Thực trạng sản xuất và sử dụng vật liệu hữu cơ trong canh tác ngô trên đất cát biển .... Nghiên cứu xây dựng thí nghiệm nguồn vật liệu hữu cơ, cây trồng xen và vật liệu che phủ trong sản
Trang 1HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM
Trang 2HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM
Người hướng dẫn: PGS TS Đào Châu Thu TS Cao Việt Hưng
HÀ NỘI – 2023
Trang 3LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các kết quả nghiên cứu được trình bày trong luận án là trung thực, khách quan và chưa từng dùng để bảo vệ lấy bất kỳ học vị nào
Tôi cũng xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ trong quá trình thực hiện luận án đã được cảm ơn, các thông tin trích dẫn trong luận án này đều được chỉ nguồn gốc rõ ràng
Hà Nội, ngày tháng năm 2023
Tác giả luận án
Nguyễn Thị Bích Thủy
Trang 4LỜI CẢM ƠN
Trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận án, tôi đã nhận được sự hướng dẫn, chỉ bảo tận tình của các thầy cô giáo, sự giúp đỡ, động viên của bạn bè, đồng nghiệp và gia đình
Nhân dịp hoàn thành luận án, cho phép tôi được bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Đào Châu Thu và TS Cao Việt Hưng đã tận tình hướng dẫn, dành nhiều công sức, thời gian và tạo điều kiện cho tôi trong suốt quá trình học tập và thực hiện đề tài
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới Ban Giám đốc, Ban Quản lý đào tạo, Bộ môn Khoa học đất, Khoa Tài nguyên và Môi trường - Học viện Nông nghiệp Việt Nam đã tận tình giúp đỡ tôi trong quá trình học tập, thực hiện đề tài và hoàn thành luận án
Tôi xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu, cán bộ, giảng viên và sinh viên Viện Nông nghiệp - Tài nguyên, Trường Đại học Vinh, lãnh đạo và cán bộ Viện Khoa học Kỹ thuật Nông nghiệp Bắc Trung Bộ, Sở Tài nguyên và Môi trường Nghệ An, Sở Nông nghiệp và Phát triển nông thôn Nghệ An, phòng Nông nghiệp và Phát triển nông thôn cùng các hộ nông dân trên địa bàn huyện Nghi Lộc đã giúp đỡ và tạo điều kiện cho tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài
Tôi cũng xin chân thành cảm ơn chương trình đào tạo nghiên cứu sinh theo Đề án 911 của Bộ giáo dục và Đào tạo đã hỗ trợ tôi một phần kinh phí giúp tôi thuận lợi trong việc triển khai và thực hiện đề tài nghiên cứu
Xin chân thành cảm ơn gia đình, người thân, bạn bè, đồng nghiệp đã tạo mọi điều kiện thuận lợi và giúp đỡ tôi về mọi mặt, động viên khuyến khích tôi hoàn thành luận án./
Hà Nội, ngày tháng năm 2023
Tác giả luận án
Nguyễn Thị Bích Thủy
Trang 51.1 Tính cấp thiết của đề tài 1
1.2 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài 3
1.2.1 Mục tiêu tổng quát 3
1.2.2 Mục tiêu cụ thể 3
1.3 Phạm vi nghiên cứu 4
1.4 Những đóng góp mới của luận án 4
1.5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án 5
2.2.1 Tình hình sản xuất ngô trên thế giới 24
2.2.2 Tình hình sản xuất ngô ở Việt Nam 28
2.2.3 Tình hình sản xuất ngô ở Nghệ An 29
2.3 Nghiên cứu sử dụng vật liệu hữu cơ trong canh tác ngô 31
2.3.1 Nghiên cứu sử dụng vật liệu hữu cơ trong canh tác ngô trên thế giới 35
Trang 62.3.2 Nghiên cứu sử dụng vật liệu hữu cơ trong canh tác ngô ở Việt Nam 42
2.4 Nhận xét rút ra từ tổng quan và định hướng nghiên cứu của luận án 48
Phần 3 Nội dung và phương pháp nghiên cứu 50
3.1 Địa điểm nghiên cứu 50
3.2 Thời gian nghiên cứu 50
3.3 Đối tượng và vật liệu nghiên cứu 50
3.3.1 Đối tượng nghiên cứu 50
3.3.2 Vật liệu nghiên cứu 50
3.4 Nội dung nghiên cứu 52
3.5 Phương pháp nghiên cứu 53
3.5.1 Điều tra thu thập số liệu 53
3.5.2 Phương pháp thí nghiệm đồng ruộng 53
3.5.3 Phương pháp xây dựng mô hình thử nghiệm 59
3.5.4 Phương pháp lấy mẫu và đo đếm các chỉ tiêu nghiên cứu 60
3.5.5 Phương pháp trồng, chăm sóc và thu hoạch ngô 63
3.5.6 Phương pháp xử lý số liệu 65
Phần 4 Kết quả nghiên cứu và thảo luận 66
4.1 Nghiên cứu phân bố, hiện trạng dụng đất cát biển ở tỉnh Nghệ An 66
4.1.1 Hiện trạng phân bố đất cát biển tỉnh Nghệ An 66
4.1.2 Hiện trạng sử dụng nhóm đất cát biển ở tỉnh Nghệ An 68
4.1.3 Hệ thống cây trồng trên nhóm đất cát biển ở tỉnh Nghệ An 69
4.1.4 Thực trạng sản xuất ngô trên vùng đất cát biển 73
4.2 Điều tra thực trạng và xác định yếu tố hạn chế trong sản xuất ngô trên đất cát biển tỉnh Nghệ An 74
4.2.1 Thực trạng sản xuất và sử dụng vật liệu hữu cơ trong canh tác ngô trên đất cát biển 74
4.2.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến canh tác ngô trên đất cát biển tỉnh Nghệ An 78
4.2.3 Một số nhận xét rút ra từ kết quả điều tra các yếu tố ảnh hưởng đến canh tác ngô trên đất cát biển tỉnh Nghệ An 86
4.3 Nghiên cứu xây dựng thí nghiệm nguồn vật liệu hữu cơ, cây trồng xen và vật liệu che phủ trong sản xuất ngô trên đất cát biển tỉnh Nghệ An 89
Trang 74.3.1 Đánh giá ảnh hưởng các loại phân hữu cơ trong sản xuất ngô trên đất cát
4.4 Xây dựng mô hình và đề xuất giải pháp sử dụng vật liệu hữu cơ cho cây ngô trên đất cát biển tỉnh Nghệ An 125
4.4.1 Xây dựng mô hình từ các kết quả nghiên cứu trồng ngô trên đất cát biển
Danh mục các công trình công bố có liên quan đến luận án 137
Tài liệu tham khảo 138
Phụ lục 148
Trang 8DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
Chữ viết tắt Nghĩa tiếng Việt
NN&PTNT Nông nghiệp và phát triển nông thôn
P2O5dt Lân dễ tiêu
Trang 9Chữ viết tắt Nghĩa tiếng Việt
UNESCO Tổ chức Giáo dục, Khoa học và Văn hóa của Liên Hiệp Quốc
Trang 10DANH MỤC BẢNG
TT Tên bảng Trang
2.1 Phân loại, diện tích và phân bố của đất cát Việt Nam 9
2.2 Phân loại đất tỉnh Nghệ An 15
2.3 Mô tả hình thái phẫu diện đất cát biển Nghệ An 16
2.4 Đặc điểm lý, hóa tính của phẩu diện đất cát biển tỉnh Nghệ An 17
2.5 Cơ cấu cây trồng trên vùng đất cát ven biển Nghệ An 24
2.6 Diện tích năng suất, sản lượng ngô trên thế giới năm 2019 25
2.7 Số liệu xuất và nhập khẩu ngô trên thế giới năm 2019 27
2.8 Giá trị xuất và nhập khẩu ngô tại một số quốc gia trên thế giới 27
2.9 Diện tích, năng suất, sản lượng ngô giai đoạn 2011-2019 28
2.10 Sản xuất ngô ở Nghệ An giai đoạn 2010-2020 29
2.11 Tình hình sản xuất ngô các vùng ven biển tỉnh Nghệ An 30
3.1 Thành phần dinh dưỡng các loại phân hữu cơ trước thí nghiệm 54
3.2 Công thức thí nghiệm lượng phân hữu cơ bón cho ngô trồng trên đất cát biển tỉnh Nghệ An 56
3.3 Sơ đồ bố trí mô hình thực nghiệm trên đất cát biển Nghệ An 59
3.4 Các chỉ tiêu phân tích và phương pháp phân tích đất 61
4.1 Hiện trạng phân bố đất nhóm đất cát biển tỉnh Nghệ An 66
4.2 Hiện trạng sử dụng nhóm đất cát biển ở tỉnh Nghệ An 68
4.3 Loại hình sử dụng trên nhóm đất cát biển ở tỉnh Nghệ An 70
4.4 Cơ cấu cây trồng trên đất cát biển 71
4.5 Diện tích, năng suất mùa vụ sản xuất ngô vùng đất cát biển Nghệ An 72
4.6 Diện tích, năng suất và sản lượng ngô ở vùng đất cát biển Nghệ An 73
4.7 Quy mô sản xuất của các nông hộ vùng đất cát biển 74
4.8 Thực trạng sử dụng phân bón cho ngô trồng trên đất cát biển 75
4.9 Thực trạng sử dụng vật liệu hữu cơ cho ngô trên đất cát biển 77
4.10 Điều kiện khí hậu tỉnh Nghệ An giai đoạn 2015-2018 80
4.11a Tính chất đất cát biển trồng ngô huyện Nghi Lộc, tỉnh Nghệ An 81
4.11b Kết quả phân tích mẫu đất cát biển tỉnh Nghệ An 82
Trang 114.12 Hiện trạng các loại cây trồng, vật nuôi và tiềm năng nguồn hữu cơ của tỉnh
4.15 Ảnh hưởng của loại phân hữu cơ chỉ tiêu sinh trưởng của cây ngô 90
4.16 Ảnh hưởng các loại phân hữu cơ đến các yếu tố cấu thành năng suất của ngô 91
4.17 Ảnh hưởng của loại phân hữu cơ đến năng suất của cây ngô 93
4.18 Ảnh hưởng của các loại phân hữu cơ đến chỉ tiêu dinh dưỡng đất trồng ngô sau thí nghiệm 95
4.19 Ảnh hưởng của các loại phân bón hữu cơ đến hiệu quả kinh tế 97
4.20 Ảnh hưởng của liều lượng phân hữu cơ đến diện tích lá và chỉ số diện tích lá cây ngô 100
4.21 Ảnh hưởng của liều lượng phân hữu cơ đến năng suất và yếu tố cấu thành năng suất của cây ngô 101
4.22 Ảnh hưởng của liều lượng phân hữu cơ và vô cơ đến một số tính chất hóa học đất cát biển 103
4.23 Ảnh hưởng liều lượng phân hữu cơ đến hiệu quả kinh tế của cây ngô 105
4.24 Ảnh hưởng của cây trồng xen với ngô đến nhiệt độ đất (oC) 108
4.25 Ảnh hưởng của cây trồng xen với ngô đến độ ẩm đất cát biển (%) 110
4.26 Ảnh hưởng của cây trồng xen với ngô đến tính chất hóa học của đất cát biển 111
4.27 Ảnh hưởng của cây trồng xen với ngô đến năng suất sinh khối 114
4.28 Ảnh hưởng của cây trồng xen với ngô đến năng suất 115
4.29 Diễn biến khí hậu thời tiết của các vụ thí nghiệm (2015 và 2016) 117
4.30 Ảnh hưởng của che phủ đến nhiệt độ đất cát biển trồng ngô (0C) 118
4.31 Ảnh hưởng của che phủ đến độ ẩm đất (%) trồng ngô 120
4.32 Ảnh hưởng của che phủ đến sinh trưởng và phát triển của cây ngô 121
4.33 Ảnh hưởng của che phủ đến năng suất của ngô thí nghiệm 123
4.34 Ảnh hưởng của che phủ đến năng suất của ngô thí nghiệm 124
4.35 Một số chỉ tiêu sinh trưởng, phát triển của ngô ở mô hình thực nghiệm 128
4.36 Một số chỉ tiêu hóa tính trước và mô hình thực nghiệm 129
4.37 Hiệu quả kinh tế của mô hình thực nghiệm (tính cho 1 ha) 132
Trang 12DANH MỤC HÌNH
TT Tên hình Trang
2.1 Diện tích, năng suất và sản lượng ngô trên thế giới năm 2019 25
2.2 Tỉ lệ diện tích và sản lượng ngô của một số quốc gia trên thế giới năm 2019 26
2.3 Quá trình khoáng hoá chất hữu cơ trong đất và tổng hợp chất mùn đất 33
2.4 Chu trình hình thành mùn từ xác hữu cơ 34
2.5 Vai trò của carbon hữu cơ trong đất 31
4.1 Phân bố diện tích đất cát biển ở tỉnh Nghệ An 67
4.2 Biểu đồ cơ cấu sử dụng đất cát biển tỉnh Nghệ An 69
4.3 Diễn biến nhiệt độ và lượng mưa trung bình hàng tháng vùng ven biển Nghệ An 79
4.4 Năng suất thực thu của giống ngô CP999 ở hai địa điểm nghiên cứu 94
4.5 Diễn biến ảnh hưởng của trồng xen đến nhiệt độ đất năm 2015 107
4.6 Diễn biến ảnh hưởng của trồng xen đến nhiệt độ đất năm 2016 107
4.7 Mô hình thực nghiệm tháng 1 năm 2018 ở xã Nghi Phong , huyện Nghi Lộc 126
4.8 Mô hình thực nghiệm tháng 2 năm 2018 ở xã Nghi Thạch, huyện Nghi Lộc 126
Trang 13TRÍCH YẾU LUẬN ÁN
Tên tác giả: Nguyễn Thị Bích Thủy
Tên Luận án: Nghiên cứu sử dụng vật liệu hữu cơ cho ngô trên đất cát biển tỉnh Nghệ An Chuyên ngành: Khoa học đất Mã số: 9 62 01 03
Tên cơ sở đào tạo: Học viện Nông nghiệp Việt Nam Mục tiêu nghiên cứu
(1) Đánh giá và xác định đặc điểm về phân bố, tính chất và hiện trạng sử dụng đất cát biển trong sản xuất nông nghiệp tại tỉnh Nghệ An
(2) Xác định được yếu tố hạn chế trong sản xuất ngô trên đất cát biển tỉnh Nghệ An (3) Nghiên cứu, xác định được hiệu quả sử dụng các nguồn vật liệu hữu cơ, vật liệu phủ đất và cây trồng xen trong sản xuất ngô trên đất cát biển để ổn định và cải thiện độ phì nhiêu đất, nâng cao hiệu quả sản xuất ngô trên đất cát biển tỉnh Nghệ An
(4) Xây dựng được mô hình sản xuất ngô và đề xuất các giải pháp kỹ thuật sử dụng vật liệu hữu cơ hiệu quả trong sản xuất ngô trên đất cát biển tỉnh Nghệ An
Phương pháp nghiên cứu
(1) Điều tra thu thập số liệu
Số liệu thứ cấp gồm các số liệu về điều kiện tự nhiên, kinh tế, tài nguyên đất đai, diện tích, năng suất ngô, khí hậu thời tiết, nguồn hữu cơ từ gia súc, phế phụ phẩm cây trồng được thu thập từ các báo cáo hàng năm, đề án, báo cáo thống kê từ UBND, Phòng NN & PTNT, Phòng TN & MT của huyện Nghi Lộc; từ Sở NN & PTNT và Sở TN & MT tỉnh Nghệ An
Số liệu sơ cấp liên quan hệ thống cây trồng, tình hình sản xuất ngô và sử dụng vật liệu hữu cơ được thu thập thông qua phỏng vấn lãnh đạo, chuyên viên phòng NN & PTNT huyện Nghi Lộc, lãnh đạo UBND và hộ nông dân tại các xã nghiên cứu
(2) Bố trí thí nghiệm đồng ruộng
Lựa chọn các loại, liều lượng phân hữu cơ; vật liệu trồng xen, che phủ cho ngô được thực hiện với 4 thí nghiệm đồng ruộng Tất cả các thí nghiệm được bố trí theo khối ngẫu nhiên đầy đủ (RCBD) với 3 lần nhắc lại, diện tích ô là 20m2, mỗi thí nghiệm được tiến hành trong 2 vụ xuân liên tiếp trên đất màu tại 3 xã Nghi Phong, Nghi Thái, Nghi Thạch huyện Nghi Lộc Các chỉ tiêu được theo dõi, đánh giá theo Quy chuẩn kỹ
thuật quốc gia QCVN 01-56:2011 Các yếu tố cấu thành năng suất và năng suất của ngô
được phân tích phương sai bằng phần mềm IRRISTAT version 5.0 Giá trị trung bình năng suất theo từng vụ, từng thí nghiệm được so sánh với giống đối chứng sử dụng LSD ở mức ý nghĩa P <5%
(3) Xây dựng mô hình sử dụng vật liệu hữu cơ
Mô hình thực hiện ở 2 địa điểm (xã Nghi Thạch và xã Nghi Phong, huyện Nghi Lộc, tỉnh Nghệ An); diện tích mỗi mô hình là 500 m2 x 4 mô hình x 2 địa điểm, tổng
Trang 14diện tích 4000 m2, gồm 8 hộ tham gia Các mô hình gồm: mô hình trồng theo người dân; mô hình sử dụng phân hữu cơ; mô hình trồng xen kết hợp phân hữu cơ; mô hình phủ nilon kết hợp phân hữu cơ
(4) Lấy mẫu và phân tích đất
Mẫu đất được lấy vào 2 thời điểm trước và sau thí nghiệm theo phương pháp lấy mẫu đất hỗn hợp TCVN 7538-2:2005; các chỉ tiêu hóa tính đất được phân tích theo phương pháp phân tích đất-nước-phân-cây trồng của Viện Thổ Nhưỡng - Nông Hóa
Kết quả chính và kết luận
Điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội, đất nông nghiệp vùng ven biển tỉnh Nghệ An thuận lợi để phát triển hệ thống cây trồng hàng năm, đặc biệt các cây trồng ngô, lạc và rau màu các loại Diện tích đất trồng ngô chiếm tỉ lệ tương đối cao trong quỹ đất canh tác của vùng, trong đó vụ trồng ngô xuân đem lại năng suất cao hơn so với vụ thu và vụ đông Tuy nhiên năng suất ngô trên đất cát biển còn thấp so với trung bình toàn tỉnh do những yếu tố hạn chế: (1) điều kiện khí hậu khắc nghiệt, thời gian trổ bông đến nuôi hạt thường rơi vào thời điểm nắng nóng, gió Lào, đất thiếu ẩm, hạn hán; (2) sản xuất ngô không chăm sóc theo đúng quy trình, chủ yếu sử dụng phân vô cơ, ngoài ra không sử dụng các biện pháp canh tác hữu cơ bổ trợ; (3) thành phần dinh dưỡng trong đất ở mức nghèo đến rất nghèo nên cây trồng chỉ dựa vào lượng phân bón bổ sung cho ngô, trong khi liều lượng không đầy đủ như khuyến cáo của Sở NN&PTNT
Đánh giá nguồn hữu cơ từ phế phụ phẩm cây trồng (cây lúa, cây ngô) và gia súc (trâu, bò, lợn, dê) ở tỉnh Nghệ An Nếu tận dụng hết nguồn hữu cơ này có thể sử dụng gấp 4 lần lượng phân hữu cơ cần bón theo khuyến cáo cho diện tích trồng ngô và lúa toàn tỉnh Nguồn hữu cơ từ nông hộ và các vùng ven biển cũng được điều tra, đánh giá đủ để sử dụng cho cây trồng trên địa bàn Các kỹ thuật canh tác bao gồm trồng xen, che phủ cho ngô đem lại hiệu quả cao, song do thói quen canh tác và cây ngô không được chú trọng nên còn hạn chế
Từ các thuận lợi, khó khăn qua điều tra, đề tài bố trí 4 thí nghiệm lặp lại 2 vụ/thí nghiệm và đã xác định được loại phân hữu cơ là phế phụ phẩm nông nghiệp (rơm rạ, cây ngô) được ủ với chế phẩm vi sinh Compost Marker và lượng bổ sung quy đổi 30% yếu tố N sang lượng phân hữu cơ (tính theo lượng phân bón vô cơ cho ngô là 150 N + 90 P2O5 + 100 K2O) có tác dụng cải tạo đất tốt nâng cao năng suất vừa phù hợp với chi phí cũng như có hiệu quả kinh tế cho vùng đất cát biển tỉnh Nghệ An Đồng thời đề tài nghiên cứu các biện pháp trồng xen và che phủ cho ngô trong điều kiện canh tác nhờ nước trời và đã xác định được mô hình trồng xen ngô – đậu đen và che phủ bằng nilon tự hủy cho ngô đã đem lại năng suất cao và cải thiện tính chất đất sau thí nghiệm