Tổng quan nghiên cứu

Biến đổi khí hậu đang tạo ra những áp lực chưa từng có đối với an ninh lương thực toàn cầu và sinh kế nông thôn tại Việt Nam. Huyện Nông Cống được xem là vựa lúa trọng điểm của tỉnh Thanh Hóa với diện tích canh tác lúa nước đạt gần 10.500 ha trên tổng diện tích tự nhiên 28.653,30 ha. Tuy nhiên, địa phương này nằm ở vùng trũng thấp nhất tỉnh, thường xuyên chịu tác động nặng nề của thiên tai và hiện tượng thời tiết cực đoan. Khi lượng mưa trong mùa mưa bão vượt quá 200 mm, hàng nghìn hecta lúa sắp đến kỳ thu hoạch luôn đứng trước nguy cơ mất trắng, đe dọa trực tiếp đến đời sống của hơn 75% dân số đang phụ thuộc vào sản xuất nông nghiệp.

Đề tài nghiên cứu được thực hiện nhằm đánh giá một cách toàn diện tác động của biến đổi khí hậu đến năng suất lúa tại huyện Nông Cống qua chuỗi số liệu 26 năm từ năm 1991 đến năm 2016, đồng thời phân tích các giải pháp thích ứng thực tế của cộng đồng dân cư địa phương. Nghiên cứu xác lập các mục tiêu cụ thể: định lượng mối quan hệ giữa các yếu tố khí tượng với năng suất lúa qua từng mùa vụ, đánh giá nhận thức bản địa về hiểm họa thiên tai và dự báo tiềm năng năng suất lúa đến năm 2030.

Công trình được thực hiện trong thời gian 13 tháng từ tháng 5/2016 đến tháng 5/2017. Kết quả nghiên cứu mang ý nghĩa thực tiễn to lớn, cung cấp cơ sở khoa học tin cậy giúp chính quyền địa phương hoàn thiện chính sách chuyển dịch cơ cấu mùa vụ, hỗ trợ người dân giảm thiểu từ 15% đến 20% thiệt hại do thiên tai và bảo vệ bền vững nguồn thu nhập nông hộ.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng dựa trên Công ước khung của Liên Hiệp Quốc về Biến đổi khí hậu năm 1992 và các báo cáo đánh giá của Ban Liên chính phủ về Biến đổi khí hậu năm 2007 và năm 2014. Khung lý thuyết cốt lõi bao gồm lý thuyết phân rã năng suất cây trồng, chia tổng năng suất thực tế thành hai thành phần độc lập: năng suất xu thế hình thành từ các tiến bộ khoa học kỹ thuật nông nghiệp và năng suất thời tiết tạo nên bởi sự biến động của các yếu tố khí hậu.

Bên cạnh đó, nghiên cứu áp dụng khung lý thuyết thích ứng khí hậu gồm 8 nhóm giải pháp của tổ chức khí hậu quốc tế và mô hình nông nghiệp thông minh thích ứng với khí hậu. Ba khái niệm chuyên ngành chủ đạo được sử dụng xuyên suốt công trình gồm:

  • Kịch bản biến đổi khí hậu RCP: Kịch bản nồng độ khí nhà kính đại diện dùng để mô phỏng biến đổi nhiệt độ và lượng mưa trong tương lai.
  • Năng suất thời tiết: Phần chênh lệch giữa năng suất thực thu và năng suất xu thế do điều kiện thời tiết từng năm chi phối.
  • Hệ số Fecner: Chỉ số thống kê xác định mối quan hệ tương quan đồng biến hoặc nghịch biến giữa dao động năng suất và các yếu tố khí hậu.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu của nghiên cứu kết hợp chặt chẽ giữa dữ liệu thứ cấp và dữ liệu sơ cấp. Dữ liệu thứ cấp bao gồm chuỗi số liệu khí tượng quan trắc 26 năm từ năm 1991 đến năm 2016 về nhiệt độ, lượng mưa, số giờ nắng của trạm khí tượng khu vực và số liệu niên giám thống kê năng suất lúa của huyện Nông Cống. Dữ liệu sơ cấp được thu thập thông qua quá trình điều tra thực địa và khảo sát xã hội học.

Cỡ mẫu điều tra sơ cấp gồm 30 hộ nông dân có trên 20 năm kinh nghiệm canh tác lúa nước, được lựa chọn theo phương pháp lấy mẫu ngẫu nhiên phân tầng theo khối tại các tiểu vùng sinh thái khác nhau trên địa bàn huyện. Đồng thời, nghiên cứu tổ chức 6 cuộc thảo luận nhóm chuyên đề với 30 lượt người tham gia ở độ tuổi từ 30 đến 60 tuổi dựa trên bộ công cụ đàm phán nông thôn của Trung tâm Nghiên cứu Nông lâm Quốc tế ban hành năm 2013.

Phương pháp phân tích trọng lượng điều hòa kết hợp hệ số Fecner và hàm hồi quy đa biến được lựa chọn làm công cụ xử lý định lượng chính. Lý do lựa chọn phương pháp này là khả năng loại bỏ hiệu quả tác động của tiến bộ kỹ thuật để cô lập chính xác ảnh hưởng thuần túy của các biến số khí hậu đến năng suất cây trồng. Toàn bộ quy trình nghiên cứu được triển khai đồng bộ trong khoảng thời gian từ tháng 5/2016 đến tháng 5/2017.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Nghiên cứu đã chỉ ra 4 phát hiện quan trọng về mối quan hệ giữa các yếu tố khí hậu cực đoan và năng suất lúa tại địa phương:

Thứ nhất, nhiệt độ không khí thấp và rét đậm rét hại kéo dài trong vụ Xuân là nguyên nhân hàng đầu làm suy giảm năng suất. Khi nhiệt độ trung bình ngày hạ xuống dưới ngưỡng 13°C vào giai đoạn gieo cạ, mạ non bị chết hàng loạt khiến chi phí gieo cấy lại tăng cao và làm giảm từ 15% đến 25% năng suất thực thu so với các năm có thời tiết thuận lợi.

Thứ hai, lượng mưa cực đoan trong vụ Mùa gây ra tác động tiêu cực kép. Trong giai đoạn đẻ nhánh, mưa lớn kéo dài cản trở quá trình phân nhánh của cây lúa. Ở giai đoạn chín thu hoạch, lượng mưa tích lũy trên 200 mm kết hợp gió bão gây đổ rạp và rụng hạt hàng loạt, làm thất thoát từ 20% đến 30% sản lượng lúa toàn vụ.

Thứ ba, nhận thức cộng đồng về biến đổi khí hậu đạt mức độ đồng thuận rất cao. 100% số hộ được phỏng vấn đều nhận thấy rõ rệt xu hướng mùa hè ngày càng nắng nóng gay gắt với đỉnh điểm nhiệt độ từ 39°C đến 40°C, mùa đông ngắn hơn nhưng xuất hiện các đợt rét kỷ lục bất thường.

Thứ tư, tỷ trọng lao động nông nghiệp có sự chuyển dịch nhanh chóng gắn liền với rủi ro thiên tai. Giai đoạn 2015 - 2016, tỷ lệ lao động nông nghiệp tại huyện đã giảm từ 72,63% xuống còn 68,46%, nhường chỗ cho lao động công nghiệp và dịch vụ nhằm tìm kiếm nguồn thu nhập ổn định hơn trước những rủi ro mùa màng.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân cốt lõi khiến huyện Nông Cống chịu tổn thương sâu sắc trước biến đổi khí hậu bắt nguồn từ cấu trúc địa hình lòng chảo. Với 74% diện tích là vùng đồng bằng trũng thấp, huyện là nơi hứng trọn dòng chảy nước mặt đổ về từ dãy núi Nưa cao 414 m cùng hệ thống sông Yên và sông Nhơm. Khi xuất hiện mưa lớn cực đoan kết hợp triều cường, toàn bộ hệ thống thoát nước bị tê liệt, biến các cánh đồng lúa thành vùng ngập lụt cục bộ dài ngày.

Kết quả nghiên cứu này hoàn toàn tương thích với các cảnh báo của Viện Môi trường Nông nghiệp, khi dự báo năng suất lúa Xuân tại các tỉnh phía Bắc có nguy cơ giảm 405,8 kg/ha và lúa Mùa giảm 429 kg/ha vào năm 2030. Hiện tượng thời tiết cực đoan cũng làm bùng phát các dịch bệnh nguy hiểm như sâu cuốn lá và rầy nâu, làm giảm chất lượng lúa gạo thương phẩm tương tự như các nghiên cứu tại khu vực Bắc Trung Bộ.

Về mặt trực quan hóa, toàn bộ mối quan hệ này được thể hiện rõ qua biểu đồ đường xu thế năng suất giai đoạn 1991 - 2016. Khi đối chiếu giữa đường biểu diễn năng suất thực tế và năng suất dự tính từ phương trình hồi quy đa biến, mức độ sai số dự tính luôn nhỏ hơn sai số cho phép với độ bảo đảm tin cậy đạt trên 80%, khẳng định mô hình toán học phản ánh rất sát thực tế đồng ruộng.

Đề xuất và khuyến nghị

Nghiên cứu đề xuất 4 nhóm giải pháp trọng tâm nhằm nâng cao khả năng thích ứng với biến đổi khí hậu trong sản xuất lúa:

Thứ nhất, chuyển đổi cơ cấu giống và điều chỉnh lịch thời vụ. Thay thế các giống lúa dài ngày truyền thống bằng 100% các giống lúa lai, lúa thuần ngắn ngày có khả năng chống chịu hạn, kháng rét đậm ở vụ Xuân và chịu ngập úng ở vụ Mùa. Mục tiêu duy trì năng suất lúa bình quân toàn huyện ổn định trên 60 tạ/ha trong giai đoạn 2018 - 2022. Trách nhiệm thực hiện thuộc về Phòng Nông nghiệp và Phát triển nông thôn phối hợp cùng Trạm Khuyến nông huyện.

Thứ hai, nâng cấp và kiên cố hóa hệ thống hạ tầng thủy lợi tiêu thoát lũ. Tiến hành nạo vét toàn diện các trục sông tiêu chính như sông Nhơm và sông Thị Long, nâng công suất tiêu úng của các trạm bơm đầu mối lên mức đáp ứng lượng mưa 250 - 300 mm trong 24 giờ. Lộ trình thực hiện từ năm 2018 đến năm 2025 dưới sự chỉ đạo của Ủy ban nhân dân huyện Nông Cống kết hợp nguồn vốn ngân sách tỉnh.

Thứ ba, mở rộng quy trình kỹ thuật canh tác nông nghiệp thông minh. Áp dụng đồng bộ kỹ thuật thâm canh lúa cải tiến, che phủ màng nilon chống rét 100% diện tích mạ vụ Xuân và chuyển đổi linh hoạt hơn 1.000 ha đất trồng lúa kém hiệu quả sang trồng mía hoặc cây rau màu chịu ngập. Giải pháp này hướng tới giảm 20% lượng phân bón hóa học và giảm 15% lượng nước tưới tiêu đến năm 2025, do các Hợp tác xã Dịch vụ Nông nghiệp và các hộ nông dân trực tiếp thực hiện.

Thứ tư, hoàn thiện mạng lưới cảnh báo sớm và bảo hiểm rủi ro thiên tai. Thiết lập trạm đo mưa tự động tại các cụm xã xung yếu để cung cấp thông tin dự báo khí tượng trước 48 đến 72 giờ, đồng thời triển khai thí điểm chương trình bảo hiểm nông nghiệp cho tối thiểu 50% diện tích lúa vùng trũng thấp trong giai đoạn 2020 - 2025. Cơ quan chủ trì là Phòng Tài nguyên và Môi trường huyện phối hợp cùng các công ty bảo hiểm.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Công trình nghiên cứu mang giá trị thực tiễn và học thuật cao, phục vụ thiết thực cho 4 nhóm đối tượng chính:

  1. Cơ quan quản lý Nhà nước và chính quyền địa phương: Lãnh đạo Ủy ban nhân dân các cấp, cán bộ Phòng Nông nghiệp và Phát triển nông thôn, Phòng Tài nguyên và Môi trường tại Thanh Hóa và các tỉnh duyên hải miền Trung sử dụng luận văn làm tài liệu định hướng quy hoạch 13.057 ha đất nông nghiệp và xây dựng kế hoạch hành động ứng phó thiên tai cấp huyện.

  2. Giảng viên, nghiên cứu sinh và sinh viên ngành Môi trường - Nông nghiệp: Công trình cung cấp phương pháp luận chuẩn mực về ứng dụng phương pháp trọng lượng điều hòa và hệ số Fecner trong phân tích chuỗi dữ liệu khí hậu 26 năm, đóng vai trò là tài liệu tham khảo chất lượng cho các đề tài nghiên cứu chuyên sâu.

  3. Cán bộ khuyến nông và ban quản trị Hợp tác xã nông nghiệp: Sử dụng các phát hiện thực tế về tác động của rét hại, ngập úng để hướng dẫn nông dân bố trí khung lịch thời vụ chuẩn xác và áp dụng các kỹ thuật che phủ mạ, chọn giống kháng bệnh hiệu quả trên đồng ruộng.

  4. Các tổ chức phi chính phủ và cơ quan phát triển nông thôn: Áp dụng phương pháp đánh giá có sự tham gia của cộng đồng theo công cụ đàm phán nông thôn để thiết kế các dự án tài trợ sinh kế thích ứng biến đổi khí hậu và giảm nghèo bền vững cho người dân nông thôn.

Câu hỏi thường gặp

  1. Phương pháp phân tích trọng lượng điều hòa bằng hệ số Fecner có ưu điểm gì nổi bật? Phương pháp này giúp phân tách rành mạch giữa năng suất do tiến bộ khoa học kỹ thuật và năng suất do thời tiết tạo nên. Thông qua việc tính toán độ lệch cùng pha hay khác pha trên chuỗi dữ liệu 26 năm, phương pháp cho phép định lượng chính xác tác động thuần túy của các yếu tố khí tượng đến năng suất mà không bị nhiễu bởi các yếu tố phân bón hay giống.

  2. Vùng sản xuất lúa tại huyện Nông Cống chịu tổn thất lớn nhất vào giai đoạn nào trong năm? Thực tế quan sát cho thấy địa phương chịu thiệt hại nặng nề nhất vào vụ Mùa trong các tháng 9 và tháng 10. Khi lượng mưa ngày vượt ngưỡng 200 mm, nước lũ từ vùng đồi núi dồn về gây ngập úng trên diện tích gần 10.500 ha đất trồng lúa, làm giảm từ 20% đến 30% năng suất thu hoạch.

  3. Biện pháp kỹ thuật nào giúp người dân Nông Cống thích ứng hiệu quả với các đợt rét đậm vụ Xuân? Người dân địa phương đã ứng dụng rộng rãi kỹ thuật gieo mạ có che phủ màng nilon chống rét đạt tỷ lệ gần như tuyệt đối, kết hợp sử dụng các giống lúa lai ngắn ngày và điều chỉnh lùi lịch gieo cấy từ 5 đến 10 ngày để tránh các đợt không khí lạnh có nhiệt độ dưới 13°C.

  4. Năng suất lúa tại khu vực được dự báo biến động như thế nào đến năm 2030 theo kịch bản biến đổi khí hậu? Theo phương trình hồi quy dựa trên kịch bản phát thải trung bình, nhiệt độ gia tăng từ 1,3°C đến 1,7°C và lượng mưa biến động bất thường sẽ làm giảm tiềm năng năng suất lúa vụ Xuân khoảng 405,8 kg/ha và lúa vụ Mùa khoảng 429 kg/ha nếu không có các biện pháp can thiệp kỹ thuật kịp thời.

  5. Kết quả nghiên cứu của luận văn có thể áp dụng cho các địa phương khác không? Mô hình toán học và các giải pháp thích ứng hoàn toàn có thể nhân rộng cho các huyện thuần nông có điều kiện địa hình trũng thấp và chịu áp lực bão lũ tương đồng tại dải đồng bằng ven biển Bắc Trung Bộ như Triệu Sơn, Quảng Xương hay Nga Sơn.

Kết luận

  • Luận văn đã xác lập thành công phương pháp luận định lượng tác động của biến đổi khí hậu đến năng suất lúa thông qua chuỗi số liệu khí tượng và nông nghiệp 26 năm từ năm 1991 đến năm 2016.
  • Chứng minh rõ nét tác động tiêu cực của hai hiện tượng thời tiết cực đoan chính: rét đậm dưới 13°C làm suy giảm 15% đến 25% năng suất lúa Xuân và mưa ngập úng trên 200 mm làm mất từ 20% đến 30% sản lượng lúa Mùa.
  • Đánh giá toàn diện nhận thức bản địa và các biện pháp thích ứng thực tế của 30 hộ nông dân thâm canh lúa lâu năm tại vùng đất trũng huyện Nông Cống.
  • Dự báo chính xác xu thế suy giảm tiềm năng năng suất lúa đến năm 2030 theo các kịch bản biến đổi khí hậu của Bộ Tài nguyên và Môi trường.
  • Đề xuất hệ thống 4 nhóm giải pháp kỹ thuật canh tác và quản lý sản xuất khả thi, giúp ổn định an ninh lương thực và bảo vệ sinh kế cho hơn 68% lao động địa phương.

Đóng góp lớn nhất của công trình là cung cấp luận cứ khoa học thực tiễn vững chắc giúp chính quyền cơ sở chuyển đổi mô hình sản xuất lúa truyền thống sang nền nông nghiệp thông minh thích ứng với khí hậu. Trong giai đoạn tiếp theo từ năm 2018 đến năm 2025, các cấp chính quyền và cơ quan chuyên môn cần khẩn trương đưa các giải pháp này vào đề án tái cơ cấu ngành nông nghiệp của địa phương. Hãy tham khảo và áp dụng ngay các giải pháp thích ứng được đúc kết từ công trình nghiên cứu này để chủ động bảo vệ mùa màng và kiến tạo sinh kế nông nghiệp bền vững.