Tài liệu Nghiên cứu ứng dụng mô hình động thái để xác định công thức luân canh trên đất phù sa trung tính ít chua đồng bằng sông cửu long[full]

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI ----------------- NGÔ TIỀN GIANG NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG MÔ HÌNH ĐỘNG THÁI ĐỂ XÁC ĐỊNH CÔNG THỨC LUÂN CANH TRÊN ĐẤT PHÙ SA TRUNG TÍNH ÍT CHUA ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG LUẬN ÁN TIẾN SĨ NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI - 2012 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI ----------------- NGÔ TIỀN GIANG NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG MÔ HÌNH ĐỘNG THÁI ĐỂ XÁC ĐỊNH CÔNG THỨC LUÂN CANH TRÊN ĐẤT PHÙ SA TRUNG TÍNH ÍT CHUA ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG CHUYÊN NGÀNH: TRỒNG TRỌT MÃ SỐ: 62.62.01.01 LUẬN ÁN TIẾN SĨ NÔNG NGHIỆP NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC 1. PGS.TS ĐOÀN VĂN ĐIẾM 2. PGS.TS NGUYỄN VĂN VIẾT HÀ NỘI – 2012 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan rằng, đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận án này là trung thực và chưa hề được sử dụng để bảo vệ một học vị nào. Tôi xin cam đoan rằng, mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận án đã được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong luận án này đều được chỉ rõ nguồn gốc. Tác giả luận án Ngô Tiền Giang ii LỜI CẢM ƠN Trước hết, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS. Đoàn Văn Điếm, PGS.TS. Nguyễn Văn Viết, đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành công trình nghiên cứu này. Tôi cũng xin chân thành cảm ơn các thầy giáo, cô giáo Bộ môn Sinh thái Nông nghiệp, Khoa Tài Nguyên và Môi trường, Viện Đào tạo Sau đại học và Ban Giám hiệu Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội, đã quan tâm giúp đỡ và đóng góp nhiều ý kiến quý báu trong quá trình thực hiện và hoàn thành luận án. Tôi xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ của Trạm thực nghiệm Khí tượng Thuỷ văn Nông nghiệp Trà Nóc; Trung tâm Nghiên cứu Khí tượng Nông nghiệp; lãnh đạo Viện Khoa học Khí tượng Thuỷ văn và Môi trường, đã tạo điều kiện thuận lợi và hỗ trợ tôi thực hiện và hoàn thành luận án này. Tôi xin chân thành cảm ơn sự động viên, khuyến khích, giúp đỡ của các bạn đồng nghiệp và gia đình. Tôi xin chân thành cảm ơn Hà Nội, ngày 30 tháng 8 năm 2012 Tác giả Ngô Tiền Giang iii MỤC LỤC Trang Lời cam đoan---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- i Lời cảm ơn--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- ii Mục lục ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- iii Danh mục các chữ viết tắt ------------------------------------------------------------------------------------------ v Danh mục các bảng -------------------------------------------------------------------------------------------------------- vi Danh mục các hình --------------------------------------------------------------------------------------------------------- ix MỞ ĐẦU ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 1 1 Tính cấp thiết của đề tài ------------------------------------------------------------------------------ 1 2 Mục đích và yêu cầu nghiên cứu ----------------------------------------------------------- 2 2.1 Mục đích của đề tài---------------------------------------------------------------------------------------- 2 2.2 Yêu cầu của đề tài ------------------------------------------------------------------------------------------ 3 3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ------------------------------------------ 3 3.1 Ý nghĩa khoa học -------------------------------------------------------------------------------------------- 3 3.2 Ý nghĩa thực tiễn--------------------------------------------------------------------------------------------- 3 4 Phạm vi nghiên cứu của đề tài ---------------------------------------------------------------- 4 5 Điểm mới của luận án ---------------------------------------------------------------------------------- 4 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU VÀ CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 5 1.1 Cơ cấu cây trồng --------------------------------------------------------------------------------------------- 5 1.1.1 Cơ cấu cây trồng --------------------------------------------------------------------------------------------- 5 1.1.2 Nghiên cứu phát triển cơ cấu cây trồng trên thế giới và Việt Nam-------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 17 1.2 Nghiên cứu mô hình mô phỏng trên thế giới và trong nước ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ 23 CHƯƠNG 2 ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 37 Đối tượng nghiên cứu ---------------------------------------------------------------------------------- 37 2.1 2.2 Nội dung nghiên cứu ------------------------------------------------------------------------------------ 37 2.3 Địa điểm, thời gian nghiên cứu -------------------------------------------------------------- 37 2.3.1 Địa điểm --------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 37 2.3.2 Thời gian -------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 37 2.4 Phương pháp nghiên cứu---------------------------------------------------------------------------- 37 iv 2.4.1 Điều tra, phân tích điều kiện tự nhiên với sản xuất nông nghiệp -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 37 2.4.2 Bố trí thí nghiệm --------------------------------------------------------------------------------------------- 38 2.4.3 Phương pháp phân tích và xử lý số liệu, đánh giá chất lượng mô hình--------------------------------------------------------------------------------------------------- 42 2.4.4 Xác định công thức luân canh ----------------------------------------------------------------- 43 2.4.5 Cấu trúc mô hình động thái ---------------------------------------------------------------------- 45 CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN --------------------------- 53 3.1 Điều kiện tự nhiên và hệ thống canh tác lúa vùng ĐBSCL --- 53 3.1.1 Điều kiện tự nhiên ------------------------------------------------------------------------------------------ 53 3.1.2 Hệ thống canh tác lúa ở ĐBSCL ----------------------------------------------------------- 59 3.2 Các tham số mô hình động thái -------------------------------------------------------------- 68 3.2.1 Đặc trưng về đất ---------------------------------------------------------------------------------------------- 68 3.2.2 Các tham số mô hình động thái -------------------------------------------------------------- 70 3.2.3 Kiểm nghiệm tham số ---------------------------------------------------------------------------------- 91 3.3 Xác định công thức luân canh đạt hiệu quả kinh tế -------------------- 103 3.3.1 Các chỉ tiêu khí hậu nông nghiệp và sinh thái của một số cây trồng--------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 103 3.3.2 Thời vụ lúa đông xuân --------------------------------------------------------------------------------- 106 3.3.3 Thời vụ lúa mùa----------------------------------------------------------------------------------------------- 106 3.3.4 Thời vụ các cây màu lương thực, ngắn ngày trông chờ vào mưa ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 107 3.3.5 Công thức luân canh cây trồng theo điều kiện khí hậu ------------ 108 3.3.6 Xác định chi phí sản xuất --------------------------------------------------------------------------- 110 3.3.7 Thực nghiệm số xác định công thức luân canh đạt hiệu quả kinh tế----------------------------------------------------------------------------------------------------------- 111 3.4 Những vấn đề hạn chế của mô hình động thái ------------------------------ 124 CHƯƠNG 4 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ----------------------------------------------------------------------- 125 4.1 Kết luận ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 125 Đề nghị------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ 126 4.2 CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CÓ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN -------------- 127 TÀI LIỆU THAM KHẢO ------------------------------------------------------------------------------------------------------- 128 PHỤ LỤC -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- v DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT AVRDC Asian Vegetation Research and Development Centre (Trung tâm Nghiên cứu Phát triển Rau đậu Châu Á) CAgM Commission for Agricultural Meteorology (Ban Khí tượng Nông nghiệp) ĐBSCL Đồng bằng sông Cửu Long FAO Food and Agriculture Organization (Tổ chức Nông lương Liên hiệp quốc) KHNN Khí hậu Nông nghiệp KTNN Khí tượng Nông nghiệp PAR Photosynthesis Active Radiation (Bức xạ hoạt động quang hợp) PTNT Phát triển nông thôn RCB Random Complex Block (Khối ngẫu nhiên đầy đủ) WMO World Meteorological Organization (Tổ chức Khí tượng Thế giới) vi DANH MỤC CÁC BẢNG STT Tên bảng Trang 1.1 Phân loại mô hình động thái----------------------------------------------------------------------------------- 27 1.2 Phương trình dự báo năng suất lúa --------------------------------------------------------------------- 35 2.1 Giống và thời vụ gieo trồng lúa---------------------------------------------------------------------------- 38 2.2 Giống và thời vụ gieo trồng đậu tương ------------------------------------------------------------ 40 2.3 Giống và thời vụ gieo trồng ngô -------------------------------------------------------------------------- 40 3.1 Tính chất lý, hóa học cơ bản của phẫu diện -------------------------------------------------- 69 3.2 Các tham số tính toán quang hợp và hô hấp ------------------------------------------------- 71 3.3 3.4 3.5 Hệ số hấp phụ bức xạ quang hợp của nước ở độ sâu khác nhau------- 75 Hệ số xác định nhiệt độ nước ruộng, thảm thực vật ban ngày ----------- 76 Các tham số hàm sinh trưởng giai đoạn sinh trưởng dinh dưỡng ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 78 3.6 Các tham số hàm sinh trưởng giai đoạn sinh trưởng sinh thực --------- 81 3.7 Chất khô các bộ phận của lúa đông xuân ------------------------------------------------------- 82 3.8 Chất khô các bộ phận của lúa xuân hè ------------------------------------------------------------- 83 3.9 Chất khô các bộ phận của lúa hè thu ----------------------------------------------------------------- 83 3.10 Ma trận quan hệ biến trình sinh khối giai đoạn hình thành dóng, trỗ bông, chín hoàn toàn giống IR64 và các giống khác---------- 84 3.11 Hệ số điều chỉnh Mmax cho các giống lúa ------------------------------------------------------- 85 3.12 Chất khô các bộ phận của ngô vụ xuân hè----------------------------------------------------- 85 3.13 Chất khô các bộ phận của ngô vụ hè thu -------------------------------------------------------- 86 3.14 Ma trận quan hệ biến trình sinh khối giai đoạn trỗ cờ đến chín hoàn toàn giống LVN10 và các giống khác -------------------------------------------------- 87 3.15 3.16 3.17 3.18 Hệ số điều chỉnh Mmax cho giống ngô -------------------------------------------------------------- 88 Chất khô các bộ phận của đậu tương xuân hè---------------------------------------------- 88 Chất khô các bộ phận của đậu tương hè thu ------------------------------------------------- 89 Ma trận quan hệ biến trình sinh khối giai đoạn nở hoa 75% đến vii chín hoàn toàn giống MTĐ-176 và các giống khác --------------------------------- 90 3.19 3.20 3.21 Hệ số điều chỉnh Mmax cho giống đậu tương ------------------------------------------------ 91 Sai số của nhiệt độ ban ngày, ban đêm tính toán theo mô hình động thái và số liệu thực đo năm 2000 tại Cần Thơ--------------------------------- 92 Sai số của bức xạ tổng cộng tính theo mô hình động thái và số liệu thực tế tại Trà Nóc - Cần Thơ---------------------------------------------------------------------- 93 3.22 Bức xạ tổng cộng tháng trung bình nhiều năm tại Cần Thơ---------------- 94 3.23 Năng suất mô phỏng các giống ngô, đậu tương khi thay đổi giá 3.24 Năng suất mô phỏng các giống lúa thí nghiệm khi tăng, giảm 3.25 Năng suất cây trồng xác định theo mô hình động thái và thực trị sinh khối đầu vào ---------------------------------------------------------------------------------------------------- 96 các trị số sinh khối đầu vào------------------------------------------------------------------------------------- 97 thu trong các vụ thí nghiệm ------------------------------------------------------------------------------------ 98 3.26 Kết quả thực nghiệm số các giống lúa ------------------------------------------------------------- 101 3.27 Kết quả thực nghiệm số giống đậu tương MTĐ-173------------------------------- 101 3.28 Kết quả thực nghiệm số giống ngô--------------------------------------------------------------------- 102 3.29 3.30 3.31 3.32 Chỉ tiêu khí hậu nông nghiệp đối với lúa dựa vào nước trời--------------- 104 Chỉ tiêu khí hậu nông nghiệp đối với lúa có hệ thống tưới------------------ 105 Chỉ tiêu khí hậu nông nghiệp đối với ngô, đậu tương----------------------------- 105 Thời vụ lúa đông xuân sớm và chính vụ ở ĐBSCL --------------------------------- 106 3.33 Thời vụ lúa hè thu, lúa mùa ở ĐBSCL ------------------------------------------------------------ 106 3.34 Thời vụ hoa màu cạn trông chờ vào mưa ------------------------------------------------------- 107 3.35 Thời vụ các cây trồng cạn trong vụ thu đông trông chờ vào mưa---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 107 3.36 Định mức chi phí sản xuất ở ĐBSCL --------------------------------------------------------------- 110 3.37 Chỉ số giá bán sản phẩm ------------------------------------------------------------------------------------------- 110 3.38 Đơn giá các mặt hàng ------------------------------------------------------------------------------------------------- 111 3.39 Kết quả mô phỏng năng suất lúa ------------------------------------------------------------------------- 113 3.40 Kết quả mô phỏng năng suất ngô ------------------------------------------------------------------------ 113 viii 3.41 Kết quả mô phỏng năng suất đậu tương ---------------------------------------------------------- 114 3.42 Lãi thuần của các cây trồng theo thời vụ -------------------------------------------------------- 114 3.43 Lãi thuần của các công thức luân canh ------------------------------------------------------------ 115 ix DANH MỤC CÁC HÌNH STT 1.1 2.1 Tên hình Trang Các thành phần của hệ thống nông nghiệp ---------------------------------------------------- 6 Sơ đồ mô tả quá trình xác định công thức luân canh đạt hiệu quả kinh tế------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 44 2.2 Sơ đồ mô tả cấu trúc mô hình động thái --------------------------------------------------------- 46 3.1 Biến trình mưa, nhiệt trung bình nhiều năm tại một số điểm 3.2 Tỷ lệ các loại đất chính vùng ĐBSCL-------------------------------------------------------------- 59 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 3.10 3.11 vùng đồng bằng sông Cửu Long -------------------------------------------------------------------------- 55 Sơ đồ phân vùng sinh thái nông nghiệp ĐBSCL --------------------------------------- 60 Hình thái phẫu diện đất huyện Ô Môn, Cần Thơ --------------------------------------- 68 Đường cong cá thể quang hợp của lúa ------------------------------------------------------------- 72 Đường cong cá thể quang hợp của ngô------------------------------------------------------------ 72 Đường cong cá thể quang hợp của đậu tương --------------------------------------------- 73 Đường cong cá thể hô hấp của lúa---------------------------------------------------------------------- 73 Đường cong cá thể hô hấp của ngô -------------------------------------------------------------------- 74 Đường cong cá thể hô hấp của đậu tương ------------------------------------------------------ 74 Biến trình nhiệt độ không khí ban ngày, ban đêm năm 2000 tại Cần Thơ ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ 92 3.12 Biến trình bức xạ tổng cộng xác định theo mô hình động thái và số liệu thực tế------------------------------------------------------------------------------------------------------------ 94 3.13 Biến trình bức xạ tổng cộng tháng trung bình nhiều năm trạm Cần Thơ ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ 95 3.14 Biến trình của một số yếu tố khí hậu nông nghiệp chính và thời vụ luân canh cây trồng ở Trạm Cần Thơ đại diện cho vùng ĐBSCL-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 109 3.15 Sơ đồ công thức luân canh lấy lúa làm nền trên vùng đất phù x sa trung tính ít chua ĐBSCL ---------------------------------------------------------------------------------- 112 3.16 Tổng chi phí và tổng thu các công thức năm 2000 ----------------------------------- 116 3.17 Tổng chi phí và tổng thu các công thức năm 2001 --------------------------117 3.18 Tổng chi phí và tổng thu các công thức năm 2002 ----------------------------------- 117 3.19 Tổng chi phí và tổng thu các công thức năm 2003 ----------------------------------- 118 3.20 Tổng chi phí và tổng thu các công thức năm 2004 ----------------------------------- 118 3.21 Tổng chi phí và tổng thu các công thức năm 2005 ----------------------------------- 119 3.22 Tổng chi phí và tổng thu các công thức năm 2006 ----------------------------------- 119 3.23 Tổng chi phí và tổng thu các công thức năm 2007 ----------------------------------- 120 3.24 Tổng chi phí và tổng thu các công thức năm 2008 ----------------------------------- 120 3.25 Tổng chi phí và tổng thu các công thức năm 2009 ----------------------------------- 121 3.26 3.27 Biến động hiệu quả công thức luân canh 2 lúa một màu----------------------- 122 Biến động hiệu quả công thức luân canh 2 lúa một màu trong việc thay thế vụ lúa xuân hè hoặc hè thu -------------------------------------------------------- 122 3.28 Biến động hiệu quả công thức luân canh 2 lúa 1 màu (đậu tương, ngô) ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 123 3.29 Biến động hiệu quả công thức luân canh 3 lúa; 2 lúa 1 màu, 1 lúa 2 màu---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 123 3.30 Biến động hiệu quả công thức luân canh 1 lúa 2 màu ---------------------------- 123 1 1 Tính cấp thiết của đề tài MỞ ĐẦU “Xây dựng nền nông nghiệp phát triển toàn diện theo hướng hiện đại, bền vững, sản xuất hàng hoá lớn, có năng suất, chất lượng, hiệu quả và khả năng cạnh tranh cao, bảo đảm vững chắc an ninh lương thực quốc gia cả trước mắt và lâu dài” là mục tiêu, chiến lược phát triển nông nghiệp Việt Nam đến 2020 (Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn, 2009) [1]. Ngay từ những năm 1982, với nhiều dự án xây dựng các vùng sinh thái nông nghiệp trên thế giới và Đông Nam Á, FAO đã đưa ra nhiều quy trình để xác định cơ cấu mùa vụ cây trồng cho từng khu vực cụ thể nhằm đạt được các mục đích chủ yếu (FAO, 2006) [51]: - Xác định mức độ phù hợp với các điều kiện khí hậu từng vùng, nâng cao khả năng khai thác và sử dụng tối đa các điều kiện khí hậu thời tiết thuận lợi, giảm thiểu các tác động không thuận lợi trong từng vụ; - Khai thác tối đa lợi thế của các loại đất ở từng vùng; - Bảo đảm đạt hiệu quả kinh tế cao hơn với từng mức đầu tư cho từng cơ cấu luân canh trên từng vùng đất cụ thể; - Bảo đảm một nền nông nghiệp phát triển bền vững. Để đạt được 4 mục tiêu trên, từng vùng phải xây dựng được cơ cấu luân canh cây trồng hợp lý. Cơ cấu cây trồng được hình thành từ điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội cụ thể và vận động theo thời gian. Một cơ cấu cây trồng hợp lý phải phù hợp với điều kiện tự nhiên kinh tế - xã hội, thể hiện tính hiệu quả mối quan hệ giữa các cây trồng được bố trí trên đồng ruộng, làm cho sản xuất ngành trồng trọt phát triển toàn diện, mạnh mẽ vững chắc theo hướng sản xuất thâm canh gắn với đa canh, sản xuất hàng hoá và có hiệu quả kinh tế cao (Lý Nhạc và cộng sự, 1987) [24], (Đào Thế Tuấn, 1989) [39]. 2 Cùng với đề xuất cơ cấu cây trồng cần hoàn thiện các phương pháp, công cụ tính toán cho phép sử dụng tối đa các nguồn thông tin, rút ngắn thời gian thử nghiệm để đưa ra được các công thức luân canh phù hợp. Từ đó cho thấy một số hạn chế cần phải giải quyết: - Trong nghiên cứu xác định công thức luân canh, thời vụ gieo trồng đã chú ý đến khí hậu nhưng những biến động hàng năm của điều kiện thời tiết khí hậu ảnh hưởng đến hoạt động sản xuất nông nghiệp như thế nào lại chưa được quan tâm nghiên cứu thoả đáng; - Các nghiên cứu đơn lẻ cho từng cây trồng cụ thể đã được quan tâm nhiều nhưng việc xây dựng tổ hợp các cây trồng trong mối quan hệ với thời tiết chưa được chú ý nhiều; - Các công thức luân canh cần nhiều thời gian thử nghiệm nên khi đưa ra sản xuất, đôi khi đã không còn hoặc ít phù hợp với điều kiện thị trường; - Các công cụ mô phỏng quá trình sinh trưởng, phát triển và hình thành năng suất của các cây trồng nông nghiệp đã được phát triển mạnh mẽ trên thế giới cho phép giải quyết nhanh bài toán đó nhưng chưa được tham số hoá trong điều kiện của đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL). Để góp phần giải quyết các nội dung trên, chúng tôi thực hiện đề tài “Nghiên cứu ứng dụng mô hình động thái để xác định công thức luân canh trên đất phù sa trung tính ít chua đồng bằng sông Cửu Long”. 2 Mục đích và yêu cầu nghiên cứu 2.1 Mục đích của đề tài - Mô phỏng quá trình sinh trưởng, phát triển và hình thành năng suất một số cây trồng chính phù hợp với các điều kiện khí hậu, thuỷ văn trên đất phù sa trung tính ít chua đồng bằng sông Cửu Long; - Thử nghiệm áp dụng các thông tin khí hậu, khí hậu nông nghiệp, kinh tế để thiết lập và đánh giá nhanh các công thức luân canh trên đất phù sa trung 3 tính ít chua đồng bằng sông Cửu Long. 2.2 Yêu cầu của đề tài - Xác định và chính xác hoá các tham số của mô hình động thái hình thành năng suất một số cây trồng chính (lúa, ngô, đậu tương) trên đất phù sa trung tính ít chua đồng bằng sông Cửu Long; - Ứng dụng mô hình động thái hình thành năng suất cây trồng để đánh giá và xác định công thức luân canh lấy lúa làm nền kèm theo các hiệu quả kinh tế trên đất phù sa trung tính ít chua đồng bằng sông Cửu Long. 3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 3.1 Ý nghĩa khoa học Đánh giá tác động của điều kiện khí hậu thời tiết đến sinh trưởng, phát triển và hình thành năng suất cây trồng không chỉ dựa trên đơn lẻ từng yếu tố mà là đánh giá tác động tổng hợp các yếu tố. Đề tài là cơ sở khoa học chứng minh tác động của điều kiện ngoại cảnh mang tính tổng hợp. Xây dựng cơ cấu gieo trồng, công thức luân canh phải nắm bắt được các điều kiện thuận lợi, bất thuận của từng vùng nhằm phát huy thế mạnh, giảm thiểu rủi ro trong hoạt động sản xuất nông nghiệp, mang lại hiệu quả kinh tế cao nhất. Đề tài là dẫn liệu khoa học về việc xác định công thức luân canh phù hợp với các điều kiện khí hậu của vùng. Kết quả nghiên cứu của đề tài là phương pháp, công cụ cho phép có đầy đủ cơ sở khoa học để đánh giá tác động của các dao động, biến đổi khí hậu đến trồng trọt khu vực đồng bằng sông Cửu Long. 3.2 Ý nghĩa thực tiễn Bằng mô hình toán, trên cơ sở các thông tin khí hậu - đất đai - cây trồng, cho phép xác định được ngay các công thức luân canh thích hợp. Điều này sẽ có ý nghĩa rất lớn cho các nhà quản lý chỉ đạo sản xuất nông nghiệp và 4 người nông dân, tuỳ theo điều kiện (đầu tư, giá cả...) mà ngay từ đầu vụ có thể chọn lựa được công thức luân canh phù hợp. Kết quả của đề tài sẽ góp phần ổn định và nâng cao hiệu quả sản xuất nông nghiệp, phát huy lợi thế của vùng phù sa trung tính ít chua ĐBSCL nhằm từng bước nâng cao, ổn định đời sống cho người nông dân. 4 Phạm vi nghiên cứu của đề tài - Đề tài tiến hành nghiên cứu trên 3 cây trồng chính: lúa, ngô, đậu tương trong các công thức luân canh lấy lúa làm nền trên đất phù sa trung tính ít chua ở ĐBSCL (vùng ven sông Tiền - sông Hậu, khu vực không chịu ảnh hưởng của lũ và triều); - Các tham số được xác định thông qua các quan trắc thực nghiệm thường xuyên của Trạm Khí tượng Thuỷ văn Nông nghiệp Trà Nóc, Cần Thơ. - Kiểm nghiệm tính phù hợp của mô hình bằng số liệu không phụ thuộc thông qua kết quả khảo nghiệm và kiểm nghiệm giống, sản phẩm cây trồng và phân bón của Cục Trồng trọt, Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn từ năm 2007 đến 2010; kết quả thí nghiệm 12 giống đậu tương tại Ô Môn, Cần Thơ. - Các tính toán liên quan đến hiệu quả kinh tế được xác định trên cơ sở mức đầu tư (theo định mức khuyến nông) với giá cố định. 5 Điểm mới của luận án - Sử dụng công cụ toán học mô phỏng quá trình sinh trưởng, phát triển và hình thành năng suất một số cây trồng chính trên đất phù sa trung tính ít chua ĐBSCL trong mối quan hệ đất - khí hậu - cây trồng theo từng bước thời gian (mô hình động thái); - Ứng dụng mô hình động thái hình thành năng suất cây trồng xác định các công thức luân canh lấy lúa làm nền trên đất phù sa trung tính ít chua ĐBSCL trong mối quan hệ thời tiết khí hậu - cây trồng và hiệu quả kinh tế. 5 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU VÀ CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI 1.1 Cơ cấu cây trồng 1.1.1 Cơ cấu cây trồng Hệ thống cây trồng là hoạt động sản xuất cây trồng trong nông trại bao gồm tất cả các hợp phần cần có để sản xuất một tổ hợp các cây trồng và mối quan hệ giữa chúng với môi trường. Các hợp phần này bao gồm tất cả các yếu tố vật lý, sinh học, kỹ thuật, lao động và quản lý (Zandstra H.G. và cộng sự, 1981) [64]. Do đặc tính sinh học của cây trồng và môi trường luôn biến động nên chúng mang đặc tính động. Vì vậy, khi nghiên cứu hệ thống cây trồng không thể chỉ dừng lại ở một không gian, thời gian mà là việc làm thường xuyên để tìm ra xu thế phát triển, yếu tố hạn chế và những giải pháp khắc phục nhằm chuyển đổi hệ thống cây trồng với mục đích khai thác ngày càng có hiệu quả nguồn tài nguyên thiên nhiên, tăng hiệu quả kinh tế - xã hội phục vụ đời sống con người (Đào Thế Tuấn, 1984) [38]. Hoàn thiện hệ thống hoặc phát triển hệ thống cây trồng mới, trên thực tế là sự tổ hợp lại các công thức luân canh, tổ hợp lại các thành phần cây trồng và giống cây trồng, đảm bảo các thành phần trong hệ thống có mối quan hệ tương tác với nhau, thúc đẩy lẫn nhau, nhằm khai thác tốt nhất lợi thế về điều kiện đất đai, tạo cho hệ thống có sức sản xuất cao, bảo vệ môi trường sinh thái. Nghiên cứu để xây dựng một hệ thống mới đòi hỏi một trình độ cao hơn, trong đó cần có sự tính toán cân đối kỹ càng, tổ chức sắp xếp sao cho mỗi bộ phận của hệ thống dự kiến nằm đúng vị trí trong mối quan hệ tương tác của các phần tử trong hệ thống, có thứ tự ưu tiên để đạt được mục tiêu của hệ thống một cách tốt nhất. Cơ cấu cây trồng là thành phần các giống và loài cây trồng có trong 6 một vùng ở một thời điểm nhất định, liên quan tới cơ cấu cây trồng nông nghiệp, phản ánh sự phân công lao động trong nội bộ ngành nông nghiệp, phù hợp với điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội của mỗi vùng nhằm cung cấp được nhiều nhất những sản phẩm phục vụ cho nhu cầu của con người (Cao Liêm, Trần Đức Viên, 1990) [18], (Đào Thế Tuấn, 1984) [38]. Cơ cấu cây trồng là một trong những nội dung quan trọng của một hệ thống biện pháp kỹ thuật gọi là chế độ canh tác. Ngoài cơ cấu cây trồng, chế độ canh tác bao gồm chế độ luân canh, làm đất, bón phân, chăm sóc, phòng trừ sâu bệnh và cỏ dại. Đây là yếu tố cơ bản nhất của chế độ canh tác, vì chính nó quyết định nội dung của các biện pháp khác (Đào Thế Tuấn, 1978) [37]. HỆ THỐNG NÔNG NGHIỆP HỆ THỐNG CHĂN NUÔI HỆ THỐNG TRỒNG TRỌT HỆ THỐNG CHẾ BIẾN HỆ THỐNG CÂY TRỒNG ĐIỀU KIỆN MÔI TRƯỜNG, TỰ NHIÊN, KTXH Đầu CÂY TRỒNG vào Đầu ra CÔNG THỨC LUÂN CANH NĂNG SUẤT, CHẤT LƯỢNG GIÁ CẢ Nguồn: Zandstras, 1981 [64] Hình 1.1. Các thành phần của hệ thống nông nghiệp 7 Cơ cấu cây trồng còn là thành phần của một nội dung rộng hơn gọi là cơ cấu sản xuất nông nghiệp. Xác định cơ cấu cây trồng còn là nội dung phân vùng sản xuất nông nghiệp. Muốn làm công tác phân vùng sản xuất nông nghiệp, trước hết phải xác định cơ cấu cây trồng hợp lý nhất đối với mỗi vùng. Đây là một công việc không thể thiếu khi xây dựng một nền nông nghiệp sản xuất hàng hóa lớn. Cơ cấu cây trồng hợp lý là sự định hình về mặt tổ chức cây trồng trên đồng ruộng về số lượng, tỷ lệ, chủng loại, vị trí và thời điểm, có tính chất xác định lẫn nhau, nhằm tạo ra sự cộng hưởng các mối quan hệ hữu cơ giữa các loại cây trồng với nhau để khai thác và sử dụng một cách tiết kiệm và hợp lý nhất các nguồn tài nguyên cho các mục tiêu phát triển kinh tế - xã hội (Đào Thế Tuấn, 1978) [37]. Dựa trên quan điểm sinh học, bố trí cơ cấu cây trồng hợp lý là chọn một cấu trúc cây trồng trong hệ sinh thái nhân tạo, làm thế nào để đạt năng suất sơ cấp cao nhất. Về mặt kinh tế, cơ cấu cây trồng hợp lý cần thoả mãn yêu cầu chuyên canh và tỷ lệ sản phẩm hàng hóa cao, bảo đảm việc hỗ trợ cho ngành sản xuất chính và phát triển chăn nuôi, tận dụng nguồn lợi tự nhiên, ngoài ra còn phải đảm bảo việc đầu tư lao động và vật tư kỹ thuật có hiệu quả kinh tế cao (Đào Thế Tuấn, 1978) [37]. Theo Đào Thế Tuấn,1989 [39], Lý Nhạc và cộng sự, 1987 [24], cơ cấu cây trồng là một thực tế khách quan, nó được hình thành từ điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội cụ thể và vận động theo thời gian. Cơ cấu cây trồng hợp lý là cơ cấu cây trồng phù hợp với điều kiện tự nhiên kinh tế - xã hội của vùng. Cơ cấu cây trồng hợp lý còn thể hiện tính hiệu quả của mối quan hệ giữa cây trồng được bố trí trên đồng ruộng, làm cho sản xuất ngành trồng trọt phát triển toàn diện, mạnh mẽ vững chắc theo hướng sản xuất thâm canh gắn với đa canh, sản xuất hàng hoá và có hiệu quả kinh tế cao. Cơ cấu cây trồng hợp lý dựa trên việc phát triển hệ thống cây trồng mới trên cơ sở cải biến hệ 8 thống cây trồng cũ hoặc phát triển hệ thống cây trồng mới, trên cơ sở tổ hợp lại các công thức luân canh, các thành phần cây trồng, đảm bảo các thành phần trong hệ thống có mối quan hệ tương tác với nhau, thúc đẩy lẫn nhau, nhằm khai thác tốt nhất lợi thế về điều kiện đất đai, tạo cho hệ thống có sức sản xuất cao, bảo vệ môi trường sinh thái. Xác định cơ cấu cây trồng hợp lý ngoài việc giải quyết tốt mối liên hệ giữa cây trồng với điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội, cần phải dựa trên phương hướng sản xuất của vùng. Phương hướng sản xuất quyết định cơ cấu cây trồng; cơ cấu cây trồng là cơ sở hợp lý cho các nhà hoạch định chính sách xác định phương hướng sản xuất (Phạm Chí Thành và cộng sự, 1996) [28], (Đào Thế Tuấn, 1978) [37], (Đào Thế Tuấn, 1984) [38]. 1.1.1.1 Chuyển đổi cơ cấu cây trồng Chuyển đổi cơ cấu cây trồng là sự thay đổi theo tỷ lệ % của diện tích gieo trồng, nhóm cây trồng, của cây trồng trong nhóm hoặc trong tổng thể và nó chịu sự tác động, thay đổi của yếu tố tự nhiên, kinh tế - xã hội. Quá trình chuyển đổi cơ cấu cây trồng là quá trình thực hiện bước chuyển từ hiện trạng cơ cấu cây trồng cũ sang cơ cấu cây trồng mới. Nguyễn Duy Tính, 1995 [32] cho rằng, chuyển đổi cơ cấu cây trồng là cải tiến hiện trạng cơ cấu cây trồng có trước sang cơ cấu cây trồng mới nhằm đáp ứng những yêu cầu của sản xuất. Thực chất của chuyển đổi cơ cấu cây trồng là thực hiện hàng loạt các biện pháp (kinh tế, kỹ thuật, chính sách xã hội) nhằm thúc đẩy cơ cấu cây trồng phát triển, đáp ứng những mục tiêu của xã hội. Cải tiến cơ cấu cây trồng là rất quan trọng trong điều kiện mà ở đó kinh tế thị trường có nhiều tác động ảnh hưởng đến sản xuất nông nghiệp. Đây chính là phá vỡ thế độc canh trong trồng trọt nói riêng và trong nông nghiệp nói chung, để hình thành một cơ cấu cây trồng mới phù hợp và có hiệu quả kinh tế cao, dựa vào đặc tính sinh học của từng loại cây trồng và điều