Nội dung

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ ------ ------ VŨ VĂN LONG ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG CUNG CẤP LÂN CỦA ĐẤT LÚA TRONG ĐIỀU KIỆN BÓN GIẢM LÂN, TƯỚI KHÔ-NGẬP LUÂN PHIÊN VÀ LUÂN CANH VỚI CÂY MÀU LUẬN ÁN TIẾN SĨ NGÀNH: KHOA HỌC ĐẤT MÃ NGÀNH: 62.62.01.03 Cần Thơ - 2018 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ ------ ------ VŨ VĂN LONG ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG CUNG CẤP LÂN CỦA ĐẤT LÚA TRONG ĐIỀU KIỆN BÓN GIẢM LÂN, TƯỚI KHÔ-NGẬP LUÂN PHIÊN VÀ LUÂN CANH VỚI CÂY MÀU LUẬN ÁN TIẾN SĨ NGÀNH: KHOA HỌC ĐẤT MÃ NGÀNH: 62.62.01.03 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS. TS. CHÂU MINH KHÔI Cần Thơ - 2018 LỜI CẢM TẠ Con xin kính dâng lên Cha và Mẹ đã suốt đời tận tụy nuôi con khôn lớn nên người, luôn động viên khích lệ tinh thần con học tập. Xin gửi lời cám ơn sâu sắc đến thầy Châu Minh Khôi, người hướng dẫn khoa học cũng là người luôn động viên, hướng dẫn tận tình em học tập, nghiên cứu và thực hiện luận án trong suốt thời gian học tập ở Trường. Xin gửi lời cám ơn đến thầy Nguyễn Minh Đông, thầy Nguyễn Văn Quí, thầy Trần Văn Dũng đã tận tình giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất giúp em thực hiện đề tài trong suốt quá trình học tập tại Trường. Xin chân thành cám ơn chị Nguyễn Hoàng Kim Nương, chị Đoàn Thị Trúc Linh, bạn Phạm Thị Mỹ Hạnh, bạn Huỳnh Thiện Khiêm, em Nguyễn Thị Trúc, em Nguyễn Thị Mộng Kha, em Võ Thị Ngọc Hiền, em Lê Ngọc Ngân và các anh, chị, em phòng thí nghiệm của Bộ môn Khoa học đất đã giúp đỡ tôi rất nhiều trong quá trình thực hiện đề tài nghiên cứu. Xin gửi lời cám ơn sâu sắc đến các bạn tập thể lớp Cao học Khoa học đất K18 đã giúp đỡ tôi rất nhiều trong quá trình học tập và thực hiện đề tài tại Trường. Xin gửi lời cám ơn đến GS. TS Lê Văn Hòa và TS. Phạm Phước Nhẫn (Khoa Nông nghiệp và SHƯD, Trường Đại học Cần Thơ) đã tạo điều kiện giúp em thu mẫu đất trên ruộng canh tác lúa bố trí thí nghiệm áp dụng tưới ngập-khô xen kẽ và bón giảm phân P tại huyện Tri Tôn, tỉnh An Giang. Xin gửi lời cảm ơn đến TS. Cao Văn Phụng (Liên hiệp các Hội Khoa học kỹ thuật TPHCM) đã tạo điều kiện giúp em thu mẫu đất trên ruộng canh tác lúa bố trí thí nghiệm áp dụng tưới ngập-khô xen kẽ và bón giảm phân P tại quận Ô Môn, Thành phố Cần Thơ. Xin gửi lời cám ơn đến TS. Nguyễn Quang Chơn (Viện Khoa học kỹ thuật Nông nghiệp Miền Nam) đã tạo điều kiện cho em thu mẫu đất trên thí nghiệm luân canh cây rau màu trên nền đất lúa tại huyện Hòa Bình, tỉnh Bạc Liêu. Sau cùng, xin gửi lời cám ơn đến Ban Giám đốc dự án CLUES (Climate change affecting Land use in the Mekong Delta: Adaptation of Rice-based Cropping Systems) là dự án hợp tác quốc tế giữa Trường Đại học Cần Thơ, Trung tâm nghiên cứu nông nghiệp quốc tế của Úc và Viện nghiên cứu Lúa Quốc tế (IRRI) dưới sự tài trợ của Trung tâm nghiên cứu nông nghiệp quốc tế của Úc (ACIARAustralian Center for International Agricultural Research) đã cho phép tôi tham gia và thực hiện đề tài trong khuôn khổ của dự án. Xin trân trọng cám ơn./. Tác giả luận án Vũ Văn Long i LÝ LỊCH KHOA HỌC I. LÝ LỊCH SƠ LƯỢC Họ và tên: Vũ Văn Long Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 21-04-1989 Nơi sinh: Hưng Yên Dân tộc: Kinh Tôn giáo: Không Địa chỉ: 408, ấp Sua Đũa, xã Vĩnh Hòa Hiệp, huyện Châu Thành, tỉnh Kiên Giang. Email: long62061102@student.ctu.edu.vn II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO 1. Đại học Ngành đào tạo: Khoa học đất Khóa: 33 Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo: 2007-2011 Tên luận văn: “Khảo sát ảnh hưởng của phân lân đến hàm lượng lân và tổng thu hút lân của cây bắp rau trên các vùng đất trồng rau chủ yếu ở Đồng bằng sông Cửu Long”. Người hướng dẫn khoa học: PGs. Ts Nguyễn Mỹ Hoa 2. Tiến sĩ Ngành đào tạo: Khoa học đất Thời gian đào tạo: 2011-2015 Tên luận án: “Đánh giá khả năng cung cấp lân của đất lúa trong điều kiện bón giảm lân, tưới khô-ngập luân phiên và luân canh với cây màu”. Người hướng dẫn khoa học: PGs. Ts. Châu Minh Khôi III. TRÌNH ĐỘ NGOẠI NGỮ Anh văn cấp độ B2. ii TÓM LƯỢC Lân (P) là nguyên tố cần thiết đối với sự sinh trưởng của cây trồng. Tuy nhiên, khả năng cung cấp P cho cây trồng thường bị giới hạn do P bị cố định bởi các phản ứng trong đất. Trong canh tác lúa ở Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL), nông dân thường có xu hướng bón dư thừa P để bù đắp cho lượng P bị cố định và lượng P dư thừa này được tích lũy trong đất qua nhiều vụ canh tác. Mặc khác, việc thay đổi biện pháp canh tác và quản lý, sử dụng đất để thích ứng với điều kiện xâm nhập mặn ngày càng gia tăng ở ĐBSCL đưa đến sự thay đổi các phản ứng hóa học trong đất ảnh hưởng đến độ hữu dụng của P. Kỹ thuật tưới ngập-khô xen kẽ (AWD-Alternative Wetting and Drying Irrigation) và luân canh lúa với cây trồng cạn là hai giải pháp đã và đang được triển khai áp dụng nhằm giúp tiết kiệm nước tưới và giảm rủi ro do xâm nhập mặn khi canh tác lúa trong mùa khô. Trong thời gian đất thông thoáng có thể làm thay đổi các phản ứng cố định-phóng thích P, do đó ảnh hưởng đến độ hữu dụng của P trong đất. Đề tài được thực hiện nhằm mục tiêu khuyến cáo bón phân P hợp lý cho đất canh tác lúa khi áp dụng các giải pháp thích ứng với điều kiện thiếu nước tưới trong mùa khô ở ĐBSCL dựa trên cơ sở đánh giá khả năng cung cấp P hữu dụng của đất trong điều kiện bón giảm phân P, áp dụng biện pháp tưới ngậpkhô xen kẽ và luân canh với cây trồng cạn. Các mục tiêu cụ thể của đề tài bao gồm: (1) Đánh giá ảnh hưởng của bón giảm phân P đến khả năng cung cấp P của đất và năng suất lúa; (2) Đánh giá ảnh hưởng của biện pháp tưới ngập-khô xen kẽ đến khả năng cung cấp P của đất và năng suất lúa; (3) Đánh giá ảnh hưởng của kết hợp biện pháp tưới ngập-khô xen kẽ và bón giảm phân P đến khả năng cung cấp P của đất và năng suất lúa; (4) Đánh giá ảnh hưởng của biện pháp luân canh cây rau màu trên nền đất lúa đến khả năng cung cấp P của đất. Thí nghiệm bón giảm phân P, tưới ngập-khô xen kẽ, kết hợp ngập-khô xen kẽ và bón giảm phân P được thực hiện trên cùng một ruộng thí nghiệm tại ba địa điểm, gồm (1) đất phù sa trồng lúa ba vụ/năm tại huyện Hòa Bình tỉnh Bạc Liêu, (2) đất phù sa trồng lúa ba vụ tại quận Ô Môn, Thành phố Cần Thơ và (3) đất phèn hoạt động tại huyện Tri Tôn tỉnh An Giang. Thí nghiệm bón giảm phân P thực hiện liên tiếp trong 7 vụ từ ĐX 2011-2012 đến ĐX 2013-2014. Thí nghiệm đồng ruộng được bố trí theo khối hoàn toàn ngẫu nhiên gồm 04 nghiệm thức và 3 lần lặp lại cho mỗi nghiệm thức. Các nghiệm thức bao gồm: (P 1) không bón phân P, (P2) bón 20 kg P2O5/ha, (P3) bón 40 kg P2O5/ha và (P4) bón 60 kg P2O5/ha tương đương liều lượng phổ biến của nông dân tại điểm thí nghiệm. Trong mỗi vụ, phân tích hàm lượng P hữu dụng trong đất vào giai đoạn lúa trổ và hàm lượng P trong hạt, P trong rơm. Tổng hấp thu P và năng suất rơm, hạt cũng được phân tích sau mỗi vụ. Sau 7 vụ canh tác, thu thập mẫu đất iii trên các nghiệm thức được bón phân P với liều lượng khác nhau để đánh giá sự thay đổi về hàm lượng P hữu dụng, tổng P tích lũy trong đất, độ bão hòa P của đất và tốc độ cung cấp P hữu dụng cho cây trồng. Thí nghiệm áp dụng biện pháp tưới ngập-khô xen kẽ và kết hợp giữa biện pháp tưới ngập-khô xen kẽ và bón giảm phân P được thực hiện trong 2 vụ ĐX 2011-2012 và vụ ĐX 20132014. Thí nghiệm được bố trí khối hoàn toàn ngẫu nhiên theo thể thức lô chínhphụ với 2 nhân tố: Nhân tố chính là quản lý nước và nhân tố phụ là bón giảm lượng phân P. Nhân tố quản lý nước bao gồm 3 chế độ tưới và 3 lần lặp lại: (NT+5) tưới ngập giống nông dân, (NT-15) tưới khi mực nước ruộng giảm xuống -15 cm so với mặt ruộng và (NT-30) tưới khi mực nước ruộng giảm xuống -30 cm so với mặt ruộng; Nhân tố về phân bón được bố trí bốn nghiệm thức P1, P2, P3 và P4 với liều lượng phân P tương tự như thí nghiệm bón giảm phân P. Phân tích hàm lượng P hữu dụng trong đất và giai đoạn lúa trổ và hàm lượng P trong hạt, trong rơm lúc thu hoạch. Sinh khối rơm và năng suất lúa cũng được ghi nhận. Ảnh hưởng của các mức độ tưới ngập-khô xen kẽ đến sự thay đổi về pH và EC trong nước và trong đất cũng được ghi nhận trong suốt vụ lúa. Thí nghiệm đánh giá ảnh hưởng của biện pháp luân canh cây rau màu trên nền đất lúa đến khả năng cung cấp P của đất được thực hiện trên vùng đất phù sa trồng lúa ba vụ tại huyện Hòa Bình, tỉnh Bạc Liêu. Cây rau màu được trồng vào vụ ĐX 2013-2014 bao gồm 4 nghiệm thức: Luân canh Lúa với (1) Bắp; (2) Đậu nành; (3) Mè; và (4) nghiệm thức đối chứng độc canh lúa. Mẫu đất được lấy sau vụ luân canh cây rau màu để phân tích hàm lượng P hữu dụng. Các chỉ tiêu về pH, EC, Fe hoạt động cũng được phân tích trong giai đoạn luân canh cây rau màu. Kết quả thí nghiệm cho thấy P hữu dụng trong đất khác biệt không có ý nghĩa thống kê khi không bón phân P hoặc bón ở liều lượng thấp 20 - 40 kg P2O5/ha so với mức bón phổ biến 60 kg P2O5/ha trong6 vụ lúa liên tiếp. Trong 7 vụ lúa liên tiếp, hàm lượng P trong rơm và trong hạt thay đổi không ý nghĩa khi áp dụng bón phân P với các liều lượng khác nhau. Sau 7 vụ lúa, không bón P và bón 20 kg P2O5/ha làm giảm hàm lượng P tổng trong đất so với thời điểm bắt đầu thí nghiệm. Ngược lại, bón 60 kg P2O5/ha làm gia tăng hàm lượng P tổng trong đất. Bón phân P ở liều lượng 40 kg P2O5/ha có thể giúp duy trì được quỹ P trong đất và bổ sung lượng P mất đi trong đất do cây trồng hấp thu. Khả năng hấp phụ P tối đa trên đất phèn hoạt động tại An ở ngưỡng 2000 mg P/kg và cao hơn khả năng hấp phụ P phụ tối đa trên đất phù sa tại Bạc Liêu (625-667 mg P/kg) và tại Cần Thơ (588-625 mg P/kg). Áp dụng các liều lượng bón phân P khác nhau sau 7 vụ liên tiếp không thay đổi có ý nghĩa khả năng hấp phụ P tối đa của các nhóm đất thí nghiệm. Kết quả của nghiên cứu đã cho thấy đất tại Cần iv Thơ và Bạc Liêu có khả năng rửa trôi P ra môi trường nếu tiếp tục duy trì sử dụng 60 kg P2O5/ha trong canh tác lúa. Trên đất phù sa canh tác lúa tại Bạc Liêu, kết quả ghi nhận áp dụng biện pháp tưới ngập-khô xen kẽ có thể tiết kiệm được 9-19% lượng nước tưới khi canh tác trong mùa khô trong cả 2 vụ ĐX 2011-2012 và ĐX 2013-2014. Áp dụng biện pháp tưới khi mực nước giảm -15 cm hay -30 cm không ảnh hưởng ý nghĩa đến P hữu dụng trong đất cũng như hàm lượng P trong hạt trong cả 2 vụ ĐX 20112012 và ĐX 2013-2014. Hàm lượng P trong rơm vào giai đoạn trổ ở nghiệm thức tưới ngập liên tục (0,56 %P2O5) và nghiệm thức NT-15 (0,56 %P2O5) cao khác biệt ý nghĩa với nghiệm thức tưới khi mực nước ruộng giảm -30 cm (0,23 %P2O5) trong vụ ĐX 2011-2012 nhưng khác biệt không ý nghĩa trong vụ ĐX 2013-2014. Áp dụng tưới khi mực nước ruộng giảm -30 cm đã gia tăng EC trong đất và năng suất lúa có xu hướng giảm. Khác biệt về năng suất lúa không có ý nghĩa thống kê giữa nghiệm thức tưới ngập liên tục và tưới khi mực nước giảm -15 cm trong cả 2 vụ ĐX 2011-2012 và ĐX 2013-2014. Khi áp dụng kết hợp tưới ngập-khô xen kẽ và bón phân P ở các liều lượng khác nhau, tưới khi mực nước ruộng giảm -30 cm đã giảm P hữu dụng trong đất và sinh khối rơm cây lúa so với duy trì mực nước ruộng hoặc tưới khi mực nước ruộng giảm -15 cm. Trên đất phù sa phát triển tại Bạc Liêu, P hữu dụng trong đất giữa nghiệm thức độc canh lúa khác biệt không ý nghĩa so với các nghiệm thức luân canh lúa và các cây rau màu vào giai đoạn trước khi gieo sạ. Vào giai đoạn 45 NSKS (giữa vụ) và giai đoạn thu hoạch, P hữu dụng trong đất ở nghiệm thức độc canh lúa cao khác biệt ý nghĩa so với nghiệm thức luân canh lúa-bắp, nhưng khác biệt không ý nghĩa với nghiệm thức luân canh lúa-đậu nành hoặc lúa-mè. Áp dụng biện pháp tưới ngập-khô xen kẽ ở mức độ -15 cm kết hợp với bón phân P ở liều lượng 40 kg P2O5/ha được khuyến cáo áp dụng cho đất phù sa canh tác lúa tại Bạc Liêu và những vùng có điều kiện tự nhiên tương tự vừa có thể giúp tiết kiệm được chi phí về bơm tưới, phân bón, vừa có thể duy trì được P trong đất và năng suất lúa mà vẫn không làm gia tăng tình trạng tích lũy P trong đất. Biện pháp luân canh cây rau màu trên nền đất lúa có thể được áp dụng nhằm thay thế cho mô hình độc canh cây lúa. Trong hệ thống canh tác này, có thể duy trì và cải thiện P hữu dụng trong đất cung cấp cho vụ lúa tiếp theo. Từ khóa: bón giảm phân lân, lân hữu dụng trong đất, luân canh lúa-rau màu, tích lũy lân trong đất, tưới ngập-khô xen kẽ. v ABSTRACT Phosphorus (P) is an essential nutrient for crop growth. In soils, the pools of P available for plant utilization are often limited because this element can be fixed by soil chemical processes to form insoluble compounds. In the Vietnam’s Mekong Delta (MD), farmers have traditionally applied high P fertilizer to compensate the P fixed in soil and P removed from harvest. Over the years, this high application has increased soil P accumulation in the paddy soil. On the other hand, changes in cropping patterns and soil management and soil uses to cope with the salinity intrusion which has been rising in the MD could change soil reactions and consequently, affecting the P-supplying capacity of soil. Alternative wetting and drying (AWD) irrigation technique and crops rotation for the rice-based cropping system have been being applied to reduce irrigating water and salinity intrusion risk as cultivating rice in the dry season. During the drying period, high oxygen diffusing into soil may change the redox potential of soil, which in turn change the P fixation and P adsorption-desorption reactions. Thus, affecting P availability in the paddy soil. This study aimed at achieving P fertilization recommendation when applying the cropping practices to cope with fresh water scarcity in dry season in the MD. This was based on quantifying the soil P-supplying capacity when applying (1) reduced P fertilizer application, (2) AWD irrigation and (3) rotation of rice with upland crops. The detail objectives of this study were to: (1) assess the effects of reduced P fertilizer application to soil P-supplying capacity and rice yield; (2) determine the effects of applying AWD irrigation technique to soil P-supplying capacity and rice yield; (3) evaluate the effects of applying AWD irrigation in combination with reduced P fertilizer application to soil P-supplying capacity and rice yield; and (4) assess the effect of crop rotation on rice-based cropping system to soil P-supplying capacity. The field experiment was conducted in three triple rice cropping areas, on alluvial soils in Hoa Binh district, Bac Lieu province and in O Mon district, Can Tho city and on acid sulfate soil in Tri Ton district, An Giang province. The reduced P fertilizer application experiment was in completely randomized block design with four fertilizer P application rates: 0, 20, 40 and 60 kg P 2O5/ha, of which the highest P application rate represented common P rate used by farmer’s practice in the studied area. There were three replicates for each treatment. The experiment was conducted during 7 consecutive crops. At each crop, the changes in total and available P contents in soil and rice plants (tiller, straw, grain) as well as rice biomass and grain yields were analyzed. In the last vi crop, the changes of soil available and total P contents as well as soil P-fixing capacity and P diffusing rates were analyzed. The field experiments of AWD irrigation application and AWD irrigation application in combination of reduced P fertilizer application were carried out in two seasons: Winter-Spring (WS) 2011-2012 and WS 2013-2014. The field experiment was laid out in a completely randomized block with split-plot design: The main factor was water management and the sub-factor was reduced P fertilization. The main factor was three water regimes: (NT+5) continuously flooded; (NT-15) irrigated when the water level dropped to -15 cm below the surface of the soil; and (-NT-30) irrigated when the water level dropped to -15 cm below the surface of the soil. P fertilization was applied with four rates as described in the above reduced P fertilizer application. The cropping rotation experiment was conducted at WS 2013-2014 season at Hoa Binh district, Bac Lieu province. The experiment was laid out in a completely randomized blocked design with three replications. Experimental treatments included: rice monoculture (R-R-R) and rotation cropping systems, including rice in rotation with corn (R-C-R), soy bean (R-S-R) and sesame (R-Se-R). At harvesting of the upland crops, soils were sampled to analyzed available P in different treatments. During the growth of upland crops, the changes in soil pH, EC and active Fe were also monitored. The results showed that available P in the treatments applied with 0 and 20 kg P2O5/ha did not differ significantly the treatments applied with 40 and 60 kg P2O5/ha through 6 consecutive crops. Also, there were no significant differences in the P contents in rice straws and grains among all the treatments applied with 0, 20, 40 and 60 kg P2O5/ha. After 7 crops, the soil total P in the treatments applied with 0 and 20 kg P2O5/ha was decreased compared to those at the start of the experiment. By contrast, the treatment applied with 60 kg P2O5/ha increased the soil total P. The results showed that applying 40 kg P2O5/ha maintained the pool of P in soil and supplemented the P amount removed by rice uptake. The maximum P-adsorption capacity (MPAC) in the acid sulfate soil at An Giang was 2000 mg P/kg, significantly higher than the MPAC in the alluvial soil in Bac Lieu (625-667 mg P/kg) and in Can Tho (588-625 mg P/kg). The results from this study revealed that the soil in Bac Lieu and Can Tho had a risk of leaching P to the environment if remained applying P fertilizer at 60 kg P2O5/ha. Application of AWD irrigation technique in rice cultivation on the alluvial soil in Bac Lieu saved 9-19% irrigating water as compared with the continuously flooded treatment in both WS 2011-2012 and WS 2013-2014 seasons. Irrigating vii when the water level dropped to -15 cm or -30 cm resulted in no significant differences in soil available P and P contents in rice grain compared with the continuously flooded treatment in both dry seasons. In WS 2011-2012, the P content in the rice straw at the flowering stage in the NT-30 treatment (0.23 %P2O5) was significantly lower than in the continuously flooded treatment (0.56 %P2O5) and NT-15 treatment (0.56 %P2O5). However, the difference was not significant in WS 2013-2014. Irrigating when the water level dropped to -30 cm resulted in higher soil EC and reduced rice yield. Combination of AWD irrigation technique and reduced P fertilizer application resulted in no significant differences in soil P availability as well as the P contents in rice straw, grain, biomass and yield. In the alluvial soil in Bac Lieu, there was no statistical difference in soil available P content in the mono-rice treatment as compared with the rotation treatments at the start of the experiment. At 45 days after sowing and harvest stage, soil available P content in the mono-rice treatment was significantly higher than that in the rice-corn treatment, but not significantly different as compared with the rice-soybean or rice-sesame rotation treatments. Applying AWD irrigation when the water level dropped to -15 cm combined with applying P fertilizer at a rate of 40 kg P2O5/ha was recommended for growing rice on the alluvial soil in Bac Lieu. This recommendation can also be applied for other areas of similar natural conditions. A combination of AWD irrigation and reduced P fertilizer application could save input costs of irrigation and fertilizer while maintaining the soil P pool and rice yield. Growing vegetable crops in rotation with rice on the triple rice-based cropping system can be implemented to replace the traditional mono-rice cultivation. In the rotation systems, the soil P availability can be maintained or improved to supply the followed rice crop. Keywords: alternative wetting and drying irrigation, available P, P accumulated in soil, reduced fertilizer P application, rice-upland crop rotation. viii