Tài liệu Biện pháp cải thiện hệ thống canh tác tôm lúa trên đất phèn nhiễm mặn ở vùng u minh thượng tỉnh kiên giang tt

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ Chuyên ngành: Khoa Học Đất Mã ngành: 62 62 01 03 LÊ VĂN DŨNG BIỆN PHÁP CẢI THIỆN HỆ THỐNG CANH TÁC TÔM-LÚA TRÊN ĐẤT PHÈN NHIỄM MẶN Ở VÙNG U MINH THƯỢNG TỈNH KIÊN GIANG Cần Thơ, 2020 Chương 1: GIỚI THIỆU 1.1 Tính cấp thiết của luận án Nghiên cứu về dự báo ảnh hưởng của biến đổi khí hậu đến lưu vực sông Mekong cho thấy tác động chính của biến đổi khí hậu ở khu vực này là nhiệt độ cao hơn, sự bốc thoát hơi nước gia tăng, khô hạn với cường độ cao, kéo dài và nhất là xâm nhập mặn. Đồng bằng Sông Cửu Long (ĐBSCL) là một trong ba đồng bằng có nguy cơ thiệt hại rất cao (Horton, 2014; Day, 2016). Đồng bằng Sông Cửu Long là vùng đất phì nhiêu, có nhiều hệ thống canh tác đa dạng, trong đó có hệ thống canh tác tôm-lúa rất đặc trưng và thích hợp của vùng đất nhiễm mặn theo mùa và ổn định hơn về mặt kinh tế và sinh thái so với hệ thống chuyên tôm (Preston and Clayton, 2003; Võ Thị Gương và ctv., 2016). Vùng U Minh Thượng tỉnh Kiên Giang là vùng đất nhiễm mặn theo mùa và có hệ thống canh tác tôm-lúa đặc thù, diện tích sản xuất hằng năm trên 80.000 ha (Niên giám Thống kê Kiên Giang, 2019). Tuy nhiên, sau một thời gian canh tác, hệ thống canh tác này cũng găp khó khăn, năng suất lúa thấp, có nhiều ruộng lúa bị chết sau thời gian ngắn, mà nguyên nhân có thể do chất lượng đất bị thay đổi, đất bị mặn hóa và có thể trở nên đất mặn sodic, ảnh hưởng bất lợi đến sự sinh trưởng, phát triển và năng suất của lúa (Golldack et al., 2003; Jamil et al., 2006; Joseph et al., 2010; Võ Thị Gương và ctv., 2016). Mặt khác, khi lúa chết, nông dân nuôi tôm liên tục 2-3 vụ trong năm, đưa đến tình trạng dịch bệnh phát triển, hệ thống canh tác tôm-lúa bị phá vỡ. Trong vùng đất mặn, một số nông dân đã trồng một vài loài thực vật thủy sinh vào ao nuôi như Năn tượng, cỏ nước mặn, cỏ nến,…bước đầu cho thấy tôm sinh trưởng tốt, ít gặp rủi ro hơn so với việc dọn sạch cây cỏ trong ao. Một số nghiên cứu cho rằng thực vật thủy sinh có khả năng cải thiện môi trường trong nuôi trồng thủy sản (Coleman et al., 1999; A.Neori el al., 2000; Dominique Gautier et al., 2001; Carsten Schulz, 2003; Ying-Feng Lin, 2003; Lâm Ngọc Bửu và ctv., 2010) và một số loại cây trồng bản địa có khả năng cải thiện đất nhiễm mặn và coi đây là phương pháp xử lý sinh học không dùng hóa chất, rẽ tiền và thân thiện với môi trường (Qadir et al., 2001; Qadir and Oster 2002; Greenberg et al., 2007; Ravindran et al., 2007; Manousaki and Kalogerakis, 2011a; Shelef et al., 2012; Jesus et al., 2015; Hamideh Nouri et al., 2017), có nhiều nghiên cứu cho thấy bón phân hữu cơ làm giảm ảnh hưởng của mặn với cây trồng (Idrees et al., 2004; Abou El-Magd et al., 2008; Leithy et al., 2010; Raafat and Thawrat, 2011) và cải thiện năng suất lúa trồng trên đất nhiễm mặn (Nayak et al., 2007; Clark et al., 2007; Xu et al., 2008; Lâm Văn Tân và ctv., 2014a; Lâm Văn Tân và ctv., 2014b; Võ Thị Gương và ctv., 2016; Karen et al., 2017). Trên cơ sở các nghiên cứu trước đây, nghiên cứu thực tế tại khu 1 vực U Minh Thượng Tỉnh Kiên Giang cần thiết được thực hiện để cung cấp số liệu về hệ thống canh tác tôm-lúa và đáp ứng yêu cầu thực tiển đặt ra để cải thiện đặc tính đất, nước, năng suất tôm, năng suất lúa, giúp hệ thống canh tác tôm-lúa được bền vững. 1.2 Mục tiêu của luận án - Nghiên cứu đánh giá hiện trạng và phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến tính bền vững của hê thống canh tác tôm-lúa . - Nghiên cứu biện pháp thích hợp cải thiện tính chất đất, nước và năng suất tôm, lúa trong hệ thống canh tác tôm - lúa trên đất phèn nhiễm mặn tại vùng U Minh Thượng Tỉnh Kiên Giang. 1.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: Hệ thống canh tác tôm-lúa liên quan đến môi trường đất, nước, cây lúa và tôm nuôi trên đất phèn bị nhiễm mặn tại vùng U Minh Thượng Tỉnh Kiên Giang. - Phạm vi nghiên cứu đề tài bao gồm: + Nghiên cứu đánh giá hiện trạng hệ thống canh tác tôm-lúa; + Các tính chất đất, nước và năng suất tôm, lúa trong hệ thống canh tác tôm – lúa trên đất phèn và đất phèn tiềm tàng nhiễm mặn tại vùng U Minh Thượng tỉnh Kiên Giang + Biện pháp cải thiện tính chất đất, nước và năng suất tôm, lúa trong hệ thống canh tác tôm – lúa trên đất phèn và đất phèn tiềm tàng nhiễm mặn tại vùng U Minh Thượng tỉnh Kiên Giang. 1.4 Những đóng góp mới của luận án - Nghiên cứu đã thiết lập được mô hình tương quan cho thấy sinh trưởng của lúa bị ảnh hưởng đồng thời bởi các yếu tố như khả năng trao đổi cation, hàm lượng natri trao đổi, canxi trao đổi và ESP, nước tưới, bón vôi kết hợp phân hữu có ý nghĩa với Q² = 0,98. - Nghiên cứu xác dịnh được sự tích luỹ mặn trong hệ thống canh tác tôm-lúa liên quan đến năng suất lúa. Sự tích lũy mặn cao nhất, đất chuyển thành đất mặn-sodic và là yếu tố đưa đến nhóm ruộng lúa bị chết từ 20-25 ngày sau khi cấy. - Bón phân hữu cơ và vôi kết hợp, giúp cải thiện đặc tính hóa học đất và tăng năng suất trên đất phèn và đất phèn tiềm tàng nhiễm mặn có ý nghĩa, trong điều kiện nhà lưới. Bón phân vô cơ nền , phân hữu cơ và vôi trên đất 2 ruộng lúa bị chết giúp giảm Na+ trao đổi, giảm ESP, gia tăng pH và giảm ECe trong đất, cải thiện hàm lượng đạm hữu dụng, lân hữu dụng trong đất có ý nghĩa. Trong điều kiện thực tế đồng ruộng, bón phân vô cơ và hữu cơ kết hợp với vôi theo công thức 60N–20P205– 20K20 + 5 tấn PHC bã bùn mía + 0,5 tấn vôi giúp giảm ảnh hưởng của mặn, cải thiện đặc tính đất, gia tăng hàm lượng chất hữu cơ, đạm hữu dụng, lân hữu dụng, từ đó giúp gia tăng năng suất lúa, tăng 175% ở vụ 1 và 51,2 % ở vụ canh tác thứ hai so với đối chứng chỉ bón phân vô cơ (p<0,05). - Trồng cây cỏ thủy sinh Năn tượng (Scirpus littoralis), Cỏ nến (Typha orientalis) và Cỏ nước mặn (Paspalum vaginatum) có hiệu quả cải thiện đặc tính bất lợi của đất nhiễm mặn như giảm trị số pH đất đến khoảng pH thích hợp, giảm độ mặn bão hòa (ECe) của đất, giảm phần trăm Na bảo hòa ESP, giảm tỉ lệ Na đối với các cation trao đổi giúp cân bằng các cation Ca, Mg và kali. Khả năng cải thiện đất mặn của ba loại cỏ cao qua hệ số tích lũy sinh học BF và chuyển vị TF có giá trị lớn hơn 1. Cỏ năn tượng và cỏ nước mặn giúp cải thiện một số đặc tính môi trường nước ao nuôi tôm sú, giúp tôm sinh trưởng và phát triển tốt, năng suất tôm tăng 14,02% - 21,19%. 1.5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án - Kết quả nghiên cứu của luận án có ý nghĩa khoa học cung cấp bộ số liệu và kết quả về đánh giá hiện trạng và các biện pháp cải thiện tính chất đất, nước và năng suất tôm, lúa trong hệ thống canh tác tôm-lúa trên đất phèn nhiễm mặn tại vùng U Minh Thượng tỉnh Kiên Giang. - Các số liệu, kết quả nghiên cứu của luận án về môi trường đất, nước liên quan đến hệ thống canh tác tôm-lúa là cơ sở khoa học để có thể đưa vào giảng dạy và áp dụng kết quả nghiên cứu cho các vùng canh tác tôm-lúa có điều kiện môi trường đất nước tương tự. - Biện pháp nghiên cứu có hiệu quả cao, giúp hệ thống canh tác tôm-lúa đạt hiệu quả và bền vững hơn, từ đó có thể gia tăng thu nhập cho nông dân tại vùng U Minh Thượng tỉnh Kiên Giang. 1.6 Nội dung nghiên cứu của luận án * Nội dung 1: Đánh giá hiện trạng và phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả kinh tế hê thống canh tác tôm-lúa vùng U Minh Thượng tỉnh Kiên Giang: - Điều tra và đánh giá hiện trạng các mô hình canh tác của người dân trong vùng nghiên cứu. 3 - Phân tích hiệu quả kinh tế và các yếu tố ảnh hưởng đến các mô hình trong hệ thống canh tác tôm-lúa . - Đề xuất các chiến lược thích ứng làm cơ sở cho việc hoạch định chính sách và giải pháp nâng cao hiệu quả kinh tế các mô hình trong hệ thống canh tác tôm-lúa ở vùng U Minh Thượng tỉnh Kiên Giang. * Nội dung 2: Xác định các yếu tố ảnh hưởng và đánh giá đặc tính môi trường đất nước theo thời gian của hệ thống canh tác tôm-lúa vùng U Minh Thượng tỉnh Kiên Giang. - Phân tích và thiết lập mô hình tương quan các yếu tố ảnh hưởng đến sinh trưởng và năng suất lúa trong hệ thống canh tác tôm-lúa . - Khảo sát và đánh giá một số đặc tính hoá học đất do sự tích luỹ mặn trong hệ thống canh tác tôm-lúa . * Nội dung 3: Nghiên cứu hiệu quả của phân hữu cơ, vôi và cây cỏ thủy sinh trong cải thiện đặc tính đất, sinh trưởng phát triển và năng suất lúa, tôm sú trong hệ thống canh tác tôm-lúa . - Thí nghiệm đánh giá hiệu quả của phân hữu cơ và vôi trong cải thiện tính chất đất và năng suất lúa trên đất phèn và đất phèn tiềm tàng nhiễm mặn trong hệ thống canh tác tôm-lúa . - Nghiên cứu trong điều kiện thực tế đồng ruộng để đánh giá hiệu quả của phân hữu cơ và vôi cải thiện tính chất đất và năng suất lúa trên đất phèn tiềm tàng nhiễm mặn trong hệ thống canh tác tôm-lúa . - Thí nghiệm đánh giá hiệu quả cải thiện đất nhiễm mặn và môi trường nước trong canh tác tôm của thực vật thủy sinh trong hệ thống canh tác tômlúa . 4 Chương 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.1 Phân loại đất nhiễm mặn Độ mặn của đất là nồng độ của các muối hòa tan trong đất, và được biểu thị bằng độ dẫn điện (EC). Các muối khoáng hòa tan chính là các cation: natri (Na+ ), Ca (Ca2+ ), magie (Mg2+ ), kali (K+ ) và các anion: clorua (Cl- ), sunfat (SO42- ), bicacbonat (HCO2- ), cacbonat (CO32-) và nitrat (NO3-). Nước đất siêu mặn cũng có thể chứa bo (B), selen (Se), stronti (Sr), liti (Li), silica (Si), rubidi (Rb), flo (F), molypden (Mo), mangan ( Mn), bari (Ba) và nhôm (Al), một số có thể gây độc cho động thực vật (Tanji1990; Ann McCauley, 2005; Seelig, 2000, Cardon et al.,2010). Bảng 2.1: Phân loại đất mặn theo USDA (Soils Survey Staff, 1993) Phân loại EC pH ESP SAR Đất mặn >4 < 8.5 < 15 < 13 Đất mặn sodic >4 < 8.5 > 15 > 13 Đất sodic <4 > 8.5 > 15 > 13 2.2 Ảnh hưởng của phân hữu cơ và của vôi trong cải thiện năng suất lúa Phân hữu cơ giúp giảm độ mặn của đất, cải thiện có ý nghĩa năng suất lúa trên đất nhiễm mặn (Subardja et al., 2016; Chowdhury et al., 2019). Bón phân hữu cơ giúp rữa mặn được hiệu quả hơn, đồng thời tăng khả năng cung cấp dinh dưỡng từ đất, từ đó, giúp cây hấp thu dinh dưỡng hiệu quả hơn, giúp gia tăng năng suất lúa trồng trên đất mặn. Nghiên cứu của Kundu et al., (2010), đánh giá tác động của các loại phân hữu cơ khác nhau trong việc tăng cường sự tăng trưởng và năng suất trên đất nhiễm mặn cho thấy việc sử dụng phân hữu cơ thay thế một phần phân bón hóa học không chỉ mang lại năng suất cao hơn mà còn giúp cải thiện đặc tính đất. Theo nghiên cứu của Lâm Văn Tân và ctv. (2014), trên đất bị nhiễm mặn và mặn sodic khi bị ngập mặn với độ mặn 6‰ vào giai đọan cuối vụ trồng lúa cho thấy bón phân hữu cơ và vôi giúp giảm nồng độ Na trao đổi và giảm ESP trong đất, đồng thời tăng đạm hữu dụng, lân dễ tiêu, kali trong đất. Tuy nhiên với độ mặn cao do ngập mặn 6‰, cây lúa không thể phát triển. 5 CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3.1 Đánh giá hiện trạng và phân tích hiệu quả kinh tế các mô hình canh tác trong hệ thống canh tác tôm-lúa Đánh giá hiệu quả kinh tế và xã hội của hệ thống canh tôm-lúa và phân tích các nhân tố ảnh hưởng đến lợi nhuận của các mô hình canh tác chủ yếu. Xác định những thuận lợi, khó khăn các mô hình canh tác trong hệ thống canh tác tôm-lúa qua phân tích SWOT. 3.2 Phân tích tương quan các yếu tố ảnh hưởng đến sinh trưởng và năng suất lúa trong hệ thống canh tác tôm-lúa Nghiên cứu nhằm thiết lập một mô hình tương quan sử dụng phân tích đa biến thông qua smartPLS để phân tích tác động tổng hợp các yếu tố ảnh hưởng đến sinh trưởng phát triển và năng suất của lúa trồng trên đất nhiễm mặn từ đó đưa ra mô hình tương quan các yếu tố ảnh hưởng đến cây lúa. Nghiên cứu cũng sử dụng phương pháp hồi quy đa biến (Multiple Regression Analysis) để xác định sự tương quan của các yếu tố ảnh hưởng đến năng suất lúa trong hệ thống canh tác tôm-lúa . 3.3 Đánh giá sự tích lũy mặn trong hệ thống canh tác tôm-lúa Nghiên cứu được thực hiện nhằm đánh giá một số đặc tính hoá học đất qua sự tích luỹ mặn liên quan đến sự phát triển của lúa trong mô hình canh tác tôm-lúa tại huyện An Minh, tỉnh Kiên Giang. Thời gian thực hiện: Vụ mùa 2015 – 2016 (tháng 8/2015 – 2/2016). Khảo sát và thu mẫu ba nhóm ruộng canh tác: (i) R-A nhóm ruộng có năng suất lúa cao hơn 3,5 tấn/ ha, (6 ruộng); (ii) R-B nhóm ruộng đạt năng suất lúa thấp hơn 3,5 tấn/ ha (7 ruộng) và (ii) R-C nhóm hộ lúa chết từ 20-25 ngày sau sạ do ảnh hưởng của mặn (7 ruộng). 3.4 Thí nghiệm đánh giá hiệu quả của phân hữu cơ và vôi trong cải thiện đặc tính bất lợi của đất trong điều kiện nhà lưới Thí nghiệm được thực hiện trong vụ Đông Xuân năm 2014- 2015 tại khu nhà lưới Bộ môn Khoa học Đất, Khoa Nông nghiệp và Sinh học Ứng dụng, Trường Đại học Cần Thơ. Hai mẫu đất phèn nhiễm mặn và phèn tiềm tàng nhiễm mặn đươc thu từ ruộng sản xuất tôm-lúa tại hai Huyện Vĩnh Thuận và An Biên Tỉnh Kiên Giang. Thí nghiệm được bố trí hoàn toàn ngẫu nhiên 6 nghiệm thức, 4 lần lặp lại. Hai loại phân hữu cơ được sử dụng trong thí nghiệm là phân hữu cơ ủ từ bã bùn mía và phân hữu cơ vi sinh ngoài thị trường. 6 3.5 Thí nghiệm hai vụ canh tác đánh giá hiệu quả của phân hữu cơ và vôi trong cải thiện tính chất đất và năng suất lúa trên đất phèn tiềm tàng nhiễm mặn Thí nghiệm được thực hiện từ tháng 8/2016 đầu mùa mưa đến tháng 01/2017 vụ 01 và vụ 02 thực hiện từ 8/2017 đến 01/2018, tại ấp Phát Đạt, Xã Vân Khánh Tây, Huyện An Minh, Tỉnh Kiên Giang. Thí nghiệm được bố trí theo khối hoàn toàn ngẫu nhiên, gồm 16 lô (diện tích mỗi lô là 5m x 7m) với 4 nghiệm thức và 4 lần lập lại cho từng nghiệm thức. 3.6 Thí nghiệm đánh giá hiệu quả cải thiện môi trường đất của cây cỏ thủy sinh Thí nghiệm được thực hiện trên ruộng hệ thống canh tác tôm - lúa không canh tác được vụ lúa, nhiễm mặn cao, nông dân nuôi tôm quanh năm. - Thí nghiệm được thực hiện từ tháng 8/2016 đến tháng 12/2016, tại phía ngoài kênh Chóng Mỹ, thuộc Xã Vân Khánh Tây, Huyện An Minh, Tỉnh Kiên Giang. Thí nghiệm bố trí hoàn toàn ngẫu nhiên, 04 nghiệm thức gồm: Năn tượng; Cỏ nến; Cỏ nước mặn và nghiệm thức đối chứng, 04 lần lập lại cho mỗi nghiệm thức. 3.7 Thí nghiệm cải thiện môi trường nước và năng suất tôm của cây cỏ thủy sinh - Thí nghiệm được thực hiện trên ruộng hệ thống canh tác tôm - lúa không canh tác được vụ lúa, nhiễm mặn cao, nông dân nuôi tôm quanh năm. - Thời gian nghiên cứu: Thực hiện từ tháng 1/2018 – 12/2018. - Địa điểm nghiên cứu: Tại Ấp Kim Quy B, Xã Vân Khánh Huyện An Minh Tỉnh Kiên Giang. - Thí nghiệm được thực hiện theo thể thức khối ngẫu nhiên hoàn toàn, 3 nghiêm thức với 4 khối trên diện tích 6 ha, mật độ thả tôm 8 con/m2, có bổ sung thức ăn vào giai đoạn 1,5 tháng tuổi đến thu hoạch. 7 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 4.1 Hiện trạng và hiệu quả kinh tế các hệ thống canh tác tại huyện An Biên và An Minh tỉnh Kiên Giang Kết quả thực hiện phỏng vấn tại cộng đồng với PRA, bao gồm công cụ phỏng vấn (chuyên gia) người am hiểu KIP và so sánh hiệu quả kinh tế các hệ thống canh tác chính tại vùng nghiên cứu cho thấy hệ thống canh tác tôm-lúa sau hơn 19 năm chuyển đổi, việc luân canh cây lúa vào mùa mưa kém hiệu quả, lúa chết hoặc năng suất giảm, có hơn 5000 ha phải nuôi tôm liên tục do không luân canh lúa vào mùa mưa, nhiều mô hình canh tác xen canh, đa canh với nuôi tôm được hình thành. Kết quả so sánh hiệu quả kinh tế của các hệ thống canh tác cho thấy lợi nhuận của hệ thống canh tác tôm-cua-màu là cao nhất, tiếp đến hệ thống canh tác tôm-lúa, hệ thống canh tác chuyên tôm và hệ thống canh tác hai vụ lúa có lợi nhuận thấp nhất. Bốn yếu tố là chi phí sản xuất, diện tích canh tác, năng suất và trình độ kiến thức nông nghiệp đều ảnh hưởng đến thu nhập của người dân, ảnh hưởng mạnh nhất ở hệ thống canh tác tôm- cua - màu với hệ số R2 0,86, và thấp nhất hệ thống canh tác hai vụ lúa hệ số R2 0,54. Hệ thống canh tác tôm – cua – màu Y = 2,396 + 0,11X1+ 0,334X2 + 1,06X3 + 0,26X4; R2 = 0,86 Hệ thống canh tác tôm – lúa Y = 2,681 + 0,338 X1 + 0,078 X2 + 0,899 X3 + 0,959 X4; R2 = 0,80 Hệ thống canh tác chuyên tôm Y = -0,889 + 0,101 X1+ 0,273 X2 + 0,665 X3 + 0,762X4; R2 = 0,76 Hệ thống canh tác hai vụ lúa Y = 4,161 + 0.059 X1 + 0,124 X2 + 0,627 X3 + 0,111 X4; R2 = 0,54 4.2 Sự tích lũy mặn và sự tương quan của các yếu tố ảnh hưởng đến sinh trưởng và năng suất lúa trong hệ thống canh tác tôm-lúa 4.2.1 Đánh giá sự tương quan của các yếu tố ảnh hưởng đến năng suất lúa trong hệ thống canh tác tôm-lúa Phương trình tương quan có hệ số R2 = 0,848, cho thấy 84,8% năng suất lúa trồng trên đất nhiễm mặn bị ảnh hưởng bởi các yếu tố bao gồm: Độ dẫn điện của dung dịch trích bão hòa, hàm lượng Ca trao đổi, trị số ESP, khả năng trao đổi cation và hàm lượng natri trao đổi, giống lúa chóng chịu, nước tưới và số bông/m2 đều ảnh hưởng đến sinh trưởng phát triển của lúa trên đất nhiễm mặn là có ý nghĩa. 8 Y = 3,385 – 0,71X1 - 0,508X2 + 0,367X3 + 0,231X4 - 0,111X5 + 1,361 X6 + 0,096X7 +0,001X8 ; R2 = 0,848 4.2.2 Thiết lập mô hình tương quan của các yếu tố ảnh hưởng đến sự sinh trưởng phát triển và năng suất của lúa trên đất nhiễm mặn trong mô hình canh tác tôm - lúa Kết quả đánh giá mức độ phù hợp của mô hình dự đoán ở bảng 4.5 cho thấy giá trị Q² = 0,986 có nghĩa là 98,65 % sinh trưởng phát triển của lúa trên đất nhiễm mặn bị ảnh hưởng bởi hàm lượng Na và Ca trao đổi, khả năng trao đổi cation, trị số ESP, loại giống sử dụng, lượng nước tưới và việc có bón phân hữu cơ và vôi, trong khi chỉ có 1,35 % được giải thích bởi những yếu tố khác không đưa vào mô hình. Bảng 4.1: Sự phù hợp của mô hình kiểm tra (giá trị Q² và R2 ) Biến R-square 1-R2 Năng suất 0,743 0,257 Phân bón sử dụng 0,311 0,689 Sinh trưởng phát triển 0,804 0,196 Đặc tính đất 0,612 0,388 Q2 = 1 – (1-R12) (1-R22) (1-R32)…..(1-Rn2) Q2 = 1 – ((0,257) x (0,689) x (0,196) x (0,388)) Q2 = 1 – 0,0343 = 0,9865 Q2 = 0,986 9 4.2.3 Sự tích lũy mặn trong hệ thống canh tác tôm-lúa - Giá trị pH và độ dẫn điện của dung dịch trích bão hòa ECe của đất Các ruộng canh tác tôm-lúa có lúa bị chết (R-C) có pH rất cao, ECe 16,4 mS.cm-1, đất trở nên sodic, bất lợi cho sự sinh trưởng của lúa, dẫn đến lúa chết. b Độ dẫn diện bão hòa đất và nước (mS/cm) Giá trị pH đất bão hòa và nước bão hòa 10 8 20 pH đất 12 a 15 c ECe b a b 10 6 4 5 2 0 0 R-A R-B R-C Nhóm ruộng R- A R- B R- C Nhóm ruộng Hình 4.1: Giá trị pH đất và ECe tại ba nhóm ruộng R-A: Nhóm ruộng lúa có năng suất từ 3,5 tấn/ha, R-B: Nhóm ruộng lúa năng suất dưới 3,5 tấn/ha, R-C: Nhóm ruộng lúa bị chết sau khi cấy 20-25 ngày; Các thanh (I) trong hình biểu diễn độ lệch chuẩn của các nghiệm thức; Các chữ cái khác nhau trên cột chỉ sự khác biệt có ý nghĩa thống kê ở mức 5% qua kiểm định Duncan. - Hàm lượng Na+ trao đổi và sự sodic hoá trong đất Nhóm ruộng lúa bị chết R-C, có ESP 16,93%, kế đến R-B (14,09%) và thấp nhất ở nhóm R-Alà 9,99% (p<0,05). ESP cao hơn 15 và pH trên 8.5, đất trở nên mặn-sodic (Osman, 2018; Srivastava, 2020), Như vậy, bên cạnh lượng Na hoà tan cao trong đất gây mất cân đối dinh dưỡng, pH đất cao đến 8,9, lượng Na+ trao đổi cao đến ngưỡng đất bị sodic hoá, đất đã trở thành đất mặn sodic, gây bất lợi về đăc tính hoá lý đất và dinh dưỡng cây trồng, đây là yếu tố quan trọng đưa đến lúa chết ở nhóm ruộng R-C. 10 Bảng 4.2: Hàm lượng Na+ hòa tan và trao đổi trong đất của ba nhóm ruộng Na+ trao đổi Na+ hòa tan Nhóm ruộng (cmol.kg-1 đất) R-A 10,9±2,2b 2,1±0,3c R-B 11,8±2,6b 3,4±0,2b R-C 14,5±1,4a 4.4±0,2a F * * CV (%) 2,6 2,7 Phần trăm Na+ trao đổi trên keo đất ESP (%) 25 20 a Nhóm ruộng b 15 c 10 5 0 R- A R- B R- C Hình 4.2: Phần trăm Na+ trao đổi trong đất của ba nhóm ruộng khảo sát R-A: Nhóm ruộng lúa có năng suất từ 3,5 tấn/ha trở lên, R-B: Nhóm ruộng lúa năng suất dưới 3,5 tấn/ha, R-C: Nhóm ruộng lúa bị chết sau khi cấy 20-25 ngày; Các thanh (I) trong hình biểu diễn độ lệch chuẩn của các nghiệm thức; Các chữ cái khác nhau trên cột chỉ sự khác biệt có ý nghĩa thống kê ở mức 5% qua kiểm định Duncan. 11 4.3 Hiệu quả của phân hữu cơ và vôi trong cải thiện đặc tính bất lợi của đất và năng suất lúa trong điều kiện nhà lưới 4.3.1 Ảnh hưởng của phân hữu cơ và vôi đến Al3+ trao đổi trong đất phèn nhiễm mặn Kết quả thí nghiệm cho thấy phân hữu cơ bã bùn mía hoặc phân hữu cơ kết hợp với vôi giúp giảm nhôm trao đổi trong đất rất hiệu quả (p<0,05). Tỷ lệ phần trăm Al bảo hòa ở nghiệm thức đối chứng cả 2 thời điểm khảo sát là 36,31 và 24,20% đều cao hơn 20%, là mức gây độc cho cây trồng (Joanna Siecinska and Artur Nosalewicz, 2016; Ikiriko et al., 2016). Bón kết hợp phân hữu cơ bã bùn mía và vôi cho thấy Al bão hòa đều giảm còn 5,40 và 1,83% so với các nghiệm thức bón đơn lẽ phân hữu cơ hoặc vôi và đối chứng (p<0,05). Hàm lượng Al3+ trao đổi (meq/100gram) 12.00 10.00 a a T1 8.00 6.00 A b T3 c T4 B 4.00 2.00 T2 A T5 d C d T6 D D 0.00 Hàm lượng Al 43 NSKC Hàm lượng Al 90 NSKC Hình 4.3: Ảnh hưởng của phân hữu cơ và vôi đến Al3+ trao đổi trong đất theo thời gian Ghi chú: (T1) Đối chứng; (T2) 5 tấn/ha BBM; (T3) 5 tấn/ha PHC Vi sinhPHC Vi sinh; (T4) 500 kg CaCO3/ha; (T5) 5 tấn BBM + 500 kg CaCO3/ha; (T6) 5 tấn PHC Vi sinhPHC Vi sinh + 500 kg CaCO3/ha. Các cột có chữ cái khác nhau thì khác biệt có ý nghĩa thống kê ở mức 5%. 12 4.3.2 Ảnh hưởng của phân hữu cơ và vôi đến trị số ESP trong đất Hàm lượng Na+ trao đổi có khuynh hướng giảm dần ở giai đoạn từ giữa vụ đến cuối vụ canh tác lúa, giảm có ý nghĩa rõ nhất vào cuối vụ, khi có cung cấp thêm vôi, PHC hoặc vôi kết hợp PHC. Tương ứng, trị số ESP vào giữa vụ và cuối vụ cao nhất ở nghiệm thức chỉ bón phân vô cơ. Bón phân vô cơ kết hợp phân bón hữu cơ và vôi giúp giảm ESP có ý nghĩa ở giai đoạn cuối vụ (p<0,05). - Đất phèn nhiễm mặn: 25.00 Tỷ lệ % Na trao đổi (ESP) T1 20.00 T2 a T3 15.00 cb b T4 b d A d 10.00 T5 B CB CB D D T6 5.00 0.00 Tỷ lệ % Na trao đổi 43 NSKC Tỷ lệ % Na trao đổi 90 NSKC Hình 4.4: Ảnh hưởng của phân hữu cơ và vôi đến trị số ESP của đất theo thời gian. Ghi chú: (T1) Đối chứng; (T2) 5 tấn/ha BBM; (T3) 5 tấn/ha PHC Vi sinh; (T4) 500 kg CaCO3/ha; (T5) 5 tấn BBM + 500 kg CaCO3/ha; (T6) 5 tấn PHC Vi sinh + 500 kg CaCO3/ha. Các cột có chữ cái khác nhau thì khác biệt có ý nghĩa thống kê ở mức 5%. 13 - Đất phèn tiềm tàng nhiễm mặn: Bảng 4.3: Ảnh hưởng của PHC và vôi đến Na trao đổi và ESP Na + (cmol/kg) ESP (%) Nghiệm thức Giữa vụ Cuối vụ Giữa vụ Cuối vụ Nghiệm thức 1 1,25a 1,48a 7,20a 8,41a Nghiệm thức 2 1,19ab 1,21b 6,62b 6,79b Nghiệm thức 3 1,21a 0,64d 6,83ab 3,77d Nghiệm thức 4 0,77c 0,57d 6,12c 3,10e Nghiệm thức 5 1,10b 1,05c 4,51d 5,87c Nghiệm thức 6 1,27a 0,45e 7,13a 2,46f F * * * * CV (%) 6,43 8,67 4,11 2,94 *Ghi chú: Nghiệm thức 1: Phân vô cơ (60N-20P205-20K20); Nghiệm thức 2: Phân vô cơ + 5 tấn PHC bã bùn mía; Nghiệm thức 3: Phân vô cơ + 5 tấn PHC Vi sinh; Nghiệm thức 4: Phân vô cơ + 0,5 tấn CaCO3; Nghiệm thức 5: Phân vô cơ + 5 tấn PHC bã bùn mía + 0,5 tấnCaCO3; Nghiệm thức 6: Phân vô cơ + 5 tấn PHC Vi sinh + 0,5 tấn CaCO3. Các giá trị trung bình trong cùng một cột theo sau bởi các chữ cái (a,b) giống nhau không khác biệt có ý nghĩa thống kê ở mức ý nghĩa 5%. 4.3.4 Hiệu quả của phân bón hữu cơ và vôi đến năng suất lúa - Đất phèn nhiễm mặn Kết quả cho thấy có sự tăng trọng lượng hạt khi bón phân hữu cơ và vôi có ý nghĩa. trọng lượng hạt biến động trong khoảng 0,42–11,45 g/chậu, thấp nhất ở nghiệm thức đối chứng chỉ sử dụng phân bón vô cơ. Như vậy, trên đất phèn nhiễm mặn, hiệu quả của vôi và phân hữu cơ giúp cây lúa sinh trưởng và phát triển tốt và gia tăng năng suất lúa đáng kể ở các nghiệm thức phân bón có bổ sung thêm phân hữu cơ và vôi. 14 14 a 12 10 b 8 Năng suất/chậ u (gram) 6 c d 4 2 e f 0 T1 T2 T3 T4 T5 T6 Hình 4.5: Ảnh hưởng của phân hữu cơ và CaCO3 đến năng suất lúa. - Đất phèn tiềm tàng nhiễm mặn Kết quả nghiên cứu cho thấy, việc bón PHC kết hợp bón vôi trên nền phân vô cơ hợp lý giúp cải thiện năng suất lúa có ý nghĩa trên đất nhiễm mặn (p<0,05). 14 a 12 a 10 Năng 8 suất/chậ u (gram) 6 4 b b c d 2 0 NT1 NT2 NT3 NT4 NT5 NT6 Hình 4.6: Hiệu quả của phân bón hữu cơ và vôi đến năng suất lúa Ghi chú: Các cột trung bình có cùng chữ cái theo sau chữ theo sau khác nhau thì khác biệt có ý nghĩa thống kê ở mức 5%. (T1) Đối chứng; (T2) 5 tấn/ha BBM; (T3) 5 tấn/ha PHC Vi sinh; (T4) 500 kg CaCO3/ha; (T5) 5 tấn BBM + 500 kg CaCO3/ha; (T6) 5 tấn PHC Vi sinh + 500 kg CaCO3/ha. Các cột có chữ cái khác nhau thì khác biệt có ý nghĩa thống kê ở mức 5%. 15 4.4 Hiệu quả của phân hữu cơ và vôi trong cải thiện năng suất lúa qua hai vụ canh tác trên đất phèn tiềm tàng nhiễm mặn Kết quả năng suất thực tế ở hình 4.7 cho thấy năng suất lúa ở vụ một đạt từ 0,92 đến 2,53 tấn/ha, nghiệm thức chỉ bón phân vô cơ năng suất thấp nhất và khác biệt so với các nghiệm thức còn lại (p<0,05). Bón pHC và vôi giúp tăng năng suất lúa đến 175% ở vụ 1. Qua vụ canh tác thứ hai, năng suất lúa tăng cao, đạt cao nhất đến 6,25 tấn/ha, năng suất lúa tăng được 51,2 % khi bón PHC bã bùn mía và vôi so với bón đơn lẽ và chỉ bón phân vô cơ (p<0,05). 7 B 6 5 B A C 4 NT1 NT2 3 a a a NT3 2 1 NT4 b 0 Năng suất vụ 01 (tấn/ha) Năng suất vụ 02 (tấn/ha) Hình 4.7: Hiệu quả của phân bón hữu cơ và vôi đến năng suất lúa. Ghi chú: Nghiệm thức 1: Phân vô cơ (60N–20P205– 20K20); Nghiệm thức 2: Phân vô cơ + 5 tấn PHC bã bùn mía; Nghiệm thức 3: Phân vô cơ + 0,5 tấn CaCO3; Nghiệm thức 4: Phân vô cơ + 5 tấn PHC bã bùn mía + 0,5 tấn CaCO3. Trong cùng một cột các ký tự theo sau giống nhau thì không khác biệt thống kê, ns: không khác biệt ý nghĩa, * khác biệt ý nghĩa 5% theo phép thử Duncan. 4.5 Hiệu quả cải thiện môi trường đất nước của thực vật thủy sinh 4.5.1 Ảnh hưởng của cây cỏ thủy sinh đến độ mặn trong đất Kết quả trình bày ở Bảng 4.4 cho thấy vào giai đoạn 90 ngày ECe của đất trồng cỏ nước mặn giảm 37,8%, cỏ năn tượng giúp giảm 31,4% và 28,4% ở nghiệm thức trồng cỏ nến. Như vậy, loại ra ảnh hưởng của mưa thì trồng ba loài cỏ thủy sinh trong hệ thống giúp giảm độ mặn của đất 14,9- 24,3%. Kết quả này phù hợp với các nghiên cứu trước đây về giảm độ mặn của đất qua sử dụng cây cỏ (Akhter et al., 2003; Shekhaw et al., 2006; Qadir et al., 2007; Amer et al., 2013; Lichen et al., 2016; Srivastava, 2020). 16 Bảng 4.4: Ảnh hưởng của ba loài cỏ thủy sinh đến ECe của đất mặn ECe đất (mS/cm) Nghiệm thức Loài cỏ thủy sinh ECe ECe Sau 45 ngày ECe Cuối vụ 30.24 22.03b ± 1.23 20.73b ± 0.63 30.24 24.13ab ± 2.93 21.60b ± 0.87 đầu vụ Năn tượng T1 Cỏ nến T2 T3 Cỏ nước mặn 30.24 25.15ab ± 2.04 18.79c ± 0.35 T4 Đối chứng 30.24 27.20a ± 1.12 26.14a ± 1.00 F - * * %CV - 3.42 1.32 * Ghi chú: Giá trị trung bình trong cùng một cột các chữ cái theo sau giống nhau thì không khác biệt thống kê ở mức ý nghĩa 5% qua phép thử Duncan. 4.5.2 Hệ số tích lũy sinh học và chuyển vị của ba loài cỏ thủy sinh Giá trị tích lũy Na+ sinh học (BF) của ba loài cây cỏ đạt từ 8.13 đến 8.45. Sự chuyển vị ion từ rễ đến thân cây được đánh giá qua trị số TF. Nếu TF cao hơn 1 thì những loài cây này phù hợp cho sử dụng trong cải thiện môi trường (Ghosh and Singh, 2005; Lázaro et al., 2006; Nouri et al., 2011). Kết quả ở Hình 4.16 cho thấy trị số TF Na+ khác biệt có ý nghĩa giữa ba loài cỏ, và biến động trong khoảng 1,5-2,6. Kết quả nghiên cứu trên cho thấy yếu tố tích lũy sinh học BF của cả ba loài cỏ đều cao hơn 1. Giá trị chuyển vị TF của Na + cũng cao hơn 1. Do đó, kết quả này cho thấy sử dụng cỏ năn tượng, cỏ nến và cỏ nước mặn có hiệu quả cao cho cải thiện đất mặn trong điều kiện đất có độ mặn cao, có thể gây bất lợi cho vụ tôm nuôi và vụ lúa luân canh trong hệ thống canh tác tôm-lúa. 17 Na+ tích lũy ở rễ cỏ (Root) (B) Hàm lượng Na+ tích lũy ở rễ cỏ (mg/kg) Hàm lượng Na+ tích lũy ở thân cỏ (mg/kg) Na+ tích lỹ ở thân cỏ (Shoot) (A) 50000 ns 40000 30000 20000 10000 0 30000 a 25000 b 20000 c 15000 10000 5000 0 T1 T2 T3 T1 T2 T3 Yếu tố chuyển vị Na+ (TF) (B) Tích lũy Na+ sinh học (BF) (A) 10 ns Giá trị chuyển vị Na+ Giá trị tích lũy Na+ sinh học Hình 4.8: Hàm lượng Na+ tích lũy ở thân (A) và rễ (B) của ba loài cây cỏ phytoremediation 8 6 4 2 0 T1 T2 3.5 a 3 2.5 b 2 c 1.5 1 0.5 0 T3 T1 T2 Hình 4.9: Tích lũy sinh học (A) và chuyển vị (B) của Na+ của ba loài cây cỏ phytoremediation Ghi chú: T1: trồng cỏ năn tượng (Scirpus littoralis); T2: cỏ nến (Typha angustifolia); T3: cây cỏ nước mặn (Paspalum vaginatum). Giá trị trung bình trong cùng một cột các chữ cái theo sau giống nhau thì không khác biệt thống kê ở mức ý nghĩa 5% qua phép thử Duncan. 18 T3 4.6 Hiệu quả sử dụng cây cỏ thủy sinh cải thiện môi trường nước trong nuôi tôm 4.6.1 Ảnh hưởng của cây thủy sinh đến môi trường nước và sinh trưởng của tôm - Hàm lượng độ mặn Biến động độ mặn trung bình theo thời gian thí nghiệm ở Hình 4.10 cho thấy các nghiệm thức dao động trong khoảng từ 7.25‰ đến 14.62‰, nghiệm thức không trồng cây cỏ thủy sinh độ mặn có xu hướng giảm thấp hơn so với có trồng cây năn tượng và cỏ nước mặn, cả ba nghiệm thức, độ mặn có xu hướng giảm dần đến tuần thứ 9 sau đó tăng dần về cuối vụ nuôi. Độ mặn (‰) 20 15 10 5 Tuần 1 Tuần 3 Tuần 6 Tuần 9 NT 1 8.875 NT 2 9.3 NT 3 9.25 9.375 9.725 9.625 8.75 9.615 9.375 7.25 8.75 8.875 Tuần 12 8.625 9.7 9.975 Tuần 15 9.5 12.25 12.25 Tuần 17 13.625 13.95 14.35 Hình 4.10: Diễn biến độ mặn của 3 nghiệm thức qua các tuần nuôi - Trị số pH Kết quả trình bày ở Hình 4.11 cho thấy trị số pH biến động theo thời gian và biến động sáng chiều. Nghiệm thức 1 đối chứng không trồng cây cỏ thủy sinh trị số pH biến động tăng dần về cuối vụ (đầu vụ pH = 8, cuối vụ pH = 8.72), trong khi đó nghiệm thức 2 và 3 trị số pH giảm dần về cuối vụ (đầu vụ pH = 8, cuối vụ pH = 7.72 (nghiệm thức 2) và pH = 7.75 (nghiệm thức 3), điều này cho thấy các ao nuôi tôm sú quảng canh có bổ sung năn tượng và Cỏ nước mặn trị số pH ổn định hơn so với ao không trồng bổ sung. 19