Tổng quan luận án

Luận án tiến sĩ nông nghiệp của tác giả Võ Thanh Phong có tiêu đề "Hiệu quả của các dạng phân đạm trên phát thải N2O, bốc thoát NH3 và năng suất trong canh tác lúa ở Đồng bằng sông Cửu Long", được thực hiện tại Trường Đại học Cần Thơ năm 2017 dưới sự hướng dẫn khoa học của PGs. Nguyễn Mỹ Hoa, thuộc chuyên ngành Khoa học Đất (Mã ngành: 62 62 01 03).

Khí nitrous oxide ($N_2O$) là một trong những khí nhà kính quan trọng gây nên hiện tượng biến đổi khí hậu toàn cầu. Theo báo cáo của Ủy ban Liên chính phủ về Biến đổi khí hậu (IPCC) và Tổ chức Khí tượng Thế giới (WMO), lượng phát thải $N_2O$ vào khí quyển ước tính khoảng 8,5 – 27,7 triệu tấn $N_2O$/năm và gia tăng trung bình 0,25% mỗi năm. Hoạt động nông nghiệp đóng góp từ 1,7 – 4,8 triệu tấn $N_2O$/năm, trong đó việc bón phân đạm gây phát thải trực tiếp khoảng 1,7 triệu tấn $N_2O$/năm. Tại ruộng lúa ngập nước, bón phân urê tạo ra phát thải khoảng 1,38 kg $N_2O$/ha mỗi vụ; đồng thời sự bốc thoát khí ammonia ($NH_3$) có thể làm thất thoát từ 20% đến 60% tổng lượng đạm bón. Mặc dù các dạng phân đạm cải tiến như urê trộn chất ức chế men urease nBTPT [$N$-(n-butyl) thiophosphoric triamide], phân NPK viên nén bón vùi sâu (Fertilizer Deep Placement - FDP) và phân chậm tan NPK IBDU (Isobutylidene diurea) đã được nghiên cứu ở một số dạng cây trồng cạn hoặc ruộng lúa ngập truyền thống, nhưng hiệu quả thực tế của chúng trên nền đất có sa cấu sét nặng tại Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL) và trong điều kiện quản lý nước tưới khô ngập luân phiên (Alternate Wetting and Drying - AWD) vẫn chưa được xác định đầy đủ. Luận án giải quyết khoảng trống này nhằm cung cấp cơ sở khoa học cho việc nâng cao hiệu quả sử dụng đạm, giảm thiểu ô nhiễm môi trường và duy trì năng suất lúa.

Mục tiêu tổng quát của luận án là đánh giá hiệu quả của việc bón các dạng phân đạm đối với sự phát thải $N_2O$, bốc thoát $NH_3$ và năng suất trong canh tác lúa tại ĐBSCL. Các mục tiêu nghiên cứu cụ thể được đánh số theo văn bản bao gồm:

  1. Đánh giá hàm lượng đạm trong nước và sự phân bố đạm trong đất giữa các dạng phân đạm theo thời gian sau các đợt bón phân cũng như sự phân bố đạm trong đất theo khoảng cách và độ sâu trong thí nghiệm đồng ruộng làm cơ sở cho việc đánh giá sự phát thải $N_2O$, sự bốc thoát $NH_3$ và khả năng cung cấp đạm cho cây lúa.
  2. Đánh giá ảnh hưởng của việc bón các dạng phân đạm đến sự phát thải khí $N_2O$ và năng suất lúa trong điều kiện tưới khô ngập luân phiên.
  3. Đánh giá hiệu quả làm giảm bốc thoát $NH_3$ của các dạng phân đạm cải tiến so với bón phân urê.
  4. Đánh giá hiệu quả của việc bón các dạng phân đạm trên năng suất lúa, hiệu quả nông học và hiệu quả thu hồi đạm so với bón phân urê.

Đối tượng nghiên cứu của luận án là bốn dạng phân đạm: phân urê truyền thống (46% N), phân urê-nBTPT (phân urê có phối trộn chất ức chế men urease), phân NPK viên nén (ép máy từ hỗn hợp urê + DAP + KCl) và phân chậm tan NPK IBDU. Giống lúa thí nghiệm là giống OM 6976 có hàm lượng sắt trong hạt gạo từ 6 – 8 mg/kg gạo trắng. Phạm vi nghiên cứu được thực hiện trên hai nhóm đất đại diện thuộc nhóm đất chính Gleysols (chiếm 1,9 triệu ha, tương đương 48% diện tích tự nhiên ĐBSCL):

  • Nhóm đất phèn tiềm tàng (Endo-ProtoThionic Gleysols) tại xã Tường Lộc và xã Mỹ Lộc, huyện Tam Bình, tỉnh Vĩnh Long.
  • Nhóm đất phù sa ven sông (Dystric-Rhodic Gleysols) tại xã Châu Điền, huyện Cầu Kè, tỉnh Trà Vinh. Thời gian thực nghiệm đồng ruộng diễn ra qua các vụ mùa: Đông Xuân 2012/2013, Hè Thu 2013 và Đông Xuân 2013/2014 trên hệ thống canh tác 3 vụ lúa mỗi năm.

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Luận án đã hệ thống hóa các hướng nghiên cứu trong nước và quốc tế về các dạng phân đạm, chu trình sinh hóa của chất đạm và các tiến trình thất thoát đạm trong đất lúa nước:

Về các dạng phân bón và chất ức chế urease: Watson et al. (1994) xác định tỷ lệ phối trộn nBTPT (Agrotain) vào urê thích hợp nhất từ 0,1 – 0,2%. Phân tử nBTPT bị oxy hóa thành nBPTO [$N$-(n-butyl) phosphoric triamide], có cấu trúc phân tử gắn vào vị trí hoạt động của men urease, làm chậm quá trình thủy phân urê thành ammonium ($NH_4^+$) (Saggar et al., 2013). Byrnes et al. (1989) sử dụng đồng vị $^{15}N$ chứng minh bón urê-nBTPT làm giảm thất thoát đạm từ 50% xuống 10% và tăng năng suất 38%. Tại ĐBSCL, Chu Văn Hách & Lê Văn Bảnh (2007) ghi nhận urê phối trộn Agrotain làm tăng hiệu quả nông học của đạm từ 19,2% đến 26,0% và tăng năng suất lúa từ 4,9% đến 7,6%.

Về phân NPK viên nén và kỹ thuật bón vùi sâu (FDP): Nghiên cứu của Kapoor et al. (2008) chỉ ra rằng bón vùi NPK viên nén giúp tăng năng suất (đạt từ 4,09 đến 6,07 tấn/ha tùy mức bón) và hiệu quả thu hồi đạm (đạt 61,5% đến 97,8%) cao hơn so với bón vãi. Islam et al. (2011), Naznin et al. (2014) và các báo cáo của IFDC (2013), USAID (2013) tại Bangladesh khẳng định kỹ thuật bón vùi NPK viên nén một lần duy nhất trong vụ giúp giảm 34 – 38% lượng đạm bón và tăng năng suất từ 4 – 36%. Tại miền Bắc Việt Nam, Nguyễn Thị Lan & Đỗ Thị Hường (2009) ghi nhận bón phân viên nén hỗn hợp ở mức 60 – 90 kg N/ha mang lại hiệu suất sử dụng đạm cao tại Thái Bình và Hưng Yên.

Về phân chậm tan IBDU: IBDU là sản phẩm trùng ngưng giữa urê và isobutyraldehyde, trong đó 90% đạm ở dạng khó tan trong nước (Sartain & Kruse, 2001; Trenkel, 2010). Các nghiên cứu của Hamamoto (1966), Prasad & De Datta (1979), Wells & Shockley (1975) và Carreres et al. (2003) cho thấy phân IBDU cung cấp dinh dưỡng kéo dài từ 40 đến 120 ngày, giảm bốc thoát ammonia xuống dưới 1% lượng N bón (Mikkelsen et al., 1978).

Về phát thải $N_2O$ và bốc thoát $NH_3$: Lượng phát thải $N_2O$ trực tiếp do bón phân đạm biến động từ 0,1% đến 5% lượng đạm bón (Mosier et al., 2004; Crutzen et al., 2008), tuân theo mô hình ước tính của Bouwman (1996): $E = 1 + 0,0125 \times F$ (trong đó $E$ là lượng $N_2O$ phát thải theo kg $N_2O$/năm và $F$ là lượng N bón theo kg N/năm). Các yếu tố đất đai ảnh hưởng đến phát thải $N_2O$ gồm thế oxy hóa khử Eh (tối đa ở Eh = +400 mV trong quá trình nitrate hóa và hình thành ở 0 mV trong quá trình khử nitrate; Masscheleyn et al., 1993; Yu, 2011), pH đất, sa cấu sét mịn (Goossens et al., 2001; Dalal et al., 2003) và kỹ thuật rút nước giữa vụ (Cameron et al., 2013; Lan et al., 2013). Về bốc thoát $NH_3$, Watanabe et al. (2009) xác định lượng đạm mất do bốc thoát $NH_3$ tại Cần Thơ, Bắc Giang, Hà Nội dao động từ 1,7% đến 14,6% lượng N bón; Ngô Ngọc Hưng (2009a) và Dong et al. (2012) khảo sát sự bốc thoát $NH_3$ trong điều kiện tưới tiết kiệm nước nhưng chỉ thực hiện trên phân urê thông thường. Tại miền Bắc Việt Nam, Nguyễn Văn Bộ và ctv (2016) khảo sát phát thải $N_2O$ của phân urê-nBTPT tại Nam Định (đạt 0,44 – 0,76 kg $N_2O$/ha so với urê là 0,62 – 0,93 kg $N_2O$/ha).

Khoảng trống nghiên cứu được luận án lựa chọn giải quyết: Chưa có công trình nào đánh giá đồng thời và toàn diện tác động của bốn dạng phân đạm (urê, urê-nBTPT, NPK viên nén và NPK IBDU) trên cả ba khía cạnh: phát thải $N_2O$, bốc thoát $NH_3$ và năng suất lúa trong điều kiện đất phù sa và đất phèn tiềm tàng có sa cấu sét nặng tại ĐBSCL dưới chế độ tưới khô ngập luân phiên (AWD).

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Cơ sở lý thuyết và khung phân tích

Luận án dựa trên lý thuyết chu trình sinh địa hóa của chất đạm trong môi trường đất lúa nước, bao gồm sáu tiến trình chuyển hóa chính:

  1. Sự cố định đạm sinh học: Do enzyme nitrogenase của vi sinh vật khử $N_2$ thành $NH_3$ ($N_2 + 8H^+ + 8e^- \rightarrow 2NH_3 + H_2$; Postgate, 1998; Herridge et al., 2008).
  2. Tiến trình khoáng hóa (Amoni hóa): Chuyển hóa đạm hữu cơ nhóm amine ($R\text{-}NH_2$) thành ion $NH_4^+$ ($R\text{-}NH_2 + O_2 \rightarrow R\text{-}OH + CO_2 + NH_3$; Bernhard, 2010; Võ Thị Gương và ctv, 2010).
  3. Tiến trình nitrate hóa và khử nitrate: Nitrate hóa xảy ra ở lớp đất mặt hiếu khí hoặc vùng 0 – 2 mm quanh rễ lúa ($NH_4^+ \rightarrow NO_2^- \rightarrow NO_3^-$), tạo ra sản phẩm phụ là $N_2O$ và NO (Reddy & Patrick, 1986; Firestone & Davidson, 1989). Khử nitrate xảy ra ở tầng đất kỵ khí khử các oxide nitơ ($NO_3^- \rightarrow NO_2^- \rightarrow NO \rightarrow N_2O \rightarrow N_2$), trong đó $N_2O$ là sản phẩm trung gian bắt buộc (Garcia & Tiedje, 1982; Buresh & De Datta, 1990).
  4. Tiến trình oxy hóa yếm khí ammonium (Anammox): Chuyển hóa $NH_4^+$ và $NO_2^-$ thành khí $N_2$ ($NH_4^+ + NO_2^- \rightarrow N_2 + 2H_2O$; Reimann et al., 2015; Ishii et al., 2011).
  5. Tiến trình khử nitrate ngược tạo thành ammonium (DNRA): Khử $NO_3^-$ thành $NH_4^+$ trong điều kiện yếm khí giàu chất hữu cơ hoặc sulfide ($2CH_2O + NO_3^- + H_2O = 2NH_4^+ + 2HCO_3^-$; Giblin et al., 2013).
  6. Tiến trình bất động đạm (Immobilization): Vi sinh vật hấp thụ $NH_4^+$ và $NO_3^-$ chuyển thành đạm hữu cơ ($NH_4^+ \rightarrow R\text{-}NH_2$; Johnson et al., 2005).

Cơ chế bốc thoát $NH_3$ từ dung dịch nước ruộng sang pha khí được mô tả theo mô hình động học tương tác hai pha của Jayaweera & Mikkelsen (1990): $$NH_4^+ \overset{K_a}{\rightleftharpoons} H^+ + NH_{3(aq)} \overset{K_v}{\rightleftharpoons} NH_{3(air)}$$

Khung đánh giá hiệu quả sử dụng đạm (NUE) dựa trên các chỉ số nông học chuẩn (Dobermann, 2005, 2007; Novoa & Loomis, 1981):

  • Hiệu quả nông học của đạm bón: $AEN = \frac{Y_N - Y_0}{F_N}$ (kg hạt/kg N bón)
  • Hiệu quả thu hồi đạm: $REN = \frac{U_N - U_0}{F_N}$ (kg N hấp thu/kg N bón hoặc %)
  • Hiệu quả sinh lý của đạm bón: $PEN = \frac{Y_N - Y_0}{U_N - U_0}$ (kg hạt/kg N hấp thu)
  • Tỷ số năng suất riêng phần: $PFPN = \frac{Y_N}{F_N} = \frac{Y_0}{F_N} + AEN$ (kg/kg) (Trong đó $Y_N, Y_0$ là năng suất lô bón N và không bón N; $U_N, U_0$ là lượng N hấp thu trong sinh khối; $F_N$ là lượng phân đạm bón).

Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm

Luận án triển khai bốn nội dung nghiên cứu thực nghiệm với các kỹ thuật phân tích tương ứng:

  • Nghiên cứu 1 (Phòng thí nghiệm): Khảo sát sự hòa tan và thủy phân của 4 dạng phân đạm (urê, urê-nBTPT, NPK viên nén, NPK IBDU). Thí nghiệm hòa tan thực hiện trong nước cất ở nhiệt độ phòng. Thí nghiệm thủy phân thực hiện bằng phương pháp ủ đất trong điều kiện kiểm soát, định kỳ xác định hàm lượng $NH_4^+$-N tạo thành.
  • Nghiên cứu 2 (Đồng ruộng): Khảo sát động thái đạm trong nước ruộng và sự phân bố đạm trong đất theo thời gian, độ sâu (lớp 0 – 3 mm, 5 cm, 10 cm) và khoảng cách ngang (cách vị trí vùi viên phân 5 cm) sau các đợt bón phân trên các ô thí nghiệm không trồng lúa và có trồng lúa.
  • Nghiên cứu 3 (Đồng ruộng):
    • Thu mẫu khí $N_2O$: Áp dụng phương pháp buồng kín (closed chamber method). Mẫu khí được lấy định kỳ tại các thời điểm quan trọng trong vụ và phân tích trên hệ thống sắc ký khí (GC). Thí nghiệm bố trí khối ngẫu nhiên có chia lô phụ (split-plot) gồm hai nhân tố: chế độ nước (tưới ngập theo nông dân - FP và tưới khô ngập luân phiên - AWD) và các dạng phân đạm.
    • Thu mẫu khí $NH_3$ bốc thoát: Áp dụng phương pháp buồng kín động học (dynamic chamber method). Mẫu khí $NH_3$ bốc thoát được hấp thụ bằng dung dịch acid boric và chuẩn độ vào các ngày 1, 3, 5, 7 sau mỗi đợt bón phân (NSKB).
  • Nghiên cứu 4 (Đồng ruộng): Đánh giá năng suất, hiệu quả sử dụng phân đạm (AEN, REN) và hiệu quả kinh tế của 3 dạng phân đạm (urê, urê-nBTPT, NPK viên nén) ở các liều lượng bón khác nhau (0, 80, 100 kg N/ha) qua 3 vụ canh tác tại Châu Điền (Trà Vinh) và Mỹ Lộc (Vĩnh Long).

Xử lý số liệu thống kê bằng phương pháp phân tích phương sai (ANOVA), kiểm tra sai biệt trung bình bằng phép thử Duncan hoặc LSD thông qua phần mềm thống kê chuyên ngành.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Giới thiệu

Chương này trình bày tính cấp thiết của nghiên cứu trước áp lực kép về gia tăng phát thải khí nhà kính nông nghiệp và hiệu quả sử dụng phân bón thấp trong canh tác lúa tại ĐBSCL. Tác giả xác định rõ 4 mục tiêu cụ thể, 5 nội dung nghiên cứu triển khai và giới hạn phạm vi nghiên cứu trên 2 nhóm đất chính Gleysols tại Vĩnh Long và Trà Vinh với giống lúa thuần OM 6976. Chương này cũng công bố 6 luận điểm mới của đề tài về tiềm năng giảm phát thải $N_2O$, giảm bốc thoát $NH_3$, sự an toàn môi trường của kỹ thuật tưới AWD và liều lượng bón tối ưu 80 kg N/ha.

Chương 2: Lược khảo tài liệu

Chương 2 tổng hợp cơ sở lý thuyết chuyên sâu về hóa học phân bón và thổ nhưỡng học:

  • Cấu tạo hóa học và cơ chế phóng thích đạm của bốn dạng phân đạm: urê, urê phối trộn chất ức chế men urease nBTPT (cơ chế chuyển hóa thành nBPTO), phân NPK viên nén nén cơ học từ hỗn hợp urê + DAP + KCl bón vùi sâu 6 – 10 cm, và phân chậm tan NPK IBDU từ phản ứng trùng ngưng.
  • Sáu tiến trình trong chu trình đạm đất lúa ngập nước (cố định sinh học, amoni hóa, nitrate hóa - khử nitrate, anammox, DNRA, bất động đạm).
  • Cơ chế phát sinh $N_2O$ qua con đường nitrate hóa hiếu khí và khử nitrate yếm khí, kèm các yếu tố ảnh hưởng chính (Eh từ +200 đến +400 mV, pH, sa cấu đất sét, nhiệt độ, độ ẩm).
  • Cơ chế và mô hình toán học của tiến trình bốc thoát $NH_3$ qua tương tác hai pha nước - khí.
  • Các công thức tính toán chỉ số hiệu quả sử dụng đạm nông nghiệp (AEN, REN, PEN, PFPN) và tổng hợp các kết quả thực nghiệm bón phân viên nén, tưới AWD trên thế giới và tại Việt Nam.

Chương 3: Phương pháp nghiên cứu

Chương 3 trình bày chi tiết phương tiện, địa bàn và quy trình kỹ thuật cho 4 nghiên cứu thực nghiệm:

  • Địa điểm và đất đai: Phân tích các chỉ tiêu lý hóa của đất phèn tiềm tàng tại xã Tường Lộc, xã Mỹ Lộc (Tam Bình, Vĩnh Long) và đất phù sa ven sông tại xã Châu Điền (Cầu Kè, Trà Vinh).
  • Quy trình nghiên cứu 1: Bố trí thí nghiệm hòa tan trong nước cất theo thời gian và thí nghiệm ủ đất kiểm tra tỷ lệ thủy phân urea thành $NH_4^+$-N.
  • Quy trình nghiên cứu 2: Phương pháp thu mẫu nước ruộng xác định pH, $NH_4^+$, $NO_3^-$ và phương pháp khoan lấy mẫu đất theo độ sâu (0 – 3 mm, 5 cm, 10 cm) và theo khoảng cách ngang (5 cm) từ vị trí viên phân nén.
  • Quy trình nghiên cứu 3: Bố trí thí nghiệm lô phụ (split-plot) gồm 2 chế độ tưới (AWD và FP) và 4 dạng phân đạm (urê, urê-nBTPT, NPK viên nén, NPK IBDU). Sử dụng buồng kín lấy mẫu khí $N_2O$ và buồng kín động học thu mẫu $NH_3$ vào 1, 3, 5, 7 NSKB.
  • Quy trình nghiên cứu 4: Bố trí thí nghiệm đánh giá các mức phân đạm (0, 80, 100 kg N/ha) kết hợp đo đạc sinh khối rơm, năng suất hạt, phân tích hàm lượng N tổng số trong mô thực vật và hạch toán kinh tế.

Chương 4: Kết quả và thảo luận

Chương 4 trình bày các số liệu thực nghiệm và thảo luận khoa học:

  • Đặc tính hòa tan và thủy phân: Phân urê và urê-nBTPT hòa tan hoàn toàn trong nước chỉ sau 1 giờ; NPK viên nén tan hết sau 1 ngày; trong khi NPK IBDU chỉ tan 26,2% sau 3 tháng. Về thủy phân trong đất, urê, urê-nBTPT và NPK viên nén thủy phân hoàn toàn sau 8 ngày ủ. Ở thời điểm 1 ngày sau ủ, urê-nBTPT có tỷ lệ thủy phân 39,6%, thấp hơn so với urê (49,3%), chứng minh nBTPT có làm chậm quá trình thủy phân urê nhưng hiệu lực ngắn. Phân NPK IBDU có tỷ lệ tạo thành $NH_4^+$-N chỉ đạt 17,3% sau 2 tháng ủ.
  • Động thái đạm trong nước và đất: Bón vãi phân urê và urê-nBTPT làm hàm lượng $NH_4^+$-N trong nước ruộng và lớp đất mặt (0 – 3 mm) tăng cao đỉnh điểm ở 1 – 3 ngày đầu rồi giảm nhanh. Ngược lại, bón vùi NPK viên nén duy trì hàm lượng $NH_4^+$ trong nước ruộng ở mức rất thấp, nhưng duy trì hàm lượng $NH_4^+$ trao đổi trong đất cao và ổn định ở độ sâu 5 cm và 10 cm cũng như trong bán kính 5 cm quanh vị trí viên phân.
  • Phát thải $N_2O$: Nghiệm thức bón urê có tổng lượng phát thải $N_2O$ cao nhất (2,47 kg $N_2O$/ha). Bón các dạng phân cải tiến giúp giảm đáng kể lượng phát thải: urê-nBTPT đạt 1,67 kg $N_2O$/ha; NPK viên nén đạt 1,47 kg $N_2O$/ha; NPK IBDU đạt 1,29 kg $N_2O$/ha. Chế độ tưới AWD đạt năng suất lúa 4,71 tấn/ha (cao hơn có ý nghĩa so với chế độ tưới ngập của nông dân là 4,31 tấn/ha) và không làm gia tăng tổng lượng phát thải $N_2O$.
  • Bốc thoát $NH_3$: Lượng $NH_3$ bốc thoát tập trung chủ yếu từ 1 – 5 ngày đầu sau mỗi đợt bón vãi. Tổng lượng đạm mất do bốc thoát $NH_3$ (trong 1 – 7 NSKB của cả 3 đợt bón) của nghiệm thức bón urê là 5,94% lượng N bón; urê-nBTPT là 5,82%; NPK viên nén là 3,77% và NPK IBDU là 3,14%.
  • Năng suất và hiệu quả sử dụng đạm: Ở mức bón 80 kg N/ha, bón phân urê-nBTPT đạt năng suất 5,80 tấn/ha và NPK viên nén đạt 5,77 tấn/ha, cao hơn nghiệm thức bón urê ở mức 100 kg N/ha (4,83 tấn/ha). Hàm lượng đạm tích lũy trong rơm và hạt khi bón urê-nBTPT (0,69% trong rơm; 1,14% trong hạt) và NPK viên nén (0,68% trong rơm; 1,15% trong hạt) cao hơn so với bón urê (0,63% trong rơm; 1,08% trong hạt) ở mức bón 80 kg N/ha.
Chỉ tiêu theo dõi Phân urê Urê-nBTPT NPK viên nén NPK IBDU
Thời gian hòa tan hoàn toàn trong nước 1 giờ 1 giờ 1 ngày Tan 26,2% sau 3 tháng
Tỷ lệ thủy phân thành $NH_4^+$-N sau 1 ngày ủ đất (%) 49,3 39,6 - 17,3 (sau 2 tháng)
Tổng lượng phát thải $N_2O$ tích lũy (kg $N_2O$/ha) 2,47 1,67 1,47 1,29
Tỷ lệ mất đạm do bốc thoát $NH_3$ (% lượng N bón) 5,94 5,82 3,77 3,14
Hàm lượng N trong hạt ở mức 80 kg N/ha (%) 1,08 1,14 1,15 -
Hàm lượng N trong rơm ở mức 80 kg N/ha (%) 0,63 0,69 0,68 -

Chương 5: Kết luận và đề xuất

Chương này tổng kết toàn bộ kết quả nghiên cứu, tái khẳng định vai trò của các dạng phân đạm cải tiến và kỹ thuật bón vùi sâu trong việc hạn chế mất đạm và giảm phát thải khí nhà kính. Tác giả kiến nghị khuyến cáo nông dân áp dụng mức bón chuẩn 80 kg N/ha kết hợp quy trình tưới khô ngập luân phiên (AWD), đồng thời đẩy mạnh nghiên cứu cơ giới hóa khâu bón vùi phân viên nén để áp dụng trên quy mô lớn tại ĐBSCL.

Kết quả và những đóng góp mới

Luận án đã tự công bố các đóng góp mới về mặt lý luận khoa học và thực tiễn sản xuất nông nghiệp:

Đóng góp về mặt lý luận và khoa học

  1. Chứng minh bằng thực nghiệm rằng việc bón các dạng phân đạm cải tiến (urê-nBTPT, NPK viên nén, NPK IBDU) làm giảm lượng phát thải khí $N_2O$ so với phân urê thông thường trong canh tác lúa tại ĐBSCL.
  2. Xác lập dẫn liệu khoa học khẳng định biện pháp tưới khô ngập luân phiên (AWD) không làm gia tăng phát thải khí $N_2O$ so với biện pháp tưới ngập truyền thống của nông dân, đồng thời làm tăng năng suất lúa thực tế.
  3. Làm rõ quy luật phân bố không gian và thời gian của $NH_4^+$ trong đất: bón vùi NPK viên nén một lần duy nhất vào 10 ngày sau sạ (NSKS) tạo vùng tích lũy đạm hữu hiệu cao ở độ sâu 5 – 10 cm và cách viên phân 5 cm, hạn chế tối đa nồng độ $NH_4^+$ trong nước mặt ruộng, giúp cây lúa hấp thu đạm ổn định trong suốt chu kỳ sinh trưởng.
  4. Cung cấp số liệu định lượng về bốc thoát $NH_3$ trên đất có pH thấp (pH đất $\approx 4,5$), bón phân khi có nước và pH nước ruộng $\le 7$, cho thấy lượng $NH_3$ bốc thoát từ phân urê ở mức thấp (5,94% lượng N bón) và đạt tương đương với phân urê-nBTPT (5,82%).

Đóng góp thực tiễn và giải pháp đề xuất

  1. Khuyến cáo liều lượng bón: Khẳng định mức bón đạm thích hợp cho lúa trên đất phèn tiềm tàng và đất phù sa ven sông ĐBSCL là 80 kg N/ha (thay vì 100 kg N/ha), giúp đạt năng suất cao tương đương, nâng cao hiệu quả hấp thu đạm trong hạt/rơm, tiết kiệm chi phí sản xuất và giảm tác động xấu đến môi trường.
  2. Khuyến cáo kỹ thuật canh tác: Đề xuất áp dụng rộng rãi quy trình tưới khô ngập luân phiên (AWD) kết hợp sử dụng các dạng phân đạm cải tiến.
  3. Định hướng ứng dụng phân viên nén: Bón vùi phân NPK viên nén một lần cho thấy tiềm năng lớn trong tiết kiệm công lao động và tăng hiệu quả sử dụng đạm, cần được nghiên cứu giải pháp cơ giới hóa khâu bón vùi trên đồng ruộng.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Căn cứ theo các giới hạn được tác giả trình bày trong văn bản:

  • Về chỉ tiêu phân tích: Do giới hạn kinh phí, chỉ tiêu đánh giá hiệu quả thu hồi đạm (REN) chỉ mới được thực hiện trong vụ Hè Thu, chưa thể thực hiện đầy đủ ở tất cả các vụ thí nghiệm.
  • Về đối tượng phân bón: Dạng phân chậm tan NPK IBDU chưa được cung cấp kịp thời nên không thể bố trí đầy đủ trong các thí nghiệm về động thái phân bố đạm trong đất (Nghiên cứu 2) và thí nghiệm năng suất đa mức bón (Nghiên cứu 4), mà chỉ được thử nghiệm trong Nghiên cứu 1 và Nghiên cứu 3.
  • Về phạm vi vi sinh vật: Do phạm vi nghiên cứu vi sinh vật đất chuyển hóa đạm rất rộng lớn, luận án không đi sâu phân tích thành phần và mật độ vi sinh vật đất tham gia trực tiếp vào các tiến trình nitrate hóa, khử nitrate hay anammox.

Hướng nghiên cứu tiếp theo cần tập trung:

  • Tiếp tục nghiên cứu các giải pháp cải tiến phân bón và phương pháp bón để giảm thiểu hiện tượng bốc thoát $NH_3$ trong những ngày đầu sau bón.
  • Nghiên cứu chế tạo công cụ hoặc máy móc cơ giới hóa việc bón vùi sâu phân NPK viên nén trên đất lúa sạ thẳng tại ĐBSCL.

Giá trị tham khảo

Luận án là tài liệu tham khảo chuyên khảo hữu ích cho:

  • Nghiên cứu sinh, học viên cao học và giảng viên ngành Khoa học Đất, Nông học, Quản lý Môi trường Nông nghiệp: Giá trị tham khảo đặc biệt nằm ở Chương 2 (hệ thống hóa chu trình đạm và cơ chế hình thành $N_2O$, bốc thoát $NH_3$) và Chương 3 (quy trình thu mẫu khí $N_2O$ bằng buồng kín, thu mẫu $NH_3$ bằng buồng động học, và phương pháp xác định phân bố đạm trong đất theo không gian 3 chiều).
  • Cán bộ khuyến nông và nhà quản lý nông nghiệp tại ĐBSCL: Cung cấp cơ sở thực chứng để xây dựng các gói kỹ thuật canh tác lúa giảm phát thải khí nhà kính, chuyển giao quy trình bón đạm 80 kg N/ha kết hợp tưới AWD nhằm thực hiện các mục tiêu giảm nhẹ biến đổi khí hậu trong sản xuất lúa gạo.

Câu hỏi thường gặp

1. Phân urê-nBTPT thể hiện đặc tính hòa tan và thủy phân như thế nào so với phân urê thông thường?

Trong môi trường nước cất ở phòng thí nghiệm, cả phân urê và phân urê-nBTPT đều hòa tan hoàn toàn chỉ sau 1 giờ. Trong thí nghiệm ủ đất, cả hai dạng phân đều thủy phân hoàn toàn sau 8 ngày. Tuy nhiên, ở thời điểm 1 ngày sau khi ủ, tỷ lệ thủy phân thành $NH_4^+$-N của urê-nBTPT đạt 39,6%, thấp hơn so với urê thông thường (49,3%), chứng minh chất ức chế nBTPT có tác dụng làm chậm quá trình thủy phân ban đầu của urê nhưng hiệu quả làm chậm này diễn ra ngắn ngày.

2. Phương pháp bón vùi phân NPK viên nén tạo ra sự khác biệt gì về phân bố đạm trong ruộng lúa so với bón vãi phân urê?

Bón vãi phân urê khiến nồng độ $NH_4^+$-N trong nước ruộng và lớp đất mặt (0 – 3 mm) tăng vọt trong 1 – 3 ngày đầu sau bón, dễ dẫn đến mất đạm do rửa trôi và bốc hơi. Ngược lại, bón vùi NPK viên nén sâu 6 – 10 cm giữ cho lượng $NH_4^+$ trong nước ruộng luôn ở mức rất thấp, nhưng duy trì nồng độ $NH_4^+$ trao đổi cao, ổn định tại độ sâu 5 cm và 10 cm (cách vị trí viên phân 5 cm), giúp cây lúa hấp thu đạm liên tục mà chỉ cần bón một lần duy nhất vào 10 ngày sau sạ.

3. Biện pháp tưới khô ngập luân phiên (AWD) có làm tăng phát thải khí nhà kính $N_2O$ không?

Kết quả thí nghiệm đồng ruộng của luận án khẳng định kỹ thuật tưới khô ngập luân phiên (AWD) không làm gia tăng tổng lượng phát thải $N_2O$ so với tập quán tưới ngập của nông dân. Mặc dù lượng phát thải $N_2O$ có tăng cục bộ vào các thời điểm đất bị khô giữa vụ, nhưng tổng lượng phát thải cả vụ không chênh lệch bất lợi; đồng thời chế độ tưới AWD giúp tăng năng suất lúa đạt 4,71 tấn/ha so với 4,31 tấn/ha của chế độ tưới ngập nông dân.

4. Hiệu quả giảm phát thải $N_2O$ và bốc thoát $NH_3$ của các dạng phân đạm mới đạt mức nào so với phân urê?

Về phát thải $N_2O$, nghiệm thức bón urê phát thải cao nhất với 2,47 kg $N_2O$/ha; trong khi bón urê-nBTPT giảm còn 1,67 kg $N_2O$/ha, NPK viên nén giảm còn 1,47 kg $N_2O$/ha và NPK IBDU giảm còn 1,29 kg $N_2O$/ha. Về bốc thoát $NH_3$, tổng lượng đạm mất do bốc thoát $NH_3$ qua 3 đợt bón của phân urê là 5,94% lượng N bón, urê-nBTPT là 5,82%, NPK viên nén là 3,77% và NPK IBDU là 3,14%.

5. Liều lượng bón phân đạm nào được luận án khẳng định là tối ưu cho lúa trên đất phèn tiềm tàng và đất phù sa ĐBSCL?

Luận án kết luận mức bón 80 kg N/ha là liều lượng phù hợp nhất. Qua 3 vụ thực nghiệm, bón 80 kg N/ha bằng phân urê-nBTPT (đạt 5,80 tấn/ha) hoặc NPK viên nén (đạt 5,77 tấn/ha) cho năng suất tương đương mức bón 100 kg N/ha và cao hơn bón urê ở mức 100 kg N/ha (4,83 tấn/ha), đồng thời cho hàm lượng đạm hấp thu trong rơm và hạt cao hơn, giúp giảm chi phí phân bón và giảm thiểu ô nhiễm môi trường.

Kết luận

Luận án tiến sĩ của tác giả Võ Thanh Phong đã cung cấp hệ thống dẫn liệu thực nghiệm toàn diện về sự chuyển hóa, phân bố đạm, phát thải $N_2O$, bốc thoát $NH_3$ và năng suất lúa của các dạng phân đạm cải tiến tại ĐBSCL. Các kết quả khẳng định việc sử dụng phân urê-nBTPT, phân NPK viên nén bón vùi sâu và phân NPK IBDU giúp giảm thiểu đáng kể phát thải khí nhà kính $N_2O$ (từ 2,47 kg $N_2O$/ha xuống 1,29 – 1,67 kg $N_2O$/ha) và hạn chế thất thoát đạm $NH_3$. Luận án cũng chứng minh biện pháp tưới khô ngập luân phiên (AWD) nâng cao năng suất lúa mà không làm gia tăng phát thải $N_2O$, đồng thời xác lập mức bón phân đạm tối ưu 80 kg N/ha trên các nhóm đất chính Gleysols của khu vực.