Trường ðại học Nông nghiệp 1 - Luận văn Thạc sỹ khoa học Nông nghiệp
v
3.1.
ðối tượng nghiên cứu 44
3.2.
ðịa ñiểm nghiên cứu 45
3.3.
Nội dung 45
3.4.
Phương pháp 45
3.4.1.
Theo dõi, quan trắc trên thí nghiệm ô thửa tại nông hộ 45
3.4.2.
Lấy mẫu và phân tích ñất, nước tưới, nước mưa, phân hữu cơ 46
3.4.3.
Hiệu chỉnh mô hình GLEAMS và sử dụng tính chu chuyển lân, xây
dựng kịch bản 46
4. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 50
4.1.
Các thông số ñầu vào của mô hình GLEAMS và hiệu chỉnh 50
4.1.1.
Thông số khí hậu 50
4.1.2.
Nhóm thông số về tính chất ñất 54
4.1.3.
Cây trồng 56
4.1.4.
Các thông số canh tác 59
4.1.5.
Hiệu chỉnh mô hình theo kết quả phân tích ñộ ẩm, nitrat và lân dễ tiêu
(Olsen) trong ñất tại ñiểm nghiên cứu 61
4.2.
Cân bằng lân trong hệ thống cây trồng thâm canh rau nhiều vụ 68
4.3.
Xây dựng các kịch bản (phương án) 71
5. KẾT LUẬN VÀ ðỀ NGHỊ 77
5.1. Kết luận 77
5.2. ðề nghị 77
TÀI LIỆU THAM KHẢO 80
PHỤ LỤC 87
Trường ðại học Nông nghiệp 1 - Luận văn Thạc sỹ khoa học Nông nghiệp
vi
Thuật ngữ viết tắt trong luận văn
Chữ viết tắt Nghĩa của từ viết tắt
ATP Adenosine Triphosphate
Bộ NN & PTNT Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn
BS ðộ no bazơ (Base saturation)
ðTM ðánh giá tác ñộng môi trường
EPA Tổ chức bảo vệ môi trường (Environmental Protection Agency)
FAO Tổ chức nông lương của Liên hợp quốc (Food and Agriculture
Organization)
FC Sức chứa ẩm ñồng ruộng (Field capacity)
IFA Tổ chức phân bón thế giới (International Fertilization Agency)
Max Tối ña
Min Tối thiểu
NADP Nicotinamide Adenine Dinucleotide Phosphate
nnk Những người khác
Nts ðạm tổng số
NXB Nhà xuất bản
Pts Lân tổng số
Std ðộ lệch chuẩn (Standard deviation)
TB Trung bình
TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam
TP Thành phố
TPCG Thành phần cơ giới
WP ðộ ẩm cây héo (Wilting point)
Trường ðại học Nông nghiệp 1 - Luận văn Thạc sỹ khoa học Nông nghiệp
vii
Danh sách các bảng
Bảng 2.1 Hàm lượng lân tổng số và dễ tiêu ở một số loại ñất Việt Nam 8
Bảng 2.2 Hàm lượng lân tổng số và dễ tiêu ở một số nhóm ñất chính của Việt Nam 9
Bảng 2.3 Hiệu lực phân lân ñối với lúa trên một số loại ñất 16
Bảng 2.4 Lượng phân bón hoá học sử dụng tại Việt Nam từ 1962-2003 (nghìn tấn) 18
Bảng 2.5 Nhu cầu dinh dưỡng N, P, K của một số cây trồng 20
Bảng 2.6 Nhu cầu dinh dưỡng P của một số cây rau 21
Bảng 2.7 Chỉ thị dinh dưỡng lân trong lá một số loại rau 22
Bảng 2.8 Các file của mô hình GLEAMS 32
Bảng 3.1 Cơ cấu cây trồng chuyên rau tại ñiểm nghiên cứu 44
Bảng 3.2 Chỉ tiêu và phương pháp phân tích ñất 47
Bảng 3.3 Chỉ tiêu và phương pháp phân tích nước tưới, nước mưa, phân bón và cây
trồng 49
Bảng 4.1 Mưa và nước tưới tại thửa theo dõi 53
Bảng 4.2 Tính chất ñất và một vài thông số ban ñầu ñưa vào mô hình 56
Bảng 4.3 Một số ñặc tính cây trồng trong mô hình 57
Bảng 4.4 Hệ số của cây trồng trong mô hình (1) 58
Bảng 4.5 Hệ số của cây trồng trong mô hình (2) 58
Bảng 4.6 Năng suất, N-yield và P-yield giữa mô phỏng và thực tế của các cây trồng 59
Bảng 4.7 Ngày trồng, thu hoạch, ngày bón phân, lượng bón cho các cây trồng 60
Bảng 4.8 Phân bón ñã sử dụng cho các cây trồng (bao gồm cả vô cơ và hữu cơ). 61
Bảng 4.9 ðộ ẩm ñất tại ñiểm nghiên cứu (%) 63
Bảng 4.10 Kết quả phân tích ñạm dễ tiêu N-NO
3
64
Bảng 4.11 Kết quả phân tích lân dễ tiêu (Olsen) của ñất tại ñiểm nghiên cứu 65
Bảng 4.12 Giá trị trung bình hàm lượng nitrat và lân thấm sâu 68
Bảng 4.13 Cân bằng lân của hai năm theo dõi (kg P/ha) 69
Bảng 4.14 Phân hữu cơ bón vào ở các kịch bản 73
Bảng 4.15 ðạm và lân từ phân khoáng (NPK, urea, supe photphat ñơn) trong ba kịch
bản 74
Bảng 4.16 Năng suất và lân hấp thu trong phần thu hoạch của các kịch bản 75
Bảng 4.17 Cân bằng lân trong 3 kịch bản (kg P/ha) 76
Trường ðại học Nông nghiệp 1 - Luận văn Thạc sỹ khoa học Nông nghiệp
viii
Danh sách các hình và ñồ thị
Hình 2.1 Chu trình lân 13
ðồ thị 2.2 Lượng phân lân hóa học tiêu thụ tại Việt Nam 1962-2003 (nghìn tấn) 19
Hình 2.3 Cấu trúc của mô hình NUTMON 28
Hình 2.5 Cấu trúc sơ lược của mô hình GLEAMS 31
Hình 2.6 Chu trình N trong ñất 33
Hình 2.7 Chu trình P trong ñất 35
ðồ thị 4.1 Nhiệt ñộ trung bình và ñiểm sương ñiểm nghiên cứu (trung bình 2003-
2005) 51
ðồ thị 4.2. Tốc ñộ gió và năng lượng bức xạ mặt trời (trung bình 2004-2005) 52
ðồ thị 4.3 Diễn thế mưa tại ñiểm nghiên cứu (trạm khí tượng Liên Mạc, Hà Nội) 53
ðồ thị 4.4 Lượng nước tưới theo dõi ñược tại ñiểm nghiên cứu (2003-2005) 54
ðồ thị 4.5 So sánh diễn thế ñộ ẩm ñất mô phỏng và ño thực tế 64
ðồ thị 4.6 So sánh ñạm N-NO
3
trong ñất 0-40 cm, phân tích (chấm vuông), mô phỏng
(ñường nối hoặc liền) 65
ðồ thị 4.7 So sánh lượng P-PO
4
trong ñất 0-40 cm giữa mô phỏng (ñường nối hoặc
liền) với kết quả ño (chấm vuông) 66
ðồ thị 4.8 Diễn biến P-PO
4
trong ñất 0-40 cm toàn bộ thời gian mô phỏng (kg P/ha) 66
ðồ thị 4.9 Lượng nước thấm sâu và hàm lượng N-NO
3,
P-PO
4
trong nước thấm sâu 67
ðồ thị 4.10 Lân từ các nguồn phân hóa học, phân hữu và nước tưới ñưa vào hệ thống
69
ðồ thị 4.11 Lân lấy ñi khỏi hệ thống do cây trồng hấp thu, thấm sâu và rửa trôi 70
ðồ thị 4.12 Lân ñóng góp từ các nguồn ñưa vào hệ thống trong hai năm tại ñiểm Phúc
Lý 70
ðồ thị 4.13 Số phận lân ñưa vào hệ thống trong hai năm tại ñiểm Phúc Lý 71
Trường ðại học Nông nghiệp 1 - Luận văn Thạc sỹ khoa học Nông nghiệp
1
1. MỞ ðẦU
1.1. ðặt vấn ñề, tính cấp thiết của ñề tài
Lân là một trong ba nguyên tố ña lượng có vai trò quan trọng trong quá trình
quang hợp, hình thành và chuyển hoá năng lượng trong mọi hoạt ñộng trao ñổi chất
của cây.
Ở nước ta ñã có rất nhiều các kết quả nghiên cứu về vai trò của phospho ñối
với cây trồng. Tuy vậy những nghiên cứu một cách có hệ thống về chu trình phốt
pho, và ảnh hưởng của nó ñối với môi trường ñất thì chưa có nhiều. Mặt khác hầu
hết các nghiên cứu tập trung cho cây lúa hoặc một số cây công nghiệp, rất ít nghiên
cứu cho cây rau.
Ngày nay, ở nhiều nơi thâm canh cao bón nhiều lân, ñã dẫn ñến dư thừa và
có thể gây ra ô nhiễm môi trường ñất, nước cũng như gây phú dưỡng, ñe doạ nhiều
hệ sinh thái, nhất là các thuỷ vực. Chưa kể trong nhiều nguồn lân thường có kim
loại nặng.
Hơn nữa việc bón quá nhiều lân vượt qua yêu cầu dinh dưỡng của cây trồng
còn gây lãng phí tiền ñầu tư của người nông dân, hiệu quả sử dụng lân thấp, kém
bền vững.
Ngoài các phân tích vật lý và hoá học ñất, sử dụng các công cụ mô hình hoá
nhằm ñánh giá một cách hệ thống dòng chu chuyển các nguyên tố nói chung và lân
nói riêng ñã ñược các nhà nghiên cứu trong nước và trên thế giới quan tâm từ nhiều
thập kỷ trước ñây. Tuy vậy ở Việt Nam, các nghiên cứu kết hợp cả về yếu tố thổ
nhưỡng, phân bón, dinh dưỡng cây trồng và mô hình hoá còn rất ít. Những nghiên
cứu mô hình hoá, mô phỏng ở Việt Nam trong lĩnh vực cân bằng lân còn rất ít, chỉ
dừng lại phân tích hoá lý, hoặc xác ñịnh trạng thái lân trong ñất. Hầu hết các mô
hình cần phải ñược chỉnh lý và áp dụng vào các ñiều kiện cụ thể mỗi nơi với thông
số và cơ sở dữ liệu phù hợp.
Trong luận văn này, mô hình GLEAMS ñược lựa chọn ñể kiểm nghiệm và sử
dụng ñể nghiên cứu cân bằng lân. GLEAMS (Groundwater Loading Effect of
Trường ðại học Nông nghiệp 1 - Luận văn Thạc sỹ khoa học Nông nghiệp
2
Agricultural Management Systems, version 3.0, Knisel. W.G and F.M. David) [52]
là một mô hình ñã ñược khởi thảo từ những năm 70 tại Mỹ, ñược cải tiến dần, ñến
nay có thể sử dụng tính toán chu chuyển hai yếu tố lân, ñạm và thuốc bảo vệ thực
vật trong ñất nông hoặc lâm nghiệp không ngập nước qui mô ô thửa hoặc trang trại.
Tại rất nhiều nước, các nhà khoa học ñang ñiều chỉnh các thông số ñể ứng dụng mô
hình GLEAMS phục vụ nghiên cứu và sản xuất trong ñiều kiện cụ thể kể cả vùng
ôn ñới và nhiệt ñới (ví dụ Trung Quốc, Thụy ðiển ).
1.2. Mục ñích của luận văn
1. Xác ñịnh khả năng ứng dụng mô hình GLEAMS tính cân bằng lân ñối với
hệ thống thâm canh rau cạn trên ñất phù sa sông Hồng tại Từ Liêm, Hà Nội.
2. ðánh giá cân bằng lân của hệ thống thâm canh rau cạn nêu trên.
1.3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của ñề tài
1. Góp phần xác ñịnh khả năng ứng dụng một công cụ mô hình hóa ñánh giá
một cách hệ thống dòng chu chuyển lân ñối với cơ cấu cây trồng cạn thâm canh
trong ñiều kiện nhiệt ñới ẩm và ñất phù sa sông Hồng, Việt Nam.
2. Làm cơ sở khoa học cho việc mô phỏng mô hình hóa chu chuyển lân, góp
phần xây dựng một công cụ ñánh giá tác ñộng canh tác nông nghiệp ñến môi
trường, làm cơ sở xây dựng cơ cấu cây trồng hợp lý, tiết kiệm phân bón, giảm thiểu
ô nhiễm môi trường.
3. Góp phần xây dựng công cụ dự báo nguy cơ ô nhiễm tiềm ẩn ñối với các
dự án nông nghiệp thâm canh tập trung, giúp nhà khoa học, nhà quản lý ñánh giá tác
ñộng môi trường trong khung ñánh giá ðTM của nước ta. Hơn nữa việc xây dựng
mức cảnh báo ngưỡng ô nhiễm từ các hoạt ñộng nông nghiệp cũng rất cần thiết ñối
với nguyên tố lân, vì vậy nó bước ñầu gợi ý phương pháp luận cho việc xây dựng
ngưỡng ñối với chỉ tiêu này.
Trường ðại học Nông nghiệp 1 - Luận văn Thạc sỹ khoa học Nông nghiệp
3
1.4. Phạm vi nghiên cứu
ðề tài ứng dụng mô hình GLEAMS mô phỏng chu chuyển lân ñối với hệ
thống canh tác rau nhiều vụ trên ñất phù sa sông Hồng trong hai năm 9/2003-
8/2005, thuộc ñịa bàn thôn Phúc Lý, xã Minh Khai Hà Nội.
Trường ðại học Nông nghiệp 1 - Luận văn Thạc sỹ khoa học Nông nghiệp
4
2. TỔNG QUAN TÀI LIỆU
2.1. Vai trò cây rau và sản xuất rau ở vùng ngoại thành Hà Nội
Rau là loại thực phẩm không thể thiếu trong bữa ăn hàng ngày của con
người, nhất là với người Việt Nam. Theo nhiều nghiên cứu thì hàng ngày 1 người
Việt Nam cần 2300-2500 calo năng lượng, tác dụng của rau không phải là ñảm bảo
số calo chủ yếu trong khẩu phần ăn mà là cung cấp ñủ chất xơ ñể kích thích hoạt
ñộng của nhu mô ruột và các vitamin cần thiết cho cơ thể (Trịnh Thị Thu Hương,
2001; Nguyễn Văn Thắng, Trần Khắc Thi, 2001) [16], [33]. Ngoài ra rau còn cung
cấp các protein, lipid, muối khoáng, axit hữu cơ và các hợp chất thơm (Tạ Thu Cúc
và nnk, 2000) [3].
Theo số liệu thống kê, diện tích trồng rau cả nước ñến năm 2000 là 445
nghìn ha, tăng 70% so với năm 1990 (261.090 ha). Bình quân mỗi năm tăng 18,4
nghìn ha (mức tăng 7%/năm). Trong ñó các tỉnh phía Bắc có 249.200 ha, chiếm
56% diện tích. Các tỉnh phía Nam là 196.000 ha, chiếm 44% diện tích canh tác.
Năng suất rau nói chung còn thấp và bấp bênh. Năm có năng suất cao nhất (1998)
mới ñạt 144,8 tạ/ha, bằng 80% so với mức trung bình toàn thế giới (xấp xỉ 180
tạ/ha). Năng suất trong năm 2000 là 13,5 tấn/ha, năm 2001 là 13,8 tấn/ha. Nếu so
với năm 1991 (11,55 tấn/ha), năng suất bình quân cả nước trong 10 năm chỉ tăng
2,25 tấn/ha (Trần Khắc Thi & Trần Trọng Hùng, 2001) [35].
Ngoài ra, ước tính với gần 12 triệu hộ nông dân ở nông thôn có diện tích
trồng rau gia ñình bình quân 30m
2
/hộ (cả rau cạn và rau mặt ao hồ), thì tổng sản
lượng rau cả nước năm 2001 khoảng 6,6 triệu tấn. Như vậy bình quân lượng rau
xanh xản xuất tính trên ñầu người ở nước ta vào khoảng 97 kg/người/năm (2004).
Nếu theo ước tính của nhà khoa học Pháp Dorolle (năm 1942) mỗi người cần
khoảng 130 kg rau/người/năm, ñiều này cho thấy cơ hội lớn ñể ngành trồng rau phát
triển mạnh (Nguyễn Văn Thắng, Trần Khắc Thi, 2001) [33].
Trong tổng số 90.000 ha cây hàng năm của Hà Nội, diện tích sản xuất rau
8000 ha, chiếm xấp xỉ 9%, với năng suất trung bình khoảng 18,7 tấn/ha (năm 2003),
Trường ðại học Nông nghiệp 1 - Luận văn Thạc sỹ khoa học Nông nghiệp
5
sản lượng ñạt 150.000 tấn, nếu tính theo tiêu chuẩn thấp, 62kg rau/ñầu người/năm
thì Hà Nội mới chỉ ñáp ứng ñược 20% nhu cầu (ðào Duy Tâm, 2006) [26].
Rau nhìn chung ñược sản xuất gần nơi tiêu thụ vì nó rất dễ hỏng, nhất là
trong môi trường nhiệt ñới ẩm như Việt Nam. Chính vì lẽ ñó rau thường ñược trồng
tại vườn nhà, ñối với ñô thị là vành ñai xung quanh thành phố. Sản xuất rau ở vùng
ngoại thành ñô thị ñang ñược quan tâm ñặc biệt là về khía cạnh môi trường sản
xuất, và theo ñánh giá gần ñây của nhà nghiên cứu về thâm canh rau tại Thanh Trì
và Từ Liêm ñã cho thấy ñất vùng ven ñô ñược coi là sạch theo tiêu chuẩn Việt Nam
phục vụ cho sản xuất nông nghiệp mặc dù các vùng này có chịu tác ñộng của chất
thải ñô thị hoặc chịu áp lực thâm canh cao.
Xét về mặt hiệu quả kinh tế, ở nước ta tính trung bình giá trị sản xuất 1 ha
rau gấp 2-3 lần 1 ha lúa (Trần Khắc Thi, 2001) [34]. Còn theo kết quả ñiều tra gần
ñây của ñề tài Rurbifarm và ðinh Việt Hưng (2005) với 7 hệ thống canh tác ñiển
hình ở Bằng B (Hoàng Mai), cơ cấu chuyên rau ñã cho thu nhập trung bình 156
triệu ñồng/ha. Với 20 hệ thống canh tác ñiển hình ở Phúc Lý (Từ Liêm), cơ cấu
chuyên rau ñã cho thu nhập trung bình 160 triệu ñồng/ha. Trong hệ thống chuyên
rau, cơ cấu luân canh rau nước cho thu nhập cao nhất ở Bằng B là rau muống- rau
cần và rau rút- rau cần; cơ cấu luân canh rau cạn cho thu nhập cao nhất ở Phúc Lý là
xà lách-xà lách-tỏi-mùi. Trong khi ñó hệ thống rau sạch ở Vân Nội (ðông Anh) cho
thu nhập là 150-250 triệu ñồng/ha. Rõ ràng giá trị trồng rau 1 ha thâm canh như vậy
cao gấp khoảng 5 lần 1 ha lúa. ðây chính là một ñộng lực thu hút nông dân chuyên
tâm trong canh tác rau. Nếu xét về quy mô nông hộ (ở Phúc Lý), thì trung bình mỗi
hộ cho thu nhập từ rau là 46 triệu ñồng/ha/năm, chi phí trung bình là 13 triệu
ñồng/năm, như vậy sẽ cho lãi là 33 triệu ñồng/năm (trung bình mỗi tháng lãi 2,75
triệu ñồng) [15], [56].
Sản xuất rau ngoại thành Hà Nội và những vùng lân cận có những ñặc ñiểm
rất cơ bản là (1) ña dạng về chủng loại (2) thâm canh cao. Theo nghiên cứu mới ñây
của ñề tài Rurbifarm và kết quả ñiều tra của ðinh Việt Hưng (2005) [15], [56], chỉ ở
Trường ðại học Nông nghiệp 1 - Luận văn Thạc sỹ khoa học Nông nghiệp
6
hai thôn Bằng B, thuộc quận Hoàng Mai và Phúc Lý, thuộc huyện Từ Liêm có tới
42 loại rau khác nhau trong ñó có 37 loại rau cạn (chiếm 88%) và 5 loại rau nước
(chiếm 12%). Chủng loại rau rất phong phú cả về loài cũng như thời vụ canh tác (có
26 cây rau có thời gian trồng là dài ngày, chiếm 62% và 16 cây rau có thời gian
trồng là ngắn ngày). Cũng từ nguồn số liệu này, với kết quả ñiều tra 22 hộ tại Phúc
Lý cho thấy trung bình 1 ha canh tác trong 1 năm ñược bón tới 20 tấn phân hữu cơ
(chủ yếu là phân gà, phân chim), 289 kg N, 142 kg P và 38 kg K. Có thể nhận xét
ngay là người dân bón mất cân ñối giữa ñạm và lân so với kali, theo Viện Thổ
nhưỡng Nông hóa tỷ lệ cân ñối N:P:K cho cải xanh là 1:0,75:0,8, cải bẹ là
1:0,5:0,75 (Sổ tay phân bón, 2005) [38].
2.2. Lân trong ñất và khả năng cung cấp lân của ñất cho cây trồng
2.2.1. Tổng quan về nguyên tố lân
Lân (Photpho- tiếng Latinh, Phosphorus- tiếng Anh), là nguyên tố hóa học
nhóm V hệ thống tuần hoàn Menñeleep, số thứ tự nguyên tử 15, khối lượng nguyên
tử 30,937. Photpho ñược nhà giả kim thuật Bran (H. Brandt) ở Hambourg tìm ra
năm 1669. Chưng cất bã rắn thu ñược khi cô cạn nước tiểu, Bran phát hiện sự phát
quang màu lục nhạt của chất lắng xuống trong bình cầu.
Trong ñộng vật, photpho có trong xương, cơ bắp, mô não và dây thần kinh.
Trong cơ thể người lớn có gần 4,5 kg photpho. Hầu như mọi quá trình sinh lý quan
trọng nhất ñều liên quan với sự biến hóa của những hợp chất chứa photpho. Photpho
là nguyên tố khá phổ biến trong tự nhiên, chiếm 0,093% khối lượng vỏ trái ñất.
Những khoáng vật quan trọng nhất của photpho là photphorit Ca
3
(PO
4
)
2
và apatit:
floapatit 3Ca
3
(PO4)
2
.CaF
2
và hydroxoapatit 3Ca
3
(PO4)
2
. Photpho trước kia chỉ
ñược biết ñến với ñồng vị bền
31
P, ñến năm 1934 Frédéric và Irène joliot Curie ñã
ñiều chế ñược
30
P. Ngày nay người ta ñã biết ñược 6 ñồng vị của photpho, một số
ñồng vị ñó ñược dùng làm nguyên tử ñánh dấu trong công trình nghiên cứu liên
quan ñến sinh học. Photpho có nhiều dạng thù hình: trắng, ñỏ, nâu, ñen, tím.
Không có nhận xét nào:
Đăng nhận xét