Luận án tiến sĩ: Nghiên cứu cải thiện môi trường đất lúa thâm canh tại An Giang

Luận án tiến sĩ Nâng cao chất lượng đất lúa thâm canh tại an giang bằng phù sa và vi t phân tích chuyên sâu các khía cạnh quan trọng trong lĩnh vực

• Tác giả: Bùi Thị Mai Phụng
• Người hướng dẫn: PGS. Nguyễn Hữu Chiếm
• Trường học: Trường Đại học An Giang
• Chuyên ngành: Môi trường Đất – Nước
• Đề tài: Nghiên cứu cải thiện môi trường đất lúa thâm canh tại An Giang
• Loại tài liệu: luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2018
• Địa điểm: Long Xuyên

Mục lục chi tiết

• THÔNG TIN TỔNG QUÁT
• TÓM TẮT
• ABSTRACT
• LỜI CẢM TẠ
• CAM KẾT KẾT QUẢ
• 1. CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU
• 1.1. Mục tiêu nghiên cứu
• 1.1.1. Mục tiêu chung
• 1.1.2. Mục tiêu cụ thể
• 1.2. Nội dung nghiên cứu
• 1.3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
• 1.3.1. Đối tượng nghiên cứu
• 1.3.2. Phạm vi nghiên cứu
• 1.4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
• 1.4.1. Ý nghĩa khoa học
• 1.4.2. Ý nghĩa thực tiễn
• 1.5. Tính mới của luận án
• 2. CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
• 2.1. Tổng quan về phù sa và vai trò cải thiện môi trường đất
• 2.1.1. Sự bồi đắp phù sa ở đồng bằng sông Cửu Long
• 2.1.2. Phù sa góp phần cải thiện môi trường đất và tăng năng suất lúa
• 2.1.3. Tác hại của việc đê bao khép kín đến môi trường đất canh tác lúa
• 2.2. Tổng quan về vi tảo và vai trò cải thiện môi trường đất
• 2.2.1. Đặc điểm chung và phân loại vi tảo
• 2.2.2. Yếu tố môi trường sống ảnh hưởng đến sự phát triển của tảo phù du và tảo đáy
• 2.2.3. Quá trình chuyển hóa các hợp chất C, N và P của tảo
• 2.2.4. Các nghiên cứu về vi tảo trên sông và hệ thống canh tác lúa
• 2.2.5. Vai trò hữu ích của tảo trong môi trường và ruộng lúa
• 2.3. Mối liên hệ giữa vi tảo với yếu tố môi trường sống, phù sa và cây lúa
• 2.3.1. Mối liên hệ giữa vi tảo với các yếu tố môi trường sống
• 2.3.2. Mối liên hệ giữa vi tảo với nước lũ, phù sa/trầm tích
• 2.3.3. Mối liên hệ giữa vi tảo với cây lúa
• 2.4. Tổng quan về tỉnh An Giang
• 2.4.1. Hệ thống đê bao ở tỉnh An Giang
• 2.4.2. Điều kiện tự nhiên huyện Chợ Mới
• 2.4.3. Diện tích đất trồng lúa và năng suất lúa ở huyện Chợ Mới
• 3. CHƯƠNG 3: PHƯƠNG TIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 3.1. Thời gian và địa điểm nghiên cứu
• 3.2. Phương tiện nghiên cứu
• 3.2.1. Vật liệu, dụng cụ và thiết bị
• 3.2.2. Hóa chất phân tích mẫu
• 3.2.3. Phần mềm và tài liệu định danh tảo
• 3.3. Phương pháp nghiên cứu
• 3.3.1. Phương pháp bố trí thí nghiệm và khảo sát đồng ruộng
• 3.3.2. Phương pháp phân tích mẫu
• 3.3.3. Phương pháp tính toán và xử lý số liệu
• 3.4. Lược đồ nghiên cứu
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 4.1. Đánh giá khối lượng phù sa bồi lắng và khả năng góp phần cải thiện môi trường đất và khối lượng hạt chắc
• 4.1.1. Khối lượng phù sa bồi lắng ở tỉnh An Giang từ năm 2013-2015 và mối liên hệ với thời gian ngập lũ
• 4.1.2. Đánh giá chất lượng phù sa bồi lắng ở tỉnh An Giang từ năm 2013-2015
• 4.1.3. Dinh dưỡng từ phù sa góp phần cải thiện môi trường đất
• 4.2. Đánh giá đa dạng loài, mật độ và khả năng cung cấp sinh khối của vi tảo trong ruộng lúa góp phần cải thiện môi trường đất
• 4.2.1. Đánh giá ảnh hưởng của chất lượng nước kênh và ruộng lúa đến sự phát triển của vi tảo và môi trường đất
• 4.2.2. Đánh giá đa dạng loài, mật độ và sinh khối vi tảo phù du trong kênh qua ba vụ khảo sát
• 4.2.3. Đánh giá sự hiện diện của các ngành và mật độ vi tảo trong ruộng lúa qua ba vụ canh tác
• 4.2.4. Sinh khối tảo phù du và tảo đáy góp phần cải thiện môi trường đất
• 4.2.5. Các yếu tố ảnh hưởng đến sinh khối tảo
• 4.2.6. Mối liên hệ giữa vi tảo phù du với các yếu tố môi trường trong ruộng lúa
• 4.3. Đánh giá tỷ lệ đóng góp lượng đạm, lân và kali từ phù sa và vi tảo cho đất trồng lúa hàng năm
• 4.3.1. Dinh dưỡng từ tảo phù du và tảo đáy góp phần cải thiện môi trường đất
• 4.3.2. Tỷ lệ đóng góp lượng đạm, lân và kali từ phù sa và vi tảo cho đất trồng lúa hàng năm
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Giới thiệu

Nghiên cứu về việc nâng cao chất lượng đất lúa thâm canh tại An Giang thông qua việc sử dụng phù sa và vi tảo đã chỉ ra rằng đất lúa trong khu vực này gặp nhiều thách thức về chất lượng. Việc sử dụng phù sa từ nước lũ và vi tảo có thể cải thiện đáng kể chất lượng đất, từ đó tăng năng suất lúa. Phù sa không chỉ cung cấp dinh dưỡng mà còn cải thiện cấu trúc đất, giúp tăng khả năng giữ nước và chất dinh dưỡng cho cây trồng.

1.1. Mục tiêu nghiên cứu

Mục tiêu nghiên cứu là xác định tỷ lệ đóng góp dinh dưỡng từ phù sa và vi tảo cho đất trồng lúa, đồng thời đánh giá khả năng cải thiện môi trường đất của chúng. Nghiên cứu này còn nhằm tìm ra các giải pháp thực tiễn để áp dụng trong sản xuất nông nghiệp bền vững tại An Giang.

1.2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Nghiên cứu này có ý nghĩa lớn trong việc cung cấp thông tin khoa học về vai trò của phù sa và vi tảo trong cải thiện chất lượng đất lúa. Nó không chỉ góp phần vào sự phát triển nông nghiệp bền vững tại An Giang mà còn có thể áp dụng cho các vùng khác trong Đồng bằng sông Cửu Long.

II. Tổng quan tài liệu

Tổng quan tài liệu cho thấy rằng phù sa và vi tảo đóng vai trò quan trọng trong việc cải thiện môi trường đất. Phù sa từ lũ cung cấp nhiều chất dinh dưỡng cần thiết cho sự phát triển của cây lúa. Đồng thời, vi tảo, đặc biệt là vi khuẩn lam, có khả năng cố định đạm, làm giàu thêm chất hữu cơ cho đất. Các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng việc sử dụng phù sa và vi tảo có thể tăng năng suất lúa một cách đáng kể.

2.1. Vai trò của phù sa

Phù sa được xem là nguồn dinh dưỡng quý giá cho đất trồng lúa, giúp cải thiện cấu trúc đất và tăng khả năng giữ ẩm. Các nghiên cứu cho thấy lượng phù sa bồi lắng ở An Giang có thể đạt từ 22,5 tấn/ha, làm tăng đáng kể hàm lượng N, P, K trong đất.

2.2. Vai trò của vi tảo

Vi tảo không chỉ làm giàu chất hữu cơ cho đất mà còn có khả năng cung cấp dinh dưỡng thiết yếu cho cây trồng. Các loài vi khuẩn lam như Anabaena có khả năng cố định đạm từ không khí, góp phần quan trọng vào việc nâng cao chất lượng đất lúa.

III. Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu được áp dụng bao gồm khảo sát thực địa, phân tích mẫu đất và nước, và đánh giá sự phát triển của vi tảo trong ruộng lúa. Các mẫu phù sa và vi tảo được thu thập từ nhiều vị trí khác nhau trong khu vực nghiên cứu để đảm bảo tính đại diện. Kết quả phân tích sẽ cho thấy sự khác biệt về chất lượng đất giữa các khu vực có và không có phù sa.

3.1. Khảo sát thực địa

Khảo sát thực địa được thực hiện tại các khu vực trong và ngoài đê bao khép kín của tỉnh An Giang. Việc thu thập dữ liệu về khối lượng phù sa và mật độ vi tảo sẽ giúp đánh giá chính xác hơn về khả năng cải thiện môi trường đất.

3.2. Phân tích mẫu

Các mẫu đất và nước sẽ được phân tích để xác định hàm lượng dinh dưỡng, độ pH, và các chỉ tiêu hóa học khác. Điều này giúp làm rõ tác động của phù sa và vi tảo đến chất lượng đất và năng suất lúa.

IV. Kết quả và thảo luận

Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng phù sa và vi tảo có khả năng cung cấp dinh dưỡng đáng kể cho đất trồng lúa. Cụ thể, lượng N, P, K từ phù sa có thể đạt 14,9 kgN/ha, 10,9 kgP/ha và 64,2 kgK/ha. Những con số này cho thấy sự cần thiết phải duy trì và tận dụng nguồn phù sa trong sản xuất nông nghiệp tại An Giang.

4.1. Đánh giá khối lượng phù sa

Khối lượng phù sa bồi lắng ở khu vực ngoài đê bao cao gấp 5 lần so với trong đê. Điều này cho thấy sự khác biệt rõ rệt trong khả năng cung cấp dinh dưỡng cho đất giữa hai khu vực này.

4.2. Đánh giá tác động của vi tảo

Mật độ vi tảo trong ruộng lúa cho thấy sự phong phú và đa dạng, với khoảng 445 loài được ghi nhận. Vi tảo đóng vai trò quan trọng trong việc làm giàu chất hữu cơ và cung cấp dinh dưỡng cho cây lúa, góp phần nâng cao năng suất.

V. Kết luận và đề xuất

Nghiên cứu khẳng định rằng phù sa và vi tảo là hai yếu tố quan trọng trong việc cải thiện chất lượng đất lúa thâm canh tại An Giang. Việc áp dụng các biện pháp sử dụng phù sa và nuôi trồng vi tảo sẽ giúp tăng cường năng suất lúa và bền vững cho sản xuất nông nghiệp. Khuyến cáo nên có các giải pháp hợp lý để tận dụng tối đa nguồn dinh dưỡng từ phù sa và vi tảo trong quá trình sản xuất.

5.1. Đề xuất biện pháp cải thiện

Đề xuất các biện pháp xả lũ vào vụ Thu Đông để đất có thể tiếp nhận phù sa và rửa trôi độc chất. Ngoài ra, cần có giải pháp thúc đẩy khả năng cố định đạm của vi khuẩn lam trong mùa Hè Thu.

5.2. Tầm quan trọng của nghiên cứu

Nghiên cứu này không chỉ có giá trị khoa học mà còn mang lại lợi ích thực tiễn cho nông dân tại An Giang và các vùng lân cận, góp phần vào sự phát triển bền vững của nền nông nghiệp Việt Nam.

Nội dung chính

Tổng quan luận án

Tính cấp thiết và khoảng trống nghiên cứu

Tỉnh An Giang nằm ở khu vực đầu nguồn sông Cửu Long khi chảy vào lãnh thổ Việt Nam và giữ vị trí trọng điểm về sản xuất lúa gạo tại Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL). Từ năm 1995, huyện Chợ Mới thuộc tỉnh An Giang đã bắt đầu triển khai hệ thống đê bao triệt để (đê bao khép kín) nhằm ngăn lũ, tạo điều kiện thâm canh tăng vụ sản xuất lúa vụ ba (vụ Thu Đông), qua đó gia tăng tổng sản lượng lúa trên một đơn vị diện tích đất canh tác. Tuy nhiên, việc duy trì hệ thống đê bao khép kín trong thời gian dài đã phát sinh nhiều hệ lụy tiêu cực đối với môi trường đất và hệ sinh thái nông nghiệp: đất không được rửa trôi định kỳ dẫn đến tồn đọng độc chất và dư lượng nông dược, hàm lượng ion đồng ($\text{Cu}^{2+}$) và các kim loại nặng có xu hướng gia tăng, nguồn lợi thủy sản suy giảm và đặc biệt là sự thiếu hụt nghiêm trọng lượng phù sa bồi lắng tự nhiên từ nước lũ hàng năm.

Nghiên cứu của Nguyễn Hữu Chiếm và ctv. (2017) trong giai đoạn 2013–2016 tại tỉnh An Giang đã ghi nhận một thực tế: hàm lượng chất hữu cơ, đạm tổng số và lân tổng số trong đất ruộng thâm canh ở khu vực trong đê bao khép kín vẫn duy trì ở mức khá đến giàu và cao hơn có ý nghĩa thống kê ($p < 0,05$) so với đất ngoài đê bao, mặc dù thời gian đê bao đã kéo dài gần 20 năm. Dù vậy, sự tích lũy các chất dinh dưỡng này lại không đồng hành với việc gia tăng năng suất lúa, trong khi lượng phân bón vô cơ nông dân sử dụng ngày càng tăng. Vấn đề khoa học đặt ra là nguồn gốc bổ sung các chất dinh dưỡng vào đất thâm canh đến từ đâu giữa các nguồn như rơm rạ, phù sa ngập lũ hay từ hệ quần xã vi sinh vật bản địa, cụ thể là vi tảo (bao gồm vi tảo phù du, vi tảo sống đáy và vi khuẩn lam có khả năng quang dưỡng, cố định đạm). Cho đến trước thời điểm thực hiện luận án, tỷ lệ đóng góp dinh dưỡng định lượng hàng năm của phù sa và vi tảo đối với môi trường đất trồng lúa vùng đê bao khép kín vẫn chưa được xác định rõ ràng.

Mục tiêu nghiên cứu

• Mục tiêu chung: Nghiên cứu khả năng cung cấp khối lượng phù sa bồi lắng, sinh khối và dưỡng chất từ vi tảo và phù sa giúp cải thiện môi trường đất trồng lúa vùng đê bao khép kín.
• Mục tiêu cụ thể:
  1. Xác định khối lượng và hàm lượng dinh dưỡng (NPK dạng tổng) do phù sa bồi lắng cung cấp cho đất ở khu vực trong và ngoài đê bao khép kín.
  2. Xác định ngành vi tảo ưu thế và ước tính tổng sinh khối và hàm lượng các chất dinh dưỡng (NPK dạng tổng) do vi tảo cung cấp cho ruộng lúa thâm canh ở trong đê bao khép kín.
  3. Xác định tỷ lệ đóng góp dinh dưỡng từ phù sa và vi tảo cho đất trồng lúa hàng năm và đánh giá vai trò góp phần cải thiện môi trường đất của chúng.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

• Đối tượng nghiên cứu: Phù sa bồi lắng từ nguồn nước lũ sông Cửu Long và các nhóm vi tảo (vi tảo phù du, vi tảo đáy và vi khuẩn lam) sống trong hệ sinh thái ruộng lúa thâm canh.
• Phạm vi không gian:
  • Ruộng lúa thâm canh 3 vụ/năm ở khu vực trong đê bao khép kín và ruộng lúa 2 vụ/năm ở khu vực ngoài đê bao thuộc bốn huyện của tỉnh An Giang: Chợ Mới, Phú Tân, Thoại Sơn và Châu Phú.
  • Các điểm thu mẫu thực địa chi tiết và đặt đài vật nhân tạo được thực hiện tại ấp Long Hòa 1, xã Long Kiến, huyện Chợ Mới, tỉnh An Giang.
  • Các thí nghiệm kiểm chứng trong chậu pot được bố trí tại nhà lưới Trường Đại học An Giang.
• Phạm vi thời gian: Toàn bộ công trình được triển khai trong giai đoạn 5 năm (2013–2018), cụ thể:
  • Khảo sát khối lượng và chất lượng phù sa bồi lắng: các mùa lũ từ năm 2013 đến năm 2015.
  • Thí nghiệm bổ sung phù sa vào đất trồng lúa: vụ Đông Xuân 2013–2014 (tiền kiểm chứng) và vụ Đông Xuân 2014–2015.
  • Khảo sát đa dạng sinh học, mật độ và sinh khối vi tảo: 3 vụ canh tác liên tục gồm vụ Thu Đông 2016 (tháng 8–12/2016), vụ Đông Xuân 2016–2017 (tháng 12/2016–03/2017) và vụ Hè Thu 2017 (tháng 5–8/2017).
  • Thí nghiệm đánh giá tác động của độ che rợp tán lá lúa và phân bón đến sinh khối vi tảo: vụ Đông Xuân 2017–2018.

---

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Các hướng nghiên cứu trước được tác giả tổng quan

Tác giả luận án đã hệ thống hóa các hướng nghiên cứu trong nước và quốc tế liên quan trực tiếp đến các trục nội dung:

1. Nghiên cứu về sự bồi đắp và thành phần dinh dưỡng của phù sa:

   • Nghiên cứu của Trương Thị Nga (1999) xác định lượng phù sa bồi lắng tại xã Mỹ Đức, huyện Châu Phú năm 1998 đạt khoảng 100 tấn/ha và phân tích hàm lượng N, P, K tổng số trong phù sa mùa lũ 1999 tại Thoại Sơn, Châu Phú, Chợ Mới.
   • Dương Văn Nhã (2003, 2005) xác định lượng phù sa bồi lắng tại Bắc Vàm Nao năm 2000 đạt từ 35–80 tấn/ha, đồng thời công bố số liệu chi tiết về tính chất hóa học của phù sa lũ năm 2002 tại An Giang với hàm lượng chất hữu cơ trung bình 2,69 tấn/ha, đạm tổng số 199 kg/ha, lân tổng số 146 kg/ha, $\text{Ca}^{2+}$ 278 kg/ha.
   • Bùi Đạt Trâm (2006) và Tô Văn Trường (2014) khảo sát sự vận chuyển phù sa lơ lửng sông Cửu Long và chỉ ra sự suy giảm phù sa khi đi sâu vào vùng nội đồng Tứ giác Long Xuyên (giảm từ 25% ở cự ly 15 km đến 75% ở cự ly 60 km).
   • Dương Minh Viễn và ctv. (2010, 2013) đánh giá tác động của phù sa đến độ phì nhiêu đất và năng suất lúa qua 5 năm thí nghiệm tại Tịnh Biên và Vĩnh Ngươn (Châu Đốc).
   • Lý Ngọc Thanh Xuân (2011) so sánh các đặc tính hóa học và độ xốp của đất trồng lúa giữa vùng xả lũ định kỳ 3 năm/lần (Phú Tân) và vùng không xả lũ (Chợ Mới).

2. Nghiên cứu về tác động bất lợi của hệ thống đê bao triệt để:

   • Các công bố của Trần Như Hối (2005), Trần Anh Thư và ctv. (2013), Huỳnh Đào Nguyên và Võ Thị Gương (2010a), Lê Quốc Tuấn và Phạm Thị Bích Diễm (2014) và Trần Thành và ctv. (2014) đã chứng minh tình trạng gia tăng sử dụng phân bón hóa học (tăng từ 20–50% lượng lân và kali), suy giảm năng suất lúa (trung bình giảm 16,6% sau 4 năm canh tác 3 vụ), sự tích lũy dư lượng kim loại nặng (Zn, Cu, Pb, Cd) và thuốc bảo vệ thực vật trong đất và nước kênh rạch.

3. Nghiên cứu về phân loại học, sinh lý sinh thái và khả năng cố định đạm của vi tảo và vi khuẩn lam:

   • Hệ thống phân loại và điều tra thủy vực nước ngọt của Dương Đức Tiến (1982, 1996), Đặng Đình Kim và Đặng Hoàng Phước Hiền (1999), Đặng Thị Sy (2005), Nguyễn Bá (2007), Hoàng Thị Sản (2009), Vũ Ngọc Út và Dương Thị Hoàng Oanh (2013), Đào Thanh Sơn và Nguyễn Thanh Tùng (2013).
   • Các nghiên cứu về vi khuẩn lam cố định đạm trong ruộng lúa trên thế giới của Roger and Reynaud (1977, 1979), Roger et al. (1987a, 1996), Ramesh (2004), Sandhyarani and Kumar (2014), Kemprai (2013), Malhotra (2011), Smith (2008), Bothe et al. (2010); và tại Việt Nam của Nguyễn Thị Minh Lan (1995), Võ Hành và ctv. (2006), Hoàng Phương Hà và ctv., Nguyễn Đức Diện và ctv. (2017) theo hệ thống Komárek (2013).

4. Nghiên cứu thành phần vi tảo trên hệ thống sông ngòi Việt Nam:

   • Lê Thị Thúy Hà và ctv. (2003), Võ Hành và Nguyễn Thị Thơm (2011) trên sông Mã; Hồ Sỹ Hạnh và ctv. (2011) tại các cửa sông Hàm Luông, Cửa Đại, Trần Đề; Huỳnh Vũ Ngọc Quý và ctv. (2011) trên sông Hậu; Dương Thị Thủy và ctv. (2012) trên sông Nhuệ – Đáy; Lưu Thị Thanh Nhàn (2013) trên sông La Ngà; Pham Thanh Luu (2017) trên sông Đồng Nai; Phạm Thanh Lưu và ctv. (2017) trên sông Ba Lai; Trần Thị Hoàng Yến và ctv. (2018) trên sông Hàm Luông.

Khoảng trống nghiên cứu luận án lựa chọn giải quyết

Mặc dù các nghiên cứu trước đã ghi nhận vai trò dinh dưỡng của phù sa và sự hiện diện của vi tảo trong đất lúa, nhưng chưa có công trình nào tích hợp đồng thời việc định lượng khối lượng và dưỡng chất phù sa bị mất đi do đê bao khép kín tại An Giang trong điều kiện lũ vừa và nhỏ (2013–2015), đi kèm với việc điều tra định lượng có hệ thống về cấu trúc quần xã, mật độ, động thái sinh khối và hàm lượng dinh dưỡng của cả vi tảo phù du và vi tảo sống đáy trong suốt chu kỳ sinh trưởng của cây lúa qua nhiều vụ liên tiếp. Luận án giải quyết khoảng trống này bằng cách định lượng hóa tỷ lệ cung cấp đạm, lân, kali từ phù sa và vi tảo so với nhu cầu bón phân thực tế của nông dân.

---

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Cơ sở lý thuyết và khung phân tích

• Cơ chế quang tự dưỡng và chuyển hóa carbon của vi tảo: Vi tảo sử dụng năng lượng ánh sáng mặt trời qua hệ sắc tố quang hợp để khử $\text{CO}_2$ và $\text{H}_2\text{O}$ tạo thành carbon hữu cơ theo phản ứng: $$6\text{CO}_2 + 6\text{H}_2\text{O} \xrightarrow{\text{ánh sáng}} \text{C}6\text{H}{12}\text{O}_6 + 6\text{O}_2$$
• Chu trình sinh hóa của nitrogen trong ruộng lúa:
  • Cố định đạm sinh học bởi các loài vi khuẩn lam có dị bào (heterocyst) nhờ phức hợp enzyme nitrogenase theo phản ứng: $$\text{N}_2 + 8\text{H}^+ + 8e^- + 16\text{MgATP} \rightarrow 2\text{NH}_3 + 16\text{MgADP} + 16\text{P}_i + \text{H}_2$$
  • Quá trình amon hóa (khoáng hóa chất hữu cơ chứa nitơ thành $\text{NH}_4^+$), quá trình nitrate hóa hai giai đoạn qua hoạt động của vi khuẩn Nitrosomonas và Nitrobacter: $$\text{NH}_3 + \text{O}_2 + 2\text{H}^+ \xrightarrow{\text{Ammonia monooxygenase}} \text{NH}_2\text{OH} + \text{H}_2\text{O}$$ $$\text{NH}_3 + \frac{3}{2}\text{O}_2 \xrightarrow{\text{Hydroxylamine oxidoreductase}} \text{NO}_2^- + \text{H}^+ + \text{H}_2\text{O}$$ $$\text{NO}_2^- + \frac{1}{2}\text{O}_2 \xrightarrow{\textit{Nitrobacter}} \text{NO}_3^-$$
  • Thủy phân phân bón urea qua enzyme urease và allophanate lyase; quá trình khử nitrate/phản nitrate hóa chuyển $\text{NO}_3^-$ thành $\text{N}_2\text{O}$ và $\text{N}_2$ thoát vào khí quyển.
• Chuyển hóa phosphorus: Tảo hấp thụ chủ yếu dạng orthophosphate ($\text{H}_2\text{PO}_4^-$, $\text{HPO}_4^{2-}$, $\text{PO}_4^{3-}$). Các hợp chất lân hữu cơ được chuyển hóa thành dạng vô cơ nhờ enzyme phosphatase ngoại bào và nội bào của vi tảo.
• Tỷ lệ dinh dưỡng tế bào: Tỷ lệ nguyên tố $\text{C} : \text{H} : \text{O} : \text{N} : \text{P}$ trong sinh khối tảo là $42 : 8,5 : 57 : 7 : 1$ (theo Round, 1975). Tỷ lệ $\text{N} : \text{P}$ tối ưu dao động từ $16–23 : 1$ đối với tảo nhân thật và $10–16 : 1$ đối với vi khuẩn lam.

Phương pháp nghiên cứu thực tế

Luận án kết hợp phương pháp nghiên cứu định lượng thực địa, thí nghiệm kiểm chứng trong nhà lưới và các kỹ thuật phân tích hóa lý, sinh học trong phòng thí nghiệm:

1. Khảo sát bồi lắng phù sa thực địa:

   • Bố trí hệ thống bẫy thu phù sa chuyên dụng đặt tại các điểm trong và ngoài đê bao khép kín ở bốn huyện (Chợ Mới, Phú Tân, Thoại Sơn, Châu Phú) trong các mùa lũ 2013, 2014 và 2015.
   • Ghi nhận độ dày tầng phù sa bồi lắng, thời gian ngập lũ và thu thập mẫu phù sa, mẫu đất mặt ($0–20\text{ cm}$) để phân tích.

2. Bố trí thí nghiệm nhà lưới (Trường Đại học An Giang):

   • Thí nghiệm bổ sung phù sa vụ Đông Xuân 2014–2015: Thiết kế chậu pot bổ sung các mức khối lượng phù sa từ 1,2 kg đến 2,4 kg vào 3,8 kg đất ruộng (tổng khối lượng 5,0 kg hỗn hợp đất/chậu) kết hợp các mức phân bón hóa học khác nhau (từ 0% đến 100% khuyến cáo), có nghiệm thức đối chứng (5,0 kg đất + 0% phân bón; 5,0 kg đất + 100% phân bón) nhằm đánh giá sự thay đổi đặc tính hóa học đất sau thu hoạch và các chỉ tiêu cấu thành năng suất lúa (chiều cao, số chồi, số bông, chiều dài bông, trọng lượng 1000 hạt, khối lượng hạt chắc, sinh khối rơm).
   • Thí nghiệm che rợp tán lá và phân bón vụ Đông Xuân 2017–2018: Bố trí các nghiệm thức có trồng lúa và không trồng lúa (NL1, NL2) với các mức bón phân khác nhau nhằm xác định ảnh hưởng của ánh sáng che rợp bởi tán lá lúa đến sự phát triển sinh khối của vi tảo phù du.

3. Khảo sát quần xã vi tảo và chất lượng nước ngoài đồng ruộng:

   • Thu mẫu nước và vi tảo phù du định kỳ bằng ống thu mẫu và lưới vớt thực vật phù du chuyên dụng tại các ruộng lúa và kênh cấp nước liền kề tại xã Long Kiến, huyện Chợ Mới qua 3 vụ canh tác (Thu Đông 2016, Đông Xuân 2016–2017, Hè Thu 2017).
   • Thu mẫu tảo sống đáy thông qua việc bố trí giá thể/đài vật nhân tạo (gạch thẻ tiêu chuẩn) đặt chìm trên mặt ruộng.
   • Tần suất thu mẫu được phân chia chi tiết theo các mốc phát triển của cây lúa (ngày sau sạ - NSS) và các đợt bón phân (ngày sau bón - NSB).

4. Kỹ thuật phân tích phòng thí nghiệm và xử lý số liệu:

   • Chỉ tiêu đất và phù sa: Thành phần cơ giới (sa cấu), pH, độ dẫn điện (EC), dung tích hấp thu cation (CEC), hàm lượng carbon hữu cơ (C hữu cơ), đạm tổng số, lân tổng số, kali tổng số, các cation trao đổi ($\text{Ca}^{2+}$, $\text{Mg}^{2+}$, $\text{K}^+$, $\text{Na}^+$).
   • Chỉ tiêu nước: Nhiệt độ, pH, oxy hòa tan (DO), ammonium ($\text{NH}_4^+$), nitrate ($\text{NO}_3^-$), phosphate ($\text{PO}_4^{3-}$).
   • Chỉ tiêu vi tảo: Định danh hình thái học dưới kính hiển vi quang học; đếm mật độ cá thể/L (tảo phù du) và cá thể/$\text{m}^2$ (tảo đáy); tính toán chỉ số đa dạng loài Margalef ($d$); xác định hàm lượng Chlorophyll-a; cân xác định sinh khối tươi và sinh khối khô (SKK); phân tích hàm lượng N, P, K tổng số tích lũy trong mô tế bào vi tảo.
   • Xử lý thống kê: Phân tích phương sai một nhân tố và nhiều nhân tố (ANOVA), kiểm định sai biệt trung bình bằng phép thử Duncan ở mức ý nghĩa $p < 0,05$, phân tích tương quan và xây dựng mô hình hồi quy tuyến tính giữa các biến số môi trường, thời gian ngập lũ và sinh khối/mật độ tảo.

---

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Giới thiệu

Chương này trình bày bối cảnh thâm canh nông nghiệp tại tỉnh An Giang và vùng ĐBSCL. Tác giả luận giải mâu thuẫn giữa việc gia tăng sản lượng nhờ hệ thống đê bao khép kín phục vụ lúa 3 vụ với tình trạng suy thoái chất lượng môi trường đất do mất nguồn phù sa lũ tự nhiên. Chương xác lập mục tiêu nghiên cứu tổng quát, 3 mục tiêu cụ thể, 3 nội dung nghiên cứu chính, đối tượng, phạm vi thời gian (2013–2018), không gian (4 huyện tỉnh An Giang) cùng ý nghĩa khoa học, thực tiễn và tính mới của luận án.

Chương 2: Tổng quan tài liệu

Chương 2 tổng hợp cơ sở lý luận và các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước về:

• Quá trình bồi đắp, thành phần cơ giới, thành phần hóa học của phù sa sông Cửu Long và tác động của đê bao khép kín đến sự suy giảm độ phì, tích lũy kim loại nặng và gia tăng chi phí phân bón.
• Đặc điểm sinh học, hệ thống phân loại 10 ngành vi tảo, quá trình chuyển hóa các hợp chất carbon, nitrogen, phosphorus trong môi trường nước và cơ chế cố định đạm của vi khuẩn lam có dị bào.
• Mối quan hệ tương tác sinh thái giữa vi tảo với các yếu tố môi trường (nhiệt độ, pH, nồng độ $\text{NH}_4^+$, $\text{NO}_3^-$, $\text{PO}_4^{3-}$, tỷ lệ $\text{N} : \text{P}$), với phù sa bồi lắng và với quần thể sinh vật ăn tảo (grazers).
• Tổng quan về điều kiện tự nhiên, hệ thống đê bao, hiện trạng sản xuất lúa tại tỉnh An Giang và huyện Chợ Mới.

Chương 3: Phương tiện và phương pháp nghiên cứu

Chương 3 mô tả toàn bộ công cụ, hóa chất, thiết bị, phần mềm, khóa phân loại định danh hình thái tảo và quy trình thực nghiệm:

• Phương pháp bố trí bẫy phù sa ngoài đồng ruộng tại Thoại Sơn, Phú Tân, Chợ Mới, Châu Phú.
• Quy trình bố trí thí nghiệm chậu pot đánh giá hiệu quả bổ sung phù sa đến môi trường đất và năng suất hạt lúa chắc (vụ Đông Xuân 2014–2015).
• Phương pháp điều tra đa dạng vi tảo trong kênh và ruộng lúa thâm canh tại xã Long Kiến (Chợ Mới) qua 3 vụ canh tác (Thu Đông 2016, Đông Xuân 2016–2017, Hè Thu 2017) và thí nghiệm che rợp tán lá (vụ Đông Xuân 2017–2018).
• Các phương pháp tiêu chuẩn phân tích đất, nước, mô vi tảo và quy trình phân tích thống kê toán học.

Chương 4: Kết quả và thảo luận

4.1 Đánh giá khối lượng phù sa bồi lắng và khả năng cải thiện môi trường đất, khối lượng hạt chắc

Kết quả khảo sát trong giai đoạn 2013–2015 cho thấy sự chênh lệch rõ rệt về lượng phù sa bồi lắng giữa hai khu vực:

• Khối lượng phù sa bồi lắng trung bình ở khu vực ngoài đê bao đạt 22,5 tấn/ha, cao gấp 5 lần so với khu vực trong đê bao khép kín (4,43 tấn/ha).
• Khi tiến hành đê bao khép kín ngăn lũ, hàng năm lượng chất dinh dưỡng cung cấp từ phù sa bị mất đi tương ứng là 121 kg N/ha, 34,3 kg $\text{P}_2\text{O}_5$/ha và 262 kg $\text{K}_2\text{O}$/ha.
• Phù sa bồi lắng có thành phần cơ giới nhẹ, hàm lượng chất hữu cơ và dung tích hấp thu cation (CEC) cao, giúp cải thiện lý tính và hóa tính đất mặt.
• Kết quả thí nghiệm chậu pot vụ Đông Xuân 2014–2015 chứng minh: khi bổ sung lượng phù sa từ 1,2 đến 2,4 kg/chậu (hoàn toàn không bón thêm phân hóa học), hàm lượng carbon hữu cơ trong đất sau thu hoạch tăng từ 1,5 đến 1,58 lần và lân tổng số tăng từ 1,29 đến 1,59 lần so với đất đầu vụ; đồng thời khối lượng hạt lúa chắc tăng gấp 2,5 lần so với nghiệm thức đối chứng không bổ sung phù sa và không bón phân.
• Tác giả đã thiết lập được phương trình tương quan hồi quy tuyến tính đơn biến có ý nghĩa giữa khối lượng phù sa bồi lắng với thời gian ngập lũ tại các tiểu vùng.

4.2 Đa dạng loài, mật độ và sinh khối của vi tảo trong ruộng lúa

Qua 3 vụ khảo sát liên tiếp tại ruộng lúa thâm canh xã Long Kiến, huyện Chợ Mới, tác giả đã phát hiện và định danh:

• Tổng cộng 445 loài vi tảo, bao gồm 407 taxon vi tảo phù du và 157 taxon vi tảo sống đáy, thuộc 4 ngành: Tảo lục (Chlorophyta), Tảo khuê (Bacillariophyta), Tảo mắt (Euglenophyta) và Vi khuẩn lam (Cyanobacteria).
• Ngành Tảo lục (Chlorophyta) chiếm ưu thế lớn nhất về cấu trúc thành phần loài trong tất cả các vụ khảo sát.
• Ghi nhận sự hiện diện của 6 loài vi khuẩn lam có dị bào có khả năng cố định đạm tự do gồm: Anabaena affinis Lemm, Anabaena circinalis, Anabaena oscillarioides, Anabaenopsis elenkinii, Calothrix aeruginosa và Aphanizomenon flos-aquae. Trong đó, loài Anabaena oscillarioides phát triển với mật độ cá thể rất cao ở đầu giai đoạn lúa đẻ nhánh trong vụ Hè Thu 2017.
• Mật độ và sinh khối vi tảo biến động mạnh theo các đợt bón phân (tăng vọt sau các đợt bón phân lân và đạm từ 1–3 ngày) và theo độ che phủ của tán lá lúa (thí nghiệm vụ Đông Xuân 2017–2018 cho thấy khi tán lá lúa che rợp mạnh làm giảm cường độ ánh sáng chiếu xuống mặt nước, sinh khối tảo phù du giảm đáng kể so với nghiệm thức không trồng lúa).
• Hàng năm, tổng lượng sinh khối do tảo phù du và tảo đáy cung cấp cho đất trồng lúa ước đạt khoảng 1,08 tấn/ha/năm (tính theo sinh khối tươi).
• Hàm lượng lân tổng số trong sinh khối tảo cao gấp 2,1 lần so với trong rơm rạ. Dù hàm lượng đạm tổng số trong mô tảo bằng 0,71 lần so với phù sa, nhưng đạm trong tảo tồn tại ở dạng hữu cơ dễ khoáng hóa và dạng dễ tiêu, giúp cây lúa hấp thụ nhanh chóng và hoàn trả nguồn dinh dưỡng hữu dụng cho đất khi tế bào tảo chết và phân rã.

4.3 Ước tính tỷ lệ đóng góp dinh dưỡng của phù sa và vi tảo cho đất lúa hàng năm

Kết hợp các số liệu phân tích nồng độ N, P, K trong phù sa mùa lũ và sinh khối vi tảo, luận án lượng hóa khả năng cung cấp dinh dưỡng cho ruộng lúa thâm canh trong đê bao khép kín:

• Tổng lượng dưỡng chất do phù sa và vi tảo cung cấp hàng năm cho đất đạt 14,9 kg N/ha, 10,9 kg P/ha và 64,2 kg K/ha.
• Khi so sánh với tổng lượng phân bón hóa học nguyên chất ($\text{N}$, $\text{P}_2\text{O}_5$, $\text{K}_2\text{O}$) mà nông dân địa phương thực tế bón cho cây lúa hàng năm, lượng dinh dưỡng từ phù sa và vi tảo đóng góp tỷ lệ tương ứng là 3,98% N, 4,03% $\text{P}_2\text{O}_5$ và 41,1% $\text{K}_2\text{O}$.
• Riêng nguồn dinh dưỡng từ phù sa đóng góp tương ứng 3,85% N, 3,95% $\text{P}_2\text{O}_5$ và 40,3% $\text{K}_2\text{O}$ tổng lượng phân bón hóa học. Dinh dưỡng trực tiếp từ sinh khối vi tảo đóng góp 0,465 kg N/ha, 0,197 kg P/ha và 1,26 kg K/ha (chưa tính lượng đạm cố định sinh học thực tế bổ sung vào môi trường của vi khuẩn lam).

Chỉ tiêu dinh dưỡng	Lượng mất đi khi đê bao khép kín (kg/ha/năm)	Lượng phù sa và vi tảo cung cấp (kg/ha/năm)	Tỷ lệ đóng góp so với lượng phân hóa học nông dân bón (%)
Đạm ($\text{N}$)	121	14,9	3,98%
Lân ($\text{P}_2\text{O}_5$ / $\text{P}$)	34,3	10,9	4,03%
Kali ($\text{K}_2\text{O}$ / $\text{K}$)	262	64,2	41,1%

Chương 5: Kết luận và đề xuất

Chương 5 tổng hợp toàn bộ các kết luận rút ra từ các chuỗi thực nghiệm và khảo sát thực địa, khẳng định vai trò bổ trợ của phù sa và vi tảo trong việc cải thiện môi trường hóa học đất và duy trì cân bằng hệ sinh thái đồng ruộng. Trên cơ sở đó, tác giả đưa ra các khuyến nghị ứng dụng kỹ thuật và điều hành hệ thống thủy lợi vùng đê bao.

---

Kết quả và những đóng góp mới

Những đóng góp mới về mặt lý luận và khoa học

1. Lượng hóa sự mất mát phù sa và dinh dưỡng do đê bao khép kín: Cung cấp cơ sở khoa học định lượng chứng minh sự suy giảm khối lượng phù sa bồi lắng ở vùng đê bao khép kín (chỉ đạt 4,43 tấn/ha so với 22,5 tấn/ha ở ngoài đê), xác định lượng N, P, K bị thất thoát hàng năm và thiết lập phương trình hồi quy đơn biến mô tả mối quan hệ giữa khối lượng phù sa bồi lắng với thời gian ngập lũ tại An Giang.
2. Lý giải nguyên nhân duy trì độ phì nhiêu của đất đê bao lâu năm: Chứng minh việc hàm lượng chất hữu cơ và đạm, lân tổng số trong đất thâm canh trong đê bao vẫn ở mức khá đến giàu sau nhiều năm bao đê là nhờ sự tích lũy sinh khối liên tục của quần xã vi tảo (1,08 tấn tươi/ha/năm) và khả năng cố định đạm sinh học của các loài vi khuẩn lam có dị bào.
3. Bổ sung cơ sở dữ liệu đa dạng sinh học thủy sinh: Phát hiện và định danh 445 loài vi tảo phù du và vi tảo sống đáy trong hệ sinh thái ruộng lúa thâm canh 3 vụ tại ĐBSCL, ghi nhận 6 loài vi khuẩn lam có dị bào (Anabaena affinis Lemm, Anabaena circinalis, Anabaena oscillarioides, Anabaenopsis elenkinii, Calothrix aeruginosa, Aphanizomenon flos-aquae), xây dựng bộ sưu tập hình ảnh vi tảo phục vụ công tác tra cứu.

Những đóng góp mới về mặt thực tiễn

1. Định lượng tỷ lệ thay thế phân bón: Xác định lượng N, P, K do phù sa và vi tảo cung cấp tương đương 3,98% N, 4,03% $\text{P}_2\text{O}_5$ và 41,1% $\text{K}_2\text{O}$ tổng lượng phân hóa học nông dân bón hàng năm, làm căn cứ điều chỉnh công thức bón phân cân đối, đặc biệt là giảm lượng phân kali bón cho lúa.
2. Cung cấp luận cứ điều hành hệ thống đê bao: Cung cấp số liệu thực nghiệm làm cơ sở khoa học cho Sở Tài nguyên và Môi trường, Sở Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn tỉnh An Giang trong việc xây dựng quy chế vận hành cống, chủ động xả lũ đón phù sa.

Kiến nghị và giải pháp đề xuất

• Áp dụng chế độ xả lũ định kỳ: Cần thực hiện việc mở đê xả lũ vào vụ Thu Đông ở các tiểu vùng đê bao khép kín để đón nhận phù sa bồi đắp dinh dưỡng cho đất, thau chua rửa phèn, rửa trôi độc chất và dư lượng thuốc bảo vệ thực vật tồn đọng, đồng thời tạo nguồn nước bổ sung vi tảo tự nhiên vào đồng ruộng.
• Tận dụng nguồn đạm sinh học từ vi khuẩn lam: Trong canh tác vụ Hè Thu, cần áp dụng các biện pháp kỹ thuật canh tác thích hợp (như điều tiết mực nước, bón phân lân hợp lý ở giai đoạn đầu vụ) nhằm kích thích sự bùng phát mật độ của loài vi khuẩn lam có dị bào Anabaena oscillarioides ở giai đoạn lúa đẻ nhánh để nâng cao hiệu quả cố định đạm tự nhiên.

---

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

• Hạn chế về phạm vi không gian và thời gian: Nghiên cứu được thực hiện tập trung trên địa bàn 4 huyện của tỉnh An Giang (trọng tâm khảo sát chi tiết tại huyện Chợ Mới) trong giai đoạn các mùa lũ 2013–2015 (những năm có đỉnh lũ vừa và nhỏ), do đó các thông số bồi lắng phù sa cần được kiểm chứng thêm ở các năm có lũ lớn hoặc các tiểu vùng sinh thái khác của ĐBSCL.
• Hạn chế trong phương pháp định lượng cố định đạm: Tỷ lệ đóng góp đạm từ vi tảo trong luận án mới chỉ tính toán dựa trên tổng lượng nitơ tích lũy trong sinh khối tươi/khô của vi tảo thu thập được; chưa tiến hành đo lường trực tiếp hoạt độ enzyme nitrogenase bằng phương pháp khử acetylene (ARA) hoặc đánh dấu đồng vị bền $^{15}\text{N}$ ngoài đồng ruộng để định lượng chính xác tuyệt đối lượng đạm khí quyển do các loài vi khuẩn lam cố định bổ sung vào đất.
• Hướng nghiên cứu tiếp theo: Tiếp tục mở rộng nghiên cứu đánh giá vai trò của vi khuẩn lam cố định đạm dưới các chế độ quản lý nước khác nhau (như kỹ thuật tưới ngập khô xen kẽ - AWD) và thử nghiệm các chế phẩm vi sinh từ vi khuẩn lam bản địa nhằm giảm thiểu lượng phân đạm khoáng trong canh tác lúa thâm canh.

---

Giá trị tham khảo

• Đối với các nhà quản lý và hoạch định chính sách: Nghiên cứu là tài liệu tham khảo cho cán bộ ngành Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn, Tài nguyên và Môi trường tại tỉnh An Giang và các tỉnh vùng lũ ĐBSCL trong việc lập kế hoạch vận hành hệ thống đê bao, quy hoạch chu kỳ xả lũ (sản xuất 8 vụ lúa/3 năm thay vì thâm canh 3 vụ liên tục quanh năm).
• Đối với giảng viên, nghiên cứu sinh và học viên cao học: Luận án cung cấp hệ thống phương pháp luận hoàn chỉnh từ việc đặt bẫy phù sa ngoài đồng, thiết kế giá thể nhân tạo thu mẫu tảo đáy, bố trí thí nghiệm chậu pot đánh giá độ che rợp tán lá đến quy trình phân tích dinh dưỡng vi mô; đồng thời danh lục 445 loài vi tảo cùng hệ thống ảnh chụp vi học là tài liệu chuyên khảo cho các ngành Môi trường Đất – Nước, Khoa học Môi trường, Nông học và Thủy sinh học.
• Đối với người nông dân: Kết quả định lượng dinh dưỡng là cơ sở thực tế để nông dân vùng đê bao nhận thức rõ lợi ích của việc tiếp nhận nước lũ và điều chỉnh giảm lượng phân kali bón cho ruộng lúa khi có phù sa và vi tảo phát triển.

---

Câu hỏi thường gặp

1. Việc đê bao khép kín làm giảm khối lượng phù sa bồi lắng và thất thoát dinh dưỡng hàng năm ở mức độ nào?

Theo số liệu khảo sát thực địa giai đoạn 2013–2015 của luận án tại tỉnh An Giang, khối lượng phù sa bồi lắng ở khu vực ngoài đê bao đạt trung bình 22,5 tấn/ha, cao gấp 5 lần so với khu vực trong đê bao khép kín (chỉ đạt 4,43 tấn/ha). Khi đê bao khép kín ngăn lũ, lượng dinh dưỡng từ phù sa mất đi hàng năm cho mỗi hecta đất lúa tương ứng là 121 kg N, 34,3 kg $\text{P}_2\text{O}_5$ và 262 kg $\text{K}_2\text{O}$.

2. Thành phần loài vi tảo trong ruộng lúa thâm canh được ghi nhận gồm những ngành nào và ngành nào chiếm ưu thế?

Luận án đã ghi nhận tổng cộng 445 loài vi tảo (gồm 407 taxon vi tảo phù du và 157 taxon vi tảo sống đáy) thuộc 4 ngành: Tảo lục (Chlorophyta), Tảo khuê (Bacillariophyta), Tảo mắt (Euglenophyta) và Vi khuẩn lam (Cyanobacteria). Trong đó, ngành Tảo lục (Chlorophyta) là ngành có độ đa dạng về cấu trúc thành phần loài cao nhất qua cả ba vụ khảo sát.

3. Những loài vi khuẩn lam nào có khả năng cố định đạm được phát hiện trong ruộng lúa nghiên cứu?

Nghiên cứu đã phát hiện sự hiện diện của 6 loài vi khuẩn lam có tế bào dị bào (heterocyst) có khả năng cố định đạm tự do gồm: Anabaena affinis Lemm, Anabaena circinalis, Anabaena oscillarioides, Anabaenopsis elenkinii, Calothrix aeruginosa và Aphanizomenon flos-aquae. Trong đó, loài Anabaena oscillarioides xuất hiện với mật độ cá thể rất cao ở giai đoạn đầu đẻ nhánh của cây lúa trong vụ Hè Thu 2017.

4. Phù sa và vi tảo đóng góp bao nhiêu phần trăm nhu cầu phân bón NPK mà nông dân bón cho cây lúa hàng năm?

Hàng năm, phù sa và vi tảo cung cấp cho đất trồng lúa lượng dưỡng chất tổng số tương ứng là 14,9 kg N/ha, 10,9 kg P/ha và 64,2 kg K/ha. Lượng dưỡng chất này đáp ứng tương ứng 3,98% N, 4,03% $\text{P}_2\text{O}_5$ và 41,1% $\text{K}_2\text{O}$ tổng lượng phân bón hóa học nguyên chất mà người nông dân địa phương thực tế bón cho cây lúa hàng năm.

---

Kết luận

Luận án tiến sĩ của NCS. Bùi Thị Mai Phụng đã định lượng hóa một cách khoa học khối lượng phù sa bồi lắng bị suy giảm và mức độ thất thoát dinh dưỡng do tác động của đê bao khép kín tại tỉnh An Giang. Nghiên cứu đã chứng minh vai trò quan trọng của phù sa và quần xã 445 loài vi tảo (đặc biệt là 6 loài vi khuẩn lam có dị bào) trong việc bồi hoàn chất hữu cơ, cải thiện đặc tính hóa học đất và cung cấp một lượng đạm, lân, kali đáng kể (đáp ứng tới 41,1% nhu cầu phân kali). Các kết quả thực nghiệm này là cơ sở khoa học vững chắc hỗ trợ công tác quản lý tài nguyên đất, cung cấp luận cứ cho việc xả lũ định kỳ vụ Thu Đông và điều chỉnh kỹ thuật canh tác nhằm hướng tới sản xuất lúa bền vững tại Đồng bằng sông Cửu Long.

Trích đoạn nội dung tài liệu

THÔNG TIN TỔNG QUÁT Họ tên Nghiên cứu sinh: Bùi Thị Mai Phụng. Nữ: X Ngày sinh: 29/9/1978. Nơi sinh: Long Xuyên – An Giang. Đơn vị công tác: Bộ môn Quản lý Tài nguyên và Môi trƣờng, Khoa Kỹ thuật – Công nghệ – Môi trƣờng, Trƣờng Đại học An Giang.

Địa chỉ hiện nay: Số 18, đƣờng Ung Văn Khiêm, phƣờng Đông Xuyên, Thành phố Long Xuyên, tỉnh An Giang. Tốt nghiệp Đại học ngành: Môi trƣờng, năm 2001. Tốt nghiệp Thạc sĩ ngành: Khoa học Môi trƣờng, năm 2009. Hình thức đào tạo tiến sĩ: Không tập trung.

Thời gian đào tạo: 4 năm. Tên luận án tiến sĩ: Nghiên cứu sử dụng phù sa và vi tảo để cải thiện môi trƣờng đất lúa thâm canh vùng đê bao khép kín tỉnh An Giang. Chuyên ngành nghiên cứu sinh: Môi trƣờng Đất – Nƣớc Mã ngành: 62440303. Hình thức đào tạo: không tập trung.

Thời gian đào tạo: 4 năm. Ngƣời hƣớng dẫn chính: PGS. Nguyễn Hữu Chiếm. Địa chỉ: Khoa Môi trƣờng và Tài nguyên Thiên nhiên, Trƣờng Đại học Cần Thơ (ĐHCT).

i TÓM TẮT Vi tảo là những loài tảo có kích thƣớc hiển vi. Trong ruộng lúa chúng thƣờng phát triển ngay trong lớp nƣớc hay lớp đất mặt, làm giàu chất hữu cơ cho đất, đặc biệt vi khuẩn lam có khả năng cố định đạm từ khí quyển nhờ những dị bào, đồng thời, phù sa từ nƣớc lũ cũng rất giàu dƣỡng chất. Do vậy tảo và phù sa đều là nguồn dƣỡng chất rất hữu ích cho đất. Vì thế, nghiên cứu này đƣợc thực hiện trong 5 năm (từ năm 2013 đến năm 2018) tại tỉnh An Giang nhằm xác định tỷ lệ đóng góp dinh dƣỡng từ phù sa và vi tảo hàng năm và đánh giá khả năng góp phần cải thiện môi trƣờng đất của chúng.

Nghiên cứu này gồm ba nội dung: (1) Đánh giá khối lƣợng phù sa bồi lắng ở khu vực trong và ngoài đê bao khép kín tỉnh An Giang từ năm 2013-2015 và khả năng góp phần cải thiện môi trƣờng đất và khối lƣợng hạt lúa chắc, (2) Đánh giá đa dạng loài, mật độ và khả năng cung cấp sinh khối và dinh dƣỡng của vi tảo trong ruộng lúa góp phần cải thiện môi trƣờng đất và (3) Ƣớc tính tỷ lệ đóng góp dinh dƣỡng của phù sa và vi tảo cho đất trồng lúa hàng năm và đánh giá khả năng cải thiện môi trƣờng đất của chúng. Kết quả nghiên cứu cho thấy (1) khối lƣợng phù sa bồi lắng ở khu vực ngoài đê bao (22,5 tấn/ha) cao gấp 5 lần so với trong đê (4,43 tấn/ha). Khi đê bao khép kín thì hàng năm lƣợng N, P và K cung cấp từ phù sa mất đi tƣơng ứng với 121 kgN/ha, 34,3 kgP2O5/ha và 262 kgK2O/ha. Với lƣợng phù sa bổ sung từ 1,2 đến 2,4 kg/chậu mà không cần bón phân đã góp phần tăng lƣợng C hữu cơ trong đất từ 1,5-1,58 lần và lƣợng P tổng số từ 1,29-1,59 lần so với đất đầu vụ, đồng thời góp phần tăng khối lƣợng hạt chắc gấp 2,5 lần so với nghiệm thức không bổ sung phù sa.

Qua đó cho thấy phù sa bồi lắng hàng năm rất có ý nghĩa trong việc góp phần cải thiện môi trƣờng đất, chủ yếu về mặt hóa học. Tảo lục là ngành đa dạng về cấu trúc thành phần loài nhất. Đặc biệt, có sự xuất hiện của 6 loài vi khuẩn lam có dị bào nhƣ: Anabaena affinis Lemm, Anabaena circinalis, Anabaena oscillarioides, Anabaenopsis elenkinii, Calothrix aeruginosa và Aphanizomenon flos-aquae, trong đó Anabaena oscillarioides xuất hiện với mật độ cao ở đầu giai đoạn đẻ nhánh vào vụ Hè Thu 2017. Hàng năm tảo phù du và tảo đáy cung cấp cho đất trồng lúa khoảng 1,08 tấn/ha/năm (sinh khối tƣơi).

Lƣợng P tổng số trong tảo cao gấp 2,1 lần so với trong rơm rạ, mặc dù lƣợng N tổng số trong tảo chỉ bằng 0,71 lần so với phù sa nhƣng đạm trong tảo thuộc dạng dễ tiêu nên đƣợc cây trồng nhanh chóng hấp thu và khi chúng chết đi, là nguồn hoàn trả dƣỡng chất cho đất trồng lúa; (3) Phù sa và vi tảo có khả năng cung cấp lƣợng NPK ii tổng số cho đất tƣơng ứng với 14,9 kgN/ha; 10,9 kgP/ha; và 64,2 kgK/ha hay chiếm 3,98%; 4,03% và 41,1% tổng lƣợng phân nguyên chất N, P2O5 và K2O mà nông dân bón cho cây lúa. Qua đó cho thấy cả phù sa lẫn vi tảo là hai yếu tố quan trọng góp phần cải thiện môi trƣờng đất trồng lúa ở trong đê bao khép kín. Do vậy chúng có tầm quan trọng đối với quá trình sản xuất lúa ở khu vực lũ của tỉnh An Giang nói riêng và ở Đồng bằng sông Cửu Long nói chung. Chính vì vậy, khuyến cáo nên xả lũ ở vụ Thu Đông để đất ở trong đê bao khép kín có thể tiếp nhận phù sa và rửa trôi độc chất tồn đọng trong ruộng lúa, đồng thời có thể tận dụng dƣỡng chất từ phù sa và vi tảo.

Đặc biệt trong vụ Hè Thu cần có các giải pháp thích hợp nhằm phát huy khả năng cố định đạm của vi khuẩn lam. Từ khóa: dinh dưỡng, đất trồng lúa, phù sa, sinh khối, vi khuẩn lam, vi tảo. iii ABSTRACT Microalgae are microscopic sized algae. They often grow in the water surface or topsoil in rice fields, enriching soil organic matter, especially Cyanobacteria are capable of fixing nitrogen from the atmosphere by the heterocyst, in addition, sediment from flood is also very rich in nutrient so sediment and microalgae are both useful nutrient for soil.

Therefore, this study has been carried out in five years (from 2013 to 2018) in An Giang province in order to examinate the annual rate of nutrient contribution from sediment and microalgae and evaluate the potential contribution to improve the soil environment. This study included three contents: (1) Evaluating the weight of sediment inside and outside the full-dyke in An Giang province from 2013- 2015 and the ability to improve the soil environment and the weight of filled rice grains, (2) Assessing diversity, density, biomass and nutrient supplying ability of microalgae in the rice fields to contribute improve the soil environment, and (3) Estimating the nutrient contribution ratio of sediment and microalgae to the rice soil, and evaluate the ability to improve the soil environment. The results showed that (1) average weight of sediment outside the full-dyke (22.5 tons/ha) was five times higher than that inside the full-dyke (4.43 tons/ha), and then the annual weight of nitrogen, phosphorus and potassium supplied from the sediment would be lost at 121 kgN/ha, 34.3 kgP2O5/ha and 262 kgK2O/ha, respectively. The organic carbon and total phosphorus content in the rice soil increased in the treatments, which added with sediment ranging from 1.4 kg per pot and not fertilizer, were from 1.58 times and from 1.59 times than in the rice soil before cultivating.

At the same time, the weight of filled grains of them was 2.5 times the treatment not adding sediment. Thereby, the annual sediment is very meaningful in contributing to improving the soil environment, mainly soil chemistry. (2) Through three survey crops in the rice fields showed that there were 445 species of microalgae including 407 taxa of plankton and 157 taxa of benthic belonging to the four phyla (Chlorophyta, Bacillariophyta, Euglenophyta and Cyanobacteria), in which the most diverse structural component species was Chlorophyta. In particular, there were the presence of six species Cyanobacteria with heterocyst such as Anabaena affinis Lemm, Anabaena circinalis, Anabaena oscillarioides, Anabaenopsis elenkinii, Calothrix aeruginosa and Aphanizomenon flos-aquae, in which Anabaena oscillarioides appeared with high density at the beginning of tilling stage in the Summer-Autumn crop 2017.

The planktonic and benthic microalgae biomass was estimated about 1.08 tons per ha per year (fresh biomass). The iv total phosphorus content in microalgae was 2.1 times higher than that of rice straw, although the content of total nitrogen of microalgae was only 0.71 times that of sediment, the protein in algae is easily available, so plants absorb it quickly. When they die, nutrients of them are the source of replenishment of the soil rice. (3) The sediment and microalgae are able to provide Total nitrogen, phosphorus and potassium to the rice soil corresponding to 14.9 kgP/ha and 64.2 kgK/ha or 3.1% of the total pure fertilizer N, P2O5, and K2O that the farmers applied to rice, respectively.

Therefore, it shows that sediment and microalgae are two important factors contributing to improving the environment of rice cultivation inside the full- dyke, so they play an important role for rice production in flood areas of An Giang province in particular and in the Mekong Delta in general. Thereby, it is recommended that the rice soil inside the full-dyke should be drained flood in the Autumn-Winter crop so that the rice rice could receive sediment and microalgae, and wash away the toxins, in addition, the Summer-Autumn crop need to have appropriate solutions to promote nitrogen fixation of Cyanobacteria in the rice soil. Key words: biomass, Cyanobacteria, microalgae, nutrient, rice soil, sediment. v LỜI CẢM TẠ Trƣớc tiên, tác giả xin trân trọng gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất đến PGS.

Nguyễn Hữu Chiếm đang công tác tại Khoa Môi trƣờng và Tài nguyên Thiên nhiên, Trƣờng Đại học Cần Thơ, đã cung cấp nhiều kiến thức quý báu, dành nhiều thời gian để thảo luận chuyên môn, động viên và tạo điều kiện thuận lợi nhất cho tác giả hoàn thành luận án này. Xin chân thành cảm ơn đến Ban Giám hiệu Trƣờng Đại học Cần Thơ, Khoa Sau Đại học, đặc biệt quý Thầy Cô đang công tác Khoa Môi trƣờng và Tài nguyên Thiên nhiên đã cung cấp nhiều kiến thức quý báu cho tác giả trong suốt quá trình học tập và luôn tạo điều kiện thuận lợi cho tác giả trong việc thực hiện đề tài nghiên cứu. Tác giả cũng xin gửi lời cảm ơn đến Ủy ban Nhân dân tỉnh An Giang và Trƣờng Đại học học An Giang đã hỗ trợ thời gian, tài trợ một phần kinh phí nghiên cứu và tạo điều kiện cho tác giả hoàn thành nội dung luận án. Tác giả cũng xin gửi lời cảm ơn đến Ban Quản lý Khu Thí nghiệm – Thực hành cùng với các anh, chị đồng nghiệp đang công tác tại phòng thí nghiệm của Trƣờng Đại học An Giang đã tận tình giúp đỡ và tạo mọi điều kiện để tác giả có cơ hội sử dụng máy móc, thiết bị phòng thí nghiệm để phân tích mẫu thí nghiệm.

Tác giả đặc biệt biết ơn đến chủ hộ Huỳnh Trung Dung – ấp Long Hòa 1, xã Long Kiến, huyện Chợ Mới, tỉnh An Giang tận tình hỗ trợ đất canh tác, kỹ thuật canh tác lúa và công tác thu mẫu. Tiến trình hơn 4 năm thực hiện các nghiên cứu trong luận án, tác giả đã luôn đƣợc sự đồng hành và hỗ trợ của các đồng nghiệp ThS. Võ Đan Thanh, ThS. Dƣơng Mai Linh và ThS.

Nguyễn Hồng Nhật thông qua thực hiện các đề tài nghiên cứu khoa học cấp Trƣờng và cấp Khoa; học viên cao học Nguyễn Thị Bích và Trần Tuấn Anh – ngành Khoa học Môi trƣờng khóa 14 và khóa 15, sinh viên Nguyễn Thị Yến Trinh – ngành Khoa học Môi trƣờng khóa.