Tài liệu Nghiên cứu sử dụng nước lợ để tưới cho cây trồng vùng ven biển

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI LÊ VIỆT HÙNG NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG NƯỚC LỢ ĐỂ TƯỚI CHO CÂY TRỒNG VÙNG VEN BIỂN LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI, NĂM 2016 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI LÊ VIỆT HÙNG NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG NƯỚC LỢ ĐỂ TƯỚI CHO CÂY TRỒNG VÙNG VEN BIỂN Chuyên ngành: Tưới tiêu cho cây trồng Mã số: 62 62 27 01 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC 1.PGS.TS NGUYỄN TRỌNG HÀ 2.PGS.TS NGUYỄN THỊ LAN HƯƠNG HÀ NỘI, NĂM 2016 LỜI CAM ĐOAN Tác giả xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân tác giả. Các kết quả nghiên cứu và các kết luận trong luận văn là trung thực, không sao chép từ bất kỳ một nguồn nào và dưới bất kỳ hình thức nào.Việc tham khảo các nguồn tài liệu đã được thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định. Tác giả luận án Lê Việt Hùng XI LỜI CÁM ƠN Để hoàn thành được luận án, tác giả bảy tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới tập thể thầy cô hướng dẫn: PGS. TS Nguyễn Trọng Hà và PGS.TS Nguyễn Thị Lan Hương (Trường Đại học Thủy Lợi) về sự hướng dẫn tận tình trong suốt quá trình nghiên cứu và viết luận án. Nhân dịp này, tác giả trân trọng cảm ơn Bộ môn Kỹ thuật và Quản lý tưới, Khoa Kỹ thuật và Tài nguyên nước, Phòng Đào tạo Đại học và sau Đại học, Ban Giám hiệu Trường Đại học Thủy Lợi, Phòng thí nghiệm Đất nước và Môi trường Trường Đại học Thủy lợi đã tạo điều kiện thuận lợi nhất để luận án được hoàn thành. Tác giả trân trọng cảm ơn Ban giám đốc Công ty Tư vấn và Chuyển giao công nghệ Trường Đại học Thủy lợi đã tạo điều kiện tốt nhất, quan tâm giúp đỡ về mọi mặt trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận án. Tác giả trân trọng cảm ơn gia đình bác Vũ Xuân Bộ ở huyện Kim Sơn, tỉnh Ninh Bình đã tạo điều kiện để tác giả triển khai thí nghiệm đồng ruộng. Cám ơn các thầy giáo thuộc Trường Đại học Nông nghiệp I, Các thầy giáo thuộc Trường Đại học khoa học tự nhiên và Viện Nghiên cứu ngô đã hướng dẫn và giúp đỡ trong quá trình nghiên cứu. Cuối cùng, tác giả xin chân thành cám ơn bạn bè, đồng nghiệp và gia đình đã giúp đỡ, khích lệ tinh thần trong suốt quá trình thực hiện luận án. Tác giả luận án Lê Việt Hùng XI MỤC LỤC MỞ ĐẦU……............ ....................................................................................................................... 1 1. Sự cần thiết nghiên cứu của đề tài ............................................................................................... 1 2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài...................................................................................... 2 3. Mục tiêu nghiên cứu ...................................................................................................................... 2 4. Đối tượng nghiên cứu .................................................................................................................... 3 5. Phạm vi nghiên cứu ....................................................................................................................... 3 6. Nội dung nghiên cứu ..................................................................................................................... 3 7. Phương pháp nghiên cứu............................................................................................................... 4 8. Những đóng góp mới của luận án.................................................................................................4 9. Cấu trúc luận án ............................................................................................................................. 4 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG NƯỚC NHIỄM MẶN ĐỂ TƯỚI……………............................................................................................................................. 5 1.1 Đặc điểm nguồn nước khu vực ven biển ........................................................... 5 1.1.1 Thành phần vật chất nguồn nước ven biển .................................................. 5 1.1.2 Phân loại nước mặn .................................................................................... 7 1.1.3 Tình hình sử dụng nước nhiễm mặn để tưới trên thế giới và Việt Nam ....... 7 1.1.3.1 Hoa Kì ......................................................................................... 8 1.1.3.2 Israel .......................................................................................... 10 1.1.3.3 Tunisia ....................................................................................... 10 1.1.3.4 Ấn Độ ........................................................................................ 11 1.1.3.5 Ai Cập ........................................................................................ 12 1.1.3.6 Việt Nam .................................................................................... 15 1.2 Cơ sở sử dụng nước nhiễm mặn để tưới cho cây trồng .................................... 16 1.2.1 Cở sở thực tiễn dùng nước nhiễm mặn để tưới cho cây trồng ................... 16 1.2.2 Cơ sở khoa học dùng nước nhiễm mặn để tưới cho cây trồng ................... 17 1.2.2.1 Sự hấp phụ và trao đổi Cation Na + .............................................. 17 Cation Na + và Cl - từ nước nhiễm mặn làm tăng quá trình trao đổi ............ 18 1.2.2.2 Sự hấp thụ Na + của thực vật ........................................................ 20 1.2.2.3 Sự rửa trôi Na + và Cl - ................................................................ 21 1.3 Ảnh hưởng của muối đến thực vật................................................................... 22 XI 1.3.1 Ảnh hưởng của muối đến thực vật ............................................................ 22 1.3.1.1 Ảnh hưởng của muối đến sự thẩm thấu ....................................... 30 1.3.1.2 Ảnh hưởng của muối tới sự phát triển của thực vật ..................... 30 1.4 Ảnh hưởng của muối đến tính chất đất ............................................................ 32 1.4.1 Ảnh hưởng của NaCl đến tính chất lý học đất........................................... 33 1.4.2 Ảnh hưởng của NaCl đến tính chất hóa học đất ........................................ 34 1.5 Ảnh hưởng của nước nhiễm mặn đến năng suất và chất lượng sản phẩm ........ 35 1.5.1 Ảnh hưởng của tưới nước nhiễm mặn đến năng suất và chất lượng sản phẩm ..... 35 1.5.2 Ảnh hưởng của kỹ thuật tưới nước nhiễm mặn đến năng suất cây trồng ... 36 1.6 Nhu cầu về đất, nước và phân bón của cây trồng ............................................. 38 1.6.1 Nhu cầu về đất, nước và phân bón của cây đậu tương ............................... 38 1.6.1.1 Nhu cầu về đất ........................................................................... 38 1.6.1.2 Nhu cầu về nước......................................................................... 39 1.6.1.3 Nhu cầu về phân bón .................................................................. 40 1.6.2 Nhu cầu về đất, nước và phân bón của cây ngô ........................................ 41 1.6.2.1 Nhu cầu về đất ........................................................................... 41 1.6.2.2 Nhu cầu về nước......................................................................... 41 1.6.2.3 Nhu cầu về phân bón .................................................................. 43 1.7 KẾT LUẬN CHƯƠNG 1................................................................................ 43 CHƯƠNG 2 2.1 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ..................................................................45 Điều kiện tự nhiên của khu vực nghiên cứu.................................................... 45 2.1.1 Vị trí địa lý ............................................................................................... 45 2.1.2 Địa hình, địa mạo ..................................................................................... 45 2.1.3 Đặc điểm về đất và nước của khu vực nghiên cứu .................................... 45 2.1.3.1 Đặc điểm về đất .......................................................................... 45 2.1.3.2 Đặc điểm về nước tưới ............................................................... 54 2.1.4 Đặc điểm khí hậu ..................................................................................... 55 2.1.4.1 Mưa ........................................................................................... 55 2.1.4.2 Nhiệt độ không khí ..................................................................... 55 2.1.4.3 Số giờ nắng ................................................................................ 56 2.1.4.4 Độ ẩm không khí ........................................................................ 56 2.1.4.5 Bốc hơi ...................................................................................... 56 XI 2.1.4.6 Tốc độ gió .................................................................................. 57 2.1.4.7 Diễn biến độ mặn tại cửa sông tại huyện Kim Sơn ...................... 57 2.1.4.8 Nước ngầm khu vực nghiên cứu và khả năng tiêu thoát tại khu vực nghiên cứu ............................................................................................... 58 2.2 Bố trí thí nghiệm đồng ruộng .......................................................................... 58 2.2.1 Mục đích nghiên cứu thí nghiệm đồng ruộng............................................ 58 2.2.2 Cơ sở khoa học của việc chọn công nghệ tưới .......................................... 58 2.2.3 Bố trí các ô thí nghiệm ............................................................................. 59 2.2.4 Hệ thống tưới ........................................................................................... 61 2.2.5 Hệ thống đo độ ẩm đất ............................................................................. 62 2.2.6 Giống cây thí nghiệm ............................................................................... 62 2.2.6.1 Giống Ngô LVN 10 .................................................................... 63 2.2.6.2 Giống Đậu Tương DT84 ............................................................. 63 2.3 Phương pháp đo đạc, lấy mẫu và phân tích ..................................................... 64 2.3.1 Phương pháp quan trắc các chỉ tiêu sinh trưởng và năng suất của ngô ...... 64 2.3.1.1 Các chỉ tiêu về hình thái ............................................................. 64 2.3.1.2 Chỉ tiêu sinh trưởng và phát triển ............................................... 64 2.3.1.3 Chỉ tiêu về các yếu tố cấu thành năng suất .................................. 64 2.3.2 Phương pháp quan trắc chỉ tiêu sinh trưởng, năng suất của đậu tương ...... 64 2.3.3 Phương pháp lấy mẫu và phân tích đất, nước ............................................ 65 2.4 Phương pháp xử lý số liệu và phân tích thống kê ............................................ 65 2.4.1 Tính các đặc trưng thống kê mẫu và ước lượng cho tổng thể .................... 65 2.4.2 Kiểm định thống kê các kết quả nghiên cứu ............................................. 65 2.4.3 Sử dụng các hàm và công cụ trong Excel để tính toán .............................. 67 2.4.3.1 Tính các đặc trưng thống kê mẫu ................................................ 67 2.4.3.2 Kiểm định .................................................................................. 67 2.4.3.3 Phân tích tương quan và hồi quy ................................................. 67 2.5 KẾT LUẬN CHƯƠNG II ............................................................................... 69 CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN.............................................70 3.1 Mưa trong các giai đoạn sinh trưởng của cây ngô và cây đậu tương ................ 70 3.2 Lượng nước tưới của cây ngô và cây đậu tương qua các vụ thí nghiệm ........... 70 3.2.1 Lượng nước tưới của cây ngô ................................................................... 70 XI 3.2.2 Lượng nước tưới của cây đậu tương ......................................................... 71 3.3 Ảnh hưởng của tưới nước nhiễm mặn đến nảy mầm của cây ngô và đậu tương ....... 71 3.4 Ảnh hưởng của tưới nước nhiễm mặn đến cây ngô.......................................... 72 3.4.1 Ảnh hưởng của tưới nước nhiễm mặn đến cây ngô vụ xuân 2012 ............. 72 3.4.1.1 Ảnh hưởng của tưới nước nhiễm mặn đến sinh trưởng cây ngô ... 72 3.4.1.2 Ảnh hưởng của tưới nước nhiễm mặn đến năng suất của cây ngô 77 3.4.2 Ảnh hưởng của tưới nước nhiễm mặn đến cây ngô vụ xuân 2013 ............. 82 3.4.2.1 Ảnh hưởng của tưới nước nhiễm mặn đến sinh trưởng của cây ngô 82 3.4.2.2 Ảnh hưởng của tưới nước nhiễm mặn đến năng suất ngô ............... 84 3.4.3 Ảnh hưởng của tưới nước nhiễm mặn đến cây ngô vụ đông 2012 ............. 86 3.4.3.1Ảnh hưởng của tưới nước nhiễm mặn đến chiều cao cây ngô .......... 86 3.4.3.2 Ảnh hưởng của nước tưới nhiễm mặn đến năng suất ngô đông 201289 3.4.4 Ảnh hưởng của tưới nước nhiễm mặn đến ngô vụ đông 2013 ................... 92 3.4.4.1 Ảnh hưởng của tưới nước nhiễm măn đến chiều cao cây ngô....... 92 3.4.4.2 Ảnh hưởng của tưới nước nhiễm mặn đến năng suất cây ngô....... 94 3.5 Ảnh hưởng của tưới nước nhiễm mặn đến đậu tương ...................................... 96 3.5.1 Ảnh hưởng của tưới nước nhiễm mặn đến cây đậu tương vụ xuân 2012 ... 96 3.5.1.1 Ảnh hưởng của nước tưới nhiễm mặn đến chiều cao cây đậu tương 96 3.5.1.2 Ảnh hưởng của nước tưới nhiễm mặn đến năng suất cây đậu tương 97 3.5.1.3 Ảnh hưởng của tưới nước nhiễm mặn đến NS chất khô đậu tương . 99 3.5.2 Ảnh hưởng của tưới nước nhiễm mặn đến cây đậu tương vụ xuân 2013 . 100 3.5.2.1Ảnh hưởng của nước tưới nhiễm mặn đến chiều cao cây đậu tương100 3.5.2.2 Ảnh hưởng của tưới nước nhiễm mặn đến năng suất cây đậu tương102 3.5.3 Ảnh hưởng của tưới nước nhiễm mặn đến cây đậu tương vụ đông 2012 . 106 3.5.3.1 Ảnh hưởng của tưới nước nhiễm mặn đến chiều cao cây ..............106 3.5.3.2 Ảnh hưởng của tưới nước nhiễm mặn đến năng suất cây đậu tương108 3.5.4 Ảnh hưởng của tưới nước nhiễm mặn đến đậu tương vụ đông 2013 ....... 111 3.5.4.1 Ảnh hưởng của tưới nước nhiễm mặn đến chiều cao cây ............111 3.5.4.2 Ảnh hưởng của tưới nước nhiễm mặn đến năng suất đậu tương ..113 3.5.5 Thảo luận chung về ảnh hưởng của tưới nước nhiễm mặn đến sinh trưởng và năng suất ngô và đậu tương ........................................................................... 117 3.6 Ảnh hưởng của tưới nước nhiễm mặn đến tính chất đất................................. 121 XI 3.6.1 Ảnh hưởng của tưới nước nhiễm mặn đến đất sau vụ thu hoạch thứ nhất 121 3.6.1.1 Ảnh hưởng của tưới nước nhiễm mặn đến tính chất lý học đất....121 3.6.1.2 Ảnh hưởng của tưới nước nhiễm mặn đến tính chất hóa học đất .122 3.6.2 Ảnh hưởng của tưới nước nhiễm mặn đến đất sau vụ thu hoạch thứ 2 .... 124 3.6.2.1 Ảnh hưởng của tưới nước nhiễm mặn đến tính chất lý học đất....124 3.6.2.2 Ảnh hưởng của tưới nước nhiễm mặn đến tính chất hóa học đất .125 3.6.3 Ảnh hưởng của tưới nước nhiễm mặn đến đất sau vụ thu hoạch thứ 4 .... 126 3.6.3.1 Ảnh hưởng tưới nước nhiễm mặn đến tính chất lý học đất ..........126 3.6.3.2 Ảnh hưởng của tưới nước nhiễm mặn đến tính chất hóa học đất .127 3.6.4 Đánh giá chung về tưới nước nhiễm mặn đến tính chất đất ..................... 129 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................ 132 XI MỤC LỤC BẢNG Bảng 1.1 Hàm lượng trung bình của các nguyên tố vi lượng hòa tan trong nước ............ 6 Bảng 1.1 Phân loại nước mặn ......................................................................................... 7 Bảng 1.2 Ảnh hưởng của tưới nước nhiễm mặn (6,57 dS/m) đến sinh trưởng cà chua .. 24 Bảng 1.3: Ảnh hưởng của nước nhiễm mặn (6,57 dS/m) bằng phương pháp tưới nhỏ giọt đến sinh trưởng cây cà chua .................................................................................. 24 Bảng 1.4. Ảnh hưởng của nước nhiễm mặn (6.57 dS/m) đến hàm lượng các ion trong cây cà chua .................................................................................................................. 28 Bảng 1.5: Ảnh hưởng của nước nhiễm (6,57 dS/m) bằng phương pháp tưới nhỏ giọt đến hàm lượng các ion trong cây cà chua ............................................................................ 29 Bảng 1.6 Quan hệ giữa hàm lượng Na+ và Cl- .............................................................. 31 Bảng 1.7Ảnh hưởng của độ mặn đất đến trọng lượng củ và tỉ lệdầu trong hạt lạc ......... 36 Bảng 1.8: Năng suất cây đậu tương giảm theo độ mặn của đất ..................................... 39 Bảng 1.9: Hệ số của cây trồng Kc của đậu tương ......................................................... 39 Bảng 1.10: Năng suất cây ngô giảm theo độ mặn của đất ............................................. 41 Bảng 1.11: Ảnh hưởng của độ ẩm đất đến năng suất ngô ............................................. 42 Bảng 2.1: Tính chất lý, hóa học của đất khu thí nghiệm ............................................... 46 Bảng 2.2: Kết quả phân tích mẫu nước trước khi bố trí thí nghiệm ............................... 54 Bảng 2.4: Nhiệt độ không khí trung bình tháng trong năm ........................................... 56 Bảng 2.5: Số giờ nắng theo tháng trong năm ................................................................ 56 Bảng 2.6: Độ ẩm không khí trung bình tháng trong năm .............................................. 56 Bảng 2.7:Lượng bốc hơi trung bình tháng trong năm ................................................... 57 Bảng 2.8: Tốc độ gió trung bình tháng trong năm ........................................................ 57 Bảng 3.2 Ảnh hưởng của tưới nước nhiễm mặn đến chiều cao cây ngô vụ xuân ........... 72 Bảng 3.3 Trọng lượng trung bình chất khô cây ngô vụ xuân 2012 ................................ 77 Bảng 3.4 Ảnh hưởng của tưới nước nhiễm mặn đến các yếu tố cấu thành năng suất..... 79 Bảng 3.5: Chiều cao trung bình của cây ngô ở các công thức tưới ................................ 82 Bảng 3.6: Giá trị trung bình của chỉ tiêu cấu thành năng suất và năng suất ngô ............ 84 Bảng 3.7: Trọng lượng chất khô cây ngô vụ xuân 2013 ở các công thức thí nghiệm..... 86 Bảng 3.8: Chiều cao trung bình của cây ngô của các công thức thí nghiệm .................. 87 Bảng 3.9: Giá trị trung bình của các chỉ tiêu cấu thành năng suất và năng suất ngô ...... 89 Bảng 3.10: Trọng lượng chất khô cây ngô vụ đông 2012 của các công thức ................. 90 Bảng 3.11: Chiều cao trung bình cây ngô 2013 của các công thức thí nghiệm .............. 92 Bảng 3.12: Giá trị trung bình của các chỉ tiêu cấu thành năng suấtvà năng suất ngô ..... 94 Bảng 3.13: Trọng lượng chất khô cây ngô vụ đông 2013 của các công thức ................. 95 Bảng 3.14: Ảnh hưởng của độ mặn nước tưới đến chiều cao cây đậu tương ................. 96 Bảng 3.15: Các yếu tố cấu thành năng suất của cây đậu tương trong các công thức thí nghiệm ......................................................................................................................... 97 Bảng 3.16: Các chỉ tiêu cấu thành năng suất và năng suất của đậu tương ..................... 98 Bảng 3.17: Năng suất chất khô cây đậu tương trong thí nghiệm .................................. 99 XI Bảng 3.18: Ảnh hưởng của độ mặn của nước tưới đến chiều cao cây đậu tương......... 101 Bảng 3.19: Các chỉ tiêu cấu thành năng suất của đậu tương vụ xuân 2013 ................. 102 Bảng 3.20: Các chỉ tiêu cấu thành năng suất và năng suất đậu tương vụ xuân 2013.... 103 Bảng 3.21: Hàm lượng trung bình của năng suất chất khô cây trong thí nghiệm ......... 105 Bảng 3.22: Ảnh hưởng của độ mặn của nước tưới đến chiều cao cây ......................... 106 Bảng 3.23: Các chỉ tiêu cấu thành năng suất của cây đậu tương ................................. 108 Bảng 3.25 Năng suất chất khô cây đậu tương vụ đông 2012 ....................................... 111 Bảng 3.26: Ảnh hưởng của độ mặn của nước tưới đến chiều cao cây đậu tương......... 111 Bảng 3.27 Các chỉ tiêu cấu thành năng suất của cây đậu tương .................................. 113 Bảng 3.28: Các chỉ tiêu cấu thành năng suất và năng suất cây đậu tương ................... 113 Bảng 3.29: Năng suất chất khô cây đậu tương vụ đông 2013...................................... 115 Bảng 3.30: Tổng hợp mức giảm các chỉ tiêu so với đối chứng (CT1) ở các công thức CT2 và CT3 của cây ngô và cây đậu tương qua các vụ ............................................... 118 Bảng 3.31: Tổng hợp sự khác biệt qua kiểm định thống kê giữa công thức đối chứng (CT1) với CT2 và CT3 về các chỉ tiêu của cây ngô và cây đậu tương qua các vụ thí nghiệm ......... 120 Bảng 3.32: Tính chất lý học đất ở các công thức thí nghiệm sau vụ thứ nhất .............. 121 Bảng 3.33:Tính chất hóa học đất ở các công thức thí nghiệm sau vụ thứ nhất ............ 122 Bảng 3.35:Tính chất hóa học đất ở các công thức thí nghiệm sau vụ thứ hai .............. 125 Bảng 3.36: Tính chất lý học đất ở thí nghiệm sau vụ thu hoạch thứ tư ........................ 127 Bảng 3.37:Tính chất hóa học đất ở các công thức thí nghiệm sau vụ thứ tư ................ 128 XI MỤC LỤC HÌNH ẢNH Hình1.1 Sơ đồ phân chia ion (I) và nồng độ ion (II) ở lớp điện kép của phức hệ .......... 18 Hình1.2 Đường kính và năng lượng hydrat hóa của các Cation và tỉ lệ trao đổi............ 19 Hình1.3 Sự hấp phụ của Cation Na+ và K+ .................................................................. 20 Hình1.4 Mô hình khái quát về một số quá trình lý sinh chủ yếu ở hệ thống tưới .......... 23 Hình 1.5. Sự thay đổi EC (độ dẫn điện) của đất ở 3 mức tưới ....................................... 33 Hình 1.6: Quang hệ giữa sự thiếu hụt nước tương đối (1-ETa/ETm) và sự giảm năng suất tương đối (1-Ya/Ym) của cây đậu tương. .............................................................. 39 Hình 1.7: Quan hệ giữa sự thiếu hụt bốc hơi nước (1-ETa/ETm) và giảm năng suất (1Ya/Ym) tương đối của ngô ........................................................................................... 42 Hình 2.1: Bản đồ vị trí địa lý của tỉnh Ninh Bình ......................................................... 45 Hình 2.1a: Mô hình tập trung muối tại các kỹ thuật tưới khác nhau. ............................. 59 Hình 2.2: Sơ đồ bố thí nghiệm đồng ruộng của ngô và đậu tương ................................ 60 Hình 2.3: Mặt cắt ngang luống thí nghiệm ngô ............................................................. 61 Hình 2.3a. Sơ đồ hệ thống tưới nhỏ giọt tại khu thí nghiệm.......................................... 61 Hình 2.4. Hình ảnh thiết bị Tensiometer đặt tại luống ngô thí nghiệm .......................... 62 Hình 2.5: Pha muối và kiểm tra nồng độ muối trong các công thức tưới....................... 62 Hình 3.3. Ảnh hưởng của tưới nước nhiễm mặn đến chiều cao cây ngô xuân 2012 ...... 73 Hình 3.5.Quan hệ giữa độ dẫn điện của nước tưới và tổng số lá ngô xuân 2012 ........... 75 Hình 3.6 Quan hệ giữa độ dẫn điện của nước tưới và chỉ số diện tích lá ngô 2012 ....... 75 Hình 3.7 Quan hệ giữa độ dẫn điện nước tưới và thời gian sinh trưởng của cây ngô ..... 76 Hình 3.8. Quan hệ giữa độ dẫn điện của nước tưới và trọng lượng chất khô ................. 78 Hình 3.9. Quan hệ giữa độ dẫn điện của nước tưới và năng suất ngô vụ xuân .............. 80 Hình 3.10: Quan hệ giữa độ mặn nước tưới và chiều cao cây ngô giai đoạn trổ cờ ....... 84 Hình 3.11: Năng suất hạt khô của ngô vụ xuân 2013 ở công thức CT1 và CT3. ........... 85 Hình 3.12: Quy luật giảm và biểu đồ giảm chiều cao thân cây ngô vụ đông năm 2012 . 88 Hình 3.12: Năng suất hạt khô (kg/cây) ngô vụ đông 2012 của CT1 và CT3 ................. 90 Hình 3.13: Quy luật giảm dần chiều cao cây ngô giai đoạn trổ cờ vụ đông năm 2013 .. 93 Hình 3.14: Năng suất hạt khô (kg/cây) ngô vụ đông 2013 của CT1 và CT3 ................. 95 Hình 3.15: Năng suất chất khô (kg/cây) của đậu tương vụ xuân 2012 ........................ 100 Hình 3.16: Quy luật hóa xu thế giảm chiều cao cây đâu tương vụ xuân 2013 ............. 102 Hình 3.17: Năng suất hạt khô (kg.cây) của đậu tương vụ xuân 2013 .......................... 105 Hình 3.18: Năng suất chất khô (kg/cây) của đậu tương vụ xuân 2013 ........................ 106 Hình 3.19: Quy luật giảm giảm chiều cao thân cây đậu tương vụ đông năm 2012 ...... 108 Hình 3.20: Năng suất hạt khô (kg/cây) của đậu tương vụ đông 2012 .......................... 110 Hình 3.21: Quy luật giảm và biểu đồ giảm chiều cao thân cây đậu tương năm 2013 . 113 Hình 3.22: Năng suất hạt khô (kg/cây) của đậu tương vụ đông 2013 .......................... 115 Hình 3.23: Năng suất chất khô (kg/cây) của đậu tương vụ đông 2013 ........................ 116 XI MỞ ĐẦU 1. Sự cần thiết nghiên cứu của đề tài Việt nam là quốc gia nằm bên bờ biển Đông có bờ biển dài hơn 3000 km, dọc theo bờ biển là những vùng đồng bằng châu thổ, các vùng đồng bằng duyên hải, nơi sản xuất nông nghiệp có vai trò quan trọng đối với nền kinh tế của cả nước. Ngày nay, sản xuất lương thực ở Việt Nam đang và sẽ gặp nhiều rủi ro vì những tác động của hiện tượng BĐKH. Đối phó với tình hình biến đổi khí hậu là ưu tiên hàng đầu của Chính phủ do những tác động tiêu cực của nó đến sản xuất nông nghiệp và sinh kế của người dân trong thời gian gần đây, điển hình là hạn hán ở Nam Trung Bộ; xâm nhập mặn diễn ra ở hầu hết các tỉnh ven biển, đặc biệt là các tỉnh vùng ĐBSCL,... khiến hàng chục nghìn ha đất nông nghiệp thiếu nước tưới, v.v. Theo dự báo, hạn hán sẽ tiếp tục kéo dài ở vụ Hè Thu 2016, dự kiến ở các tỉnh Khánh Hòa, Ninh Thuận, Bình Thuận sẽ có khoảng 40.000 ha đất lúa phải dừng sản xuất (Khánh Hòa 10.000 ha, Ninh Thuận 10.000 ha, Bình Thuận 20.000 ha). Trong đó, theo kết quả điều tra, chỉ riêng huyện Thuận Bắc, tỉnh Ninh Thuận, trong 2 năm (từ vụ hè thu 2014 đến nay) đã phải ngưng gieo trồng khoảng 12.500 ha lúa (Phòng Nông nghiệp Thuận Bắc, 2016). Một trong những nguyên nhân chính gây ra hạn hán, được xác định là do tác động của BĐKH gây nên các hiện tượng thời tiết cực đoan, sự thay đổi về chế độ mưa, nhiệt độ,... làm cho nhu cầu nước tăng cao trong bối cảnh thiếu hụt nguồn nước. Theo thống kê của các cơ quan chuyên môn, ở Nam trung Bộ, hiện tại dung tích trữ của các hồ chứa thủy lợi từ Đà Nẵng đến Phú Yên đạt từ 60-80% dung tích thiết kế (DTTK); các tỉnh Khánh Hòa, Ninh Thuận, Bình Thuận chỉ đạt 30-50% DTTK (Tổng cục Thủy lợi, 2016). Những thông tin trên cho thấy, sản xuất nông nghiệp ở nước ta đang và sẽ phải đối mặt với rất nhiều khó khăn, vừa phải đảm bảo lương thực cho lượng dân số ngày càng gia tăng vừa phải đảm bảo nâng cao giá trị gia tăng trước sức ép của sự cạnh tranh trên thị trường trong điều kiện có ít đất và ít nước hơn do tác động của BĐKH. Nhận thức được các rủi ro đó, Chính phủ Việt Nam đã và đang đề ra nhiều chính sách tái cơ cấu nền kinh tế. Trong đó, Đề án Tái cơ cấu ngành nông nghiệp; Tái cơ cấu ngành thủy lợi; Nâng cao hiệu quả quản lý khai thác công trình thủy lợi hiện có, v.v. đều đặt ra mục tiêu cơ bản là nâng cao giá trị gia tăng và phát triển bền vững dựa trên cơ sở phát triển 1 sản xuất quy mô lớn, đẩy mạnh áp dụng Khoa học công nghệ nhằm tăng năng suất, chất lượng, giảm giá thành và thích ứng với BĐKH. Chủ trương Tái cơ cấu Nông nghiệp đã tạo điểm nhấn cho nâng cao năng suất nước nông nghiệp trong bối cảnh khan hiếm nước ngày càng gia tăng, do vậy, cải thiện tính linh hoạt của nguồn cung cấp để khuyến khích đa dạng hóa cây trồng, nhằm giảm diện tích lúa và các loại cây trồng sử dụng nhiều nước; tăng diện tích các loại cây trồng có giá trị kinh tế cao, tiêu thụ ít nước chính là để thực hiện chủ trương Tái cơ cấu ngành nông nghiệp trong điều kiện BĐKH. Đề tài “Nghiên cứu sử dụng nước lợ để tưới cho một số cây trồng cạn ven biển” được tiến hành đáp ứng chủ trương tăng thêm nguồn cấp nước truyền thống, làm giảm áp lực lên nguồn nước tưới truyền thống, đáp ứng chủ trương tái cơ cấu ngành thuỷ lợi. 2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài - Về mặt khoa học, luận án góp phần làm rõ cơ sở khoa học của việc sử dụng nước nhiễm mặn để tưới cho cây ngô và cây đậu tương bằng kỹ thuật tưới nhỏ giọt ở vùng đất phù sa sông biển huyện Kim Sơn tỉnh Ninh Bình. - Về mặt thực tiễn, đề tài nghiên cứu có ý nghĩa lớn khi đề xuất khả năng sử dụng nguồn nước nhiễm mặn để tưới cho cây ngô và cây đậu tương tại huyện Kim Sơn tỉnh Ninh Bình. Đề tài là tiền đề cho những nghiên cứu tưới nước nhiễm mặn ở vùng khí hậu ven biển khác của Việt Nam và với các loại cây khác nhau, nơi tài nguyên nước ngọt thường rất hạn chế. - Luận án góp phần định hướng cho việc sử dụng nước nhiễm mặn một cách thích hợp trong sản xuất nông nghiệp bền vững ở Việt Nam. Góp phần làm giảm áp lực nguồn nước ngọt trong bối cảnh biến đổi khí hậu và nước biển dâng. 3. Mục tiêu nghiên cứu Xác định cơ sở khoa học của tưới nước nhiễm mặn bằng phương pháp tưới nhỏ giọt đến sinh trưởng, năng suất của cây ngô và cây đậu tương và tính chất lý, hóa học của đất tại huyện Kim Sơn tỉnh Ninh Bình. - Đánh giá khả năng sử dụng nước nhiễm mặn để tưới cho cây trồng. 2 4. Đối tượng nghiên cứu - Nghiên cứu ảnh hưởng của việc sử dụng nước nhiễm mặn bằng phương pháp tưới nhỏ giọt để tưới cho cây đậu tương ĐT84 và cây ngô LVN10, đây là hai loại cây lương thực và thực phẩm đang và sẽ được trồng khá phổ biến ở vùng đồng bằng Bắc Bộ. - Đất canh tác khu thí nghiệm là đất cát pha đến thịt nhẹ thuộc vùng ven biển của châu thổ sông Hồng. Đất thí nghiệm là loại đất canh tác khá phổ biến ở vùng ven biển của châu thổ sông Hồng, ven biển duyên hải miền trung Việt Nam. - Độ mặn của nước tưới thí nghiệm gồm 3 mức: ≤ 1‰ (đạt tiêu chuẩn nước tưới), 2 ‰ và 3‰ là độ mặn lớn gấp đôi và gấp ba tiêu chuẩn nước tưới. Nguồn nước được lấy từ sông Vạc, độ mặn của nước tưới được xử lý đạt yêu cầu nghiên cứu bằng nguyên lý pha loãng hay bổ sung muối. - Kỹ thuật tưới áp dụng trong thí nghiệm là kỹ thuật tưới nhỏ giọt. 5. Phạm vi nghiên cứu - Chọn vùng thí nghiệm là vùng ven biển Bắc Bộ và Bắc Trung Bộ thuộc vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa. Cụ thể, đề tài thí nghiệm tại xã Kim Chính, huyện Kim Sơn, tỉnh Ninh Bình có vị trí nằm giữa Bắc Bộ và Bắc Trung Bộ. - Nghiên cứu tưới nước nhiễm mặn cho cây đậu tương ĐT84 và cây ngô LVN10 đang được trồng phổ biến trên đất phù sa trung tính vùng ven biển. - Nghiên cứu được tiến hành trong 6 vụ (2 vụ xuân, 2 vụ mùa và 2 vụ đông) của năm 2012 và 2013. Tuy nhiên, do hai vụ mùa có mưa nhiều, gần như không phải tưới nên trong vụ mùa việc tưới nước nhiễm mặn là không xảy ra. 6. Nội dung nghiên cứu - Xác định mối quan hệ độ mặn của nước tưới đến sinh trưởng và năng suất cây ngô và cây đậu tương khi áp dụng kỹ thuật tưới nhỏ giọt. - Xác định ảnh hưởng của sử dụng nước nhiễm mặn để tưới đến tính chất lý hóa học của đất. - Đánh giá khả năng sử dụng nước nhiễm mặn để tưới cho cây trồng ở những nơi nguồn nước ngọt hạn chế và nước nhiễm mặn phong phú. 3 7. Phương pháp nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu của luận án là phương pháp kế thừa, phương pháp thí nghiệm đồng ruộng và phương pháp phân tích thống kê. Các bố trí thí nghiệm, quan trắc thí nghiệm được thực hiện theo các quy định hiện hành. 8. Những đóng góp mới của luận án 1. Có thể dùng nước nhiễm mặn với độ mặn 2‰ (ECiw = 2,8dS/m) để tưới bằng phương pháp tưới nhỏ giọt mà không làm ảnh hưởng đáng kể đến sinh trưởng, năng suất của cây ngô LVN10 và cây đậu tương ĐT84 ở đất phù sa sông biển huyện Kim Sơn, tỉnh Ninh Bình. 2. Tại các vùng ven biển Bắc Bộ, Bắc Trung Bộ và hải đảo, trong điều kiện bất khả kháng có thể dùng nước có độ mặn 3‰ (ECiw = 4,3 dS/m) để tưới bằng phương pháp nhỏ giọt cho cây ngô LVN10 và cây đậu tương ĐT84. Khi đó năng suất ngô giảm < 10%, đậu tương giảm < 7% so với tưới nước ngọt. 3. Tưới nước nhiễm mặn bằng phương pháp tưới nhỏ giọt ở nồng độ 3‰ (độ mặn gấp ba lần nước tưới thông thường) không ảnh hưởng rõ rệt đến các tính chất lý hóa học cơ bản của đất. Đặc biệt, không làm thay đổi đáng kể chỉ số về Na + trao đổi, tỉ lệ hấp phụ Na+ (SAR) và các chỉ tiêu liên quan đến nước tưới nhiễm mặn. 9. Cấu trúc luận án Luận án bao gồm: Mở đầu; Chương 1. Tổng quanvề nghiên cứu sử dụng nước nhiễm mặn để tưới Chương 2: Phương pháp nghiên cứu Chương 3: Các kết quả nghiên cứu và thảo luận Kết luận và kiến nghị; Danh mục các công trình đã công bố; Tài liệu tham khảo và Phụ lục 4 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG NƯỚC NHIỄM MẶN ĐỂ TƯỚI 1.1 Đặc điểm nguồn nước khu vực ven biển 1.1.1 Thành phần vật chất nguồn nước ven biển Nguồn nước ven biển thường có sự pha trộn giữa nước biển và nước sông. Do đó, so với nguồn nước trong nội địa, nguồn nước ở khu vực này có đặc điểm cơ bản là độ mặn cao (nước lợ). Mức độ xâm nhập mặn phụ thuộc vào các yếu tố chính là: độ mặn nước biển, độ lớn của thuỷ triều, lưu lượng nước ngọt từ thượng lưu, lưu lượng thông nhau giữa các sông. Giữa nước biển và nước sông, ngoài sự khác nhau chính về độ mặn (hàm lượng muối NaCl) còn có những khác biệt lớn về hàm lượng các nguyên tố hóa học khác và có thể thấy ở bảng 1.1. Theo quy luật, những nguyên tố có nhiều trong đất thì có ít trong nước biển và ngược lại. Những nguyên tố có nhiều trong nước biển như Na, Cl, F,… là những nguyên tố dễ bị rửa trôi. Lượng Na+ và Cl- trong nước biển cao hơn nhiều lần so với nước sông và đó là yếu tố chính không thể sử dụng nước biển để tưới cho cây trồng thuộc nhóm cây không chịu mặn. Trong khi đó, nhóm cây chịu mặn như sú, vẹt lại phát triển bình thường ở nước biển. Kết quả ở bảng 1.1 cho thấy, tuy có chứa độc tố (chủ yếu là NaCl) đối với cây, nhưng nước biển còn chứa nhiều chất dinh dưỡng mà nước sông thường có rất ít. Thí dụ: Bo (B), Molipden (Mo), Iot có rất nhiều trong nước biển, trong khi đó ở nước sông có ít và kể cả trong đất cũng thường thiếu các nguyên tố này. Đây là những nguyên tố dinh dưỡng vi lượng hết sức quan trọng đối với thực vật. Hai nguyên tố Bo và Molipden thường thiếu trong đất, đặc biệt là các loại đất nằm sâu trong nội địa. Molipden là nguyên tố hết sức quan trọng đối với quá trình cố định Nitơ phân tử của vi khuẩn sống cộng sinh (Rhizobium) với cây họ đậu. Thiếu nguyên tố này hoạt động của Rhizobium giảm, cơ chế cố định Nitơ phân tử bị ảnh hưởng và qua đó cây họ đậu phát triển kém. 5 Bo là nguyên tố cần thiết cho sự ra hoa kết quả cuả cây trồng. Điều này cũng lý giải, tại sao cây đậu, lạc vùng ven biển có năng suất cao. Như vậy, dưới góc độ là nguồn nước tưới cho cây trồng, nguồn nước nhiễm mặn ở vùng ven biển có hai đặc điểm chính là có chứa độc tố NaCl và giàu các nguyên tố dinh dưỡng vi lượng cần thiết cho cây trồng, nhất là cây đậu, lạc như Bo, Mo và I. Bên cạnh các yếu tố bất lợi là nồng độ muối cao, nước nhiễm mặn lại có nhiều nguyên tố có lợi cho cây trồng mà nước sông không có. Đây là ưu thế của nguồn nước nhiễm mặn cần được nghiên cứu để phát huy sử dụng, đặc biệt trong sản xuất nông nghiệp. Bảng 1.1 Hàm lượng trung bình của các nguyên tố vi lượng hòa tan trong nước biển và nước sông Nguyên tố Dạng tồn tại chính B B(OH)3,B(OH)-4 N NO3 F F- Al - Al(OH)3,Al(OH)4 HPO4 ,Na HPO4 TiO(OH)42- V H2VO4-,HVO42- Cr 2- Fe - - CrO4 ,NaCrO4 ,Cr(OH)2 2+ Mn ,MnCl 2+ + + + Fe ,FeCl ,Fe(OH)3 2+ + Co Co ,CoCl Ni Ni2+,NiCl+,NiCO3 Cu Nước sông 4,61.103 18 CuCO3,Cu(CO3)2 1333 5,3 0,3 50 62 115 0,007 10 1,78 0,8 0,2 1 0,02 8,2 0,03 50 0,002 0,2 0,49 0,5 0,15 1,5 - ,MgHPO4,PO43- Ti Mn Nước biển 430 2- P Hàm lượng trung bình(µg/l) 2- ,Cu(OH)+ Zn Zn2+,ZnCl+,ZnSO4 0,38 30 As - 1,23 1,7 11 0,5 As(OH)3,As(OH)4 2- Mo MoO4 Ag AgCl 0,023 0,3 Cd CdCl+,CdCl2 0,067 0,02 59,5 0,05 0,3 0,035 15 60 - I IO3 Cs Cs+ Ba 2+ Ba ,BaCl + (Đặng Trung Thuận, 2005) 6 1.1.2 Phân loại nước mặn Khả năng thích hợp để tưới của nước mặn phụ thuộc vào các điều kiện sử dụng như cây trồng, khí hậu, đất đai, phương pháp tưới và biện pháp quản lý. Để xác định mức độ mặn của nước thì việc đưa ra một sơ đồ phân loại rất có ý nghĩa thực tiễn. Bảng 1.1 đưa ra một sơ đồ phân loại theo tổng nồng độ muối. Đó là yếu tố chất lượng quan trọng thường giới hạn việc dùng nước mặn vào việc trồng trọt. Chỉ những cây rất chịu mặn mới có thể cho năng suất khi tưới bằng nước có độ dẫn điện vượt quá 10dS/m. Độ dẫn điện của nước tưới thường dùng ít khi vượt quá 2dS/m. Bảng 1.1 Phân loại nước mặn Loại nước Độ dẫn điện Nồng độ muối (dS/m) (mg/l) Không mặn <0,7 <500 Nuớc uống và nước tưới Hơi mặn 0,7-2 500-1500 Nước tưới Mặn vừa (nước lợ) 2-10 1500-7000 Nước cửa sông và nước ngầm Mặn nhiều 10-25 7000-15000 Nước tiêu thư cấp và nước ngầm Rất mặn 25-45 15000-35000 Nước ngầm rất mặn >45 >35000 Nước biển Nước muối Loại nước (Nguồn: FAO Irrigation and Drainage Paper 48) Độ mặn nước biển ven bờ nước ta nằm ở mức 12‰ đến 35‰. Ở gần bờ, hàm lượng muối có thể cao tuỳ thuộc vào sự xáo trộn của gió, thuỷ triều và độ sâu của nước . Khi sự pha trộn của nước ngọt đổ ra từ các con sông thì nước biển nhạt hơn một cách đáng kể. Nước lợ với độ mặn từ 1‰ đến 10‰ là kết quả pha trộn nước biển với nước ngọt. Nước lợ thường xuất hiện ở các vùng cửa sông hoặc xuất hiện trong các tầng ngậm nước hoá thạch. Trong luận văn này tác giả gọi nước lợ là nước nhiễm mặn. 1.1.3 Tình hình sử dụng nước nhiễm mặn để tưới trên thế giới và Việt Nam Trên thế giới, đã có bằng chứng minh hoạ khả năng có thể dùng nước mặn để tưới. Họ đã chứng minh nước mặn cũng là một nguồn tài nguyên, thực tế nhiều loại nước có độ mặn còn cao hơn nhiều so với nước thường được xếp vào loại “không dùng để tưới 7 được” vẫn có thể dùng để tưới có hiệu quả, để trồng các loại cây được chọn lọc trong những điều kiện thích hợp. 1.1.3.1 Hoa Kì Hoa Kì là nước đã dùng thành công nước mặn để tưới ở nhiều vùng thuộc miền Tây nam bao gồm thung lũng sông Arkansas bang Colorado, bang Arizona, bang New Mexico và phía Tây bang Texas [1]. Trong thung lũng Pecos của bang Tây Texas nước ngầm trung bình có tổng lượng muối tan khoảng 2500 mg/l, trong khi loại nước có nồng độ muối tan cao hơn nhiều (ít nhất là cũng đến 6000 mg/l), đã được sử dụng thành công để tưới cho khoảng 81000 ha đất trong ba thập kỷ nay [2][3]. Trong thung lũng này, lượng mưa chưa đến 300mm, trong đó phần lớn là mưa rào không đến 25 mm. Các cây trồng chủ yếu bao gồm bông, cây có hạt nhỏ, lúa miến lấy hạt và cỏ. Đất thuộc loại cacbonat (pH 7,5 đến 8,3) với đương lượng CaCO3 nằm trong khoảng từ 20 đến 30%, nghèo chất hữu cơ và kết cấu mịn. Thành phần cơ giới biến động từ thịt pha limôn đến thịt nặng pha limôn. Tốc độ thấm trung bình khoảng 0,5 cm mỗi giờ. Hệ thống thoát nước nội bộ là tốt, mực nước ngầm thường là dưới 3 m. - Bông thường được tưới bằng nước có chứa thạch cao, EC lên đến 8dS/m, bằng cách tưới rãnh, cách hàng, gieo trồng hàng kép trên luống rộng và hàng đơn trên luống hẹp rồi “phạt” đỉnh luống để loại bỏ váng muối trước khi cây ngoi lên khỏi mặt đất. Tưới phun mưa cho bông vào ban đêm hay vào lúc hoàng hôn bằng nước có độ dẫn điện đến 5dS/m. Cây cỏ làm thức ăn gia súc khác, tưới nước có độ dẫn điện từ 3 - 5dS/m năng suất giảm không đáng kể; cà chua cũng vậy. Theo truyền thống, hầu hết các loại cây trồng ngoài đồng vùng Viễn Tây Texas đã được tưới bằng các phương pháp tưới rãnh. Khi tưới nước mặn vào mỗi rãnh thì ở đỉnh luống có nồng độ muối cao nhất còn trong lòng rãnh nồng độ muối lại thấp nhất. Việc tích luỹ muối trong luống thường làm chết cây con hoặc giảm sức nảy mầm. Để giảm việc tích luỹ muối như vậy đến mức thấp nhất vùng Trans-Pecos thường dùng phương pháp tưới cách rãnh. Theo hệ thống này, muối được "đẩy" về phía rãnh không tưới nước. Ở quận Hudspeth là nơi độ mặn nước tưới khá cao, phương pháp này thường 8