Tài liệu đánh giá tác động của biến đổi khí hậu đến năng suất lúa ở tỉnh cần thơ

  • Số trang: 68 |
  • Loại file: PDF |
  • Lượt xem: 63 |
  • Lượt tải: 0
hoang

Tham gia: 04/11/2015

Mô tả:

TÓM TẮT Đề tài sử dụng phần mềm DSSAT v 4.7 (Decision Support System for Agrotechnology Tranfer) mô phỏng năng suất lúa tại tỉnh Cần Thơ với dữ liệu dùng để hiệu chỉnh trong giai đoạn 2010 – 2014, kết quả mô phỏng sẽ là cơ sở để tiến hành mô phỏng năng suất lúa với các kịch bản biến đổi khí hậu. Biến đổi khí hậu (BĐKH) có ảnh hưởng rất lớn đến sản xuất nông nghiệp do sự gia tăng nhiệt độ, tình trạng thay đổi lượng mưa, số giờ nắng,… Do vậy, nghiên cứu ứng dụng mô hình DSSAT nhằm dự báo ảnh hưởng của BĐKH đến quá trình sinh trưởng và năng suất lúa của giống lúa IR64 trên cơ sở kịch bản RCP4.5 và RCP8.5 đã được công bố của Bộ Tài nguyên và Môi trường vào năm 2016. Kết quả chạy mô hình DSSAT cho thấy BĐKH sẽ tác động rất lớn đối với sản xuất lúa tại Cần Thơ làm giảm năng suất theo từng năm. Trong đó vụ đông xuân chịu tác động mạnh nhất trong 3 vụ. Quá trình sinh trưởng của cây lúa sẽ gặp nhiều bất lợi vào nửa sau thế kỉ XXI. Đặc biệt, sự thay đổi diễn ra với tốc độ cao dần theo các kịch bản, vụ Đông Xuân năng suất so với năm 2013 giảm đáng kể, năm 2030 trung bình giảm khoảng 12.3% với cả 2 kịch bản RCP4.5 và RCP8.5. Năm 2050 năng suất giảm 20,1 % với kịch bản RCP4.5 và 27% với kịch bản RCP8.5. Năm 2100 năng suất giảm so với 2013 là 23.9% với kịch bản RCP4.5 và 44.5% với kịch bản 8.5. Cũng như vụ Đông Xuân, các vụ Hè Thu và Thu Đông cũng có mức giảm tăng dẩn theo từng kịch bản. Kết quả đánh giá được ảnh hưởng của sự thay đổi của nhiệt độ và lượng mưa đến năng suất lúa, tuy nhiên, ngoài nhiệt độ và lượng mưa, các yếu tố khác như độ ẩm, số giờ nắng và tốc độ gió ảnh hưởng đến năng suất lúa cần được xem xét thêm trong nghiên cứu sau này. Từ khóa: Nhiệt độ, lượng mưa, năng suất lúa, DSSAT, Thành phố Cần Thơ iii ABSTRACT This study use Decision Support System for Agrotechnology Tranfer (DSSAT v4.7) software to simulate rice yield in Can Tho city with date calibration in the period of 2010-2014, simulation results will be the base for simulating rice yield with climate change scenarios. Climate change has a great impact on agricultural production due to increased heat regimes, changing rainfall, and hours of sunshine. Therefore, the study has applied the DSSAT model to predict the effects of climate on the growth and yield of IR64 rice based on the Ministry of Natural Resiurces abd Environment’s published RCP4.5 and RCP8.5 scenarios in 2016. The results of running the DSSAT model indicate that climate change will have a huge impact on rice production in Can Tho city, resulting in lower annual yields. Moreover, the winter-spring crop is the most affected in three crop. The growth and development of rice will be difficult after XXI century. In particular, the change takes place at a high rate according the scenarios, the yield of winter-spring crop decreased significantly compared to 2013, the average of 2030 decreased by about 12.3% with both the scenario RCP4.5 and RCP8.5. In 2050 yields decreased by 20.1% with the scenario RCP4.5 and 27% with the scenario RCP8.5. In 2100 rice yields decreased by 23.9% compared to 2013 with the scenario RCP4.5 and 44.5% with the scenario RCP8.5. Like the winter-spring crop, the summer-autumn and autumn-winter crops also experienced a decrease in each scenario. The results showed the impacts of temperature and rainfall changes on rice yield, however, besides temperature and rainfall, the impacts from other factors such as humidity, sunshine hours and wind speed on rice yield should be considered in the further research. Keywords: Temperature, rainfall, rice yiel, DSSAT, Can Tho City iv TÓM TẮT .................................................................................................................... iii ABSTRACT ................................................................................................................. iv DANH MỤC KÝ HIỆU – TỪ VIẾT TẮT ................................................................. ix DANH MỤC BẢNG BIỂU ...........................................................................................x DANH MỤC HÌNH ẢNH .......................................................................................... xii MỞ ĐẦU .........................................................................................................................1 1. Tính cấp thiết của đề tài ...........................................................................................1 2. Mục tiêu nghiên cứu.................................................................................................1 2.1 Mục tiêu tổng quan .............................................................................................1 2.2 Mục tiêu cụ thể ...................................................................................................1 3. Phạm vi và đối tượng nghiên cứu ............................................................................2 3.1 Phạm vi nghiên cứu ............................................................................................2 3.2 Đối tượng nghiên cứu .........................................................................................2 4. Nội dung nghiên cứu ................................................................................................2 5. Những đóng góp mới của đề tài ...............................................................................2 6. Tính khoa học và thực tiễn của đề tài ......................................................................2 6.1 Tính khoa học của đề tài .....................................................................................2 6.2 Tính thực tiễn của đề tài .....................................................................................3 7. Cấu trúc đề tài ..........................................................................................................3 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU ..................................4 1.1 Tổng quan về mô hình DSSAT ..............................................................................4 1.1.1. Khái niệm........................................................................................................4 1.1.2 Đặc điểm của DSSAT ......................................................................................4 1.1.3 Thành phần và cơ sở dữ liệu DSSAT ..............................................................5 1.1.3.1 Thành phần ................................................................................................5 1.1.3.2 Cơ sở dữ liệu .............................................................................................6 1.1.4 Ưu khuyết điểm của DSSAT ...........................................................................7 1.2 Tổng quan về biến đổi khí hậu ...............................................................................7 1.2.1 Khái niệm, nguyên nhân của biến đổi khí hậu ................................................7 v 1.2.2 Tình hình biến đổi khí hậu ...............................................................................8 1.2.3 Tác động của biến đổi khí hậu đến lĩnh vực nông nghiệp ...............................9 1.2.3.1 Thế giới .....................................................................................................9 1.2.3.2 Việt Nam ...................................................................................................9 1.3 Tổng quan về khu vực nghiên cứu .......................................................................11 1.3.1 Điều kiện tự nhiên..........................................................................................11 1.3.1.1 Vị trí địa lý ..............................................................................................11 1.3.1.2 Khí hậu ....................................................................................................13 1.3.1.3 Thủy văn ..................................................................................................13 1.3.2 Điều kiện kinh tế - xã hội ..............................................................................14 1.3.3 Giới hạn vùng nghiên cứu .............................................................................14 1.3.4 Lựa chọn kịch bản BĐKH phục vụ cho nghiên cứu ......................................14 1.3.4.1 Về nhiệt độ ..............................................................................................15 1.3.4.2 Về lượng mưa ..........................................................................................15 1.3.4.3 Về mực nước biển dâng ..........................................................................16 1.4 Tổng quan về cây lúa và các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sinh trưởng của cây lúa ...............................................................................................................................16 1.4.1 Đặc điểm hình dạng cây lúa...........................................................................17 1.4.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến năng suất cây lúa .................................................18 1.4.2.1 Đất đai .....................................................................................................18 1.4.2.2 Nhiệt độ ...................................................................................................18 1.4.2.3 Ánh sáng ..................................................................................................19 1.4.2.4 Nước ........................................................................................................19 1.4.2.5 Mưa..........................................................................................................20 1.4.2.6 Giống .......................................................................................................20 1.4.2.7 Sơ lược về các chất dinh dưỡng cần thiết cho cây lúa ............................21 1.5 Tổng quan các nghiên cứu trong và ngoài nước liên quan đến đề tài..................24 1.5.1 Tình hình nghiên cứu ngoài nước ..................................................................24 1.5.2 Tình hình nghiên cứu trong nước ..................................................................26 1.5.3 Nhận xét chung ..............................................................................................27 vi CHƯƠNG II: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .....................................................29 2.1 Khung định hướng nghiên cứu.............................................................................29 2.2 Phương pháp nghiên cứu......................................................................................30 2.2.1 Phương pháp tổng hợp số liệu .......................................................................30 2.2.2 Phương pháp đánh giá tác động của BĐKH ..................................................30 2.2.3. Phương pháp tổng quan ................................................................................31 2.2.3.1 Phương pháp tổng quan tài liệu ...............................................................31 2.2.3.2 Phương pháp điều tra thu thập thông tin .................................................31 2.2.4 Phương pháp xử lý số liệu .............................................................................32 2.2.5 Phương pháp mô hình ....................................................................................32 2.3 Các thông số đầu vào của mô hình ......................................................................34 2.3.1 Đặc điểm đất đai thổ nhưỡng vùng nghiên cứu .............................................34 2.3.1.1 Đặc điểm đất phèn hoạt động ..................................................................35 2.3.1.2 Đất phù sa glay ở huyện Phong Điền, Thới Lai ......................................36 2.3.1.3 Đặc điểm đất phù sa ở huyện Cờ Đỏ, Vĩnh Thạnh, Ô Môn ....................37 2.3.2 Khí hậu – Thời tiết .........................................................................................39 2.3.3 Phương thức canh tác.....................................................................................39 2.3.3.1 Thời vụ gieo trồng ...................................................................................39 2.3.3.2 Cơ cấu giống............................................................................................39 2.3.3.3 Chế độ nước ............................................................................................40 2.3.3.4 Phân bón ..................................................................................................40 2.3.4 Các nghiệm thức trong mô hình ....................................................................41 CHƯƠNG III: KẾT QUẢ THẢO LUẬN .................................................................43 3.1 Kết quả mô phỏng năng suất lúa của 4 huyện tỉnh Cần Thơ theo từng vụ lúa Đông Xuân, Hè Thu, Thu Đông ...........................................................................................43 3.2 Kết quả mô phỏng năng suất lúa ở điều kiện thời tiết năm 2030, 2050, 2100 ....45 3.2.1 Diễn biến năng suất năm 2030.......................................................................47 3.2.1.1 Kịch bản RCP4.5 .....................................................................................47 3.2.1.2 Kịch bản RCP8.5 .....................................................................................48 3.2.2 Diễn biến năng suất năm 2050.......................................................................49 vii 3.2.2.1 Kịch bản RCP4.5 .....................................................................................49 3.2.2.2 Kịch bản RCP8.5 .....................................................................................50 3.2.3 Diễn biến năng suất năm 2100.......................................................................51 3.2.3.1 Kịch bản RCP4.5 .....................................................................................51 3.2.3.2 Kịch bản RCP8.5 .....................................................................................52 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .............................................................53 4.1 Kết luận ................................................................................................................53 4.2 Kiến nghị ..............................................................................................................53 4.2.1 Ứng dụng đề tài .............................................................................................53 4.2.2 Hướng phát triến đề tài ..................................................................................53 TÀI LIỆU THAM KHẢO...........................................................................................55 Phụ Lục .........................................................................................................................57 viii DANH MỤC KÝ HIỆU – TỪ VIẾT TẮT DSSAT BĐKH : Decision Support System for Agrotechnology Tranfer : Biến đổi khí hậu XBUILD : Module Quảng lý canh tác SBUILD : Module đất CEC OC UBND : Cation Exchange Capacity – Khả năng trao đổi cation : Chất hữu cơ : Uỷ Ban Nhân Dân RCP4.5 RCP8.5 : kịch bản nồng độ khí nhà kính trung bình thấp : kịch bản nồng độ khí nhà kính cao ix DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Trình bày mức tăng nhiệt độ (oC) trung bình năm của từng giai của thế kỷ 21 so với thời kỳ 1986- 2005 theo kịch bản RCP4.5 và RCP8.5 cho tỉnh Cần Thơ ..........15 Bảng 1.2 Tóm tắt mức thay đổi lượng mưa (%) năm qua từng thập kỷ so với thời kỳ 1986 - 2005 theo kịch kịch bản RCP4.5 và RCP8.5 cho tỉnh Cần Thơ ........................16 Bảng 1.3 Mực nước biển dâng (cm) so với thời kỳ 1986 - 2005 ..................................16 Bảng 1.4 Nhu cầu nhiệt độ của cây lúa qua các thời kỳ sinh trường ............................18 Bảng 2.1 Tính chất hoá lý đất phèn hoạt động nông .....................................................35 Bảng 2.2 Mô tả hình thái phẫu diện đất phù sa glay .....................................................36 Bảng 2.3 Tính chất hoá lý đất phù sa glay ....................................................................37 Bảng 2.4 Hình thái phẫu diện đất phù sa có tầng loang lỗ đỏ vàng ..............................38 Bảng 2.5 Tính chất hoá lý đất phù sa có tầng loang lỗ đỏ vàng ....................................38 Bảng 2.6 Thời vụ gieo trồng vụ lúa Đông Xuân, Hè Thu và Thu Đông năm 2013- 2014 ...............................................................................................................................39 Bảng 2.7 Các nghiệm thức trong mô hình ....................................................................42 Bảng 3.1 Kết quả tính toán năng suất thực tế và mô phỏng 2010 - 2014 .....................44 Bảng 3.2 Hệ số tương quan R2 từ năm 2010 -2014 .......................................................45 Bảng 3.3 Thông số mức tăng nhiệt độ trung bình và tăng lượng mưa trung bình năm theo kịch bản BĐKH .....................................................................................................45 Bảng 3.4 Kết quả tính toán năng suất lúa trong giai đoạn 2030-2100 theo kịch bản BĐKH ............................................................................................................................46 Bảng 3.5 Bảng mô tả nhiệt độ trung bình cao nhất, thấp nhất và lượng mưa theo kịch bản RCP4.5 của năm 2030 ............................................................................................48 Bảng 3.6 Bảng mô tả nhiệt độ trung bình cao nhất, thấp nhất và lượng mưa theo kịch bản RCP8.5 của năm 2030 ............................................................................................48 Bảng 3.7 Bảng mô tả nhiệt độ trung bình cao nhất, thấp nhất và lượng mưa theo kịch bản RCP4.5 của năm 2050 ............................................................................................49 Bảng 3.8 Bảng mô tả nhiệt độ trung bình cao nhất, thấp nhất và lượng mưa theo kịch bản RCP8.5 của năm 2050 ............................................................................................50 Bảng 3.9 Bảng mô tả nhiệt độ trung bình cao nhất, thấp nhất và lượng mưa theo kịch bản RCP4.5 của năm 2100 ............................................................................................51 x Bảng 3.10 Bảng mô tả nhiệt độ trung bình cao nhất, thấp nhất và lượng mưa theo kịch bản RCP8.5 của năm 2100 ............................................................................................52 Bảng 1: Bảng thể hiện sự tăng giảm năng suất theo kg/ha ............................................57 xi DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Giao diện làm việc của DSSAT ........................................................................5 Hình 1.2 Bản đồ hành chính thành phố Cần Thơ..........................................................12 Hình 1.3 Mô hình độ cao số TP. Cần Thơ.....................................................................12 Hình 3.1Biểu đồ thể hiện diễn biến năng suất lúa năm 2030 của 4 huyện theo kịch bản RCP4.5 ...........................................................................................................................47 Hình 3.2 Biểu đồ thể hiện diễn biến năng suất lúa năm 2030 của 4 huyện theo kịch bản RCP4.5 ...........................................................................................................................48 Hình 3.3 Biểu đồ thể hiện diễn biến năng suất lúa năm 2050 của 4 huyện theo kịch bản RCP4.5 ...........................................................................................................................49 Hình 3.4 Biểu đồ thể hiện diễn biến năng suất lúa năm 2050 của 4 huyện theo kịch bản RCP8.5 ...........................................................................................................................50 Hình 3.5 Biểu đồ thể hiện diễn biến năng suất lúa năm 2050 của 4 huyện theo kịch bản RCP4.5 ...........................................................................................................................51 Hình 3.6 Biểu đồ thể hiện diễn biến năng suất lúa năm 2100 của 4 huyện theo kịch bản RCP8.5 ...........................................................................................................................52 Hình 1 Biểu đồ thể hiện diễn biến năng suất lúa trung bình 4 quận huyện giai đoạn 2013 - 2100 theo kịch bản RCP4.5 .........................................................................................58 Hình 2 Biểu đồ thể hiện diễn biến năng suất lúa trung bình 4 quận huyện giai đoạn 2013 - 2100 theo kịch bản RCP8.5 .........................................................................................58 xii MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Sản xuất nông nghiệp là hoạt động đặc biệt quan trọng và có ý nghĩa sống còn đối với Việt Nam; lúa gạo là một trong những loại cây lương thực quan trọng nhất. Nó cũng là nguồn lương thực quan trọng ở các nước Đông Á, Đông Nam Á và Nam Á. Theo số liệu của tổ chức Lương Thực và Nông Nghiệp Liên Hợp Quốc năm 2013, Việt Nam đứng thứ 3 thế giới về sản xuất lúa gạo sau Ấn Độ và Thái Lan (FAO, 2014). Nhưng song song với đó có nhiều báo cáo liên tục cảnh báo Việt Nam là một trong số các nước sẽ chịu tác động nặng nề của biến đổi khí hậu ( BĐKH) trong các thập kỉ tới, ngoài các biến cố về khí tượng thủy văn, quá nóng hoặc quá lạnh song song với mực nước trung bình hằng năm, các hiện tượng hạn và ngập úng cực đoan, các đồng bằng lớn của Việt Nam còn chịu ảnh hưởng của xâm nhập mặn và ngập do nước biển dâng, chắc chắn tác động đến sản xuất lúa nước và nghề trồng lúa (Bộ Tài Nguyên và Môi Trường, 2011). Đề tài: “Đánh giá tác động của biến đổi khí hậu đến năng suất lúa ở Tỉnh Cần Thơ” được lựa chọn nhằm cung cấp một phần thông tin cụ thể về tác động của BĐKH đến năng suất lúa tại Tỉnh Cần Thơ. Thông qua kết quả của đề tài sẽ góp phần nhỏ vào việc xây dựng những phương án thích ứng với BĐKH tương lai. 2. Mục tiêu nghiên cứu 2.1 Mục tiêu tổng quan - Xác định các yếu tố sẽ ảnh hưởng đến năng suất lúa ở 4 huyện chính của tỉnh Cần Thơ theo hai kịch bản biến đổi khí hậu: kịch BĐKH trung bình RCP4.5 và kịch bản BĐKH cao RCP8.5 2.2 Mục tiêu cụ thể - Đánh giá được hiện trạng sản xuất lúa tại tỉnh Cần Thơ và các biện pháp đang áp dụng trong sản xuất lúa hiện nay khi có bất thường về thời tiết, khí hậu -Đánh giá được mức độ thiệt hại, tổng thương do BĐKH đến cây lúa tại tỉnh Cần Thơ -Dự đoán được thay đổi năng suất lúa theo các kịch bản BĐKH đến năm 2100 tại Cần Thơ 1 -Đề xuất một số biện pháp giúp giảm thiệt hại do BĐKH từ đó có thể đảm bảo năng suất lúa tại Cần Thơ 3. Phạm vi và đối tượng nghiên cứu 3.1 Phạm vi nghiên cứu - Bốn huyện Thới Lai, Phong Điền, Cờ Đỏ, Vĩnh Thạnh tại Cần Thơ. - Thời gian đánh giá và nghiên cứu từ năm 2010 - 2014 3.2 Đối tượng nghiên cứu - Năng suất của giống lúa tiêu biểu và điều kiện khí hậu: nhiệt độ, lượng mưa, độ ẩm… tại tỉnh Cần Thơ 4. Nội dung nghiên cứu - Nêu được đặc điểm tự nhiên (đất đai, khí hậu), kinh tế - xã hội( điều kiện sản xuất) liên quan đến hiện trạng sản xuất lúa tại Cần Thơ - Hiểu các đặc tính của cây lúa và các điều kiện khí hậu ảnh hưởng đến cây lúa - Nêu các biến đổi về khí hậu, hiện tượng thời tiết bất thường trong những năm gần đây ở tỉnh Cần Thơ. - Sử dụng mô hình DSSAT để mô phỏng năng suất lúa theo các kịch bản BĐKH của Bộ Tài Nguyên và Môi Trường. - Nêu tác động của BĐKH đến cây lúa và sản xuất lúa của Cần Thơ. - Đánh giá mức tổn thương và năng suất cây lúa theo kịch bản BĐKH. Đưa ra giải pháp. 5. Những đóng góp mới của đề tài - Xác định được những ảnh hưởng của BĐKH đến năng suất lúa tại Tỉnh Cần Thơ. - Ứng dụng thành công mô hình DSSAT để nâng cao năng suất trồng lúa tại Cần Thơ bằng biện pháp thay đổi lượng phân bón hoặc thời gian xuống giống tương thích với điều kiện thời tiết tương lại theo kịch bản BĐKH. 6. Tính khoa học và thực tiễn của đề tài 6.1 Tính khoa học của đề tài Tính khoa học của đề tài nghiên cứu này là dựa trên cơ sở sinh thái của cây lúa, đó là sự phụ thuộc chặt chẽ của quá tình sinh trưởng cảu cây lúa với sự thay đổi của điều kiện thời tiết khí hậu như: nhiệt độ, lượng mưa, số giờ nắng, điều kiện thổ 2 nhưỡng,... Dựa vào cơ sở này, tôi sử dụng mô hình DSSAT mô phỏng năng suất lúa trong điều kiện thời tiết, khí hậu tương lai. Qua đó sẽ thấy được sự tác động của sự biến đổi các điều kiện như nhiệt độ, lượng mưa ảnh hưởng đến năng suất của cây lúa tại khu vực nghiên cứu. 6.2 Tính thực tiễn của đề tài Kết quả của đề tài sẽ cung cấp thông tin về sự biến động năng suất lúa trong điều kiện BĐKH xảy ra theo các kịch bản trong tương lai, sự ảnh hưởng của BĐKH lên từng khu vực. Thông qua nghiên cứu này, các cấp quản lý tại địa phương sẽ có kế hoạch cụ thể để đối phó như việc nghiên cứu các loại giống mới phù hợp với điều kiện tương lai, hoặc có kế hoạch xuống giống, thay đổi mùa vụ nhằm tăng cường khả năng thích ứng của cây lúa trước BĐKH. 7. Cấu trúc đề tài Cấu trúc đề tài gồm những nội dung sau đây: - Phần mở đầu: tính cấp thiết của đề tài, mục tiêu nghiên cứu, phạm vi và đối tượng nghiên cứu, những đóng góp mới của đề tài, tính khoa học và thực tiễn của đề tài. - Chương I: Tổng quan về biến đổi khí hậu, mô hình DSSAT, khu vực nghiên cứu, - cây lúa và các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sinh trưởng của cây lúa, các nghiên cứu trong và ngoài nước liên quan đến đề tài, nhận xét chung. Chương II: Nội dung và phương pháp nghiên cứu ở khu vực nghiên cứu. - Chương III: Kết quả thảo luận. - Chương IV: Kết luận và kiến nghị. 3 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU 1.1 Tổng quan về mô hình DSSAT 1.1.1. Khái niệm Phần mềm DSSAT – Decision Support System for AgroTechnology Transfer (Jones et al., 2003) là sản phẩm của tổ chức IBSNAT (The International Benchamarks sites Network for AgroTechnology Transfer) có nguồn gốc ban đầu từ một nhóm các nhà khoa học Mỹ thuộc Cơ quan phát triển quốc tế và Viện Nghiên cứu Hawaii xây dựng được hiệu chỉnh nhiều lần. DSSAT là hệ thống hỗ trợ quyết định chuyển giao kỹ thuật nông nghiệp; phần mềm cho phép người sử dụng thực hiện mô phỏng trong các điều kiện môi trường và quản lý cây trồng trong nhiều năm, để đánh giá các rủi ro trong điều kiện này. Phần mềm DSSAT dùng để mô phỏng 3 trường hợp sau: Phân tích thực nghiệm (Interactive hay Experiment): mô phỏng năng suất trong từng vụ mùa và so sánh với năng suất thực tế. Phân tích theo mùa (Seasonal Analysis): Khác với phân tích thực nghiệm, phân tích theo mùa, người sử dụng có thể mô phỏng năng suất qua nhiều mùa vụ dựa vào số liệu thời tiết dự báo hay lịch sử. Cách mô phỏng này còn cho phép đánh giá được hiệu quả kinh tế của mỗi mùa vụ. Phân tích liên tục (Sequence Analysis): Mô phỏng theo sự luân canh và liên tục của mùa vụ có xem xét đến hiệu quả các quá trình vận chuyển của nước, chất dinh dưỡng…trong đất từ vụ này sang vụ khác bao gồm cả thời gian đất bỏ trống không canh tác 1.1.2 Đặc điểm của DSSAT DSSAT là một tập hợp các chương trình độc lập hoạt động cùng với mô hình mô phỏng nhiều loại cây trồng. Các cơ sở dữ liệu mô tả thời tiết, đất, các điều kiện thí nghiệm, các thông tin cho việc ứng dụng mô hình trong các tình huống khác nhau. Phần mềm này giúp người sử dụng xây dựng cơ sở dữ liệu và so sánh các kết quả được mô phỏng với kết quả quan sát được, giúp học quyết định điều chỉnh để đạt được độ chính xác. Phiên bản DSSAT v4.7 là phiên bản mới thiết kế trên giao diện Window chứa mô hình của nhiều loại cây trồng có nguồn gốc từ mô hình CERES 4 (Crop – Environment Resource Synthesis) và CROPGRO trong DSSAT cũ: bắp, lúa mì, đậu nành, đậu phộng, lúa nước, cà chua, khoai tây,… Ứng dụng được sử dụng tại hơn 100 quốc gia để đánh giá phương pháp canh tác, tác động của biến đổi khí hậu đối với nông nghiệp và phương pháp thích ứng. Hình 1.1 Giao diện làm việc của DSSAT 1.1.3 Thành phần và cơ sở dữ liệu DSSAT Bộ dữ liệu tối thiểu cần đăng nhập cho DSSAT bao gồm các dữ liệu cho phần vận hành mô hình và cho phần đánh giá mô hình, tất cả các dữ liệu này được sử dụng để xây dựng các tập tin Sbuild (dữ liệu đất), Weather (dữ liệu thời tiết), Xbuild (dữ liệu canh tác) là các tập tin chính trong vận hành mô hình DSSAT. 1.1.3.1 Thành phần Module thời tiết (Weather) Chức năng chủ yếu của module thời tiết là truy xuất hoặc tạo ra các dữ liệu thời tiết hàng ngày. Nó đọc các giá trị khí tượng hàng ngày (nhiệt độ không khí nhỏ nhất, lớn nhất, lượng mưa, số giờ nắng,…) khi được yêu cầu từ một tập tin khí tượng hàng ngày. Nó có thể điều chỉnh các biến số khí hậu trong nghiên cứu “biến đổi khí hậu” hoặc mô phỏng dữ liệu trong thí nghiệm như: ánh sang mặt trời, lượng mưa, nhiệt độ lớn nhất, nhỏ nhất, độ dài ngày, nồng độ CO2 trong khí quyển; hoặc có thể 5 tắng hoặc giảm các giá trị này. Dựa trên các thôngtin đầu vào được cung cấp từ tập tin quản lý, module thời tiết truy xuất các giá trị, tạo ra hay điều chỉnh chúng. Module đất (Sbuild) Sbuild là công cụ cập nhật, lưu trữ và xử lý các số liệu phân tích các đặc tính của vùng đất khảo sát như CEC, chất hữu cơ, sa cấu, cấu trúc, dung trọng, tỷ trọng, hàm lượng các nguyên tố đa vi lượng trong đất,… Đây là yếu tố quan trọng làm tiền đề cho việc xây dựng các tập tin mô phỏng khác, nó mang tính quyết định độ chính xác của mô phỏng. Module quản lý cây trồng (Xbuild) Xbuild là tập tin cơ bản trong quá trình hoạt động của DSSAT, nó giúp xây dựng và quản lý các số liệu mô phỏng bằng các trường riêng. Xbuild được xây dựng dựa trên cơ sở dữ liệu đất được thiết lập bằng Sbuild và dữ liệu thời tiết được thiết lập bằng Weatherman. Xbuild cập nhật các thông tin quản lý mô hình và mô phỏng ảnh hưởng của các điều kiện thời tiết, đặc tính đất và sự quản lý về giống, dưỡng chất trong đất, cân bằng đạm và năng suất của cây trồng. 1.1.3.2 Cơ sở dữ liệu DSSAT yêu cầu bộ dữ liệu tối thiểu cho việc vận hành các mô hình. Bộ dữ liệu này gồm có: - Dữ liệu về địa điểm thực hiện - Dữ liệu thời tiết trong suốt chu kỳ sinh trưởng của cây trồng bao gồm các mẫu tin về tổng hợp số giờ nắng, nhiệt độ không khí nhỏ nhất, lớn nhất và lượng mưa. Tuy nhiên, tất cả các giá trị thời tiết này thường không có sẵn cho một địa điểm cụ thể ở một thời điểm cụ thể. Do đó, bộ dữ liệu tối thiểu được yêu cầu này sẽ được tính trên các giá trị đại diện hoặc sử dụng dữ liệu của một địa điểm khác có vị trí gần nó. - Các đặc tính đất ở thời điểm bắt đầu gieo cho đến khi kết thúc mùa vụ. - Các dữ liệu quản lý cây trồng: ngày gieo, mật độ gieo, phân bón, tưới tiêu,… 6 1.1.4 Ưu khuyết điểm của DSSAT DSSAT là phiên bản mới được phát triển từ các phiên bản cũ nên có nhiều ưu điểm trong ứng dụng như sau: Ưu điểm - Là phương pháp nghiên cứu các hệ thống cây trồng mang tính khoa học có hiệu quả và được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực nghiên cứu và sản xuất. - Mô phỏng sự tăng trưởng và phát triển của cây trồng với các mô hình cây trồng khác nhau, hỗ trợ trong việc chuyển giao kỹ thuật sản xuất nông nghiệp đến người sản xuất. - Tiết kiệm thời gian và chi phí. - Phân tích nhiều khía cạnh của mô hình nhằm tạo ra sự đa dạng trong cung cấp thông tin. - Người sử dụng có thể lựa chọn các yếu tố muốn mô phỏng như phân bón, tưới tiêu, quản lý dịch hại, vị trí nghiên cứu. - Có thể mô phỏng các mô hình cây trồng ở bất kỳ thời điểm nào khi nó đã được xác định địa điểm. Khuyết điểm Mô hình chỉ mô phỏng trên các loại đất không có các yếu tố hạn chế về lân, kali, pH. 1.2 Tổng quan về biến đổi khí hậu 1.2.1 Khái niệm, nguyên nhân của biến đổi khí hậu Khái niệm Biến đổi khí hậu (BĐKH) là những biến đổi trong môi trường vật lý hoặc sinh học gây ra những ảnh hưởng có hại đáng kể đến thành phần, khả năng phục hồi hoặc sinh sản của các hệ sinh thái tự nhiên hoặc đến hoạt động của các hệ thống kinh tế xã hội hoặc đến sức khỏe và phúc lợi của con người. Nguyên nhân của biến đổi khí hậu Nguyên nhân của BĐKH bao gồm cả tự nhiên và nhân tạo. Theo báo cáo mới nhất của Liên hiệp quốc, nguyên nhân chủ yếu của hiện tượng BĐKH 90% do con người gây ra. 7 Nguyên nhân do tự nhiên: cường độ sáng của mặt trời, xuất hiện các điểm đen mặt trời (sunspots), thay đổi đại dương, thay đổi quỹ đạo quay của Trái Đất,… Đó là những thay đổi rất nhỏ theo năng lượng mặt trời trên một diện tích; nhưng nó có thể gây biến đổi mạnh mẽ về sự phân bố các mùa và địa lý. Ngoài ra hiện tượng núi lửa cũng ảnh hưởng làm cho chu trình carbon mở rộng từ đó ảnh hưởng đến khí hậu. Nguyên nhân do con người: sự gia tăng các hoạt động của con người tạo ra khí thải gây hiệu ứng nhà kính, việc tăng thêm lượng khí CO2 do đốt nhiên liệu hóa thạch, tạo thành các sol khí tồn tại trong khí quyển. Các yếu tố khác như sử dụng đất, sự suy giảm ôzôn và phá rừng, cũng góp phần quan trọng làm ảnh hưởng đến khí hậu. 1.2.2 Tình hình biến đổi khí hậu Trong vài thập niên gần đây nhân lại đã chứng kiến và ghi nhận các biểu hiện bất thường của thời tiết, thiên tai xảy ra cực đoan. Các thống kê nhiều năm từ các nghiên cứu độc lập của nhiều nhà khoa học khắp nơi trên thế giới hơn 30 năm qua đã chứng tỏ khí hậu của Trái Đất đã có những thay đổi có ý nghĩa. Những biểu hiện chính của biến đổi khí hậu trên toàn cầu trong các thập niên vừa qua có thể chứng minh qua các biểu hiện sau: - Nhiệt độ trung bình ghi nhận ở nhiều nơi trên thế giới đều có xu thế gia tăng; - Lượng mưa thay đổi bất thường, mùa khô ngày càng ít mưa hơn, ngày bắt đầu mùa mưa các vùng gió mùa đến trễ hơn nhưng cuối mùa mưa lại có nhiều trận mưa lớn hơn và số trận mưa cũng thay đổi khác thường; - Các hiện tượng thời tiết dị thường ngày càng rõ hơn và xuất hiện nhiều hơn. Các trận lũ trên thế giới dữ dội hơn, nhiều nơi băng giá dày hơn vào mùa đông, nhiều trận cháy rừng khốc liệt hơn, nhiều vùng khô hạn kéo dài và mở rộng hơn. Các thiên tai và hiện tượng thời tiết cực đoan (lốc xoáy, sấm sét, bão lũ, song biển,…) gia tăng cường độ và vị trí; - Mực nước biển dâng cao hơn do sự tan băng ở 2 đầu cực trái đất và do sự dãn nở vì nhiệt của khối nước từ đại dương và biển. (Lê Anh Tuấn. 2012) 8 1.2.3 Tác động của biến đổi khí hậu đến lĩnh vực nông nghiệp 1.2.3.1 Thế giới Theo dự đoán, nhiều thành phố của các quốc gia ven biển đang đứng trước nguy cơ bị nước biển nhấn chìm do nhiệt độ tang quá 20C làm đẩy nhanh quá trình mực nước biển dâng lên – hậu quả trực tiếp của sự tan băng ở Bắc và Nam cực. Mức độ rủi ro cao về lãnh thổ bị thu hẹp do nước biển dâng theo thứ tự là Trung Quốc, Ấn Độ, Bangladesh, Việt Nam, Inđônêxia, Ai Cập, Hoa Kỳ, Thái Lan và Philippin. Nước biển dâng còn kèm theo hiện tượng xâm nhập mặn vào sâu trong nội địa và sự nhiễm mặn của nước ngầm, tác động xấu tới sản xuất nông nghiệp và tài nguyên nước ngọt. Theo dự đoán, đến năm 2080, sẽ có thêm khoảng 1,8 tỷ người phải đối mặt với sự khan hiếm nước, khoảng 600 triệu người sẽ phải đối mặt với nạn suy dinh dưỡng do nguy cơ năng suất trong sản xuất nông nghiệp giảm. Bên cạnh đó còn có khuynh hướng làm giảm chất lượng nước, sản lượng sinh học và số lượng các loài động, thực vật trong các hệ sinh thái nước ngọt (IPCC 1998). 1.2.3.2 Việt Nam Việt Nam đặc thù là nước nông nghiệp, với hai vựa lúa lớn là đồng bằng Sông Hồng và đồng bằng Sông Cửu Long. Tác động của BĐKH đến trồng trọt qua các biểu hiện như mất diện tích canh tác, giảm năng suất, chất lượng nông sản, cùng với đó là tăng nguy cơ xuất hiện các loại dịch bệnh. Từ đó làm sụt giảm mạnh thu nhập từ trồng trọt. BĐKH cũng làm thay đổi quy luật của các con sông gây nên hạn hán, cũng như làm thay đổi điều kiện sinh sống của các loại sinh vật, làm mất đi hoặc thay đổi các mắt xích trong chuỗi thức ăn dẫn đến tình trạng biến mất của một số loài sinh vật và ngược lại xuất hiện nguy cơ gia tăng các loại dịch bệnh. Nhiệt độ tăng trong mùa đông sẽ tạo điều kiện cho sâu bọ có khả năng sinh sôi nhanh hơn và gây hại mạnh hơn. BĐKH cũng có thể làm phát sinh một số chủng, nòi sâu mới, gây hại không những trong sản xuất mà còn trong bảo quản nông sản, thực phẩm. Hoạt động sản xuất nông nghiệp phụ thuộc nhiều vào các yếu tố tự nhiên như: đất đai, nguồn nước, khí hậu, chế độ thủy văn, nhiệt độ, độ ẩm... nên sẽ là ngành bị ảnh hưởng nặng nề nhất bởi BĐKH ở Việt Nam, cụ thể là (Trần Thọ Đạt và Vũ Thị Hoài Thu, 2012): Thứ nhất, tình trạng ngập lụt do nước biển dâng sẽ làm mất đất canh tác trong nông nghiệp. Nếu mực nước biển dâng thêm 1m, ước tính khoảng 40% diện tích 9 đồng bằng sông Cửu Long, 11% diện tích đồng bằng sông Hồng và 3% diện tích của các tỉnh khác thuộc vùng ven biển sẽ bị ngập. Ngập lụt sẽ làm mất đất canh tác ở hai khu vực nông nghiệp quan trọng nhất của Việt Nam là đồng bằng sông Cửu Long và đồng bằng sông Hồng vì khoảng 80% diện tích đồng bằng sông Cửu Long và 30% diện tích đồng bằng sông Hồng có độ cao dưới 2,5 m so với mực nước biển. Tính trên phạm vi cả nước, Việt Nam sẽ bị mất đi khoảng hơn 2 triệu ha đất trồng lúa (khoảng 50%) nếu mực nước biển dâng thêm 1 m. Thứ hai, tình trạng xâm nhập mặn ở khu vực ven biển cũng sẽ làm thu hẹp diện tích đất nông nghiệp. Một phần diện tích đáng kể đất trồng trọt ở vùng đồng bằng sông Hồng và đồng bằng sông Cửu Long sẽ bị nhiễm mặn vì 2 đồng bằng này đều là những vùng đất thấp so với mực nước biển. Xâm nhập mặn làm cho diện tích đất canh tác giảm, từ đó hệ số sử dụng đất có thể giảm từ 3-4 lần/năm xuống còn 11,5 lần/năm. Ngập mặn sẽ đặc biệt nghiêm trọng ở vùng đồng bằng sông Cửu Long. Nếu nước biển dâng cao thêm 1m thì khoảng 1,77 triệu ha đất sẽ bị nhiễm mặn, chiếm 45% diện tích đất ở đồng bằng sông Cửu Long và ước tính rằng, có khoảng 85% người dân ở vùng đồng bằng sông Cửu Long cần được hỗ trợ về nông nghiệp. Thứ ba, nhiệt độ tăng, hạn hán (và thiếu nước tưới) sẽ ảnh hưởng đến sự phân bố của cây trồng, đặc biệt làm giảm năng suất, cụ thể là năng suất lúa của vụ xuân có xu hướng giảm mạnh hơn so với năng suất lúa của vụ mùa; năng suất ngô vụ đông có xu hướng tăng ở đồng bằng Bắc Bộ và giảm ở Trung Bộ và Nam Bộ. Ước tính rằng, năng suất lúa xuân ở vùng đồng bằng sông Hồng có thể giảm 3,7% vào năm 2020 và giảm tới 16,5% vào năm 2070; năng suất lúa mùa sẽ giảm 1% vào năm 2020 và giảm 5% vào năm 2070 nếu không có các biện pháp ứng phó kịp thời và hiệu quả.Mất đất canh tác trong nông nghiệp và năng suất cây trồng suy giảm sẽ đặt ra những thách thức và đe dọa đến đời sống của nông dân, vấn đề xuất khẩu gạo và an ninh lương thực quốc gia đối với một quốc gia mà nông nghiệp đóng vai vai trò quan trọng trong nền kinh tế quốc dân như Việt Nam:nông nghiệp chiếm 52,6% lực lượng lao động và20% GDP của cả nước. Dự báo đến năm 2100, nếu mực nước biển dâng 1m, vựa lúa ở Đồng bằng song Cửu Long và TP. Hồ Chí Minh có nguy cơ bị mất đi khoảng 7,6 triệu tấn lúa/năm, tương đương với 40,5% sản lượng lúa của cả vùng. Do đó, Việt Nam sẽ có nguy cơ đối mặt với tình trạng thiếu lương thực trầm trọng vào 10
- Xem thêm -