Luận văn thạc sĩ: Quản lý nước tiết kiệm ruộng lúa ĐBSH tại Hưng Yên – Trịnh Hồng Quân

Luận văn thạc sĩ: Nghiên cứu giải pháp quản lý nước tiết kiệm hiệu quả cho ruộng lúa tại Đồng bằng sông Hồng, thí điểm ở Hưng Yên.

• Tác giả: Trịnh Hồng Quân
• Người hướng dẫn: TS. Lê Xuân Quang - Phó Viện Trưởng - Viện Nước, Tưới Tiêu & Môi Trường
• Trường học: Trường Đại học Thủy lợi
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Tài Nguyên Nước
• Đề tài: Quản lý nước tiết kiệm trên ruộng lúa vùng Đồng bằng sông Hồng - Thí điểm tại xã Phú Thịnh, huyện Kim Động, tỉnh Hưng Yên
• Loại tài liệu: luận văn
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• BẢN CAM KẾT
• LỜI CẢM ƠN
• DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
• DANH MỤC BẢNG
• DANH MỤC HÌNH ẢNH
• MỞ ĐẦU
• Tính cấp thiết của đề tài
• Mục tiêu nghiên cứu
• Phạm vi nghiên cứu
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU VÀ KHU VỰC NGHIÊN CỨU
• 1.1. Tổng quan vấn đề nghiên cứu
• 1.1.1. Mối quan hệ giữa nước tưới và cây trồng
• 1.1.2. Tổng quan tình hình quản lý nước tiết kiệm trên Thế giới và Việt Nam
• 1.1.3. Tổng quan tình hình nghiên cứu phát thải khí nhà kính trong sản xuất lúa
• 1.1.4. Cơ chế hình thành khí nhà kính
• 1.2. Đặc điểm tự nhiên - kinh tế xã hội khu vực nghiên cứu
• 1.2.1. Khái quát đặc điểm vùng đồng bằng sông Hồng
• 1.2.2. Nghiên cứu lựa chọn địa điểm xây dựng mô hình
• 1.2.3. Khái quát điều kiện tự nhiên xã Phú Thịnh
• 1.2.4. Hiện trạng kinh tế - xã hội xã Phú Thịnh
• 1.2.5. Nhận xét và đánh giá chung
• 2. CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Phương pháp kế thừa
• 2.2. Phương pháp bố trí thí nghiệm và đánh giá đồng ruộng
• 2.2.1. Nguyên tắc bố trí và cách bố trí thí nghiệm
• 2.2.2. Xây dựng mô hình thí nghiệm
• 2.2.3. Mùa vụ, giống lúa, mật độ gieo trồng và phân bón
• 2.2.4. Chỉ tiêu đánh giá
• 2.3. Phương pháp phân tích trong phòng thí nghiệm
• 2.3.1. Phân tích năng suất lúa
• 2.3.2. Phân tích, tính toán khí nhà kính
• 2.4. Phương pháp phân tích xử lý số liệu
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Kết quả đo đạc, quan trắc các thông số của mô hình
• 3.1.1. Lượng mưa và nhiệt độ
• 3.1.2. Mực nước trên kênh, ô ruộng
• 3.1.3. Lượng phát thải khí nhà kính
• 3.2. Đánh giá mô hình quản lý nước tiết kiệm
• 3.2.1. Đánh giá mối quan hệ giữa chế độ tưới với phát thải khí nhà kính
• 3.2.2. Đánh giá mối quan hệ giữa chế độ tưới với năng suất cây trồng
• 3.2.3. Đánh giá hiệu quả mô hình
• 3.3. Đề xuất biện pháp quản lý nước tiết kiệm trên đồng ruộng vùng đồng bằng sông Hồng
• 3.3.1. Quy trình quản lý nước mặt ruộng
• 3.3.2. Quy trình kỹ thuật phục vụ quản lý nước mặt ruộng
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan quản lý nước ruộng lúa ĐBSH và tầm quan trọng

Đồng bằng sông Hồng (ĐBSH) là vựa lúa lớn thứ hai của Việt Nam, đóng vai trò then chốt trong việc đảm bảo an ninh lương thực quốc gia. Canh tác lúa nước tại đây phụ thuộc phần lớn vào nguồn nước từ hệ thống thủy lợi ĐBSH. Tuy nhiên, phương pháp canh tác truyền thống với việc giữ nước ngập thường xuyên đang bộc lộ nhiều hạn chế. Việc nghiên cứu và áp dụng các giải pháp quản lý tài nguyên nước hiệu quả không chỉ giúp tiết kiệm chi phí mà còn hướng tới một nền nông nghiệp công nghệ cao và bền vững. Trong bối cảnh biến đổi khí hậu và nông nghiệp đang là thách thức lớn, việc tối ưu hóa lượng nước tưới cho cây lúa trở nên cấp thiết hơn bao giờ hết. Một quy trình quản lý nước khoa học sẽ giúp tăng năng suất lúa, giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường, và nâng cao thu nhập cho người nông dân. Sự chuyển đổi sang các mô hình canh tác tiên tiến, đặc biệt là các giải pháp thủy lợi cho cây lúa, là xu hướng tất yếu để phát triển ngành trồng lúa tại ĐBSH một cách bền vững, thích ứng với những thay đổi của tự nhiên và thị trường.

1.1. Vai trò của cây lúa và nguồn nước tại Đồng bằng sông Hồng

Cây lúa không chỉ là cây lương thực chính mà còn là một phần văn hóa và đời sống của hàng triệu nông dân vùng ĐBSH. Sản xuất lúa gạo tại đây chiếm một tỷ trọng lớn trong nền kinh tế nông nghiệp cả nước. Nước là yếu tố quyết định đến sự sinh trưởng, phát triển và năng suất của cây lúa. Theo tài liệu nghiên cứu của Trịnh Hồng Quân (2019), nước chiếm tới 90% trọng lượng chất nguyên sinh và là dung môi cho mọi phản ứng hóa sinh trong cây. Để tạo ra 1kg chất khô, cây lúa cần tới hơn 300kg nước. Điều này cho thấy nhu cầu về nước trong canh tác lúa là rất lớn. Hệ thống thủy lợi ĐBSH được xây dựng để đáp ứng nhu cầu này, nhưng hiệu quả sử dụng vẫn chưa cao. Việc đảm bảo nguồn nước tưới ổn định và chất lượng là nền tảng cho sự thành công của mỗi mùa vụ, góp phần duy trì vị thế của vùng châu thổ này trong bản đồ nông nghiệp Việt Nam.

1.2. Xu hướng canh tác lúa bền vững trong bối cảnh mới

Trước áp lực về nguồn nước, ô nhiễm môi trường và yêu cầu của thị trường, xu hướng canh tác lúa bền vững đang trở thành mục tiêu hàng đầu. Canh tác bền vững không chỉ tập trung vào việc tăng năng suất lúa mà còn phải cân bằng với các yếu tố môi trường và xã hội. Điều này bao gồm việc áp dụng các giải pháp thủy lợi cho cây lúa tiên tiến, giảm sử dụng phân bón hóa học, và quan trọng nhất là tiết kiệm nước trong nông nghiệp. Các mô hình như Hệ thống canh tác lúa cải tiến (SRI) hay kỹ thuật tưới ướt khô xen kẽ (AWD) đang được khuyến khích áp dụng. Những phương pháp này không chỉ giúp giảm lượng nước tưới mà còn góp phần giảm phát thải khí nhà kính, một vấn đề nhức nhối trong sản xuất lúa nước. Việc chuyển đổi sang canh tác bền vững là con đường tất yếu để ngành lúa gạo ĐBSH phát triển lâu dài và hiệu quả.

II. Thách thức trong quản lý nước ruộng lúa ĐBSH hiện nay

Hoạt động canh tác lúa tại ĐBSH đang đối mặt với nhiều thách thức nghiêm trọng liên quan đến quản lý tài nguyên nước. Tập quán canh tác truyền thống, giữ nước ngập liên tục trên đồng ruộng, gây ra sự lãng phí tài nguyên nước khổng lồ. Theo thống kê, lượng nước tưới mặt ruộng hàng vụ có thể lên tới 5500-6500 m3/ha. Vấn đề càng trở nên trầm trọng hơn khi biến đổi khí hậu và nông nghiệp gây ra các hiện tượng thời tiết cực đoan như hạn hán và mưa lũ bất thường. Thêm vào đó, tình trạng xâm nhập mặn Đồng bằng sông Hồng cũng đang đe dọa các vùng ven biển, làm suy giảm chất lượng nguồn nước tưới. Bên cạnh đó, ngành nông nghiệp, đặc biệt là trồng lúa, là nguồn phát thải khí nhà kính lớn nhất. Việc quản lý nước không hợp lý chính là một trong những nguyên nhân chính gây ra tình trạng này, ảnh hưởng trực tiếp đến môi trường và cam kết quốc gia về giảm phát thải. Do đó, việc tìm ra các giải pháp thủy lợi cho cây lúa hiệu quả là bài toán cấp bách.

2.1. Lãng phí tài nguyên và ảnh hưởng từ biến đổi khí hậu

Lãng phí nước trong sản xuất lúa là một thực trạng đáng báo động. Tập quán canh tác lúa nước truyền thống thường sử dụng lượng nước lớn hơn nhiều so với nhu cầu thực tế của cây trồng. Theo nghiên cứu, "lượng nước sử dụng hàng năm cho sản xuất nông nghiệp vào khoảng 93 tỷ m3", trong đó phần lớn dành cho cây lúa. Sự lãng phí này không chỉ làm cạn kiệt nguồn nước ngọt mà còn làm tăng chi phí sản xuất lúa. Trong bối cảnh biến đổi khí hậu, các đợt hạn hán kéo dài khiến tình trạng thiếu nước trở nên nghiêm trọng, ảnh hưởng trực tiếp đến diện tích gieo cấy. Ngược lại, mưa lớn bất thường gây ngập úng, làm hư hại mùa màng. Hiện tượng xâm nhập mặn Đồng bằng sông Hồng cũng là một hệ quả tiêu cực, làm giảm khả năng cung cấp nước ngọt cho các vùng canh tác ven biển, đòi hỏi phải có những chiến lược quản lý tài nguyên nước linh hoạt và hiệu quả hơn.

2.2. Vấn đề giảm phát thải khí nhà kính trong nông nghiệp

Sản xuất lúa nước là một trong những nguồn phát thải khí mêtan (CH4) chính, một loại khí nhà kính có khả năng gây hiệu ứng nóng lên toàn cầu cao hơn nhiều so với CO2. Tài liệu gốc trích dẫn: "Theo kết quả kiểm kê phát thải khí nhà kính (KNK) của Việt Nam năm 2000, ngành nông nghiệp là ngành có lượng phát thải KNK cao nhất... khu vực trồng lúa là khu vực có lượng phát thải lớn nhất với lượng phát thải chiếm 57,5% tổng lượng phát thải ngành nông nghiệp." Điều này cho thấy áp lực giảm phát thải khí nhà kính từ ngành trồng lúa là rất lớn. Nguyên nhân chính là do điều kiện yếm khí khi ruộng lúa bị ngập nước liên tục, tạo môi trường thuận lợi cho vi khuẩn sinh mêtan hoạt động. Việc thay đổi phương pháp quản lý nước, cụ thể là áp dụng các kỹ thuật tưới tiêu có giai đoạn phơi khô ruộng, là giải pháp then chốt để giải quyết vấn đề này, góp phần vào mục tiêu phát triển canh tác lúa bền vững.

III. Phương pháp quản lý nước thông minh cho ruộng lúa ĐBSH

Để giải quyết các thách thức hiện hữu, việc ứng dụng các phương pháp quản lý nước hiện đại là vô cùng cần thiết. Nông nghiệp công nghệ cao mang đến các giải pháp đột phá, giúp tối ưu hóa việc sử dụng nước và tăng hiệu quả sản xuất. Một trong những công nghệ cốt lõi là hệ thống tưới tiêu thông minh, kết hợp các cảm biến độ ẩm đất để cung cấp nước cho cây trồng một cách chính xác theo nhu cầu thực tế. Thay vì tưới theo định kỳ cố định, hệ thống sẽ tự động điều tiết lượng nước dựa trên dữ liệu thời gian thực, tránh lãng phí và đảm bảo cây lúa luôn có đủ độ ẩm cần thiết. Bên cạnh đó, kỹ thuật san phẳng mặt ruộng bằng laser cũng đóng vai trò quan trọng, giúp nước phân bố đều trên khắp mặt ruộng, giảm tổn thất do thấm và bốc hơi. Việc tích hợp các công nghệ này vào mô hình nông nghiệp thông minh không chỉ giúp tiết kiệm nước trong nông nghiệp mà còn cải thiện năng suất lúa và giảm công lao động.

3.1. Ứng dụng nông nghiệp công nghệ cao và cảm biến độ ẩm đất

Nông nghiệp công nghệ cao đang dần thay đổi bộ mặt của ngành trồng lúa. Thay vì phụ thuộc hoàn toàn vào kinh nghiệm, người nông dân có thể dựa vào dữ liệu chính xác để ra quyết định. Cảm biến độ ẩm đất là một công cụ hữu hiệu trong đó. Các cảm biến này được đặt ở các vị trí khác nhau trên ruộng, liên tục đo và gửi dữ liệu về độ ẩm của đất về một thiết bị trung tâm. Dựa trên thông số này, hệ thống tưới tiêu thông minh sẽ tính toán và quyết định khi nào cần tưới và tưới với lượng bao nhiêu. Phương pháp này đảm bảo cây lúa không bị thiếu nước trong các giai đoạn sinh trưởng quan trọng, đồng thời tránh được tình trạng ngập úng không cần thiết. Việc áp dụng công nghệ cảm biến giúp nông dân quản lý nước một cách chủ động và khoa học, là bước tiến quan trọng trong việc hiện đại hóa quy trình canh tác.

3.2. Vai trò của san phẳng mặt ruộng bằng laser trong tưới tiêu

Độ bằng phẳng của mặt ruộng ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả tưới tiêu. Một mặt ruộng lồi lõm sẽ khiến nước phân bố không đều, nơi cao bị khô hạn trong khi nơi trũng lại bị ngập úng. Kỹ thuật san phẳng mặt ruộng bằng laser là giải pháp tối ưu để khắc phục vấn đề này. Công nghệ này sử dụng một máy phát laser để tạo ra một mặt phẳng tham chiếu và một máy san được điều khiển tự động để cào đất, đảm bảo độ chênh lệch cao độ trên toàn bộ cánh đồng là tối thiểu. Một mặt ruộng bằng phẳng giúp giảm lượng nước cần thiết để phủ toàn bộ diện tích, tiết kiệm từ 20-30% lượng nước tưới. Ngoài ra, nó còn giúp cải thiện sự sinh trưởng đồng đều của lúa, tăng hiệu quả sử dụng phân bón và kiểm soát cỏ dại tốt hơn, từ đó góp phần tăng năng suất lúa và giảm chi phí sản xuất lúa.

IV. Kỹ thuật tưới ướt khô xen kẽ Bí quyết tiết kiệm nước

Kỹ thuật tưới ướt khô xen kẽ (Alternate Wetting and Drying - AWD) là một trong những giải pháp hiệu quả và dễ áp dụng nhất để tiết kiệm nước trong nông nghiệp. Thay vì giữ ruộng ngập nước liên tục, phương pháp này cho phép mặt ruộng khô đi trong một khoảng thời gian nhất định giữa các lần tưới. Các nghiên cứu đã chứng minh rằng AWD không những không làm giảm năng suất lúa mà còn mang lại nhiều lợi ích vượt trội. Lợi ích quan trọng nhất là tiết kiệm một lượng nước tưới đáng kể, có thể lên tới 30-40% so với phương pháp truyền thống. Lợi ích thứ hai, không kém phần quan trọng, là khả năng giảm phát thải khí nhà kính. Khi mặt ruộng được phơi khô, môi trường yếm khí bị phá vỡ, làm giảm hoạt động của vi khuẩn sinh mêtan. Đây là một giải pháp thủy lợi cho cây lúa mang lại lợi ích kép, vừa kinh tế vừa thân thiện với môi trường, phù hợp với định hướng canh tác lúa bền vững.

4.1. Nguyên lý và quy trình của kỹ thuật tưới ướt khô xen kẽ

Nguyên lý của kỹ thuật tưới ướt khô xen kẽ rất đơn giản. Sau khi tưới ngập, nước sẽ được để cho cạn tự nhiên cho đến khi mực nước trong ống quan sát (đặt trên ruộng) tụt xuống một ngưỡng nhất định (ví dụ 15cm dưới mặt đất), sau đó mới tiến hành tưới lại. Trong nghiên cứu thí điểm tại Hưng Yên, hai công thức đã được áp dụng là "khô vừa" (mực nước giảm -5cm) và "khô kiệt" (mực nước giảm -15cm). Quy trình này được lặp đi lặp lại trong suốt giai đoạn sinh trưởng của cây lúa, ngoại trừ giai đoạn ra hoa và thụ phấn cần duy trì lớp nước mỏng liên tục. Việc áp dụng AWD đòi hỏi người nông dân phải theo dõi mực nước thường xuyên, nhưng lợi ích mà nó mang lại về tiết kiệm nước trong nông nghiệp và giảm chi phí là rất lớn. Quy trình này phá vỡ tập quán canh tác lâu đời nhưng lại là chìa khóa cho một nền nông nghiệp hiệu quả hơn.

4.2. Lợi ích kép Tiết kiệm nước và giảm phát thải khí nhà kính

Lợi ích nổi bật nhất của kỹ thuật tưới ướt khô xen kẽ là hiệu quả kép. Về mặt kinh tế, việc giảm số lần bơm tưới giúp tiết kiệm đáng kể chi phí sản xuất lúa, bao gồm chi phí điện, nhiên liệu và nhân công. Về mặt môi trường, đây là một giải pháp đột phá. Tài liệu nghiên cứu khẳng định: "bằng các biện pháp thủy lợi, rút nước trong một số giai đoạn của việc trồng lúa có thể giảm từ 20÷44% lượng phát thải khí CH4 so với kỹ thuật tưới truyền thống". Việc phơi khô ruộng định kỳ giúp đưa oxy vào đất, ức chế hoạt động của vi khuẩn mêtan và do đó giảm phát thải khí nhà kính một cách hiệu quả. Ngoài ra, kỹ thuật này còn giúp bộ rễ của cây lúa phát triển khỏe hơn, ăn sâu vào đất, tăng khả năng chống đổ và hấp thụ dinh dưỡng tốt hơn, góp phần ổn định, thậm chí cải thiện năng suất lúa.

V. Kết quả thực tiễn từ mô hình quản lý nước tại Hưng Yên

Nghiên cứu của Trịnh Hồng Quân (2019) đã triển khai một mô hình nông nghiệp thông minh thí điểm tại xã Phú Thịnh, tỉnh Hưng Yên để đánh giá hiệu quả của các phương pháp quản lý nước tiết kiệm. Mô hình được chia thành ba khu: khu tưới khô kiệt, khu tưới khô vừa (áp dụng kỹ thuật tưới ướt khô xen kẽ) và khu đối chứng tưới theo kiểu truyền thống. Kết quả thu được rất khả quan, khẳng định tính ưu việt của phương pháp tưới tiết kiệm. Về lượng nước sử dụng, các khu thí nghiệm đã giảm đáng kể so với khu truyền thống, giúp giảm chi phí sản xuất lúa. Đáng chú ý, năng suất lúa ở các khu áp dụng kỹ thuật mới không hề suy giảm, thậm chí còn có xu hướng tăng nhẹ ở một số chỉ tiêu. Điều này phá vỡ lo ngại rằng việc phơi khô ruộng sẽ ảnh hưởng tiêu cực đến sản lượng. Những kết quả này cung cấp bằng chứng khoa học và thực tiễn vững chắc, tạo cơ sở để nhân rộng mô hình ra toàn vùng ĐBSH.

5.1. Phân tích hiệu quả tiết kiệm nước và chi phí sản xuất lúa

Kết quả đo đạc từ mô hình tại Hưng Yên cho thấy hiệu quả tiết kiệm nước trong nông nghiệp là rất rõ rệt. So với phương pháp tưới ngập truyền thống, lượng nước bơm tưới cho các khu thí nghiệm "khô kiệt" và "khô vừa" đã giảm một cách đáng kể. Cụ thể, số lần bơm tưới giảm, dẫn đến tiết kiệm chi phí năng lượng và nhân công vận hành trạm bơm. Việc giảm lượng nước tưới không chỉ có ý nghĩa trong bối cảnh khan hiếm nguồn nước mà còn trực tiếp làm giảm chi phí sản xuất lúa, tăng lợi nhuận cho nông dân. Bảng tổng hợp đánh giá hiệu quả kinh tế trong nghiên cứu đã chỉ ra rằng, mặc dù có thể phát sinh chi phí đầu tư ban đầu cho việc cải tạo bờ bao và lắp đặt ống quan sát, lợi ích kinh tế lâu dài từ việc tiết kiệm nước và năng lượng là rất lớn. Đây là một minh chứng thuyết phục về hiệu quả của mô hình nông nghiệp thông minh.

5.2. So sánh năng suất lúa giữa mô hình mới và truyền thống

Một trong những mối quan tâm lớn nhất khi áp dụng phương pháp tưới tiết kiệm là liệu nó có ảnh hưởng đến năng suất lúa hay không. Kết quả từ nghiên cứu thực địa đã giải tỏa hoàn toàn lo ngại này. Bảng tổng hợp các chỉ tiêu cấu thành năng suất cho thấy không có sự khác biệt đáng kể về năng suất giữa khu vực tưới tiết kiệm và khu vực tưới truyền thống. Thậm chí, một số chỉ số sinh trưởng như khả năng đẻ nhánh, độ cứng của cây còn cho thấy kết quả tốt hơn ở khu vực áp dụng kỹ thuật tưới ướt khô xen kẽ. Tác giả Nguyễn Việt Anh (2010) cũng từng kết luận rằng chế độ tưới "nông - lộ - phơi" không làm giảm năng suất vụ mùa và tăng năng suất vụ xuân. Điều này khẳng định rằng việc cung cấp nước một cách khoa học, đúng thời điểm và đúng liều lượng, hoàn toàn có thể duy trì và ổn định sản lượng, đồng thời mang lại các lợi ích khác về môi trường và kinh tế.

VI. Tương lai quản lý nước ruộng lúa ĐBSH Hướng tới bền vững

Những kết quả tích cực từ các mô hình thí điểm đã mở ra một tương lai đầy hứa hẹn cho ngành trồng lúa tại ĐBSH. Để hiện thực hóa tiềm năng này, việc nhân rộng các mô hình nông nghiệp thông minh và kỹ thuật quản lý nước tiên tiến là nhiệm vụ trọng tâm. Điều này đòi hỏi sự phối hợp đồng bộ giữa các nhà khoa học, cơ quan quản lý và người nông dân. Cần có những chính sách hỗ trợ cụ thể về vốn, kỹ thuật và đào tạo để nông dân có thể tiếp cận và áp dụng các công nghệ mới như tưới tiêu thông minh hay kỹ thuật tưới ướt khô xen kẽ. Mục tiêu cuối cùng không chỉ là tiết kiệm nước trong nông nghiệp mà còn là xây dựng một nền sản xuất lúa gạo bền vững, có khả năng chống chịu tốt với biến đổi khí hậu, đảm bảo an ninh lương thực và nâng cao đời sống cho người dân. Việc quản lý tài nguyên nước hiệu quả chính là chìa khóa để đạt được những mục tiêu này.

6.1. Nhân rộng mô hình nông nghiệp thông minh và vai trò chính sách

Để các giải pháp thủy lợi cho cây lúa tiên tiến đi vào thực tiễn, vai trò của chính sách là vô cùng quan trọng. Nhà nước cần xây dựng các chương trình, đề án khuyến khích nông dân chuyển đổi sang mô hình nông nghiệp thông minh. Các chính sách này có thể bao gồm hỗ trợ chi phí lắp đặt thiết bị san phẳng mặt ruộng bằng laser, hệ thống cảm biến độ ẩm đất, hoặc trợ giá cho các dịch vụ nông nghiệp công nghệ cao. Đồng thời, công tác tập huấn, chuyển giao kỹ thuật cần được đẩy mạnh để nông dân hiểu rõ lợi ích và nắm vững quy trình vận hành. Việc xây dựng các mô hình trình diễn tại nhiều địa phương khác nhau sẽ giúp tạo ra hiệu ứng lan tỏa, khuyến khích các hộ nông dân khác học hỏi và làm theo. Sự đầu tư bài bản và có định hướng từ chính sách sẽ là đòn bẩy để nhân rộng thành công mô hình canh tác bền vững.

6.2. Đảm bảo an ninh lương thực và quản lý tài nguyên nước hiệu quả

Mục tiêu cao nhất của việc đổi mới kỹ thuật canh tác lúa là nhằm đảm bảo an ninh lương thực một cách bền vững. Trong bối cảnh dân số gia tăng và đất nông nghiệp ngày càng bị thu hẹp, việc tăng hiệu quả sản xuất trên mỗi đơn vị diện tích và mỗi đơn vị nước là yêu cầu sống còn. Việc quản lý tài nguyên nước hiệu quả không chỉ giúp ngành trồng lúa vượt qua các thách thức từ biến đổi khí hậu và xâm nhập mặn, mà còn góp phần bảo vệ nguồn tài nguyên quý giá này cho các thế hệ tương lai. Một nền canh tác lúa bền vững sẽ tạo ra sản phẩm chất lượng cao, an toàn, đáp ứng yêu cầu của thị trường trong nước và xuất khẩu, đồng thời giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường. Đây chính là con đường phát triển tất yếu cho vựa lúa Đồng bằng sông Hồng trong kỷ nguyên mới.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Nông nghiệp hiện là ngành tiêu thụ tài nguyên nước lớn nhất tại Việt Nam với tổng lưu lượng sử dụng hàng năm đạt khoảng 93 tỷ m3, chiếm tỷ trọng áp đảo so với 17,3 tỷ m3 của công nghiệp và 3,09 tỷ m3 cho sinh hoạt. Đến năm 2030, nhu cầu dùng nước của nông nghiệp dự kiến vẫn chiếm tới 75%. Trong đó, hoạt động canh tác lúa nước trên diện tích hơn 7,8 triệu ha tiêu tốn trung bình từ 4.500 đến 5.500 m3/ha trong vụ hè thu và 5.500 đến 6.500 m3/ha trong vụ chiêm xuân. Đồng thời, ngành nông nghiệp phát thải 88,3 triệu tấn CO2 tương đương vào năm 2010, trong đó canh tác lúa đóng góp 50,49% tổng lượng phát thải toàn ngành và chiếm tới 77,1% tổng lượng phát thải khí mêtan (CH4).

Tập quán tưới ngập thường xuyên truyền thống làm cạn kiệt nguồn nước ngọt và tạo môi trường kỵ khí thúc đẩy phát sinh khí nhà kính. Đề tài nghiên cứu được thực hiện nhằm xác định chế độ quản lý nước tiết kiệm tối ưu, giảm phát thải khí CH4 và hoàn thiện quy trình kỹ thuật tưới mặt ruộng cho vùng Đồng bằng sông Hồng. Phạm vi nghiên cứu bao quát 10 tỉnh thành thuộc Đồng bằng sông Hồng, thực nghiệm trực tiếp tại xã Phú Thịnh, huyện Kim Động, tỉnh Hưng Yên trên quy mô cánh đồng 50 ha trong năm 2017.

Công trình có ý nghĩa thực tiễn to lớn trong việc hiện thực hóa Quyết định số 3119/QĐ-BNN-KHCN về giảm 20% phát thải khí nhà kính ngành nông nghiệp. Kết quả mở ra khả năng tiết kiệm từ 20,4% đến 37,5% lượng nước tưới, giảm từ 19,09% đến 31,56% phát thải khí CH4 và giữ vững năng suất lúa bình quân 12,8 tấn/ha/năm.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu vận dụng hai trục lý thuyết sinh lý học và hóa sinh thổ nhưỡng làm nền tảng. Thứ nhất, lý thuyết quan hệ nước và cây trồng khẳng định nước chiếm 90% khối lượng chất nguyên sinh thực vật. Để tạo ra 1 kg chất khô, cây lúa cần tiêu thụ hơn 300 kg nước qua quá trình thoát hơi nước và quang hợp. Bất kỳ sự thiếu hụt hay dư thừa nước ngoài ngưỡng tối ưu đều làm suy giảm năng suất lúa.

Thứ hai, lý thuyết phân giải hữu cơ trong đất ngập nước làm rõ cơ chế phát sinh khí nhà kính. Dưới điều kiện yếm khí ngập nước liên tục, các hợp chất xenlulozơ, lignin và chất hữu cơ chứa nitơ bị phân hủy bởi quần thể vi khuẩn kỵ khí thuộc họ Methanobacteriaceae (gồm Methanosarcina và Methanococcus), giải phóng một lượng lớn khí CH4 khi thế oxy hóa khử (Eh) hạ sâu xuống mức từ -176 mV đến -287 mV. Ngược lại, việc ứng dụng kỹ thuật tưới khô ướt xen kẽ (AWD) và quy trình nông lộ phơi đưa oxy vào đất, kích hoạt quá trình khoáng hóa hiếu khí tạo ra CO2 và H2O, ức chế hoàn toàn quá trình sinh khí mêtan.

Phương pháp nghiên cứu

Thí nghiệm đồng ruộng được triển khai trên quy mô 50 ha tại xã Phú Thịnh, chia làm 3 công thức: khu khô kiệt 9,1 ha (rút nước đến độ sâu -15 cm mới tưới), khu khô vừa 8,11 ha (rút nước đến độ sâu -5 cm mới tưới) và khu đối chứng truyền thống 32,75 ha (tưới ngập thường xuyên 3 đến 5 cm). Cỡ mẫu quan trắc chuyên sâu gồm 6 ô ruộng điển hình đại diện cho các hộ dân: ô khô kiệt S1 và S2 tổng diện tích 1.690,3 m2; ô khô vừa W1 và W2 tổng diện tích 1.591,3 m2; ô truyền thống C1 và C2 tổng diện tích 2.304 m2.

Phương pháp chọn mẫu áp dụng kỹ thuật phân tầng theo cao độ địa hình tự nhiên và loại đất: ô khô kiệt bố trí tại dải ruộng cao nhất, ô khô vừa ở dải trung bình và ô truyền thống ở vùng trũng thấp. Đất thí nghiệm là đất phù sa trung tính ít chua đại diện vùng Đồng bằng sông Hồng với tầng canh tác dày từ 0 đến 0,25 m.

Phương pháp thu mẫu khí nhà kính sử dụng kỹ thuật buồng kín (closed chamber) và phân tích định lượng bằng máy sắc ký khí (GC) theo tiêu chuẩn của Viện Nghiên cứu Lúa Quốc tế (IRRI) và Ban Liên chính phủ về Biến đổi Khí hậu (IPCC). Mực nước mặt ruộng được theo dõi qua ống quan sát đục lỗ chôn sâu -20 cm, kết hợp trạm khí tượng tự động ghi nhận lượng mưa 1.650 mm/năm và nhiệt độ trung bình 23,2°C trong suốt các mùa vụ năm 2017.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Kết quả thực nghiệm trên các ô ruộng điển hình vụ xuân và vụ mùa năm 2017 đã mang lại 4 phát hiện quan trọng:

Thứ nhất, khả năng tiết kiệm tài nguyên nước vượt bậc. Công thức tưới khô kiệt và khô vừa giúp giảm tổng lượng nước tưới mặt ruộng từ 20,4% đến 37,5% so với phương pháp tưới ngập truyền thống. Mức tưới thực tế giảm từ 5.500 - 6.500 m3/ha xuống còn 3.700 - 4.500 m3/ha, tiết kiệm tương đương 1.200 đến 1.800 m3 nước trên mỗi hecta canh tác.

Thứ hai, mức độ phát thải khí nhà kính (CH4) giảm rõ rệt. Rút nước phơi ruộng định kỳ giúp cắt giảm lượng CH4 phát thải toàn vụ từ 19,09% đến 31,56%. Cường độ phát thải khí mêtan trung bình vụ mùa giảm từ 17,38 mg/m2/h ở ô đối chứng xuống còn 13,38 - 14,64 mg/m2/h ở các ô tưới tiết kiệm, tương đương mức giảm từ 75 đến 125 kg CH4/ha mỗi vụ.

Thứ ba, năng suất lúa và hiệu quả kinh tế được cải thiện. Năng suất thu hoạch tại các ô tưới tiết kiệm không bị suy giảm mà tăng trưởng từ 2,7% đến 9,0% trong vụ xuân, duy trì năng suất bình quân toàn vùng đạt 12,8 tấn/ha/năm. Lợi nhuận thuần của nông dân tăng thêm từ 19,7% đến 32%, tương đương tăng từ 3 đến 5 triệu đồng/ha.

Thứ tư, tối ưu hóa công tác vận hành thủy nông. Số đợt bơm tưới giảm từ 8 - 9 đợt xuống còn 5 - 6 đợt mỗi vụ, giảm áp lực vận hành cho 2 trạm bơm công suất 980 m3/h của hợp tác xã.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính giúp giảm phát thải khí mêtan là sự cải thiện chế độ thoáng khí trong đất. Khi mực nước hạ xuống ngưỡng -5 cm hoặc -15 cm, không khí thâm nhập vào các mao quản đất làm tăng thế oxy hóa khử Eh, ức chế vi khuẩn sinh mêtan và kích thích vi khuẩn oxy hóa mêtan hoạt động. Việc phơi ruộng từ 10 đến 12 ngày ở giai đoạn cuối đẻ nhánh còn giúp bộ rễ lúa ăn sâu vào tầng đất 0,25 - 0,8 m, chống đổ ngã và giảm hiện tượng nghẹt rễ do độc chất hữu cơ.

Kết quả này hoàn toàn tương đồng với các nghiên cứu của Viện Nghiên cứu Lúa Quốc tế tại Trung Quốc (giảm 23% phát thải CH4) và các nghiên cứu tại Hà Nội (giảm 19,09% - 31,06% phát thải CH4). Trong thực tế, toàn bộ dữ liệu quan trắc có thể được trực quan hóa qua biểu đồ đường thể hiện mối quan hệ nghịch biến giữa độ sâu mực nước mặt ruộng và cường độ phát thải khí CH4, kết hợp với bảng ma trận so sánh lượng nước tưới, chỉ số sinh trưởng và cơ cấu chi phí sản xuất giữa các công thức thí nghiệm.

Đề xuất và khuyến nghị

Nhằm nhân rộng mô hình quản lý nước tiết kiệm và giảm phát thải khí nhà kính ra toàn vùng Đồng bằng sông Hồng, 4 nhóm giải pháp cụ thể được đề xuất:

Thứ nhất, ban hành và chuẩn hóa quy trình kỹ thuật tưới nước mặt ruộng thích ứng với từng mùa vụ. Cục Thủy lợi cùng Sở Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn các địa phương cần hoàn thiện quy trình tưới khô kiệt (-15 cm) cho vụ xuân 110 ngày và vụ mùa 95 ngày. Mục tiêu đặt ra là áp dụng trên 70% diện tích đất lúa toàn vùng trong giai đoạn 2021 - 2025, giúp tiết kiệm tối thiểu 20% lượng nước ngọt.

Thứ hai, nâng cấp và kiên cố hóa hệ thống thủy lợi nội đồng. Ủy ban nhân dân các huyện và Hợp tác xã Nông nghiệp cần phân bổ ngân sách kiên cố hóa 14,6 km kênh đất còn lại, lắp đặt hệ thống cống điều tiết phân vùng trước năm 2023. Giải pháp này giúp kiểm soát nước chủ động cho 202 ha canh tác, xóa bỏ hoàn toàn hiện tượng ngập lụt và khô hạn cục bộ.

Thứ ba, phổ cập công cụ giám sát mực nước mặt ruộng chi phí thấp. Hợp tác xã Dịch vụ Nông nghiệp cung cấp và hướng dẫn lắp đặt ống nhựa PVC quan sát mực nước (đường kính 100 - 150 mm) trên 100% ô thửa của nông hộ trong vòng 12 tháng, giúp người dân dễ dàng nhận biết thời điểm nước rút xuống -5 cm hoặc -15 cm để mở cống lấy nước.

Thứ tư, đẩy mạnh tập huấn kỹ thuật và truyền thông khuyến nông. Trung tâm Khuyến nông tổ chức các lớp tập huấn kỹ thuật tưới nông lộ phơi và bón phân cân đối cho hơn 3.012 lao động nông nghiệp địa phương, đảm bảo trên 90% nông dân nắm vững kỹ thuật trước mùa vụ 2022.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Luận văn mang lại giá trị học thuật và thực tiễn phong phú cho 4 nhóm đối tượng chính:

Thứ nhất, cơ quan quản lý nhà nước về nông nghiệp và tài nguyên nước như Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn, Tổng cục Thủy lợi, Chi cục Thủy lợi các tỉnh. Công trình cung cấp hệ thống số liệu thực nghiệm chuẩn xác để xây dựng quy chuẩn kỹ thuật tưới tiết kiệm, hoàn thiện chính sách cấp bù thủy lợi phí và thực hiện mục tiêu giảm 20% phát thải khí nhà kính quốc gia.

Thứ hai, ban giám đốc các hợp tác xã dịch vụ nông nghiệp và tổ chức hợp tác dùng nước. Luận văn cung cấp cẩm nang vận hành trạm bơm 980 m3/h hiệu quả, phương án điều tiết nước luân phiên theo kênh nhánh, giúp cắt giảm trực tiếp 15% đến 25% chi phí tiền điện bơm tưới.

Thứ ba, cán bộ nghiên cứu, giảng viên và sinh viên ngành Kỹ thuật tài nguyên nước, Thủy nông, Khoa học môi trường. Tài liệu là nguồn tham khảo mẫu mực về phương pháp bố trí thí nghiệm 50 ha, kỹ thuật lấy mẫu khí buồng kín và phương pháp phân tích mối quan hệ giữa chế độ thủy văn mặt ruộng với hóa sinh thổ nhưỡng.

Thứ tư, các doanh nghiệp nông nghiệp và đơn vị tư vấn dự án tín chỉ carbon. Số liệu định lượng mức giảm khí CH4 trong luận văn là tiền đề khoa học vững chắc để thiết kế các dự án tín chỉ carbon nông nghiệp theo cơ chế phát triển sạch (CDM) và thị trường carbon quốc tế.

Câu hỏi thường gặp

Biện pháp tưới khô kiệt khi mực nước rút xuống âm 15 cm có làm sụt giảm năng suất lúa không? Hoàn toàn không làm giảm năng suất. Dữ liệu thực nghiệm trên cánh đồng 50 ha tại Hưng Yên khẳng định việc rút nước xuống -15 cm trong giai đoạn đẻ nhánh và chín sáp kích thích rễ lúa ăn sâu, tăng độ cứng cáp của thân cây. Năng suất lúa tại các ô khô kiệt vẫn đạt 12,8 tấn/ha/năm, thậm chí tăng trưởng từ 2,7% đến 9,0% so với ô tưới ngập liên tục.

Kỹ thuật rút nước mặt ruộng giúp cắt giảm lượng khí mêtan phát thải dựa trên cơ chế nào? Khí mêtan (CH4) chỉ sinh ra trong môi trường yếm khí do vi khuẩn kỵ khí phân giải chất hữu cơ. Khi rút nước cạn mặt ruộng xuống mức -5 cm hoặc -15 cm, không khí tràn vào các khe nứt đất làm tăng thế oxy hóa khử Eh, kích hoạt quá trình khoáng hóa hiếu khí. Điều này ức chế hoạt động sinh khí của vi khuẩn kỵ khí, giúp giảm từ 19,09% đến 31,56% lượng CH4 phát thải toàn vụ.

Lượng nước tưới tiết kiệm được khi áp dụng quy trình quản lý nước mới là bao nhiêu? Quy trình tưới khô ướt xen kẽ giúp cắt giảm từ 20,4% đến 37,5% tổng lượng nước tiêu thụ so với kỹ thuật tưới ngập truyền thống. Định mức nước tưới giảm từ 5.500 - 6.500 m3/ha xuống còn 3.700 - 4.500 m3/ha, giúp tiết kiệm trực tiếp từ 1.200 đến 1.800 m3 nước/ha và giảm từ 2 đến 3 đợt bơm máy trong mỗi vụ canh tác.

Người nông dân cần chuẩn bị những thiết bị gì để theo dõi mực nước ruộng theo quy trình mới? Thiết bị theo dõi rất đơn giản và chi phí thấp. Nông dân chỉ cần dùng ống nhựa PVC đường kính 100 - 150 mm, dài 40 - 50 cm, đục các lỗ nhỏ xung quanh thân ống và chôn sâu xuống ruộng 20 cm. Nông dân chỉ cần quan sát mực nước bên trong ống tụt xuống vạch -5 cm hoặc -15 cm để quyết định thời điểm dẫn nước vào ruộng.

Quy trình quản lý nước cho lúa vụ xuân 110 ngày và lúa vụ mùa 95 ngày có điểm gì khác nhau? Vụ xuân có thời tiết đầu vụ rét ẩm, lượng bốc hơi thấp nên thời gian giữ nước hồi xanh kéo dài hơn (30 ngày), tổng lượng nước cần tưới từ 4.850 đến 7.000 m3/ha. Vụ mùa có nhiệt độ cao và lượng mưa lớn (chiếm 70% tổng lượng mưa cả năm), chu kỳ sinh trưởng ngắn hơn (95 ngày), các đợt rút nước phơi ruộng diễn ra nhanh và tổng mức tưới chỉ từ 3.700 đến 5.400 m3/ha.

Kết luận

• Xác lập cơ sở khoa học và thực tiễn vững chắc cho mô hình tưới lúa tiết kiệm nước trên diện tích 50 ha tại Đồng bằng sông Hồng.
• Tiết kiệm từ 20,4% đến 37,5% lượng nước tưới mặt ruộng, giảm tải áp lực khai thác cho hệ thống trạm bơm công suất 980 m3/h.
• Cắt giảm từ 19,09% đến 31,56% lượng phát thải khí mêtan (CH4), góp phần hiện thực hóa mục tiêu giảm 20% phát thải khí nhà kính trong nông nghiệp.
• Nâng cao năng suất lúa bình quân đạt 12,8 tấn/ha/năm, gia tăng lợi nhuận kinh tế từ 3 đến 5 triệu đồng trên mỗi hecta.
• Chuẩn hóa quy trình kỹ thuật tưới rút nước mặt ruộng chuyên biệt cho lúa vụ xuân 110 ngày và lúa vụ mùa 95 ngày.

Đóng góp quan trọng nhất của luận văn là cung cấp giải pháp kỹ thuật kép vừa giải quyết tình trạng khan hiếm nguồn nước ngọt vừa giảm thiểu khí thải nhà kính bảo vệ môi trường. Trong 6 tháng tới, các cơ quan chuyên môn cần hoàn thiện tài liệu hướng dẫn kỹ thuật hiện trường và mở rộng quy mô trình diễn lên 500 ha trong giai đoạn 2021 - 2023. Các hợp tác xã và hộ nông dân cần chủ động ứng dụng quy trình quản lý nước tiết kiệm để tối ưu hóa chi phí sản xuất và thúc đẩy phát triển nông nghiệp xanh bền vững.

Trích đoạn nội dung tài liệu

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 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 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 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 Tuy nhiên đối với các giống lúa năng suất thấp, sự khác nhau giữa tưới ngập và tưới phun được giảm nhỏ. Sự khác nhau giữa tưới ngập và tưới không ngập thay đổi từ 20÷50% tùy thuộc vào loại đất, mưa, và công tác quản lý nước của hệ thống.