Tổng quan luận án
Sản xuất lúa gạo giữ vai trò trung tâm đối với an ninh lương thực quốc gia và xuất khẩu của Việt Nam. Tuy nhiên, áp lực tăng năng suất đã dẫn đến tình trạng thâm canh cao độ, lạm dụng phân bón hóa học, tăng vụ gối từ 1 đến 2 vụ hoa màu giữa các vụ lúa nhưng thiếu sự quan tâm bổ sung các nguyên tố dinh dưỡng trung lượng và vi lượng. Điều này làm cho đất canh tác lúa bị thoái hóa và nghèo kiệt dinh dưỡng, đặc biệt là lưu huỳnh (S) và kẽm (Zn). Lưu huỳnh là nguyên tố dinh dưỡng quan trọng thứ tư sau đạm, lân, kali (N, P, K); lượng lưu huỳnh cây trồng hấp thu bằng khoảng 2/3 so với lân. Lưu huỳnh được cây lúa hấp thu chủ yếu dưới dạng ion sunphat ($S\text{-}SO_4^{2-}$) qua rễ. Tại vùng đồng bằng sông Hồng, đất canh tác lúa có hàm lượng lưu huỳnh tổng số ở mức thấp đến trung bình thấp; nếu tính cả lượng bị rửa trôi, đất thiếu hụt khoảng 60 đến 110 kg S/ha/năm. Kẽm là vi lượng thiết yếu tham gia tổng hợp diệp lục, axit nucleic, protein và nâng cao hiệu quả sử dụng N, P. Mặc dù Việt Nam chưa nằm trong nhóm quốc gia thiếu kẽm trầm trọng, nhưng 11% diện tích đất canh tác ở tình trạng thiếu kẽm và tỷ lệ kẽm dễ tiêu ($Zn_{dt}$) chỉ chiếm 10 đến 15% tổng lượng kẽm trong đất ($Zn_{ts}$).
Tập quán canh tác duy trì lớp nước ngập thường xuyên (5 đến 7 cm) làm suy giảm nồng độ oxy hòa tan, thúc đẩy các vi sinh vật yếm khí hoạt động khử ion sunphat ($S\text{-}SO_4^{2-}$) thành các hợp chất sunfua ($H_2S$, $HS^-$, $S^{2-}$). Các dạng sunfua này phản ứng với kẽm dễ tiêu tạo thành kết tủa kẽm sunfua ($ZnS$) khó tan, làm mất nguồn dinh dưỡng kẽm cung cấp cho rễ lúa. Để thích ứng với biến đổi khí hậu và giảm thiểu phát thải, kỹ thuật tưới tiết kiệm nước (TKN) theo hệ thống SRI và tưới nông - lộ - phơi đã được triển khai, đạt khoảng 395.000 ha trên phạm vi cả nước. Riêng vùng đồng bằng sông Hồng có 545.000 ha đất lúa nhưng đến năm 2016 mới áp dụng tưới cải tiến khoảng 10.000 ha. Cho đến nay, các công bố khoa học tại Việt Nam chưa làm rõ cơ chế chuyển hóa của $Zn_{dt}$ và $S\text{-}SO_4^{2-}$ trong đất lúa dưới tác động của kỹ thuật tưới tiết kiệm nước. Do đó, luận án nghiên cứu ảnh hưởng của phương pháp tưới tiết kiệm nước đến sự biến động của lưu huỳnh và kẽm dễ tiêu trên nền đất phù sa trung tính ít chua – nhóm đất chiếm 50,9% diện tích tự nhiên vùng đồng bằng sông Hồng.
Mục tiêu nghiên cứu của luận án:
- Làm rõ diễn biến hàm lượng $Zn_{dt}$ và $S\text{-}SO_4^{2-}$ trong đất canh tác lúa thuộc nhóm đất phù sa trung tính, ít chua vùng đồng bằng sông Hồng dưới ảnh hưởng của phương pháp tưới tiết kiệm nước.
- Củng cố cơ sở khoa học cho việc khuyến cáo áp dụng kỹ thuật tưới tiết kiệm nước cho lúa, hỗ trợ giảm thiểu áp lực tài nguyên nước trong ngành sản xuất lúa gạo.
Nội dung nghiên cứu của luận án bao gồm 5 phần:
- Tổng quan vai trò dinh dưỡng và các quá trình hóa học của kẽm, mối liên quan giữa thế oxy hóa khử ($Eh$) và $pH$ đến hàm lượng $Zn_{dt}$ trong đất ngập nước.
- Tổng quan vai trò dinh dưỡng và các quá trình hóa học của lưu huỳnh, mối liên quan giữa thế oxy hóa khử ($Eh$) và $pH$ đến hàm lượng $S\text{-}SO_4^{2-}$ trong đất ngập nước.
- Nghiên cứu diễn biến thế oxy hóa khử ($Eh$), $pH$, hàm lượng $Zn_{dt}$, $S\text{-}SO_4^{2-}$ thông qua các thí nghiệm trong phòng; làm rõ ảnh hưởng của chế độ đất ngập nước liên tục 4 đến 5 cm và quá trình rút nước đến chuyển hóa $Zn_{dt}$ và $S\text{-}SO_4^{2-}$ trong đất lúa.
- Nghiên cứu diễn biến thế oxy hóa khử ($Eh$), $pH$ và hàm lượng $Zn_{dt}$, $S\text{-}SO_4^{2-}$ thông qua các thí nghiệm đồng ruộng đối với hai kỹ thuật tưới: tưới ngập truyền thống và tưới tiết kiệm nước (TKN); làm rõ ảnh hưởng của các chế độ tưới đến sự chuyển hóa $Zn_{dt}$ và $S\text{-}SO_4^{2-}$ trong đất lúa.
- Nghiên cứu ảnh hưởng của tưới TKN trong việc duy trì dinh dưỡng $Zn_{dt}$, $S\text{-}SO_4^{2-}$ trong đất lúa phù sa trung tính ít chua vùng đồng bằng sông Hồng.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:
- Đối tượng nghiên cứu: Hàm lượng $Zn_{dt}$ và $S\text{-}SO_4^{2-}$ trong đất phù sa sông Hồng trung tính ít chua (Fl-Fluvisol) có cấy lúa dưới ảnh hưởng của kỹ thuật tưới tiết kiệm nước.
- Phạm vi nghiên cứu: Quá trình chuyển hóa $Zn_{dt}$ và $S\text{-}SO_4^{2-}$ trong đất lúa phù sa trung tính ít chua vùng đồng bằng sông Hồng, thực hiện tại khu ruộng thí nghiệm xã An Viên, huyện Tiên Lữ, tỉnh Hưng Yên.
Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án
Luận án đã hệ thống hóa các công trình nghiên cứu trong và ngoài nước liên quan đến các nhóm nội dung chính:
- Về dinh dưỡng kẽm và lưu huỳnh trong đất:
- Trên thế giới, Hiệp hội Kẽm Quốc tế (IZA, 1991), Ponnamperuma (1972), Marschner, Cakmak (1999), Fageria (2002), Alloway (2008) đã chỉ ra hiện tượng thiếu hụt kẽm phổ biến trên khoảng 50% diện tích đất lúa nước toàn cầu (khoảng 35 triệu ha tại châu Á). Thiếu kẽm có thể làm giảm tới 50% năng suất hạt.
- Đối với lưu huỳnh, các công trình của The International Fertilizer Society, các tác giả tại Ấn Độ, Trung Quốc, Bồ Đào Nha ghi nhận tình trạng thiếu hụt lưu huỳnh mang tính toàn cầu do giảm sử dụng phân bón chứa lưu huỳnh và chuyển sang các loại phân vô cơ nồng độ cao như DAP.
- Tại Việt Nam, tài liệu của Vũ Hữu Yêm và Bùi Thế Vĩnh (1993), Lê Văn Khoa (2005), Trần Ngọc Lan (2007) xác định hàm lượng lưu huỳnh tổng số trong đất phù sa ở mức dưới 0,01%; tỷ lệ mẫu đất nông nghiệp thiếu lưu huỳnh là 37% và thiếu kẽm là 11%. Tuy nhiên, các khảo sát này chủ yếu nghiên cứu trên phẫu diện tổng quát hoặc đất đồi dốc, chưa theo dõi sự biến động theo thời gian thực trên đất canh tác lúa nước.
- Về quá trình oxy hóa khử và chuyển hóa hóa học trong đất ngập nước:
- Các nghiên cứu của Patrick (1985), Gardiner (1974), Stigliani (1992), Calmano (1993), Strous (2004), Megonikal (2004), Xiaopeng Gao và cộng sự (2006) đã thiết lập cơ chế lý thuyết: ngập nước làm triệt tiêu oxy hòa tan, thế $Eh$ giảm xuống dưới 200 mV (thậm chí dưới -200 mV), thúc đẩy vi khuẩn kị khí Desulfovibrio khử $S\text{-}SO_4^{2-}$ thành sunfua, kết tủa các ion kim loại hóa trị II ($Fe^{2+}$, $Mn^{2+}$, $Zn^{2+}$, $Cu^{2+}$) thành muối sunfua khó tan.
- Khi rút nước, không khí thâm nhập vào các khe rỗng, thế $Eh$ tăng cao, quá trình oxy hóa chuyển hóa $ZnS$ thành $Zn^{2+}$ và $SO_4^{2-}$.
- Về kỹ thuật tưới tiết kiệm nước và tác động môi trường:
- Trên thế giới, Kijne (1994), Bouman và Tuong (2001), Viện Lúa Quốc tế (IRRI), Viện Nghiên cứu Lúa Bangladesh (BRRI), Wang Y.F (Bắc Kinh, Trung Quốc), Lu W. (Philippin), Wassmann R. (Philippin), Setyanto P. (Indonesia), Adhya T.K (Ấn Độ), Chareonsilp N. (Thái Lan), Yong-Kwang Shin (Hàn Quốc), Xianqing Lin (Hàng Châu, Trung Quốc) đã đánh giá các phương pháp tưới không liên tục, tưới ngập tối thiểu, tưới nông - lộ - phơi (NLP) và SRI. Các tác giả chỉ ra khả năng tiết kiệm từ 15 đến 44% lượng nước tưới và giảm từ 10 đến 80% phát thải khí nhà kính $CH_4$.
- Tại Việt Nam, các nghiên cứu của Nguyễn Việt Anh, Trần Viết Ổn, Nguyễn Xuân Đông, Nguyễn Xuân Tiệp, Hoàng Văn Phụ, Nguyễn Văn Tỉnh, Nguyễn Mộng Cường, Nguyễn Hữu Thành tập trung vào tính toán lượng nước tiết kiệm (giảm 12,2 đến 39,3% lượng nước), giảm phát thải $CH_4$ và duy trì năng suất lúa. Về khía cạnh dinh dưỡng đất, Trần Minh Nguyệt (2011) nghiên cứu về độc tố sắt và mangan; Quyền Thị Dung nghiên cứu về biến đổi đạm và lân.
Khoảng trống nghiên cứu: Các nghiên cứu về tưới tiết kiệm nước tại Việt Nam hầu hết dừng lại ở mục tiêu tiết kiệm nước, giảm phát thải khí nhà kính và biến đổi năng suất. Chưa có công trình nào nghiên cứu định lượng ảnh hưởng của kỹ thuật tưới tiết kiệm nước đến động thái chuyển hóa và sự duy trì hàm lượng kẽm dễ tiêu ($Zn_{dt}$) và lưu huỳnh dễ tiêu ($S\text{-}SO_4^{2-}$) trên nhóm đất lúa phù sa trung tính ít chua vùng đồng bằng sông Hồng.
Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu
Khung lý thuyết và phương trình phản ứng
Luận án dựa trên cơ sở nhiệt động học và động học các phản ứng oxy hóa khử diễn ra trong đất ngập nước:
- Phản ứng phong hóa khoáng chất giải phóng kẽm và lưu huỳnh:
$$2\text{FeS}_2 + 7\text{O}_2 + 2\text{H}_2\text{O} \rightarrow 2\text{H}_2\text{SO}_4 + 2\text{FeSO}_4$$
$$2\text{CuFeS}_2 + 7\text{O}_2 \rightarrow 2\text{FeSO}_4 + 2\text{CuSO}_4$$
- Quá trình khử và kết tủa kẽm trong môi trường yếm khí ngập nước:
$$\text{SO}_4^{2-} + 10\text{H}^+ + 8\text{e} \rightarrow \text{H}_2\text{S} + 4\text{H}_2\text{O}$$
$$\text{HS}^- + \text{Zn}^{2+} \rightarrow \text{ZnS}\downarrow + \text{H}^+$$
Mối quan hệ nhiệt động giữa thế oxy hóa khử, pH và dạng tồn tại của lưu huỳnh được biểu diễn qua phương trình:
$$Eh = 0{,}30 - 0{,}0074\log\left(\frac{[\text{H}_2\text{S}]}{[\text{SO}_4^{2-}]}\right) - 0{,}074\text{pH}$$
- Quá trình hòa tan và oxy hóa giải phóng kẽm và sunphat khi đất thoáng khí:
$$2\text{ZnS} + 3\text{O}_2 + 2\text{H}_2\text{O} \rightarrow 2\text{Zn}^{2+} + 2\text{SO}_4^{2-} + 4\text{H}^+$$
$$\text{Zn(OH)}_2 + 2\text{H}^+ \rightarrow \text{Zn}^{2+} + 2\text{H}_2\text{O}$$
Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm
- Thu thập, lấy mẫu và xử lý mẫu:
- Lấy mẫu và bảo quản mẫu đất tuân thủ tiêu chuẩn TCVN 7538-2:2005 (ISO 10381-2:2002); xử lý đất sơ bộ để phân tích lý hóa theo TCVN 6647:2007 (ISO 11464:2006).
- Lấy mẫu nước mặt ruộng theo TCVN 6663-1:2011 (ISO 5667-1:2006) và đối chiếu chất lượng nước tưới theo QCVN 39:2011/BTNMT.
- Bố trí thí nghiệm:
- Thí nghiệm trong phòng: Bố trí trong hệ thống chậu nhựa với đất lấy tại khu ruộng thực nghiệm xã An Viên (Tiên Lữ, Hưng Yên), gồm 2 công thức: ngập nước liên tục (duy trì 4 đến 5 cm) và ngập nước không liên tục (có rút nước), mỗi công thức thực hiện 3 lần nhắc lại.
- Thí nghiệm đồng ruộng: Quy mô diện tích khu ruộng 2360 m2 tại xã An Viên, huyện Tiên Lữ, tỉnh Hưng Yên; bố trí 2 công thức: tưới ngập truyền thống và tưới tiết kiệm nước (áp dụng quy trình nông - lộ - phơi), mỗi công thức 3 lần nhắc lại.
- Phương pháp phân tích mẫu đất và thiết bị sử dụng:
- Chiết kẽm tổng số ($Zn_{ts}$) theo TCVN 6649 (ISO 11446).
- Chiết kẽm dễ tiêu ($Zn_{dt}$) theo giáo trình Methods of Soil Analysis Used in the Soil Testing Laboratory của D. Horneck và cộng sự.
- Chiết ion sunphat ($S\text{-}SO_4^{2-}$) theo TCVN 6656:2000 (ISO 1048:1995).
- Định lượng kẽm dễ tiêu và kẽm tổng số bằng phương pháp cực phổ Von-ampe hòa tan trên máy cực phổ đa năng CPA–HH5.
- Định lượng ion sunphat ($S\text{-}SO_4^{2-}$) theo phương pháp 8051 của hãng HACH.
- Đo thế oxy hóa khử ($Eh$) và $pH$ tại hiện trường bằng máy đo cầm tay ORP/pH hãng Toledo.
- Các chỉ tiêu lý hóa đất cơ bản: Dung trọng xác định bằng phương pháp dao vòng; Tỷ trọng bằng phương pháp picnomet; $pH_{\text{KCl}}$ dùng dịch chiết KCl 1N; Dung tích hấp phụ cation (CEC) xác định theo TCVN 8568:2010; Thành phần cấp hạt theo TCVN 4198:2014; Tổng $N$ ($N_{ts}$) bằng phương pháp cất Kjeldahl; Tổng chất hữu cơ ($OM$) bằng phương pháp Walkley-Black; Tổng $P$ ($P_{ts}$) bằng phương pháp Olsen.
- Xử lý số liệu thống kê:
- Sử dụng phần mềm Microsoft Excel 2013 tính giá trị trung bình (hàm Average), độ lệch chuẩn (hàm Stdev), hệ số tương quan Pearson và kiểm định sự sai khác giữa hai công thức bằng kiểm định t-test độc lập (Independent T-test).
Nội dung chính theo từng chương
Chương 1: Tổng quan các vấn đề nghiên cứu
Chương 1 tổng hợp toàn diện các cơ sở lý luận về nguồn gốc, các dạng tồn tại, vai trò sinh lý của kẽm và lưu huỳnh, đồng thời đánh giá thực trạng đất canh tác và các kỹ thuật tưới lúa:
| Chỉ tiêu dinh dưỡng |
Tỷ lệ số mẫu thiếu ở Việt Nam (%) |
Nhóm đất thiếu hụt điển hình |
| Canxi ($Ca$) |
72 |
Đất bạc màu, đất xám |
| Magie ($Mg$) |
48 |
Đất bạc màu, đất xám |
| Lưu huỳnh ($S$) |
37 |
Đất bạc màu, đất xám, đất ngập nước |
| Kẽm ($Zn$) |
11 |
Đất ngập nước |
| Sắt ($Fe$) |
4 |
Đất cát |
| Đồng ($Cu$) |
17 |
Đất bạc màu, đất xám, đất ngập nước |
| Mangan ($Mn$) |
11 |
Đất bạc màu, đất xám |
| Bo ($B$) |
78 |
Các nhóm đất nghèo mùn |
| Molypđen ($Mo$) |
48 |
Đất bạc màu, đất xám, đất ngập nước |
Chương này phân tích chi tiết các cơ chế làm suy giảm kẽm và lưu huỳnh dễ tiêu trong điều kiện ngập nước:
- Sự suy giảm $Eh$ kích thích vi khuẩn yếm khí hoạt động phân hủy chất hữu cơ tạo các axit hữu cơ (axit acetic, axit lactic), kéo theo sự sinh thành khí metan và sunfua độc hại ($H_2S$, $HS^-$, $S^{2-}$).
- Dạng $S\text{-}SO_4^{2-}$ bị khử mạnh làm giảm nguồn cung cấp lưu huỳnh cho cây, đồng thời kết tủa với $Zn^{2+}$ tạo thành $ZnS$.
- Tổng kết các phương thức tưới tiết kiệm nước gồm: tưới ngập tối thiểu (tiết kiệm 23% nước, năng suất giảm 6-10%), tưới nông lộ liên tiếp (tiết kiệm 15-20% nước), tưới nông lộ phơi (tiết kiệm 22,81-39,3% nước, năng suất tăng 0,4-4,2% khi phơi 3 ngày) và hệ thống SRI.
Chương 2: Mô tả khu vực nghiên cứu, đối tượng và phương pháp nghiên cứu
Chương 2 mô tả chi tiết điều kiện tự nhiên của khu vực thí nghiệm tại xã An Viên, huyện Tiên Lữ, tỉnh Hưng Yên (tọa độ 20°40'57"N, tổng diện tích khu ruộng 2360 m2, cao độ trung bình 3,5 m). Nguồn nước tưới thuộc hệ thống sông Cửu An (phân lưu sông Hồng thuộc hệ thống Bắc Hưng Hải). Đặc điểm khí tượng ghi nhận tại Trạm Khí tượng Hưng Yên trong hai năm 2015 và 2016 cho thấy lượng mưa hàng năm đạt từ 1478,8 mm đến 1640,0 mm:
| Tháng |
Lượng mưa năm 2015 (mm) |
Lượng mưa năm 2016 (mm) |
| I |
40,0 |
120,6 |
| II |
63,9 |
5,5 |
| III |
77,5 |
28,5 |
| IV |
33,6 |
121,7 |
| V |
170,8 |
277,5 |
| VI |
161,7 |
94,0 |
| VII |
160,2 |
283,9 |
| VIII |
211,4 |
450,7 |
| IX |
367,7 |
294,3 |
| X |
59,5 |
53,0 |
| XI |
135,9 |
9,2 |
| XII |
46,5 |
0,6 |
| Tổng năm |
1478,8 |
1640,0 |
Về đặc tính thổ nhưỡng, đất thuộc nhóm đất phù sa không được bồi màu nâu tươi trung tính ít chua, glây trung bình hoặc glây mạnh (chiếm 80,88% diện tích nông nghiệp xã An Viên). Tính chất lý hóa cơ bản của tầng đất mặt (0-27 cm) được xác định như sau:
| Thông số phân tích |
Giá trị |
| Dung trọng ($g/cm^3$) |
1,40 |
| Tỷ trọng |
2,61 |
| Độ xốp (%) |
46,4 |
| Độ ẩm (%) |
22,9 |
| Cấp hạt 2,0 - 0,2 mm (%) |
0,8 |
| Cấp hạt 0,2 - 0,02 mm (%) |
42,7 |
| Cấp hạt 0,02 - 0,002 mm (%) |
35,3 |
| Cấp hạt < 0,002 mm (%) |
21,2 |
| Chất hữu cơ tổng số $OC$ (%) |
1,68 |
| Đạm tổng số $N$ (%) |
0,14 |
| Lân tổng số $P_2O_5$ (%) |
0,12 |
| Kali tổng số $K_2O$ (%) |
1,69 |
| Lân dễ tiêu $P_2O_5$ ($mg/100g$) |
4,70 |
| Kali dễ tiêu $K_2O$ ($mg/100g$) |
7,06 |
| Độ chua trao đổi ($meq/100g$) |
0,04 |
| Độ chua thủy phân ($meq/100g$) |
0,56 |
| $pH_{\text{H}_2\text{O}}$ |
6,2 - 7,5 |
| $pH_{\text{KCl}}$ |
4,8 - 6,7 |
| $Ca^{2+}$ trao đổi ($meq/100g$) |
6,60 |
| $Mg^{2+}$ trao đổi ($meq/100g$) |
0,43 |
| $K^+$ trao đổi ($meq/100g$) |
0,15 |
| $Na^+$ trao đổi ($meq/100g$) |
0,32 |
| Tổng cation trao đổi ($meq/100g$) |
7,50 |
| CEC đất ($meq/100g$) |
10,24 |
| CEC sét ($meq/100g$) |
24,46 |
| Độ no bazơ BS (%) |
73,2 |
Về đối tượng thực vật và kỹ thuật canh tác:
- Giống lúa thí nghiệm: Khang dân 18, thời gian sinh trưởng vụ xuân muộn 135-140 ngày, vụ mùa sớm 105-110 ngày; chiều cao cây 95-100 cm; khối lượng 1000 hạt 19,5-20,2 g; hàm lượng amylose 24,4%; năng suất đạt 50-55 tạ/ha.
- Mật độ cấy: 20 × 20 cm (25 khóm/$m^2$), cấy 4-5 dảnh/khóm.
- Chế độ bón phân: Chỉ dùng phân khoáng vô cơ đơn (Urea 46% N, Super lân 16-20% $P_2O_5$, Clorua kali 60% $K_2O$), không sử dụng phân chuồng hay phân bón có chứa Zn và S:
| Thời điểm bón |
Đạm ($kg/ha$) |
Lân ($kg/ha$) |
Kali ($kg/ha$) |
| Bón lót (5 ngày trước cấy) |
83 |
167 |
0 |
| Bón thúc lần 1 (7 ngày sau cấy) |
139 |
278 |
0 |
| Bón thúc lần 2 (25 ngày sau cấy) |
83 |
278 |
0 |
| Bón thúc lần 3 (50-55 ngày sau cấy) |
56 |
0 |
83 |
| Tổng lượng ($kg/ha$) |
361 |
722 |
83 |
| Tỷ lệ (%) |
31 |
62 |
7 |
Kết quả và những đóng góp mới
Đóng góp mới về mặt khoa học và thực tiễn
- Định lượng được sự biến đổi hàm lượng kẽm dễ tiêu ($Zn_{dt}$) và hàm lượng ion sunphat ($S\text{-}SO_4^{2-}$) trong môi trường đất lúa phù sa trung tính ít chua vùng đồng bằng sông Hồng dưới tác động của chế độ nước mặt ruộng.
- Xác định được mực nước mặt ruộng và chu kỳ điều tiết nước phù hợp của kỹ thuật tưới tiết kiệm nước (nông - lộ - phơi) nhằm hạn chế sự tạo thành độc tố sunfua, thúc đẩy thế oxy hóa khử $Eh$, qua đó giải phóng và duy trì hàm lượng dinh dưỡng kẽm và lưu huỳnh dễ tiêu trong đất lúa.
Kiến nghị và giải pháp đề xuất
- Kiến nghị các cơ quan quản lý nông nghiệp và thủy nông áp dụng quy trình tưới tiết kiệm nước (tưới nông - lộ - phơi với thời gian phơi ruộng hợp lý 3 đến 5 ngày giữa các đợt tưới, phơi 5 đến 7 ngày ở cuối giai đoạn đẻ nhánh) trên đất phù sa trung tính ít chua vùng đồng bằng sông Hồng.
- Sử dụng kết quả chuyển hóa dinh dưỡng để điều chỉnh cơ cấu phân bón hợp lý, tính toán bổ sung cân đối các nguyên tố kẽm và lưu huỳnh trong canh tác lúa thâm canh, giúp giảm chi phí sản xuất, tiết kiệm nguồn nước tưới và bảo vệ môi trường đất.
Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp
- Hạn chế: Các kết quả thực nghiệm đồng ruộng của luận án được thực hiện tập trung trên nhóm đất phù sa sông Hồng trung tính ít chua không được bồi hàng năm (Fl-Fluvisol) tại khu vực huyện Tiên Lữ, tỉnh Hưng Yên và trên giống lúa thuần ngắn ngày Khang dân 18.
- Hướng nghiên cứu tiếp: Cần mở rộng nghiên cứu động thái của $Zn_{dt}$ và $S\text{-}SO_4^{2-}$ dưới tác động của các chế độ tưới tiết kiệm nước trên các nhóm đất lúa khác nhau (đất phù sa chua, đất phèn, đất mặn, đất bạc màu) và trên các giống lúa lai, lúa chất lượng cao qua nhiều chu kỳ luân canh liên tiếp.
Giá trị tham khảo
Luận án là tài liệu tham khảo cho:
- Nghiên cứu sinh, học viên cao học, giảng viên thuộc các chuyên ngành Khoa học đất, Nông học, Quản lý tài nguyên nước, Kỹ thuật môi trường; đặc biệt ở các nội dung liên quan đến phương pháp phân tích cực phổ vi lượng CPA-HH5, phương pháp chiết $Zn_{dt}$ và quan hệ nhiệt động giữa $Eh$, $pH$ với chuyển hóa chất dinh dưỡng.
- Các cơ quan quản lý nông nghiệp, khuyến nông, viện quy hoạch thủy lợi trong việc xây dựng và hoàn thiện quy trình điều tiết nước mặt ruộng cho các hệ thống thủy nông vùng đồng bằng sông Hồng nhằm kết hợp mục tiêu tiết kiệm nước với duy trì độ phì nhiêu đất.
Câu hỏi thường gặp
1. Vai trò của kẽm và lưu huỳnh đối với cây lúa là gì và biểu hiện khi cây bị thiếu hụt?
Kẽm tham gia tổng hợp diệp lục, axit nucleic, protein, xúc tiến hấp thu N và P; khi thiếu kẽm nặng (sau cấy 15-20 ngày), lá già xuất hiện đốm nhỏ màu vàng nhạt sau đó chuyển sang sẫm đỏ và khô dần, làm giảm tới 50% năng suất. Lưu huỳnh là nguyên tố quan trọng thứ tư sau N, P, K; tham gia cấu tạo axit amin, quá trình quang hợp và chín của hạt; khi thiếu lưu huỳnh, cây còi cọc, lá non chuyển vàng trước rồi lan dần xuống lá già.
2. Tại sao phương pháp tưới ngập truyền thống lại làm giảm hàm lượng kẽm và lưu huỳnh dễ tiêu trong đất lúa?
Tưới ngập liên tục 5-7 cm đẩy không khí ra khỏi các khe rỗng của đất, làm thế oxy hóa khử $Eh$ giảm sâu. Trong điều kiện yếm khí, vi khuẩn khử sunphat biến đổi $S\text{-}SO_4^{2-}$ thành các dạng sunfua ($H_2S$, $HS^-$, $S^{2-}$), làm giảm nồng độ sunphat dễ tiêu. Đồng thời, các ion sunfua này kết hợp với ion $Zn^{2+}$ tạo thành kết tủa kẽm sunfua ($ZnS$) không tan, làm cạn kiệt lượng kẽm dễ tiêu trong dung dịch đất.
3. Kỹ thuật rút nước phơi ruộng trong tưới tiết kiệm nước tác động như thế nào đến sự chuyển hóa kẽm và lưu huỳnh?
Khi rút nước, không khí thâm nhập vào các lỗ rỗng trong đất làm tăng thế oxy hóa khử $Eh$ và tạo điều kiện thoáng khí. Sự gia tăng oxy thúc đẩy quá trình oxy hóa kết tủa sunfua theo phản ứng: $2\text{ZnS} + 3\text{O}_2 + 2\text{H}_2\text{O} \rightarrow 2\text{Zn}^{2+} + 2\text{SO}_4^{2-} + 4\text{H}^+$, từ đó giải phóng đồng thời ion $Zn^{2+}$ (dạng kẽm dễ tiêu) và ion sunphat ($S\text{-}SO_4^{2-}$) vào dung dịch đất để rễ lúa hấp thu.
4. Đặc điểm lý hóa cơ bản của đất thí nghiệm tại xã An Viên (Tiên Lữ, Hưng Yên) như thế nào?
Đất thuộc nhóm phù sa trung tính ít chua không được bồi hàng năm (Fl-Fluvisol), thành phần cơ giới thịt trung bình (cấp hạt 0,2-0,02 mm chiếm 42,7%; cấp hạt sét <0,002 mm chiếm 21,2%), dung trọng 1,40 $g/cm^3$, độ xốp 46,4%, $pH_{\text{KCl}}$ từ 4,8 đến 6,7, chất hữu cơ $OC$ đạt 1,68%, đạm tổng số 0,14%, lân tổng số 0,12%, kali tổng số 1,69%, CEC đất đạt 10,24 meq/100g và độ no bazơ BS đạt 73,2%.
5. Luận án đã áp dụng công thức phân bón và giống lúa nào cho các ô thí nghiệm đồng ruộng?
Thí nghiệm sử dụng giống lúa thuần Khang dân 18 với mật độ cấy 20 × 20 cm (25 khóm/$m^2$). Chế độ bón phân khoáng vô cơ cho 1 ha gồm 361 kg phân Đạm Urea (31%), 722 kg phân Super Lân (62%) và 83 kg phân Clorua Kali (7%), chia làm 4 đợt: bón lót (5 ngày trước cấy), bón thúc lần 1 (7 ngày sau cấy), bón thúc lần 2 (25 ngày sau cấy) và bón thúc lần 3 (50-55 ngày sau cấy), hoàn toàn không bón phân chuồng hay phân vi lượng chứa kẽm và lưu huỳnh.
Kết luận
Luận án làm rõ cơ chế và định lượng động thái biến đổi của kẽm dễ tiêu ($Zn_{dt}$) và ion sunphat ($S\text{-}SO_4^{2-}$) dưới tác động của các chế độ tưới nước mặt ruộng trên nhóm đất phù sa trung tính ít chua vùng đồng bằng sông Hồng. Nghiên cứu khẳng định tập quán tưới ngập liên tục làm suy giảm nghiêm trọng dinh dưỡng kẽm và lưu huỳnh do môi trường yếm khí thúc đẩy phản ứng tạo kết tủa $ZnS$. Việc áp dụng kỹ thuật tưới tiết kiệm nước với các chu kỳ rút nước phơi ruộng hợp lý đã nâng cao thế oxy hóa khử $Eh$, oxy hóa các hợp chất sunfua để tái giải phóng $Zn_{dt}$ và $S\text{-}SO_4^{2-}$, qua đó cung cấp luận cứ khoa học thực tiễn cho việc quản lý nước và bón phân cân đối trong sản xuất lúa bền vững.
