Nghiên cứu tác động của phù sa và vi tảo đến môi trường đất trồng lúa tại An Giang

Chuyên khảo môi trường phân tích Nghiên cứu sử dụng phù sa và vi tảo để cải thiện môi trường đất lúa thâm canh vùng đê bao khép kín, đánh giá các khía cạnh quan trọng, đề xuất

• Tác giả: Bùi Thị Mai Phụng
• Người hướng dẫn: PGS. Nguyễn Hữu Chiếm
• Trường học: Trường Đại học An Giang
• Chuyên ngành: Môi trường
• Đề tài: Nghiên cứu tác động của phù sa và vi tảo đến môi trường đất trồng lúa tại An Giang
• Loại tài liệu: luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2020
• 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. Tổng quan về tác động của phù sa và vi tảo đến môi trường đất trồng lúa

Nghiên cứu về phù sa và vi tảo đã chỉ ra rằng chúng đóng vai trò quan trọng trong việc cải thiện môi trường đất trồng lúa tại An Giang. Phù sa từ nước lũ cung cấp nhiều chất dinh dưỡng, trong khi vi tảo giúp làm giàu chất hữu cơ cho đất. Sự kết hợp này không chỉ tăng cường năng suất lúa mà còn bảo vệ môi trường sinh thái.

1.1. Đặc điểm của phù sa và vi tảo trong đất trồng lúa

Phù sa là lớp trầm tích giàu dinh dưỡng, trong khi vi tảo là các sinh vật đơn bào có khả năng cố định đạm. Cả hai đều có ảnh hưởng tích cực đến chất lượng đất và năng suất cây trồng.

1.2. Vai trò của phù sa và vi tảo trong nông nghiệp bền vững

Sự kết hợp giữa phù sa và vi tảo không chỉ cải thiện chất lượng đất mà còn giúp duy trì sự bền vững trong sản xuất nông nghiệp, đặc biệt là trong bối cảnh biến đổi khí hậu.

II. Thách thức trong việc quản lý phù sa và vi tảo tại An Giang

Mặc dù phù sa và vi tảo mang lại nhiều lợi ích, nhưng việc quản lý chúng cũng gặp không ít thách thức. Việc xây dựng đê bao khép kín đã làm giảm lượng phù sa vào đất, ảnh hưởng đến chất lượng đất trồng lúa. Ngoài ra, sự biến đổi khí hậu cũng làm gia tăng áp lực lên hệ sinh thái đất.

2.1. Ảnh hưởng của đê bao khép kín đến môi trường đất

Đê bao khép kín hạn chế sự bồi lắng của phù sa, dẫn đến sự thiếu hụt dinh dưỡng trong đất, ảnh hưởng đến năng suất lúa.

2.2. Biến đổi khí hậu và tác động đến vi tảo

Sự thay đổi khí hậu có thể làm thay đổi điều kiện sống của vi tảo, ảnh hưởng đến khả năng cung cấp dinh dưỡng cho đất trồng lúa.

III. Phương pháp nghiên cứu tác động của phù sa và vi tảo

Nghiên cứu này sử dụng các phương pháp khảo sát và phân tích mẫu để đánh giá tác động của phù sa và vi tảo đến môi trường đất. Các mẫu đất và nước được thu thập từ nhiều khu vực khác nhau để đảm bảo tính chính xác của kết quả.

3.1. Phương pháp thu thập mẫu và phân tích

Mẫu đất và nước được thu thập từ các khu vực trong và ngoài đê bao, sau đó được phân tích để đánh giá chất lượng và hàm lượng dinh dưỡng.

3.2. Đánh giá tác động của phù sa và vi tảo đến năng suất lúa

Nghiên cứu cũng đánh giá mối liên hệ giữa hàm lượng dinh dưỡng trong đất và năng suất lúa, từ đó đưa ra các khuyến nghị cho nông dân.

IV. Kết quả nghiên cứu về tác động của phù sa và vi tảo

Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng phù sa và vi tảo có khả năng cung cấp một lượng lớn dinh dưỡng cho đất trồng lúa. Cụ thể, lượng N, P, K từ phù sa và vi tảo đã góp phần cải thiện đáng kể chất lượng đất và năng suất lúa.

4.1. Tỷ lệ đóng góp dinh dưỡng từ phù sa

Phù sa cung cấp khoảng 121 kgN/ha, 34,3 kgP2O5/ha và 262 kgK2O/ha hàng năm, cho thấy vai trò quan trọng của nó trong việc cải thiện môi trường đất.

4.2. Đánh giá sinh khối và đa dạng loài vi tảo

Vi tảo cung cấp khoảng 1,08 tấn/ha/năm sinh khối tươi, cho thấy sự đa dạng và khả năng cung cấp dinh dưỡng cho đất trồng lúa.

V. Kết luận và khuyến nghị cho tương lai

Nghiên cứu khẳng định rằng phù sa và vi tảo là hai yếu tố quan trọng trong việc cải thiện môi trường đất trồng lúa tại An Giang. Để duy trì và phát huy hiệu quả, cần có các biện pháp quản lý hợp lý và khuyến khích nông dân áp dụng các phương pháp canh tác bền vững.

5.1. Khuyến nghị về quản lý phù sa và vi tảo

Nên có các chính sách khuyến khích xả lũ để đất trong đê bao có thể tiếp nhận phù sa, đồng thời rửa trôi độc chất tồn đọng.

5.2. Tương lai của nghiên cứu về phù sa và vi tảo

Cần tiếp tục nghiên cứu sâu hơn về vai trò của vi tảo trong việc cải thiện chất lượng đất và năng suất lúa, đặc biệt trong bối cảnh biến đổi khí hậu.

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.