Tổng quan nghiên cứu

Việt Nam có khoảng 3 triệu ha đất đồng bằng bị nhiễm mặn và nhiễm phèn, chiếm 31,8% tổng diện tích đất sản xuất nông nghiệp cả nước. Trong đó, diện tích đất mặn chiếm hơn 1 triệu ha, tập trung chủ yếu tại Đồng bằng sông Hồng và Đồng bằng sông Cửu Long. Dưới tác động tiêu cực của biến đổi khí hậu và hiện tượng nước biển dâng, sự sụt giảm sản xuất nông nghiệp ngày càng nghiêm trọng. Điển hình vào năm 2016, hạn hán và xâm nhập mặn đã làm thiệt hại hơn 250.203 ha hoa màu, khiến tăng trưởng ngành nông nghiệp 6 tháng đầu năm giảm 0,18%. Độ mặn tích tụ trong đất làm giảm năng suất cây trồng khoảng 30%, đe dọa trực tiếp an ninh lương thực và sinh kế của hàng triệu hộ nông dân.

Tại tỉnh Thái Bình, diện tích đất nhiễm mặn lên tới 21.000 ha. Riêng huyện Tiền Hải có đến 12.809 ha đất mặn, trong đó đất mặn trung bình và ít gia tăng mạnh do mạch nước ngầm mao dẫn cùng nước biển xâm nhập qua hệ thống sông Trà Lý, sông Lân. Để giải quyết thực trạng này, đề tài tập trung đánh giá ảnh hưởng của phân bón 16PB01 đến khả năng cải tạo độ mặn và năng suất giống lúa BC15 trên đất phù sa nhiễm mặn tại xã Đông Long, huyện Tiền Hải, tỉnh Thái Bình. Nghiên cứu được triển khai thực nghiệm trong khung thời gian từ tháng 1 năm 2019 đến tháng 12 năm 2019, bao gồm cả vụ xuân và vụ mùa. Kết quả đề tài mang ý nghĩa thực tiễn lớn khi cung cấp giải pháp kỹ thuật giúp nâng cao năng suất lúa từ 25,19% đến 27,5% và gia tăng lợi nhuận kinh tế thêm 19,00% đến 20,38% so với tập quán canh tác truyền thống.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng dựa trên 2 nền tảng lý thuyết thổ nhưỡng và sinh lý thực vật chuyên sâu:

Thứ nhất là Lý thuyết trao đổi cation và hấp phụ keo đất của K. Gedroits. Khi đất bị nhiễm mặn, cation Na+ chiếm ưu thế trên bề mặt phức hệ hấp thu của keo đất, làm phá vỡ cấu trúc đoàn lạp, gây nén chặt và suy giảm độ phì. Việc bổ sung các cation hóa trị hai như Ca2+ và Mg2+ sẽ tạo ra phản ứng trao đổi thế chỗ ion Na+ trên phức hệ keo đất theo phương trình đẩy Na+ ra ngoài dung dịch đất. Cụ thể, Ca2+ kết hợp với keo đất giải phóng muối natri dễ tan, sau đó các muối này nhanh chóng bị rửa trôi qua mạng lưới tưới tiêu.

Thứ hai là Thuyết áp suất thẩm thấu và ngộ độc ion chuyên biệt ở cây trồng theo Munns và Kaya. Nồng độ muối cao trong dung dịch đất gây ra hiện tượng hạn sinh lý do áp suất thẩm thấu vượt quá 40 atm, ức chế rễ hút nước và khoáng chất thiết yếu như Ca2+, K+, N và P. Sự tích lũy quá mức của Na+ và Cl- trong tế bào làm suy giảm hàm lượng diệp lục, ức chế enzyme quang hợp và phá vỡ cấu trúc màng sinh chất.

Các khái niệm chính được vận dụng bao gồm: đất phù sa nhiễm mặn, độ dẫn điện EC (1:5), dung lượng trao đổi cation CEC, nồng độ Na+ trao đổi, tỷ lệ nhánh hữu hiệu và năng suất thực thu của lúa.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu phối hợp chặt chẽ giữa thí nghiệm trong phòng và thí nghiệm đồng ruộng:

Thí nghiệm trong phòng phân tích 50g đất lấy tại điểm nghiên cứu, chia làm 4 công thức với 3 lần lặp lại theo kiểu hoàn toàn ngẫu nhiên (CRD), ngâm cùng 250ml nước cất trong 168 giờ (7 ngày) với các mức bón phân 16PB01 từ 0g đến 0,250g.

Thí nghiệm đồng ruộng được tiến hành trong 2 vụ liên tiếp (vụ xuân và vụ mùa năm 2019) tại xã Đông Long, huyện Tiền Hải. Thí nghiệm bố trí theo khối ngẫu nhiên đầy đủ (RCBD) gồm 4 công thức, 3 lần nhắc lại trên 12 ô thí nghiệm với diện tích mỗi ô là 30 m2. Mật độ cấy cố định 40 khóm/m2 với giống lúa thuần BC15. Công thức 1 là đối chứng theo quy trình chuẩn của địa phương. Công thức 2, 3 và 4 lần lượt bón bổ sung 400 kg, 800 kg và 1.200 kg phân bón 16PB01/ha, kết hợp điều chỉnh giảm dần lượng phân lân supe thương phẩm.

Phương pháp chọn mẫu đất thực hiện theo quy tắc lấy mẫu 5 điểm chéo góc ở tầng canh tác 0-20 cm trước và sau mùa vụ, sấy khô tự nhiên và rây qua rây 2 mm. Các chỉ tiêu lý hóa được phân tích theo Tiêu chuẩn Quốc gia: pHKCl theo TCVN 5979:2007 bằng máy đo pH met, độ dẫn điện EC theo TCVN 6650-2000, ion Na+ trao đổi theo TCVN 6498:1999 bằng phương pháp quang phổ hấp thụ, và ion Cl- theo TCVN 8558-2010 bằng sắc ký ion. Toàn bộ số liệu thực nghiệm được xử lý thống kê bằng phần mềm Statistix 8 và IRRISTAT 5.0 nhằm đảm bảo độ tin cậy khoa học cao với mức ý nghĩa p < 0,05.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Quá trình phân tích thực nghiệm đã chỉ ra 4 phát hiện quan trọng có giá trị khoa học và ứng dụng thực tiễn:

Thứ nhất, phân bón 16PB01 làm giảm mạnh hàm lượng Na+ trao đổi trong đất. Trong phòng thí nghiệm, nồng độ Na+ giảm từ mức ban đầu 4,08 meq/100g xuống còn 1,29 meq/100g ở mức bón tương đương 1.200 kg/ha, giảm 32,5% so với công thức đối chứng (1,91 meq/100g). Trên đồng ruộng, mức bón 1.200 kg 16PB01/ha giúp hạ Na+ trao đổi xuống 2,31 meq/100g, giảm 14,8% so với đối chứng (2,71 meq/100g).

Thứ hai, cải thiện rõ rệt các chỉ số lý hóa của đất mặn. Bón 1.200 kg 16PB01/ha giúp nâng giá trị pHKCl từ 5,43 lên 6,12 (tăng 9,1% so với đối chứng 5,61), đồng thời kéo giảm độ dẫn điện EC từ 0,85 mS/cm xuống 0,51 mS/cm (giảm 33,3% so với đối chứng 0,75 mS/cm). Hàm lượng độc chất Cl- giảm mạnh từ 0,12% xuống còn 0,05%, đưa đất từ mức nhiễm mặn trung bình về mức mặn ít.

Thứ ba, thúc đẩy sinh trưởng nông sinh học và tỷ lệ nhánh hữu hiệu của cây lúa. Lúa được bón phân 16PB01 có tốc độ tăng trưởng chiều cao ổn định, thân cứng cáp, tăng khả năng đẻ nhánh. Tỷ lệ nhánh hữu hiệu ở công thức bón 1.200 kg/ha đạt 84,0% trong vụ xuân (tăng 4,8% so với đối chứng) và đạt 74,1% trong vụ mùa (tăng 5,0% so với đối chứng).

Thứ tư, gia tăng vượt trội năng suất lúa và hiệu quả kinh tế. Năng suất thực thu ở mức bón 1.200 kg 16PB01/ha đạt đỉnh 62,82 tạ/ha trong vụ xuân (tăng 27,5% so với đối chứng) và 68,89 tạ/ha trong vụ mùa (tăng 25,19% so với đối chứng). Xét về hiệu quả kinh tế thuần, mức bón 800 kg 16PB01/ha mang lại lợi nhuận cao nhất, đạt 21.733.000 đồng/ha ở vụ xuân (tăng 20,38%) và 27.042.000 đồng/ha ở vụ mùa (tăng 19,00%).

Thảo luận kết quả

Cơ chế cải tạo đất của phân bón 16PB01 bắt nguồn từ hàm lượng dồi dào các chất khoáng hữu dụng gồm 8% Canxi (Ca), 5% Magie (Mg), 8% Lưu huỳnh (S), 5% Phốt pho hữu hiệu (P2O5) và 5% chất hữu cơ (OM). Cation Ca2+ hòa tan đã cạnh tranh mạnh mẽ và thay thế Na+ trên bề mặt keo đất, biến natri thành dạng hòa tan tự do dễ bị nước mưa và nước tưới rửa trôi. Điều này giải thích tại sao mối quan hệ giữa lượng bón 16PB01 và nồng độ Na+ trao đổi tuân theo hàm tương quan mũ chặt chẽ với hệ số R2 = 0,9641 trong phòng thí nghiệm và R2 = 0,8046 ngoài đồng ruộng.

Khi trình bày qua các đồ thị hồi quy, sự gia tăng của liều lượng phân bón 16PB01 tỷ lệ nghịch với độ dẫn điện EC (R2 = 0,8466) và tỷ lệ thuận với độ pH đất (R2 = 0,865). So sánh với nghiên cứu của Lê Văn Dũng và cộng sự năm 2018 tại vùng đồng bằng ven biển, việc cung cấp Ca2+ từ nguồn vật liệu cải tạo chuyên dụng luôn tạo ra bước đệm bảo vệ màng rễ lúa, kích thích hấp thụ Kali và ức chế độc tính của ion Cl-.

Mặc dù mức bón 1.200 kg/ha cho năng suất vật chất cao nhất, nhưng mức bón 800 kg/ha lại đạt tối ưu về mặt tài chính. Nguyên nhân là do mức bón 800 kg/ha đã đáp ứng đủ ngưỡng giải tỏa áp lực mặn cho đất, trong khi chi phí phân bón đầu vào ở mức 1.200 kg/ha tăng thêm làm giảm biên lợi nhuận ròng.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên kết quả nghiên cứu khoa học và thực tiễn sản xuất, 4 nhóm giải pháp chiến lược được đề xuất như sau:

Thứ nhất, chuẩn hóa và chuyển giao quy trình bón phân 16PB01 trên đất lúa nhiễm mặn. Khuyến cáo các Hợp tác xã nông nghiệp và bà con nông dân tại Tiền Hải áp dụng mức bón 800 kg 16PB01/ha kết hợp với 120 kg N + 20 kg P2O5 + 60 kg K2O/ha cho vụ xuân, và 800 kg 16PB01/ha kết hợp 100 kg N + 20 kg P2O5 + 60 kg K2O/ha cho vụ mùa. Mục tiêu nâng cao năng suất bình quân toàn huyện đạt trên 65 tạ/ha/vụ và tăng thu nhập thêm 3,6 đến 4,3 triệu đồng/ha/vụ trong giai đoạn 2021-2025.

Thứ hai, hoàn thiện hệ thống thủy lợi nội đồng phục vụ thau chua rửa mặn. Ủy ban nhân dân huyện Tiền Hải cùng Công ty Khai thác Công trình Thủy lợi cần chủ động điều tiết nguồn nước ngọt từ sông Trà Lý để thau rửa các ion Na+ và Cl- đã được phân bón 16PB01 đẩy ra dung dịch đất. Mục tiêu kiểm soát độ mặn nguồn nước tưới luôn ở mức EC dưới 0,55 mS/cm trên 100% diện tích canh tác lúa ven đê.

Thứ ba, mở rộng khảo nghiệm phân bón 16PB01 trên đa dạng cơ cấu giống lúa chịu thâm canh. Trung tâm Khuyến nông tỉnh Thái Bình cần chủ trì mở rộng ứng dụng trên các giống lúa phổ biến khác như TBR225, Thiên ưu 8, TBR1 và các giống lúa đặc sản tại các huyện ven biển Thái Thụy và Tiền Hải trong giai đoạn 2022-2024, hướng tới quy mô vùng sản xuất hàng hóa tập trung trên 5.000 ha.

Thứ tư, phát triển chuỗi cung ứng vật tư phân bón cải tạo đất giá thành hợp lý. Trung tâm Nghiên cứu Phân bón và Dinh dưỡng Cây trồng cần liên kết với các doanh nghiệp sản xuất phân bón tận dụng triệt để nguồn phế phụ phẩm công nghiệp giàu canxi để hạ giá thành sản phẩm 10-15%, hỗ trợ cung ứng kịp thời cho nông dân trước mỗi mùa vụ canh tác.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Luận văn là tài liệu tham khảo thiết thực cho 4 nhóm đối tượng trọng tâm sau:

Cán bộ quản lý ngành nông nghiệp và khuyến nông viên địa phương: Giúp nắm bắt cơ sở dữ liệu thực nghiệm chuẩn xác về thổ nhưỡng Tiền Hải để xây dựng quy hoạch mùa vụ, hướng dẫn kỹ thuật canh tác thích ứng biến đổi khí hậu cho hơn 21.000 ha đất mặn tại Thái Bình.

Hợp tác xã nông nghiệp và hộ nông dân canh tác vùng ven biển: Cung cấp giải pháp kỹ thuật cụ thể về liều lượng bón lót và bón thúc phân 16PB01, giúp giảm chi phí mua phân lân đơn, hạn chế rủi ro ngộ độc mặn và nâng cao lợi nhuận kinh tế từ 19,00% đến 20,38%.

Các nhà khoa học, giảng viên và học viên cao học chuyên ngành Nông học, Thổ nhưỡng: Sử dụng phương pháp bố trí thí nghiệm khối ngẫu nhiên hoàn chỉnh RCBD và mô hình toán học giải thích cơ chế trao đổi ion làm dữ liệu tham khảo cho các đề tài nghiên cứu chuyên sâu về đất có vấn đề.

Doanh nghiệp sản xuất và kinh doanh phân bón: Tham khảo thành phần công thức phối chế cân đối giữa Canxi (8%), Magie (5%), Lưu huỳnh (8%) và Hữu cơ (5%) để thương mại hóa các dòng phân bón chuyên biệt dành riêng cho thị trường đất mặn và đất phèn mặn ven biển.

Câu hỏi thường gặp

Phân bón 16PB01 có an toàn cho môi trường đất và cây trồng không? Phân bón 16PB01 hoàn toàn an toàn theo quy chuẩn kỹ thuật. Kết quả kiểm nghiệm cho thấy hàm lượng kim loại nặng rất thấp với Asen đạt 0,001 mg/kg, Chì đạt 50,55 mg/kg, Cadimi đạt 3,15 mg/kg, không phát hiện Thủy ngân và các vi khuẩn gây hại như E.Coli hay Salmonella.

Cơ chế chính giúp phân bón 16PB01 khử mặn trong đất là gì? Phân bón cung cấp trực tiếp 8% Ca và 5% Mg hòa tan. Các cation Ca2+ và Mg2+ sẽ thực hiện phản ứng trao đổi thế chỗ ion Na+ bám trên bề mặt keo đất, chuyển Na+ thành dạng muối hòa tan tự do và dễ dàng bị nước tưới hoặc nước mưa rửa trôi khỏi tầng rễ cây.

Tại sao mức bón 800 kg 16PB01/ha lại mang lại hiệu quả kinh tế cao hơn mức 1.200 kg/ha? Mặc dù mức bón 1.200 kg/ha cho năng suất thực thu cao nhất (68,89 tạ/ha), nhưng mức bón 800 kg/ha đã đáp ứng tối ưu ngưỡng sinh trưởng của lúa và cải tạo đất tốt. Chi phí mua phân bón tăng thêm ở mức 1.200 kg/ha cao hơn giá trị lúa thu thêm, khiến mức 800 kg/ha có lợi nhuận ròng cao nhất đạt 27.042.000 đồng/ha.

Sử dụng phân bón 16PB01 có làm gia tăng sâu bệnh hại trên cây lúa BC15 không? Theo dõi thực địa trong cả 2 vụ cho thấy phân bón 16PB01 không làm gia tăng áp lực sâu bệnh hại. Nhờ thân cây lúa cứng cáp, tỷ lệ nhánh hữu hiệu cao đạt trên 74-84%, cây lúa duy trì khả năng chống chịu tốt với sâu cuốn lá, sâu đục thân và bệnh khô vằn tương đương hoặc tốt hơn đối chứng.

Thời điểm và phương pháp bón phân 16PB01 cho lúa như thế nào là đúng kỹ thuật? Toàn bộ 100% lượng phân bón 16PB01 (từ 800 đến 1.200 kg/ha) được sử dụng để bón lót sâu vào đất trước khi cấy lúa 1 ngày. Cách làm này giúp các ion Ca2+ và Mg2+ kịp thời hòa tan, phản ứng trao đổi khử Na+ trong đất trước khi rễ mạ non tiếp xúc với đất ruộng.

Kết luận

Nghiên cứu khẳng định giá trị ứng dụng to lớn của phân bón 16PB01 trong sản xuất nông nghiệp ven biển qua 5 kết luận cốt lõi:

  • Cải thiện rõ rệt các chỉ tiêu lý hóa đất mặn, nâng pHKCl từ 5,43 lên 6,12, giảm độ dẫn điện EC xuống 0,51 mS/cm và hạ hàm lượng Na+ trao đổi đến 32,5% trong phòng thí nghiệm và 14,8% ngoài đồng ruộng.
  • Tăng cường khả năng sinh trưởng của giống lúa BC15, nâng cao tỷ lệ nhánh hữu hiệu đạt 84,0% trong vụ xuân và 74,1% trong vụ mùa.
  • Gia tăng năng suất lúa thực thu vượt bậc, đạt 62,82 tạ/ha ở vụ xuân (tăng 27,5%) và 68,89 tạ/ha ở vụ mùa (tăng 25,19%) so với đối chứng.
  • Tối ưu hóa hiệu quả tài chính với mức bón 800 kg/ha, mang lại lợi nhuận cao nhất đạt 21.733.000 đồng/ha trong vụ xuân và 27.042.000 đồng/ha trong vụ mùa.
  • Đóng góp giải pháp công nghệ mới tận dụng nguồn phụ phẩm phân bón DAP giàu canxi để cải tạo đất mặn hiệu quả và thân thiện với hệ sinh thái.

Kế hoạch trong giai đoạn 2021-2025 là hoàn thiện tiêu chuẩn cơ sở cho sản phẩm phân bón 16PB01 và phối hợp cùng ngành nông nghiệp địa phương chuyển giao rộng rãi mô hình thâm canh cải tạo mặn trên toàn bộ các vùng sinh thái ven biển miền Bắc. Hãy liên hệ với cơ quan khuyến nông gần nhất để được tư vấn quy trình kỹ thuật bón phân cải tạo đất mặn tối ưu cho mùa vụ tới.