Tên đề tài: “Biện pháp cải thiện chất lượng đất và năng suất lúa trên đất nhiễm mặn ở Đồng bằng sông Cửu Long”

Tác giả: Thị Tú Linh, Khóa 2018 đợt 2

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

Người hướng dẫn chính: PGS.TS. Châu Minh Khôi, Trường Đại học Cần Thơ.

1. Tóm tắt nội dung luận án

            Xâm nhập mặn diễn ra ngày càng nghiêm trọng ở các tỉnh ven biển Đồng bằng sông Cửu Long trong những năm gần đây. Để hạn chế những ảnh hưởng bất lợi của xâm nhập mặn đến canh tác lúa tại các vùng ven biển Đồng bằng sông Cửu Long, đề tài thực hiện nghiên cứu các biện pháp giúp cải thiện đặc tính vật lý, hóa học đất và gia tăng năng suất lúa là cần thiết. Nghiên cứu được thực hiện trên đất trồng lúa bị nhiễm mặn theo mùa với các mục tiêu cụ thể: (i) Đánh giá hiện trạng các hệ thống cây trồng và xâm nhập mặn tại huyện Thạnh Phú, tỉnh Bến Tre và huyện U Minh Thượng, tỉnh Kiên Giang; (ii) Đánh giá hiệu quả của phân hữu cơ, biochar trong cải thiện tính chất vật lý và hóa học đất nhiễm mặn; (iii) Đánh giả ảnh hưởng của phân hữu cơ, biochar, phân silic và chế phẩm vi sinh đến sự sinh trưởng và năng suất lúa trên đất nhiễm mặn; (iv) Đánh giá vai trò của phân hữu cơ và biochar đến khả năng rửa mặn trong đất nhiễm mặn. Đề tài được thực hiện từ tháng 10 năm 2018 đến tháng 10 năm 2022 gồm ba nội dung nghiên cứu:

            Nội dung nghiên cứu thứ nhất: Đánh giá hiện trạng sản xuất nông nghiệp và xâm nhập mặn tại huyện Thạnh Phú, tỉnh Bến Tre và huyện U Minh Thượng, tỉnh Kiên Giang. Nguồn dữ liệu được thu thập từ số liệu thứ cấp và số liệu sơ cấp thông qua phỏng vấn nông hộ và cán bộ nông nghiệp tại địa phương.

            Nội dung nghiên cứu thứ hai: Đánh giá hiệu quả của phân hữu cơ, biochar, phân silic, chế phẩm vi sinh trong cải thiện độ phì nhiêu vật lý, hóa học đất và năng suất lúa trên đất nhiễm mặn. Các thí nghiệm đồng ruộng được thực hiện tại ấp Quí Thuận B, xã Hòa Lợi, huyện Thạnh Phú, tỉnh Bến Tre và ấp Xẻo Kè, xã Thạnh Yên, huyện U Minh Thượng, tỉnh Kiên Giang. Thí nghiệm đồng ruộng được thực hiện qua bốn vụ trồng lúa liên tiếp. Các nghiệm thức bố trí theo khối hoàn toàn ngẫu nhiên gồm 6 nghiệm thức với 4 lần lặp lại, bao gồm nghiệm thức lúa 03 vụ, nghiệm thức lúa 02 vụ bỏ đất trống vụ Xuân Hè, nghiệm thức lúa 02 vụ bón phân hữu cơ (3 tấn/ha/vụ), nghiệm thức lúa 02 vụ bón biochar (10 tấn/ha/vụ), nghiệm thức lúa 02 vụ bón phân silic (100 kg/ha/vụ), nghiệm thức lúa 02 vụ bón chế phẩm vi sinh (80 kg/ha).

            Nội dung nghiên cứu thứ ba: Đánh giá vai trò của phân hữu cơ và biochar đến khả năng rửa mặn trên đất nhiễm mặn, thực hiện thí nghiệm trong phòng được bố trí hoàn toàn ngẫu nhiên gồm 8 nghiệm thức với 4 lần lặp lại, trong đó nghiệm thức không bổ sung chế phẩm (phân hữu cơ/biochar) làm đối chứng, các nghiệm thức còn lại được bổ sung phân hữu cơ/biochar với tỷ lệ 0,5%, 1%, 2% tương ứng với liều lượng 10 tấn/ha, 20 tấn/ha, 40 tấn/ha và nghiệm thức kết hợp giữa phân hữu cơ 1% với biochar 1%.

            Kết quả nghiên cứu cho thấy, hiện trạng canh tác tại khu vực nghiên cứu bị nhiễm mặn theo mùa, độ mặn trong dung dịch đất gia tăng và thiếu nước tưới vào mùa khô là các yếu tố trở ngại gây ảnh hưởng bất lợi đến sự sinh trưởng, phát triển và năng suất lúa vụ Xuân Hè trong hệ thống canh tác lúa 3 vụ/năm, từ đó làm giảm hiệu quả sản xuất của hệ thống chuyên canh lúa. Việc chuyển đổi sản xuất lúa từ 3 vụ/năm sang  2 vụ/năm không bổ sung chế phẩm chưa làm thay đổi dung trọng, độ xốp, ẩm độ hữu dụng đất, pH, EC, CEC, ESP, hàm lượng chất hữu cơ, lân hữu dụng trong đất và năng suất lúa trên đất nhiễm mặn. Bón biochar 10 tấn/ha qua bốn vụ canh tác có hiệu quả trong cải thiện dung trọng, độ xốp, ẩm độ hữu dụng ở tầng đất 0 - 15 cm, gia tăng hàm lượng chất hữu cơ, hàm lượng K⁺ trao đổi và hòa tan, lân hữu dụng trong đất và tăng năng suất lúa trên đất nhiễm mặn. Tuy vậy, sự cải thiện pH, EC và CEC đất khác biệt không ý nghĩa khi bón 10 tấn/ha biochar cho đất qua bốn vụ canh tác liên tục. Bón phân hữu cơ 3 tấn/ha có hiệu quả trong cải thiện dung trọng, độ xốp, ẩm độ hữu dụng ở tầng đất 0-15 cm nhưng khác biệt không có ý nghĩa trong cải thiện giá trị pH, EC, ESP, CEC, hàm lượng Ca²⁺ trao đổi, chất hữu cơ, lân hữu dụng trong đất và năng suất lúa. Bổ sung phân silic 100 kg/ha và chế phẩm vi sinh 80 kg/ha không cho thấy hiệu quả trong việc hỗ trợ sinh trưởng, phát triển của cây lúa và cải thiện năng suất lúa trên đất nhiễm mặn. Bổ sung phân hữu cơ và biochar với tỷ lệ 1%, 2% và sự kết hợp giữa phân hữu cơ 1% với biochar 1% vào cột đất rửa mặn cho thấy hiệu quả trong việc tăng tốc độ thấm nước, rút ngắn thời gian rửa mặn, tăng hiệu quả rửa mặn và giảm giá trị EC trong nước, trong đất đến ngưỡng phù hợp cho sự sinh trưởng và phát triển của cây lúa. Bổ sung phân hữu cơ 0,5%, 1%, 2% và biochar 0,5%, 1% và phân hữu cơ 1% kết hợp biochar 1% làm giảm khác biệt có ý nghĩa giá trị ESP trong cột đất sau rửa mặn.

2. Những kết quả mới của luận án

            Nghiên cứu của luận án đã xác định việc sử dụng biochar trong nghiên cứu như chất cải tạo đất có hiệu quả trong cải thiện độ phì nhiêu vật lý, hóa học đất thông qua việc cải thiện một số đặc tính vật lý, hóa học đất và gia tăng năng suất lúa trên đất nhiễm mặn ở vùng nghiên cứu sau bốn vụ canh tác. Bên cạnh đó, bón biochar cũng cho thấy hiệu quả trong việc tăng tốc độ thấm từ đó tăng hiệu quả rửa mặn trong đất.

            Kết quả nghiên cứu cũng cho thấy bón phân hữu cơ ở liều lượng thấp 3 tấn/ha có hiệu quả trong cải thiện đặc tính vật lý đất sau bốn vụ canh tác nhưng chưa có hiệu quả cải thiện đặc tính hóa học đất và chưa làm tăng năng suất lúa so với liều lượng bón 5 tấn/ha như các kết quả nghiên cứu trước đây. Tuy nhiên, việc bón phân hữu cơ 3 tấn/ha có khả năng ứng dụng vào thực tiễn cao khi bón tích lũy qua nhiều vụ.

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

3.1 Các ứng dụng/khả năng ứng dụng trong thực tiễn

Đề tài đã cung cấp thông tin về hiện trạng xâm nhập mặn ảnh hưởng đến sự thay đổi một số đặc tính trong đất gây bất lợi cho cây trồng.

Đề tài có tính cần thiết, ý nghĩa khoa học và thực tiễn tìm ra các giải pháp phù hợp để cải tạo đất nhiễm mặn nhằm tăng khả năng rửa mặn, giảm hàm lượng Na⁺ trong đất, tăng khả năng giữ và cung cấp chất dinh dưỡng, gia tăng năng suất lúa.

Kết quả nghiên cứu cho thấy, bón biochar 10 tấn/ha làm tăng khác biệt có ý nghĩa hàm lượng chất hữu cơ, lân hữu dụng, cải thiện dung trọng, độ xốp, ẩm độ hữu dụng ở tầng đất 0-15 cm và gia tăng năng suất lúa, tuy nhiên không cho thấy khác biệt có ý nghĩa đến pH, EC, CEC đất sau bốn vụ canh tác. Ngoài ra, nghiên cứu cho thấy tốc độ thấm nước nhanh khi đất được bón biochar nên có thể giúp tăng hiệu quả rửa mặn.

Biện pháp bón phân hữu cơ 3 tấn/ha cải thiện dung trọng, độ xốp, ẩm độ hữu dụng ở tầng đất 0-15 cm. Tuy nhiên, gia tăng không có ý nghĩa về năng suất lúa và pH, EC, ESP, CEC, chất hữu cơ và lân hữu dụng trong đất sau bốn vụ canh tác.

Bón phân silic và chế phẩm vi sinh cũng chưa mang lại hiệu quả hỗ trợ sự sinh trưởng và phát triển của cây lúa, từ đó năng suất lúa chưa được cải thiện qua bốn vụ canh tác.

3.2 Các vấn đề cần tiếp tục nghiên cứu

Cần nghiên cứu thêm về hiệu quả kết hợp của phân hữu cơ và biochar đến sự sinh trưởng, phát triển và năng suất lúa và hiệu quả rửa mặn trên đất nhiễm mặn ở điều kiện thực tế đồng ruộng.

Cần có những nghiên cứu tiếp theo về gia tăng hàm lượng bón phân silic và chế phẩm vi sinh và kéo dài thời gian thử nghiệm để thấy rõ hiệu quả cải thiện chất lượng đất và năng suất lúa ngoài đồng.

Luận án chỉ tập trung nghiên cứu về đặc tính vật lý, hóa học đất nên cần nghiên cứu thêm đặc tính sinh học đất để cung cấp đầy đủ cơ sở khoa học của các chế phẩm bổ sung đến hiệu quả cải thiện chất lượng đất và đánh giá ảnh hưởng của yếu tố hạn hết hợp với nhiễm mặn đến hiện trạng canh tác lúa tại các tỉnh ven biển ĐBSCL.

Thesis title: Solution to improve soil quality and rice yield on saline-affected soil in the Mekong Delta

Major: Soil science                                                  Major code: 9620103

Full name of student:  Thi Tu Linh                      Course: 2018

Advisor: Assoc. Prof. Dr. Chau Minh Khoi

Institution: Can Tho University

1. Thesis summary

Seawater intrusion in recent years has been seriously in the coastal provinces of the Vietnamese Mekong River Delta. For rice cultivation in saline-affected areas, effectively technical solutions in improving soil quality and rice productivity need to be studied. Soil amendments in this study included compost, biochar, silicon fertilizer and microbial fertilizer. The objectives of this study were to (i) evaluate the impact of seawater intrusion on some cropping systems in Thanh Phu district, Ben Tre province and U Minh Thuong district, Kien Giang province; (ii) evaluate the effectiveness of compost and biochar in improving saline-affected soil physical and chemical fertility; (iii) evaluate the effectiveness of compost, biochar, silicon fertilizer and microbial product in improving rice growth and rice yield on saline-affected soil; (iv) evaluate the role of compost and biochar in enhancing salinity leaching from saline-affected soil. The study was carried out from October 2018 to October 2022 with three contents:

Research 1: Assessing the current status of cropping systems and seawater intrusion in Thanh Phu district, Ben Tre province and U Minh Thuong district, Kien Giang province. Data were collected from the published data and interviewing farmers and local agricultural staff.

Research 2: Evaluating the effectiveness of compost, biochar, silicon fertilizer and microbial product in improving saline-affected soil physical and chemical properties and rice yield in Qui Thuan B hamlet, Hoa Loi commune, Thanh Phu district, Ben Tre province and Xeo Ke hamlet, Thanh Yen commune, U Minh Thuong district, Kien Giang province. Field experiments were conducted for four continuous crops. Treatments, with four replicates, consisted of (i) continuous three rice crops per year, (ii) two rice crops rotated with fallow in Spring-Summer crop, (iii) two rice crops amended with compost at 3 tons ha^-1 per crop, (iv) two rice crops amended with biochar at 10 tons ha^-1 per crop, (v) two rice crops amended with silicon fertilizer at 100 kg ha^-1 per crop, and (vi) two rice crops amended with microbial product at 80 kg ha^-1 per crop.

Research 3: Evaluating the role of compost and biochar in enhancing salinity leaching from saline-affected soil. The laboratory experiment was arranged in a completely randomized design, including 8 treatments with 4 replicates. The treatments consisted of the untreated treatment (control), the sole treatments amended with compost or biochar at the rates of 0.5%, 1%, 2% corresponding to the dosages of 10 tons ha^-1, 20 tons ha^-1, 40 tons ha^-1, and the combined treatment of 1% compost and 1% biochar.

Research results showed that the existing farming systems in the study area was affected by seasonal salinity. The increased salinity in the soil solution and limitation of irrigation water in the dry season were obstacle factors that adversely affect the rice growth and rice yield of the Spring-Summer rice crop, thereby reducing the production of the triple rice cropping system in the area. A conversion of three rice crops per year to two rice crops per year without soil amendments has not significantly changed soil bulk density, soil porosity, soil moisture, soil pH, EC, CEC, ESP, organic matter content, soil available P and rice yield on saline-affected soil. Applying biochar at a rate of 10 tons ha^-1 has been effectively in improving soil bulk density, porosity, and moisture in the top soil layer (0-15 cm), increasing the content of organic matter, exchangeable and soluble K⁺ content and soil available P and increasing rice yield on saline-affected soil. However, soil pH, EC and CEC values have not been significantly improved. Applying compost at a rate of 3 tons ha^-1 has been effectively in improving soil bulk density, porosity, and soil moisture in the top soil layer (0-15 cm). Nevertheless, soil pH, EC, ESP, CEC, exchangeable Ca²⁺ content, organic matter, soil available P and rice yield have not been significantly improved when compost was amended. Adding 100 kg ha^-1 of silicon fertilizer and 80 kg ha^-1 of microbial product has not been effectively in supporting the rice growth as well as rice yield on saline-affected soil. Adding 0.5%, 1%, 2% compost or 0.5%, 1% biochar or 1% compost combined with 1% biochar reduced soil ESP value after finishing the leaching process.

2. The new achievements of the dissertation

            The thesis's research determined that the use of biochar as a soil amendment was significantly effective in improving soil quality through improving some soil physicochemical properties and increasing rice yield on saline-affected soil in the study area after four consecutive cropping seasons. In addition, the use of biochar also showed the effectiveness in increasing the infiltration rate, thereby increasing the effectiveness of washing salt out from the soil.

            In addition, the research results also showed that applying compost at a rate of 3 tons ha^-1 was significantly effective in improving soil physical properties after four consecutive cropping seasons but it was effective neither in improving soil chemical properties nor in increasing rice yield as compared to apply compost at a rate of 5 tons ha^-1 as the previous research results.

            In practice of rice cultivation, a recommendation to apply compost at a rate of 5 tons ha^-1 to rice will be difficult to farmers for applying, so this study proposed to apply compost at a rate of 3 tons ha^-1 instead.

            Research showed the effectiveness of using a combination of compost and biochar to increase the water infiltration rate and increase the effectiveness of salt leaching from the soil.

3. The practical applications of this study and the issues that need further investigation

3.1. The practical applications

            The research provided information on the current state of seawater intrusion causing changes in some soil characteristics that are detrimental to plants.

            The research topic has necessity, scientific and practical significance to find appropriate solutions to support growing rice crop on saline-affected soil by enhancing the ability to wash off salinity, reducing Na⁺ content in soil, and increasing soil ability to retain and provide nutrients, thereby increasing rice yield.

            Research results showed that applying biochar at a rate of 10 tons ha^-1 increased the content of soil organic matter and available phosphorus, improved soil bulk density, soil porosity, and soil moisture in the top layer of 0-15 cm and increased rice yield. However, it did not significantly affect soil pH, EC, or CEC after four consecutive growing seasons. In addition, this research showed that water infiltration was accelerated when applying biochar, so it can help increase salt leaching  from the saline-affected soil.

            The method of applying compost at a rate of 3 tons ha^-1 significantly improved soil bulk density, soil porosity, and soil moisture in the top layer of 0-15 cm, however, it did not significantly increase rice yield as well as soil pH, EC, ESP, CEC, organic matter and available phosphorus in the soil after four consecutive growing seasons.

            Applying silicon fertilizer and microbial product was not significantly effective in supporting rice growth throughout four consecutive growing seasons.

3.2. The issues that need further investigation

             More research is needed on the combined effects of compost and biochar on growth, development and yield of rice on saline-affected soil under field conditions.

             Further research is needed to investigate the effective amount of silicon fertilizer and microbial products to prove the effectiveness of these products in improving soil quality and rice productivity under seawater intrusion conditions.

                        The thesis only focuses on researching the physical and chemical properties of soil, so it is necessary to research more soil biological properties to provide a full scientific basis for additional products to improve soil quality and evaluate effectively. The impact of drought combined with salinity on the current status of rice cultivation in the coastal provinces of the Mekong Delta.

• 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)