CHƯƠNG 1. Lý do chọn đề tài Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL) nằm ở hạ lưu của sông Mê Kông, là trung tâm sản xuất nông nghiệp lớn nhất của cả nước. Những năm qua, ngành Nông nghiệp vùng ĐBSCL liên tục tăng trưởng, thực hiện nhiệm vụ bảo đảm an ninh lương thực quốc gia và xuất khẩu nông sản, đóng góp 31,4% GDP ngành nông nghiệp của cả nước, trong đó có 50% sản lượng lúa và 95% lượng gạo xuất khẩu (Phan Thị Cẩm Giang, 2022). Trong những năm gần đây xâm nhập mặn đã và đang diễn ra theo chiều hướng ngày càng nghiêm trọng ở các tỉnh ven biển ĐBSCL làm cho hệ thống canh tác lúa ngày càng giảm về diện tích, năng suất và sản lượng.
Số liệu thống kê ghi nhận trong năm 2016 tổng diện tích trồng lúa bị thiệt hại trực tiếp do xâm nhập mặn gần 140.000 ha (Cục Trồng trọt, 2016); năm 2020 thiệt hại 41. Các tỉnh có diện tích bị ảnh hưởng nhiều nhất do hạn hán và xâm nhập mặn gồm Cà Mau với gần 50.000 ha, Kiên Giang với trên 34.000 ha, Bến Tre trên 13.000 ha, Bạc Liêu và Trà Vinh trên 11. Nước mặn xâm nhập vào đất thời gian dài dẫn đến sự thay đổi một số đặc tính hóa, lý, sinh học đất, có tác động xấu đến các tiến trình chuyển hóa chất dinh dưỡng trong đất. Theo Brady and Weil (1996), đất nhiễm mặn chứa hàm lượng Na+ cao có những bất lợi về mặt cấu trúc đất, dẫn đến tác hại trực tiếp đến cây trồng.
Hiện nay, tình trạng khan hiếm nước ngọt do tác động của biến đổi khí hậu và khai thác sử dụng nước ở đầu nguồn sông Mê Kông đã không rửa mặn trong đất triệt để, về lâu dài sẽ làm cho đất bị mặn hóa và có thể trở nên mặn-sodic. Tại các địa phương bị nhiễm mặn theo mùa, việc rửa mặn trong đất được thực hiện vào mùa mưa để loại bỏ muối trong đất trước khi gieo sạ vụ lúa Hè Thu nhằm giảm bất lợi đến sự phát triển của cây lúa. Tuy nhiên, trong điều kiện thiếu nước ngọt và đặc tính đất canh tác lúa ở ĐBSCL có hàm lượng sét cao nên việc rửa mặn sẽ trở nên khó khăn hơn nếu không có biện pháp hỗ trợ thích hợp. Với những khó khăn trên, việc nghiên cứu giải pháp cải tạo đất hiệu quả để duy trì hiệu quả sản xuất lúa trên đất bị xâm nhiễm mặn trên cả hai phương diện: chất lượng đất và năng suất lúa là cần thiết.
Trước đây, nhiều nghiên cứu đã áp dụng biện pháp hóa học để cải tạo đất nhiễm mặn thông qua cơ chế trao đổi cation: sử dụng Ca2+ và Mg2+ đẩy Na+ ra khỏi phức hệ hấp thu của khoáng sét kết hợp với biện pháp thủy lợi rửa Na+ 1 khỏi dung dịch đất. Việc sử dụng phân hữu cơ kết hợp với vôi (CaCO3 hoặc CaO) hoặc thạch cao (CaSO4) đã cho thấy hiệu quả loại bỏ Na+ khỏi dung dịch đất. Theo Lâm Văn Tân và ctv (2014), bón phân hữu cơ và vôi giảm nồng độ Na+ trao đổi và giảm ESP trong đất nhiễm mặn, đồng thời tăng hàm lượng đạm hữu dụng, lân dễ tiêu, kali trong đất. Tương tự, theo Lê Văn Dũng và ctv (2018), sử dụng phân hữu cơ với lượng 5 tấn/ha kết hợp với CaCO3 với lượng 0,5 tấn/ha trên đất phèn nhiễm mặn giúp gia tăng pH đất, giảm độc chất nhôm, tăng khả năng chống chịu của cây lúa trong điều kiện nhiễm mặn.
Bên cạnh phân hữu cơ, biochar cũng được xem như một vật liệu cải tạo đất mặn hiệu quả (Ippolito et al. Bổ sung biochar có hiệu quả cải thiện các đặc tính vật lý, hóa học và sinh học của đất (Novak et al., 2014) như giảm dung trọng đất (Jien and Wang, 2013), cải thiện cấu trúc đất (Sun and Lu, 2014) và tăng độ thấm của đất (Jien and Wang 2013; Laird et al. Ngoài ra, trong thành phần của biochar có chứa hàm lượng K+ tự do cao thúc đẩy quá trình trao đổi ion, đẩy Na+ ra khỏi khoáng sét nên tăng hiệu quả rửa mặn. Bên cạnh các biện pháp cải tạo đất, việc sử dụng các chế phẩm hỗ trợ sự sinh trưởng và tăng khả năng chống chịu của cây lúa với hạn, mặn cũng đang được quan tâm.
Theo Joseph et al., (2007), bổ sung vi khuẩn nhóm Bacillus sp. và Burkholderia sp. giúp gia tăng năng suất cây trồng do vi khuẩn gia tăng khả năng cố định đạm trong đất và hormone kích thích sinh trưởng cây trồng như gibberellin, auxin và cytokinin. Ngoài ra, nhóm vi khuẩn Bacillus sp.
và Burkholderia sp. có khả năng hòa tan lân từ các phức hợp khó tiêu (Canbolat et al., 2006; Jiang et al. Sử dụng phân bón có chứa silic (Si) cũng được quan tâm vì Si giúp cây trồng gia tăng khả năng sinh trưởng và chống chịu với hạn, mặn bởi một số cơ chế sau: (1) Si giúp cây trồng gia tăng hấp thu K+ nên tăng tỉ lệ K+/Na+ ở tế bào rễ, do đó hạn chế sự hấp thu Na+ gây ngộ độc tế bào (Saqib et al., 2008; Hashemi et al., 2010); (2) Si góp phần làm gia tăng hàm lượng các enzyme oxi hóa - khử trong tế bào thực vật như superoxide dismutase, guaiacol peroxidase, ascorbate peroxidase, dehydroascorbate reductase và glutathione reductase ở cây trồng (Van der Vorm, 1980; Liang, 1999; Ma, 2003), giảm hàm lượng H2O2 gây hư hại tế bào; (3) Si còn gia tăng độ dày của lớp biểu bì tế bào thực vật giúp hạn chế sự mất nước, mất cation, ngăn chặn hư hại tế bào cây trồng (Gossett et al., 1994; Shalata and Tal, 1998; Meneguzzo et al. 2 Từ những vấn đề trên, việc nghiên cứu các giải pháp cải tạo đất và gia tăng sự chống chịu của cây lúa trong điều kiện bị ảnh hưởng của xâm nhập mặn thật sự cần thiết.
Vì vậy, đề tài “Biện pháp cải thiện chất lượng đất và năng suất lúa trên đất nhiễm mặn ở Đồng bằng sông Cửu Long” được thực hiện với giả thuyết bón phân hữu cơ và biochar có thể cải thiện một số đặc tính hóa, lý đất và hỗ trợ cho quá trình rửa mặn trong đất; bón chế phẩm vi sinh và phân silic góp phần tăng sự chống chịu của cây lúa. Từ đó, việc bổ sung các chế phẩm sẽ hỗ trợ cho sự sinh trưởng, phát triển của cây lúa thích ứng với biến đổi khí hậu tại huyện Thạnh Phú, tỉnh Bến Tre và huyện U Minh Thượng, tỉnh Kiên Giang góp phần duy trì hệ thống canh tác lúa 02-03 vụ/năm mang lại hiệu quả kinh tế cao trong điều kiện hạn, mặn đang trở nên nghiêm trọng hơn ở ĐBSCL. Mục tiêu nghiêu cứu 1. Mục tiêu tổng quát Nghiên cứu biện pháp cải thiện độ phì nhiêu vật lý, hóa học đất và năng suất lúa trên đất nhiễm mặn ở hai tỉnh ven biển Đồng bằng sông Cửu Long.
Mục tiêu cụ thể - Đánh giá hiện trạng các hệ thống cây trồng và xâm nhập mặn tại huyện Thạnh Phú, tỉnh Bến Tre và huyện U Minh Thượng, tỉnh Kiên Giang. - Đánh giá hiệu quả của phân hữu cơ và biochar trong cải thiện tính chất vật lý và hóa học đất nhiễm mặn. - Đánh giá ảnh hưởng của phân hữu cơ, biochar, phân silic và chế phẩm vi sinh đến sự sinh trưởng và năng suất lúa trên đất nhiễm mặn. - Đánh giá hiệu quả của phân hữu cơ và biochar đến khả năng rửa mặn trong đất nhiễm mặn.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu của đề tài là ảnh hưởng của các chế phẩm cải tạo đất gồm phân hữu cơ và biochar đến đặc tính vật lý, hóa học đất và năng suất lúa và vai trò của phân silic và chế phẩm vi sinh đến sự sinh trưởng và năng suất lúa. - Phạm vi nghiên cứu của đề tài trên đất đang canh tác lúa chịu ảnh hưởng của xâm nhập mặn theo mùa tại ấp Xẻo Kè, xã Thạnh Yên, huyện U Minh Thượng, tỉnh Kiên Giang và ấp Quí Thuận B, xã Hòa Lợi, huyện Thạnh Phú, tỉnh Bến Tre. Nội dung nghiên cứu của luận án - Nội dụng 1: Đánh giá hiện trạng sản xuất nông nghiệp và xâm nhập mặn tại huyện Thạnh Phú, tỉnh Bến Tre và huyện U Minh Thượng, tỉnh Kiên Giang. - Nội dung 2: Đánh giá hiệu quả của phân hữu cơ, biochar, phân silic, chế phẩm vi sinh trong cải thiện độ phì nhiêu vật lý, hóa học đất và năng suất lúa trên đất nhiễm mặn.
- Nội dung 3: Đánh giá vai trò của phân hữu cơ và biochar đến khả năng rửa mặn trên đất bị nhiễm mặn. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn Đề tài đã cung cấp thông tin về hiện trạng xâm nhập mặn ảnh hưởng đến sự thay đổi một số đặc tính trong đất gây bất lợi cho cây trồng. Đề tài có tính cần thiết, ý nghĩa khoa học và thực tiễn tìm ra các giải pháp phù hợp để cải tạo đất nhiễm mặn nhằm tăng khả năng rửa mặn, giảm hàm lượng Na+ trong đất, tăng khả năng giữ và cung cấp chất dinh dưỡng, gia tăng năng suất lúa. Kết quả nghiên cứu cho thấy, bón biochar 10 tấn/ha làm tăng khác biệt có ý nghĩa hàm lượng chất hữu cơ, lân hữu dụng, cải thiện dung trọng, độ xốp, ẩm độ hữu dụng ở tầng đất 0-15 cm và gia tăng năng suất lúa, tuy nhiên không cho thấy khác biệt có ý nghĩa đến pH, EC, CEC đất sau bốn vụ canh tác.
Ngoài ra, nghiên cứu cho thấy tốc độ thấm nước nhanh khi đất được bón biochar nên có thể giúp tăng hiệu quả rửa mặn. Biện pháp bón phân hữu cơ 3 tấn/ha cải thiện dung trọng, độ xốp, ẩm độ hữu dụng ở tầng đất 0-15 cm. Tuy nhiên, gia tăng không có ý nghĩa về năng suất lúa và pH, EC, ESP, CEC, chất hữu cơ và lân hữu dụng trong đất sau bốn vụ canh tác. Bón phân silic và chế phẩm vi sinh cũng chưa mang lại hiệu quả hỗ trợ sự sinh trưởng và phát triển của cây lúa, từ đó năng suất lúa chưa được cải thiện qua bốn vụ canh tác.
Tính mới của luận án Nghiên cứu của luận án đã xác định việc sử dụng biochar trong nghiên cứu như chất cải tạo đất có hiệu quả trong cải thiện độ phì nhiêu vật lý, hóa học đất thông qua việc cải thiện một số đặc tính vật lý, hóa học đất và gia tăng năng 4 suất lúa trên đất nhiễm mặn ở vùng nghiên cứu sau bốn vụ canh tác. Bên cạnh đó, bón biochar cũng cho thấy hiệu quả trong việc tăng tốc độ thấm từ đó tăng hiệu quả rửa mặn trong đất.