Luận án Nghiên cứu hiện trạng hữu cơ và biện pháp nâng cao khả năng cố định các bon trong đất cát biển vùng Bắc Trung Bộ - Bùi Thị Phương Loan

iệc nghiên cứu các biện pháp để nâng cao hàm lượng các bon trong đất cả về số lượng lẫn chất lượng, bảo vệ chất hữu cơ đất là rất cần thiết, nhất là trong điều kiện nước ta chất hữu cơ và mùn dễ bị khoáng hoá và rửa trôi khỏi đất. Đất cát biển chiếm khoảng 1,45 tổng diện tích tự nhiên của Việt Nam, là loại đất nghèo dinh dưỡng, cơ giới nhẹ, nghèo hữu cơ và các chất dinh dưỡng tổng số, dễ tiêu; CEC thấp. Đã có một số nghiên cứu trong và ngoài nước đưa ra một số biện pháp hạn chế thoái hoá, bảo vệ đất và nâng cao năng suất cây trồng như bón phân kết hợp biện pháp canh tác (hệ thống luân canh cây trồng sản xuất..) trong 1 số loại đất nói chung. Tuy nhiên vấn đề nghiên cứu đặc điểm hữu cơ và để tìm ra một giải pháp tối ưu nhằm nâng cao khả năng cố định cacbon trong đất cát biển vùng Bắc Trung bộ cho từng loại sử dụng đất chưa được thực hiện. Chính vì vậy tổng quan nghiên cứu trong luận án này sẽ làm cơ sở để chứng minh lý do lựa chọn “Nghiên cứu đặc điểm hữu cơ và biện pháp nâng cao khả năng cố định các bon trong đất cát biển vùng Bắc Trung bộ” nhằm làm sáng tỏ thêm vai trò của chất hữu cơ (chủ yếu là mùn) trong quá trình hình thành đất cũng như tham gia vào việc nâng cao độ phì nhiêu đất góp phần ổn định năng suất cây trồng, tăng thu nhập trên 1 đơn vị diện tích canh tác trên đất cát biển nghèo dinh dưỡng 51 Chương 2. VẬT LIỆU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Đối tượng nghiên cứu + Đất: Đất cát ven biển Bắc Trung Bộ tại hai tỉnh Nghệ An và Thừa Thiên Huế được lựa chọn để nghiên cứu. Tổng số 86 mẫu đất đã được lấy trên các loại sử dụng đất khác nhau (38 mẫu đất được lấy ở ba huyện: Quỳnh Lưu, Diễn Châu và Nghi Lộc thuộc tỉnh Nghệ An và 48 mẫu đất được lấy tại bốn huyện: Phong Điền, Quảng Điền, Phú Vang và Phú Lộc thuộc tỉnh Thừa Thiên Huế) (phụ lục 1) Đất bố trí thí nghiệm và mô hình: đất cát biển tại xã Nghi Tiến, huyện Nghi Lộc, tỉnh Nghệ An + Cây trồng: Giống lúa Kinh Sở Ưu 1588 được trồng trong cơ cấu Lúa xuân và lúa mùa; giống lạc L14 được trồng trong cơ cấu lạc Đông Xuân- Thu Đông + Phân bón: Phân đạm urê (46% N), phân supe phốtphát (16% P2O5), phân kali clorua (60% K2O). + Vật liệu được làm từ phụ phẩm nông nghiệp: Phân ủ từ rơm và phân chuồng; than sinh học. 2.2. Địa điểm và thời gian nghiên cứu 2.2.1. Địa điểm nghiên cứu + Thí nghiệm đồng ruộng và bố trí mô hình diện rộng: trên đất cát biển tại xã Nghi Tiến, huyện Nghi Lộc, tỉnh Nghệ An. + Địa điểm phân tích mẫu: Mẫu đất được phân tích tại Viện Môi trường Nông nghiệp 2.2.2. Thời gian nghiên cứu Thí nghiệm đồng ruộng: Đối với cây lúa: thực hiện 2 vụ : vụ Xuân - vụ Mùa năm 2015. Đối với cây lạc: thực hiện 2 vụ, vụ Đông Xuân- Thu Đông năm 2015 Mô hình khảo nghiệm diện rộng: thực hiện trong 2 vụ: vụ lúa Xuân-lúa Mùa năm 2016 và lạc Đông Xuân - Thu Đông năm 2016. 2.3. Nội dung nghiên cứu Nội dung 1: Đánh giá hiện trạng sử dụng đất cát biển vùng Bắc Trung Bộ (hiện trạng các loại và kiểu sử dụng đất) 52 + Điều tra, khảo sát về tình hình thâm canh cây trồng tại vùng nghiên cứu (kỹ thuật trồng, bón phân, tưới nước, giống) trong quan hệ với chu kỳ sản xuất nhằm đánh giá thực trạng độ phì nhiêu đất cát biển. + Thu thập số liệu về điều kiện tự nhiên (khí hậu, địa hình, địa chất, nguồn nước tưới...) có khả năng hạn chế độ phì nhiêu đất và những tác động khác gây suy thoái hữu cơ đất. + Lấy mẫu đất theo các loại sử dụng đất để phân tích đánh giá chất và lượng hữu cơ trong đất cát biển theo cơ cấu cây trồng Nội dung 2: Hiện trạng chất hữu cơ (lượng và chất) của đất trong mối quan hệ với tính chất đất và loại/kiểu sử dụng đất + Xác định lượng và chất hữu cơ trong một số loại sử dụng đất: Phân tích tính chất lý học và hóa học đất cát biển (TPCG, dung trọng, độ xốp, pHKCl, OC, thành phần mùn (hunmic, fulvic), N P, K tổng số, CEC, ). + Xác định mối quan hệ giữa hàm lượng hữu cơ trong đất với các tính chất vật lý, hoá học đất cát biển Nội dung 3: Nghiên cứu nâng cao tích lũy các bon trong đất cát biển dưới loại hình sử dụng đất ở vùng Bắc Trung Bộ (bố trí theo dõi thí nghiệm) + Bố trí thí nghiệm nhằm đánh giá ảnh hưởng của các yếu tố dinh dưỡng (NPK) kết hơp với các vật liệu hữu cơ đến khả năng cải tạo độ phì nhiêu đất và nâng cao hàm lượng cácbon trong đất cát biển Thí nghiệm 1. Nghiên cứu ảnh hưởng của phân khoáng kết hơp với các phân bón hữu cơ, TSH đến năng suất lúa và khả năng nâng cao hàm lượng các bon trong đất cát biển. Thí nghiệm 2. Nghiên cứu ảnh hưởng của phân khoáng kết hơp với các phân bón hữu cơ, TSH và chế độ che phủ đến năng suất lạc và khả năng nâng cao hàm lượng các bon trong đất cát biển. Nội dung 4: Ứng dụng mô hình DNDC để mô phỏng tích lũy các bon và xác định lượng phát thải khí nhà kính trong đất cát biển. 53 Nội dung 5: Nghiên cứu giải pháp cải thiện lượng và chất hữu cơ của đất cát biển vùng Bắc Trung Bộ. 2.4. Phương pháp nghiên cứu 2.4.1. Phương pháp thu thập thông tin và điều tra Nghiên cứu về hiện trạng sản xuất và canh tác cây trồng trên đất cát biển vùng Bắc Trung bộ được thực hiện tại 2 tỉnh là Nghệ An và Thừa Thiên- Huế. Dữ liệu thứ cấp được thu thập thông qua các báo cáo tổng kết hàng năm, số liệu thống kê về điều kiện tự nhiên, điều kiện kinh tế - xã hội, định hướng và chiến lược sản xuất nông nghiệp tại các Sở Nông nghiệ và PTNT của khu vực nghiên cứu. Thông tin từ nông hộ được thu thập theo phương pháp điều tra nhanh nông thôn bằng bảng câu hỏi, tiến hành phỏng vấn 160 hộ gia đình theo phiếu điều tra (mỗi tỉnh điều tra 80 phiếu). 2.4.2. Phương pháp thí nghiệm đồng ruộng 2.4.2.1. Thí nghiệm chính quy Thí nghiệm 1. Nghiên cứu ảnh hưởng của phân khoáng kết hơp với các phân bón hữu cơ, TSH đến năng suất lúa và khả năng nâng cao hàm lượng các bon trong đất cát biển. 1. Công thức thí nghiệm: T1: 100% NPK (đối chứng) T2: 100% NPK + 5 tấn phân ủ T3: 100% NPK +3 tấn TSH T4: 80% NPK + 5 tấn phân ủ + 1.5 tấn TSH T5: 80% NPK + 5 tấn HCVS T6: 80% NPK + 5 tấn HCVS+ 1.5 tấn TSH T7: 70% NPK + 2,5 tấn HCVS + 2,5 tấn phân ủ+ 1.5 tấn TSH 2. Bố trí thí nghiệm - Các thí nghiệm được tiến hành trong 2 vụ (vụ Xuân và vụ Mùa) năm 2015 tại xã Nghi Tiến, huyện Nghi Lộc, tỉnh Nghệ An 54 - Thí nghiệm được bố trí với 7 công thức và 3 lần lặp theo khối ngẫu nhiên hoàn chỉnh (RCBD), với diện tích 20 m2 / ô ngăn cách nhau bởi bờ ruộng 3. Lượng phân bón và cách bón + Liều lượng phân bón tính cho 1 ha ở công thức nền như sau: 80 kg N, 90 kg P2O5 và 90kg K2O/ ha đối với vụ Xuân và 70 kg N, 80 kg P2O5 và 80kg K2O /ha đối với vụ Mùa + Bón lót: 100% TSH/ phân ủ/ phân HCVS và phân lân; + Bón thúc 1: Lúc lúa được 2,5 - 3 lá (sau sạ 10-12 ngày) với 30 % lượng đạm và 50 % lượng kali. + Bón thúc 2: Sau lần 1 khoảng 15-20 ngày. Lượng đạm bón khoảng 40 % tổng lượng đạm. + Bón thúc 3: Bón đón đòng, trước trỗ khoảng 15-20 ngày với 30 % lượng đạm và 50 % lượng kali. 4. Chỉ tiêu theo dõi thí nghiệm Các yếu tố cấu thành năng suất lúa Theo dõi năng suất lý thuyết, năng suất thực thu trên các ô thí nghiệm. 5. Cách lấy mẫu để phân tích và thu hoạch thí nghiệm Năng suất lúa lý thuyết: Thu hoạch 10 khóm/m2 và tính toán các yếu tố cấu thành năng suất. Năng suất thực thu: thu hoạch toàn bộ ô thí nghiệm, phơi khô và tính năng suất hạt. 6. Phương pháp tính năng suất Năng suất lý thuyết: Năng suất lúa: NSLT (tạ/ha) = số bông/m2 x số hạt chắc/bông x P1.000 hạt/10.000. Năng suất thực thu: lấy năng suất của toàn ô thí nghiệm và quy ra năng suất trên ha. 7. Lấy mẫu và phân tích mẫu đất trước và sau 2 vụ thí nghiệm (tầng 0-20 cm) Mẫu đất được lấy tại tầng mặt (0-20 cm) trên các công thức thí nghiệm, mỗi công thức được lấy tại 5 vị trí khác nhau theo tiêu chuẩn lấy mẫu TCVN 4046:1985. Mẫu được chuyển về phòng phân tích viện Môi trường Nông nghiệp phân tích các chỉ tiêu: độ xốp, dung trọng, thành phần cơ giới, pHKCl, OC%, thành phần mùn (humic, fuvic), N, P, K tổng số, P2O5dt; K2O dt, CEC 55 Thí nghiệm 2. Nghiên cứu ảnh hưởng của phân khoáng kết hợp với các vật liệu hữu cơ và chế độ che phủ đến năng suất lạc và khả năng nâng cao hàm lượng các bon trong đất cát biển. 1. Công thức thí nghiệm: T1: 100% NPK (đối chứng) T2: 100% NPK + 5 tấn phân ủ T3: 80% NPK + 5 tấn phân ủ + che phủ nilong T4: 80% NPK + 5 tấn phân ủ + che phủ rơm rạ T5: 80% NPK + 2.5 tấnTSH + che phủ ni long T6: 80% NPK + 2.5 tấnTSH + che phủ rơm rạ T7: 70% NPK + 2.5 tấn phân ủ + 1.5 tấn TSH + che phủ nilong T8: 70% NPK + 2.5 tấn phân ủ + 1.5 tấn TSH + che phủ rơm rạ 2. Bố trí thí nghiệm: Các thí nghiệm được tiến hành trong 2 vụ ( vụ Đông Xuân và vụ Thu Đông) năm 2015 tại xã Nghi Tiến, huyện Nghi Lộc, tỉnh Nghệ An Thí nghiệm được bố trí với 8 công thức và 3 lần lặp theo khối ngẫu nhiên hoàn chỉnh. Diện tích mỗi ô thí nghiệm là 20 m2, kích thước: 4 mét × 5 mét, bố trí 4 luống/ô thí nghiệm, kích thước luống: 1,1 mét × 4 mét, gieo 4 hàng lạc/luống. Mật độ gieo trồng: 40 cây/m2 (hàng × hàng 25 cm, hạt × hạt 10 cm). 3. Lượng phân bón và cách bón phân: + Liều lượng phân bón tính cho 1 ha ở công thức nền như sau: 40 kg N + 80 kg P2O5 + 60 kg K2O + 500 kg vôi . + Bón lót: 100% TSH/ phân ủ; phân lân, 50% lượng vôi; + Bón thúc lần 1 kết hợp với xới xáo nhẹ khi cây được 3 lá thật: 70% lượng phân đạm và 50% lượng phân kali; + Bón thúc lần 2 kết hợp với xới xáo vun gốc khi kết thúc ra hoa rộ đợt 1: 30% phân đạm, 50% lượng phân kali và 50% lượng vôi còn lại. + Tủ rơm rạ: 1 tấn/ha 4. Chỉ tiêu theo dõi thí nghiệm Các yếu tố cấu thành năng suất : Số quả chắc/cây : Theo dõi 5 cây/ 1 ô thí nghiệm, đếm tổng số quả chắc trên từng cây. Tính trung bình cho 1 cây. 56 Khối lượng 100 quả (g) : Cân ngẫu nhiên 100g quả khô, đếm số quả và quy ra số lượng 100 quả của từng ô thí nghiệm. Tỷ lệ hạt chắc (%) : Khối lượng hạt chắc/Khối lượng hạt của mẫu x 100. Năng suất lạc lý thuyết: Thu hoạch 5 cây và tính toán các yếu tố cấu thành năng suất. Năng suất thực thu: Thu hoạch toàn bộ ô thí nghiệm, phơi khô và tính năng suất quả khô. 5. Lấy mẫu và phân tích mẫu đất trước và sau 2 vụ thí nghiệm (tầng 0-20 cm) Mẫu đất được lấy tại tầng mặt (0-20 cm) trên các công thức thí nghiệm, mỗi công thức được lấy tại 5 vị trí khác nhau theo tiêu chuẩn lấy mẫu TCVN 4046:1985 Mẫu được chuyển về phòng phân tích viện Môi trường Nông nghiệp phân tích các chỉ tiêu: độ ẩm, độ xốp, dung trọng, thành phần cơ giới, pHKCl, OC%, thành phần mùn (humic, fuvic), N, P, K tổng số, P2O5 dt, K2O dt, CEC 2.4.2.2. Khảo nghiệm trên diện rộng Xây dựng mô hình trình diễn ứng dụng các biện pháp canh tác tối ưu cho cây lúa vụ Xuân-vụ Mùa và cây lạc vụ Đông Xuân-vụ Thu Đông trên đất cát biển năm 2016 (khảo nghiệm trên diện rộng trên 2 loại cây x 0.3ha/mô hình/cây). Mô hình 1: Xây dựng mô hình canh tác 2 vụ lúa áp dụng bón phân hữu cơ tổng hợp kết hợp giảm lượng phân khoáng 1. Lúa canh tác theo nông dân (FP) 2. Lúa xuân-lúa mùa canh tác theo quy trình (MH) Mức phân bón cho lúa vụ xuân: FP: canh tác truyền thống (80N + 90P2O5 + 90K2O) MH: NPK (-30%) + 2,5 tấn HCVS + 2,5 tấn phân ủ + 1,5 tấn TSH a. Phương pháp bố trí: Mô hình được bố trí theo kiểu ô lớn, không có lần nhắc lại. Mô hình được bố trí trên diện tích 0,3 ha của 5 hộ gia đình. b. Mức phân bón cho lúa vụ mùa: FP: canh tác truyền thống (70N + 80P2O5 + 80K2O) MH: NPK (-30%) + 2,5 tấn HCVS + 2,5 tấn phân ủ + 1,5 tấn TSH c. Chỉ tiêu theo dõi: Năng suất thực thu từng ô thí nghiệm; hiệu quả kinh tế 57 d. Phương pháp thu hoạch: thu hoạch 5 vị trí khác nhau trong mô hình, mỗi vị trí thu hoạch 20 m2, cân khối lượng hạt tươi sau đó lấy mẫu 1 kg để tính khối lượng chất khô trung bình từ đó tính được năng suất của từng mô hình Mô hình 2: Xây dựng mô hình canh tác Lạc vụ Đông Xuân-vụ Thu Đông áp dụng bón phân hữu cơ tổng hợp kết hợp giảm lượng phân khoáng và che tủ nilong 1. Lạc thuần canh tác theo nông dân (FP) 2. Lạc vụ Đông Xuân- vụ Thu Đông trồng theo quy trình (MH) a. Phương pháp bố trí: Mô hình được bố trí theo kiểu ô lớn, không có lần nhắc lại. Mô hình được bố trí trên diện tích 0,3 ha của 5 hộ gia đình. b. Mức phân bón cho lạc vụ Đông Xuân- vụ Thu Đông : FP: canh tác truyền thống: 100% NPK (40N + 80P2O5 + 60K2O + 500 kg vôi; Giống lạc L14 địa phương) MH: NPK(-30%) + 2,5 tấn phân ủ + 1,5 tấn TSH + che phủ nilong c. Chỉ tiêu theo dõi: Năng suất thực thu từng ô thí nghiệm; hiệu quả kinh tế d. Phương pháp thu hoạch: thu hoạch 5 vị trí khác nhau trong ô, mỗi vị trí thu hoạch 20 m2, cân khối lượng quả sau đó lấy mẫu 1 kg để tính khối lượng chất khô trung bình từ đó tính được năng suất của từng mô hình 2.4.3. Phương pháp phân tích đất: Đất được phân tích theo tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN): - Xác định thành phần cơ giới: Theo phương pháp ống hút Robinson (TCVN 8567:2010); - Xác định dung trọng đất: Theo phương pháp dùng ống trụ bằng kim loại đóng thẳng xuống đất và lấy mẫu đất còn nguyên dạng không bị phá hủy. - Xác định tỷ trọng đất: Theo phương pháp picnomet. d – d1 - Xác định độ xốp: Tính toán theo công thức: P(%)= ---------- x 100 d * Trong đó: P là độ xốp tính bằng %, d1 là dung trọng đất, d là tỷ trọng đất - Xác định độ ẩm đất (TCVN4048:2011): Xác định theo công thức sau: P1 – P2 A= -------- x 100 P2 58 Trong đó: A là độ ẩm đất tính bằng %; P1 là khối lượng đất mẫu trước khi sấy; P2 là khối lượng đất mẫu sau khi sấy ở nhiệt độ 1050C. - Xác định pHKCl: Đo bằng pH meter với điện cực thuỷ tinh, tỷ lệ đất/dịch là 1/2,5 - Xác định chất hữu cơ tổng số (OC%): Theo TCVN8941:2011; - Xác định hàm lượng nitơ tổng số (N%): Theo TCVN: 6498:1999; - Xác định hàm lượng phốt pho tổng số (P2O5%): Theo TCVN8940:2011; - Xác định hàm lượng kali tổng số (K2O%): Theo TCVN: 8660:2011; - Xác định hàm lượng lân dễ tiêu (P2O5 mg/100g): Theo TCVN 8942:2011 (Xác định P2O5 dễ tiêu: Theo phương pháp Bray II) - Xác định hàm lượng kali dễ tiêu (K2O mg/100g): Theo TCVN 8569:2010 (Chiết K bằng axetatamon 1M (pH = 7), xác định K trong dung dịch bằng quang kế ngọn lửa) - Xác định dung tích hấp thu (CEC: cmolc/kg): Theo TCVN: 8568:2010; - Xác định Ca2+ và Mg2+: Theo TCVN: 8569:2010. -Xác định Mùn thành phân (Axít Humic; Funvic): Theo phương pháp Cononova-Bebtricova. - Xác định trữ lượng các bon trong đất SOC (tấn/ha): Trữ lượng các bon trong đất thực tế được xác định dựa vào hàm lượng các bon trong đất, dung trọng và độ sâu tầng đất theo công thức: SOC (tấn/ha) = H x BD x C x 100 Trong đó: SOC: Trữ lượng các bon trong đât (tấn/ha); BD: Dung trọng đất (g.cm3); H: Chiều sâu lớp đấy tính toán (cm); C: Hàm lượng các bon trong đất (g/100g đất) 2.4.4. Phương pháp thống kê và xử lý số liệu: Sử dụng phương pháp phân tích giai thừa tương ứng (Analyse Factorielle Correspondence - AFC) để đánh giá mối quan hệ giữa hàm lượng các bon tổng số (OC) trong đất với các loại/kiểu sử dụng đất khác nhau; Sử dụng phương pháp phân tích thành phần chính (Principle Component Analysis - PCA) để đánh giá mối quan hệ giữa các tính chất lý, hóa học đất với các loại sử dụng đất khác nhau tại vùng Bắc Trung Bộ. Số liệu được xử lý bằng chương trình Excel và phần mềm IRRISTAT 5.0. Số liệu xử lý gồm có trung bình, phân tích ANOVA, LSD0.05 59 2.4.5. Phương pháp ứng dụng mô hình hóa Toàn bộ mô hình được điều khiển bởi 4 yếu tố sinh thái chính, cụ thể là khí hậu, đất đai, thực vật, và quản lý. Trình tự mô phỏng phát thải KNK được thể hiện thông qua các bước sau đây: Bước 1. Thu thập dữ liệu Thu thập số liệu khí tượng và phân tích số liệu khí tượng nông nghiệp phục vụ xây dựng mô hình tính toán phát thải (DNDC) Dữ liệu đầu vào: + Dữ liệu khí tượng + Đặc điểm cây trồng (loại, giống) + Tính chất đất (Loại đất, cấu trúc đất, pH, OC, dung trọng) + Quản lý canh tác (Ngày cấy, phân bón, thời điểm tưới tiêu). Bước 2: Chạy và tính toán Bước 3. Hiệu chỉnh mô hình DNDC Mô hình DNDC được hiệu chỉnh theo số liệu thực tế với các công cụ thống kê như hệ số mô hình hiệu quả (EF) và hệ số xác đinh (R2) được sử dụng đánh giá độ chính xác của mô hình dự báo (Smith et al., 1997). Hai phương trình tính toán cho độ chính xác như sau: Trong đó Oi là các giá trị quan sát được (đo được), Pi là giá trị dự đoán, O và P là trung bình của chúng và n là số giá trị được ghép nối. Một giá trị EF dương cho thấy dự đoán mô hình tốt hơn so với trung bình của các quan sát, và hiệu suất mô hình tốt nhất có giá trị EF bằng 1. Hệ số xác định (R2) khảo sát sự tương quan giữa các dự đoán mô hình và quan sát hiện trường. Bước 4: Tính toán phát thải khí nhà kính Tiềm năng nóng lên toàn cầu (GWP) Dựa vào cách tính của IPCC 2007, tính toán tiềm năng nóng lên toàn cầu thông qua việc quy đổi tất cả các loại khí về CO2 tương đương (CO2 e). Hệ số quy đổi CH4 về CO2e = CH4*25; Hệ số quy đổi N2O về CO2e = N2O*298 (Forster et al., 2007). 60 • Tổng lượng phát thải khí nhà kính được tính theo công thức sau: • GWP = Phát thải CO2 + Phát thải CH4 x 25 + Phát thải N2O x 298 2.4.6. Phương pháp phân tích hiệu quả thí nghiệm và mô hình Phân tích kinh tế Tổng thu = giá bán x năng suất thực thu Tổng chi = Tổng chi phí biến động và chi phí cơ hội Lãi thuần = Tổng thu – tổng chi Giá nông sản và vật tư nông nghiệp được tính theo giá trung bình của năm 2015, 2016. 2. 5. Một số đặc tính về tính chất đất và vật liệu hữu cơ sử dụng trong thí nghiệm 2.5.1. Tính chất đất tại vùng nghiên cứu Kết quả phân tích một số chỉ tiêu vật lý, hóa học đất của vùng đất nghiên cứu trước khi tiến hành thí nghiệm được trình bày trong bảng 2.1 và 2.2 Tính chất vật lý đất thí nghiệm Bảng 2.1. Tính chất lý học trong đất cát biển dưới một số loại sử dụng đất trước thí nghiệm tại Nghi Lộc- Nghệ An Loại sử dụng đất Kiểu sử dụng đất Độ xốp (%) Dung trọng (g/cm3) Thành phần cấp hạt (%) Sét Limon Cát mịn Cát thô (<0,002 mm) (0,02- 0,002 mm) (0,2-0,02 mm) (>0,2 mm) Chuyên lúa Lúa xuân- Lúa mùa 44,87 1,25 8,9 14,9 67,7 8,5 Chuyên màu Lạc ĐX - Lạc TĐ 44,62 1,44 3,1 12,4 69,3 15,3 Đất thí nghiệm có thành phần cơ giới nhẹ, tỷ lệ cát mịn chiếm 67-70%, tỷ lệ limon 12,4-14,9%; tỷ lệ sét thấp 3-9% tùy thuộc vào loại hình sử dụng. Dung trọng 1,25-1,44 g/cm3 và độ xốp (44,6-44,8%). Với tính chất vật lý của đất thí nghiệm đã được phân tích, đất được phân loại theo thành phần cơ giới là đất cát pha thịt nhẹ đối với loại sử dụng trồng 2 vụ lúa và đất cát đối với loại sử dụng chuyên màu. Tính chất hóa học của đất thí nghiệm Kết quả phân tích cho thấy đất có phản ứng chua, pH (pH KCl = 4,51 đối với đất trồng 2 vụ lúa và pHKCl = 3,98 đối với đất chuyên màu). Hàm lượng đạm tổng 61 số rất thấp (N: 0,046- 0,072%); K2Ots nghèo (0,41-0,5%). Đất có hàm lượng lân tổng số và lân dễ tiêu nghèo, dung tích hấp thu của đất rất thấp (CEC: 4,45-7,05 cmolc/kg) (bảng 2.2) Bảng 2.2. Tính chất hoá học trong đất cát biển dưới một số loại sử dụng đất trước thí nghiệm tại Nghi Lộc-Nghệ An Loại sử dụng đất Kiểu sử dụng đất pHKCl N P2O5 K2O P2O5 K2O CEC (%) (mg/100g đất) (Cmolc/kg đất) Chuyên lúa Lúa xuân- Lúa mùa 4,50 0,072 0,054 0,570 8,08 6,95 7,05 Chuyên màu Lạc ĐX- Lạc TĐ 3,98 0,046 0,065 0,406 11,85 4,65 4,45 Hàm lượng cácbon hữu cơ và các thành phần mùn trong đất Tỷ lệ CH/CF trên đất 2 vụ lúa là 0,34 %, đất chuyên màu là 0,36% . Hàm lượng các bon trong đất rất thấp (OC: 0,409-0,77%) (bảng 2.3) Bảng 2.3. Hàm lượng các bon hữu cơ và các thành phần mùn trong đất cát biển dưới một số loại sử dụng đất trước thí nghiệm tại Nghi Lộc-Nghệ An Loại sử dụng đất Kiểu sử dụng đất OC C/N Humic Fulvic CH/CF % Chuyên lúa Lúa xuân- Lúa mùa 0,779 10,82 0,064 0,189 0,34 Chuyên màu Lạc ĐX- Lạc TĐ 0,409 8,48 0,040 0,110 0,36 Từ kết quả phân tích về tính chất lý học và hóa của đất tại bảng 2.1; 2.2 và 2.3 cho thấy đất vùng nghiên cứu với thành phần cơ giới nhẹ, nghèo đạm, kali và hữu cơ, dung tích hấp thu thấp, đây là những yếu tố hạn chế cơ bản của đất cát biển mà cần phải khắc phục để nâng cao sức sản xuất của đất. 2.5.2. Hàm lượng dinh dưỡng các loại vật liệu sử dụng tại vùng nghiên cứu Kết quả phân tích hàm lượng dinh dưỡng của vật liệu trước khi sử dụng vào thí nghiệm được thể hiện ở bảng 2.4 Than sinh học có hàm lượng OC cao, hàm lượng CEC ở mức cao. Tổng hàm lượng nitơ (N) là 0,789%, hàm lượng phốt pho (P2O5ts) là 0,80% và hàm lượng kali tổng số (K2Ots) là 1,04%. 62 Phân ủ compost giàu hàm lượng các bon hữu cơ, hàm lượng OC cao đạt 17,7%; tổng hàm lượng Nitơ (N) là 1,88%, hàm lượng P2O5ts là 0,39% và hàm lượng K2Ots là 1,63% . Phân hữu cơ vi sinh: Sử dụng phân HCVS Sông Gianh có hàm lượng OC cao đạt 15,5%; tổng hàm lượng Nitơ (N) là 3,0%, hàm lượng P2O5ts là 2,5% và hàm lượng K2Ots là 2,5% Do vậy để cải thiện độ phì nhiêu của đất cát biển phục vụ cho sản xuất phải bổ sung các loại vật liệu hữu cơ đặc biệt là các giải pháp bền vững nâng cao hiệu quả tích lũy các bon trong đất cát biển trong bối cảnh BĐKH. Bảng 2.4: Hàm lượng các chất dinh dưỡng trong các vật liệu nghiêm cứu STT Chỉ tiêu Đơn vị Phân ủ TSH Phân HCVS 1 Độ ẩm % 31,9 27,1 30,0 2 pH 7,60 7,25 3 OC % 17,7 15,69 15,00 4 a.x humic % 2,50 5 N % 1,88 0,789 3,00 6 P2O5 % 0,39 0,81 2,50 7 K2O % 1,63 1,04 2,50 8 CEC cmocl/kg 32,8 14,21 Than sinh học Phân ủ Phân HCVS Sông Gianh Hình 2.1. Hình ảnh về các loại vật liệu sử dụng trong thí nghiệm 63 Chương 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 3.1. Hiện trạng sử dụng đất cát biển vùng BắcTrung Bộ và các loại sử dụng đất 3.1.1. Đặc điểm khí hậu tại vùng Bắc Trung Bộ Vùng Bắc Trung Bộ chia thành 4 mùa rõ rệt, mùa đông không khí giảm mạnh và mùa hè thì không khí lại tăng rất cao, các tháng mưa ít kéo dài, có những năm hạn hán xảy ra cả trong mừa mưa làm ảnh hưởng đến một diện tích lớn cây trồng phụ thuộc vào nước mưa. Nhiệt độ trung bình hàng năm từ 23 - 24 0C tương ứng với tổng nhiệt năm là 8.700 0C. Sự chênh lệch nhiệt độ giữa các tháng trong năm khá cao. Nhiệt độ trung bình các tháng nóng nhất (tháng 6 đến tháng 7) là 330C, nhiệt độ cao tuyệt đối 42,70C; nhiệt độ trung bình các tháng lạnh nhất (tháng 12 năm trước đến tháng 2 năm sau) là 190C, nhiệt độ thấp tuyệt đối - 0,50C. Số giờ nắng trung bình/năm là 1.500 - 1.700 giờ. Tổng tích ôn là 3.5000C - 4.0000C - Gió mùa Đông Bắc thường xuất hiện vào mùa Đông từ tháng 10 đến tháng 4 năm sau, bình quân mỗi năm có khoảng 30 đợt gió mùa Đông Bắc, mang theo không khí lạnh, khô làm cho nhiệt độ giảm xuống 5 – 100C so với nhiệt độ trung bình năm. - Gió phơn Tây Nam là một loại hình thời tiết đặc trưng cho mùa hạ của vùng Bắc Trung Bộ. Loại gió này thường xuất hiện vào tháng 5 đến tháng 8 hàng năm, số ngày khô nóng trung bình hằng năm là 20 - 70 ngày. Gió Tây Nam gây ra khí hậu khô, nóng và hạn hán, ảnh hưởng không tốt đến sản xuất và đời sống sinh hoạt của nhân dân trên phạm vi toàn tỉnh. Lượng mưa trong vùng phân bố không đồng đều theo cả không gian và thời gian, có xu hướng giảm trong những năm gần đây, lượng mưa trung bình của cả vùng là 2359 mm cao hơn so với ĐBSH là 768 mm. Vùng này lại thường xuyên xảy ra hạn hạn, thiếu nước sản xuất vào mùa khô do địa hình phức tạp, đường bờ biển kéo dài, hệ thống điều tiết nước ngọt khó khăn do nhiễm nước mặn. Mưa lũ ở Bắc Trung bộ thường xảy ra từ tháng 7 đến tháng 10, như vậy, trong sản xuất nông nghiệp vùng cần có kỹ thuật làm đất, giống và bố trí mùa vụ thích hợp để tránh né các điều kiện thời tiết khắc nghiệt và bất thường. Nhìn chung, vùng Bắc Trung Bộ nằm trong vùng khí hậu có nhiều đặc thù, phân bố rõ rệt trên toàn lãnh thổ và theo các mùa, tạo điều kiện cho nhiều loại cây trồng phát triển. Khí hậu có phần khắc nghiệt, đặc biệt là bão và gió Tây Nam gây trở ngại không nhỏ cho sự phát triển chung, nhất là sản xuất nông nghiệp. Mùa hè có gió Lào khô nóng thổi xen kẽ từ tháng 4 đến tháng 8 và tháng 10 đến tháng 3 64 năm sau có gió mùa đông bắc lạnh và ẩm. Gió mạnh làm cát bay tạo thành các cồn cát di động và vùi lấp làng mạc. Mưa lớn và tập trung vào mùa mưa tạo thành các suối cát, lũ cát. Đất cát không có khả năng giữ nước nên trong mùa khô mực nước ngầm tụt xuống quá sâu, thiếu nước nghiêm trọng cho sản xuất nông nghiệp và đời sống. Đặc điểm của vùng này là đất xấu, nghèo mùn, nghèo đạm và các chất dinh dưỡng khác, tỷ lệ cát thường chiếm 95%. 3.1.2. Hiện trạng sản xuất trên đất cát biển vùng Bắc Trung Bộ 3.1.2.1.Thực trạng và các loại sử dụng đất cát biển vùng Bắc Trung Bộ Kết quả điều tra 160 hộ đại diện cho vùng Bắc Trung bộ (bảng 3.1) cho thấy bình quân diện tích đất nông nghiệp ở vùng Bắc Trung bộ là 5.941 m2/hộ. Tuy nhiên có sự khác biệt lớn về diện tích giữa các hộ nông dân lớn và nhỏ, diện