Tên đề tài: “Nghiên cứu sử dụng phù sa và vi tảo để cải thiện môi trường đất lúa thâm canh vùng đê bao khép kín tỉnh An Giang”.

Tác giả: Bùi Thị Mai Phụng, Khóa: 2013

Chuyên ngành: Môi trường đất và nước ; Mã số: 62440303. Nhóm ngành: Khoa học tự nhiên.

Người hướng dẫn chính: PGS.TS. Nguyễn Hữu Chiếm - Trường Đại học Cần Thơ.

1. 1. Tóm tắt nội dung luận án

Vi tảo là những loài tảo có kích thước hiển vi. Trong ruộng lúa chúng thường phát triển ngay trong lớp nước 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. Bên cạnh đó, phù sa từ nước lũ cũng rất giàu dưỡng chất. Do vậy tảo và phù sa đều là nguồn dưỡng chất rất hữu ích góp phần cải thiện môi trường đất trồng lúa thâm canh ở trong vùng đê bao khép kín. Các nguồn bổ sung dinh dưỡng cho đất có thể từ rơm rạ, phù sa hay vi tảo và tỷ lệ đóng góp của chúng là bao nhiêu thì chưa được công bố? Do vậy luận án này được thực hiện trong 5 năm (từ năm 2013 đến năm 2018) tại tỉnh An Giang nhằm (1) Xác định khối lượng và hàm lượng dinh dưỡng của phù sa bồi tích cung cấp cho ruộng lúa ở khu vực trong và ngoài đê bao khép kín; và (2) Xác định ngành tảo ưu thế, ước tính sinh khối và hàm lượng dinh dưỡng của vi tảo cung cấp cho ruộng lúa thâm canh; (3) Xác định tỷ lệ đóng góp dinh dưỡng từ phù sa và vi tảo cho đất trồng lúa hàng năm và đánh giá khả năng góp phần cải thiện môi trường đất của chúng.

Trong quá trình nghiên cứu, các phương pháp đã được thực hiện như sau: (1) Đặt tổng cộng 296 bẫy phù sa, được làm bằng tấm nilon có kích thước 1 m² (1 × 1 m) và được đặt ở trong ruộng lúa ở trong và ngoài đê bao trong suốt mùa lũ từ 2013 đến 2015 tại bốn huyện. Hai thí nghiệm trong chậu đã được thực hiện ở nhà lưới vào vụ Đông Xuân 2013-2014 (tiền kiểm chứng) và vụ Đông Xuân 2014-2015, trong đó thí nghiệm thứ hai được bố trí theo thể thức hoàn toàn ngẫu nhiên hai nhân tố (phù sa và phân bón), ba lần lặp lại gồm 8 nghiệm thức. Thêm vào đó, các số liệu hóa học đất ở trong và ngoài đê bao khép kín của tỉnh An Giang từ năm 2013-2015 cũng được thu thập từ nghiên cứu của Nguyễn Hữu Chiếm và ctv. (2016) làm cơ sở cho việc đánh vai trò cải thiện môi trường đất của phù sa. (2) Khảo sát thành phần loài, mật độ, sinh khối và dinh dưỡng tảo phù du và tảo đáy, đo mực nước ruộng và xác định đặc tính lý-hóa học nước ruộng ở cả ba lúa từ năm 2016 đến năm 2017. Tảo được định danh theo phương pháp hình thái so sánh dựa vào các tài liệu phân loại của các tác giả trên thế giới và Việt Nam, mật độ tảo được đếm bằng buồng đếm Sedgewick – Rafter và sinh khối được xác định thông qua hàm lượng chlorophyll-a, bên cạnh đó, việc sử dụng phân bón và thuốc bảo vệ thực vật trên cây lúa cũng được phỏng vấn. (3) Thí nghiệm đánh giá ảnh hưởng của độ che rợp tán lá lúa và khối lượng phân bón đến sinh khối tảo phù du được thực hiện ở nhà lưới vào vụ Đông Xuân 2017-2018. Thí nghiệm được bố trí theo thể thức hoàn toàn ngẫu nhiên hai nhân tố (có hoặc không trồng lúa và phân bón) bốn lần lặp lại, gồm 6 nghiệm thức, với bốn mức bón (0%, 70%, 100% và 130% tổng lượng phân bón).  

Các kết quả nghiên cứu cho thấy khối lượng phù sa bồi lắng bình quân ở bốn huyện của tỉnh An Giang ở khu vực ngoài đê bao (22,5 tấn/ha) cao gấp 5 lần so với trong đê bao khép kín (4,43 tấn/ha). Khi đê bao khép kín thì hàng năm lượng N, P và K cung cấp từ phù sa mất đi tương ứng với 121 kgN/ha, 34,3 kgP₂O₅/ha và 262 kgK₂O/ha đất trồng. Khối lượng phù sa bồi lắng tương quan thuận có ý nghĩa với thời gian ngập lũ ở mức trung bình (r = 0,491, p < 0,01). Thí nghiệm bổ sung phù sa trong chậu cho thấy hàm lượng carbon hữu cơ và phosphorus tổng số tích lũy trong đất sau thu hoạch ở các nghiệm thức bổ sung từ 1,2 đến 2,4 kg phù sa/chậu mà không cần bón phân tăng cao hơn so với đất đầu vụ, lần lượt là từ 1,5-1,58 lần và từ 1,29-1,59 lần. Đồng thời, khối lượng hạt lúa chắc ở các nghiệm thức này bằng 2,5 lần so với nghiệm thức không bổ sung phù sa. Kết quả thống kê số liệu thu thập từ nghiên cứu của Nguyễn Hữu Chiếm và ctv. (2016) cho thấy hàm lượng chất hữu cơ và NPK tổng số trong đất ở ngoài đê cao khác biệt có ý nghĩa thống kê so với đất ở trong đê bao khép kín (p < 0,05). Kết quả khảo sát thực tế tại ruộng lúa thâm canh cho thấy có 445 loài vi tảo đã được xác định, trong đó có 407 loài tảo phù du và 157 loài tảo đáy thuộc bốn ngành tảo khuê, tảo lục, tảo mắt và vi khuẩn lam, trong đó tảo lục là ngành đa dạng về cấu trúc thành phần loài nhất. Đặc biệt, có sự xuất hiện với mật độ tương đối nhiều của vi khuẩn lam Anabaena oscillarioides ở đầu giai đoạn đẻ nhánh vào vụ Hè Thu nên chúng có khả năng cố định đạm với lượng tương đối cao vào trong đất. Với ước tính hàng năm, tảo phù du và tảo đáy cung cấp cho ruộng lúa khoảng 1,08 tấn /ha/năm (sinh khối tươi). Nếu tảo và phù sa được tận dụng một cách có hiệu quả thì đất trồng lúa có thể tiếp nhận lượng dinh dưỡng tương đương với 3,98%, 4,03% và 41,1% tổng khối lượng phân hóa học (N, P₂O₅ và K₂O) mà nông dân đã bón cho cây lúa hàng năm. Như vậy cả tảo lẫn phù sa đều là nguồn dưỡng chất rất hữu dụng góp phần cải thiện độ phì đất trồng lúa.

2. 2. Những kết quả mới của luận án

Phù sa từ sông là nguồn dinh dưỡng bổ sung cho đất cho nên đất có thể tiếp nhận lượng đạm, lân và kali tương đương với 32,2%, 12,8% và 49,4% tổng lượng phân hóa học, đồng thời đã xây dựng được phương trình hồi quy tuyến tính đơn giữa khối lượng phù sa bồi lắng và thời gian ngập lũ.

Đã phát hiện 445 loài vi tảo phù du và tảo đáy sống trong ruộng lúa thâm canh, bổ sung vào danh mục thành phần loài tảo ở ĐBSCL, đặc biệt vào vụ Hè Thu 2017 có sự xuất hiện của giống vi khuẩn lam Anabaena có khả năng cố định đạm vào trong đất. Sinh khối tảo được ước tính có khả năng cung cấp cho đất trồng lúa hàng năm là 1,08 tấn/ha/năm (sinh khối tươi) và lượng dinh dưỡng từ tảo cung cấp cho đất tương ứng với 0,465 kgN/ha; 0,197 kgP/ha và 1,26 kgK/ha đất trồng lúa.

3. 3. Các ứng dụng/khả năng ứng dụng trong thực tiễn, các vấn đề tiếp tục nghiên cứu

Kết quả nghiên cứu của luận án là nguồn dữ liệu khoa học cho các nhà quản lý về môi trường và nông nghiệp. Nghiên cứu giúp cho các nhà hoạch định bố trí phương thức sản xuất lúa kết hợp với việc kiểm soát lũ và thay đổi các kỹ thuật canh tác mới cho phép tảo phát triển và cố định đạm vào trong đất. Bên cạnh đó, luận án còn là một tài liệu có giá trị thiết thực phục vụ cho học tập, nghiên cứu và giảng dạy tại các Viện Trường.

Tiếp tục nghiên cứu tổng tỷ lệ đóng góp dinh dưỡng từ sinh khối tảo; lượng đạm cố định; khả năng tích lũy chất hữu cơ và các chất đa lượng trong đất.        

1. Thesis summary

Microalgae are microscopic sized algae. They often grow in the water surface or topsoil in rice fields, enriching soil organic matter, especially Cyanobacteria that are capable of fixing nitrogen from the atmosphere by the heterocyst. Beside that, the sediment from flood is also very rich in nutrients. Both factors can supply an available nutrient and improve the soil. Additional nutrient sources for the soil such as rice straw, sediment or microalgae have not been published. Therefore, this study has been carried out from 2013 to 2018 in An Giang province in order to (1) Determination of total weight and nutrient content of deposited sediment inside and outside of the full-dyke systems; (2) Determination of dominant phyla, biomass, and total NPK content of microalgae that provide for the intensive rice cultivation fields; (3) Determination of contribution rate of sediment and microalgae for the soil annually and evaluating their function in improving the soil.

Experimental methods were carried out as follows: (1) Putting 296 sediment nylon-traps of 1 m² (1 × 1m). They were installed in the field during flood season from 2013 to 2015 inside and outside of the full-dyke in four districts. Pot experiments of additional sediment were carried out in Winter-Spring rice of 2013-2014 (Pre-test) and in Winter-Spring rice of 2014-2015 at the net house. The second experiment was arranged by a completely randomized design with two factors (fertilizer and sediment) and three replications with eight treatments. The data of chemical soil inside and outside of the full-dyke systems in An Giang province from 2013 to 2015 from Nguyen Huu Chiem et al. in 2016 was referenced. This data was applied to evaluate the function of sediment. (2) Measuring the species composition, density, biomass and total NPK content of planktonic and benthic microalgae; water levels and the physical and chemical parameters of water in the field. This investigation was carried out continuously in three crops from 2016 to 2017 in Cho Moi district. Microalgae were identified by comparison of morphological methods based on the references of the classification documents, the microalgae density was counted by Sedgewick-Rafter counting chamber, and the microalgal biomass was determined through chlorophyll-a content. Fertilizers and pesticides applications of the farmers were also interviewed. (3) To evaluate the effect of the rice leaf canopy and fertilizers dose used on biomass of planktonic microalgae in Winter-Spring rice of 2017-2018 in the net house. The experiment was arranged by a completely randomized design with two factors (with/without rice plant and fertilizer), in which four levels of NPK fertilizers (0%, 70%, 100%, and 130%), and four replications with six treatments were applied.

The results showed that (1) the average weight of deposited sediment outside of the full-dyke (22.5 tons/ha) was five times higher than that inside of the full-dyke (4.43 tons/ha). Total nitrogen, phosphorus and potassium of the sediment was lost by the full-dyke system estimated about 121 kgN/ha, 34.3 kgP₂O₅/ha and 262 kgK₂O/ha, respectively. The weight of deposited sediment was significantly positively correlated with the time of flooding at the average level (r = 0.491, p < 0.01). The pot experiment showed that the content of organic carbon and total phosphorus accumulated in the soil after harvest in the additional treatments with sediment (from 1.2 to 2.4 kg of sediment per pot) and without fertilizer increased to compare to the soil before planting. Their content increased from 1.5 to 1.58 times and from 1.29 to 1.59 times, respectively compared with the soil before planting and the weight of filled grains also increased 2.5 times compared with the treatment without sediment. The statistical data was referenced from Nguyen Huu Chiem et al. in 2016 showed that the content of organic matter and total NPK of the soil outside of the full-dyke was significant different from that inside of the full-dyke (p < 0.05). (2) There were 445 species of microalgae in the field, including 407 taxa of plankton and 157 taxa of benthic belonging to the four phyta (Chlorophyta, Bacillariophyta, Euglenophyta and Cyanobacteria), in which the most diverse structural composition species was Chlorophyta. Particularly, Anabaena oscillarioides appeared with high density at the beginning of the tillering stage in the Summer-Autumn rice of 2017. The microalgae may fix nitrogen with large content for the soil. The biomass of planktonic and benthic microalgae estimated about 1.08 tons of fresh biomass per hectare per year. (3) If microalgae and sediment were utilized effectively, every year, the rice soil would receive a number of nutrients equal to 3.98%, 4.03% and 41.1% of the chemical fertilizers (N, P₂O_5, and K₂O), respectively. Thus, both algae and sediment are an available nutrients to contribute to improving fertilization of the soil.

2. New findings of the thesis

Sediment was an available source of nutrients for the soil, so the soil can receive an amount of nutrients equal to 32.2%, 12.8% and 49.4% of the chemical fertilizers (N, P₂O₅ and K₂O), respectively. A single linear regression equation has been established between the weight of deposited sediment and the time of flooding.

Four hundreds and forty-five taxa of planktonic and benthic microalgae were found in intensive rice cultivation fields, so they can modify the data set of species composition in the Mekong Delta. Especially, the appearance of Anabaena genus with heterocysts belonging to Cyanobacteria has the ability to fix nitrogen in the soil of the Summer-Autumn rice. The algal biomass was estimated 1.08 tons of fresh biomass per hectare per year and amount of nutrients provided for the soil equal to 0.465 kgN/ha; 0.197 kgP/ha and 1.26 kgK/ha.

3. Application prospect and suggestions for further study

The research results of the thesis are a source of scientific data for managers in relation to the environment and agriculture. The study helps planners in arranging rice production patterns combined with flood control and changing new techniques to allow microalgae growth and fix nitrogen for the soil. Besides, the thesis is also a valuable data source for further study, research and teaching in Institutes and Universities.

It is necessary to study continuously the total nutrients provided from algal biomass, the amount of nitrogen fixed by Cyanobacteria; the total carbon organic and macro-nutrients accumulated in the soil.

• Xem chi tiết nội dung luận án
•  Xem thông tin đăng tải tại Website Bộ giáo dục và Đào tạo. (Nhập tên NCS vào ô tìm kiếm)