Xác định ngưỡng chịu hạn và nhu cầu sử dụng nước cho một số giống Lúa mới nhập nội tại Thái Nguyên

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên ®¹i häc th¸i nguyªn tr•êng ®¹i häc n«ng l©m -------------------- ĐẶNG THỊ THU HIỀN XÁC ĐỊNH NGƢỠNG CHỊU HẠN VÀ NHU CẦU SỬ DỤNG NƢỚC CHO MỘT SỐ GIỐNG LÚA MỚI NHẬP NỘI TẠI THÁI NGUYÊN LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC NÔNG NGHIỆP THÁI NGUYÊN - 2009 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên ®¹i häc th¸i nguyªn tr•êng ®¹i häc n«ng l©m -------------------- ĐẶNG THỊ THU HIỀN “XÁC ĐỊNH NGƢỠNG CHỊU HẠN VÀ NHU CẦU SỬ DỤNG NƢỚC CHO MỘT SỐ GIỐNG LÚA MỚI NHẬP NỘI TẠI THÁI NGUYÊN” LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC NÔNG NGHIỆP Chuyên ngành : Trồng trọt Mã số : 62 62 01 01 Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: 1. TS. ĐẶNG QUÝ NHÂN 2. PGS. TS. ĐẶNG VĂN MINH Thái Nguyên - 2009 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên LỜI C ẢM ƠN Qua thời gian nghiên cứu, bản luận văn của tôi đã đƣợc hoàn thành với sự nỗ lực của bản thân, sự động viên khích lệ của bạn bè, đồng nghiệp. Đặc biệt là sự quan tâm giúp đỡ của TS. Đặng Quý Nhân bộ môn cây Lƣơng thực và cây Công nghiệp; PGS.TS. Đặng Văn Minh Trƣởng Khoa Sau đại học, Trƣờng Đại học Nông Lâm Thái Nguyên là những ngƣời thầy đã tận tình hƣớng dẫn tôi trong suốt thời gian thực hiện đề tài. Nhân dịp này, tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong Khoa Nông học cùng các thầy cô giáo trong Ban Giám hiệu Trƣờng Đại học Nông Lâm Thái Nguyên đã giúp đỡ tôi hoàn thành đề tài nghiên cứu và hoàn thành luận văn. Cuối cùng, tôi xin chân thành cảm ơn sâu sắc tới gia đình và bạn bè đã động viên khích lệ, giúp đỡ tôi hoàn thành bản luận văn này. Xin chân thành cảm ơn! Thái Nguyên, ngày 29 tháng 9 năm 2009. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên MỞ ĐẦU 1. Đặt vấn đề Lúa (Oryza sativa L.) là một trong những cây lƣơng thực có vị trí quan trọng hàng đầu trên thế giới và là nguồn thức ăn thƣờng xuyên cho khoảng 3 tỷ ngƣời trên trái đất [44]. Lúa có khả năng thích nghi rộng nên đƣợc trồng nhiều nơi trên thế giới, tuy nhiên tập chung chủ yếu ở châu Á chiếm 90% (còn lại phân bố ở châu Phi, châu Mỹ và châu Úc) trong đó khoảng 75% diện tích lúa đƣợc trồng trong điều kiện ruộng ngập nƣớc, 19% diện tích lúa trồng trong điều kiện ruộng thấp nhờ nƣớc trời, và khoảng 4% diện tích lúa trồng trong điều kiện ruộng cạn không chủ động nƣớc [44]. Trong những năm gần đây, nguồn nƣớc cung cấp cho canh tác lúa đang ngày càng khan hiếm, đặc biệt là ở châu Á, nơi mà cây lúa đƣợc trồng trên khoảng 30% diện tích đất chủ động nƣớc và chiếm 50% lƣợng nƣớc tƣới cho cây trồng [31]. Theo tính toán, trên đồng ruộng nhu cầu về nƣớc cho cây lúa cao gấp 2 đến 3 lần so với các cây trồng khác [47], nguyên nhân chính bởi lƣợng nƣớc bị thất thoát trong suốt quá trình canh tác mà không tham gia vào quá trình sản xuất chiếm tới 80% lƣợng nƣớc đƣợc cung cấp, chủ yếu thông qua quá trình bay hơi, chảy tràn bề mặt, thấm xuống lòng đất. Việc thiếu hụt lƣợng nƣớc tƣới cho canh tác nông nghiệp nói chung và cây lúa nói riêng đang là mối đe dọa đối với ngành sản xuất lúa đặc biệt là hệ thống lúa tƣới tiêu chủ động. Vì những lý do này, việc tiết kiệm nguồn nƣớc và tăng cƣờng hệ số sử dụng nƣớc cho lúa là việc làm cần thiết mang tính chiến lƣợc trên qui mô toàn cầu. Xuất phát từ những vấn đề nêu trên, chúng tôi tiến hành đề tài: Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên “Xác định ngƣỡng chịu hạn và nhu cầu sử dụng nƣớc cho một số giống lúa mới nhập nội tại Thái Nguyên”. 2. Mục tiêu  Xác định ngƣỡng chịu hạn cho các giống lúa thí nghiệm nhằm chọn ra giống có chất lƣợng tốt đồng thời có khả năng chịu hạn tốt.  Xác định đƣợc ảnh hƣởng của tƣới nƣớc hạn chế đến các yếu tố cấu thành năng suất và năng suất của các giống lúa trong điều kiện thí nghiệm. 3. Yêu cầu  Đánh giá đƣợc ngƣỡng chịu hạn cho các giống lúa ở giai đoạn đẻ nhánh trong điều kiện thí nghiệm.  Đánh giá đƣợc nhu cầu về nƣớc, hệ số sử dụng nƣớc cho các giống lúa trong điều kiện thí nghiệm.  Đánh giá mối quan hệ giữa ngƣỡng chịu hạn, hệ số sử dụng nƣớc, chỉ số chịu hạn và hiệu suất sử dụng nƣớc với các yếu tố cấu thành năng suất và năng suất lúa. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên CHƢƠNG I TỔNG QUAN TÀI LIỆU NGHIÊN CỨU 1.1. Cơ sở khoa học của việc nghiên cứu Hiện nay, tình trạng thiếu hụt nƣớc đang đe dọa hệ thống sản xuất lúa nƣớc chủ động và an ninh lƣơng thực của châu Á [47]. Điều này thách thức chúng ta cần phải phát triển các công nghệ mới, kỹ thuật mới và các hệ thống sản xuất mới để duy trì ngành sản xuất lúa gạo và tăng cƣờng khả năng chống chịu với điều kiện khan hiếm nƣớc. Với tiêu đề mở đầu nhƣ một lời hiệu triệu: “Làm ra nhiều thóc gạo hơn nhƣng lại sử dụng ít nƣớc hơn” Đó chính là mục tiêu của các nghiên cứu về canh tác lúa tiết kiệm nƣớc mà Tiến sỹ, Viện sỹ Viện nghiên cứu lúa quốc tế (IRRI) Tô Phúc Tƣờng đã viết trong phần mở đầu một bài báo về canh tác lúa tiết kiệm nƣớc đăng trên tạp chí Plant Production Sciences số 8 (3) năm 2005 [32]. Tƣới nƣớc hợp lý, ngoài tiết kiệm đáng kể đƣợc lƣợng nƣớc trong canh tác còn giúp nâng cao hiệu quả sử dụng phân bón và giảm sâu bệnh hại trên đồng ruộng. Nguyên lý chung cho việc phát triển công nghệ và hệ thống mới trong quá trình canh tác lúa tiết kiệm nƣớc nhằm giảm tối thiểu lƣợng nƣớc đầu vào, tăng lƣợng nƣớc sản xuất hay còn gọi là lƣợng nƣớc mà cây sử dụng là quản lý nguồn nƣớc ở mức độ hệ thống. Làm ra nhiều thóc gạo hơn nhƣng lại sử dụng nƣớc tiết kiệm hơn hoàn toàn có thể thực hiện khi qui trình quản lý nƣớc đƣợc thực hiện các biện pháp tổng hợp: (i) Chọn tạo và sử dụng nguồn gen, giống chống chịu hạn, đồng thời thực hiện các biện pháp kỹ thuật quản lý nguồn tài nguyên nhằm tăng năng suất cây trồng. (ii) Quản lý nƣớc ở mức độ toàn bộ hệ thống chẳng hạn nhƣ lƣợng nƣớc tiết kiệm trên đồng ruộng đƣợc sử dụng hiệu quả hơn khi tƣới cho các ruộng trồng lúa mà các cây trồng trƣớc đó không cần tƣới hoặc sử dụng ít nƣớc. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Nhiều nghiên cứu gần đây về canh tác lúa ở Trung Quốc, IRRI, Philippine, Ấn độ… đã chỉ ra rằng khi canh tác lúa bằng các kỹ thuật mới nhƣ tƣới và không tƣới xen kẽ theo yêu cầu của từng thời kỳ sinh trƣởng, lƣợng nƣớc có thể tiết kiệm đƣợc cho lúa là rất lớn, chỉ cần từ 32 - 54% so với phƣơng thức canh tác ngập nƣớc truyền thống nhƣng năng suất chỉ giảm nhẹ khoảng 8% so với đối chứng. Tuy nhiên hiệu số sử dụng nƣớc trong phƣơng pháp mới là cao hơn hẳn 0,35 so với 0,23 của đối chứng [40]. Mặc dù vậy trong thực tế việc giảm thiểu lƣợng nƣớc đầu vào, thay đổi hẳn tập quán canh tác cây lúa sẽ gây ra những tác động rất lớn cần nghiên cứu nhƣ: cỏ dại, dinh dƣỡng cây trồng, dinh dƣỡng đất, môi trƣờng, duy trì hệ thống canh tác bền vững… đòi hỏi chúng ta cần nỗ lực tập chung nghiên cứu tìm ra đƣợc những giải pháp tổng thể đảm bảo canh tác bền vững cây lúa. 1.2. Khái quát về tài nguyên nƣớc 1.2.1. Một số khái niệm về tài nguyên nước Nƣớc là tài nguyên có ý nghĩa quyết định đối với sự sống và phát triển của con ngƣời và xã hội loài ngƣời. Ngôn ngữ Việt Nam đã dùng chữ „nƣớc” để nói lên phạm vi lãnh thổ quốc gia, trên đó ngƣời dân của quốc gia đƣợc hƣởng những quyền lợi chung của dân tộc. Nƣớc là thành phần cấu thành sinh quyển và tác động trực tiếp đến các yếu tố của thạch quyển, khí quyển và các nhân tố tác động tới khí hậu, thời tiết trong khí quyển. Nƣớc vừa là tài nguyên vật liệu vừa mang năng lƣợng, di chuyển các vật chất trên trái đất dƣới dạng hoà tan, lơ lửng hoặc di đẩy trong nƣớc. Nƣớc di chuyển theo tuần hoàn nƣớc nhƣ là một chu trình thu thập, thanh lọc và phân phối nƣớc một cách liên tục khắp mọi nơi trên Trái Đất. Nƣớc là một trong những nhân tố chủ yếu quyết định chất lƣợng môi trƣờng sống của con ngƣời, cũng nhƣ của mọi sinh vật sống trên trái đất. Chỗ nào có nƣớc chỗ ấy có sự sống, không có nƣớc thì mọi hoạt động sống đều đình chỉ. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Nƣớc bao phủ 70% mặt đất và tạo thành hơn 2/3 trọng lƣợng của tất cả các sinh vật sống [12]. 1.2.2. Phân bố nước trên trái đất Nƣớc là dạng tài nguyên rất phong phú gần nhƣ vô tận trong sinh quyển, tập trung nhiều nhất ở Đại Dƣơng và trong các lớp băng hà. Tuy nhiên, lƣợng nƣớc ngọt thực sự hiện hữu cho nhân loại trực tiếp sử dụng không phải là vô tận và đặc biệt do sự phân bố không đồng đều nên con ngƣời ở nhiều khu vực trên thế giới đã chịu hạn hán thiếu nƣớc trầm trọng, nhất là vào mùa khô. Bên cạnh đó, lƣợng nƣớc ngầm, nƣớc sông suối còn bị ô nhiễm do hoạt động sinh hoạt của con ngƣời nên một số trƣờng hợp trở thành nguy hiểm cho sức khoẻ và đời sống của con ngƣời và sinh vật. Tổng lƣợng nƣớc lớn nhƣng lƣợng nƣớc ngọt mà con ngƣời có thể sử dụng đƣợc rất ít và chỉ có thể khai thác đƣợc từ các nguồn sau (lƣợng nƣớc ngọt trên bề mặt đất): - Lƣợng nƣớc mƣa rơi xuống mặt đất. - Nƣớc tồn tại trong các sông, rạch, ao, hồ. - Một phần rất ít nƣớc từ đầm lầy và băng tuyết. Hiện nay trên phạm vi toàn cầu con ngƣời dùng 8% trong tổng lƣợng nƣớc ngọt đƣợc khai thác cho sinh hoạt, 23% cho công nghiệp và 63% cho nông nghiệp [12]. Nƣớc ta với lƣợng mƣa bình quân năm khoảng gần 2.000 mm/năm trên cả nƣớc, lại ở vùng trung và hạ lƣu một số sông lớn xuất phát từ các quốc gia khác nên có lƣợng nƣớc bình quân trên đầu ngƣời khá lớn bằng 17.000m 3/ngƣời/năm. Modun dòng chảy vùng nhiều mƣa lên tới 70 – 100 l/giây/km 2, nơi ít mƣa cũng 5 l/giây/km2. Sông ngòi Việt Nam có tiềm năng cung cấp cho dân sinh và các ngành kinh tế ở nƣớc ta một lƣợng nƣớc khoảng 100-150 km 3/năm, chƣa kể lƣợng nƣớc từ bên ngoài đổ vào. Trữ lƣợng nƣớc Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên ngầm có thể khai thác vào khoảng 10 triệu m3/ngày, hiện nay ta đã khai thác khoảng 500m3/năm/ngƣời, chỉ khoảng 3% tiềm năng [12]. Trong thực tế hiện tƣợng thiếu nƣớc đã trở nên nghiêm trọng tại một số địa phƣơng. Các hồ chứa nƣớc lớn nhỏ, các khu tƣới lớn đƣợc xây dựng và hoạt động vài mƣơi năm gần đây đã tăng tổn thất nƣớc do bốc hơi. Lƣợng nƣớc tƣới cho nông nghiệp không hồi quy vào vùng hạ lƣu lên tới trên 20% lƣợng nƣớc dùng. Tại các vùng rừng đã bị tàn phá nghiêm trọng các suối khô cạn, nạn thiếu nƣớc trở nên trầm trọng. Vào mùa khô nhân dân vùng núi cao phía Bắc (Đồng Văn, Mèo Vạc...) Tây Bắc (Lai Châu) phải đi xa hàng chục km để lấy nƣớc ăn. Năm 1993 hạn hán nghiêm trọng tại Quảng Trị, năm 1995 tại Đắc Lắc gây thiệt hại nghiêm trọng về nông nghiệp và khó khăn lớn về đời sống. Ví dụ tại đồng bằng Miền Bắc Trung Quốc, khu vực này đang thiếu hụt khoảng 15 tỷ m3 nƣớc hàng năm, điều này làm sụt giảm năng suất và lƣợng nƣớc ngầm đang ngày càng cạn kiệt dần [40]. Hơn nữa, sự cạnh tranh về nhu cầu nƣớc của các ngành công nghiệp, sinh hoạt của các khu đô thị ngày càng tăng đối với nguồn nƣớc sử dụng cho nông nghiệp. Diện tích đất dành cho canh tác đặc biệt là những cây trồng đòi hỏi lƣợng nƣớc lớn nhƣ lúa nƣớc lúa bắt đầu bị cắt giảm từ những năm 2002, và năm 2007 lúa nƣớc bị cấm canh tác ở khu vực thành phố Bắc Kinh [41]. Ở Việt Nam trong đợt hạn kéo dài đầu năm 2007, do cần một lƣợng nƣớc tƣới lớn cung cấp cho đồng bằng Sông Hồng canh tác nông nghiệp, nhà máy thủy điện lớn nhất Việt Nam đã phải cắt giảm sản xuất đến mức duy trì tối thiểu để đập nƣớc Hòa Bình xả nƣớc cho sản xuất nông nghiệp lƣu vực hạ lƣu sông Hồng. Do đó, vấn đề sử dụng nƣớc ngọt một cách hợp lý và hữu hiệu cần phải đặc biệt chú ý nhằm có đủ dự trữ cho nhu cầu ngày càng tăng nhanh (nƣớc sinh hoạt, nƣớc tƣới tiêu, nƣớc cho công nghiệp và giải trí...). Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 1.2.3. Tác động gây suy thoái chất lƣợng nguồn nƣớc Ngày nay, nhu cầu phát triển kinh tế nhanh với mục tiêu lợi nhuận cao, con ngƣời đã lờ đi các tác động ảnh hƣởng đến các nhân tố tự nhiên và môi trƣờng một cách trực tiếp hoặc gián tiếp. Đặc biệt đối với các nƣớc đang phát triển và các nƣớc nghèo đã làm cho môi trƣờng nƣớc bị ô nhiễm ngày càng trầm trọng hơn. Sự gia tăng dân số quá nhanh là nguyên nhân chính gây áp lực lên nguồn nƣớc. Vì nhu cầu nƣớc cho phát triển nông nghiệp để gia tăng lƣơng thực thực phẩm, phát triển công nghiệp để gia tăng hàng hóa và gia tăng thêm nhiều hình thức dịch vụ. Với trình độ công nghệ hiện nay để sản xuất 1 tấn giấy cần 250 tấn nƣớc, 1 tấn phân đạm cần 600 tấn nƣớc. Trong nông nghiệp để sản xuất đƣờng hoặc chất bột cần khoảng 1000 tấn nƣớc. Sản xuất chất bột từ lúa nƣớc còn cần nhiều hơn. Nhu cầu sinh học của ngƣời và động vật vào khoảng 10 tấn nƣớc/1tấn tế bào sống. Để đáp ứng nhu cầu của mình, tại nhiều nơi trên thế giới con ngƣời đã sử dụng hết nguồn nƣớc mặt và đã phải khai thác nguồn nƣớc ngầm. So với 3 thập kỉ trƣớc đây lƣợng nƣớc ngầm khai thác đã tăng gấp 30 lần và đến đầu thế kỉ 21 tăng thêm 1/3 lần nữa. Chất lƣợng nƣớc có những suy thoái nghiêm trọng. Nồng độ Nitrat ở các sông châu Âu cao hơn nhiều lần so với tiêu chuẩn cho phép [12]. Từ năm 1980, Liên Hiệp Quốc đã khởi xƣớng “thập kỉ quốc tế về cung cấp nƣớc uống và vệ sinh” với mục tiêu là tới năm 1990 tất cả mọi ngƣời trên thế giới đều đƣợc cung cấp nƣớc sạch và có các điều kiện vệ sinh tối thiểu cần thiết. Chƣơng trình đã sử dụng khoảng 300 tỉ USD, thu đƣợc nhiều kết quả tốt nhƣng mục tiêu cuối cùng vẫn chƣa đạt tới. Tới cuối năm 1990, theo báo cáo chỉ 79% dân thành thị và 41% dân nông thôn đƣợc hƣởng nƣớc sạch và điều kiện vệ sinh. Bình quân trong 5 ngƣời sống ở các nƣớc đang phát triển, có 3 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên ngƣời không đƣợc uống nƣớc sạch, không có nguồn bệnh. 80% bệnh tật trong nhân dân ở các nƣớc này bắt nguồn từ việc dùng nƣớc bị ô nhiễm [12]. Các dòng nƣớc mặt (sông, kênh rạch…) đặc biệt là ở vùng đô thị đều bị ô nhiễm trầm trọng bởi rác thải, nƣớc thải sinh hoạt từ các khu dân cƣ xả vào kênh rạch chƣa qua xử lý. Tình trạng lấn chiếm lòng, bờ sông kênh rạch để sinh sống, xả rác và nƣớc thải trực tiếp trên bề mặt gây ô nhiễm nƣớc mặt, cản trở lƣu thông của dòng chảy, tắc nghẽn cống rãnh tạo nƣớc tù. Môi trƣờng yếm khí gia tăng phân hủy các hợp chất hữu cơ, không những gây mùi hôi thối, ô nhiễm nguồn nƣớc và môi trƣờng mà còn gây khó khăn trong việc lấy nguồn nƣớc mặt để xử lý thành nguồn nƣớc sạch cấp cho nhu cầu xã hội. Nhu cầu nƣớc sử dụng cho ăn uống, sinh hoạt và các hoạt động khác của con ngƣời gia tăng, dẫn đến tình trạng khai thác nƣớc dƣới đất tràn lan gây cạn kiệt nguồn nƣớc và ảnh hƣởng đến môi trƣờng nhƣ sụp lún, nhiễm mặn. Tài nguyên nƣớc là thành phần chủ yếu của môi trƣờng sống, quyết định sự thành công trong các chiến lƣợc, quy hoạch, kế hoạch phát triển kinh tế - xã hội, bảo đảm quốc phòng, an ninh quốc gia. Hiện nay nguồn tài nguyên thiên nhiên quý hiếm và quan trọng này đang phải đối mặt với nguy cơ ô nhiễm và cạn kiệt. Nguy cơ thiếu nƣớc, đặc biệt là nƣớc ngọt và sạch là một hiểm họa lớn đối với sự tồn vong của con ngƣời cũng nhƣ toàn bộ sự sống trên trái đất. Do đó con ngƣời cần phải nhanh chóng có các biện pháp bảo vệ và sử dụng hợp lý nguồn tài nguyên nƣớc. Hiện nay, đã có nhiều hoạt động tuyên truyền chủ trƣơng xã hội hoá công tác bảo vệ tài nguyên nƣớc, đƣa ra nhiều biện pháp nhằm kêu gọi tất cả các thành viên trong xã hội nâng cao ý thức, cùng hành động tích cực bảo vệ nguồn tài nguyên thiên nhiên này. Bảo vệ tài nguyên nƣớc, nghiên cứu khai thác và sử dụng nƣớc tiết kiệm là nhiệm vụ cấp bách, nó không chỉ đáp ứng các yêu cầu trƣớc mắt mà còn tạo nền tảng vững chắc cho sự nghiệp bảo vệ Tài Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên nguyên và môi trƣờng trong tƣơng lai lâu dài, vì đó là sự sống còn của chính chúng ta hiện nay và con cháu sau này. 1.3. Tình hình sản xuất và tiêu thụ lúa trên thế giới Cây lúa có nguồn gốc ở vùng nhiệt đới, có khả năng thích nghi rộng nên cây lúa có thể trồng ở nhiều vùng khí hậu khác nhau và đƣợc trồng ở nhiều nơi trên thế giới. Hiện nay trên thế giới có trên 100 nƣớc trồng lúa hầu hết các châu lục, với tổng diện tích thu hoạch năm 2007 khoảng 156 triệu ha (Bảng 2.1). Tuy nhiên sản xuất lúa gạo vẫn tập trung chủ yếu ở các nƣớc châu Á nơi chiếm tới 90% diện tích gieo trồng và sản lƣợng [57]. Trong đó Ấn Độ là nƣớc có diện tích thu hoạch lúa lớn nhất tiếp đến là Trung Quốc. Bảng 1.1. Diện tích năng suất sản lƣợng lúa thế giới Năm Diện tích ( triệu ha ) Năng suất ( Tạ/ha) Sản lƣợng ( Triệu tấn) 1961 115,50 18,7 215,65 1970 133,10 23,8 316,38 1980 144,67 27,4 396,87 1990 146,98 35,3 518,23 2000 154,11 38,9 598,97 2001 151,97 39,4 598,03 2002 147,69 39,31 577,99 2003 149,20 39,1 583,00 2004 151,02 40,3 608,37 2005 153,78 40,2 618,53 2006 154,32 41,12 634,60 2007 156,95 41,50 651,7 ( Nguồn: FAOSTAT, 2008) [57] Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Từ năm 1961 đến năm 2000 diện tích lúa trên thế giới tăng từ 115,5 triệu ha lên 154,1 triệu ha. Sau đó diện tích lúa lại giảm dần và mức giảm thấp nhất xuống tới 147,6 triệu ha năm 2002 sau đó lại tăng dần và nay duy trì ở mức khoảng 156,95 triệu ha năm 2007. Nhờ tác động của cuộc cách mạng xanh lần thứ nhất, tạo ra nhiều giống mới có năng suất cao, và áp dụng các biện pháp kỹ thuật mới nhƣ tƣới nƣớc, bón phân, năng suất lúa trung bình tăng gấp đôi từ năm 1961-2000, và nay đạt ở mức khoảng 41 tạ/ha. Đồng thời sản lƣợng lúa cũng tăng gấp 3 lần từ 215,6 triệu tấn năm 1961 tăng lên 598,9 triệu tấn năm 2000 và duy trì ở mức 651,7 triệu tấn năm 2007 (Bảng 1.1). Bảng 1.2. Diện tích, năng suất và sản lƣợng lúa của 10 nƣớc hàng đầu Thế giới năm 2007 Tên nƣớc Diện tích ( Triệu ha) Năng suất ( Tạ/ha) Sản lƣợng (triệu tấn) Trung Quốc 29,49 63,41 187,04 Ấn Độ 44,00 32,07 141,13 Inđônêxia 12,16 46,89 57,04 Băngladesh 11,20 38,84 43,5 Việt Nam 7,30 48,68 35,56 Thái Lan 10,36 26,91 27,87 Myanma 0,82 39,76 32,61 Philippin 4,25 37,64 16,00 Braxin 2,90 38,20 11,09 Nhật Bản 1,67 65,37 10,97 (Nguồn: FAO STAT, 2007) [57] Châu Á là vùng đông dân cƣ và cũng là vùng sản xuất lúa trọng điểm trên thế giới, có diện tích lúa 133,251 triệu ha và sản lƣợng 477,267 triệu tấn, năng suất bình quân đạt 36 tạ/ha chiếm 90% sản lƣợng thóc trên thế giới, đồng thời Châu Á cũng là nơi tiêu thụ khoảng 90% sản lƣợng gạo thế giới. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Theo số liệu của Bảng 1.2 thì trong 10 nƣớc trồng lúa có sản lƣợng trên 10 triệu tấn/ năm đã có 9 nƣớc nằm ở châu Á, chỉ có một đại diện của châu lục khác đó là Braxin (Nam Mỹ). Riêng 8 nƣớc: Trung Quốc, Ấn Độ, Thái Lan, Inđônêxia, Banglađét, Việt Nam, Mianma, Nhật Bản chiếm 90% sản lƣợng lúa của thế giới. Trung Quốc và Nhật Bản là 2 nƣớc có năng suất cao hơn hẳn đạt 61,9 tạ/ha (Trung Quốc) và 65,8 tạ/ha (Nhật Bản). Điều đó có thể lý giải là vì Trung Quốc là nƣớc đi tiên phong trong lĩnh vực phát triển lúa lai và ngƣời dân nƣớc này có tinh thần lao động cần cù, có trình độ thâm canh cao. Còn Nhật Bản là nƣớc có trình độ khoa học kỹ thuật cao, đầu tƣ lớn [16]. Việt Nam cũng là nƣớc có năng suất và sản lƣợng lúa cao đứng hàng trong 10 nƣớc trồng lúa chính, đạt 45,9 tạ/ha. Thái Lan tuy là nƣớc xuất khẩu gạo đứng hàng đầu thế giới trong nhiều năm liên tục, song năng suất chỉ đạt 26,1 tạ/ha, bởi vì Thái Lan chú trọng nhiều hơn đến canh tác các giống lúa dài ngày, chất lƣợng cao [6]. Trong vài thập niên gần đây Trung Quốc có nhiều thành tựu trong cải tiến giống lúa trong đó đặc biệt quan tâm đến sử dụng ƣu thế lai ở lúa do đó năng suất bình quân đạt 63,41 tạ/ha, sản lƣợng năm 2007 đạt 187,04 triệu tấn cao nhất thế giới [48], thấp hơn so với những năm 90 của thế kỷ XX, nguyên nhân do diện tích sản xuất lúa ngày càng bị thu hẹp bởi sự chuyển đổi cơ cấu kinh tế và vấn đề đô thị hoá. Bên cạnh đó nguồn nƣớc ngọt không đủ và phân bố không đều [12] còn là trở ngại lớn trong việc nâng cao năng suất và sản lƣợng lúa của Trung Quốc. Để bình ổn thị trƣờng lƣơng thực trong năm 2007 vừa qua Trung Quốc cho biết, sản lƣợng ngũ cốc nƣớc này năm nay vƣợt mức 500 triệu tấn và là năm thứ tƣ liên tiếp sản lƣợng ngũ cốc tăng [7]. Tuy nhiên, lƣợng gạo trong nƣớc của Trung Quốc vẫn không đáp ứng đủ cầu. Ấn Độ trong niên vụ 2002 - 2003 sản lƣợng gạo là 72,66 triệu tấn, giảm 20,42 triệu tấn so với năm 2001 - 2002 tƣơng đƣơng 21,94%. Một trong những Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên lý do của sự giảm sụt sản lƣợng là do thời tiết xấu nhƣ hạn hán, lũ lụt, sâu bệnh... ở nhiều vùng. Tuy nhiên, đến năm 2006 - 2007, Ấn Độ đƣợc mùa và sản lƣợng gạo của Ấn Độ đã đạt 141,13 triệu tấn, tăng 68,47 triệu tấn, gần gấp đôi sản lƣợng so với năm 2002 - 2003 [57]. Thái Lan là nơi có đất đai màu mỡ, diện tích canh tác lớn (chiếm khoảng 40% diện tích tự nhiên), điều kiện thời tiết thuận lợi, mƣa thuận gió hoà thích hợp cho phát triển cây lúa nƣớc. Vì vậy, cây lúa là cây trồng chính trong sản xuất nông nghiệp của Thái Lan với diện tích 9,8 triệu ha, năng suất bình quân 27,8 tạ/ha, sản lƣợng 28 triệu tấn (năm 2000) và là nƣớc xuất khẩu gạo đứng đầu thế giới, chiếm hơn 30% thị phần của thị trƣờng thế giới [57] (Bảng 1.2). Phát biểu với các nhà lãnh đạo Thế giới tại Hội nghị thƣợng đỉnh lƣơng thực ở Rome, Tổng thƣ ký Liên hợp quốc Ban Ki-moon cho rằng: lƣơng thực của thế giới cần phải tăng thêm 50% vào năm 2030 mới đáp ứng đƣợc nhu cầu sử dụng lƣơng thực do dân số gia tăng [27]. 1.4. Tình hình nghiên cứu về canh tác lúa tiết kiệm nƣớc trên thế giới Trong nhiều năm qua tình trạng thiếu nƣớc phục vụ cho sản xuất nông nghiệp đã gây sức ép lên hệ thống sản xuất lúa gạo, một trong nhƣng cây trồng tiêu tốn nhiều lƣợng nƣớc nhất, theo tính toán lƣợng nƣớc cần cung cấp cho lúa cao gấp 3 - 4 lần so với các loại cây trồng thuộc họ hòa thảo khác [47]. Việc cắt giảm khoảng 10% lƣợng nƣớc cho hệ thống canh tác lúa gạo sẽ cung cấp một lƣợng nƣớc tƣơng ứng với 150.000 triệu m3 tƣơng ứng khoảng 25% tổng lƣợng nƣớc ngọt dùng cho mục đích phi nông nghiệp trên toàn cầu [31]. Gần đây các nghiên cứu về cải tiến hệ thống canh tác lúa nƣớc với mục đích tiết kiệm nguồn nƣớc tƣới, nâng cao hệ số sử dụng nƣớc cho lúa đã đƣợc rất nhiều các nhà khoa học quan tâm và nhiều công trình nghiên cứu đã đƣợc công bố nhƣ ở Trung Quôc, Ấn độ, IRRI, Philippine [56]. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Các nhà khoa học nông nghiệp Bangladesh đã lai tạo đƣợc 93 giống lúa mới có khả năng tiết kiệm 33-50% lƣợng nƣớc trong quá trình canh tác. Đây là thành quả chung của các chuyên gia đến từ Viện Phát triển Nông thôn (RDA) (Bogra, Bangladesh) và Viện Nghiên cứu Lúa Bangladesh [29]. Dự án này có tên gọi "Phát triển và phổ biến công nghệ lúa tiết kiệm nƣớc ở Nam Á" do Viện nghiên cứu lúa quốc tế (IRRI) và Ngân hàng Phát triển châu Á (ADB) hỗ trợ. Ông Mohammad Ferdous Alam, Tổng giám đốc RDA hy vọng rằng những giống lúa mới không chỉ sử dụng ít nƣớc mà còn tiết kiệm thêm năng lƣợng và điện một khi đƣợc đƣa vào canh tác. Trong số 93 giống lúa mới này, có một số có thể cho thu hoạch chỉ trong 120-130 ngày so với 150 ngày của các giống lúa thông thƣờng. Ông AKM Zakaria, điều phối viên của dự án đồng thời là Phó giám đốc RDA, cho biết hiện nay để sản xuất 1 kg gạo phải cần tới 5 tấn nƣớc (cao gấp 5 lần so với Ấn Độ) và Bangladesh sẽ phải đối mặt với cuộc khủng hoảng nƣớc trong vài năm tới nếu vẫn sử dụng nƣớc với mức độ hiện nay [29]. Canh tác lúa tiết kiệm nước hoặc giảm lượng nước đầu vào Để xác định đƣợc lƣợng nƣớc tiết kiệm thông thƣờng cần sử dụng các kỹ thuật nhằm giảm lƣợng nƣớc đầu vào tồn tại trên bề mặt ruộng. Thuật ngữ này rất thích hợp khi nguồn nƣớc ngày càng khan hiếm và tổng lƣợng nƣớc tiết kiệm đƣợc có thể sẽ đƣợc sử dụng cho các cây trồng khác hoặc dự trữ cho vụ sau [31]. Lƣợng nƣớc tiết kiệm đƣợc sẽ phụ thuộc vào quan điểm của ngƣời sử dụng nƣớc tƣới. Đối với ngƣời nông dân trồng lúa, họ ƣa thích nguồn nƣớc dồi dào, nhƣng họ lại không nghĩ đến việc cần phải tiết kiệm nƣớc trừ khi có các kỹ thuật tiết kiệm nƣớc nhằm mang lại lợi ích cho bản thân họ nhƣ giảm giá thành nƣớc tƣới, tăng năng suất cây trồng. Giảm lƣợng nƣớc đầu vào không hẳn đồng nghĩa với việc tiết kiệm nƣớc, Ở những vùng khan hiếm nƣớc, ngƣời nông dân cần phải trang bị các Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên kỹ thuật trồng lúa trong điều kiện thiếu nƣớc, không phải là tiết kiệm nƣớc bởi ở đó không có lƣợng nƣớc để tiết kiệm, đơn giản là ở những nơi đó không có đủ lƣợng nƣớc để trồng lúa theo phƣơng thức truyền thống. Chính vì vậy, nguyên lý của việc tiết kiệm nƣớc chính là làm tăng lƣợng nƣớc cây sử dụng. Lƣợng nƣớc cây sử dụng là tổng lƣợng chất khô mà cây tạo nên trên một đơn vị nƣớc tƣới. Điều này phụ thuộc vào các dạng nƣớc dòng chảy của nƣớc trong đất, hay lƣợng nƣớc cây sử dụng có thể đƣợc định nghĩa chính là lƣợng chất khô mà cây tạo nên trên đơn vị nƣớc bay hơi đi (WPET) hay tính bằng lƣợng chất khô mà cây tạo nên trên một tổng đơn vị nƣớc đầu vào (WPIT) [47]. Các kỹ thuật canh tác tiết kiệm nước Có rất nhiều kỹ thuật canh tác lúa tiết kiệm nƣớc đã đƣợc áp dụng, các kỹ thuật đang đƣợc phát triển và giúp nông dân trồng lúa có cách nhìn tổng quát về điều kiện tƣới tiêu [47]. Các kỹ thuật này nhằm tăng lƣợng nƣớc cây sử dụng so với tổng số nƣớc cung cấp (do mƣa, tƣới), mà chủ yếu là giảm sự chảy tràn, và thất thoát do thoát hơi bề mặt [32]. Cải tạo tính chất đất: làm đất tối thiểu, tăng khả năng giữ nƣớc của đất Giảm thời gian đất trống: Giảm thiểu thời gian giữa làm đất và gieo cấy, đây là thời gian đất không có cây trồng mọc nên lƣợng nƣớc lúc này không hề tham gia vào việc hình thành năng suất sinh khối trong cây [33]. Canh tác trên đất vừa đủ bão hòa nước: Đất vừa đủ bảo hòa nƣớc là loại đất có thể giữ đƣợc lƣợng nƣớc nhất định trong đất, bởi vậy giảm thiểu lƣợng nƣớc tồn tại trên bề mặt ruộng tạo điều kiện có mặt nƣớc ở phía trên ruộng. Điều này đồng nghĩa với việc giảm thiểu lƣợng nƣớc chảy tràn và lƣợng nƣớc thoát hơi lãng phí trên bề mặt ruộng. Canh tác trên đất vừa đủ bão hòa nƣớc đồng nghĩa với việc chỉ duy trì một lƣợng nƣớc rất thấp khoảng 1cm trên bề mặt. Giảm độ cao mặt nƣớc trên mặt ruộng cũng có nghĩa là giảm đƣợc sự thất thoát nƣớc trên bề mặt thoáng tự do [31]. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Áp dụng phƣơng thức tƣới Ngập - Cạn (AWD: Alternate Wetting and Drying) Đối với phƣơng thức AWD quá trình tƣới nƣớc đƣợc thực hiện nhằm tạo cho ruộng ngập nƣớc bề mặt trong một khoảng thời gian nhất định, sau đó sẽ tháo nƣớc đi không cho ruộng ngập nƣớc nữa. Mặc dù đã có một số nghiên cứu cho thấy phƣơng thức AWD làm tăng năng suất lúa, tuy nhiên gần đây, các nghiên cứu đã cho thấy đó chỉ là các trƣờng hợp ngoại lệ chứ không phải là qui luật [34]. Trong 31 thửa ruộng đƣợc phân tích bởi Bouman và Tuong năm 2001, 92% số công thức AWD cho kết quả năng suất lúa giảm và biến động này từ 0- 70% so với công thức đối chứng tƣới ngập nƣớc. Trong tất cả các trƣờng hợp, phƣơng thức AWD làm tăng hiệu quả sử dụng nƣớc bởi chúng làm tăng lƣợng nƣớc cây sử dụng so với tổng lƣợng nƣớc đầu vào bởi phƣơng thức này làm giảm lƣợng nƣớc đầu vào. Bouman và Tuong (2005) đã đƣa ra kết luận, sự biến động lớn về kết quả của phƣơng thức canh tác AWD là do nguyên nhân bởi sự khác nhau về số ngày giữa lần tƣới ngập và thời gian tháo cạn nƣớc trên mặt ruộng. Các thí nghiệm này đƣợc thực hiện rất nhiều tại Trung Quốc và Phillipine trên đất thịt và có mức nƣớc bề mặt ngập nƣớc thấp [48]. Kết quả của các thí nghiệm này cho thấy, tổng lƣợng nƣớc đầu vào (nƣớc mƣa và nƣớc tƣới) giảm khoảng 15- 30% mà không làm giảm năng suất một cách có ý nghĩa. Canh tác lúa trên đất cạn: Hệ thống trồng lúa trên đất cạn đặc biệt là sự thích ứng của các giống lúa chịu hạn trồng trên đất cạn giống nhƣ các giống lúa mì hoặc ngũ cốc khác hoặc trồng trong điều kiện không thƣờng xuyên ngập nƣớc. Các thí nghiệm ở Philippine và Trung Quốc cũng đã cho thấy, lƣợng nƣớc đầu vào cho hệ thống lúa cạn giảm từ 30-50% so với hệ thống lúa trồng trên đất ngập nƣớc với mức giảm năng suất khoảng từ 20-30% [31]. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 1.5. Tình hình sản xuất lúa trong nƣớc Việt Nam là nƣớc có nền kinh tế nông nghiệp dựa trên sản xuất lúa gạo. Sự phát triển của cây lúa luôn gắn liền với sự phát triển của dân tộc. Theo nhiều tài liệu khảo cổ học đáng tin cậy đã công bố thì cây lúa đƣợc trồng phổ biến và nghề trồng lúa đã khá phồn thịnh ở nƣớc ta ở thời kỳ đồ đồng (4000 - 3000 năm trƣớc Công nguyên) [8]. Việt Nam nằm gần giữa vùng Đông Nam châu Á, khí hậu nhiệt đới gió mùa rất thích hợp với sự phát triển của cây lúa, với nhiều đồng bằng châu thổ rộng lớn có lƣợng phù sa bồi đắp, tƣơng đối bằng phẳng và màu mỡ từ Bắc tới Nam (Đồng bằng châu thổ sông Hồng, đồng bằng châu thổ sông Cửu Long...) cùng một loạt châu thổ nhỏ hẹp ở ven dòng sông, ven biển miền Trung. Cũng giống nhƣ các đồng bằng của các nƣớc Đông Nam Á khác, ở Việt Nam đồng bằng châu thổ đều đƣợc dùng cho sản xuất nông nghiệp mà chủ yếu là trồng lúa. Bảng 1.3. Tình hình sản xuất lúa gạo ở Việt Nam Năm Diện tích (triệu ha) Năng suất (tạ/ha) Sản lƣợng (triệu tấn) 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 6,77 7,07 7,09 7,10 7,65 7,67 7,49 7,5 7,45 7,44 7,34 7,32 7,21 7,41 36,90 36,80 39,10 40,00 41,00 42,43 42,85 45,9 46,39 48,21 49,51 48,90 49,84 52,26 24,96 26,39 27,75 28,40 31,36 32,53 32,11 34,45 34,57 35,89 36,34 35,82 35,94 38,73 (Nguồn Tổng Cục Thống kê) [21] Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Ngƣời Việt Nam vẫn thƣờng tự hào về nền văn minh lúa nƣớc của đất nƣớc mình. Từ xa xƣa cây lúa đã trở thành cây lƣơng thực chủ yếu, có ý nghĩa quan trọng trong đời sống của ngƣời dân Việt Nam [6]. Quá trình khai hoang phục hoá cùng với việc thâm canh tăng vụ đã đƣa tổng diện tích lúa thu hoạch của nƣớc ta từ 4,74 triệu ha năm 1961 lên 7,67 triệu ha năm 2000, sau đó giảm dần xuống còn 7,34 triệu ha vào năm 2003 và chỉ còn 7,41 triệu ha năm 2008. Gần nửa thế kỷ qua, nƣớc ta phấn đấu đi lên giải quyết vấn đề lƣơng thực theo hƣớng sản xuất đa dạng các loại ngũ cốc và cây ăn củ. Những loại đất thích hợp cho trồng lúa nhƣ đất phù sa, đất glây, đất phèn, đất mặn thì dành cho trồng lúa [15]. Hiện nay lúa vẫn là cây lƣơng thực quan trọng nhất ở nƣớc ta, cây lúa cung cấp 85 - 87% tổng sản lƣợng lƣơng thực trong nƣớc. Trong những năm gần đây diện tích cấy lúa không tăng nhƣng do năng suất cây lúa đƣợc cải thiện đáng kể nên sản lƣợng lúa không ngừng tăng lên từ 24,9 triệu tấn thóc năm 1995 đến năm 2008 đã đạt hơn 38 triệu tấn. Do có bƣớc nhảy vọt về sản xuất lúa trong thập kỷ vừa qua mà Việt Nam từ một nƣớc thiếu đói phải nhập khẩu trong những năm 80 của thế kỷ 20 đã vƣơn lên thành nƣớc xuất khẩu gạo đứng thứ 2 thế giới trong nhiều năm liên tục. Năm 1989 là năm đầu tiên chúng ta xuất khẩu đƣợc 1,42 triệu tấn. Năm 1999 là năm kỷ lục chúng ta đã xuất khẩu đƣợc 4,56 triệu tấn. Năm 2004, xuất khẩu gạo của chúng ta đạt 3,5 triệu tấn. Cho đến nay sản lƣợng lúa gạo xuất khẩu hàng năm của nƣớc ta khoảng 4 triệu tấn. Đây là thành công lớn trong công tác chỉ đạo và phát triển sản xuất lúa của Việt Nam. 1.6. Tình hình nghiên cứu canh tác lúa tiết kiệm nƣớc ở Việt Nam Một trong những nguyên nhân gây ra tình trạng hạn hán nhƣ hiện nay đã đƣợc các nhà khoa học xác định là do tỉ lệ thất thoát nƣớc cao trong quá trình tƣới. Công nghệ tƣới tiết kiệm nƣớc (TTKN) lần đầu tiên trên thế giới đƣợc sử dụng trong nhà kính ở nƣớc Anh từ cuối năm 1940. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Ở Việt Nam, công nghệ TTKN đang còn ở mức thấp, đơn giản, hiệu quả chƣa cao. Trƣớc thực trạng đó, Viện Khoa học Thủy lợi miền Nam đã xây dựng và hoàn thiện thành công chuyển giao công nghệ kỹ thuật TTKN tại một số địa phƣơng. Đây cũng là nội dung nghiên cứu khoa học của Đề tài cấp nhà nƣớc KHCN.08.09 "Nghiên cứu ứng dụng các giải pháp công nghệ tƣới hiện đại tiết kiệm nƣớc cho các vùng khan hiếm nƣớc" đã đƣợc đánh giá đạt hiệu quả cao trong nghiên cứu, chế tạo cũng nhƣ đƣa sản phẩm ứng dụng vào thực tiễn sản xuất. Với nhiệm vụ chính là nghiên cứu chế tạo một số thiết bị tƣới thay thế hàng ngoại nhập, Đề tài đã nghiên cứu chế tạo thành công 9 thiết bị tƣới. Đây là những thiết bị tƣới tiết kiệm nƣớc đầu tiên đƣợc sản xuất trong nƣớc để từ đó Việt Nam có thể chủ động sản xuất cung ứng cho yêu cầu của công nghệ TTKN với giá thành rẻ hơn nhiều so với thiết bị ngoại nhập cùng tính năng và chủng loại. Đề tài đã xây dựng hoàn thiện các sơ đồ hợp lý của kỹ thuật TTKN trên các diện tích từ 1000m2 đến hàng chục ngàn mét vuông. Mỗi loại sơ đồ mẫu đều có giới thiệu phƣơng pháp bố trí các loại đƣờng ống, thiết bị tƣới với bảng tổng hợp vật tƣ và giá thành để ngƣời nông dân tiện lựa chọn theo nhu cầu cũng nhƣ khả năng tài chính của mình. Thông qua các mô hình thực nghiệm TTKN, Đề tài cũng thực hiện thành công nội dung khảo sát, nghiên cứu động thái ẩm của đất theo các phƣơng pháp tƣới khác nhau trên các loại đất, địa hình và với các loại cây trồng khác nhau. Kết quả thu đƣợc là cơ sở để khẳng định tính ƣu việt nổi bật của kỹ thuật TTKN. Bằng nhiều khảo nghiệm trên các loại đất khác nhau nhƣ đất thịt nặng, thịt nhẹ, cát, cát pha; các loại địa hình nhƣ bằng phẳng, gồ ghề, dốc một chiều, nhiều chiều cũng nhƣ với nhiều loại cây trồng cho thấy TTKN phù hợp với tất cả các loại cây trồng cạn, các loại đất và các dạng địa hình khác nhau. Kỹ thuật tƣới này luôn giữ cho đất một khoảng độ ẩm tối ƣu phù hợp với loại cây trồng bởi một qui trình tƣới vận hành nhẹ nhàng, đơn giản. Đây là điều mà các phƣơng pháp tƣới cổ truyền trƣớc đây không thể thực hiện Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên đƣợc. Đặc biệt đề tài đã xây dựng thành công mô hình tƣới nhỏ giọt tự động, chỉ với một bồn chứa nƣớc nhỏ đặt cao hơn mặt đất 3-4m có gắn phao tự động với một máy bơm điện nhỏ. Hệ thống tƣới này có thể hoạt động liên tục suốt ngày đêm trong một đợt tƣới, đƣợc nông dân đánh giá là rất tiện lợi và kinh tế. Ƣu điểm cơ bản nhất của công nghệ TTKN làm giảm nhỏ lƣợng nƣớc tƣới (tiết kiệm từ 50 - 70% lƣợng nƣớc tƣới theo phƣơng pháp cũ), tăng năng suất, chất lƣợng sản phẩm. Đồng thời giảm công lao động, thuận lợi cho cơ giới hóa và tự động hóa. Đây cũng là giải pháp giúp kiểm soát tổng lƣợng nƣớc dùng, tối ƣu hóa hiệu quả sử dụng nƣớc, cải tiến đƣợc chính sách thủy lợi phí. Viện Khoa học thủy lợi miền Nam đã áp dụng thành công công nghệ TTKN cho các cây công nghiệp (chè, cà phê) tại Di Linh, Bảo Lộc (Lâm Đồng), rau quả xuất khẩu tại Đà Lạt, nho vùng Ninh Thuận, điều, tiêu ở Quảng Trị,…Tuy nhiên, việc đầu tƣ cho ứng dụng công nghệ này còn tƣơng đối cao, nên đây thực sự còn là điều khó khăn cho nông dân. Vì thế, Nhà nƣớc cần có chính sách ƣu tiên cho ngƣời nông dân vay vốn ƣu đãi để đầu tƣ công nghệ TTKN vào sản xuất [24]. Ngay từ đầu những thập niên 90 của thế kỷ trƣớc, Viện Khoa học Kỹ thuật Nông nghiệp Việt Nam, cũng đã nghiên cứu đƣợc nhiều giống có khả năng chống chịu với điều kiện hạn, có khả năng khai thác tốt nguồn nƣớc ngầm trong điều kiện khô hạn nhƣ các giống CH2, CH3, CH133 của Giáo sƣ Viện sỹ Vũ Tuyên Hoàng. Gần đây nhất trong hội thảo về lúa lai và hệ sinh thái lúa giữa trƣờng ĐH Nông nghiệp I với tổ chức JSPS (Japan Society for the Promotion of Science) của Nhật bản, Tiến sỹ Nguyễn Văn Dũng, khoa quản lý đất đai và môi trƣờng cũng đã báo cáo một đề tài nghiên cứu về “Tiết kiệm nƣớc tƣới - Hiệu quả quản lý nƣớc trong thâm canh lúa và bảo vệ tài nguyên thiên nhiên”. Qua đó nhờ các phƣơng pháp canh tác lúa tiết kiệm nƣớc mà trong vụ xuân đã Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên tiết kiệm đƣợc 720-802m3/ha và trong vụ mùa tiết kiệm đƣợc 250m3/ha. Đồng thời nhờ các biện pháp này mà cây lúa có thể khai thác đƣợc nƣớc ngầm ở độ sâu -70 đến -80 mm, nhờ đó làm hàm lƣợng đạm vô cơ tăng lên trong đất giúp bảo vệ môi trƣờng và tăng hiệu quả sản xuất. Từ vụ thu đông năm 2005, lần đầu tiên 9 nông dân ở phƣờng Mỹ Thới, TP Long Xuyên, canh tác 8,3ha đã ứng dụng kỹ thuật “tƣới tiết kiệm nƣớc trên lúa” để đối chứng với ruộng lúa của 10 nông dân khác (canh tác 9ha). Kết quả ruộng “tƣới tiết kiệm nƣớc” giảm đƣợc 4 lần bơm nƣớc so với ruộng đối chứng (8 lần bơm) nhƣng năng suất lúa lại cao hơn 600 kg/ha; giá thành sản xuất của ruộng “tƣới tiết kiệm nƣớc” chỉ 1.142 đồng/kg lúa, trong khi ruộng đối chứng tới 1.382 đồng/kg, mức chênh lệch 240 đồng/kg. Từ hiệu quả mô hình này, Sở NN&PTNT An Giang mở rộng thí điểm ở 11 điểm. Trong vụ đông xuân 2005-2006 và vụ hè thu này, An Giang tiếp tục nhân rộng ra mỗi xã có 15 hộ nông dân tham gia, riêng huyện Châu Thành và Châu Phú, số nông dân đăng ký thực hiện gấp đôi. Cùng với mô hình này, Sở NN&PTNT An Giang kết hợp với Trƣờng Ðại học Nông lâm TP Hồ Chí Minh đƣa vào sử dụng máy san đất điều khiển bằng tia laser, tạo độ phẳng gần nhƣ tuyệt đối cho mặt ruộng để triển khai chƣơng trình ứng dụng kỹ thuật “tƣới tiết kiệm nƣớc” trên diện rộng cho nông dân. Hiện nay, Chi cục BVTV An Giang đang tiến hành đặt ống theo dõi mực nƣớc trên ruộng lúa cho nông dân theo chƣơng trình thí điểm “tƣới tiết kiệm nƣớc trên lúa” vụ hè thu. Chi cục BVTV An Giang trực tiếp hƣớng dẫn nông dân cách đặt ống, theo dõi và điều khiển mực nƣớc thích hợp với từng chu kỳ sinh trƣởng, phát triển của cây lúa. Việc ứng dụng kỹ thuật “tƣới tiết kiệm nƣớc” chỉ áp dụng trên nền lúa áp dụng chƣơng trình “3 giảm, 3 tăng”, đặt ống theo dõi mực nƣớc âm xuống mặt đất 20 cm và một phần nhô lên 10 cm (đối với lúa sạ sau 14 ngày, lúa cấy sau 21 ngày) để theo dõi mực nƣớc. Ở giai đoạn cây lúa đang phát triển, khi mực nƣớc trong ống hạ thấp dƣới mặt Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên đất 15 cm thì bơm nƣớc tràn mặt ruộng 3-5 cm. Ðến giai đoạn lúa trổ bông, phải giữ mực nƣớc trên mặt ruộng 5 cm. Sau khi lúa trổ đều, giữ độ ẩm mặt ruộng nhƣ giai đoạn đầu và rút nƣớc khô trƣớc khi thu hoạch 10 - 15 ngày. Nông dân phải chú ý giai đoạn lúa phát triển và sau khi lúa trổ đều, dù mặt đất cạn nhƣng nƣớc ngầm vẫn cung cấp đủ độ ẩm mặt đất cho cây lúa phát triển tốt. Tổng kết chƣơng trình “3 giảm, 3 tăng” 4 năm qua ở khu vực ÐBSCL, Thạc sĩ Nguyễn Hữu Huân, Phó Cục Trƣởng Cục Bảo vệ thực vật phía Nam, cho biết, có 60-70% nông dân áp dụng rất hiệu quả nên việc chuyển giao kỹ thuật mới không dừng lại ở đây. Bƣớc tiến mới trong khoa học kỹ thuật trồng lúa là ứng dụng kỹ thuật “tƣới tiết kiệm nƣớc”. Cục BVTV đang xây dựng từng mô hình nhỏ ở nhiều địa phƣơng, nhằm tổng hợp nhiều biện pháp, kỹ thuật để bổ sung vào chƣơng trình 3 giảm 3 tăng. Xem đây là gói công nghệ làm tăng hiệu quả sản xuất nông nghiệp, nhƣ việc sử dụng bảng so màu lá lúa, bón phân cân đối...đến ứng dụng kỹ thuật máy san đất điều khiển bằng tia laser, tạo độ phẳng cho mặt ruộng để ứng dụng kỹ thuật “tƣới tiết kiệm nƣớc”. Khi mặt ruộng bằng phẳng, dễ cân bằng mực nƣớc nên ít phát sinh cỏ dại và sâu bệnh, thân cây lúa cứng, hạn chế bị đổ ngã, thích hợp với điều kiện thu hoạch bằng máy gặt đập liên hợp [22]. 1.7. Yêu cầu về nƣớc của cây lúa 1.7.1. Nhu cầu về nước của lúa cấy trong các thời kì sinh trưởng Lúa yêu cầu nhiều nƣớc hơn các loại cây trồng khác. Theo Goutchin để tạo ra một đơn vị thân lá, lúa cần 400 – 450 đơn vị nƣớc, để tạo ra một đơn vị hạt lúa cần 300 – 350 đơn vị nƣớc. Để tạo ra một gam chất khô cây lúa cần 628 gam nƣớc trong khi cây ngô chỉ cần 349 gam nƣớc [17]. Thời kỳ nảy mầm: Hạt lúa khi đƣa vào bảo quản có độ ẩm là 13%, sau khi đƣợc ngâm ủ, hạt hút no nƣớc (đạt 25 – 27% khối lƣợng khô của hạt) thì Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên hạt bắt đầu nảy mầm. Đối với những giống lúa cạn gieo trực tiếp khi chƣa ngâm ủ thì hạt sẽ nảy mầm khi đất đủ ẩm hoặc khi trời có mƣa. Thời kỳ mạ: Giai đoạn nảy mầm, rễ phát triển đƣợc là nhờ vào chất dinh dƣỡng phân giải từ phôi nhũ, ở giai đoạn này cần giữ đủ ẩm, tránh để ruộng ngập trong thời gian dài, nhƣng cũng không để khô hạn, giúp hạt thóc, mầm, rễ mạ có đủ nƣớc, đủ oxy để hạt phân giải từ từ, cung cấp chất dinh dƣỡng cho mầm rễ phát triển. Khi mạ chuyển sang giai đoạn sống nhờ dinh dƣỡng hút từ đất thì căn cứ vào sự sinh trƣởng của mạ để có chế độ nƣớc hợp lý. Nếu mạ quá xấu vàng, còi cọc thì giữ ẩm. Nếu mạ qúa tốt thì rút cạn nƣớc, phơi khô ruộng. Biện pháp này áp dụng đối với mạ vụ mùa. Vụ xuân gieo sớm gặp thời tiết ấm, cần phải hãm sự sinh trƣởng của mạ. Thời kỳ cấy - Đẻ nhánh: Đây là thời kỳ quyết định số bông trên một đơn vị diện tích. Mức ngập khác nhau trong thời kỳ này có ảnh hƣởng đến quá trình đẻ nhánh. Kết quả nghiên cứu của trƣờng Đại học Nông nghiệp I cho thấy: Mức tƣới tốt nhất cho thời kỳ này cho lúa đẻ nhánh đạt số nhánh hữu hiệu cao là 5 – 10 cm. Không có lớp nƣớc hoặc ngập quá sâu đều làm hạn chế đẻ nhánh và số nhánh hữu hiệu. Đối với vụ chiêm và vụ xuân, mức tƣới 5 cm tốt hơn; với vụ mùa mức 10 cm tốt hơn. Thời kỳ cuối đẻ nhánh đến phân hoá đòng: Trong những năm gần đây, ở Trung Quốc, Nhật Bản và nƣớc ta, một số tác giả chú ý đến vấn đề sử dụng nƣớc để điều khiển sinh trƣởng, phát triển của lúa. Các tác giả cho rằng việc rút nƣớc phơi ruộng giai đoạn cuối đẻ nhánh và trƣớc phân hoá đòng lúa sẽ không đổ và cho năng suất cao hơn [17]. Viện nghiên cứu khoa học Thuỷ lợi Việt Nam cũng nghiên cứu vấn đề rút nƣớc phơi ruộng trong thời kỳ này và cho thấy có trƣờng hợp làm tăng năng suất từ 8 – 17,4%, nhƣng cũng có trƣờng hợp không có tác dụng. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Trƣờng Đại học Nông nghiệp I – Hà Nội từ những nghiên cứu về rút nƣớc phơi ruộng ở cuối thời kỳ đẻ nhánh trên các nền phân bón khác nhau đã đi đến kết luận sau: Ruộng bón nhiều phân đạm, lúa sinh trƣởng quá tốt, có thể bị lốp đổ hoặc bông làm hạt kém thì cần rút nƣớc để kìm hãm sinh trƣởng, tạo nên sự cân đối với phát dục đảm bảo cho lúa cho năng suất cao. Ruộng bón nhiều phân hữu cơ, nhất là trong vụ chiêm xuân, ruộng trũng bị ngập nƣớc thƣờng xuyên, rút nƣớc phơi ruộng để làm tăng khả năng phân giải chất hữu cơ trong đất, cung cấp thêm thức ăn cho cây với ý nghĩa nhƣ là biện pháp bón phân nuôi đòng và giảm nồng độ các chất khử trong đất có hại cho bộ rễ lúa ở thời kỳ làm đồng, trỗ bông. Ruộng lúa có thể hoặc đã bị các bệnh bạc lá, đạo ôn phá hại thì rút nƣớc phơi ruộng cũng là biện pháp cần thiết để góp phần ngăn ngừa bệnh phát sinh phát triển, tạo điều kiện thuận lợi cho việc thực hiện các biện pháp phòng trừ hoá học có kết quả cao và nhanh chóng. Ngoài những trƣờng hợp trên, rút nƣớc phơi ruộng đều không có tác dụng tốt đối với sinh trƣởng và phát triển của cây lúa. Thời kỳ làm đòng trổ bông: Bƣớc sang thời kỳ làm đòng, nhu cầu nƣớc của lúa rất cao. Thiếu nƣớc dù chỉ thời gian ngắn cũng làm giảm năng suất rõ rệt. Đối với lúa chiêm và mùa, lớp nƣớc tƣới thích hợp cho thời kỳ này là 8 – 15 cm; lúa xuân là 3 - 5 cm. Thời kỳ trỗ đến chín: Sau khi lúa trổ bông, các sản phẩm tích luỹ ở thân lá đƣợc chuyển vào hạt, trong thời kỳ này cây thiếu nƣớc sẽ ảnh hƣởng đến độ mẩy của hạt và cuối cùng trọng lƣợng hạt thấp, năng suất giảm. Nhƣng nếu giữ nƣớc trên ruộng suốt thời kỳ này thì lúa chín chậm, hàm lƣợng nƣớc trong hạt cao, chất lƣợng sản phẩm kém. Tháo nƣớc vào lúc nào để tích luỹ chất dinh dƣỡng vào hạt tốt nhất, chín sớm, thuận lợi cho việc thu hoạch và chuẩn bị làm đất cho vụ sau là một vấn đề có ý nghĩa lớn trong sản xuất, nhất là sản Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên xuất bằng cơ giới. Tháo nƣớc sớm hay muộn trong thời kỳ này phụ thuộc vào điều kiện thời tiết, khả năng giữ ẩm của đất và đặc tính của giống lúa [17]. 1.7.2. Nhu cầu về nước đối với lúa gieo thẳng Nghề trồng lúa nƣớc ta đã có lịch sử hàng ngàn năm nay, nhƣng cho tới nay phƣơng pháp canh tác phổ biến hầu nhƣ đƣợc áp dụng khắp các vùng trồng lúa là gieo mạ để cấy. Đây là một tập quán tồn tại lâu đời ở nƣớc ta, gắn chặt với điều kiện thời tiết, đất đai tự nhiên. Trong điều kiện khí hậu nhiệt đới, lƣợng mƣa nhiều, lƣợng nƣớc cần của cây lúa đều dựa vào lƣợng nƣớc mƣa cung cấp, đồng ruộng chƣa chủ động tƣới tiêu nƣớc, dễ bị úng hạn, thì chỉ có phƣơng pháp gieo mạ cấy mới đảm bảo sinh trƣởng của lúa đƣợc tƣơng đối ổn định trong những thời vụ nhất định. Mặt khác để có thể trồng 2-3 vụ lúa trên cùng một diện tích trong cùng một năm mà vẫn đủ thời gian làm đất, gieo trồng phù hợp với từng thời vụ của từng mùa, đảm bảo năng suất cây trồng ổn định cần phải rút ngắn thời gian sinh trƣởng của lúa bằng cách gieo mạ cấy. Trong những điều kiện về đất đai, khí hậu nhƣ thế thì phƣơng pháp gieo mạ cấy vẫn chiếm vị trí độc tôn và không thể thay thế bằng phƣơng pháp nào khác đƣợc. Nhƣng phƣơng pháp này gây những khó khăn nhất định cho việc thực hiện cơ giới hoá các khâu trên đồng ruộng, nhất là khâu cấy, tốn rất nhiều công gieo mạ, nhổ và cấy. Năng suất lao động thấp, giá thành sản phẩm cao dẫn đến hiệu quả kinh tế của việc trồng lúa còn quá thấp. Chính vì thế ở các nƣớc có nền nông nghiệp tiên tiến trên thế giới đều trồng lúa bằng phƣơng pháp gieo thẳng. Tuy nhiên muốn áp dụng phƣơng pháp này cần phải có những điều kiện cơ sở vật chất nhất định. Trƣớc hết đồng ruộng phải chủ động tƣới tiêu nƣớc. Phải có những giống lúa thích hợp với kỹ thuật gieo thẳng: Có thể trồng dày, thời gian sinh trƣởng ngắn hơn lúa cấy để phù hợp với thời vụ làm đất, thu hoạch và điều kiện thời tiết cần thiết cho sự sinh trƣởng và phát dục qua từng thời kỳ ở những mùa vụ khác nhau, đảm bảo có thể trồng ít nhất là 2 vụ lúa hoặc 1 vụ màu, 2 vụ lúa trong năm. Trên cơ sở đó cần nắm Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên vững kỹ thuật thâm canh lúa gieo thẳng mà khâu chủ yếu có ý nghĩa quyết định đến sinh trƣởng và năng suất cuả chúng là khâu phòng trừ cỏ dại. Để giải quyết vấn đề cỏ dại cạnh tranh dinh dƣỡng với lúa trong điều kiện không làm cỏ bằng cơ giới cần xác định đúng đắn chế độ tƣới nƣớc và sử dụng hợp lý các loại thuốc phòng trừ cỏ dại. Vì vậy khác với lúa cấy, lúa gieo thẳng đòi hỏi một chế độ nƣớc không những thoả mãn nhu cầu nƣớc theo yêu cầu sinh lý của chúng, điều hoà ẩm độ trong ruộng, tạo điều kiện cho lúa sinh trƣởng tốt mà còn phải có tác dụng tiêu diệt, ngăn ngừa kìm hãm sự phát triển của cỏ dại. Về mặt sinh lý dinh dƣỡng của lúa gieo thẳng thì quá trình sinh trƣởng của chúng có thể chia thành hai giai đoạn yêu cầu về nƣớc khác nhau. Từ khi gieo hạt cho tới khi lúa bắt đầu đẻ nhánh. Giai đoạn này lúa không ƣa ngập mà tốt nhất là đƣợc sinh trƣởng trên đất ẩm. Nếu trên thực tế trên đồng ruộng cần phải tƣới ngập cho lúa ngay sau khi gieo hoặc là đảm bảo chế độ nhiệt trong đất cho phù hợp với yêu cầu của cây mạ, thoả mãn nƣớc cho hạt lúa chóng nảy mầm hoặc khống chế sự nảy mầm của cỏ dại. Vì vậy ở những nơi làm đất và gieo hạt khô thì sau khi gieo tƣới ngập lớp nƣớc 5-10 cm trên ruộng. Khi nƣớc đã thấm hết vào đất, đất no nƣớc thì mầm lúa cũng bắt đầu xuất hiện. Đó là môi trƣờng thích hợp cho lúa. Ở miền Bắc nƣớc ta trong vụ xuân, nhiệt độ lúc gieo thấp (13 – 150) không thuận lợi cho quá trình nảy mầm khô của hạt trên đồng ruộng. Vì vậy phải ủ cho hạt nảy mầm rồi gieo trên đất ẩm nhiều bùn nhƣ gieo mạ mới đảm bảo đƣợc tỉ lệ nảy mầm cao và thời vụ gieo thích hợp nhất. Trong vụ mùa ở vùng đồng bằng địa hình thấp, không có điều kiện làm đất khô nhƣ một số vùng cao cũng phải gieo thóc mầm để lúa mọc nhanh, tránh ngập úng gây thối hạt. Trong điều kiện hiện nay tốt nhất là gieo vãi. Gieo vãi lúa đƣợc phân bố đều trong ruộng thuận lợi cho quá trình đẻ nhánh và có tác dụng kìm hãm sự sinh trƣởng của cỏ dại. Gieo vãi có năng suất cao hơn các phƣơng pháp gieo hàng, gieo hốc cùng điều kiện kỹ thuật, chăm sóc. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Mỗi lao động mỗi ngày có thể gieo 1 ha ruộng. Với nhiệt độ không khí từ 18 0 C trở lên thì sau gieo 20 – 25 ngày lúa bắt đầu đẻ nhánh. Trong thời gian này giữ ẩm đất là điều kiện tốt nhất để lúa sinh trƣởng. Nhƣng điều kiện này cũng tạo cho cỏ dại phát triển, vì vậy cần sử dụng lớp nƣớc tƣới để kìm hãm chúng. Tuỳ theo loại cỏ dại và điều kiện chủ động nƣớc mà áp dụng các cách tƣới sau: Khi lúa mọc khoảng 5 cm, từ từ cho nƣớc vào ruộng ngập một lớp nƣớc ngày càng tăng nhƣng không quá 2/3 chiều cao cây lúa. Lúa đƣợc 5-6 lá và bắt đầu đẻ phải từ từ rút nƣớc xuống 3 -5 cm để thuận lợi cho lúa đẻ nhánh. Trƣờng hợp ruộng ít cỏ dại họ cói lác và làm đất kỹ thì chỉ cần giữ ruộng ngập thƣờng xuyên một lớp nƣớc 2-3 cm cũng có thể đảm bảo khống chế hạt cỏ nảy mầm và sinh trƣởng. Cần kết hợp điều tiết lớp nƣớc trên mặt ruộng với sử dụng thuốc trừ cỏ để tăng tác dụng diệt trừ cỏ dại. Giai đoạn hai kể từ lúc lúa đẻ nhánh đến lúc chín sáp. Trong giai đoạn này luá rất cần có lớp nƣớc thƣờng xuyên trên mặt ruộng. Thời kỳ làm đòng, trỗ cần giữ lớp nƣớc sâu 5-10 cm. Tới lúc chín sữa thì lớp nƣớc không cần thiết đối với cây lúa nữa, nhƣng ruộng cần đủ ẩm để quá trình chín của lúa đƣợc thuận lợi. Khi lúa đã chín cần tháo hết lớp nƣớc mặt ruộng, đảm bảo khô ráo để công tác thu hoạch đƣợc nhanh chóng dễ dàng, nhất là trong điều kiện cơ giới hoá khâu này [17]. 1.7.3. Phương pháp tưới lúa Trên thế giới hiện nay tồn tại 2 phƣơng pháp tƣới cho lúa là tƣới ẩm và tƣới ngập. Diện tích tƣới