CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU VÀ KHU VỰC NGHIÊN CỨU 1. Tổng quan vấn đề nghiên cứu 1. Mối quan hệ giữa nước tưới và cây trồng Nước là nhân tố sinh thái quan trọng bậc nhất đối với tất cả các cơ thể sống trên Trái Đất. Thực vật không thể sống thiếu nước.
Chỉ cần giảm chút ít hàm lượng nước trong tế bào đã gây ra sự kìm hãm đáng kể những chức năng sinh lý quan trọng như quang hợp, hô hấp và do đó ảnh hưởng đến sự sinh trưởng của cây. Vai trò sinh lý của nước đối với cây là rất phức tạp, nhưng được phản ánh tập trung như sau: Nước được xem như là thành phần quan trọng xây dựng nên cơ thể cây trồng. Trong chất nguyên sinh hàm lượng nước chiếm 90% trọng lượng và nó quyết định tính ổn định cấu tạo nguyên sinh chất cũng như các biến đổi của các trạng thái keo sinh chất. Nước là dung môi đặc biệt cho các phản ứng hóa sinh sảy ra trong cây, là nguyên liệu quan trọng cho một số phản ứng.
Chẳng hạn nước tham gia vào phản ứng quang hợp va oxi hóa nguyên liệu hô hấp giải phóng năng lượng cung cấp cho các quá trình sống khác; nước tham gia vào hàng loạt các phản ứng thủy phân quan trọng như thủy phân tinh bột, protein, v.v… Nước trong cây là môi trường hòa tan tất cả các chất khoáng lấy từ đất lên và tất cả các chất hưu cơ trong cây như các sản phẩm quang hợp, các vitamin, các phytohormon, các enzym,v.v… Và vận chuyển lưu thông đến tất cả tế bào, các mô cơ và các cơ quan trọng trong cơ thể. Chính vì vậy mà nước đã đảm bảo mối quan hệ mật thiết và hài hòa giữa các cơ quan trong cơ thể như là một chỉnh thể thống nhất. Nước tham gia vận chuyển các sản phẩm hữu cơ về dữ trữ lại ở cơ quan có giá trị kinh tế, v.v… Nước trong cây còn là chất điều chỉnh nhiệt độ, nhất là gặp nhiệt độ không khí cao, nhờ quá trình bay hơi nước làm giảm nhiệt độ ở bề mặt lá tạo điều kiện cho quá trình quang hợp và các hoạt động sống khác tiến hành thuận lợi. Nước được xem như là một chất dự trữ trong thân và lá, nhờ đó mà sống được trong điều kiện khô hạn như sa mạc, các bãi cát và đồi trọc,v.v… 3 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Tế bào thực vật bao giờ cũng duy trì một sức trương nhất định.
Nhờ sức trương nước khi tế bào ở trạng thái no nước mà cây luôn ở trạng thái tươi tỉnh, rất thuận lợi cho các hoạt động sinh lí, quá trình sinh trưởng và phát triển của cây. Rõ ràng, nước vừa tham gia cấu trúc nên cơ thể thực vật, vừa quyết định các biến đổi sinh hóa và các hoạt động sinh lí trong cây cũng như quyết định sinh trưởng, phát triển của cây. Chính vì vậy mà nước được xem là yếu tố sinh thái quan trọng nhất đảm bảo và quyết định năng suất cây trồng. Nước thực hiện được các chức năng quan trọng của nó ở trong cây là nhờ có những đặc tính lý hóa đặc thù.
Chẳng hạn, nước so tính dẫn nhiệt cao nên có tác dụng điều chỉnh được nhiệt trong cây. Nước có sức căng bề mặt lớn giúp cho quá trình hấp thụ và vận chuyển vật chất trong cây được dễ dàng. Nước có thể cho anh sáng xuyên qua nên các thực vật thủy sinh mới có thể quang hợp thủy tồn tại. Nước có tính phân cực rõ ràng, nên trong chất nguyên sinh nó gây ra hiện tượng thủy hóa, tạo nên màng nước bao quanh keo nguyên sinh chất và duy trì sự ổn định về cấu trúc keo nguyên sinh cũng như đảm bảo khả năng hoạt động sống của chúng.
Nước có vai trò quan trọng đối với cây như vậy, nên trong đời sống của cây, chúng tiêu phí một khối lượng nước khổng lồ. Để tạo nên 1g chất khô cây cần đến hàng trăm gam nước. Để hình thành nên 1kg chất khô cây lúa cần trên 300kg nước; Cây mía cần trên 200kg nước, còn cây lạc cần trên 400kg nước…Như vậy, phần lớn lượng nước cây trồng hấp thụ vào bị mất đi quá trình bay hơi nước, cây chỉ giữ lại một phần nước rất nhỏ để tạo nên các sản phẩm hữu cơ. Đối với các cây trồng, trong hầu hết các điều kiện luôn luôn có một chế độ nước tối ưu.
Bất kỳ một sự thay đổi nào về chế độ ẩm tối ưu đều dẫn đên sinh trưởng và năng suất giảm xuống. Tổng quan tình hình quản lý nước tiết kiệm trên Thế giới và Việt Nam 1. Tổng quan tình hình quản lý nước tiết kiệm trên ruộng lúa Thế giới Hiện nay trên toàn thế giới có 3.800 tỷ m3 nước được khai thác sử dụng, trong đó có 2.700 tỷ m3 (chiếm 70%) được sử dụng trong tưới tiêu nông nghiệp. Tuy nhiên, nhu cầu nước sử dụng trong tưới tiêu nông nghiệp lại thay đổi tùy thuộc vào điều kiện tự nhiên, cơ cấu kinh tế và dân số của từng khu vực, quốc gia.
Ví dụ: Gần 95% lượng nước tại các nước đang phát triển được sử dụng để tưới tiêu cho nông nghiệp. Trong 4 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com khi đó tại các nước phát triển như Hy Lạp, Tây Ban Nha, Bồ Đào Nha lượng nước được sử dụng để tưới tiêu cho nông nghiệp lần lượt chiếm 88%, 72%, 59%. Tùy theo điều kiện cung cấp nước, địa hình, đất trồng lúa có thể phân chia làm các loại như sau: đất lúa đồng bằng được tưới (chiếm khoảng 79 triệu ha), đất lúa nhờ nước mưa ( 54 triệu ha), đất lúa ngập nước quanh năm (11 triệu ha), đất lúa nương rẫy (14 triệu ha). Trong số 79 triệu ha đất lúa thuộc khu vực đồng bằng được tưới cung cấp cho thế giới 75% tổng sản lượng lúa của thế giới.
Như vậy nước đóng một vai trò quan trọng trong nền nông nghiệp toàn thế giới song có một thực tế đó là hiện nay nguồn nước ngầm đã giảm mạnh và cạn kiệt ở 20 nước với dân số chiếm tới 50% dân số thế giới. Nạn khan hiếm nước cho nông nghiệp tại 3 nước sản xuất ngũ cốc hàng đầu thế giới là Mỹ, Trung Quốc, Ấn Độ đặc biệt đáng lo ngại. Liên Hợp Quốc khẳng định Châu Á có thể đối mặt với tình trạng thiếu lương thực triền miên nếu không tiến hành một cuộc cách mạng triệt để thói quen sử dụng nước. Châu Á sở hữu tới 70% diện tích đất được tưới của thế giới vì vậy người nông dân phải tự chịu trách nhiệm về việc đưa nước vào đồng ruộng của họ.
Phần lớn nông dân chỉ sử dụng những thiết bị bơm nước và phương pháp tưới tiêu lạc hậu, không hiệu quả nhưng lại có thể lấy một lượng nước không hạn chế vào đồng ruộng khiến các nguồn nước ngày một cạn kiệt. Nếu thói quen này vẫn tiếp diễn thì khủng hoảng lương thực sẽ bùng phát khắp Châu Á. Nếu cứ sử dụng nước như hiện nay, khu vực Nam Á sẽ cần thêm 57% nước để tưới tiêu đồng ruộng, còn các nước Đông Á cần thêm 70%. Nguồn nước cung cấp cho nền nông nghiệp có tưới thậm chí còn bị cắt giảm nhiều hơn do phải cạnh tranh với các ngành dùng nước khác như cấp nước sinh hoạt, cấp nước công nghiệp v.
Trong bối cảnh nhu cầu lương thực gia tăng cùng với sự gia tăng của dân số thế giới, biến đổi khí hậu cũng như sự suy giảm nguồn nước đã dẫn tới một thách thức lớn cho ngành nông nghiệp toàn cầu, đòi hỏi cần tìm kiếm các giải pháp nhằm tăng hiệu quả sử dụng nước (sản xuất lượng lương thực nhiều hơn trên một đơn vị nước tưới). Diện tích đất canh tác trên thế giới khoảng 1.500 triệu ha, trong đó có 288 triệu ha (chiếm 19%) hiện nay được tưới tiêu. Kỹ thuật tưới khô ướt xen kẽ đang gia tăng tại nhiều nước Châu Á. 5 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Ở Trung Quốc do giảm nguồn cung cấp nước cho nông nghiệp, nên phương pháp tiết kiệm nước tưới cho lúa đã được thử nghiệm, áp dụng và mở rộng ở các vùng khác nhau của đất nước.
Ba loại chính của tưới tiết kiệm nước (WEI) cho chế độ canh tác lúa là kết hợp lớp nước nông có làm ướt và làm khô (SWD), làm ướt và làm khô xen kẽ (AWD) và bán khô (SDC). Dựa trên các kết quả của các thí nghiệm so với tưới lúa truyền thống (TRI), việc sử dụng nước tưới đã được giảm 3÷18%, 7÷25% và 20÷50% tương ứng SWD, AWD và SDC. Do việc áp dụng các WEI, hiện tượng thấm và rò rỉ thất thoát giảm, bên cạnh đó việc tận dụng lượng mưa tốt hơn. Tại Pakistan, lúa là cây lương thực quan trọng và được trồng trên diện tích 2,52 triệu ha với sản lượng hàng năm của 5,20 triệu tấn.
Theo tập quán và sử dụng nước truyền thống, nông dân áp dụng nhiều nước hơn cho cây lúa so với yêu cầu thực tế cây trồng. Để tiết kiệm nước, lúa được trồng trên nền và rãnh nơi mà sử dụng nước ít hơn so với phương pháp truyền thống. Các kết quả của các thí nghiệm thực hiện trong ba năm cho thấy hiệu quả sử dụng nước cho lúa theo hệ thống có đáy rãnh có thể được tăng lên đến 0,39 kg/m3 nước so với 0,20 kg/m3 thông thường được thu theo phương pháp tưới truyền thống. Cấy hai hàng cây lúa trên nền (khoảng cách 22 cm) kết hợp với rãnh đã tiết kiệm 32% nước.
Nghiên cứu ở Mỹ được tiến hành ở các bang Texas, Missouri, Louisiana và Arkansas đã đi đến các kết luận, Lúa có thể sinh trưởng và phát triển trong điều kiện tưới dải, tưới rãnh hay tưới phun nhưng không kinh tế trong điều kiện của Mỹ. Việc giảm năng suất là yếu tố quyết định của biện pháp tưới ẩm này. Do vậy, trong trường hợp thiếu nước thì tốt nhất là nên theo phương pháp tưới nông lộ phơi hơn là tưới ẩm. Kết luận quan trọng được rút ra từ các nghiên cứu này là: Cây lúa trong điều kiện tưới ẩm thường giảm năng suất tỉ lệ thuận với việc giảm lượng nước tưới, đặc biệt là trong các giai đoạn cây lúa nhạy cảm đối với việc thiếu nước.
Năng suất lúa trung bình đối với tưới ẩm thường thấp hơn năng suất lúa tưới ngập là 20% trong điều kiện tương tự về chăm sóc đất đai và bón phân. Trong điều kiện tốt nhất năng suất này cũng giảm từ 10÷50%. 6 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Tuy nhiên đối với các giống lúa năng suất thấp, sự khác nhau giữa tưới ngập và tưới phun được giảm nhỏ.