Quy trình tưới tiêu khoa học cho lúa, giảm phát thải khí nhà kính (CH4, N2O) vùng đồng bằng sông Hồng

KHOA HỌC CÔNG NGHỆ TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 50 - 2018 1 QUY TRÌNH TƯỚI TIÊU KHOA HỌC CHO LÚA, GIẢM PHÁT THẢI KHÍ NHÀ KÍNH (CH4, N2O) VÙNG ĐỒNG BẰNG SÔNG HỒNG Lê Xuân Quang Viện Nước, Tưới tiêu và Môi trường Tóm tắt: Quy trình tưới tiêu khoa học cho lúa, tiết kiệm nước, giảm phát thải khí nhà kính theo kinh nghiệm từ Nhật Bản là kết quả nghiên cứu từ đề tài hợp tác quốc tế theo nghị định thư với Nhật Bản, đề tài được nghiên cứu thử nghiệm trong 6 vụ (2015÷2017) tại xã Phú Thịnh, huyện Kim Động, tỉnh Hưng Yên theo 3 công thức tưới: công thức tưới khô kiệt (giai đoạn rút nước khi mực nước ruộng ở mức -15 cm so với mặt ruộng mới tưới lại), công thức tưới khô vừa (giai đoạn rút nước khi mực nước ruộng ở mức -5 cm so với mặt ruộng mới tưới lại) và công thức tưới truyền thống có tổng diện tích khu thí nghiệm 50,2 ha. Kết quả cho lượng nước tưới trung bình của khô kiệt bằng 65,7% và khô vừa và bằng 74,2% so với khu truyền thống. Khu khô vừa cho năng suất cao nhất 7,60 tấn/ha. Lượng phát thải khí nhà kính trong 3 năm công thức tưới khô kiệt thấp nhất, tiết kiệm được 35,47% và công thức tưới khô vừa giảm được 30,21% so với công thức tưới truyền thống; lượng phát thải khí CH4 vụ Mùa gấp từ 1,97 đến 7,13 lần vụ xuân. Từ kết quả nghiên cứu, đề tài đề xuất quy trình tưới tiêu khoa học cho lúa áp dụng cho vùng ĐBSH là kết hợp giữa công thức tưới khô vừa và khô kiệt (giai đoạn rút nước khi mực nước ruộng ở mức -10 cm so với mặt ruộng thì mới tưới lại); quy trình có tổng lượng nước tưới vụ Xuân từ 3100÷3900 m3/ha; vụ Mùa từ 2500÷3400 m3/ha. Từ khóa: Quản lý nước mặt ruộng lúa, kỹ thuật tưới khô ướt xen kẽ, giảm phát thải khí nhà kính. Summary: The process of scientific irrigation for rice, water saving, and greenhouse gas emission reduction according to the experience of Japan is the result of research on the international cooperation project under the Protocol with Japan. The subject was tested in 6 crops (2015 ÷ 2017) in Phu Thinh commune, Kim Dong district, Hung Yen province by 3 irrigation formulas: Strong dry irrigation formula (drainage stage when the water level is -15 cm compared to the newly irrigated field surface), weak dry irrigation formula (drainage period when the water level is -5 cm compared to the newly irrigated field surface) and traditional irrigation formula with a total area of 50.2 hectares . As a result, the average irrigation water volume of the strong dry plot was 65.7% and the weak dry plot was 74.2% compared to the traditional one. The weak dry area gives the highest yield of 7.60 tons/ha. The greenhouse gas emission in the three years, strong dry irrigation formula was the lowest , saved 35.47% and the weak dry irrigation formula has reduced 30.21% compared to the traditional irrigation formula; the CH4 emission of the crop is from 1.97 to 7.13 times higher than that of the spring crop. From the research results, the proposed method of irrigation for rice applied to the Red River Delta is the combination of the weak dry irrigation formula and strong dry irrigation formula (drainage period when the water level is -10 cm compared to the field surface that to be re-irrigated); The process has total spring irrigation water from 3100 ÷ 3900 m3/ha; the autumn - summer crop is from 2500 ÷ 3400 m3/ha. Keywords: Paddy field water management; Wetting and drying irrigation; Green house gas emission reduction. 1. GIỚI THIỆU CHUNG* Tại Việt Nam, nông nghiệp là ngành sử dụng nước nhiều nhất. Số liệu thống kê lượng nước sử dụng hàng năm cho sản xuất nông nghiệp khoảng 93 tỷ m3, công nghiệp 17,3 tỷ m3, sinh hoạt 3,09 tỷ m3 và dịch vụ 2,0 tỷ m3. Trong sản Ngày nhận bài: 16/8/2018 Ngày thông qua phản biện: 23/10/2018 xuất nông nghiệp, nước dùng cho canh tác lúa là chủ yếu; tập quán canh tác lúa nước truyền thống của người dân Việt Nam hiện tốn rất nhiều nước. Lượng nước tưới mặt ruộng từ 4.500÷5.500 m3/ha cho vụ Mùa và từ 5.500÷6.500 m3/ha cho vụ xuân, chưa kể lượng Ngày duyệt đăng: 15/11/2018 KHOA HỌC CÔNG NGHỆ TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 50 - 2018 2 nước lãng phí do quản lý nước tưới không hiệu quả. Cùng với tiêu tốn nước, hoạt động trồng lúa nước phát thải ra môi trường một lượng khí nhà kính không nhỏ, vì vậy quản lý nước tiết kiệm, giảm phát thải khí nhà kính là xu thế phát triển nông nghiệp bền vững hiện tại và tương lai. Trong nghiên cứu này đã theo dõi trên diện tích 50,2 ha canh tác lúa, được chia làm 3 khu vực ứng với 03 chế độ tưới: khu tưới truyền thống (C), khu tưới khô vừa (W) và khu tưới khô kiệt (S). Trong mỗi khu vực chúng tôi chọn 2 ô nghiên cứu điển hình, việc quản lý nước tiết kiệm được thực hiện bằng cách sử dụng một số cống điều tiết để kiểm soát nước tưới tiêu và một số thiết bị đo mực nước tự động và quan sát trực tiếp tại hiện trường. Hình 1. Vị trí xã Phú Thịnh khu vực thí nghiệm Khí nhà kính (GHG) được lấy mẫu và phân tích tại phòng thí nghiệm của Trường Đại học Kyoto, thời gian tiến hành thí nghiệm từ vụ Xuân 2015 đến hết vụ Mùa năm 2017. Kết quả nghiên cứu về quy trình tưới tiêu khoa học cho lúa, giảm phát thải khí nhà kính là một phần của đề tài nghị định thư hợp tác nghiên cứu giữa Viện Nước, Tưới tiêu và Môi trường với Trường Đại học Kyoto và công ty Kitai Seikkei, Nhật Bản. 2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Vị trí khu thí nghiệm Thí nghiệm được tiến hành tại các cánh đồng ở xã Phú Thịnh, huyện Kim Động, tỉnh Hưng Yên (21°25'N, 105°46'E) (hình 1). Đây thuộc vùng trung tâm của đồng bằng sông Hồng. Diện tích khu vực nghiên cứu khoảng 50,2 ha. Mùa mưa thường kéo dài từ cuối tháng 4 đến tháng 10. Lượng mưa trong mùa mưa chiếm 70% lượng mưa hàng năm. Lượng mưa trung bình hàng năm là 1.500 mm, nhiệt độ trung bình là 23,2 °C, và độ ẩm tương đối trung bình là 83%. Tại Phú Thịnh, lúa được sản xuất hai vụ trong năm; vụ Xuân và vụ Mùa. 2.2. Bố trí khu thí nghiệm Thí nghiệm được thực hiện trên quy mô có diện tích 50,2 ha; khu vực thí nghiệm được bố trí tại các đội 8,9,10 và 11 của xã Phú Thịnh, với 3 công thức tưới như sau: + Khu tưới khô kiệt: diện tích 9,1 ha; + Khu tưới khô vừa: 8,11 ha; + Khu truyền thống: 32,99 ha. Trong mỗi khu lựa chọn 2 ô ruộng để nghiên cứu điển hình: ô khô kiệt 2 hộ, kí hiệu S1 và S2, diện tích 1.690,3 m2; ô khô vừa, 2 hộ, ký hiệu W1, W2, diện tích 1.591,3 m2; ô truyền thống 2 hộ, ký hiệu C1, C2, diện tích 2.304 m2. 2.2.1. Hệ thống cấp nước tưới: Nguồn nước tưới cho toàn bộ khu vực thuộc hệ thống thủy nông Bắc Hưng Hải, qua sông Tân Giang. Nước cấp cho khu vực thí nghiệm bằng trạm bơm 2 máy (công suất 1.400 m3/h và 1.000 m3/h), hiện trạm KHOA HỌC CÔNG NGHỆ TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 50 - 2018 3 bơm hoạt động tốt và do hợp tác xã nông nghiệp Phú Thịnh quản lý vận hành. 2.2.2. Công trình điều tiết trong hệ thống: Đề tài Nghị định thư đã đầu tư xây dựng 15 cống điều tiết nước, 3 máng đo lưu lượng trong khu vực thí nghiệm; các cống được xây bằng gạch, có phai đóng mở, thuận tiện cho việc điều tiết, phân phối nước. 2.2.3. Công trình chống thất thoát nước mặt ruộng: Để chống thất thoát nước cho các ô ruộng, chúng tôi đã sử dụng bao tải cát, tấm nhựa plastic có chiều cao 40 cm trong đó 20 cm chôn dưới mặt ruộng. Để chủ động lấy nước và xác định lượng nước lấy vào ruộng, tại các ô ruộng lắp đặt các ống PVC có nắp. 2.2.4. Thiết bị đo mực nước mặt ruộng và kênh: Để giám sát và quản lý nước tại mặt ruộng, thí nghiệm đã bố trí các thiết bị đo tự động và các thiết bị quan trắc mực nước bằng mắt thường (ống quan trắc). Các sensor đo mực nước tự động được gắn tại mặt ruộng và đầu các kênh tưới vào các khu và trên kênh chính. Trong mỗi ô ruộng thí nghiệm lắp đặt 03 thiết bị đo mực nước tự động, 02 cảm biến độ ẩm, 02 cảm biến đo độ dẫn điện trong đất được nối vào tủ để ghi tự động, và được đặt ở bên cạnh ô thí nghiệm. Máy đo mực nước (S&DL mini, Oyo Corp.) được lắp đặt tại một số cửa cống lấy nước trên kênh để đo mực nước của kênh. Lượng nước mặt ruộng được đo bằng cảm biến mực nước (WT-HR, Intech Instruments LTD); máy đo Eh (DIK-3046, Daiki Rika Kogyo Co., Ltd.) được lắp đặt ở độ sâu 5 cm, 15 cm và 30 cm cm tại các ô C1, W1 và S1. Các bộ cảm biến độ ẩm đất (5TE, Decagon Devices, Inc.) đo hàm lượng nước trong đất, Ec và nhiệt độ đất. Hình 2: Sơ đồ khu thí nghiệm KHOA HỌC CÔNG NGHỆ TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 50 - 2018 4 Hình 3. Ảnh thiết bị đo mực nước trên ruộng, đo khí tượng 2.2.5 Thiết bị đo khí tượng khu vực thi nghiệm. Dữ liệu khí tượng được đo tại mái nhà ông Nguyễn Văn La gần khu vực thí nghiệm tại cao độ khoảng 10 m so với mặt đất. Thiết bị đo mưa ECRN-100 (Decagon Devices, Inc.), thiết bị đo nhiệt độ Davis cup (Decagon Devices, Inc.), cảm biến bức xạ mặt trời PYR (Decagon Devices, Inc) ), và một cảm biến nhiệt độ, cảm biến áp suất hơi VP-3 (Decagon Devices, Inc.) với một tấm chắn phóng xạ đã được lắp đặt - dữ liệu được thu thập mỗi thời đoạn 10 phút/lần (hình 3). 2.2.6. Quy trình quản lý nước mặt ruộng KHOA HỌC CÔNG NGHỆ TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 50 - 2018 5 Hình 4. Sơ đồ quản lý nước trên ruộng lúa Quản lý nước truyền thống là quản lý nước tưới ngập thường xuyên. Trong khu khô vừa, khi mực nước trong ống chôn trên ruộng giảm xuống đến độ sâu -5 cm mới tưới. Trong khu khô kiệt, khi mực nước trong ruộng hạ xuống đến độ sâu -15 cm mới tưới. a) Tưới truyền thống (b) Tưới khô vừa (c) Tưới khô kiệt KHOA HỌC CÔNG NGHỆ TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 50 - 2018 6 Hình 5. Quy trình quản lý nước mặt ruộng 2.2.7. Mùa vụ, giống lúa và nền phân bón Bảng 1: Giống, mật độ gieo cấy trong toàn khu thí nghiệm (2015÷2017) Hạng mục Đơn vị Năm 2015 Năm 2016 Năm 2017 Xuân Mùa Xuân Mùa Xuân Mùa Thời gian cấy Ngày 6/2/2015 26/6/2015 19÷22/2/2016 2÷4/7/2016 15÷17/2/2017 5/7/2017 Thời gian thu hoạch Ngày 4/6/2015 22/9/2015 15/6/2016 20/9/2016 20/6/2017 25/9/2017 Giống lúa Tên Bắc thơm Thiên ưu 8 TBR225 N25 Thiên ưu 8 Thiên ưu 8 Mật độ cấy Khóm/m2 36 36 36 36 36 36 Phân bón: Lượng phân bón cho khu vực dự án thực hiện theo quy trình hướng dẫn chung toàn khu vực. Bón lót: Phân NPK (16-16-8)*3: 140kg/ ha; Phân lân P 416 kg/ha. Bón thúc: (sau cấy 7 ngày): phân NPK (16-16-8)*3: 280 kg/ha; phân đạm Ure 110 kg/ha. Bón giai đoạn để nhánh: khoảng 25 ngày sau cấy. Bón giai đoạn đón đòng: KCL 3*5 : 110 kg/ha; NPK (16-16-8)*3: 190 kg/ha. 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 3.1. Điều kiện khí tượng Hình 6 cho thấy lượng mưa ngày, nhiệt độ không khí trung bình hàng ngày ở cả hai vụ. Tổng lượng mưa vụ Xuân 244,6 mm và vụ Mùa 634,8mm. Mỗi vụ được chia thành ba giai đoạn: cấy bén rể đến đẻ nhánh (vụ Xuân: 6/2 đến 29/3, vụ Mùa: từ 26/6 đến 13/7), sau đẻ nhánh đến đón đòng (vụ Xuân: 30/3 đến 9/4, vụ Mùa: 14/7 đến 25/7), và sau đón đòng đến thu hoạch (vụ Xuân: 10/4 đến 4/6, vụ Mùa: 26/7 đến 22/9). Lượng mưa trong ba giai đoạn lần lượt là 68 mm, 5,4 mm và 171,2 mm cho vụ Xuân và tương ứng 44,2 mm, 85,6 mm và 505 mm vào vụ Mùa. Tương ứng nhiệt độ không khí là 250C vụ Xuân và 29,30C vụ Mùa. Hình 6. Biểu đồ lượng mưa và nhiệt độ vụ Xuân (trái) và mùa (phải) 2015 Hình 7 thể hiện lượng mưa ngày và nhiệt độ không khí trung bình hàng ngày ở cả hai vụ năm 2016, lượng mưa toàn vụ Xuân (19/2÷15/6) là 586,2 mm; vụ Mùa (20/6÷25/9) là 1192,8 mm, lượng mưa vụ mùa nhiều gấp 2 lần vụ Xuân. 0 10 20 30 40 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 1-Mar 15-Mar 29-Mar 12-Apr 26-Apr 10-May 24-May 7-Jun Temp.(℃) Precip.(mm d -1) winter-spring season ｃ a b 0 10 20 30 40 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 26-Jun 8-Jul 20-Jul 1-Aug 13-Aug 25-Aug 6-Sep 18-Sep Temp.(℃) Precip.(mm d-1) summer-autumn season a b c KHOA HỌC CÔNG NGHỆ TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 50 - 2018 7 Hình 7. Biểu đồ lượng mưa và nhiệt độ vụ Xuân (trái) và Mùa (phải) 2016 Hình 8. Biểu đồ giữa lượng mưa và nhiệt độ vụ xuân (trái) và mùa (phải) 2017 Năm 2017, lượng mưa toàn vụ Xuân (26/2÷11/6/2017) là 397,0 mm; vụ Mùa (1/6- 21/9) là 1012,2mm. Vụ Xuân có 48 ngày mưa, ngày mưa lớn nhất 28/7 là 103 mm. Vụ Mùa có 73 ngày mưa, trung bình 1,5 ngày/trận mưa, ngày 17/7 có lượng mưa lớn nhất là 114 mm. Tổng lượng mưa trong năm 2017 ít hơn 2016. 3.2. Lượng nước tưới Lượng nước tưới trong các năm phụ thuộc vào lượng mưa và thời điểm mưa, thời điểm nhu cầu tưới và nguồn nước cấp từ sông Tân Giang,vv...Vụ Xuân 2015, lượng nước tưới của 3 khu thí nghiệm đều thấp, trong khi lượng mưa vụ Xuân 2015 chỉ bằng 42% lượng mưa vụ Xuân 2016. Lượng nước tưới vụ Xuân 2015 cao hơn vụ Xuân 2016 ở các công thức tưới lần lượt là 118%, 125% và 112,3%, nguyên nhân lúc cần tưới trong vụ Xuân 2015 lượng nước ngoài kênh Tân Giang (nguồn nước cấp tưới) cạn kiệt, vì vậy có lúc mực nước trong các ống quan trắc trong ruộng hạ sâu đến 25 cm vẫn chưa có nước để tưới, trong khi theo quy trình, mực nước trong ống quan trắc hạ thấp 15 cm (khô kiệt) và 5 cm (khô vừa) so với mặt ruộng thì tưới. Năm 2017, lượng nước tưới thấp nhất so với các năm 2015 và 2016; do lượng mưa năm 2017 khá lớn và có số ngày mưa nhiều và đều; vụ Xuân có 48 ngày mưa, vụ mùa có 73 ngày mưa, do đó không phải tưới trong suốt vụ mùa; lượng nước chỉ sử dụng cho làm đất xem như bằng nhau. Tại 3 khu thí nghiệm, lượng nước tưới trung bình của khô kiệt bằng 65,7% và khô vừa bằng 74,2% so với khu đối chứng. Nhìn chung 2 công thức thí nghiệm có tổng mức tưới tiết kiệm so với hướng dẫn tưới tiết kiệm nước, giảm phát thải khí nhà kính của TS. Nguyễn Việt Anh [3] từ 37÷72%. 0 5 10 15 20 25 30 35 400 20 40 60 80 100 120 140 160 180 1- Ja n- 16 11 -J an -1 6 21 -J an -1 6 31 -J an -1 6 10 -F eb -1 6 20 -F eb -1 6 1- M ar -1 6 11 -M ar -1 6 21 -M ar -1 6 31 -M ar -1 6 10 -A pr -1 6 20 -A pr -1 6 30 -A pr -1 6 10 -M ay -1 6 20 -M ay -1 6 30 -M ay -1 6 9- Ju n- 16 2016 xuân Daily Precip(mm/d) . Average air temp (OC) 20 25 30 35 400 50 100 150 200 250 300 350 16 -J un -1 6 23 -J un -1 6 30 -J un -1 6 7- Ju l- 16 14 -J ul -1 6 21 -J ul -1 6 28 -J ul -1 6 4- A ug -1 6 11 -A ug -1 6 18 -A ug -1 6 25 -A ug -1 6 1- S ep -1 6 8- S ep -1 6 15 -S ep -1 6 2016 mùa Daily Precip(mm/d) . 0 20 40 60 80 100 12010 15 20 25 30 35 40 26 /0 2 05 /0 3 12 /0 3 19 /0 3 26 /0 3 02 /0 4 09 /0 4 16 /0 4 23 /0 4 30 /0 4 07 /0 5 14 /0 5 21 /0 5 28 /0 5 04 /0 6 11 /0 6 2017 xuân Daily Precip(mm/d) Average air temp 0 20 40 60 80 100 12020 25 30 35 40 01 /0 6 08 /0 6 15 /0 6 22 /0 6 29 /0 6 06 /0 7 13 /0 7 20 /0 7 27 /0 7 03 /0 8 10 /0 8 17 /0 8 24 /0 8 31 /0 8 07 /0 9 14 /0 9 21 /0 9 2017 mùa Daily Precip(mm/d) Average air temp (C0) KHOA HỌC CÔNG NGHỆ TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 50 - 2018 8 Bảng 2: Lượng nước tưới cho các vụ năm 2015 ÷2017 Khu thí nghiệm Năm 2015 Năm 2016 Năm 2017 Xuân (m3/ha) Mùa (m3/ha) Xuân (m3/ha) Mùa (m3/ha) Xuân (m3/ha) Mùa (m3/ha) Khô kiệt 2.496 2.713 2.098 2.899 1.605 1.480 Khô vừa 2.825 3.037 2.260 3.368 2.045 1.480 Truyền thống 3.985 4.178 3.559 4.239 2.795 1.480 3.3 Mực nước mặt ruộng Hình 9. Mực nước trên các ô ruộng thí nghiệm vụ Xuân (trái) và mùa (phải) 2015 Vụ Xuân lớp nước mặt ruộng trên 5cm trong giai đoạn từ cấy bén rể đến kết thúc đẻ nhánh. Giai đoạn kết thúc đẻ nhánh đến giai đoạn đón đòng, số liệu về mực nước ruộng và mực nước kênh có từ 3 đến 5 lần tưới, ngoại trừ ô S2, và chỉ hai lần tưới được thực hiện tại ô S2. Trong quá trình thí nghiệm, chủ hộ của lô S2 đã cố gắng bơm nước bổ sung khi mực nước trong ống quan trắc (hình 9) xuống khô kiệt, kế hoạch quản lý nước lần đầu ở lô W1, W2 và S1 đã không được thực hiện đúng quy trình. Sau ngày 9 tháng 5, mực nước ruộng tăng lên do lượng mưa. Quản lý nước trong giai đoạn này gặp nhiều khó khăn, và việc quản lý nước đã bị ảnh hưởng do mưa thường xuyên. Hình 10: Mực nước trên các ô ruộng thí nghiệm vụ Xuân (trái) và mùa (phải) 2016 Hình 10 thể hiện mực nước trong các ô ruộng thí nghiệm của năm 2016. Vụ Xuân 2016 mực nước trong ruộng luôn ở mức cao do mưa nhiều, mực nước trong ruộng thấp nhất vào 20/5/2016, tại các khu thí nghiệm khô kiệt và 1 khu khô vừa xuống 20 cm, trong toàn vụ xuân, việc rút nước -30 -20 -10 0 10 20 30 26-Jun 08-Jul 20-Jul 01-Aug 13-Aug 25-Aug 06-Sep 18-Sep P ad d y w a te r le ve l ( cm ) summer-autumn season C1 C2 W1 W2 S1 S2 a b c -30 -20 -10 0 10 20 30 01-Mar 15-Mar 29-Mar 12-Apr 26-Apr 10-May 24-May 07-Jun P ad d y w at e r le ve l( cm ) winter-spring season C1 C2 W1 W2 S1 S2 a b c -25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 0 4/ 0 3 /2 01 6 1 1/ 0 3 /2 01 6 1 8/ 0 3 /2 01 6 2 5/ 0 3 /2 01 6 0 1/ 0 4 /2 01 6 0 8/ 0 4 /2 01 6 1 5/ 0 4 /2 01 6 2 2/ 0 4 /2 01 6 2 9/ 0 4 /2 01 6 0 6/ 0 5 /2 01 6 1 3/ 0 5 /2 01 6 2 0/ 0 5 /2 01 6 2 7/ 0 5 /2 01 6 A xi s T it le 2016 xuân C1 C2 W1 W2 S1 S2 -25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25 30 09 /0 7/ 20 16 16 /0 7/ 20 16 23 /0 7/ 20 16 30 /0 7/ 20 16 06 /0 8/ 20 16 13 /0 8/ 20 16 20 /0 8/ 20 16 27 /0 8/ 20 16 03 /0 9/ 20 16 10 /0 9/ 20 16 A xi s T it le 2016 mùa C1 C2 W1 W2 KHOA HỌC CÔNG NGHỆ TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 50 - 2018 9 được thực hiện 4 đợt. Vụ Mùa có 6 đợt mực nước trong ruộng xuống thấp hơn mức 0 cm. Mức sâu nhất vào đợt 13/8 là 22 cm ở khu khô kiệt. Nhìn chung năm 2016 do hiện tượng mưa nhiều nên việc quản lý điều hành rút nước theo quy trình đề ra cũng bị ảnh hưởng. Hình 11. Mực nước trên các ô ruộng thí nghiệm vụ Xuân (trái) mùa (phải) năm 2017 Hình 11 thể hiện mực nước trong các ống quan trắc trong các ô thí nghiệm. Năm 2017 là năm có lượng mưa khá lớn và rải đều; vụ Xuân có 48 ngày mưa, trung bình 2,29 ngày/lần mưa; vụ Mùa có 73 ngày mưa, trung bình 1,3 ngày/lần mưa. Mưa nhiều và rải đều đã ảnh hưởng không nhỏ đến quản lý nước tại mặt ruộng. Mực nước mặt ruộng vụ Xuân 2017 có sự chênh lệch giữa ô khô kiệt với truyền thống đợt giữa tháng 4 và trung tuần tháng 5 năm 2017. Vụ Mùa việc rút nước được thực hiện giai đoạn 28/7 đến 4/8 và đợt 11/8 đến 18/8/2017 có sự chênh lớn, mực nước trong ruộng có thời điểm rút xuống tới - 25 cm. 3.4. Năng suất cây trồng Kết quả thí nghiệm về năng suất của các khu thí nghiệm quản lý nước tiết kiệm từ năm 2015 đến 2017 được thể hiện trong bảng 3. Mật độ gieo cấy trong các ô thí nghiệm trung bình 36 khóm/m2. Kết quả năng suất 6 vụ của năm 2015 ÷ 2017 cho thấy năng suất của các vụ cấy bằng giống lúa thuần Việt chất lượng gạo ngon nhưng năng suất không cao. Trong các công thức thí nghiệm, khu khô vừa cho năng suất cao nhất. Riêng vụ Xuân năm 2016, khu khô kiệt cho năng suất cao nhất, cao hơn 1% so với khô vừa và 6% so với khu truyền thống. Bảng 3: Năng suất khu thí nghiệm chế độ tưới (2015 ÷2017) Khu thí nghiệm/giống Năm 2015 Năm 2016 Năm 2017 Xuân Mùa Xuân Mùa Xuân Mùa Giống Bắc thơm Thiên ưu 8 TBR225 N25 Thiên ưu 8 Thiên ưu 8 Khô kiệt (S) 5,81 5,5 6,73 6,57 5,86 6.17 Khô vừa (W) 6,92 6,6 6,61 6,71 7,26 7,60 Truyền thống © 6,25 5,9 6,37 6,67 6,40 7,10 3.5 Lượng phát thải khí nhà kính Từ kết quả đo đạc ta có các biểu đò thể hiện sự phát thải quy đổi ra CO2e Nhìn vào biểu đồ ta thấy, diễn biến sự phát thải khí nhà kính quy đổi của khí N20 và CH4 về khí CO2 vụ Xuân của các năm là giống nhau. Cụ thể tại khu canh tác truyền thống (C) có mức phát thải khí nhà kính lớn nhất, thấp hơn là khu canh -30.0 -25.0 -20.0 -15.0 -10.0 -5.0 .0 5.0 10.0 15.0 20.0 25.0 30.0 27 /0 2 06 /0 3 13 /0 3 20 /0 3 27 /0 3 03 /0 4 10 /0 4 17 /0 4 24 /0 4 01 /0 5 08 /0 5 15 /0 5 22 /0 5 29 /0 5 C H IỀ U C A O N Ư Ớ C T R O N G H Ố ( cm ) Vụ Xuân S1 S2 -30.0 -25.0 -20.0 -15.0 -10.0 -5.0 .0 5.0 10.0 15.0 20.0 25.0 30.0 14 /0 7 21 /0 7 28 /0 7 04 /0 8 11 /0 8 18 /0 8 25 /0 8 01 /0 9 08 /0 9 15 /0 9 22 /0 9 C H IỀ U C A O N Ư Ớ C T R O N G H Ố ( cm ) Vụ Mùa S1 S2 KHOA HỌC CÔNG NGHỆ TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 50 - 2018 10 tác theo phương pháp tưới khô vừa (W) và thấp nhất là khu tưới khô kiệt (S). Mặc dù diễn biến phát thải khí của các năm là giống nhau, nhưng lượng phát thải lại có sự chênh lệch rõ rệt. Mức phát thải trung bình của năm 2015 của 3 khu canh tác khoảng 2,43g/m2.ngày, năm 2017 khoảng 3,5g/m2.ngày và trung bình lớn nhất là năm 2016 có mức phát thải khoảng 9,56g/m2.ngày. Diễn biến phát thải khí CH4 cũng có quy luật tương tự khi thu được giá trị phát thải lớn nhất tại khu canh tác theo phương pháp truyền thống, giảm dần về khu khô vừa và nhỏ nhất tại khu tưới khô kiệt. Hình 12. Biểu đồ biểu thị phát thải KNK quy đổi ra CO2e vụ Xuân 2015,2016,2017 Trong khi diễn biến của phát thái khí N2O là khác nhau giữa các năm, mức phát thải quy đổi của N2O có xu hướng giảm dần ở khu khô vừa và khô kiệt (2015) và tăng dần từ khu khô kiệt, khô vừa đạt giá trị lớn nhất đo được tại khu canh tác truyền thống. Năm 2017 có sự thay đổi rõ rệt về tổng mức khí N2O quy đổi, khu khô vừa có giá trị lớn nhất (0,63g/m2.ngày) mặc dù không có sự chênh lệch quá lớn giữa các khu ruộng S đạt 0,5g/m2.ngày; C đạt 0,43g/m2.ngày. Kết quả đo tại vụ Mùa , chúng tôi tiếp tục tiến hành so sánh xu hướng xảy ra sự phát thải khí CH4 và N2O quy đổi giữa các năm. Nhận thấy từ biểu đồ sự phát thải khí nhà kính vụ Mùa , diễn biến của năm 2016 và 2017 tương đối giống nhau: lớn nhất tại khu C và thấp nhất tại khu W. Chỉ riêng 2015 tổng mức phát thải quy đổi đo được tăng dần từ khu C đến khu S. Tuy nhiên giá trị thu được tại khu C năm 2016 lớn hơn năm 2017 (36,77g/m2.ngày > 18,56g/m2. ngày) còn khu W và khu S là gần xấp xỉ nhau. Qua biểu đồ hình 12 và 13, chúng ta thấy rằng, sự khác biệt rõ rệt về diễn biến phát thải khí nhà kính quy đổi của các khu ruộng canh tác giữa 2 vụ Xuân và vụ Mùa . Như đã phân tích ở trên, vụ Xuân khu C có giá trị quy đổi lớn nhất, thấp nhất là khu S, tuy nhiên tại vụ Mùa giá trị quy đổi của khu S thu được là tương đối lớn mặc dù vẫn còn thấp hơn so với khu C. Duy nhất vụ Mùa 2015 thì giá trị khu S cao hơn khu W và khu C, mặc dù vậy thì sự chênh lệch giữa khu S và khu W không quá lớn và có giá trị tương đương ở cả 3 năm. Một điểm khác biệt dễ nhận thấy qua 2 vụ của từng năm: vụ Mùa có lượng phát thải khí nhà kính tương đối lớn khi biên độ dao động giữa các khu thí nghiệm từ 20g/m2. ngày – 40g/m2.ngày, trong khi vụ Xuân thường rất thấp, thậm chí dưới mức 5g/m2.ngày. -1 0 1 2 3 4 C W S (g /m 2 .n gà y) Vụ Xuân 2015 N2O CH4 -5 0 5 10 15 20 C W S g/ m 2 .n gà y) Vụ Xuân 2016 0 2 4 6 8 C W S g/ m 2 .n gà y) Vụ Xuân 2017 N2O CH4 KHOA HỌC CÔNG NGHỆ TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 50 - 2018 11 Nguyên nhân chủ yếu là do thời gian rút nước tại các khu ruộng W và S trùng vào các ngày mưa kéo dài, lượng nước lưu trên mặt ruộng luôn sẵn có. Tạo điều kiện thuận lợi cho việc phát thải khí CH4 trên các ô ruộng thí nghiệm cũng như các ô ruộng trong khu vực thí nghiệm. Hình 13. Biểu đồ biểu thị phát thải KNK quy đổi ra CO2e vụ Mùa 2015,2016,2017 3.6 Quy trình tưới tiêu khoa học cho lúa, giảm phát thải khí nhà kính vùng ĐBSH, kinh nghiệm từ Nhật Bản + Thời kỳ đổ ải: Duy trì lớp nước mặt ruộng 3÷5cm. Lượng nước tưới từ 1.200 m3/ha ÷ 1.500 m3/ha trong 3 ÷ 5 ngày với mực nước tưới 300  500 m3/ha/ngày. + Giai đoạn lúa hồi xanh - đẻ nhánh: từ ngày thứ 030 ngày sau cấy (30 ngày), duy trì lớp nước mặt ruộng 23 cm, nếu gặp mưa lớn tháo nước giữ ở mức 23 cm (chú ý phải tiêu thoát nước trong thời gian 01 ngày). Giai đoạn này tưới khoảng 2÷3 đợt, mỗi đợt 300 m3/ha. + Giai đoạn cây lúa cuối đẻ nhánh: từ ngày thứ 3142 sau cấy (12 ngày), phơi khô ruộng 12 ngày để hạn chế đẻ nhánh vô hiệu. + Giai đoạn lúa hình thành bông: từ ngày 43÷49 sau cấy (7 ngày), tưới giữ ẩm lớp nước mặt ruộng 1 ÷ 2 cm, khi mực nước rút xuống thấp hơn mặt ruộng 10 cm thì tưới lại, tiếp tục quy trình như vậy trong thời gian 7 ngày. Trong giai đoạn này tưới 1 đợt 300 m3/ha. + Giai đoạn lúa làm đòng- trổ bông: từ ngày 50 ÷ 77 sau cấy (28 ngày), tưới giữ ẩm lớp nước mặt ruộng 1,0÷2 cm. Trong giai đoạn này tưới khoảng 2 đợt 300 m3/ha. + Giai đoạn lúa ngậm sữa và chắc xanh: từ ngày thứ 78÷100 sau cấy (23 ngày), tưới giữ ẩm lớp nước mặt ruộng 1 ÷ 2 cm, khi mực nước rút xuống thấp hơn mặt ruộng 10 cm thì tưới lại, tiếp tục quy trình như vậy trong thời gian 23 ngày. Nếu gặp mưa phải tháo nước trên ruộng xuống còn 1÷2 cm trong ngày. Trong giai đoạn này tưới khoảng 2 đợt, mỗi đợt từ 200÷300 m3/ha. + Giai đoạn lúa chín – thu hoạch: từ ngày thứ 101 ÷110 sau cấy (10 ngày): Tháo cạn nước, để khô ruộng đến khi thu hoạch. 0 10 20 C W S g/ m 2 .n gà y) Mùa 2015 N2O CH4 0 50 C W S g/ m 2 .n gà y) Mùa 2016 N2O CH4 -20 0 20 40 C W Sg /m 2 .n gà y) Mùa 2017 N2O CH4 KHOA HỌC CÔNG NGHỆ TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 50 - 2018 12 Hình 14. Quy trình tưới vụ Xuân – vùng ĐBSH Bảng 4: Tổng hợp quy trình tưới cho lúa vụ Xuân (110 ngày) TT Giai đoạn sinh trưởng Thời gian (ngày thứ) Quản lý nước mặt ruộng Quy trình tưới 1 Đổ ải (3÷ 5) ngày Duy trì 3÷5 cm (1.200 ÷1.500) m3/ha 2 Giai đoạn lúa hồi xanh đẻ nhánh Ngày thứ 0÷30 sau cấy (30 ngày) Duy trì 2÷3 cm Tưới 2÷3 đợt; mỗi đợt 300 m3/ha 3 Giai đoạn cuối đẻ nhánh Ngày thứ 31 ÷ 42 sau cấy (12 ngày) Tháo cạn, phơi khô mặt ruộng Không tưới 4 Giai đoạn lúa hình thành bông Ngày thứ 43÷49 sau cấy (7 ngày) Tưới giữ ẩm lớp nước mặt ruộng 1,0÷2cm, khi mực nước rút xuống thấp hơn mặt ruộng 10 cm thì tưới lại Tưới 1 đợt 300 m3/ha. 5 Giai đoạn lúa làm đòng và trổ bông Ngày thứ 50÷77 sau cấy (28 ngày) Tưới giữ ẩm lớp nước mặt ruộng 1÷2 cm Tưới 2 đợt, mỗi đợt 300 m3/ha. 6 Giai đoạn lúa ngậm sữa và chắc xanh Ngày thứ 78÷100 sau cấy (23 ngày) Tưới giữ ẩm lớp nước mặt ruộng 1÷2 cm, khi mực nước rút xuống thấp hơn mặt ruộng 10 cm thì tưới lại Tưới 2 đợt, mỗi đợt từ 200÷300 m3/ha. 7 Giai đoạn lúa chín – thu hoạch Ngày thứ 101 ÷110 sau cấy (10 ngày) Tháo cạn, phơi khô mặt ruộng Tổng lượng nước tưới cho cả vụ Xuân (3.100 ÷3.900) m3/ha/vụ 3.6.2 Lúa mùa (thời gian từ cấy đến thu hoạch trung bình 95 ngày) + Thời kỳ làm đất: duy trì lớp nước mặt ruộng 3÷5cm. Lượng nước làm đất 600 m3/ha ÷ 1.000 m3/ha trong 2÷3 ngày với mức tưới 300 m3/ha/ngày. + Giai đoạn lúa hồi xanh - đẻ nhánh: từ ngày thứ 0  20 ngày sau cấy (20 ngày), duy trì lớp nước mặt ruộng 23 cm, nếu gặp mưa tháo nước giữ ở mức 23 cm (chú ý phải tiêu thoát nước trong thời gian 01 ngày). Giai đoạn này tưới khoảng 2÷3 đợt, mỗi đợt 300 m3/ha. + Giai đoạn cây lúa cuối đẻ nhánh: từ ngày thứ 2130 sau cấy (10 ngày), phơi khô ruộng hạn chế đẻ nhánh vô hiệu. Nếu gặp mưa phải tháo kiệt ngay trong ngày. KHOA HỌC CÔNG NGHỆ TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 50 - 2018 13 + Giai đoạn lúa hình thành bông: từ ngày thứ 31 37 sau cấy (7 ngày), tưới giữ ẩm lớp nước mặt ruộng 1  2 cm, khi mực nước rút xuống thấp hơn mặt ruộng 10 cm thì tưới lại, tiếp tục quy trình như vậy trong thời gian 7 ngày. Nếu gặp mưa tháo nước giữ ở mức 12 cm (chú ý phải tiêu thoát nước trong thời gian 01 ngày); giai đoạn này tưới 1 đợt 300 m3/ha. + Giai đoạn lúa làm đòng và trổ bông: từ ngày thứ 38 ÷ 57 sau cấy (20 ngày), luôn giữ lớp nước mặt ruộng 1 ÷ 2 cm trong thời gian 20 ngày, giai đoạn này tưới 2 đợt 300 m3/ha. + Giai đoạn lúa ngậm sữa và chắc xanh: từ ngày thứ 58 ÷ 85 sau cấy (28 ngày), tưới giữ ẩm lớp nước mặt ruộng 1 ÷ 2 cm, khi mực nước rút xuống thấp hơn mặt ruộng 10 cm thì tưới lại, tiếp tục quy trình như vậy trong thời gian 28 ngày. Nếu gặp mưa phải tháo nước trên ruộng xuống còn 1 ÷ 2 cm trong ngày. Trong giai đoạn này tưới khoảng 2 đợt, mỗi đợt từ 200 ÷ 300 m3/ha. + Giai đoạn lúa chắc xanh - thu hoạch:từ ngày thứ 86 ÷95 sau cấy (10 ngày), để khô ruộng đến khi thu hoạch. Hình 15. Quy trình tưới vụ Mùa – vùng ĐBSH Bảng 5: Tổng hợp quy trình tưới cho lúa vụ Mùa (95 ngày) TT Giai đoạn sinh trưởng Thời gian (ngày thứ) Quản lý nước mặt ruộng Quy trình tưới 1 Làm đất (2÷3) ngày Duy trì 3÷5 cm 600 m3/ha ÷ 1.000 m3/ha 2 Giai đoạn lúa hồi xanh đẻ nhánh Ngày thứ 0 ÷ 20 sau cấy (20 ngày) Duy trì 2÷3 cm nếu gặp mưa tháo nước giữ ở mức 23 cm (chú ý phải tiêu thoát nước trong thời gian 01 ngày) Tưới 2÷3 đợt; mỗi đợt 300 m3/ha 3 Giai đoạn cuối đẻ nhánh Ngày thứ 21 ÷ 30 sau cấy (10 ngày) Tháo cạn, phơi khô mặt ruộng, Nếu gặp mưa phải tháo kiệt ngay trong ngày Không tưới 4 Giai đoạn lúa hình thành bông Ngày thứ 31 ÷ 37 sau cấy (7 ngày) Tưới giữ ẩm lớp nước mặt ruộng 1 ÷ 2 cm, khi mực nước rút xuống thấp hơn mặt ruộng 10 cm thì tưới lại Tưới 1 đợt 300 m3/ha 5 Giai đoạn lúa làm đòng và trổ bông Ngày thứ 38 ÷ 57 sau cấy (20 ngày) Luôn giữ lớp nước mặt ruộng 1 ÷ 2 cm Tưới 2 đợt, mỗi đợt từ 300 m3/ha KHOA HỌC CÔNG NGHỆ TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 50 - 2018 14 TT Giai đoạn sinh trưởng Thời gian (ngày thứ) Quản lý nước mặt ruộng Quy trình tưới 6 Giai đoạn lúa ngậm sữa và chắc xanh Ngày thứ 58÷85 sau cấy (28 ngày) Tưới giữ ẩm lớp nước mặt ruộng 1 ÷ 2 cm, khi mực nước rút xuống thấp hơn mặt ruộng 10 cm thì tưới lại, nếu gặp mưa phải tháo nước trên ruộng xuống còn 1÷2 cm trong ngày Tưới 2 đợt mỗi đợt từ mỗi đợt từ 200 ÷ 300 m3/ha 7 Giai đoạn lúa chín – thu hoạch Ngày thứ 86 ÷95 sau cấy (10 ngày) Tháo cạn, phơi khô mặt ruộng Tổng lượng nước tưới cho cả vụ Mùa (2.500 ÷3.400) m3/ha/vụ 4. KẾT LUẬN Nghiên cứu đã áp dụng kỹ thuật tưới khô ướt xen kẽ tại xã Phú Thịnh, huyện Kim Động, tỉnh Hưng Yên trong 3 năm 2015÷2017, kết quả đạt được như sau: Quy trình tưới theo công thức khô kiệt cho lượng nước tưới thấp nhất, lượng phát thải khí nhà kính nhỏ nhất, năng suất lúa có giảm so với truyền thống, trong khi khu khô vừa cho năng suất cao nhất, lượng phát thải giảm (28,6 ÷ 31,82)%. Lượng phát thải khí CH4 vụ Mùa gấp từ 1,97 đến 7,13 lần vụ xuân. Hệ số phát thải trung bình vụ lớn nhất là 52,4 mg/m2-h vụ Mùa năm 2016 tại ô truyền thống; nhỏ nhất 3,28 mg/m2-h vụ Xuân 2015 tại ô khô kiệt. Như vậy việc rút nước phơi ruộng có ảnh hưởng rất lớn đến lượng phát thải khí nhà kính (CH4) từ ruộng lúa. Lượng nước tiết kiệm từ 20,5÷36,6%. Do đó quy trình quản lý nước mặt ruộng khi mực nước trong ruộng rút sâu -10 cm thì tưới lại (như mục 3.6) cho hiệu quả cao nhất. Tổng lượng nước tưới vụ Xuân dao động từ 3100 ÷ 3900 m3/ha; vụ Mùa từ 2500 ÷ 3400 m3/ha. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Văn Tỉnh, Lê Xuân Quang (2017), Quản lý nước mặt ruộng để giảm thiểu phát thải khí nhà kính (CH4, N20) trên ruộng lúa vùng đồng bằng sông Hồng. Tạp chí nông nghiệp và Phát triển Nông thôn. [2] Lê Xuân Quang (2016), Kết quả nghiên cứu quản lý nước ruộng lúa giảm phát thải khí nhà kính (CH4) trong vụ Xuân và Mùa năm 2015 vùng ĐBSH, Tạp chí Khoa học và Công nghệ Thủy lợi, ISSN 1859-4255. [3] Tổng cục Thủy lợi (2018), Quy trình tưới tiêu khoa học cho lúa vùng đồng bằng sông Hồng, tiết kiệm nước,giảm phát, thải khí nhà kính kèm theo quyết định số 401/QÐ-TCTL-KHCN, ngày 20/9/2018 của Tổng cục trưởng Tổng cục Thủy lợi.