so với đối chứng
Việc giảm lượng phân khoáng kết hợp với các loại phân hữu cơ, TSH đã nâng cao được lượng các bon trong đất (tăng 9,8-24,9% so với CT đối chứng (dao động trong khoảng 0,83-1,13% ); hàm lượng axit humic đã tăng 1,14 đến 1,38 lần so với CT canh tác của nông dân; hàm lượng axit fulvic đã tăng không đáng kể tăng 1,04 đến 1,18 lần so với đối chứng; hạn chế thoái hóa đất, mặt khác làm cho sinh trưởng sinh dưỡng của cây trồng tăng, năng suất được cải thiện, hiệu quả kinh tế trên đơn vị canh tác cao hơn so với canh tác lúa thông thường. 3.4.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của phân khoáng kết hợp với các loại phân bón hữu cơ, TSH và các biện pháp che tủ đến năng suất lạc và khả năng nâng cao hàm lượng các bon hữu cơ trong đất cát biển.
Bảng 3.12. Ảnh hưởng của các loại phân bón hữu cơ; TSH và vật liệu che phủ đến một số tính chất vật lý trong đất cát biển sau 2 vụ canh tác lạc tại Nghi Lộc, Nghệ An Thành phần cấp hạt (%)
Công thức
CT1 CT2 CT3 CT4 CT5 CT6 CT7 CT8 Lsd 0,05 Sét (<0,002mm) 3,23 3,30 3,44 3,51 3,70 3,68 3,64 3,86 0,28 Limon (0,02-0,002mm) 12,57 13,10 13,84 13,82 13,27 13,71 13,81 14,07 0,32 Cát mịn (0,2-0,02mm) 68,96 69,48 70,03 70,33 70,75 70,28 70,37 70,55 0,42 Cát thô (>0,2mm) 15,24 14,12 12,69 12,34 12,28 12,33 12,18 11,52 0,46
17
Bảng 3.13. Độ pH và hàm lượng các chất dinh dưỡng sau 2 vụ canh tác lạc trong đất cát biển tại Nghi Lộc, Nghệ An N Công thức pHKCl
0,07
4,03 4,08 4,24 4,18 4,26 4,28 4,3 4,31 0,78 13,3 0,33 CEC (cmolc/kg) 4,49 4,77 4,98 5,05 5,16 5,20 5,38 5,49 0,26 P2O5 K2O P2O5 K2O (mg/100g) (%) 0,047 0,067 0,417 12,15 4,76 CT1 0,055 0,071 0,424 13,18 4,81 CT2 0,054 0,072 0,456 13,74 4,51 CT3 0,052 0,074 0,463 13,44 4,79 CT4 0,429 13,87 4,83 0,052 CT5 0,053 0,072 0,452 13,77 4,9 CT6 0,054 0,073 0,484 13,24 4,97 CT7 4,99 0,056 0,081 0,495 CT8 Lsd 0,05 0,14 0,35 0,24 0,25 Ghi chú: Số liệu được tính trung bình tại các lần lặp sau 2 vụ
Fulvic C/N OC Bảng 3.14. Hàm lượng cácbon hữu cơ (OC%) và hàm lượng các axít mùn sau 2 vụ canh tác lạc tromg đất cát biển tại Nghi Lộc, Nghệ An CH/CF Công thức Humic %
0,113 0,118 0,115 0,119 0,114 0,118 0,117 0,120 0,93 0,042 0,047 0,048 0,050 0,053 0,050 0,056 0,060 0,79 0,411 0,415 0,446 0,432 0,470 0,483 0,489 0,506 0,21 0,374 0,395 0,418 0,417 0,467 0,422 0,483 0,500 0,66 CT1 CT2 CT3 CT4 CT5 CT6 CT7 CT8 Lsd 0,05
8,75 7,55 8,25 8,32 9,05 9,11 9,06 9,04 0,54 Ghi chú: Số liệu được tính trung bình tại các lần lặp sau 2 vụ Bảng 3.16. Hiệu quả kinh tế của việc bón các loại phân bón hữu cơ, TSH cho 2 vụ lạc trên trên đất cát biển tại Nghi Lộc, Nghệ An Tỷ lệ Công (B/C) thức 1.16 CT1 1.18 CT2 1.20 CT3 1.31 CT4 1.32 CT5 1.49 CT6 1.48 CT7 1.51 CT8 Tổng thu, tr .đ/ha 70,308 77,781 73,098 80,559 87,931 91,841 96,400 96,247 Tổng chi, tr .đ/ha 60,790 65,947 60,790 61,650 66,807 61,650 65,148 63,736 NS 2vụ, tấn/ha 4,69 5,19 4,88 5,38 5,86 6,12 6,43 6,42 Lãi/ha, tr.đ/ha 9,518 11,834 12,308 18,909 21,124 30,191 31,252 32,511
18
Qua 2 vụ lạc cho thấy bón phân hữu cơ, TSH kết hợp giảm lượng phân khoáng 20-30% so với đối chứng trên nền có tủ rơm rạ và tủ nilong đã tăng năng suất lạc có ý nghĩa so với canh tác truyền thống. Đối với vụ đông xuân năng suất thực thu tăng 9,6-29,6%; đối với vụ thu đông tăng từ 11,9-40,2%. Hàm lượng chất hữu cơ tổng số trong các công thức bón TSH, phân ủ tăng 1,5-19,6% so với trước thí nghiệm và từ 5,1-23,0% so với đối chứng (dao động trong khoảng 0,411-0,489%). Ở công thức sử dụng phân ủ và TSH đồng thời giảm 30% lượng phân khoáng kết hợp với tủ ni lông đã cho hàm lượng cácbon tăng cao nhất, tiếp đến là công thức bón phân ủ và TSH. 3.5. Nghiên cứu giải pháp cải thiện lượng và chất hữu cơ trong đất cát biển trên các loại hình sử dụng đất thông qua mô hình trình diễn 3.5.1. Ảnh hưởng của các loại phân hữu cơ, TSH kết hợp giảm phân khoáng đến hàm lượng các chất dinh dưỡng trên các loại sử dụng trong đất cát biển.
pHKCl Mô hình Bảng 3.17. Ảnh hưởng của các loại phân hữu cơ, TSH kết hợp giảm phân khoáng đến pH, hàm lượng dinh dưỡng và dung tích hấp thu trong các loại sử dụng trên đất cát biển tại Nghi Lộc, Nghệ An CEC (cmolc/kg) P2O5 (%) K2O (%) N (%) Loại sử dụng đất chuyên lúa (lúa vụ xuân+ vụ mùa)
FP MH 4,54 4,61 0,078 0,092 0,599 0,611 0,055 0,063
7,10 8,27 Loại sử dụng đất chuyên màu (lạc 2 vụ: đông xuân + thu đông) 4,59 FP 5,12 MH 0,420 0,483 0,049 0,054 0,069 0,080 4,05 4,29
Bảng 3.18. Ảnh hưởng của các loại phân hữu cơ, TSH kết hợp giảm phân khoáng đến các bon hữu cơ và các thành phần mùn trong các loại sử dụng trên đất cát biển tại Nghi Lộc, Nghệ An OC C/N Fulvic CH/CF Mô hình Humic % Loại sử dụng đất chuyên lúa (vụ xuân + vụ mùa)
FP MH 10,41 10,76 0,812 0,990 0,065 0,085 0,192 0,210
0,112 0,121 0,406 0,499 8,29 9,24
0,34 0,40 Loại sử dụng đất chuyên màu (lạc 2 vụ: đông xuân + thu đông) 0,38 0,043 FP MH 0,48 0,058 Kết quả áp dụng các giải pháp kỹ thuật tận dụng phế phụ phẩm làm các nguồn nguyên liệu bón vào đất giảm 30% lượng phân khoáng trên
19
đất cát biển vùng Bắc Trung bộ mặc dù chưa đem lại sự khác biệt rõ ràng về các tính chất lý hóa học, nhưng pH, OC%, các axit mùn, CEC và một số tính chất lý học đất đã thể hiện sự duy trì và cải thiện theo chiều hướng tích lũy dương, trong khi đó ở công thức bón thông thường các tính chất lý hóa đất đều có dấu hiệu không tăng thậm chí có xu hướng giảm.
Bảng 3.19. Năng suất thực thu các loại cây trồng trên các loại sử dụng đất trong đất cát biển tại Nghi Lộc, Nghệ An
Tăng so với ngoài mô hình Mô hình Canh tác Năng suất (tấn/ha) Tổng (tấn/ha/ năm) % Năng suất (tấn/ha) Loại sử dụng đất 2 lúa (Vụ xuân+ vụ mùa)
FP 8,94 -
11,36 2,42 21,30 MH VX XM VX XM 4,56 4,38 5,89 5,47 Loại sử dụng đất chuyên màu (lạc 2 vụ: đông xuân + thu đông)
FP 5,90 -
MH 8,12 2,22 27,34 ĐX TĐ ĐX TĐ 3,08 2,82 4,39 3,73 Bảng 3.20. Hiệu quả kinh tế của việc áp dụng các biện pháp kỹ thuật trên các loại sử dụng trong đất cát biển tại Nghi Lộc, Nghệ An
Năng suất (tấn/ha/năm) Tỷ lệ (B/C) Mô hình Tổng thu, tr .đ/ha /năm Tổng chi, tr .đ/ha /năm
FP MH Lãi/ha, tr.đ/ha /năm Loại sử dụng đất chuyên lúa (vụ xuân+ vụ mùa) 8,94 11,36 53,640 68,160 41,510 49,042 12,130 19,118 1.29 1.38 Loại sử dụng đất chuyên màu (lạc 2 vụ: đông xuân + thu đông
FP MH 5,90 8,12 53,280 62,180 70,800 97,440 17,520 35,260
1.33 1.57 3.6. Ứng dụng mô hình DNDC để mô phỏng tích lũy các bon hữu cơ và xác định lượng phát thải khí nhà kính trong đất cát biển theo kịch bản BĐKH 3.6.1. Mô phỏng sự thay đổi lượng SOC trên các loại sử dụng đất chuyên lúa (2 vụ lúa) và chuyên màu (2 vụ lạc) trong đất cát biển theo kịch bản BĐKH (thông qua mô hình DNDC)
20
Trong loại sử dụng đất chuyên lúa (lúa-lúa) và loại sử dụng đất chuyên màu (lạc-lạc) trên đất cát biển ở tỉnh Nghệ An cho thấy: nguồn các bon hữu cơ bổ sung vào đất ở các loại sử dụng đất này chủ yếu là từ phân ủ compost, TSH, phân HCVS. Sự khác biệt về phương thức canh tác hiện tại trên đất cát biển, lượng SOC tầng mặt (0 - 20 cm) từ 17 - 20 tấn/ha tập trung ở hệ thống lúa – lúa trên đất cát biển đối với kịch bản RCP4.5 và từ 15,3-18,9 tấn/ha kịch bản RCP8.5. Trên đất cát biển, tốc độ suy giảm SOC ở hệ thống canh tác lúa là 0,249-0,395 tấn/ha/năm, hệ thống lạc-lạc 0,220-0,325 tấn/ha/năm đối với kịch bản phát thải thấp (RCP4.5) và tốc độ suy giảm SOC ở hệ thống canh tác lúa là 0,498- 0,585 tấn/ha/năm, hệ thống lạc-lạc 0,238 - 0,329 tấn/ha/năm đối với kịch bản RCP8.5. Bảng 3.21. Hàm lượng tổng các bon hữu cơ trên các loại sử dụng đất trong đất cát biển theo kịch bản BĐKH
SOC (%) Chênh lệch (tấn/ha) MH C-A C-B
Loại sử dụng đất Chuyên lúa RCP4.5 (A) 1,781 2,080 0,967 RCP8.5 (B) 1,532 1,890 0,931 TN (C) 2,030 0,249 0,498 2,475 0,395 0,585 1,169 0,202 0,238 FP MH FP
Chuyên màu MH 1,112 1,108 1,437 0,325 0,329 Kiểu sử dụng đất Lúa X- lúa M Lạc ĐX- Lạc TĐ
3.6.2. Mô phỏng và dự báo phát thải khí nhà kính trong loại sử dụng chuyên lúa (2 vụ lúa) và chuyên màu ( 2 vụ lạc) theo kịch bản BĐKH đến năm 2035 (thông qua mô hình DNDC)
Đối với loại sử dụng đất chuyên lúa: Tổng lượng phát thải khí nhà kính trong vụ xuân dao động từ 7.566-9.040 kg CO2-e / ha / vụ và 9.903- 12.412 kg CO2-e / ha /vụ trong vụ mùa. Tổng phát thải trong cả năm đối với loại sử dụng đất chuyên lúa giao động trong khoảng 17.468-21.452 kg CO2-e / ha/ năm. Mô hình áp dụng biện pháp kỹ thuật đã giảm được 22,8% tổng lượng phát thải so với phương thức canh tác truyền thống của người dân.
Khi mô phỏng tổng lượng phát thải trên ha/năm ở kịch bản phát thải thấp và phát thải cao so với năm hiện tại và so với mô hình đối chứng thì có sự chênh lệch nhưng không đáng kể
Đối với loại sử dụng đất chuyên màu (2 vụ lạc): Tổng lượng phát thải khí nhà kính dao động từ 211 -235 kg CO2-e/ha/vụ đông xuân và 159-
21
175 kg CO2-e/ha/vụ thu đông phụ thuộc vào kỹ thuật áp dụng. Tổng phát thải trong cả năm đối với loại sử dụng đất chuyên màu giao động trong khoảng 370-410 kg CO2-e /ha/ năm. Mô hình áp dụng biện pháp kỹ thuật đã giảm được 10,7% tổng lượng phát thải so với phương thức canh tác truyền thống của người dân.
Bảng 3.22: Tổng lượng phát thải CH4, N2O và CO2-e tính theo kg/ha/năm trên các loại sử dụng đất trong đất cát biển theo kịch bản biến đổi khí hậu
Vụ Kịch bản Mô hình CH4 (kg/ha/vụ N2O (kg/ha/ vụ) % so với ĐC Tổng CO2e (kg/ha /vụ Tổng CO2e (kg/ha/ năm) Loại sử dụng đất lúa 2 vụ (Vụ xuân + vụ mùa)
MH1 (ĐC)
-22.8 MH2 ĐC: Năm hiện tại 2016
MH1 (ĐC) Kịch bản RCP4.5 -25.6 MH2
MH1 (ĐC) Kịch bản RCP8.5 -20.1 MH2 21.454 17.467 22.562 17.968 22.757 18.954 9.041 12.413 7.565 9.903 9.506 13.055 7.722 10.245 9.373 13.384 8.117 10.837 VX VM VX VM VX VM VX VM VX VM VX VM 0,607 0,489 0,485 0,378 0,583 0,446 0,52 0,387 0,531 0,423 0,5 0,352 354,4 490,7 296,8 391,6 373,3 516,9 302,7 405,2 368,6 530,3 318,7 429,3 Loại sử dụng đất chuyên màu (lạc 2 vụ: Đông xuân + thu đông)
MH1 (ĐC)
-10.7 MH2 ĐC: Năm hiện tại 2016
MH1 (ĐC) Kịch bản RCP4.5 -10.0 MH2
MH1 (ĐC) Kịch bản RCP8.5 -5.6 MH2 410 370 412 374 411 389 235 175 211 159 241 170 223 152 260 151 252 138 ĐX TĐ ĐX TĐ ĐX TĐ ĐX TĐ ĐX TĐ ĐX TĐ 0,789 0,587 0,708 0,535 0,809 0,572 0,747 0,509 0,872 0,508 0,845 0,462
