Tổng quan luận án

Đất cát biển (Arenosols) là nhóm đất nghèo dinh dưỡng, có diện tích khoảng 900 triệu ha trên toàn cầu, chiếm khoảng 7% diện tích đất tự nhiên. Tại Việt Nam, dải đất cát và cồn cát ven biển trải dài qua 28 tỉnh, 120 huyện với tổng diện tích 533.434 ha, chiếm 1,61% diện tích tự nhiên cả nước, trong đó dải cát ven biển miền Trung từ Thanh Hóa đến Bình Thuận chiếm tỷ trọng lớn nhất và đang đối mặt với hiện tượng thoái hóa đất, hoang mạc hóa cục bộ cùng nguy cơ cát bay, cát lấn. Tỉnh Nghệ An có chiều dài bờ biển 82 km, diện tích nhóm đất cát biển là 30.889 ha, chiếm 1,87% diện tích tự nhiên của tỉnh. Đất cát biển tại địa phương này mang các đặc tính bất lợi: dung tích hấp thu thấp, tỷ lệ cấp hạt thô chiếm trên 90%, kết cấu rời rạc, nghèo chất hữu cơ và khả năng giữ nước, giữ chất dinh dưỡng kém, dễ bị rửa trôi khi mưa lớn và bốc hơi mạnh khi khô hạn.

Trong sản xuất nông nghiệp, ngô là cây lương thực quan trọng thứ hai sau lúa tại Nghệ An, với diện tích gieo trồng đạt khoảng 45,5 nghìn ha (năm 2020). Vùng ven biển của tỉnh chiếm tới 30% tổng diện tích ngô toàn tỉnh nhưng năng suất đạt rất thấp, chỉ dao động từ 30 đến 35,5 tạ/ha, thấp hơn nhiều so với năng suất bình quân của tỉnh (44,93 tạ/ha) và bình quân cả nước (48 tạ/ha). Khoảng trống nghiên cứu được tác giả xác định là: các nghiên cứu sử dụng vật liệu hữu cơ trên đất cát biển trước đây chủ yếu tập trung vào cây rau màu và cây công nghiệp dài ngày, chưa có nghiên cứu chuyên sâu và tích hợp về sử dụng vật liệu hữu cơ, che phủ và trồng xen trong canh tác ngô vụ xuân dựa vào nước trời; quy trình chỉ đạo sản xuất của địa phương vẫn dựa trên quy trình chung của Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn mà chưa có giải pháp kỹ thuật hữu cơ riêng biệt cho vùng đất cát biển nghèo kiệt này.

Mục tiêu nghiên cứu của luận án được xác định như sau:

  • Mục tiêu tổng quát: Đánh giá hiện trạng sử dụng và xác định yếu tố hạn chế trên đất cát biển trồng ngô, nghiên cứu xác định được vật liệu hữu cơ thích hợp có tác dụng duy trì độ ẩm và cải thiện độ phì nâng cao hiệu quả sản xuất ngô trên đất cát biển tỉnh Nghệ An.
  • Mục tiêu cụ thể:
    1. Đánh giá được đặc điểm về phân bố, tính chất và hiện trạng sử dụng đất cát biển trong sản xuất nông nghiệp tại Nghệ An.
    2. Xác định được yếu tố hạn chế trong sản xuất ngô trên đất cát biển tỉnh Nghệ An.
    3. Nghiên cứu, xác định được các nguồn vật liệu hữu cơ, vật liệu phủ đất và cây trồng xen trong sản xuất ngô trên đất cát biển có hiệu quả sử dụng cao để ổn định và cải thiện độ phì nhiêu đất, nâng cao hiệu quả sản xuất ngô trên đất cát biển tỉnh Nghệ An.
    4. Xây dựng được mô hình sản xuất ngô và đề xuất các giải pháp kỹ thuật sử dụng vật liệu hữu cơ hiệu quả trong sản xuất ngô trên đất cát biển tỉnh Nghệ An.

Đối tượng nghiên cứu bao gồm: Cây ngô (sử dụng giống ngô lai CP999 của Công ty Cổ phần C.P. Việt Nam); đất cát biển; các nguồn vật liệu hữu cơ (phân chuồng, phân hữu cơ sinh học, phụ phẩm nông nghiệp gồm rơm rạ và thân lá cây ngô ủ với chế phẩm vi sinh Compost Marker, cây họ đậu trồng xen, màng nilon tự hủy che phủ đất).

Phạm vi nghiên cứu:

  • Không gian: Nghiên cứu thực hiện trên vùng đất cát biển tỉnh Nghệ An, các điều tra và thí nghiệm đồng ruộng tập trung tại 3 xã có diện tích ngô lớn nhưng năng suất thấp của huyện Nghi Lộc gồm Nghi Phong, Nghi Thái và Nghi Thạch.
  • Thời gian: Các thí nghiệm đồng ruộng và mô hình thực nghiệm được thực hiện trong các vụ xuân từ năm 2015 đến năm 2018 (mô hình triển khai vào tháng 1 và tháng 2 năm 2018).

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Tổng quan tài liệu của luận án hệ thống hóa các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước liên quan đến đất cát biển, cây ngô và việc bổ sung vật liệu hữu cơ:

  • Về đất cát biển và phân loại đất: Hartemink và Huting (2005) tổng hợp nhóm đất cát (Arenosols) phân bố khoảng 900 triệu ha trên thế giới, tập trung nhiều nhất ở châu Phi (51%), châu Đại Dương (21%), Nam và Đông Nam Á (10%). Jerzy và Bogusław (2021), Boughton (2020) chỉ ra tính chất vật lý của đất cát có cấu trúc rời rạc, khả năng dẫn mao quản kém, dễ nén dí nhưng có thể cải thiện khả năng giữ nước và dinh dưỡng thông qua bổ sung chất hữu cơ. Nghiên cứu của Bationo và cộng sự ghi nhận tại Sahelian (Tây Phi), phốt pho và nitơ là hai yếu tố hạn chế hàng đầu. Tại Việt Nam, Viện Quy hoạch và Thiết kế Nông nghiệp (NIAPP, 2005) và Hội Khoa học Đất Việt Nam (2000) phân chia đất cát thành cồn cát trắng vàng (222.043 ha), cồn cát đỏ (76.886 ha) và đất cát biển (234.505 ha). Các tác giả Phan Liêu (1986), Trần Văn Ý và cộng sự, Nguyễn Tuấn Anh (2005), Đặng Văn Thuyết (2005), Hồ Khắc Minh (2014) làm rõ quá trình hình thành đất cát từ phù sa biển, bồi tích sông và phong hóa đá mẹ granit thềm nâng ven biển miền Trung.
  • Về độ phì và dinh dưỡng đất cát biển: Các công trình của Nguyễn Văn Toàn (2004), Trần Thị Ân và Đoàn Thị Thanh Nhàn (2004), Đỗ Đình Sâm và cộng sự (2006), Hồ Quang Đức và cộng sự, Nguyễn Thị Bích Thủy và Phan Thị Thu Hiền (2016) xác định đất cát biển ven biển miền Trung có tỷ lệ hạt cát thô và mịn chiếm trên 85-90%, sét vật lý dưới 10-15%, dung tích hấp thu cation (CEC) rất thấp (1,5-6,0 me/100g đất), hàm lượng mùn dưới 1%, nghèo đạm, lân và kali dễ tiêu.
  • Về tình hình sản xuất ngô: Luận án dẫn liệu từ FAO (2021) về sản xuất ngô toàn cầu năm 2019 đạt 1.148,5 triệu tấn trên 197,2 triệu ha, năng suất bình quân 58,2 tạ/ha, dẫn đầu sản lượng là Hoa Kỳ (347 triệu tấn) và Trung Quốc (261 triệu tấn). Ở Việt Nam, năng suất bình quân tăng từ 43,1 tạ/ha (năm 2011) lên 48,0 tạ/ha (năm 2019), nhu cầu tiêu thụ nội địa phục vụ chế biến thức ăn chăn nuôi khoảng 7-9 triệu tấn/năm khiến Việt Nam phải nhập khẩu khối lượng lớn ngô hạt. Tại Nghệ An (Cục Thống kê tỉnh Nghệ An, 2014, 2020), năng suất ngô toàn tỉnh năm 2020 đạt 44,93 tạ/ha, tuy nhiên huyện Nghi Lộc chỉ đạt 35,42 tạ/ha.
  • Về sử dụng vật liệu hữu cơ trong canh tác ngô: Trần Thị Thiêm và cộng sự (2020), Li Hui và cộng sự (2017), Nguyễn Xuân Lai (2018), Bundy (2004), Jéan Du Plessis (2003) phân tích vai trò của vật liệu hữu cơ trong việc giữ khoáng, điều hòa nhiệt độ đất và cung cấp dinh dưỡng khoáng hóa. Tác dụng của cây trồng xen và che phủ đối với cây trồng cạn được chứng minh qua các nghiên cứu của Ibeawuchi và cộng sự (2007), Trần Văn Điền (2010), Aye và cộng sự (2009), Yuhui Geng và cộng sự, Phạm Đức Ngà và cộng sự (2012).

Vị trí của luận án: Luận án giải quyết khoảng trống thực nghiệm về kỹ thuật canh tác ngô trên nền đất cát biển cực kỳ nghèo dinh dưỡng và phụ thuộc nước trời tại Nghệ An. Công trình thiết lập cơ sở dữ liệu định lượng về chuyển đổi tỷ lệ dinh dưỡng khoáng sang hữu cơ (bằng phụ phẩm nông nghiệp ủ vi sinh tại chỗ), kết hợp đồng thời biện pháp sinh học (trồng xen đậu đen) và biện pháp vật lý (che phủ màng nilon tự hủy) nhằm ổn định nhiệt độ, độ ẩm và tăng năng suất cây ngô vụ xuân.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Cơ sở lý thuyết và khung phân tích

  • Khung lý thuyết về chuyển hóa chất hữu cơ trong đất: Dựa trên hai quá trình biến đổi song song là khoáng hóa và mùn hóa (theo Chelate Vietnam, 2019; Nguyễn Quang Chơn, 2021). Quá trình khoáng hóa hiếu khí (thối mục) giải phóng các dưỡng chất vô cơ ($CO_2, H_2O, NO_3^-, PO_4^{3-}, SO_4^{2-}$) và tỏa nhiệt, giúp gia tăng nhiệt độ đất vào mùa rét. Ngược lại, hợp chất mùn tái tổng hợp làm tăng dung tích hấp thu, giữ ẩm và giúp giảm nhiệt độ tầng đất mặt khi mùa hè nắng nóng.
  • Lý thuyết về các yếu tố hạn chế dinh dưỡng: Đất cát biển (Arenosols) có thành phần sét thấp, khả năng đệm kém; nitơ là yếu tố hạn chế dinh dưỡng chính trong sinh trưởng của ngô (Yanai và cộng sự, 2007; Nguyễn Thị Bích Thủy và Phan Thị Thu Hiền, 2016). Khung phân tích tập trung vào sự cân bằng giữa lượng bốc thoát hơi nước (cây ngô thoát 2-4 lít nước/ngày) với khả năng giữ nước của đất cát khi chịu tác động của gió mùa Tây Nam khô nóng.

Phương pháp nghiên cứu

Luận án kết hợp giữa phương pháp điều tra thu thập số liệu và thực nghiệm đồng ruộng:

  • Phương pháp điều tra:
    • Thu thập số liệu thứ cấp: Điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội, biến động diện tích, năng suất ngô, thời tiết khí hậu từ Sở Nông nghiệp và Phát triển nông thôn, Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Nghệ An; Ủy ban nhân dân, Phòng Nông nghiệp và Phát triển nông thôn, Phòng Tài nguyên và Môi trường huyện Nghi Lộc.
    • Thu thập số liệu sơ cấp: Phỏng vấn lãnh đạo, cán bộ chuyên trách nông nghiệp huyện Nghi Lộc, chính quyền xã và các hộ nông dân trồng ngô tại 3 xã nghiên cứu về tập quán bón phân, nguồn phụ phẩm nông nghiệp và quy mô sản xuất.
  • Phương pháp thí nghiệm đồng ruộng:
    • Thiết kế thí nghiệm: Bố trí theo khối ngẫu nhiên hoàn chỉnh (RCBD) với 3 lần nhắc lại. Diện tích mỗi ô thí nghiệm là 20 $m^2$.
    • Quy mô và thời gian: Bố trí 4 thí nghiệm độc lập, lặp lại trong 2 vụ xuân liên tiếp (2015 và 2016) trên đất màu tại 3 xã Nghi Phong, Nghi Thái, Nghi Thạch (huyện Nghi Lộc).
    • Quy chuẩn áp dụng: Đánh giá các chỉ tiêu sinh trưởng, phát triển, các yếu tố cấu thành năng suất và năng suất ngô theo Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia QCVN 01-56:2011/BNNPTNT.
  • Phương pháp xây dựng mô hình thực nghiệm:
    • Bố trí tại 2 địa điểm: xã Nghi Thạch và xã Nghi Phong, huyện Nghi Lộc.
    • Quy mô: 500 $m^2$/mô hình $\times$ 4 mô hình $\times$ 2 địa điểm, tổng diện tích 4.000 $m^2$ với 8 hộ nông dân tham gia. Bốn công thức mô hình gồm: (1) Mô hình tập quán nông dân; (2) Mô hình bổ sung phân hữu cơ; (3) Mô hình trồng xen ngô - đậu đen kết hợp phân hữu cơ; (4) Mô hình phủ nilon kết hợp phân hữu cơ.
  • Phương pháp lấy mẫu và phân tích đất:
    • Lấy mẫu đất tầng mặt (0-20 cm) trước khi bố trí thí nghiệm và sau khi thu hoạch theo tiêu chuẩn TCVN 7538-2:2005 (phương pháp lấy mẫu hỗn hợp).
    • Phân tích các chỉ tiêu hóa tính đất tại phòng thí nghiệm theo phương pháp phân tích đất - nước - phân bón - cây trồng của Viện Thổ nhưỡng Nông hóa.
  • Phương pháp xử lý số liệu:
    • Số liệu năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất được phân tích phương sai (ANOVA) bằng phần mềm IRRISTAT version 5.0.
    • So sánh sai số nhỏ nhất có ý nghĩa giữa các giá trị trung bình bằng phép thử LSD ở mức ý nghĩa P < 0,05 (P < 5%).

Nội dung chính theo từng chương

Cấu trúc nội dung chuyên môn của luận án gồm 3 chương chính:

Chương 1: Tổng quan tài liệu

Nội dung chương 1 phân tích hệ thống lý luận và thực tiễn về đất cát biển trên thế giới và tại Việt Nam; tình hình sản xuất ngô các cấp độ (thế giới, Việt Nam, tỉnh Nghệ An); cơ chế chuyển hóa của vật liệu hữu cơ trong đất.

  • Tình hình sản xuất ngô thế giới và trong nước: Năm 2019, diện tích ngô thế giới đạt 197,2 triệu ha, sản lượng 1.148,5 triệu tấn, năng suất 58,2 tạ/ha. Việt Nam giai đoạn 2011-2019 có diện tích ngô dao động từ 1,12 triệu ha xuống 0,99 triệu ha, sản lượng quanh mức 4,7-5,1 triệu tấn, năng suất tăng từ 43,1 lên 48,0 tạ/ha.
Năm Diện tích ngô Việt Nam (nghìn ha) Năng suất bình quân (tạ/ha) Sản lượng (nghìn tấn)
2011 1.121,3 43,1 4.835,6
2013 1.171,0 44,3 5.193,5
2015 1.164,7 45,3 5.280,3
2017 1.099,0 46,5 5.109,8
2019 991,2 48,0 4.758,2
  • Sản xuất ngô tại tỉnh Nghệ An: Giai đoạn 2010-2020 ghi nhận diện tích giảm từ 62.872 ha (2010) xuống 45.513 ha (2020), song năng suất tăng từ 37,68 tạ/ha lên 44,93 tạ/ha.
  • Cơ cấu sản xuất ngô các huyện ven biển Nghệ An năm 2020: Nghi Lộc có diện tích 3.368 ha, sản lượng 11.929 tấn nhưng năng suất chỉ đạt 35,42 tạ/ha, xếp mức thấp so với Diễn Châu (50,14 tạ/ha), Hưng Nguyên (48,38 tạ/ha) và Quỳnh Lưu (44,94 tạ/ha).
Địa bàn Diện tích (ha) Năng suất (tạ/ha) Sản lượng (tấn)
Quỳnh Lưu 4.874 44,94 21.903
Hoàng Mai 519 44,99 2.335
Diễn Châu 2.335 50,14 11.708
Nghi Lộc 3.368 35,42 11.929
Hưng Nguyên 2.556 48,38 12.366
Cửa Lò 31 41,98 130
TP. Vinh 368 48,53 1.786
  • Đặc tính lý hóa học của đất cát biển: Dữ liệu phẫu diện đất VN25 (xã Diễn Kỷ, huyện Diễn Châu) làm rõ mức độ nghèo dinh dưỡng: cấp hạt cát 0,2-0,02 mm chiếm 71,1-96,2%; dung trọng biến động 1,40-1,51 $g/cm^3$; độ xốp 43,0-47,6%; tầng mặt (0-20 cm) có hàm lượng carbon hữu cơ (OC) 0,52%; đạm tổng số ($N_{ts}$) 0,06%; lân tổng số ($P_2O_5$) 0,10%; kali tổng số ($K_2O$) 0,22%; lân dễ tiêu 5,50 mg/100g; kali dễ tiêu 3,76 mg/100g; $pH_{H_2O}$ 7,5; $pH_{KCl}$ 6,3; CEC chỉ đạt 9,00 lđl/100g đất và dung lượng cation kiềm trao đổi thấp ($Ca^{2+}$ 2,24; $Mg^{2+}$ 0,31 lđl/100g đất).

Chương 2: Nội dung và phương pháp nghiên cứu

Chương này trình bày chi tiết điều kiện tự nhiên, địa bàn nghiên cứu tại 3 xã Nghi Phong, Nghi Thái, Nghi Thạch (huyện Nghi Lộc); lập danh mục vật liệu nghiên cứu; mô tả quy trình bố trí 4 thí nghiệm đồng ruộng theo khối ngẫu nhiên hoàn chỉnh (RCBD, 3 lần nhắc lại, diện tích ô 20 $m^2$); thiết kế mô hình thử nghiệm tại 2 xã (4.000 $m^2$, 8 hộ); các phương pháp lấy mẫu đất tầng mặt (TCVN 7538-2:2005), phân tích phòng thí nghiệm, quy trình chăm sóc theo QCVN 01-56:2011 và quy trình phân tích thống kê phương sai bằng phần mềm IRRISTAT version 5.0 (so sánh LSD ở mức P < 0,05).

Chương 3: Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Chương 3 trình bày các kết quả điều tra và 4 chuỗi thí nghiệm thực địa:

  1. Hiện trạng phân bố và sử dụng đất cát biển tỉnh Nghệ An: Nhóm đất cát biển có diện tích 30.889 ha (chiếm 1,87% diện tích tự nhiên toàn tỉnh), phân bố dọc bờ biển tại Hoàng Mai, Quỳnh Lưu, Diễn Châu, Nghi Lộc, Cửa Lò, Vinh, Hưng Nguyên. Hệ thống cây trồng phổ biến theo cơ cấu 3 vụ/năm: Vụ xuân (lạc, ngô), vụ hè thu (vừng, đậu xanh), vụ đông (ngô đông, khoai lang, rau). Vụ xuân là vụ sản xuất chính đạt năng suất cao nhất trong năm.
  2. Điều tra thực trạng và các yếu tố hạn chế trong canh tác ngô: Năng suất ngô trên đất cát biển ven biển Nghi Lộc thấp do 3 nguyên nhân:
    • Khí hậu khắc nghiệt: Giai đoạn trổ bông đến vào hạt (tháng 4-7) trùng thời điểm gió Tây Nam (gió Lào) khô nóng, nhiệt độ không khí lên 37-38°C, nhiệt độ mặt đất cát có thời điểm lên đến 64°C, gây khô hạn nặng và bốc thoát hơi nước nhanh.
    • Kỹ thuật canh tác và phân bón: Nông dân đầu tư phân bón thấp, lạm dụng phân vô cơ, lượng phân hữu cơ bổ sung vào đất rất ít (trung bình chỉ 3,7 tấn phân chuồng/ha ở giai đoạn bón lót), không áp dụng biện pháp che phủ hay trồng xen.
    • Độ phì nhiêu đất thấp: Đất có thành phần cơ giới thô (>90% cát), dung tích hấp thu thấp, chất hữu cơ và dinh dưỡng ở mức rất nghèo.
    • Tiềm năng nguồn hữu cơ: Đánh giá nguồn phụ phẩm cây trồng (rơm rạ, thân lá ngô) và chất thải chăn nuôi (trâu, bò, lợn, dê) tại Nghệ An cho thấy nếu tận dụng hết có thể cung cấp lượng phân hữu cơ cao gấp 4 lần nhu cầu khuyến cáo cho toàn bộ diện tích lúa và ngô của tỉnh.
  3. Kết quả 4 thí nghiệm đồng ruộng (vụ xuân 2015-2016):
    • Thí nghiệm 1 - Loại phân hữu cơ: Đánh giá các dạng phân hữu cơ (phân chuồng, phân hữu cơ sinh học, phụ phẩm nông nghiệp ủ vi sinh). Kết quả xác định loại phân chế biến từ phụ phẩm nông nghiệp (rơm rạ, thân cây ngô) ủ với chế phẩm vi sinh Compost Marker theo quy trình của Sở Khoa học và Công nghệ tỉnh Nghệ An cho hiệu quả cải tạo tính chất hóa tính đất và năng suất tốt nhất.
    • Thí nghiệm 2 - Liều lượng phân hữu cơ: Trên nền bón phân vô cơ khuyến cáo cho ngô (150 kg N + 90 kg $P_2O_5$ + 100 kg $K_2O$/ha), công thức thay thế một phần phân vô cơ bằng phân hữu cơ quy đổi tương đương 30% N + 25% $P_2O_5$ + 75% $K_2O$ cho năng suất thực thu đạt 58,42 - 59,34 tạ/ha, cao hơn 15,58 - 15,63 tạ/ha (tăng trên 35%) so với đối chứng không bón phân hữu cơ (chỉ đạt 42,84 - 43,71 tạ/ha); hiệu quả kinh tế ròng tăng thêm 7,3 - 7,4 triệu đồng/ha; hàm lượng carbon hữu cơ và dinh dưỡng dễ tiêu trong đất sau thí nghiệm tăng lên rõ rệt.
    • Thí nghiệm 3 - Cây trồng xen: Ngô trồng xen với đậu đen có tác dụng giữ ẩm đất cát biển, điều hòa nhiệt độ đất (giữ ấm khi nhiệt độ thấp đầu vụ xuân và hạ nhiệt độ đất khi nắng nóng), sinh khối cây họ đậu bổ sung dinh dưỡng cho đất, giúp năng suất ngô tăng 30-32% so với tập quán trồng thuần.
    • Thí nghiệm 4 - Vật liệu che phủ: Che phủ đất bằng màng nilon tự hủy có tác động điều hòa nhiệt độ đất tầng mặt, hạn chế bốc thoát hơi nước trong điều kiện canh tác nhờ nước trời, làm tăng năng suất ngô từ 42-45% so với đối chứng không che phủ.
  4. Kết quả mô hình thử nghiệm: Xây dựng 4.000 $m^2$ tại 2 xã Nghi Phong và Nghi Thạch xác nhận mô hình áp dụng phân hữu cơ từ phụ phẩm ủ vi sinh kết hợp che phủ nilon tự hủy hoặc xen đậu đen đạt năng suất và hiệu quả kinh tế cao hơn tập quán nông dân (chỉ đạt 43,2 tạ/ha).

Kết quả và những đóng góp mới

Những đóng góp mới của luận án

  1. Xác định được nguồn phân hữu cơ phù hợp cho vùng đất cát biển tỉnh Nghệ An là nguồn phế phụ phẩm nông nghiệp (rơm rạ, thân lá ngô) được ủ với chế phẩm vi sinh Compost Marker theo quy trình của Sở Khoa học và Công nghệ Nghệ An. Xác định liều lượng bón bổ sung quy đổi tương đương 30% N + 25% $P_2O_5$ + 75% $K_2O$ sang phân hữu cơ (trên nền phân bón 150 kg N + 90 kg $P_2O_5$ + 100 kg $K_2O$/ha) giúp ngô đạt năng suất 58,42 - 59,34 tạ/ha, cao hơn 15,58 - 15,63 tạ/ha (tăng >35%) so với công thức không bón phân hữu cơ (42,84 - 43,71 tạ/ha), hiệu quả kinh tế tăng thêm từ 7,3 đến 7,4 triệu đồng/ha, đồng thời cải thiện các chỉ tiêu hóa tính đất sau canh tác.
  2. Xác định giải pháp kỹ thuật sử dụng cây đậu đen làm cây trồng xen và màng nilon tự hủy làm vật liệu che phủ trong canh tác ngô vụ xuân trên đất cát biển Nghệ An trên nền bón 1 ha gồm: 150 kg N + 80 kg $P_2O_5$ + 100 kg $K_2O$ + 400 kg vôi bột kết hợp liều lượng phân hữu cơ quy đổi tương đương 30% N + 25% $P_2O_5$ + 75% $K_2O$. Biện pháp này làm tăng khả năng giữ ẩm, giữ nhiệt cho đất khi trời rét và giảm nhiệt bề mặt đất cát khi trời nắng nóng, thúc đẩy ngô sinh trưởng và làm tăng năng suất ngô từ 30-32% (ở thí nghiệm trồng xen) và từ 42-45% (ở thí nghiệm che phủ nilon tự hủy) so với mô hình canh tác tập quán của nông dân chỉ bón phân vô cơ (đạt 43,2 tạ/ha).

Kiến nghị và giải pháp đề xuất

  • Kiến nghị áp dụng rộng rãi quy trình ủ phụ phẩm nông nghiệp tại chỗ bằng chế phẩm vi sinh Compost Marker nhằm giải quyết vấn đề khan hiếm phân chuồng, hạn chế tình trạng đốt rơm rạ và thân lá ngô trên đồng ruộng.
  • Đề xuất áp dụng gói kỹ thuật thâm canh ngô vụ xuân trên đất cát biển: Bón kết hợp phân vô cơ với phân hữu cơ ủ phụ phẩm (thay thế 30% N bằng hữu cơ), bón lót vôi bột (400 kg/ha), kết hợp gieo xen đậu đen hoặc che phủ mặt luống bằng màng nilon tự hủy nhằm ứng phó với hạn hán và gió khô nóng trong điều kiện sản xuất không chủ động nước tưới.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế: Thí nghiệm thực địa của luận án chỉ tập trung thực hiện trong vụ xuân (các năm 2015 đến 2018), chưa theo dõi và thử nghiệm trên các vụ sản xuất khác trong năm (vụ hè thu hoặc vụ đông). Đối tượng nghiên cứu mới tiến hành trên một giống ngô lai đơn nhất là CP999; địa bàn thực nghiệm mới triển khai tại huyện Nghi Lộc, chưa mở rộng sang các tiểu vùng sinh thái đất cát biển khác của tỉnh Nghệ An và khu vực Bắc Trung Bộ.
  • Hướng nghiên cứu tiếp: Mở rộng nghiên cứu ảnh hưởng của phân hữu cơ vi sinh và vật liệu che phủ trên các giống ngô khác nhau (ngô thực phẩm, ngô sinh khối phục vụ chăn nuôi); đánh giá hiệu lực tồn dư của việc bón phân hữu cơ liên tục qua nhiều vụ trong năm (xuân - hè thu - đông) đối với sự tích lũy mùn và vi sinh vật đất cát biển.

Giá trị tham khảo

  • Đối với nghiên cứu sinh, học viên cao học và giảng viên chuyên ngành Khoa học đất, Nông học, Trồng trọt và Quản lý tài nguyên đất: Luận án cung cấp hệ thống số liệu định lượng chi tiết về hình thái học, lý tính, hóa tính phẫu diện đất cát biển ven biển miền Trung; cung cấp phương pháp luận thực nghiệm khối ngẫu nhiên (RCBD) trong việc xử lý mối quan hệ giữa vật liệu hữu cơ, nhiệt độ đất, độ ẩm và năng suất cây trồng.
  • Đối với cán bộ khuyến nông và nhà quản lý nông nghiệp địa phương (Sở Nông nghiệp và Phát triển nông thôn, Phòng Nông nghiệp các huyện ven biển): Cung cấp căn cứ thực tiễn để ban hành quy trình kỹ thuật canh tác ngô thích ứng biến đổi khí hậu trên vùng đất cát ven biển; phương pháp chuyển đổi 30% N vô cơ sang phân hữu cơ tự ủ giúp giảm chi phí mua phân bón hóa học và tận dụng triệt để phụ phẩm nông nghiệp.

Câu hỏi thường gặp

1. Nguyên nhân chính khiến năng suất ngô trên đất cát biển Nghệ An thấp hơn mức bình quân là gì?

Theo kết quả điều tra của luận án, năng suất ngô tại vùng cát ven biển Nghệ An (đặc biệt là huyện Nghi Lộc) chỉ đạt 30-35,5 tạ/ha do ba nhóm nguyên nhân: điều kiện khí hậu khắc nghiệt với gió Lào khô nóng và bốc hơi mạnh vào giai đoạn trổ cờ vào hạt; đất có thành phần cơ giới thô (>90% cát), nghèo dinh dưỡng hữu cơ và khoáng chất, giữ nước và phân bón kém; tập quán canh tác của nông dân phụ thuộc hoàn toàn vào nước trời, chủ yếu dùng phân vô cơ và chỉ bón lót lượng phân hữu cơ rất nhỏ (trung bình 3,7 tấn/ha).

2. Loại phân hữu cơ nào và liều lượng bón bao nhiêu cho hiệu quả cao nhất trong nghiên cứu?

Loại phân hữu cơ cho hiệu quả tối ưu là phụ phẩm nông nghiệp (rơm rạ, thân lá cây ngô) ủ hoai mục bằng chế phẩm vi sinh Compost Marker theo quy trình của Sở Khoa học và Công nghệ tỉnh Nghệ An. Liều lượng hiệu quả nhất là thay thế phân khoáng bằng phân hữu cơ với mức quy đổi tương đương 30% N + 25% $P_2O_5$ + 75% $K_2O$ (trên nền phân bón 150 kg N + 90 kg $P_2O_5$ + 100 kg $K_2O$/ha), cho năng suất ngô đạt 58,42 - 59,34 tạ/ha, tăng trên 35% so với đối chứng không bón hữu cơ.

3. Việc che phủ màng nilon tự hủy và trồng xen đậu đen mang lại tác động gì đối với đất và cây ngô?

Che phủ nilon tự hủy và trồng xen đậu đen giúp điều hòa nhiệt độ đất tầng mặt (giữ ấm khi nhiệt độ thấp đầu vụ xuân và hạ nhiệt bề mặt khi nắng nóng), tăng cường khả năng giữ ẩm đất cát trong điều kiện canh tác nhờ nước trời, bổ sung sinh khối hữu cơ từ rễ và thân lá đậu đen, giúp năng suất ngô tăng 30-32% ở công thức trồng xen và tăng 42-45% ở công thức phủ nilon tự hủy so với mô hình tập quán của nông dân.

4. Luận án sử dụng phần mềm và phương pháp thống kê nào để kiểm định số liệu thực nghiệm?

Luận án sử dụng phần mềm IRRISTAT version 5.0 để phân tích phương sai (ANOVA) đối với các yếu tố cấu thành năng suất và năng suất ngô. Việc so sánh sự sai khác giữa các giá trị trung bình của các công thức thí nghiệm với công thức đối chứng được thực hiện bằng phép thử sai số nhỏ nhất có ý nghĩa (LSD) ở mức xác suất P < 0,05 (P < 5%).

5. Tiềm năng nguồn vật liệu hữu cơ tại chỗ của tỉnh Nghệ An được tác giả xác định như thế nào?

Kết quả điều tra năm 2019 của tác giả cho thấy nguồn phụ phẩm cây trồng (chủ yếu là rơm rạ lúa và thân lá ngô) cùng nguồn phân gia súc (trâu, bò, lợn, dê) tại Nghệ An rất lớn. Nếu tận dụng và chế biến toàn bộ nguồn hữu cơ này thành phân bón có thể đáp ứng gấp 4 lần tổng nhu cầu phân hữu cơ cần bón theo khuyến cáo kỹ thuật cho toàn bộ diện tích gieo trồng ngô và lúa của tỉnh.

Kết luận

Luận án tiến sĩ của tác giả Nguyễn Thị Bích Thủy đã làm rõ đặc điểm lý hóa tính nghèo kiệt của đất cát biển và các yếu tố hạn chế năng suất ngô tại vùng ven biển Nghệ An. Qua 4 thí nghiệm đồng ruộng được thiết kế chuẩn mực theo khối ngẫu nhiên hoàn chỉnh (RCBD) trong 2 vụ xuân liên tiếp, công trình đã xác lập giải pháp sử dụng phân hữu cơ ủ từ phụ phẩm nông nghiệp bằng chế phẩm Compost Marker quy đổi thay thế 30% N khoáng, kết hợp kỹ thuật che phủ màng nilon tự hủy hoặc xen canh đậu đen. Các giải pháp kỹ thuật này đã giải quyết đồng thời việc giữ ẩm, điều hòa nhiệt độ đất cát và cung cấp dinh dưỡng, nâng năng suất ngô vụ xuân đạt 58,42 - 59,34 tạ/ha (tăng hơn 35% so với đối chứng) và cải thiện tính chất hóa học của đất.