Nghiên cứu dựa trên phương pháp điều tra thực địa, thu thập các số liệu về sử dụng đất, tình hình sản xuất lúa; lấy mẫu đất và nước trên đồng ruộng về phân tích trong phòng thí nghiệm để đánh giá chất lượng của chúng; thiết kế các thí nghiệm trong chậu và thí nghiệm đồng ruộng để kiểm định các giả thiết được đặt ra trong quá trình nghiên cứu.
2.2.1. Các phương pháp nghiên cứu và thu thập sô liệu
- Phương pháp điều tra thu thập các số liệu thống kê và các nghiên cứu liên quan đã có từ trước làm cơ sở để đánh giá biến động môi trường đất.
- Sử dụng phương pháp đánh giá nhanh nông thôn (RRA) trong khảo sát thực địa và thu thập thông tin về tình hình sản xuất của nhân dân ở 11 xã thuộc 6 tỉnh ở ĐBSH là: Vũ Công, v a Thắng, Phú Xuân, Nguyên Xá (Thái Bình), Lai Cách (Hải Dương), Chỉ Đạo, Ngọc Lâm (Hưng Yên), Nam Phong, Hoàng Long (Hà Tây), Vạn A n (Bắc Ninh) và Tứ Hiệp (Hà Nội). Thu thập thông tin qua phỏng vấn trực tiếp những người có trách nhiệm ở địa phương như chủ tịch hoặc phó chủ tịch xã, chủ nhiệm HTX nông nghiệp, cán bộ quản lý ruộng
đất, nông dân có kinh nghiệm sản xuất nông nghiệp ở mỗi xã nghiên cứu 15- 30 nguôi.
- Lấy 90 mẫu đất ở 11 xã và 6 mẫu nước mương tưới tiêu ở 3 xã thuộc 6 tỉnh điều tra khảo sát phục vụ cho các mục đích nghiên cứu khác nhau. Mẫu đất được lấy ở tầng mặt với độ sâu 0-15 em theo cách lấy mẫu hỗn hợp (5-10 mẫu riêng biệt cho Ì mẫu hỗn hợp).
- Bố trí các thí nghiệm trong trong nhà lưới và thí nghiệm đồng ruộng để kiểm định các giả thiết đặt ra từ kết quả nghiên cứu thực tế.
2.2.2. Các chỉ tiêu nghiên cứu
Để đánh giá biến động môi trường đất, nghiên cứu dựa trên việc phân tích chất lượng đất (FAO, 1997) [74], các chỉ thị bền vững của hệ thống sử dụng đất và năng suất cây trồng (Đào Thế Tuấn, 1995; F A O , 1995) [48], [73]
và quan điểm chỉ thị biến đ ổi (Benites và Vieira, 1997) [57]. Nghĩa là đánh giá chiều hướng và tốc độ biến đổi dựa trên cơ sở so sánh các số liệu nghiên cứu hiện tại với các giá trị nền đã được xác định từ trước. Việc lựa chọn các yếu tố chỉ thị chính (Key Indicators) được xác định ở mức tối thiểu với các nhóm yếu tố sau:
- Thay đổi diện tích sử dụng đất lúa ở ĐBSH giai đoạn 1980-2000.
- Biến đổi năng suất lúa theo thời gian trong giai đoạn 1985-2000.
- Tốc độ áp dụng các tiến bộ khoa học kỹ thuật được đặc trưng thông qua mức độ sử dụng phân bón hoa học.
- Một số tính chất cơ bản của môi trường đất, bao gồm pH(KCl), mùn, CEC, NPK tổng số và dễ tiêu, Ca2 +, M g2 + và một số kim loại nặng như Cd, Pb, As, Hg, Mn dựa vào đặc trưng của quá trình tác động.
- Dư lượng một số H C B V T V trong đất.
2.2.3. Thiết kế thí nghiệm 2.2.3.1. Thí nghiệm Ì
Mụ c đích thí nghiệm là xác định ánh hưởng của phân khoáng và quá trình ngập nước đến tính chất môi trường đất lúa. Thí nghiệm được thực hiện trên đất phù sa sông Hồng không được bồi hàng năm ở xã Trung Văn (Từ Liêm, Hà Nội) với giống lúa CR203, thời gian thí nghiệm từ tháng 6 đến tháng 10 năm 1999. Đất làm thí nghiệm có pH(KCl) 5,76 , phất pho dễ tiêu 5,92 mg P2O5/100g đất, N H4 +4 , 1 5 mg/100g đất, NO3- 5,70 mg/100g đất, kali dễ tiêu 7,29 mg K2O/100g đất, F e2 + 14,2 mg/100g đất, F e3 + 150,5 mg/100g đất, mùn 2,48%, N tổng số 0,115%, P205 tổng số 0,094%, K20 tổng số 1,051%, cát vật lý 48%, sét vật lý 52%. Thí nghiêm được thiết k ế theo khối ngẫu nhiên gồm 12 công thức (CT) bón N , p, K khác nhau với 3 lần lặp lại (Bảng 2.1), diện tích mỗi ô thí nghiêm là 20 m2.
Bảng 2.1. Các công thức thí nghiêm đồng ruộng
Công Ký liêu mức bón Lượn, ị bón (kg/ha) Tỷ l ệ thức N P , 0S K , 0 N P A K20 N : P , 0S: K , 0
C T 1 NO PO KO 0 0 0 0:0:0
C T 2 N I PO KO 77 0 0 77:0:0
C T 3 N 2 PO KO 231 0 0 231:0:0
C T 4 NO P l KO 0 46 0 0:46:0
C T 5 NO P2 KO 0 138 0 0:138:0
C T 6 NO PO K I 0 0 28 0:0:28
C T 7 NO PO K 2 0 0 84 0:0:84
C T 8 N I P l K I 77 46 28 100:60:36
C T 9 N 2 P2 K 2 231 138 84 100:60:36
C H O N 3 P3 K 3 90 60 45 100:67:50
e m N 4 P4 K 4 164 150 109 100:91:66
CT12 N 2 P2 KO 231 138 0 100:60:0
NI, P l , K I là ký hiệu cho mức bón trung bình đang được áp dụng tại địa phương bố trí thí nghiệm, được xác định dựa trên kết quả điều tra về lượng bón của 15 hộ dân trong xã. N2, P2, K2 là mức bón giả thiết ở mức thâm canh cao gấp 3 lần lượng bón đang được dân áp dụng. N3, P3, K3 là mức bón được khuyến cáo theo tài liệu chỉ đạo kỹ thuật sản xuất. N4, P4, K4 là mức bón được tính toán trên cơ sở lý thuyết để đáp ứng đầy đủ nhu cầu dinh dưỡng che cây lúa. Cơ sở để tính lượng phân bón N4, P4, K4 dựa trên các giả thiết sau:
Chất dinh dưỡng cung cấp cho cây trồng chủ yếu là do phân bón vì hàm lượng N, p, K dễ tiêu trong đất thấp; hệ số sử dụng N , p, K trong phân bón tương ứng là 50, 30 và 65%; năng suất lúa sẽ đạt 5 tấn/ha và lượng dinh dưỡng cây sẽ sử dụng là 82 kg N , 45 kg P2Os và 71 kg K20 (Nguyễn Văn Bộ, 1999;
Donahue và cộng sự, 1983; Sanchez, 1976) [6], [67], [102].
Phân bón gồm 3 loại là ure, supe phết phát đơn và kali clorua. Phân phối pho được bón Ì lần với toàn bộ khối lượng trước khi cấy, ure và kali được chia làm 2 lần (mỗi lần 1/2 khối lượng) bón sau khi cấy 2 tuần và 5 tuần. Mai' đất được lấy định kỳ ở từng ô thí nghiệm theo cách lấy mẫu hỗn hợp (5 mẫu riêng l ẻ cho Ì mẫu hỗn hợp) vào các thời gian: Trước thí nghiệm (ký hiệu là 0 ngày), 10, 25, 40, 55, 70 và 100 ngày sau khi cấy. Thời điểm 100 ngày là sau khi lúa đã thu hoạch. Đất được làm ngập nước trước khi cấy 5 ngày và duy trì ở mức khoảng 5-10 em trong suốt thời gian sinh trưởng phát triển của cây lúa đến khoảng 75 ngày sau cấy. Sau đó để khô tự nhiên đến khi thu hoạch.
2.2.3.2. Thí nghiệm 2
Mục đích thí nghiệm là xác định ảnh hưởng của quá trình ngập nước đến sự chuyển hoa các dạng phất pho trong đất. Thí nghiệm được tiến hành trong phòng thí nghiệm với đất phù sa không được bồi hàng năm thuộc hệ thống sông Hồng, được lấy từ các điểm nghiên cứu ở Thái Bình. M ỗ i chậu thí nghiệm chứa 2 kg đất được làm ngập nước 5 em trong điều kiện không trồng
cây. Thí nghiệm lặp lại 3 lần. Xác định các dạng p theo thời gian 5-10-20-30- 45 ngày sau ngập nước. Đất trước thí nghiệm có pH (KC1) 5,65; mùn 2,24%;
p205 tổng số 0,092%; ni tơ tổng số 0,087%.
2.233. Thí nghiệm 3
Mục đích thí nghiệm là xác định ảnh hưởng của lượng bón phất phát đến các dạng phết pho trong đất. Thí nghiệm trong chậu trồng lúa CR203 với lượng đất 5 kg/chậu. Các lượng bón phết pho tăng dần theo thứ tự 0-50-100- 200-400-700 ppmP. Thí nghiệm được lặp lại 3 lần. Sau thí nghiệm, đất được làm khô và đem phân tích thành phần các nhóm phất phát. Đất thí nghiệm có pH (KC1) 5,65; mùn 2,24%; P205 tổng số 0,092%; ni tơ tổng số 0,087%.
2.2.4. Các phương pháp phân tích trong phòng thí nghiệm
Xác định các chỉ tiêu trong đất bằng những phương pháp có độ chính xác cao thường dùng phổ biến hiện nay trong các phòng phân tích đất ở Việt Nam [27]. Các phương pháp cụ thể như sau:
- Các phương pháp phân tích hoa học đất:
pH (KC1) được chiết bằng KC1 IN, đo bằng máy pH meter, tỷ lệ đất nước là 1/2,5 (W/V)
Mùn tổng số theo Tiurin
N tổng số theo Kenđan (Kjeldahl), công phá mẫu bằng H2S 04 và HC104
P205 tổng số bằng so màu xanh molipden, công phá mẫu bằng H2S 04 và HC104
K20 tổng số đo bằng quang kế ngọn lửa, công phá mẫu bằng H2S 04 và HC104 N H4 + bằng so màu với Nessler, chiết mẫu bằng KC1 0,1 N
N 03" theo phương pháp disunphophenic (theo Grandwal Lajoux) P205 dễ tiêu theo Oniani
K20 dễ tiêu theo Kiecxanop, đo bằng quang kế ngọn lửa
C a2 + và M g2 + bằng chuẩn độ bằng E D T A , chiết bằng KC1 0,1N
A l3 + theo Xokolop
F e2 + và F e3 + bằng so màu, chiết bằng H2S 04 0,1N; hiện màu F e2 + bằng o- phenanthrolin; Fe3 +đượ c khử về F e2 + bằng hidroxylamin.
Các nguyên tố kim loại nặng được xác định bằng phương pháp chiết trắc quang. Dạng di động được chiết rút bằng H N 03 I M . Dạng tổng số công phá mẫu đất bằng H2S 04 và H C 1 04.
- Phân tích các chỉ tiêu trong nước bằng các phương pháp thông thường.
- Phân tích HCBVTV bằng phương pháp sắc ký khí.
- Phân tích các nhóm phất phái và khả năng hấp phụ phất pho của đất:
Phân tích thành phần các nhóm phối phát theo Chang-Jackson, các nhóm phất phát được chiết bằng các dung dịch sau: Lân hoa tan trong nước chiết bằng N H4C 1 Ì N , P - A l chiết bằng N H4F 0,5 N , P-Fe chiết bằng N a O H 0,1 N và P-Ca chiết bằng H2S 04 0,5 N .
Hấp phụ phối pho: Hấp phụ phất pho ỏ các nồng độ khác nhau được xác • định bằng cách tăng dần lượng p cho vào ứng với các nồng độ 0-5-25-50-100
150-200-300 ppm, sau đó xác định lượng p trong dung dịch cân bằng. Lượng p bị hấp phụ sẽ được tính bằng hiệu giữa lượng p cho vào và lượng p không bị hấp phụ trong dung dịch cân bằng.
K h ả năng hấp phụ, trao đ ổ i và cố định phất pho xác định theo phương pháp Pagel-Mutscher (1982). Đất được làm bão hoa bằng dung dịch K H2P 04, lượng anion phất pho hấp phụ ( H2P 04 ) được trao đ ổ i ra bằng BO33-. Lượng p cố định được tính bằng hiệu giữa lượng p bị hấp phụ và lượng p được trao đ ổ i .
2.2.5. Phương pháp xử lý sô liệu
Các kết quả nghiên cứu được tổng hợp và xử lý theo các phương pháp thống kê toán học, bao gồm: Phương pháp thống kê (Statistics) và phương pháp thống kê mô tả (Descriptive Statistics), phân tích phương sai A N O V A (Analysis of Variance) và xác định sự sai khác nhỏ nhất có ý nghĩa L S D (Least Significant Difference) bằng áp dụng phần mền Statistic Version 3.5.
Dự báo sử dụng đất dựa vào phân tích chuỗi số liệu theo thời gian (Time Series Analysis).
Các phương pháp này được tham kháo trong cuốn "Phương pháp thống kê cho khoa học Môi trường và Nông nghiệp" (Statistical Methods for Environmental and Agricultural Sciences) [99].
Tính hệ số biến động thí nghiệm theo công thức:
Trong đổ cv = H ệ số biến động (Coefficient oi* Variance), M S = Sai số bình phương trung bình (Mean Square of Error), M = Số trung bình chung (Grand Mean).
M 100