Tên đề tài: “Biện pháp kỹ thuật giảm lượng axit hữu cơ và phát thải khí nhà kính trong canh tác lúa trên đất phù sa và đất phèn tại tỉnh Hậu Giang” .

 Tác giả: Nguyễn Thị Kiều, Khóa: 2012

 Chuyên ngành: Khoa học đất;  Mã số: 9620103. Nhóm ngành: Nông - Lâm - Ngư nghiệp

 Người hướng dẫn chính: PGS.TS. Trần Kim Tính, Trường Đại học Cần Thơ.

 Thời gian bảo vệ: 14 giờ 00, thứ năm ngày 01 tháng 3 năm 2018.

 Địa điểm bảo vệ: Phòng Bảo vệ luận án tiến sĩ (Phòng họp 3, lầu 2, Nhà điều hành), Khu II – Trường Đại học Cần Thơ

1. Tóm tắt nội dung luận án

Luận án được thực hiện nhằm đề xuất biện pháp kỹ thuật giảm lượng axit hữu cơ và giảm phát thải khí nhà kính trong canh tác lúa trên đất phèn và đất phù sa khi phải vùi rơm rạ lại cho đất, để hướng tới tăng lợi nhuận và giảm khí gây hiệu ứng nhà kính cho vùng trồng lúa của tỉnh Hậu Giang. Mục tiêu của luận án: a) Khảo nghiệm lại các biện pháp để làm giảm ngộ độc cho cây lúa đã được đề xuất, khi canh tác có vùi rơm rạ; (b) Tìm hiểu diễn biến của lượng axit hữu cơ trong dung dịch đất, lượng phát thải khí nhà kính và năng suất lúa trên đất phèn và đất phù sa, khi áp dụng các biện pháp xử lý khác nhau; (c) Nghiên cứu ảnh hưởng của các biện pháp xử lý để  làm giảm khí thải nhà kính; (d) Thử nghiệm các cách xử lý ngộ độc hữu cơ mới để tăng lợi nhuận cho vùng trồng lúa của tỉnh Hậu Giang. Nghiên cứu đã thực hiện với 3 nội dung.

Nội dung 1 Ảnh hưởng của vùi rơm rạ, theo dõi diễn biến của axit hữu cơ và biện pháp xử lý để giảm axit hữu cơ: Kết quả thí nghiệm cho thấy khi vùi 5 tấn/ha rơm rạ ảnh hưởng không rõ ràng đến năng suất lúa, vùi 10 tấn/ha rơm rạ giảm sinh trưởng và năng suất lúa ở tất cả các loại đất và tất cả các mùa vụ. Việc vùi 10 tấn/ha rơm rạ không phát hiện ngộ độc sắt trong tất cả các thí nghiệm. Với sự hiện diện của Fe²⁺ (20ppm) và pH=6, nồng độ H₂S trong dung dịch đất tính được là 10^-5.3M, với nồng độ này thì quá thấp để phương pháp phân tích phát hiện được (0,01ppm= 0,19µM), do đó không thể dùng H₂S như là một chỉ tiêu để chẩn đoán ngộ độc H₂S. Ngộ độc hữu cơ do axit acetic đã làm lúa chết rất nhanh ở nồng độ 189 mgC/L, kết quả phân tích trong thí nghiệm này cho thấy lượng axit acetic trong axit hữu cơ thấp hơn nhiều so với lượng gây chết lúa và thấp hơn số liệu của một số tác giả công bố. Ngoài ra,  kết quả thí nghiệm cho thấy, ngộ độc hữu cơ có thể xuất hiện ở giai đoạn đầu vụ và trước khi trổ, theo lý thuyết, ngộ độc hữu cơ là một liên kết giữa axit hữu cơ, lượng oxy tiết ra từ rễ lúa, FeS là hợp chất gây nên hiện tượng 'nghẹt rễ', rễ không hô hấp được và dẫn đến chết. Bón Chelate-Ca làm giảm rõ rệt lượng axit hữu cơ và do vậy mà năng suất lúa gia tăng.

Nội dung 2 Phát thải khí nhà kính trên ruộng lúa và biện pháp giảm thiểu: Kết quả thí nghiệm cho thấy thời gian xuất hiện đỉnh điểm phát thải trên cả ba loại đất thì không khác nhau, nhưng tổng lượng phát thải khí CH₄ thì khác nhau ở ba loại đất. Tổng phát thải khí CH₄ rất cao trên nghiệm thức vùi 10 tấn/ha rơm rạ tươi và ngập liên tục (45,3 tấn CO₂eq/ha*vụ), vùi 5 tấn/ha rơm là 34,6 tấn CO₂eq/ha*vụ và không vùi rơm (chỉ bón phân hóa học 100N) là 7,3 tấn CO₂eq/ha*vụ. N₂O phát thải rất thấp và không phát thải liên tục trong suốt thời gian canh tác, mà chỉ tập trung vào các đợt bón phân. Lượng phát thải N₂O không đáng kể so với lượng CH₄ giảm được trong canh tác lúa ở vùng nghiên cứu. Biện pháp quản lý nước ngập khô xen kẽ đã giảm 30% lượng phát thải khí CH₄ so với ngập liên tục và tưới ẩm giảm 70% lượng phát thải khí CH₄ so với ngập liên tục.

Nội dung 3 Thực hiện các thí nghiệm đồng ruộng để kiểm chứng lại các phương pháp  đã đề xuất: Biện pháp quản lý nước ngập khô xen kẽ (AWD) làm giảm đáng kể phát thải khí nhà kính, biện pháp này hiệu quả hơn và nông dân dễ áp dụng hơn, khi tưới theo chu kỳ: ngập 5cm, để 10 ngày sau, rồi tưới ngập lại 5cm. Trong thực tế, việc áp dụng AWD gặp rất nhiều khó khăn do quản lý nước, từ đó mà việc giảm phát thải khí CH₄ cho vùng đất phèn nặng, nhẹ và đất phù sa không phèn canh tác lúa vụ Hè Thu và ĐX thay đổi từ 0,45-15,11 tấn CO₂eq/ha*vụ. N₂O phát thải không đáng kể ở các ruộng lúa áp dụng ngập khô xen kẽ và N₂O không phát thải khi đất để khô và bón phân đạm. Bón Chelate-Ca và vôi sữa giúp nông dân gia tăng lợi nhuận đáng kể và biện pháp này có ưu thế hơn hẳn các biện pháp đã được khuyến cáo.

Những kết quả mới của luận án

(1) Bằng phương pháp xác định axit hữu cơ được đề xuất, diễn biến của axit hữu cơ giảm rõ rệt giữa nghiệm thức có xử lý và đối chứng khi có vùi 10 tấn/ha rơm rạ phân hủy ở điều kiện yếm khí;

(2) Bón vôi sữa CaO và Chelate-Ca ngay đầu vụ sẽ giúp cây lúa không bị ngộ độc hữu cơ và có hiệu quả hơn so với các phương pháp khác, khi có có vùi rơm rạ 10 tấn/ha;

(3) Xác định được tiềm năng phát thải khí nhà kính trên ruộng lúa rất cao khi canh tác lúa ngập liên tục và có vùi rơm rạ 10 tấn/ha. Khí CH₄ phát thải thấp khi không vùi rơm rạ lại cho đất;

(4) Xác định được lượng khí phát thải gây hiệu ứng nhà kính qua việc sử dụng phân bón, biện pháp kỹ thuật quản lý nước trên đất canh tác lúa khi có vùi 10 tấn/ha rơm rạ ở Hậu Giang;

(5) Xác định được đỉnh điểm và tốc độ phát thải khí nhà kính trên đất phèn nhẹ, đất phèn nặng và đất phù sa canh tác lúa khi có vùi 10 tấn/ha rơm rạ phân hủy ở điều kiện yếm khí;

(6) Điều chỉnh lại việc ngập khô xen kẽ trong giải pháp 1P5G cho canh tác lúa để vừa tiết kiệm nước, giảm ngộ độc hữu cơ và giảm khí thải khí nhà kính trong canh tác lúa  vụ 3 tại Hậu Giang.

2. Các ứng dụng trong thực tiễn

(1) Kết quả của luận án giúp đánh giá được hiệu quả của các giải pháp kỹ thuật làm giảm ngộ độc hữu cơ, từ đó đề xuất giải pháp có hiệu quả để áp dụng trong thực tế.

(2) Điều chỉnh kỹ thuật quản lý nước (Ngập khô xen kẽ - NKXK: tưới ngập 5cm, để 10 ngày sau ngập lại 5cm) để vừa làm giảm lượng nước tưới và giảm khí thải gây hiệu ứng nhà kính trong canh tác lúa 3 vụ trên vùng đất phèn và đất phù sa.

(3) Việc kết hợp bón phân – quản lý nước làm gia tăng hiệu quả kinh tế cho nông dân rất đáng kể. Kết quả nghiên cứu của luận án là cơ sở khuyến cáo nông dân canh tác lúa 3 vụ trên vùng đất phèn và đất phù sa có vùi 10 tấn/ha rơm rạ tươi phân hủy ở điều kiện yếm khí và tăng hiệu quả kinh tế, hướng đến canh tác lúa sinh thái và bền vững.

(5) Ứng dụng qui trình phân tích axit hữu cơ trong dung dịch đất với cột trích pha rắn (Solid Phase Extraction - SPE).

1. Brief content of thesis

Thesis was conducted to investigate proposed technical measures in reducing organic acid and greenhouse gas emission in rice cultivation on acid sulphate soil and alluvial soil when burying straw back into soil, to increase profits and reduce greenhouse gas emission for the rice cultivation area of Hau Giang Province. Objectives of thesis: (a) Re-test the proposed measures of reducing rice toxicity, when cultivating with decomposed buried straw in reduced condition; (b) Learn about the occurring of organic acid in soil solution, green house gas emission and rice productivity on acid sulphate soil and alluvial soil, when applying various  measures; (c) Research the impacts of measures in order to reduce greenhouse gas emission; (d) Test new treatments help to reduce organic toxicity of rice in order to raise profit for the rice cultivation area of Hau Giang.

Study 1The effect of straw burying, monitoring organic acid and way of treatment for reducing organic acid: The results showed that burying 5 tons/ha of straw unobviously impacted on rice productivity; burying 10 tons/ha of straw reduced rice growth and productivity at all types of soil and all crops. Burying 10 tons/ha of straw did not discover iron toxicity in all of experiments. With the presence of Fe²⁺ (20 ppm) và with pH = 6, H₂S concentration in soil solution calculated was 10^-5.3M, with this concentration, it was so low for the present analysis method to detecte (0.01ppm= 0.19µM), so, H₂S cannot be used a an indicator to diagnose H₂S toxicity. Organic poison caused by acid acetic made rice die very fast at concentration of 189 mgC/L; the analysis results in this experiment showed that the concentration of acic acetic in organic acid was much lower than the concentration caused death of rice and lower than the data published by some authors. Besides, the experiment results showed that organic poison might appear at the beginning crop period and before flowering; organic poison was a link between organic acid and oxygence generated from rice root, FeS was a compound that caused phenomenon of “root obstruction“, root could not breathe and resulting in death. Chelate-Ca organic fertilizer was to reduce concentration of organic acid and greenhouse gas emission.

Study 2 Greenhouse gas emission on rice field and ways to reduce emission: The results showed that the peak of emission on three types of soil was not different, but total CH₄ emission volume was different. Total CH₄ emission volume was very high at the treatment of burying 10 tons/ha of fresh straw and continuosly flooded (45.3 tons of CO₂eq/ha*crop), burying 5 tons/ha of straw reached 34.6 tons of CO₂eq/ha*crop and without burying straw (only 100N chemical fertilizer was used) reached 7.3 tons of CO₂eq/ha*crop. N₂O emission was very low and did not emit continuosly during the cultivation period, but only focusing on the fertilizing stages. The emission ò N2O was insignificant low in comparison with CH₄ reduced in cultivating rice at the studied areas. The alternate wet and dry (AWD) water management method reduced 30% of CH₄ emission volume in comparison with continously flooded method and moist method reduced 70% of CH₄ emission volume in comparison with continously flooded method.

Study 3 The field experiments were carried out to test the proposed results: The results showed that effect of water management method (AWD) reduces greenhouse gas emissions, can be achieved and easier to use, when cyclical irrigation: flooded 5cm, after 10 days, and irrigated 5cm again. The application of AWD greatly hinders water management, thereby reducing CH₄ emission volume for the areas with serious and light acid sulphate soils and non-acid sulphate alluvial soil in Summer-autumn and Winter-spring crops with a wide range of reduction 0.45 – 15.11 tons of CO₂eq/ha*crop when cultivating rice on field. N₂O emissions are negligible in those who apply intermittent irrigation and N₂O does not emit when applying the AWD and fertilized with nitrogen. Applying liquid CaO and Chelate-Ca organic fertilizer helps farmers increase their profitability and this approach is superior to the proposed measures.

2. New findings of thesis

(1) By the proposed organic acid determination method, the organic acid were monitor and found to be reduced obviously between the treatments and the control experiment when burying 10 tons/ha;

(2) Applying liquid CaO and Chelate-Ca right at the beginning of crop helped to avoid organic toxicity of rice and get higher effect compared to other methods, when burying 10 tons/ha of straw;

(3) Potential of greenhouse gas emission on paddy field was found to be high when cultivating under continuously submerge and with 10 tons/ha of straw buried. The emission of CH₄ was low when straw was not re-buried into the soil;

(4) Determine the amount of gas emission causing greenhouse effect via the use of fertilizer, water management technique measures on rice cultivation in which 10 tons/ha of straw were buried in Hau Giang Province;

(5) Determine the emission peak and speed of greenhouse gas emission on light acid sulphate soil, serious acid sulphate soil and alluvial soil when having 10 tons/ha of straw decomposed in reduced condition;

(6) Re-adjust alternative wet and dry method (AWD) of 1P5G solution for rice cultivation in order to economize water, reduce organic toxicity and reduce gas emission in crop 3 rice cultivation in Hau Giang Province.

3. Application of research findings

(1) The results of thesis helped with assessing the efficiency of technical measures of reducing organic poison, from that time, propose effective solutions for applying into practice.

(2) Adjust water management technique (Alternate wetting and drying - AWD): submerge 5cm, after 10 days resubmerge again 5cm)  can be used both to reduce water volume for watering and reduce gas emission that caused greenhouse effect in 3-crop rice cultivation on acid sulphate soil and alluvial soil.

(3) The combination of fertilizer – water management increased economic efficiency for the farmers significantly.

(4) The study results of thesis were the base for recommending the farmers to do 3-crop cultivation on acid sulphate soil and alluvial soil in which 10 tons/ha of fresh decomposed straw buried in fastidious condition and to increase economic efficiency, directing to ecological and sustainable rice cultivation.

(5) Application procedure of analyzing organic acid in soil solution with solid phase extraction (SPE).

>> Xem chi tiết nội dung luận án

>> Xem thông tin đăng tải tại Website Bộ giáo dục và Đào tạo.