Tài liệu Luận án nghiên cứu sử dụng vật liệu hữu cơ cho ngô trên đất cát biển tỉnh nghệ an

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM NGUYỄN THỊ BÍCH THỦY NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG VẬT LIỆU HỮU CƠ CHO NGÔ TRÊN ĐẤT CÁT BIỂN TỈNH NGHỆ AN LUẬN ÁN TIẾN SĨ NHÀ XUẤT BẢN HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP - 2023 HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM NGUYỄN THỊ BÍCH THỦY NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG VẬT LIỆU HỮU CƠ CHO NGÔ TRÊN ĐẤT CÁT BIỂN TỈNH NGHỆ AN Ngành: Khoa học đất Mã số: 9 62 01 03 Người hướng dẫn: PGS. TS. Đào Châu Thu TS. Cao Việt Hưng HÀ NỘI – 2023 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các kết quả nghiên cứu được trình bày trong luận án là trung thực, khách quan và chưa từng dùng để bảo vệ lấy bất kỳ học vị nào. Tôi cũng xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ trong quá trình thực hiện luận án đã được cảm ơn, các thông tin trích dẫn trong luận án này đều được chỉ nguồn gốc rõ ràng. Hà Nội, ngày tháng năm 2023 Tác giả luận án Nguyễn Thị Bích Thủy i LỜI CẢM ƠN Trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận án, tôi đã nhận được sự hướng dẫn, chỉ bảo tận tình của các thầy cô giáo, sự giúp đỡ, động viên của bạn bè, đồng nghiệp và gia đình. Nhân dịp hoàn thành luận án, cho phép tôi được bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc tới PGS.TS. Đào Châu Thu và TS. Cao Việt Hưng đã tận tình hướng dẫn, dành nhiều công sức, thời gian và tạo điều kiện cho tôi trong suốt quá trình học tập và thực hiện đề tài. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới Ban Giám đốc, Ban Quản lý đào tạo, Bộ môn Khoa học đất, Khoa Tài nguyên và Môi trường - Học viện Nông nghiệp Việt Nam đã tận tình giúp đỡ tôi trong quá trình học tập, thực hiện đề tài và hoàn thành luận án. Tôi xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu, cán bộ, giảng viên và sinh viên Viện Nông nghiệp - Tài nguyên, Trường Đại học Vinh, lãnh đạo và cán bộ Viện Khoa học Kỹ thuật Nông nghiệp Bắc Trung Bộ, Sở Tài nguyên và Môi trường Nghệ An, Sở Nông nghiệp và Phát triển nông thôn Nghệ An, phòng Nông nghiệp và Phát triển nông thôn cùng các hộ nông dân trên địa bàn huyện Nghi Lộc đã giúp đỡ và tạo điều kiện cho tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài. Tôi cũng xin chân thành cảm ơn chương trình đào tạo nghiên cứu sinh theo Đề án 911 của Bộ giáo dục và Đào tạo đã hỗ trợ tôi một phần kinh phí giúp tôi thuận lợi trong việc triển khai và thực hiện đề tài nghiên cứu. Xin chân thành cảm ơn gia đình, người thân, bạn bè, đồng nghiệp đã tạo mọi điều kiện thuận lợi và giúp đỡ tôi về mọi mặt, động viên khuyến khích tôi hoàn thành luận án./. Hà Nội, ngày tháng năm 2023 Tác giả luận án Nguyễn Thị Bích Thủy ii MỤC LỤC Trang Lời cam đoan ..................................................................................................................... i Lời cảm ơn ........................................................................................................................ ii Mục lục ........................................................................................................................... iii Danh mục chữ viết tắt ...................................................................................................... vi Danh mục bảng .............................................................................................................. viii Danh mục hình .................................................................................................................. x Trích yếu luận án ............................................................................................................. xi Thesis abstract................................................................................................................ xiii Phần 1. Mở đầu ............................................................................................................... 1 1.1. Tính cấp thiết của đề tài ...................................................................................... 1 1.2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài ........................................................................... 3 1.2.1. Mục tiêu tổng quát .............................................................................................. 3 1.2.2. Mục tiêu cụ thể ................................................................................................... 3 1.3. Phạm vi nghiên cứu ............................................................................................ 4 1.4. Những đóng góp mới của luận án ....................................................................... 4 1.5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án ......................................................... 5 1.5.1. Ý nghĩa khoa học ................................................................................................ 5 1.5.2. Ý nghĩa thực tiễn ................................................................................................ 5 Phần 2. Tổng quan tài liệu ............................................................................................. 6 2.1. Đất cát biển và sử dụng đất cát biển ................................................................... 6 2.1.1. Tổng quan đất cát biển ........................................................................................ 6 2.1.2. Sử dụng đất cát biển trong sản xuất nông nghiệp ............................................. 18 2.2. Tình hình sản xuất ngô ..................................................................................... 24 2.2.1. Tình hình sản xuất ngô trên thế giới ................................................................. 24 2.2.2. Tình hình sản xuất ngô ở Việt Nam.................................................................. 28 2.2.3. Tình hình sản xuất ngô ở Nghệ An ................................................................... 29 2.3. Nghiên cứu sử dụng vật liệu hữu cơ trong canh tác ngô ............................... 31 2.3.1. Nghiên cứu sử dụng vật liệu hữu cơ trong canh tác ngô trên thế giới .............. 35 iii 2.3.2. Nghiên cứu sử dụng vật liệu hữu cơ trong canh tác ngô ở Việt Nam .............. 42 2.4. Nhận xét rút ra từ tổng quan và định hướng nghiên cứu của luận án ............... 48 Phần 3. Nội dung và phƣơng pháp nghiên cứu.......................................................... 50 3.1. Địa điểm nghiên cứu ......................................................................................... 50 3.2. Thời gian nghiên cứu ........................................................................................ 50 3.3. Đối tượng và vật liệu nghiên cứu ..................................................................... 50 3.3.1. Đối tượng nghiên cứu ....................................................................................... 50 3.3.2. Vật liệu nghiên cứu ........................................................................................... 50 3.4. Nội dung nghiên cứu ........................................................................................ 52 3.5. Phương pháp nghiên cứu .................................................................................. 53 3.5.1. Điều tra thu thập số liệu .................................................................................... 53 3.5.2. Phương pháp thí nghiệm đồng ruộng ............................................................... 53 3.5.3. Phương pháp xây dựng mô hình thử nghiệm ................................................... 59 3.5.4. Phương pháp lấy mẫu và đo đếm các chỉ tiêu nghiên cứu ............................... 60 3.5.5. Phương pháp trồng, chăm sóc và thu hoạch ngô .............................................. 63 3.5.6. Phương pháp xử lý số liệu ................................................................................ 65 Phần 4. Kết quả nghiên cứu và thảo luận .................................................................. 66 4.1. Nghiên cứu phân bố, hiện trạng dụng đất cát biển ở tỉnh Nghệ An ................. 66 4.1.1. Hiện trạng phân bố đất cát biển tỉnh Nghệ An ................................................. 66 4.1.2. Hiện trạng sử dụng nhóm đất cát biển ở tỉnh Nghệ An .................................... 68 4.1.3. Hệ thống cây trồng trên nhóm đất cát biển ở tỉnh Nghệ An ............................. 69 4.1.4. Thực trạng sản xuất ngô trên vùng đất cát biển ................................................ 73 4.2. Điều tra thực trạng và xác định yếu tố hạn chế trong sản xuất ngô trên đất cát biển tỉnh Nghệ An ....................................................................................... 74 4.2.1. Thực trạng sản xuất và sử dụng vật liệu hữu cơ trong canh tác ngô trên đất cát biển ........................................................................................................ 74 4.2.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến canh tác ngô trên đất cát biển tỉnh Nghệ An .......... 78 4.2.3. Một số nhận xét rút ra từ kết quả điều tra các yếu tố ảnh hưởng đến canh tác ngô trên đất cát biển tỉnh Nghệ An ............................................................. 86 4.3. Nghiên cứu xây dựng thí nghiệm nguồn vật liệu hữu cơ, cây trồng xen và vật liệu che phủ trong sản xuất ngô trên đất cát biển tỉnh Nghệ An ................. 89 iv 4.3.1. Đánh giá ảnh hưởng các loại phân hữu cơ trong sản xuất ngô trên đất cát biển tỉnh Nghệ An............................................................................................. 89 4.3.2. Đánh giá ảnh hưởng của liều lượng phân hữu cơ đến sản xuất ngô trên đất cát biển tỉnh Nghệ An ................................................................................. 98 4.3.3. Đánh giá ảnh hưởng của cây trồng xen với ngô trồng trên đất cát biển tỉnh Nghệ An .................................................................................................. 106 4.3.4. Nghiên cứu ảnh hưởng của vật liệu che phủ cho ngô trồng trên đất cát biển tỉnh Nghệ An........................................................................................... 117 4.4. Xây dựng mô hình và đề xuất giải pháp sử dụng vật liệu hữu cơ cho cây ngô trên đất cát biển tỉnh Nghệ An ................................................................. 125 4.4.1. Xây dựng mô hình từ các kết quả nghiên cứu trồng ngô trên đất cát biển tỉnh Nghệ An .................................................................................................. 125 4.4.2. Đề xuất các giải pháp cho canh tác ngô trên đất cát biển tỉnh Nghệ An ........ 133 Phần 5. Kết luận và đề nghị ....................................................................................... 135 5.1. Kết luận ........................................................................................................... 135 5.2. Đề nghị............................................................................................................ 136 Danh mục các công trình công bố có liên quan đến luận án.................................. 137 Tài liệu tham khảo ...................................................................................................... 138 Phụ lục ......................................................................................................................... 148 v DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Nghĩa tiếng Việt CEC Dung lượng cation trao đổi CHC Chất hữu cơ CPVS Chế phẩm vi sinh CT Công thức CV% Độ biến động FAO Tổ chức Nông Lương Liên Hiệp Quốc HC Hữu cơ HCSH Phân hữu cơ sinh học HTX Hợp tác xã K2Odt Kali dễ tiêu K2Ots Kali tổng số LAI Chỉ số diện tích lá LSD0,05 Sai số nhỏ nhất có ý nghĩa ở mức cho phép 5% MĐTB Mật độ trung bình ND Nông dân Ndt Đạm dễ tiêu NIAPP Viện Quy hoạch và Thiết kế nông nghiệp NN&PTNT Nông nghiệp và phát triển nông thôn NS Năng suất NSLT Năng suất lý thuyết NSTT Năng suất thực thu Nts Đạm tổng số OC Cacbon hữu cơ OM Chất hữu cơ P2O5dt Lân dễ tiêu vi Chữ viết tắt Nghĩa tiếng Việt P2O5ts Lân tổng số PC Phân chuồng PPNN Phụ phẩm nông nghiệp RCBD Thiết kế theo khối ngẫu nhiên hoàn chỉnh TPCG Thành phần cơ giới Tr.đ Triệu đồng UNESCO Tổ chức Giáo dục, Khoa học và Văn hóa của Liên Hiệp Quốc VAC Vườn – Ao – Chuồng vii DANH MỤC BẢNG TT Tên bảng Trang 2.1. Phân loại, diện tích và phân bố của đất cát Việt Nam........................................... 9 2.2. Phân loại đất tỉnh Nghệ An ................................................................................. 15 2.3. Mô tả hình thái phẫu diện đất cát biển Nghệ An................................................. 16 2.4. Đặc điểm lý, hóa tính của phẩu diện đất cát biển tỉnh Nghệ An ......................... 17 2.5. Cơ cấu cây trồng trên vùng đất cát ven biển Nghệ An ....................................... 24 2.6. Diện tích năng suất, sản lượng ngô trên thế giới năm 2019 ................................ 25 2.7. Số liệu xuất và nhập khẩu ngô trên thế giới năm 2019 ....................................... 27 2.8. Giá trị xuất và nhập khẩu ngô tại một số quốc gia trên thế giới ......................... 27 2.9. Diện tích, năng suất, sản lượng ngô giai đoạn 2011-2019 .................................. 28 2.10. Sản xuất ngô ở Nghệ An giai đoạn 2010-2020 ................................................... 29 2.11. Tình hình sản xuất ngô các vùng ven biển tỉnh Nghệ An ................................... 30 3.1. Thành phần dinh dưỡng các loại phân hữu cơ trước thí nghiệm......................... 54 3.2. Công thức thí nghiệm lượng phân hữu cơ bón cho ngô trồng trên đất cát biển tỉnh Nghệ An ............................................................................................... 56 3.3. Sơ đồ bố trí mô hình thực nghiệm trên đất cát biển Nghệ An ............................ 59 3.4. Các chỉ tiêu phân tích và phương pháp phân tích đất ......................................... 61 4.1. Hiện trạng phân bố đất nhóm đất cát biển tỉnh Nghệ An .................................... 66 4.2. Hiện trạng sử dụng nhóm đất cát biển ở tỉnh Nghệ An ....................................... 68 4.3. Loại hình sử dụng trên nhóm đất cát biển ở tỉnh Nghệ An ................................. 70 4.4. Cơ cấu cây trồng trên đất cát biển ....................................................................... 71 4.5. Diện tích, năng suất mùa vụ sản xuất ngô vùng đất cát biển Nghệ An ............... 72 4.6. Diện tích, năng suất và sản lượng ngô ở vùng đất cát biển Nghệ An ................. 73 4.7. Quy mô sản xuất của các nông hộ vùng đất cát biển .......................................... 74 4.8. Thực trạng sử dụng phân bón cho ngô trồng trên đất cát biển ............................ 75 4.9. Thực trạng sử dụng vật liệu hữu cơ cho ngô trên đất cát biển ............................ 77 4.10. Điều kiện khí hậu tỉnh Nghệ An giai đoạn 2015-2018 ....................................... 80 4.11a. Tính chất đất cát biển trồng ngô huyện Nghi Lộc, tỉnh Nghệ An ....................... 81 4.11b. Kết quả phân tích mẫu đất cát biển tỉnh Nghệ An .............................................. 82 viii 4.12. Hiện trạng các loại cây trồng, vật nuôi và tiềm năng nguồn hữu cơ của tỉnh Nghệ An năm 2019 ............................................................................................. 83 4.13. Hiện trạng cây trồng, vật nuôi và tiềm năng nguồn hữu cơ ở vùng ven biển tỉnh Nghệ An năm 2019 ...................................................................................... 85 4.14. Thực trạng cây trồng, vật nuôi và tiềm năng nguồn hữu cơ của các nông hộ vùng đất cát biển tỉnh Nghệ An........................................................................... 86 4.15. Ảnh hưởng của loại phân hữu cơ chỉ tiêu sinh trưởng của cây ngô .................... 90 4.16. Ảnh hưởng các loại phân hữu cơ đến các yếu tố cấu thành năng suất của ngô ....... 91 4.17. Ảnh hưởng của loại phân hữu cơ đến năng suất của cây ngô ............................ 93 4.18. Ảnh hưởng của các loại phân hữu cơ đến chỉ tiêu dinh dưỡng đất trồng ngô sau thí nghiệm .............................................................................................. 95 4.19. Ảnh hưởng của các loại phân bón hữu cơ đến hiệu quả kinh tế ......................... 97 4.20. Ảnh hưởng của liều lượng phân hữu cơ đến diện tích lá và chỉ số diện tích lá cây ngô .......................................................................................................... 100 4.21. Ảnh hưởng của liều lượng phân hữu cơ đến năng suất và yếu tố cấu thành năng suất của cây ngô ....................................................................................... 101 4.22. Ảnh hưởng của liều lượng phân hữu cơ và vô cơ đến một số tính chất hóa học đất cát biển.................................................................................................. 103 4.23. Ảnh hưởng liều lượng phân hữu cơ đến hiệu quả kinh tế của cây ngô ............. 105 4.24. Ảnh hưởng của cây trồng xen với ngô đến nhiệt độ đất (oC) ............................ 108 4.25. Ảnh hưởng của cây trồng xen với ngô đến độ ẩm đất cát biển (%) .................. 110 4.26. Ảnh hưởng của cây trồng xen với ngô đến tính chất hóa học của đất cát biển ...... 111 4.27. Ảnh hưởng của cây trồng xen với ngô đến năng suất sinh khối ....................... 114 4.28. Ảnh hưởng của cây trồng xen với ngô đến năng suất ...................................... 115 4.29. Diễn biến khí hậu thời tiết của các vụ thí nghiệm (2015 và 2016) ................... 117 4.30. Ảnh hưởng của che phủ đến nhiệt độ đất cát biển trồng ngô (0C) .................... 118 4.31. Ảnh hưởng của che phủ đến độ ẩm đất (%) trồng ngô ..................................... 120 4.32. Ảnh hưởng của che phủ đến sinh trưởng và phát triển của cây ngô ................. 121 4.33. Ảnh hưởng của che phủ đến năng suất của ngô thí nghiệm .............................. 123 4.34. Ảnh hưởng của che phủ đến năng suất của ngô thí nghiệm .............................. 124 4.35. Một số chỉ tiêu sinh trưởng, phát triển của ngô ở mô hình thực nghiệm ......... 128 4.36. Một số chỉ tiêu hóa tính trước và mô hình thực nghiệm ................................... 129 4.37. Hiệu quả kinh tế của mô hình thực nghiệm (tính cho 1 ha) .............................. 132 ix DANH MỤC HÌNH TT Tên hình Trang 2.1. Diện tích, năng suất và sản lượng ngô trên thế giới năm 2019 ............................. 25 2.2. Tỉ lệ diện tích và sản lượng ngô của một số quốc gia trên thế giới năm 2019 ...... 26 2.3. Quá trình khoáng hoá chất hữu cơ trong đất và tổng hợp chất mùn đất............... 33 2.4. Chu trình hình thành mùn từ xác hữu cơ ............................................................... 34 2.5. Vai trò của carbon hữu cơ trong đất ...................................................................... 31 4.1. Phân bố diện tích đất cát biển ở tỉnh Nghệ An ...................................................... 67 4.2. Biểu đồ cơ cấu sử dụng đất cát biển tỉnh Nghệ An ............................................... 69 4.3. Diễn biến nhiệt độ và lượng mưa trung bình hàng tháng vùng ven biển Nghệ An ................................................................................................................ 79 4.4. Năng suất thực thu của giống ngô CP999 ở hai địa điểm nghiên cứu .................. 94 4.5. Diễn biến ảnh hưởng của trồng xen đến nhiệt độ đất năm 2015 ......................... 107 4.6. Diễn biến ảnh hưởng của trồng xen đến nhiệt độ đất năm 2016 ......................... 107 4.7. Mô hình thực nghiệm tháng 1 năm 2018 ở xã Nghi Phong , huyện Nghi Lộc ... 126 4.8. Mô hình thực nghiệm tháng 2 năm 2018 ở xã Nghi Thạch, huyện Nghi Lộc..... 126 x TRÍCH YẾU LUẬN ÁN Tên tác giả: Nguyễn Thị Bích Thủy Tên Luận án: Nghiên cứu sử dụng vật liệu hữu cơ cho ngô trên đất cát biển tỉnh Nghệ An. Chuyên ngành: Khoa học đất Mã số: 9 62 01 03 Tên cơ sở đào tạo: Học viện Nông nghiệp Việt Nam Mục tiêu nghiên cứu (1) Đánh giá và xác định đặc điểm về phân bố, tính chất và hiện trạng sử dụng đất cát biển trong sản xuất nông nghiệp tại tỉnh Nghệ An. (2) Xác định được yếu tố hạn chế trong sản xuất ngô trên đất cát biển tỉnh Nghệ An. (3) Nghiên cứu, xác định được hiệu quả sử dụng các nguồn vật liệu hữu cơ, vật liệu phủ đất và cây trồng xen trong sản xuất ngô trên đất cát biển để ổn định và cải thiện độ phì nhiêu đất, nâng cao hiệu quả sản xuất ngô trên đất cát biển tỉnh Nghệ An. (4) Xây dựng được mô hình sản xuất ngô và đề xuất các giải pháp kỹ thuật sử dụng vật liệu hữu cơ hiệu quả trong sản xuất ngô trên đất cát biển tỉnh Nghệ An. Phƣơng pháp nghiên cứu (1) Điều tra thu thập số liệu Số liệu thứ cấp gồm các số liệu về điều kiện tự nhiên, kinh tế, tài nguyên đất đai, diện tích, năng suất ngô, khí hậu thời tiết, nguồn hữu cơ từ gia súc, phế phụ phẩm cây trồng được thu thập từ các báo cáo hàng năm, đề án, báo cáo thống kê từ UBND, Phòng NN & PTNT, Phòng TN & MT của huyện Nghi Lộc; từ Sở NN & PTNT và Sở TN & MT tỉnh Nghệ An. Số liệu sơ cấp liên quan hệ thống cây trồng, tình hình sản xuất ngô và sử dụng vật liệu hữu cơ được thu thập thông qua phỏng vấn lãnh đạo, chuyên viên phòng NN & PTNT huyện Nghi Lộc, lãnh đạo UBND và hộ nông dân tại các xã nghiên cứu. (2) Bố trí thí nghiệm đồng ruộng Lựa chọn các loại, liều lượng phân hữu cơ; vật liệu trồng xen, che phủ cho ngô được thực hiện với 4 thí nghiệm đồng ruộng. Tất cả các thí nghiệm được bố trí theo khối ngẫu nhiên đầy đủ (RCBD) với 3 lần nhắc lại, diện tích ô là 20m2, mỗi thí nghiệm được tiến hành trong 2 vụ xuân liên tiếp trên đất màu tại 3 xã Nghi Phong, Nghi Thái, Nghi Thạch huyện Nghi Lộc. Các chỉ tiêu được theo dõi, đánh giá theo Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia QCVN 01-56:2011. Các yếu tố cấu thành năng suất và năng suất của ngô được phân tích phương sai bằng phần mềm IRRISTAT version 5.0. Giá trị trung bình năng suất theo từng vụ, từng thí nghiệm được so sánh với giống đối chứng sử dụng LSD ở mức ý nghĩa P <5%. (3) Xây dựng mô hình sử dụng vật liệu hữu cơ Mô hình thực hiện ở 2 địa điểm (xã Nghi Thạch và xã Nghi Phong, huyện Nghi Lộc, tỉnh Nghệ An); diện tích mỗi mô hình là 500 m2 x 4 mô hình x 2 địa điểm, tổng xi diện tích 4000 m2, gồm 8 hộ tham gia. Các mô hình gồm: mô hình trồng theo người dân; mô hình sử dụng phân hữu cơ; mô hình trồng xen kết hợp phân hữu cơ; mô hình phủ nilon kết hợp phân hữu cơ. (4) Lấy mẫu và phân tích đất Mẫu đất được lấy vào 2 thời điểm trước và sau thí nghiệm theo phương pháp lấy mẫu đất hỗn hợp TCVN 7538-2:2005; các chỉ tiêu hóa tính đất được phân tích theo phương pháp phân tích đất-nước-phân-cây trồng của Viện Thổ Nhưỡng - Nông Hóa. Kết quả chính và kết luận Điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội, đất nông nghiệp vùng ven biển tỉnh Nghệ An thuận lợi để phát triển hệ thống cây trồng hàng năm, đặc biệt các cây trồng ngô, lạc và rau màu các loại. Diện tích đất trồng ngô chiếm tỉ lệ tương đối cao trong quỹ đất canh tác của vùng, trong đó vụ trồng ngô xuân đem lại năng suất cao hơn so với vụ thu và vụ đông. Tuy nhiên năng suất ngô trên đất cát biển còn thấp so với trung bình toàn tỉnh do những yếu tố hạn chế: (1) điều kiện khí hậu khắc nghiệt, thời gian trổ bông đến nuôi hạt thường rơi vào thời điểm nắng nóng, gió Lào, đất thiếu ẩm, hạn hán; (2) sản xuất ngô không chăm sóc theo đúng quy trình, chủ yếu sử dụng phân vô cơ, ngoài ra không sử dụng các biện pháp canh tác hữu cơ bổ trợ; (3) thành phần dinh dưỡng trong đất ở mức nghèo đến rất nghèo nên cây trồng chỉ dựa vào lượng phân bón bổ sung cho ngô, trong khi liều lượng không đầy đủ như khuyến cáo của Sở NN&PTNT. Đánh giá nguồn hữu cơ từ phế phụ phẩm cây trồng (cây lúa, cây ngô) và gia súc (trâu, bò, lợn, dê) ở tỉnh Nghệ An. Nếu tận dụng hết nguồn hữu cơ này có thể sử dụng gấp 4 lần lượng phân hữu cơ cần bón theo khuyến cáo cho diện tích trồng ngô và lúa toàn tỉnh. Nguồn hữu cơ từ nông hộ và các vùng ven biển cũng được điều tra, đánh giá đủ để sử dụng cho cây trồng trên địa bàn. Các kỹ thuật canh tác bao gồm trồng xen, che phủ cho ngô đem lại hiệu quả cao, song do thói quen canh tác và cây ngô không được chú trọng nên còn hạn chế. Từ các thuận lợi, khó khăn qua điều tra, đề tài bố trí 4 thí nghiệm lặp lại 2 vụ/thí nghiệm và đã xác định được loại phân hữu cơ là phế phụ phẩm nông nghiệp (rơm rạ, cây ngô) được ủ với chế phẩm vi sinh Compost Marker và lượng bổ sung quy đổi 30% yếu tố N sang lượng phân hữu cơ (tính theo lượng phân bón vô cơ cho ngô là 150 N + 90 P2O5 + 100 K2O) có tác dụng cải tạo đất tốt nâng cao năng suất vừa phù hợp với chi phí cũng như có hiệu quả kinh tế cho vùng đất cát biển tỉnh Nghệ An. Đồng thời đề tài nghiên cứu các biện pháp trồng xen và che phủ cho ngô trong điều kiện canh tác nhờ nước trời và đã xác định được mô hình trồng xen ngô – đậu đen và che phủ bằng nilon tự hủy cho ngô đã đem lại năng suất cao và cải thiện tính chất đất sau thí nghiệm. xii THESIS ABSTRACT PhD candidate: Nguyen Thi Bich Thuy Thesis title Research on using organic materials for corn on sandy soil in Nghe An province. Major: Soil Science Code: 9 62 01 03 Educational organization: Vietnam National University of Agriculture (VNUA) Research objectives (1) Evaluate and identify the characteristics of distribution, chemical properties and current status of using sandy soil in Nghệ An agricultural production. (2) Identify the limiting factors in maize production on sandy soil in Nghe An province. (3) Research, determined the efficiency of using organic materials, mulching materials and intercropping in corn production on sandy soil to stabilize and improve soil fertility, improve corn production efficiency on sandy soil in Nghe An province. (4) Build the models of corn production and propose the technical solutions to use organic materials effectively in corn production on sandy soil in Nghe An province. Materials and Methods (1) Investigation and collection of data Secondary data includes on natural conditions, economy, land resources, acreage, maize yield, climate and weather, organic sources from livestock, crop residues are collected from annual reports, projects, statistical reports from the People's Committee, Department of Agriculture and Rural Development, Department of Natural Resources and Environment of Nghi Loc district; from the Department of Agriculture and Rural Development and the Department of Natural Resources and Environment of Nghe An province. Primary data related to the crop system, corn production and organic materials using were collected through interviews with leaders, experts from the Department of Agriculture and Rural Development, and leaders of the People's Committees of different localities. communes and farmer households. (2) Field experiment arrangement Selection of types and amount of organic fertilizers; Intercropping crops and mulching materials for maize were performed by 4 field experiments. All experiments were arranged by random completly block design with 3 replicates, plot area was 20 m2, each experiment was conducted for 2 consecutive years on spring crop soil in 3 communes (Nghi Phong, Nghi Thai, Nghi Thach), Nghi Loc district. The indicators are monitored and evaluated according to the National Technical Regulation QCVN 0156:2011. The yield and yield components of maize were analyzed for variance using IRRISTAT software version 5.0. The average yield value for each crop, each experiment was compared with the control variety using LSD at the significance level of p < 5%. xiii (3) Build model of organic materials using The model were set up in 2 locations (Nghi Thach and Nghi Phong communes, Nghi Loc district, Nghe An province); each model has an area of 500 m2 x 4 models x 2 locations, a total area of 4000 m2, including 8 participating households. The models include: plant following famer; using organic fertilizers; intercropping combined with organic fertilizers; nylon mulching combined with organic fertilizers. (4) Soil sampling and analysis Soil samples were taken at 2 times before and after the experiment by mixed soil sampling method TCVN 7538-2:2005; The soil properties were analyzed by method of soil-water-manure-plant analysis of the Soil and Fertilizer Institute. Main findings and conclusions Natural, socio-economic conditions and agricultural land in the sandy soil of Nghe An province are favorabed to development of annual cropping systems, especially maize, peanuts and kind of vegetables. The ratio of maize cultivation area high proportion of the arable land fund of the region, in which the spring maize crop has higher yields than the autumn and winter crops. However, maize yield cultivate on sandy soil is still low to compared with the province's average caused by the major limiting factors to the yield of maize are: (1) harsh climatic conditions, the time from flowering to seed rearing usually falls during hot weather with Laos wind, lack of moisture, drought; (2) corn production without proper care, mainly using inorganic fertilizers, and not using complementary organic farming methods; (3) The nutrient composition of the soil is poor to very poor, so the crop depends only on the amount of additional fertilizer applied to maize while the dosage is not adequate as recommended by the Department of Agriculture and Rural Development. Assessment of organic sources from crop waste products (rice, maize) and livestock (buffalo, cow, pig, goat) are quite diverse. If these organic source are fully utilized, it can be applied 4 times the amount of fertilizer to maize and rice areas needed in the province. Organic sources from farmers and coastal areas are also assessed to be abundanted, enough to be used for plants in the area. Cultivation techniques including intercropping and mulching for maize are highly effective, but due to lack of focus on farming habits and maize plants, they are still limited. From the advantages and disadvantages through investigation, the study arranged 4 experiments to repeat 2 crops/experiment and identified kind of organic fertilizers as agricultural waste-products (straw, corn) that were composted which is composted with the microbial Compost Marker production and supplemented with an organic fertilizer equal to 30% N (calculated by the amount of chamical fertilizer for corn is 150 N + 90 P2O5 + 100 K2O) has the effect of improving soil well to improve productivity, which is both cost-effective and economically viable for sandy soils. At the same time, the topic studied the methods of intercropping and mulching for maize in the conditions of cultivation depend on the rain and identified a model of intercropping of maize - black beans and mulching with biodegradable plastic for maize which has brought high yield and and improved soil properties after the experiment. xiv PHẦN 1. MỞ ĐẦU 1.1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Trong hệ thống phân loại đất, nhóm đất cát biển (Arenosols) được xem là nhóm đất rất nghèo chất dinh dưỡng. Trên thế giới, đất cát biển có khoảng 900 triệu ha, chiếm khoảng 7% diện tích đất tự nhiên. Ở Việt Nam có 533.434 ha, phân bố trên 120 huyện, 28 tỉnh chiếm khoảng 1,61% diện tích tự nhiên của cả nước và có 3 loại đất cát phổ biến gồm: đất cồn cát trắng và vàng (Cc); đất cồn cát đỏ (Cđ) và đất cát biển (C). Diện tích đất cát biển lớn nhất ở nước ta chủ yếu ở ven biển miền Trung từ các tỉnh Thanh Hóa đến Bình Thuận (Hội Khoa học đất Việt Nam, 2000). Hiện nay, Việt Nam xuất hiện hiện tượng sa mạc hóa cục bộ ở các dải cát hẹp trải dài dọc theo bờ biển miền Trung, từ Quảng Bình đến Bình Thuận là nơi có diện tích sa mạc hóa lớn nhất cả nước. Các vấn đề cơ bản của hoang mạc hóa ở Việt Nam là hạn hán, thoái hóa đất và cồn cát di động theo mùa gió trong năm (Bộ Tài Nguyên và Môi Trường, 2020). Do đó, sản xuất nông nghiệp trên đất cát biển vốn đã khó khăn ngày càng khó khăn hơn. Nghệ An là tỉnh ven biển miền Trung, có chiều dài bờ biển 82 km với diện tích 30.889 ha đất cát biển (bao gồm cồn cát và đất cát biển), chiếm 1,87% tổng diện tích tự nhiên của tỉnh (NIAPP, 2005). Đất cát biển Nghệ An mang đầy đủ những tính chất đặc trưng của nhóm đất cát như: độ phì tự nhiên và hàm lượng hữu cơ rất thấp; thành phần cấp hạt thô chiếm tỉ lệ lớn, kết cấu rời rạc; dung tích hấp thu thấp dẫn đến khả năng giữ nước, giữ phân kém; đất dễ rửa trôi các chất dinh dưỡng theo trọng lực xảy ra khi có mưa lớn và bốc hơi mạnh vào mùa nắng nóng. Đây là những vấn đề rất đáng lo ngại, cũng là thách thức lớn đối với nền nông nghiệp hiện nay (Nguyễn Thị Bích Thủy & Phan Thị Thu Hiền, 2016). Sản xuất nông nghiệp trên đất cát biển tỉnh Nghệ An chỉ được sử dụng 1-2 vụ/năm hoặc bị bỏ hoang hóa. Cây trồng chủ yếu là lúa, rau, màu, cây công nghiệp ngắn ngày và, trong đó cây lạc là cây đem lại hiệu quả kinh tế nhất. Tuy nhiên, trong bối cảnh lượng mưa không đều, lượng bốc hơi cao, gió Lào xuất hiện khô hạn vào tháng 4-7; đất canh tác không chủ động được nước tưới, phụ thuộc hoàn toàn vào nước trời việc nên sản xuất thực sự gặp rất nhiều khó khăn năng suất bấp bênh, thậm chí có những năm mất mùa trắng, do đó người dân sợ rủi ro trong việc đầu tư sản xuất lạc do chi phí giống lạc và vật tư cao. Vì vậy, người dân lựa chọn cây ngô để thay thế những cây trồng khác bởi ngoài đặc tính 1 là loại cây dễ trồng, dễ chăm sóc, không ảnh hưởng nhiều đến đầu vào mà cây ngô còn là một trong những cây trồng chính của Việt nam cũng như của tỉnh Nghệ An, cụ thể diện tích ngô năm 2020 ở Việt Nam khoảng 1,1 triệu ha, ở Nghệ An khoảng 45,5 nghìn ha. Tuy nhiên, diện tích trồng ngô có xu hướng giảm dần trong khi nhu cầu ngô dùng cho thức ăn chăn nuôi ngày càng tăng, hàng năm Việt Nam phải nhập khẩu 70% nguyên liệu ngô từ nước ngoài làm tăng chi phí đầu vào trong chăn nuôi lên cao. Do đó, tỉnh Nghệ An đã xây dựng đề án chuyển đổi từ 7 nghìn đến 10 nghìn ha lúa kém hiệu quả, đất hai lúa sản xuất bấp bênh ở những vùng khó khăn về nguồn nước sang phát huy ưu thế của các giống ngô lai; đồng thời xác định r ngô là một trong những cây trồng giúp xóa đói giảm nghèo cho những vùng khó sản xuất lúa nước, nhưng ngô vẫn chưa đạt được năng suất như mong muốn. Theo báo cáo tình hình sản xuất ngô ở tỉnh Nghệ An cho thấy: diện tích gieo trồng ngô năm 2007 là 37.473 ha, năm 2015 đã lên tới 58.893 ha (tăng 59,16%), nhưng đến năm 2019 diện tích ngô có xu hướng giảm xuống là 47.675 ha nhưng năng suất bình quân từ 32,53 tạ/ha (2007) tăng lên 44,93 tạ/ha (năm 2019) cao hơn 12,40 tạ/ha, vì vậy tổng sản lượng ngô vẫn tăng đều hàng năm. Xét về năng suất ngô bình quân ở Nghệ An vẫn còn thấp chỉ bằng khoảng 93% so với năng suất ngô bình quân của cả nước (48 tạ/ha); lý do là năng suất ngô ở một số vùng đất cát biển rất thấp chỉ đạt khoảng 30 – 32 tạ/ha, trong khi diện tích trồng ngô ở vùng ven biển lại chiếm tỉ lệ cao khoảng 30% tổng diện tích toàn tỉnh (Cục Thống kê tỉnh Nghệ An, 2014, 2020). Nguyên nhân năng suất ngô trồng trên đất cát biển thường thấp là do những điều kiện bất lợi nói trên, ngoài ra tập quán sản xuất của người dân chủ yếu dựa vào phân vô cơ vì nguồn phân hữu cơ ngày càng hiếm, chỉ một lượng rất nhỏ phân hữu cơ (3,7 tấn/ha) được bổ sung vào đất ở giai đoạn bón lót (theo kết quả điều tra). Chính vì thế, đất cát biển vốn đã nghèo chất hữu cơ nay lại càng nghèo hơn, độ phì đất giảm, vi sinh vật trong đất ít, khả năng giữ nước, giữ phân trong đất kém dẫn đến năng suất cây trồng nói chung trồng trên đất cát biển ngày càng giảm. Để nâng cao được năng suất cho ngô thì phải tăng khả năng giữ ẩm cho đất thông qua biện pháp che phủ, trồng xen; nâng cao dinh dưỡng, độ phì cho đất bằng cách sử dụng kết hợp giữa vô cơ, hữu cơ đúng loại đúng liều lượng vừa tận dụng được nguồn vật liệu hữu cơ sẵn có để giảm chi phí đầu vào mà tăng hiệu quả kinh tế cho người trồng ngô là việc hết sức cần thiết. Vật liệu hữu cơ bao gồm phân chuồng, phân bắc, nước giải, phân gia cầm, rác đô thị, phân xanh, các 2 phế phụ phẩm, các loại thực vật che phủ, cây trồng xen ... rất quen thuộc trong đời sống của người dân. Đây chính là các nguồn bổ sung chất hữu cơ vô cùng quan trọng để ổn định năng suất cây trồng và tăng lượng mùn cải thiện đất sản xuất bền vững. Tuy nhiên, thói quen sử dụng các loại vật liệu hữu cơ (phế phụ phẩm nông nghiệp) để làm phân bón chưa phổ biến, chủ yếu đốt trên đồng ruộng gây lãng phí và ô nhiễm môi trường. Đã có rất nhiều công trình nghiên cứu chứng minh vai trò của vật liệu hữu cơ không chỉ góp phần nâng cao năng suất cây trồng mà còn duy trì và cải tạo đất (Trần Thị Thiêm & cs., 2020; Li Hui & cs., 2017; Nguyễn Xuân Lai, 2018). Sử dụng các biện pháp che phủ, trồng xen với cây cải tạo đất cũng đã đem lại kết quả tốt cho cây trồng (Ibeawuchi & cs., 2007; Trần Thị Ân & Đoàn Thị Thanh Nhàn, 2004; Trần Văn Điền, 2010). Cho đến nay các nghiên cứu sử dụng vật liệu hữu cơ trên đất cát biển mới chỉ tập trung chủ yếu với cây rau, cây công nghiệp dài ngày, còn đối với cây ngô chưa thực sự được quan tâm, chỉ mới được nghiên cứu ở nước ngoài (Aye & cs., 2009; Yuhui Geng & cs., 2019). Mặc dù Sở NN&PTNT tỉnh Nghệ An đã đưa ra các biện pháp kỹ thuật khuyến cáo trong sản xuất ngô, nhưng lại dựa trên quy trình chung của Bộ NN&PTNT, mà chưa có nghiên cứu tổng hợp nào để làm cơ sở xây dựng quy trình riêng trong việc sử dụng vật liệu hữu cơ trong canh tác ngô trên đất cát biển. Chính vì vậy, đề tài tập trung nghiên cứu chuyên sâu sử dụng các vật liệu hữu cơ cho cây ngô nhằm tận dụng tối đa nguồn hữu cơ sẵn có (ở bên ngoài và tại chỗ) để tăng năng suất cây trồng mà vẫn duy trì đảm bảo dinh dưỡng đất và canh tác lâu dài, hạn chế nguy cơ đất bị sa mạc hóa ngày càng lan rộng, đồng thời đưa ra quy trình sử dụng vật liệu hữu cơ hiệu quả để khuyến cáo cho người dân sản xuất ngô vùng ven biển Nghệ An nói riêng và cả nước nói chung. 1.2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI 1.2.1. Mục tiêu tổng quát Đánh giá hiện trạng sử dụng và xác định yếu tố hạn chế trên đất cát biển trồng ngô, nghiên cứu xác định được vật liệu hữu cơ thích hợp có tác dụng duy trì độ ẩm và cải thiện độ phì nâng cao hiệu quả sản suất ngô trên đất cát biển tỉnh Nghệ An. 1.2.2. Mục tiêu cụ thể (1) Đánh giá được đặc điểm về phân bố, tính chất và hiện trạng sử dụng đất cát biển trong sản xuất nông nghiệp tại Nghệ An. 3 (2) Xác định được yếu tố hạn chế trong sản xuất ngô trên đất cát biển tỉnh Nghệ An. (3) Nghiên cứu, xác định được các nguồn vật liệu hữu cơ, vật liệu phủ đất và cây trồng xen trong sản xuất ngô trên đất cát biển có hiệu quả sử dụng cao để ổn định và cải thiện độ phì nhiêu đất, nâng cao hiệu quả sản xuất ngô trên đất cát biển tỉnh Nghệ An. (4) Xây dựng được mô hình sản xuất ngô và đề xuất các giải pháp kỹ thuật sử dụng vật liệu hữu cơ hiệu quả trong sản xuất ngô trên đất cát biển tỉnh Nghệ An. 1.3. PHẠM VI NGHIÊN CỨU Đề tài đánh giá hiện trạng sử dụng đất cát biển, những yếu tố ảnh hưởng đến đất cát biển trồng ngô ở tỉnh Nghệ An. Từ đó sử dụng các vật liệu hữu cơ (các loại phân hữu cơ, vật liệu che phủ, cây trồng xen) vào canh tác ngô đạt hiệu quả cao. Các thí nghiệm được thực hiện trong các vụ xuân năm 2015-2018 trên đất cát biển tỉnh Nghệ An, tập trung vào 3 xã (Nghi Phong, Nghi Thái, Nghi Thạch), huyện Nghi Lộc – đây là những xã có diện tích trồng ngô lớn nhất huyện, năng suất ngô còn thấp. Đề tài sử dụng giống ngô CP999 của công ty cổ phần CP. 1.4. NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN (1) Xác định nguồn phân hữu cơ là sử dụng loại phế phụ phẩm nông nghiệp ủ với chế phẩm vi sinh Compost Marker theo quy trình của Sở KH&CN tỉnh Nghệ An với liều lượng bổ sung là quy đổi từ 30%N + 25% P2O5 + 75% K2O sang lượng phân hữu cơ cho năng suất 58,42 - 59,34 tạ/ha cao hơn 15,63 - 15,58 tạ/ha (tăng >35%) so với không sử dụng phân hữu cơ (42,84 - 43,71 tạ/ha) và hiệu quả kinh tế tăng 7,3 – 7,4 triệu đồng/ha; đồng thời các chỉ tiêu hóa tính của đất sau thí nghiệm có xu hướng tăng lên. (2) Xác định nguồn vật liệu hữu cơ đó là: sử dụng cây đậu đen làm cây trồng xen và nilon tự hủy làm vật liệu che phủ để áp dụng trong canh tác ngô trên đất cát biển Nghệ An trên nền phân bón cho 1 ha là 150 kg N + 80 kg P2O5 + 100 kg K2O + 400 kg vôi bột và liều lượng phân hữu cơ quy ra lượng nguyên chất là 30%N + 25% P2O5 + 75% K2O có tác dụng tăng khả năng giữ ẩm; giữ nhiệt cho đất khi trời lạnh và giảm nhiệt cho đất khi thời tiết nóng, giúp ngô xuân sinh trưởng, phát triển và tăng năng suất ngô 30-32% (thí nghiệm trồng xen) và 42- 4