Bộ GIáO DụC Và ĐàO TạO Bộ nông nghiệp và phát triển nông thôn TRƯờNG ĐạI HọC thủy lợi nguyễn thị phơng anh nghiên cứu chế độ tới hợp lý cho lúa nhằm tiết kiệm nớc, giảm phát thảI khí nhà kính và không ảnh hởng đến năng suất lúa vùng đồng bằng sông hồng Chuyên ngành : Kỹ thuật tài nguyên nớc Mã số : 60580212 Luận văn thạc sĩ Ngời hớng dẫn khoa học: 1. TS. Nguyễn Việt Anh 2. PGS.TS Lê Thị Nguyên Hà Nội 2014 i LỜI CẢM ƠN Sau một thời gian thu thập tài liệu, nghiên cứu tính toán và tổng hợp, luận văn thạc sỹ kỹ thuật “Nghiên cứu chế độ tưới hợp lý cho lúa nhằm tiết kiệm nước, giảm phát thải khí nhà kính và không ảnh hưởng đến năng suất lúa vùng đồng bằng sông Hồng” đã hoàn thành, đảm bảo theo đúng đề cương đã được duyệt. Trước hết, tác giả bày tỏ lòng cảm ơn chân thành tới Trường Đại học Thủy lợi, Công ty CP tư vấn đầu tư NN & PTNT tỉnh Vĩnh Phúc đã quan tâm giúp đỡ, tạo điều kiện trong quá trình học tập và hoàn thành luận văn. Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS. Nguyễn Việt Anh và PGS.TS. Lê Thị Nguyên – Trường Đại học Thủy lợi đã tận tình chỉ dẫn, giúp đỡ trong thời gian làm luận văn. Tác giả xin chân thành cảm ơn tất cả các thầy, các cô giáo Trường Đại học Thủy lợi nói chung, Khoa Đại học và Sau Đại học, Khoa Kỹ thuật Tài nguyên nước nói riêng đã truyền đạt kiến thức, giúp đỡ tác giả trong suốt quá trình học tập và làm luận văn tốt nghiệp. Cuối cùng, xin chân thành cảm ơn những người thân trong gia đình, bạn bè và đồng nghiệp cơ quan đã giúp đỡ, động viên, khích lệ tác giả trong suốt quá trình học tập và hoàn thành luận văn. Vĩnh Yên, tháng 7 năm 2014 Tác giả luận văn Nguyễn Thị Phương Anh ii BẢN CAM ĐOAN Tác giả xin cam đoan đề tài luận văn Thạc sĩ: “Nghiên cứu chế độ tưới hợp lý cho lúa nhằm tiết kiệm nước, giảm phát thải khí nhà kính và không ảnh hưởng đến năng suất lúa vùng đồng bằng sông Hồng” là đề tài do cá nhân tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS.TS. Lê Thị Nguyên và TS. Nguyễn Việt Anh. Luận văn được làm dựa trên các số liệu, tài liệu được thu thập từ nguồn thực tế, được công bố trên báo cáo của cơ các quan Nhà nước, được đăng tải trên các tạp chí chuyên ngành, sách, báo… để làm cơ sở nghiên cứu. Tác giả không sao chép bất kỳ một luận văn hoặc một đề tài nghiên cứu nào trước đó. Hà Nội, ngày 18 tháng 7 năm 2014 Tác giả Nguyễn Thị Phương Anh iii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT BĐKH : Biến đổi khí hậu IRRI : Viện nghiên cứu lúa quốc tế UNDP : Chương trình Phát triển Liên Hợp Quốc IPCC : Ban liên chính phủ về biến đổi khí hậu Trạm KTNN: Trạm khí tượng nông nghiệp β bh : độ ẩm bão hoà WTO : Tổ chức thương mại thế giới iv DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1: Biểu đồ động thái phát thải CH 4 với nhiệt độ, Eh, pH của đất ngập nước liên tục và không liên tục 22 Hình 1.2: Lượng khí CH 4 phát thải phụ thuộc vào thế oxy hoá khử của đất khi sinh trưởng của lúa 23 Hình 1.3. Động thái Eh của đất trồng lúa và đất không trồng lúa 24 Hình 2.1- Vị trí khu nghiên cứu thí nghiệm tại Hoài Đức, Hà Nội. 38 Hình 2.2- Sơ đồ bố trí thí nghiệm 52 Hình 2.3. Sơ đồ bố trí thí nghiệm 53 Hình 2.4- Mô phỏng lớp nước mặt ruộng (đối chứng) 54 Hình 2.5- Mô phỏng lớp nước mặt ruộng (CT1) 55 Hình 2.6- Mô phỏng lớp nước mặt ruộng (CT2) 56 Hình 2.7. Sơ đồ bể thí nghiệm có đáy và không đáy 57 Hình 2.8: Thiết bị lấy mẫu mêtan (CH 4 ) tại đồng ruộng 59 Hình 3.1: Sơ đồ về đặc điểm sự hình thành mê tan ở đất ngập nước trồng lúa ở đồng bằng sông Hồng 80 Hình 3.2: Mô phỏng cường độ CH 4 phát thải ở các trường hợp có cấy lúa và không cấy lúa vụ mùa 2010 82 Hình 3.3: Lượng CH 4 phát thải của các công thức thí nghiệm ở vụ xuân 84 Hình 3.4: Lượng CH 4 phát thải của các công thức thí nghiệm 86 v DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1: Lượng khí mêtan phát thải do trồng lúa nước ở một số nước 15 Bảng 1.2: Kết quả kiểm kê khí nhà kính khu vực nông nghiệp năm 2000 30 Bảng 2.1. Các chỉ tiêu khu đất thí nghiệm 39 Bảng 2.2: Trị số bình quân nhiều năm các yếu tố khí tượng 41 Bảng 2.3- Lượng mưa trung bình tháng và năm (mm) 43 Bảng 2.4: Mực nước trên sông Đáy tại các cửa tiêu chính c ủa hệ thống sông Nhuệ, P = 10% (Bình quân 3 ngày Max) 44 Bảng 2.5. Mực nước lớn nhất trên sông Nhuệ qua một số năm điển hình 44 Bảng 2.6. Các chỉ tiêu của nước tưới khu thí nghiệm 45 Bảng 3.1-Lượng bốc-thoát hơi nước thực tế của lúa vụ xuân 2009 65 Bảng 3.2- Lượng bốc thoát hơi nước thực tế của lúa vụ mùa 2009 66 Bảng 3.3- Lượng bốc-thoát hơi nước thực tế của lúa vụ xuân 2010 68 Bảng 3.4- Lượng bốc thoát hơi nước thực tế của lúa vụ mùa 2010 69 Bảng 3.5- Tổng hợp lượng bốc-thoát hơi nước thực tế 2 vụ lúa 70 Bảng 3.6- Chiều cao cây từ mặt đất đến đỉnh bông 73 (từ giai đoạn trỗ bông đến chắc xanh) 73 Bảng 3.7- Diện tích lá trong 1 khóm 74 Bảng 3.7- Diện tích lá trong 1 khóm (tiếp theo) 74 Bảng 3.8 – Số nhánh trên 1 m 2 75 Bảng 3.9- Trọng lượng của 1 khóm (giai đoạn trỗ bông) 75 Bảng 3.10- Các yếu tố cấu thành năng suất lúa 76 Bảng 3.11: So sánh năng suất lúa trong các trường hợp thí nghiệm (tạ/ha) 77 Bảng 3.12: Cường độ phát thải CH 4 khi có và không cấy lúa vụ mùa 2010 81 Bảng 3.13: Lượng CH 4 phát thải của các công thức thí nghiệm ở vụ xuân 83 Bảng 3.14: Tổng CH 4 toàn vụ xuân và mức độ tăng giảm của các công thức thí nghiệm so với đối chứng. 84 Bảng 3.15: Lượng CH 4 phát thải của các công thức thí nghiệm 86 Bảng 3.16: Tổng CH 4 phát thải toàn vụ mùa ở các công thức thí nghiệm 86 Bảng 3.17: So sánh ảnh hưởng của chế độ tưới nông lộ phơi đến phát thải CH 4 ở các mùa vụ tại khu vực nghiên cứu 88 vi MỤC LỤC MỞ ĐẦU 8 1.1. Tính cấp thiết của đề tài 8 1.2. Mục tiêu nghiên cứu 9 1.3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 9 1.4. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu 9 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN CÁC TÀI LIỆU NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN ĐẾN ĐỀ TÀI 10 1.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới 10 1.1.1. Chế độ tưới cho cây trồng: 10 1.1.2.Phát thải mêtan (CH 4 ) dưới ảnh hưởng của các yếu tố tưới tiêu và chế độ canh tác lúa 15 1.2. Tình hình nghiên cứu ở Việt Nam 25 1.2.1. Chế độ tưới cho cây trồng: 25 1.2.2. Phát thải mêtan dưới ảnh hưởng của các yếu tố tưới tiêu và chế độ canh tác lúa 29 1.3. Cơ chế hình thành và phát thải Mêtan 34 1.3.1. Quá trình hình thành Mêtan 34 1.3.2. Cơ chế phát thải Mêtan 35 CHƯƠNG 2 37 ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 37 2.1. Cơ sở và đối tượng nghiên cứu 37 2.1.1. Cơ sở vùng nghiên cứu 37 2.1.2. Đối tượng nghiên cứu 48 2.2. Nội dung nghiên cứu 49 2.3. Phương pháp nghiên cứu 50 2.3.1. Địa điểm nghiên cứu 50 2.3.2. Bố trí thí nghiệm 51 2.3.3. Các chỉ tiêu theo dõi thí nghiệm và phương pháp nghiên cứu 56 CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 63 vii 3.1. Chế độ tưới và lượng nước tiết kiệm 63 3.1.1. Cơ sở khoa học tiết kiệm nước 63 3.1.2. Kết quả nghiên cứu lượng bốc thoát hơi nước mặt ruộng (nhu cầu nước của cây lúa) 64 3.2. Ảnh hưởng của chế độ tưới đến sinh trưởng, phát triển và năng suất lúa 71 3.2.1. Ảnh hưởng của tưới nông lộ phơi đến sinh trưởng, phát triển và năng suất lúa 71 3.2.2. Ảnh hưởng của chế độ tưới đến năng suất lúa 72 3.3. Chế độ tưới lúa và phát thải khí nhà kính trên ruộng lúa 77 3.3.1. Cơ chế hình thành mêtan 77 3.3.2. Cơ chế phát thải mêtan 81 3.3.3. Ảnh hưởng của chế độ tưới đến phát thải Mêtan trên ruộng lúa 83 3.3.4. Đánh giá chung về ảnh hưởng của trồng lúa nước và chế độ tưới đến phát thải CH 4 ở khu vực nghiên cứu 87 3.4. Đề xuất chế độ nước nhằm giảm thiểu lượng CH 4 phát thải trên ruộng lúa, tiết kiệm nước và không làm giảm năng suất lúa 89 3.4.1. Cơ sở khoa học đề xuất giải pháp 89 3.4.2 Đề xuất chế độ tưới giảm thiểu lượng CH 4 phát thải trên ruộng lúa, tiết kiệm nước và không giảm năng suất lúa. 91 KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ 93 I. Kết luận 93 II. Kiến nghị 95 TÀI LIỆU THAM KHẢO 96 8 MỞ ĐẦU 1.1. Tính cấp thiết của đề tài Việt Nam, dưới sức ép của sự gia tăng dân số cũng như quá trình hội nhập với khu vực và thế giới của nước ta được bắt đầu từ giữa thập kỷ 80 của thế kỷ trước và nhất là từ khi gia nhập WTO thì nhu cầu về lương thực ngày càng gia tăng phục vụ cho nhu cầu trong nước và xuất khẩu. Theo dự báo, xuất khẩu nông sản của nước ta đang và sẽ còn chiếm tỷ trọng cao trong tổng giá trị xuất khẩu của cả nước vì thế giới đang trong cơn khủng hoảng về lương thực nói riêng và các loại nông sản khác nói chung. Theo Macintosh, 2008, Châu Á hy vọng sẽ tăng 1% sản lượng gạo mỗi năm, nhưng họ phải làm điều đó trong điều kiện có ít nước, ít đất và ít nhân công hơn cho trồng trọt. Thực tế những nghiên cứu về chế độ tưới cho lúa ở nước ta thường thực hiện theo phương pháp tưới ngập nên lượng nước tưới cho lúa lớn. Mỗi vụ trung bình hệ thống thủy nông phải cung cấp một lượng nước từ 7000 m 3 /ha đến 8000 m 3 /ha. Mặt khác, trong điều kiện ruộng lúa ngập thường xuyên sẽ làm cho quá trình phân giải chất hữu cơ ở điều kiện yếm khí, sinh ra khí mêtan (CH 4 ). Chất khí này là nguồn phát thải khí nhà kính, làm gia tăng khí nhà kính, là một trong những nguyên nhân gây nên sự biến đổi khí hậu. Những nghiên cứu về chế độ tưới ngập không liên tục so với ngập liên tục trên ruộng lúa cho thấy, sự phát thải CH 4 được giảm rõ rệt. Bón phân hữu cơ làm tăng lượng CH 4 phát thải, bón phân vô cơ hạn chế phát thải CH 4 (IRRI, 1999). Hơn nữa, rút nước phơi ruộng ở các giai đoạn thích hợp còn làm giảm độc tố trong đất, giúp cho hệ rễ lúa phát triển tốt, tiết kiệm lượng nước tưới, chi phí tưới giảm. Việt Nam có trên 3,8 triệu ha canh tác lúa nước, việc nghiên cứu đề xuất chế độ tưới hợp lý, khoa học nhằm tiết kiệm nước, giảm chi phí tưới, đồng thời có ý nghĩa bảo vệ môi trường rất có ý nghĩa và cần thiết. Xuất phát từ những vấn đề trên, chúng tôi thực hiện đề tài: “Nghiên cứu chế độ tưới hợp lý cho lúa nhằm tiết kiệm nước, giảm phát thải khí nhà kính và không ảnh hưởng đến năng suất lúa vùng đồng bằng sông Hồng”. 9 1.2. Mục tiêu nghiên cứu Xác định chế độ tưới thích hợp cho lúa nhằm tiết kiệm nước tưới và giảm thiểu được phát thải khí nhà kính không ảnh hưởng đến năng suất lúa. 1.3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: Chế độ nước mặt ruộng lúa và phát thải khí mêtan. Phạm vi nghiên cứu: Lúa nước trồng trên đất phù sa trung tính ít chua đồng bằng sông Hồng. 1.4. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu * Cách tiếp cận: - Kế thừa và có chọn lọc bổ sung - Tiếp cận phát triển bền vững * Phương pháp nghiên cứu: - Phương pháp kế thừa tài liệu và kết quả nghiên cứu đã có. - Phương pháp điều tra, thu thập tài liệu, số liệu liên quan. - Phương pháp phân tích, xử lý, đánh giá số liệu. - Phương pháp thí nghiệm đồng ruộng. [...]... xâm nhập O2 làm tăng quá trình oxy h a và h n chế quá trình khử để h nh thành CH4 C c nghiên c u trên cho thấy c y lúa và yếu tố mùa vụ c ảnh h ởng đến phát thải CH4, c c thí nghiệm nghiên c u sự phát thải CH4 từ vùng rễ thông qua c y lúa e Ảnh h ởng c a c c yếu tố nhiệt độ đến sự phát thải CH4 Nhiệt độ c ng cao thì sự phát thải CH4 diễn ra c ng mạnh Mặt kh c, ở nhiệt độ cao thì c c phản ứng hoá h c. .. trình phát thải như: chế độ nư c, phân bón, tính chất đất, quá trình sinh trưởng c a c y lúa c ảnh h ởng đến Eh Khi động thái c a Eh thay đổi thì sự phát thải c a CH4 c ng thay đổi theo Nói c ch kh c, những yếu tố ảnh h ởng đến Eh c ng chính là yếu tố ảnh h ởng đến sự phát thải c a CH4 Vấn đề này trong những năm gần đây c ng đư c nhiều t c giả nghiên c u a Ảnh h ởng c a chế độ nư c và phân bón đến. .. Như vậy, c c kết quả nghiên c u cho thấy: c rất nhiều yếu tố ảnh h ởng đến phát thải CH4 trên đất lúa ngập nư c, trong đó chế độ bón phân và chế độ nư c mặt ruộng kh c nhau là những yếu tố chính ảnh h ởng tr c tiếp đến phát thải CH4 trên ruộng lúa c Ảnh h ởng c a c c tính chất lý – hoá h c trên đất đến sự phát thải CH4 Eh và pH là những tính chất điện hoá c a đất và hai đại lượng này c mối liên h ... t c thì phát thải CH4 xảy ra nhiều h n và mạnh h n trường h p đất ngập nư c không liên t c Có rất nhiều yếu tố ảnh h ởng đến sự phát thải CH4 như: chế độ nư c, tính chất đất, h m lượng chất h u c trong đất, chế độ phân bón, nhiệt độ đất, c y lúa và mùa vụ Trong đó, chế độ bón phân ảnh h ởng tới phát thải CH4 đã đư c nhiều t c giả nghiên c u và khẳng định: bón phân h u c sẽ làm tăng phát thải CH4,... Nam thường chỉ tập trung vào vi c thu khí này trư c khi nó bị phát thải ra môi trường ho c tránh phát thải mà chưa c c c nghiên c u để làm giảm khí CH4 trong không khí do kĩ thuật hiện tại chưa cho phép ho c còn h n chế do nồng độ khí CH4 trong không khí quá nhỏ Ví dụ như Johnson c ng c c cộng sự năm 2007 và Smith c ng c c cộng sự 2008 đã đề c p một số nghiên c u loại bỏ khí CH4 trong không khí bằng. .. bón phân vô c h n chế phát thải CH4 Đất c h m lượng chất h u c cao sẽ phát thải CH4 và ngư c lại 1.3 C chế h nh thành và phát thải Mêtan 1.3.1 Quá trình h nh thành Mêtan 1.3.1.1 Sự phân giải chất h u c và h nh thành CH4 Khí mêtan là một hydrocacbon c thành phần chủ yếu là cacbon và hydro, trong đó cacbon là nguyên tố c bản c a tất c vật thể h u c và chu trình sinh h c của nguyên tố này thu c. .. những nghiên c u đầu tiên về tưới ẩm cho lúa đư c nghiên c u đối với giống lúa chịu h n nhằm tìm kiếm giống lúa c khả năng thay thế c y lúa nương (Nguyễn Tuấn Anh, 1994) Tiếp theo, nhiều nghiên c u kh c đã đư c tiến h nh nhằm tìm kiếm chế độ tưới thích h p cho lúa c khả năng khai th c h t tiềm năng và tiết kiệm nư c tưới C c nghiên c u c thể kể đến như chế độ tưới nông - lộ - phơi do Viện Khoa H c. .. x c định đư c c c giá trị Eh và pH c thể ứng với điều kiện môi trường đất kh c nhau c ng như đã x c định đư c CH4 đư c h nh thành khi Eh= -120mV đến -300 mV d Ảnh h ởng c a trồng lúa và mùa vụ đến sự phát thải khí CH4 Dưới g c độ sinh lý th c vật và dinh dưỡng c y trồng, c y lúa không h p thu CH4 Nhiều nghiên c u đã khẳng định c y lúa c ảnh h ởng đến thế oxy hoá khử Eh c a đất, tuy nhiên chưa c nghiên. .. lĩnh v c đư c Nhà nư c và c c nhà khoa h c quan tâm C c nghiên c u về chế độ tưới ở nư c ta thường tập trung vào c c h ớng chủ yếu như giới thiệu dưới đây: a X c định c c chỉ tiêu về nhu c u nư c cho c y trồng Để ph c vụ cho vi c phát triển sản xuất nông nghiệp, nâng cao sản lượng lương th c thì c ng t c nghiên c u chế độ tưới tiêu cho c c loại c y trồng đã đư c tiến h nh từ rất sớm Tuy nhiên, c lẽ... xảy ra mạnh, trong đó c phản ứng khử c c h p chất c cbon, làm tăng sự h nh thành và phát thải khí CH4 1.2 Tình h nh nghiên c u ở Việt Nam 1.2.1 Chế độ tưới cho c y trồng: Như đã đề c p trong c c phần trên, chế độ tưới cho c y trồng là c sở quan trọng khi tính toán quy hoạch, thiết kế c c công trình đồng thời nó c ng c vai trò quyết định phương th c vận h nh điều tiết nư c trên c c h thống tưới, vì . Th c sĩ: Nghiên c u chế độ tưới h p lý cho lúa nhằm tiết kiệm nư c, giảm phát thải khí nhà kính và không ảnh h ởng đến năng suất lúa vùng đồng bằng sông H ng” là đề tài do c nhân tôi th c. Nghiên c u chế độ tưới h p lý cho lúa nhằm tiết kiệm nư c, giảm phát thải khí nhà kính và không ảnh h ởng đến năng suất lúa vùng đồng bằng sông H ng”. 9 1.2. M c tiêu nghiên c u X c. định chế độ tưới thích h p cho lúa nhằm tiết kiệm nư c tưới và giảm thiểu đư c phát thải khí nhà kính không ảnh h ởng đến năng suất lúa. 1.3. Đối tượng và phạm vi nghiên c u Đối tượng nghiên