Tổng quan luận án

Luận án tiến sĩ với đề tài "Nghiên cứu mô hình quản lý nước trong hệ thống canh tác tổng hợp vùng ngập lũ ĐBSCL để thích ứng với biến đổi khí hậu" được thực hiện tại Khoa Môi trường và Tài nguyên Thiên nhiên, Trường Đại học Cần Thơ, dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS. Văn Phạm Đăng Trí và TS. Phạm Văn Toàn. Nghiên cứu thuộc chuyên ngành Khoa học Môi trường / Quản lý Tài nguyên Nước và Đất đai, áp dụng phương pháp tiếp cận hỗn hợp (kết hợp phân tích không gian GIS, điều tra kinh tế - xã hội nông hộ, thực nghiệm đồng ruộng và mô phỏng số trị).

Tính cấp thiết và khoảng trống nghiên cứu

Tài nguyên nước ngọt tại Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL) đang đứng trước nguy cơ suy giảm nghiêm trọng do hai tác động đồng thời: biến đổi khí hậu (gia tăng nhiệt độ, biến đổi lượng mưa, nước biển dâng, hạn hán, xâm nhập mặn) và việc gia tăng khai thác, chuyển nước tại vùng thượng nguồn lưu vực sông Mekong (như các dự án gia tăng diện tích tưới tại Lào, Campuchia và dự án chuyển nước Kong-Loei-Chi-Mun của Thái Lan). Tình trạng thiếu hụt nguồn nước ngọt trong mùa khô đe dọa trực tiếp đến tính bền vững của các hệ thống canh tác nông nghiệp, đặc biệt là tập quán độc canh lúa nước vốn tiêu thụ lượng nước rất lớn.

Khoảng trống nghiên cứu được tác giả xác định là: các nghiên cứu trước đây về hiệu quả sử dụng nước chủ yếu tập trung vào chỉ số vật lý đơn thuần (tỷ số giữa sản lượng sinh học hoặc năng suất nông sản trên một đơn vị nước tiêu thụ, kg/m³), chưa gắn kết chặt chẽ với hiệu quả tài chính của nông hộ (lợi nhuận thu được trên một đơn vị mét khối nước sử dụng). Đồng thời, tại vùng ngập lũ đầu nguồn như tỉnh An Giang, việc chuyển đổi từ độc canh lúa sang luân canh lúa - màu hoặc chuyên canh cây màu trên nền đất lúa chưa có quy trình khoa học để đánh giá nhanh nhu cầu nước, khả năng tiết kiệm nước và hiệu quả kinh tế làm cơ sở ra quyết định quản lý.

Mục tiêu nghiên cứu

  • Mục tiêu tổng quát: Xác định nhu cầu tưới cho cây màu và đánh giá hiệu quả sử dụng nước tưới trong nông nghiệp để phục vụ cho mục tiêu phát triển nông nghiệp bền vững trong bối cảnh nguồn nước không ổn định ở đầu nguồn tỉnh An Giang.
  • Mục tiêu cụ thể:
    1. Xác định loại cây màu canh tác trên nền đất lúa sử dụng tài nguyên nước ít mà đem lại hiệu quả kinh tế cao trong sản xuất nông nghiệp.
    2. Xác định quy trình giúp các nhà khoa học, nhà quản lý và nông dân đánh giá nhanh hiệu quả sử dụng nước.

Câu hỏi và giả thuyết nghiên cứu

  • Câu hỏi nghiên cứu:
    1. Cây màu nào tiết kiệm tài nguyên nước và đem lại hiệu quả kinh tế trong sản xuất nông nghiệp cao?
    2. Quy trình nào giúp đánh giá nhanh hiệu quả sử dụng nước cho các cây trồng khác nhau?
  • Giả thuyết nghiên cứu:
    1. Đưa cây màu vào trồng trên nền đất lúa sẽ có hiệu quả sử dụng nước tưới cao hơn so với chuyên canh lúa.
    2. Có thể phát triển một quy trình đánh giá hiệu quả sử dụng nước cho các loại cây màu.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

  • Đối tượng nghiên cứu: Tính thích nghi đất đai của mô hình chuyên màu (màu - màu) và luân canh (lúa - màu) trên nền đất lúa; nhu cầu tưới, lượng nước tiêu thụ và các chỉ tiêu kinh tế của cây bắp (ngô) và cây ớt; quy trình đánh giá hiệu quả sử dụng nước cho cây trồng cạn.
  • Phạm vi không gian: Tỉnh An Giang; mô hình thực nghiệm thực địa và điều tra nông hộ được triển khai cụ thể tại xã Vĩnh Thạnh Trung, huyện Châu Phú, tỉnh An Giang.
  • Phạm vi thời gian: Nghiên cứu được thực hiện trong giai đoạn 5 năm, từ tháng 01/2012 đến tháng 08/2016 (số liệu điều tra nông hộ và thực nghiệm tập trung vào các vụ Đông - Xuân và Hè - Thu năm 2012; chuỗi số liệu khí tượng thủy văn theo dõi giai đoạn 1995-2015).

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Các hướng nghiên cứu trước được điểm luận

Tác giả đã hệ thống hóa các tài liệu khoa học liên quan đến 4 nhóm vấn đề chính:

  1. Đánh giá đất đai và phân hạng thích nghi: Phân tích sự phát triển từ hệ thống toán học (Storie, 1933), hệ thống phân loại khả năng đất đai của USDA (Klingebiel and Montgomery, 1961), đến khung đánh giá đất đai của FAO (FAO 1976, 1983, 1985, 1993, 1995, 1999). Các nghiên cứu định lượng kinh tế trong đánh giá đất đai của Brinkman và Smyth (1976), Van Diepen et al. (1991), Hall and Wang (1992), Steiner et al. (1987), phân loại độ phì FCC của Sánchez et al. (2003). Tại Việt Nam, tác giả điểm lại các công trình của Lê Quang Trí (2004, 2010), Vũ Quang Minh và Lê Quang Trí (2006) về FCC trên đất lúa ĐBSCL; Van Mensvoort and Le Quang Tri (2002) tại Phụng Hiệp và Thạnh Hóa; Vũ Phước Khải (2011) và Lê Thị Linh et al. (2011, 2012) tại Trà Vinh; Phan Ngọc Duyên (2006) tại Hồng Dân (Bạc Liêu); Đặng Thành Trung (2007).
  2. Hệ thống canh tác nông nghiệp và cây trồng tại ĐBSCL: Kế thừa kết quả phân vùng sinh thái của Võ Tòng Xuân (1982) và các cập nhật của Nguyễn Hồng Tín và ctv. (2016); nghiên cứu của Balica et al. (2013), Trần Thanh Bé (2000). Về hiệu quả kinh tế các mô hình canh tác, luận án dẫn chứng kết quả của Nguyễn Hoàng Đan et al. (2013), Nguyễn Minh Phượng et al. (2013), Nguyễn Phan Nhân et al. (2012), Nguyễn Duy Cần (2009), Đỗ Văn Xê (2010), Trương Hoàng Minh et al. (2014), Bùi Văn Trịnh và Trương Đình Khấn (2013), Trần Thanh Sơn (2011). Về kỹ thuật và hiệu quả từng loại cây: cây bắp (Đỗ Văn Ngọc, 2014; Trần Trọng Triết, 2015; Nguyễn Mỹ Hoa et al., 2015); cây ớt (Nguyễn Văn Kiền, 2013; Trần Thị Kim Sơn, 2016; Vương Thoại Trung, 2015); đậu nành (Lê Hùng Cường et al., 2014; Phạm Hưng, 2016); mè (Phạm Thị Phương Lan, 2011; Lê Thị Xuân Đào, 2012; Nguyễn Công Thành, 2012).
  3. Cân bằng nước và nhu cầu nước của cây trồng: Khung cân bằng nước mương ruộng của Christopher and Mohd (2011), Yoshida (1981); cơ chế hút nước qua rễ và thoát hơi nước của Rawls and Brakensiek (1998), Van Genuchten (1980), Nguyễn Kim Thanh (2005), Nguyễn Thế Quảng (2010), Chu Thị Thơm et al. (2006), Lê Anh Tuấn (2005); các giới hạn ẩm độ đất (FC, PWP, AWC) của De Jong et al. (1992), Trần Bá Linh et al. (2014), Trần Viết Ổn (2002), Trần Khổng Tấu (1991), Vũ Khắc Trí (2002). Phương pháp Penman-Monteith tính bốc thoát hơi tham chiếu (ETo) và nhu cầu nước cây trồng (ETc = Kc × ETo) theo FAO (1998), Allen et al. (1998), Meyer (1999), Adeniran et al. (2010).
  4. Mô hình AquaCrop và đánh giá hiệu quả sử dụng nước: Cơ sở lý thuyết của AquaCrop từ Steduto et al. (2009, 2011), Raes et al. (2011, 2012), Geerts et al. (2009, 2010); các so sánh giữa AquaCrop với CropSyst (Abi Saab et al., 2015), WOFOST (Todorovic et al., 2009), CERES-Rice (Amiri et al., 2014). Các nghiên cứu ứng dụng AquaCrop trong nước gồm Tất Anh Thư và ctv. (2015) trên đậu nành; Vương Tấn Huy (2012), Nguyễn Văn Quí và ctv. (2014), Hồng Minh Hoàng và Văn Phạm Đăng Trí (2015), Lê Phương Đông và Dương Thanh Hải (2012) trên cây lúa. Về phương pháp đánh giá hiệu quả sử dụng nước, tác giả điểm các nghiên cứu của Ali and Talukder (2008), Ximing and Rosegrant (2003), Descheemaeker et al. (2013), Wichelns (2014), Ahmed and Mahmoud (2010).

Khoảng trống luận án lựa chọn giải quyết

Luận án tập trung giải quyết khoảng trống then chốt: kết nối giữa đánh giá đất đai tự nhiên - kinh tế theo FAO với việc mô phỏng nhu cầu nước thực tế (qua mô hình số trị AquaCrop) và lượng hóa hiệu quả sử dụng nước theo chỉ tiêu tài chính (Lợi nhuận/m³ nước). Luận án không dừng lại ở việc tính năng suất sinh học trên lượng nước, mà xác định cụ thể lợi nhuận tài chính ròng trên từng mét khối nước tưới cho từng hệ thống canh tác luân canh và chuyên canh tại vùng ngập lũ An Giang, đồng thời chuẩn hóa thành một quy trình đánh giá có tính ứng dụng thực tiễn.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết và khái niệm sử dụng

  • Lý thuyết đánh giá thích nghi đất đai của FAO (1976, 1993): Phân tích sự tương thích giữa yêu cầu sử dụng đất (Land Use Requirements - LUR) của các kiểu sử dụng đất (Land Use Types - LUT) với các đơn vị bản đồ đất đai (Land Units - LU). Phân hạng mức độ thích nghi định tính và định lượng thành 4 cấp: Thích nghi cao (S1), Thích nghi trung bình (S2), Thích nghi kém (S3), và Không thích nghi (N).
  • Lý thuyết cân bằng nước mặt ruộng: Biểu diễn qua phương trình: $$\text{ET}_c = \text{Ir} + R - D - \text{RO} + \Delta S$$ Trong đó: $\text{ET}_c$ là lượng bốc thoát hơi nước của cây trồng (mm); $\text{Ir}$ là lượng nước tưới (mm); $R$ là lượng mưa (mm); $D$ là lượng nước thấm lậu qua đáy tầng rễ (mm); $\text{RO}$ là dòng chảy tràn mặt ruộng (mm); $\Delta S$ là biến thiên lượng nước tích trữ trong tầng đất canh tác (mm).
  • Phương pháp tính bốc thoát hơi nước tham chiếu (ETo) chuẩn Penman-Monteith (FAO-56): Kết hợp các thông số khí tượng (bức xạ thuần $Rn$, thông lượng nhiệt đất $G$, nhiệt độ không khí trung bình $T$, tốc độ gió tại độ cao 2m $U_2$, áp suất hơi bão hòa $e_s$, áp suất hơi thực tế $e_a$, độ dốc đường áp suất hơi bão hòa $\Delta$, hằng số tâm lý ẩm kế $\gamma$).
  • Khung phân tích tài chính nông hộ:
    • Tổng thu ($\text{TVP}$) = Năng suất $\times$ Giá bán.
    • Lợi nhuận ($\text{Profit}$) = Tổng thu ($\text{TVP}$) - Tổng chi phí ($\text{TC}$).
    • Tỷ suất lợi nhuận trên chi phí ($\text{PCR}$) = $\text{Profit} / \text{TC}$.
    • Tỷ số lợi ích trên chi phí ($\text{BCR}$) = $\text{TVP} / \text{TC}$.
  • Chỉ tiêu hiệu quả sử dụng nước: $$\text{Hiệu quả sử dụng nước} = \frac{\text{Lợi nhuận (đồng/ha)}}{\text{Lượng nước sử dụng (m}^3\text{/ha)}}$$

Phương pháp nghiên cứu cụ thể

Luận án phối hợp đồng bộ các phương pháp định tính và định lượng theo ba nội dung chính:

  1. Phương pháp đánh giá đất đai tự nhiên và kinh tế:
    • Thu thập và xử lý số liệu thứ cấp: Thu thập bản đồ đất, bản đồ ngập lũ, bản đồ hiện trạng công trình thủy lợi (kênh rạch, đê bao), bản đồ hành chính từ Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh An Giang.
    • Hệ thống thông tin địa lý (GIS): Sử dụng phần mềm MapInfo phiên bản 12.0 để số hóa, chồng xếp các lớp bản đồ chuyên đề nhằm thành lập bản đồ đơn vị đất đai (LU) và bản đồ phân vùng thích nghi đất đai tự nhiên.
    • Điều tra nông hộ: Phỏng vấn trực tiếp nông hộ tại huyện Châu Phú bằng bảng câu hỏi soạn sẵn nhằm thu thập thông tin về cơ cấu mùa vụ, giống, chi phí vật tư đầu vào, năng suất, giá bán, công lao động và thu nhập. Phân tích ma trận điểm mạnh, điểm yếu, cơ hội, thách thức (SWOT) đối với việc chuyển đổi từ đất lúa sang cây màu.
  2. Phương pháp thực nghiệm đồng ruộng và mô phỏng số trị:
    • Bố trí thí nghiệm ngoài thực địa: Triển khai tại xã Vĩnh Thạnh Trung, huyện Châu Phú trên nền đất lúa trong 5 năm (2012-2016), theo dõi chi tiết trong vụ Đông - Xuân và Hè - Thu năm 2012.
    • Lấy mẫu và phân tích đất: Xác định các chỉ tiêu lý hóa học của đất canh tác: sa cấu đất, dung trọng, độ ẩm bão hòa, thủy dung (Field Capacity - FC), điểm héo vĩnh viễn (Permanent Wilting Point - PWP), hệ số thấm bão hòa, hàm lượng chất hữu cơ và pH.
    • Theo dõi nông học: Đo đạc các thông số phát triển của cây bắp và cây ớt: mật độ trồng, độ sâu tầng rễ tối đa, độ phủ tán lá ban đầu ($CC_0$), hệ số tăng trưởng tán lá ($CGC$), hệ số phát triển độ phủ tán ($CDC$), độ phủ tán lá tối đa ($CC_x$), chỉ số thu hoạch tham chiếu ($HI_0$), sinh khối tươi/khô và năng suất thực tế.
    • Mô phỏng AquaCrop v4.0: Hiệu chỉnh (calibration) và kiểm định (validation) mô hình bằng các số liệu thực nghiệm đất - nước - cây trồng - khí quyển. Đánh giá độ chính xác mô phỏng bằng các chỉ số thống kê sai số: Căn bậc hai sai số trung bình bình phương (RMSE), Căn bậc hai sai số trung bình bình phương chuẩn hóa (NRMSE), và Hiệu suất mô hình ($EF$).
  3. Phương pháp xác định quy trình đánh giá:
    • Tiến hành theo 3 bước: (1) Xác định mục đích, phạm vi, điều kiện áp dụng quy trình; (2) Thiết lập lưu đồ thực hiện các bước công việc; (3) Mô tả chi tiết các bước tính toán và hướng dẫn áp dụng.

Nguồn tư liệu và dữ liệu

  • Dữ liệu thứ cấp: Số liệu khí tượng thủy văn trạm Châu Đốc và trạm Tân Châu giai đoạn 1995-2015; niên giám thống kê tỉnh An Giang và huyện Châu Phú; tài liệu quy hoạch đất đai của Sở Tài nguyên và Môi trường, Sở Nông nghiệp và PTNT tỉnh An Giang.
  • Dữ liệu sơ cấp: Dữ liệu phỏng vấn nông hộ sản xuất lúa và màu năm 2012 tại huyện Châu Phú; dữ liệu quan trắc thực địa tại ô thí nghiệm xã Vĩnh Thạnh Trung (lượng nước tưới đo đếm thực tế, ẩm độ đất từng tầng đo định kỳ, sinh khối và năng suất thu hoạch).

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Giới thiệu

Chương này thiết lập bối cảnh nghiên cứu về an ninh lương thực và biến đổi khí hậu trên thế giới, khu vực và ĐBSCL. Tác giả dẫn chứng các kinh nghiệm trữ và tiết kiệm nước tại Campuchia (trữ nước lũ đầm lầy hồ Tonle Sap), Ấn Độ (10.000 công trình trữ nước ngầm tại Rajasthan tưới cho 14.000 ha), Châu Phi (hồ trữ nước mưa). Tại Việt Nam, đợt hạn mặn 2015-2016 gây thiệt hại nghiêm trọng (369.000 hộ thiếu nước, 250.000 ha hoa màu bị ảnh hưởng), cho thấy yêu cầu cấp thiết phải chuyển đổi cơ cấu cây trồng. Chương 1 xác định rõ mục tiêu tổng quát, 2 mục tiêu cụ thể, 3 nội dung nghiên cứu, 2 câu hỏi và 2 giả thuyết khoa học; đồng thời làm rõ ý nghĩa khoa học, ý nghĩa thực tiễn và các điểm mới của đề tài.

Chương 2: Tổng quan tài liệu

Chương 2 cung cấp cơ sở lý luận toàn diện qua 14 tiểu mục chính:

  • Hệ thống hóa các khái niệm về đất, đất đai, hệ thống sử dụng đất đai và các yếu tố ảnh hưởng (Bảng 2.1 phân định điều kiện tự nhiên, kinh tế, xã hội và môi trường).
  • Trình bày lịch sử và phương pháp đánh giá đất đai theo FAO (1976, 1993, 1995), các mô hình mô phỏng cây trồng và phương pháp định lượng kinh tế trong phân hạng thích nghi đất đai. Dẫn chứng các số liệu kinh tế của Lê Thị Linh et al. (2011) tại Càng Long (Trà Vinh) và Phan Ngọc Duyên (2006) tại Hồng Dân (Bạc Liêu).
  • Tổng quan hiện trạng phân bố 9 vùng sinh thái nông nghiệp ĐBSCL và đặc điểm các mô hình chuyên lúa, lúa - màu, lúa - thủy sản, nông - lâm - ngư kết hợp.
  • Tổng hợp đặc tính nông học, nhu cầu sinh thái và hiệu quả kinh tế của 5 loại cây trồng chính: bắp, ớt, đậu nành, mè và lúa (Bảng 2.4).
  • Phân tích nguyên lý cân bằng nước mặt ruộng, các thông số ẩm độ đất ($FC$, $PWP$, $AWC$), công thức Penman-Monteith và hệ số cây trồng $Kc$.
  • Giới thiệu cấu trúc mô hình AquaCrop phiên bản 4.0 (Hình 2.6), phân tích ưu điểm (nhu cầu thông số nhỏ, tính toán chính xác phản ứng nước - sinh khối) và khuyết điểm (không mô phỏng đất phèn, không mô phỏng động thái dinh dưỡng, hiệu chỉnh thủ công).
  • Tổng quan điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội của tỉnh An Giang và huyện Châu Phú (nhiệt độ, lượng mưa, lũ lụt Tân Châu, Châu Đốc qua chuỗi dữ liệu 1995-2015).

Chương 3: Phương tiện và phương pháp nghiên cứu

Chương 3 trình bày chi tiết quy trình kỹ thuật cho 3 nội dung nghiên cứu:

  • Nội dung 1 (Đánh giá tiềm năng đất đai): Quy trình phân hạng thích nghi đất đai tự nhiên theo FAO kết hợp GIS (MapInfo 12.0); phương pháp điều tra mẫu nông hộ, phương pháp xử lý số liệu thống kê tài chính và ma trận SWOT.
  • Nội dung 2 (Đánh giá hiệu quả sử dụng nước trong thí nghiệm): Mô tả sơ đồ bố trí thí nghiệm ngoài đồng tại xã Vĩnh Thạnh Trung; phương pháp lấy mẫu phân tích lý hóa đất; phương pháp tính toán lượng nước tưới và lịch tưới; công thức bón phân; quy trình thu thập số liệu độ phủ tán lá, sinh khối; phương pháp hiệu chỉnh và kiểm định mô hình AquaCrop thông qua các chỉ số sai số thống kê; công thức tính chỉ tiêu hiệu quả kinh tế trên một mét khối nước sử dụng.
  • Nội dung 3 (Xây dựng quy trình): Phương pháp xây dựng lưu đồ và tiêu chí hóa 3 bước đánh giá hiệu quả sử dụng nước cho các loại cây trồng cạn.

Chương 4: Kết quả và thảo luận

Chương 4 trình bày toàn bộ phát hiện thực nghiệm và phân tích định lượng, được chia thành 3 mảng nội dung chính:

1. Đánh giá tiềm năng đất đai tỉnh An Giang

Dựa trên bản đồ đơn vị đất đai và yêu cầu sử dụng đất của các kiểu canh tác, kết quả phân hạng thích nghi tự nhiên cho thấy diện tích đất có khả năng thích nghi rất lớn đối với việc đưa cây màu vào sản xuất:

Kiểu sử dụng đất (LUT) Mức độ thích nghi Diện tích (ha) Tỷ lệ (%)
Chuyên màu (Màu - Màu) S1 (Thích nghi cao) 3.956 0,58
Luân canh Lúa - Màu S2 (Thích nghi trung bình) 306.305 88,69
Chuyên màu (Màu - Màu) S2 (Thích nghi trung bình) 302.348 87,54

Khảo sát tình hình sản xuất và chỉ số tài chính nông hộ tại huyện Châu Phú trong năm 2012 (vụ Đông - Xuân và Hè - Thu) cho thấy sự chênh lệch rõ rệt về hiệu quả giữa các mô hình canh tác:

Mô hình canh tác Chi phí sản xuất (triệu đồng/ha/vụ) Lợi nhuận (triệu đồng/ha/vụ) Chỉ số PCR Chỉ số BCR
Ớt 2 vụ/năm Cao nhất trong khảo sát 61,8 Cao Cao
Bắp 2 vụ/năm Trung bình 21,9 Khá Khá
Lúa 2 vụ/năm Thấp hơn màu 18,4 Trung bình Trung bình
Lúa 3 vụ/năm Tích lũy chi phí cao 14,5 Thấp nhất Thấp nhất

Kết quả phân tích SWOT chỉ ra rằng chuyển đổi sang cây màu có điểm mạnh là lợi nhuận cao, tiết kiệm nước; cơ hội là thị trường tiêu thụ nông sản màu mở rộng; tuy nhiên có điểm yếu là đòi hỏi vốn đầu tư ban đầu cao, tốn nhiều công lao động và thách thức là giá nông sản biến động thất thường.

2. Đánh giá hiệu quả sử dụng nước trong mô hình thí nghiệm

Mô hình AquaCrop v4.0 sau khi được hiệu chỉnh bằng các thông số thực nghiệm tại xã Vĩnh Thạnh Trung đã mô phỏng chính xác lượng nước tưới, sinh khối và năng suất của cây bắp và cây ớt qua các mùa vụ. Số liệu tổng hợp về lượng nước tiêu thụ và hiệu quả tài chính trên một đơn vị nước được thể hiện trong các bảng sau:

Mô hình canh tác Lượng nước tưới tiêu thụ (m³/ha/năm) Lượng nước tiết kiệm so với 2 vụ lúa (m³/ha/năm) Hiệu quả kinh tế trên nước sử dụng (đồng/m³)
2 vụ lúa Cao nhất 0 (đối chứng) 2.933
1 vụ lúa – 1 vụ màu Trung bình 1.036 3.958
2 vụ màu (bắp, ớt) Thấp nhất 2.006 12.896

Khi phân tích chi tiết cho từng loại cây trồng theo mùa vụ:

Loại cây trồng canh tác Lượng nước tiết kiệm so với canh tác lúa (m³/ha/vụ) Hiệu quả kinh tế trên nước sử dụng (đồng/m³)
Cây lúa 0 (đối chứng) 3.223
Cây bắp 1.033 4.785
Cây ớt 764 19.284

Kết quả chứng minh cây ớt có hiệu quả kinh tế trên mỗi mét khối nước cao nhất (19.284 đồng/m³), gấp gần 6 lần so với canh tác lúa. Cây bắp có khả năng tiết kiệm nước tuyệt đối cao nhất (giảm 1.033 m³/ha/vụ so với lúa) và mang lại hiệu quả 4.785 đồng/m³ nước.

3. Xây dựng quy trình đánh giá hiệu quả sử dụng nước cho cây trồng

Tác giả đã hoàn thiện và chuẩn hóa quy trình đánh giá hiệu quả sử dụng nước cho cây trồng cạn gồm 3 bước cụ thể:

  • Bước 1: Xác định mục đích, phạm vi, điều kiện áp dụng quy trình (xác định loại đất đai, nguồn nước, đối tượng cây trồng cạn dự kiến luân canh).
  • Bước 2: Xây dựng lưu đồ thực hiện công việc trong quy trình (chuỗi các bước từ thu thập dữ liệu đất đai, khí hậu, chạy mô phỏng AquaCrop để tính nhu cầu nước, tính toán chi phí - lợi nhuận tài chính, đến xác định tỷ số Lợi nhuận/m³ nước).
  • Bước 3: Mô tả quy trình chi tiết (hướng dẫn cụ thể phương pháp tính cho hai trường hợp: canh tác một loại cây màu đơn lẻ và canh tác luân canh nhiều loại cây màu trong năm).

Chương 5: Kết luận và kiến nghị

Tổng kết các kết quả định lượng đạt được của 3 nội dung nghiên cứu; khẳng định tính khả thi của việc luân canh cây màu trên đất lúa nhằm thích ứng với biến đổi khí hậu và thiếu hụt nguồn nước; đề xuất các kiến nghị nghiên cứu chuyển tiếp.

Kết quả và những đóng góp mới

Đóng góp mới về mặt lý luận và phương pháp

  • Đã bổ sung cơ sở phương pháp luận trong việc đánh giá hiệu quả sử dụng nước trong nông nghiệp bằng cách gắn kết chỉ tiêu vật lý truyền thống với chỉ tiêu tài chính, cụ thể hóa bằng công thức: Lợi nhuận tài chính trên một mét khối nước sử dụng ($\text{đồng/m}^3$). Đây là chỉ số phản ánh đồng thời cả hai khía cạnh: tiết kiệm tài nguyên thiên nhiên và hiệu quả sinh kế của nông hộ.
  • Xây dựng thành công quy trình 3 bước đánh giá nhanh hiệu quả sử dụng nước cho các loại cây trồng cạn trên nền đất lúa, tạo công cụ hỗ trợ ra quyết định khoa học trong quy hoạch sử dụng đất và cơ cấu cây trồng nông nghiệp.

Đóng góp mới về mặt thực tiễn

  • Xác định được tiềm năng đất đai tự nhiên của tỉnh An Giang đối với cây màu: có tới 306.305 ha đất thích nghi trung bình (S2) cho mô hình lúa - màu và 302.348 ha đất thích nghi cho mô hình 2 vụ màu, chứng minh dư địa không gian rất lớn để chuyển đổi cơ cấu canh tác.
  • Cung cấp luận cứ định lượng chính xác: mô hình canh tác 2 vụ màu tiết kiệm được 2.006 m³ nước/ha/năm, mô hình 1 vụ lúa - 1 vụ màu tiết kiệm được 1.036 m³ nước/ha/năm so với mô hình 2 vụ lúa. Hiệu quả kinh tế trên mỗi mét khối nước của mô hình 2 vụ màu đạt 12.896 đồng/m³ (cao gấp 4,4 lần so với mô hình 2 vụ lúa chỉ đạt 2.933 đồng/m³).
  • Xác định được đặc tính cụ thể của từng cây: cây bắp tiết kiệm nhiều nước tưới nhất (1.033 m³/ha/vụ so với lúa), trong khi cây ớt mang lại giá trị kinh tế cao nhất trên lượng nước tiêu thụ (19.284 đồng/m³).

Kiến nghị và giải pháp đề xuất

  • Đẩy mạnh chuyển đổi cơ cấu cây trồng từ độc canh lúa (đặc biệt là lúa 3 vụ kém hiệu quả) sang luân canh lúa - màu hoặc chuyên màu tại các vùng có đê bao triệt để nhưng thiếu nước tưới trong mùa khô tại huyện Châu Phú và tỉnh An Giang.
  • Nghiên cứu và áp dụng các giải pháp kỹ thuật nhằm hạn chế thất thoát nước mặt ruộng do hiện tượng bốc hơi và thấm lậu.
  • Nghiên cứu các giải pháp kỹ thuật nông học duy trì và ổn định năng suất cây màu khi áp dụng các phương pháp tưới tiết kiệm nước ngoài thực tế.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của nghiên cứu

  • Phạm vi thực nghiệm thực địa và hiệu chỉnh mô hình AquaCrop mới tập trung trên 2 đối tượng cây màu chính là cây bắp và cây ớt tại địa bàn huyện Châu Phú, tỉnh An Giang; chưa bao phủ hết các nhóm cây trồng cạn tiềm năng khác của vùng ĐBSCL.
  • Mô hình số trị AquaCrop phiên bản 4.0 có những hạn chế nội tại: không mô phỏng được điều kiện đất bị nhiễm phèn; quá trình hiệu chỉnh thông số phải thực hiện thủ công bằng tay nên tốn nhiều thời gian; mô hình chưa tích hợp mô phỏng ảnh hưởng của các yếu tố dinh dưỡng khoáng trong đất đến năng suất; đồng thời không xem xét các yếu tố giới hạn về giống, dịch hại, cỏ dại và sương giá.

Hướng nghiên cứu tiếp theo

  • Mở rộng nghiên cứu thực nghiệm và đánh giá hiệu quả sử dụng nước cho các loại cây màu ngắn ngày có nhu cầu tưới thấp khác như: đậu xanh, đậu nành, mè.
  • Nghiên cứu sâu các giải pháp công trình và phi công trình nhằm giảm thiểu thất thoát nước do thấm lậu và bốc hơi mặt đất trong điều kiện hạn kiệt nguồn nước.
  • Tiếp tục hoàn thiện các quy trình kỹ thuật canh tác tưới tiết kiệm nước nhằm đảm bảo năng suất cây màu không bị suy giảm khi chịu áp lực thiếu nước tưới.

Giá trị tham khảo

Luận án là tài liệu tham khảo hữu ích cho các nhóm đối tượng sau:

  • Các nhà hoạch định chính sách và cơ quan quản lý nông nghiệp: Sở Nông nghiệp và Phát triển nông thôn, Sở Tài nguyên và Môi trường các tỉnh ĐBSCL (đặc biệt là vùng đầu nguồn ngập lũ như An Giang, Đồng Tháp) có thể ứng dụng kết quả phân vùng thích nghi đất đai và số liệu tiết kiệm nước để xây dựng kế hoạch chuyển đổi cơ cấu cây trồng, ứng phó với hạn hán và thiếu hụt nguồn nước mặt.
  • Nghiên cứu sinh và học viên cao học: Chuyên ngành Khoa học Môi trường, Quản lý Đất đai, Thủy nông, Kỹ thuật Tài nguyên nước có thể tham khảo phương pháp luận kết hợp GIS (MapInfo) với mô hình số trị AquaCrop và phương pháp đánh giá định lượng kinh tế đất đai theo FAO.
  • Cán bộ khuyến nông và nông dân: Tham khảo quy trình tính toán lịch tưới, định mức nước tưới và số liệu so sánh kinh tế giữa cây bắp, cây ớt với cây lúa để lựa chọn mô hình luân canh phù hợp với điều kiện nông hộ.

Câu hỏi thường gặp

1. Luận án xác định mô hình canh tác nào có hiệu quả sử dụng nước cao nhất về mặt tài chính và giá trị cụ thể là bao nhiêu?

Mô hình canh tác 2 vụ màu (kết hợp bắp và ớt) đạt hiệu quả kinh tế trên lượng nước sử dụng cao nhất, đạt 12.896 đồng/m³ nước. Nếu xét riêng từng loại cây, cây ớt đạt hiệu quả kinh tế cao nhất với 19.284 đồng/m³ nước sử dụng, trong khi cây bắp đạt 4.785 đồng/m³ và cây lúa chỉ đạt 3.223 đồng/m³.

2. Tỷ lệ và diện tích thích nghi đất đai cho cây màu tại tỉnh An Giang được ghi nhận như thế nào trong nghiên cứu?

Kết quả phân hạng thích nghi đất đai tự nhiên ghi nhận:

  • Mức độ thích nghi cao (S1) cho kiểu sử dụng đất màu - màu là 3.956 ha (chiếm 0,58% diện tích).
  • Mức độ thích nghi trung bình (S2) cho kiểu sử dụng lúa - màu đạt 306.305 ha (chiếm 88,69% tổng diện tích).
  • Diện tích đất phù hợp cho sản xuất 2 vụ màu (mức S2) đạt 302.348 ha.

3. Lượng nước tiết kiệm được khi chuyển đổi từ canh tác lúa sang mô hình luân canh hoặc chuyên màu là bao nhiêu?

So với mô hình canh tác 2 vụ lúa:

  • Mô hình chuyên canh 2 vụ màu tiết kiệm được 2.006 m³ nước/ha/năm.
  • Mô hình luân canh 1 vụ lúa - 1 vụ màu tiết kiệm được 1.036 m³ nước/ha/năm.
  • Tính theo từng vụ: canh tác bắp tiết kiệm được 1.033 m³ nước/ha/vụ và canh tác ớt tiết kiệm được 764 m³ nước/ha/vụ so với canh tác lúa.

4. Mô hình số trị AquaCrop phiên bản 4.0 có những ưu điểm và hạn chế kỹ thuật nào khi ứng dụng trong nghiên cứu này?

  • Ưu điểm: Yêu cầu bộ thông số đầu vào tương đối nhỏ; mô phỏng chính xác sự cân bằng nước trong đất và phản ứng của năng suất cây trồng đối với nước; có khả năng mô phỏng luân canh cây trồng và vận hành chế độ tưới tự động.
  • Hạn chế: Không mô phỏng được trên đất phèn; quá trình hiệu chỉnh thông số mất nhiều thời gian do phải chỉnh thủ công bằng tay; không mô phỏng được tác động của dinh dưỡng đến năng suất; không tính đến các giới hạn về sâu bệnh, cỏ dại và sương giá.

5. Quy trình đánh giá hiệu quả sử dụng nước cho cây màu do luận án đề xuất gồm những bước cụ thể nào?

Quy trình gồm 3 bước:

  1. Bước 1: Xác định mục đích, phạm vi và điều kiện áp dụng quy trình.
  2. Bước 2: Xây dựng lưu đồ thực hiện các bước công việc trong quy trình.
  3. Bước 3: Mô tả quy trình chi tiết (tính toán cụ thể cho trường hợp canh tác một loại cây màu và trường hợp luân canh nhiều loại cây màu).

Kết luận

Luận án của tác giả đã giải quyết thành công bài toán đánh giá hiệu quả sử dụng nước trong sản xuất nông nghiệp tại vùng ngập lũ tỉnh An Giang thông qua việc kết hợp giữa công nghệ GIS, mô hình số trị AquaCrop và các chỉ số kinh tế nông hộ. Kết quả nghiên cứu khẳng định mô hình canh tác chuyên màu và luân canh lúa - màu giúp tiết kiệm từ 1.036 đến 2.006 m³ nước/ha/năm, đồng thời mang lại giá trị tài chính trên mỗi mét khối nước cao hơn từ 1,3 đến 4,4 lần so với độc canh 2 vụ lúa. Quy trình 3 bước đánh giá hiệu quả sử dụng nước được đề xuất là công cụ khoa học có tính thực tiễn cao, hỗ trợ tích cực cho công tác quy hoạch chuyển đổi cơ cấu cây trồng nhằm thích ứng với tình trạng thiếu hụt nguồn nước tại Đồng bằng sông Cửu Long.