Ứng dụng mô hình GLEAMS nghiên cứu cân bằng lân cho hệ thống thâm canh rau trên đất phù sa sông hồng

Ứng dụng mô hình GLEAMS nghiên cứu cân bằng lân cho hệ thống thâm canh rau trên đất phù sa sông hồng

bộ giáo dục đào tạo trờng đạI học nông nghiệp I Vũ Đình Tuấn ng dng mụ hỡnh GLEAMS nghiên cứu cân lân cho hệ thống thâm canh rau trờn ủt phự sa sụng Hng luận văn thạc sĩ nông nghiệp Chuyờn ngnh: khoa học đất Mó s: 60.62.15 Ngi hng dn khoa hc: ts Phạm quang hà Hµ Néi - 2006 Trường ðại học Nơng nghiệp - Luận văn Thạc sỹ khoa học Nông nghiệp -i Lời cam đoan Tơi xin cam ñoan số liệu, kết luận văn trung thực Các thông tin số liệu thu thập khác luận văn trích dẫn đầy đủ ðây cơng trình nghiên cứu riêng tơi, khơng trùng lặp với cơng trình nghiên cứu tác giả khác Tác giả Vũ ðình Tuấn Trường ðại học Nông nghiệp - Luận văn Thạc sỹ khoa học Nông nghiệp -ii Lời cảm ơn Trước hết, xin cảm ơn thầy, cô giáo trường ðại học Nông nghiệp I Hà Nội ñã truyền ñạt kiến thức bổ ích, quí giá thời gian học 2004-2006 trường Tôi xin chân thành cảm ơn TS Phạm Quang Hà (Trưởng mơn Nghiên cứu Mơi trường đất - Viện Thổ nhưỡng Nơng hố) tận tình hướng dẫn giúp đỡ tơi suốt q trình thực luận văn Tơi xin chân thành cảm ơn lãnh đạo Viện Thổ nhưỡng Nơng hố, lãnh đạo đồng nghiệp mơn Nghiên cứu Mơi trường đất tạo điều kiện, động viên, giúp đỡ để tơi hồn thành luận văn Có luận văn nhờ vào ñề tài RURBIFARM ñược tài trợ EU, với cơng sức đóng góp nhà khoa học tham gia ñề tài từ nhiều nước Anh, Thuỵ ðiển, Indonesia, Thái Lan Việt Nam, xin chân thành cảm ơn tài trợ giúp đỡ đó, đặc biệt GS Ingrid Oborn, TS Martin Larsson, TS Karin Blomback, người ñã trực tiếp giúp ñỡ, hướng dẫn trình chạy mơ hình GLEAMS để hồn thành luận văn Tôi xin chân thành cảm ơn người thân, bạn bè gia đình động viên, giúp đỡ tơi hồn thành luận văn Vũ ðình Tuấn Trường ðại học Nông nghiệp - Luận văn Thạc sỹ khoa học Nông nghiệp -iii MỤC LỤC MỞ ðẦU i 1.1 ðặt vấn đề, tính cấp thiết đề tài 1.2 Mục đích luận văn 1.3 Ý nghĩa khoa học thực tiễn ñề tài 1.4 Phạm vi nghiên cứu TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.1 Vai trò rau sản xuất rau vùng ngoại thành Hà Nội 2.2 Lân ñất khả cung cấp lân ñất cho trồng 2.2.1 Tổng quan nguyên tố lân 2.2.2 Lân ñất Việt Nam 2.3 Lân sử dụng phân lân bón cho Việt Nam 13 2.3.1 Chu trình lân 13 2.3.2 Sản xuất sử dụng phân lân Việt Nam 14 2.3.3 Nhu cầu lân trồng 19 2.3.4 Cân lân việc sử dụng hiệu phân lân cho hệ thống trồng 22 2.4 Lân sử dụng nơng nghiệp vấn đề phú dưỡng lân 23 2.5 Các mơ hình hố ứng dụng nghiên cứu chu chuyển dòng vật chất nông nghiệp 27 2.5.1 Mơ hình NUTMON 27 2.5.2 Mơ hình AMINO, DAYCENT, MACRO 28 2.6 Mơ hình GLEAMS 31 2.6.1 Cấu trúc mơ hình GLEAMS 31 2.6.2 Quá trình chu chuyển N hệ thống 33 2.6.3 Quá trình chu chuyển P hệ thống 35 2.6.4 Một số ứng dụng mơ hình GLEAMS giới 41 ðỐI TƯỢNG, ðỊA ðIỂM, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 44 Trường ðại học Nông nghiệp - Luận văn Thạc sỹ khoa học Nông nghiệp -iv 3.1 ðối tượng nghiên cứu 44 3.2 ðịa ñiểm nghiên cứu 45 3.3 Nội dung 45 3.4 Phương pháp 45 3.4.1 Theo dõi, quan trắc thí nghiệm nông hộ 45 3.4.2 Lấy mẫu phân tích đất, nước tưới, nước mưa, phân hữu 46 3.4.3 Hiệu chỉnh mơ hình GLEAMS sử dụng tính chu chuyển lân, xây dựng kịch 46 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 50 4.1 Các thơng số đầu vào mơ hình GLEAMS hiệu chỉnh 50 4.1.1 Thơng số khí hậu 50 4.1.2 Nhóm thơng số tính chất đất 54 4.1.3 Cây trồng 56 4.1.4 Các thông số canh tác 59 4.1.5 Hiệu chỉnh mơ hình theo kết phân tích độ ẩm, nitrat lân dễ tiêu (Olsen) ñất ñiểm nghiên cứu 61 4.2 Cân lân hệ thống trồng thâm canh rau nhiều vụ 68 4.3 Xây dựng kịch (phương án) 71 KẾT LUẬN VÀ ðỀ NGHỊ 77 5.1 Kết luận 77 5.2 ðề nghị 77 TÀI LIỆU THAM KHẢO 80 PHỤ LỤC 87 Trường ðại học Nông nghiệp - Luận văn Thạc sỹ khoa học Nông nghiệp -v Thuật ngữ viết tắt luận văn Chữ viết tắt Nghĩa từ viết tắt ATP Adenosine Triphosphate Bộ NN & PTNT Bộ Nông nghiệp Phát triển Nông thôn BS ðộ no bazơ (Base saturation) ðTM ðánh giá tác động mơi trường EPA Tổ chức bảo vệ môi trường (Environmental Protection Agency) FAO Tổ chức nông lương Liên hợp quốc (Food and Agriculture Organization) FC Sức chứa ẩm ñồng ruộng (Field capacity) IFA Tổ chức phân bón giới (International Fertilization Agency) Max Tối ña Min Tối thiểu NADP Nicotinamide Adenine Dinucleotide Phosphate nnk Những người khác Nts ðạm tổng số NXB Nhà xuất Pts Lân tổng số Std ðộ lệch chuẩn (Standard deviation) TB Trung bình TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam TP Thành phố TPCG Thành phần giới WP ðộ ẩm héo (Wilting point) Trường ðại học Nông nghiệp - Luận văn Thạc sỹ khoa học Nông nghiệp -vi Danh sách bảng Bảng 2.1 Hàm lượng lân tổng số dễ tiêu số loại ñất Việt Nam Bảng 2.2 Hàm lượng lân tổng số dễ tiêu số nhóm đất Việt Nam Bảng 2.3 Hiệu lực phân lân ñối với lúa số loại ñất 16 Bảng 2.4 Lượng phân bón hố học sử dụng Việt Nam từ 1962-2003 (nghìn tấn) 18 Bảng 2.5 Nhu cầu dinh dưỡng N, P, K số trồng 20 Bảng 2.6 Nhu cầu dinh dưỡng P số rau 21 Bảng 2.7 Chỉ thị dinh dưỡng lân số loại rau 22 Bảng 2.8 Các file mơ hình GLEAMS 32 Bảng 3.1 Cơ cấu trồng chuyên rau ñiểm nghiên cứu 44 Bảng 3.2 Chỉ tiêu phương pháp phân tích đất 47 Bảng 3.3 Chỉ tiêu phương pháp phân tích nước tưới, nước mưa, phân bón trồng 49 Bảng 4.1 Mưa nước tưới theo dõi 53 Bảng 4.2 Tính chất đất vài thơng số ban đầu đưa vào mơ hình 56 Bảng 4.3 Một số đặc tính trồng mơ hình 57 Bảng 4.4 Hệ số trồng mơ hình (1) 58 Bảng 4.5 Hệ số trồng mơ hình (2) 58 Bảng 4.6 Năng suất, N-yield P-yield mô thực tế trồng 59 Bảng 4.7 Ngày trồng, thu hoạch, ngày bón phân, lượng bón cho trồng 60 Bảng 4.8 Phân bón sử dụng cho trồng (bao gồm vô hữu cơ) 61 Bảng 4.9 ðộ ẩm ñất ñiểm nghiên cứu (%) 63 Bảng 4.10 Kết phân tích đạm dễ tiêu N-NO3 64 Bảng 4.11 Kết phân tích lân dễ tiêu (Olsen) đất ñiểm nghiên cứu 65 Bảng 4.12 Giá trị trung bình hàm lượng nitrat lân thấm sâu 68 Bảng 4.13 Cân lân hai năm theo dõi (kg P/ha) 69 Bảng 4.14 Phân hữu bón vào kịch 73 Bảng 4.15 ðạm lân từ phân khống (NPK, urea, supe photphat đơn) ba kịch 74 Bảng 4.16 Năng suất lân hấp thu phần thu hoạch kịch 75 Bảng 4.17 Cân lân kịch (kg P/ha) 76 Trường ðại học Nông nghiệp - Luận văn Thạc sỹ khoa học Nông nghiệp -vii Danh sách hình đồ thị Hình 2.1 Chu trình lân 13 ðồ thị 2.2 Lượng phân lân hóa học tiêu thụ Việt Nam 1962-2003 (nghìn tấn) 19 Hình 2.3 Cấu trúc mơ hình NUTMON 28 Hình 2.5 Cấu trúc sơ lược mơ hình GLEAMS 31 Hình 2.6 Chu trình N ñất 33 Hình 2.7 Chu trình P đất 35 ðồ thị 4.1 Nhiệt độ trung bình điểm sương điểm nghiên cứu (trung bình 20032005) 51 ðồ thị 4.2 Tốc độ gió lượng xạ mặt trời (trung bình 2004-2005) 52 ðồ thị 4.3 Diễn mưa ñiểm nghiên cứu (trạm khí tượng Liên Mạc, Hà Nội) 53 ðồ thị 4.4 Lượng nước tưới theo dõi ñược ñiểm nghiên cứu (2003-2005) 54 ðồ thị 4.5 So sánh diễn độ ẩm đất mơ ño thực tế 64 ðồ thị 4.6 So sánh ñạm N-NO3 ñất 0-40 cm, phân tích (chấm vng), mơ (đường nối liền) 65 ðồ thị 4.7 So sánh lượng P-PO4 đất 0-40 cm mơ (đường nối liền) với kết đo (chấm vng) 66 ðồ thị 4.8 Diễn biến P-PO4 đất 0-40 cm tồn thời gian mô (kg P/ha) 66 ðồ thị 4.9 Lượng nước thấm sâu hàm lượng N-NO3, P-PO4 nước thấm sâu 67 ðồ thị 4.10 Lân từ nguồn phân hóa học, phân hữu nước tưới ñưa vào hệ thống 69 ðồ thị 4.11 Lân lấy ñi khỏi hệ thống trồng hấp thu, thấm sâu rửa trơi 70 ðồ thị 4.12 Lân đóng góp từ nguồn ñưa vào hệ thống hai năm ñiểm Phúc Lý 70 ðồ thị 4.13 Số phận lân ñưa vào hệ thống hai năm ñiểm Phúc Lý 71 Trường ðại học Nông nghiệp - Luận văn Thạc sỹ khoa học Nông nghiệp -viii MỞ ðẦU 1.1 ðặt vấn đề, tính cấp thiết ñề tài Lân ba ngun tố đa lượng có vai trị quan trọng q trình quang hợp, hình thành chuyển hố lượng hoạt ñộng trao ñổi chất Ở nước ta có nhiều kết nghiên cứu vai trị phospho trồng Tuy nghiên cứu cách có hệ thống chu trình phốt pho, ảnh hưởng mơi trường đất chưa có nhiều Mặt khác hầu hết nghiên cứu tập trung cho lúa số cơng nghiệp, nghiên cứu cho rau Ngày nay, nhiều nơi thâm canh cao bón nhiều lân, dẫn đến dư thừa gây nhiễm mơi trường ñất, nước gây phú dưỡng, ñe doạ nhiều hệ sinh thái, thuỷ vực Chưa kể nhiều nguồn lân thường có kim loại nặng Hơn việc bón nhiều lân vượt qua yêu cầu dinh dưỡng trồng cịn gây lãng phí tiền ñầu tư người nông dân, hiệu sử dụng lân thấp, bền vững Ngồi phân tích vật lý hố học đất, sử dụng cơng cụ mơ hình hố nhằm đánh giá cách hệ thống dịng chu chuyển ngun tố nói chung lân nói riêng nhà nghiên cứu nước giới quan tâm từ nhiều thập kỷ trước ñây Tuy Việt Nam, nghiên cứu kết hợp yếu tố thổ nhưỡng, phân bón, dinh dưỡng trồng mơ hình hố cịn Những nghiên cứu mơ hình hố, mơ Việt Nam lĩnh vực cân lân ít, dừng lại phân tích hoá lý, xác ñịnh trạng thái lân ñất Hầu hết mô hình cần phải chỉnh lý áp dụng vào điều kiện cụ thể nơi với thơng số sở liệu phù hợp Trong luận văn này, mơ hình GLEAMS lựa chọn để kiểm nghiệm sử dụng ñể nghiên cứu cân lân GLEAMS (Groundwater Loading Effect of Trường ðại học Nông nghiệp - Luận văn Thạc sỹ khoa học Nông nghiệp -1 Agricultural Management Systems, version 3.0, Knisel W.G and F.M David) [52] mô hình khởi thảo từ năm 70 Mỹ, cải tiến dần, đến sử dụng tính tốn chu chuyển hai yếu tố lân, đạm thuốc bảo vệ thực vật đất nơng lâm nghiệp không ngập nước qui mô ô trang trại Tại nhiều nước, nhà khoa học ñang ñiều chỉnh thông số ñể ứng dụng mô hình GLEAMS phục vụ nghiên cứu sản xuất ñiều kiện cụ thể kể vùng ôn ñới nhiệt đới (ví dụ Trung Quốc, Thụy ðiển ) 1.2 Mục đích luận văn Xác định khả ứng dụng mơ hình GLEAMS tính cân lân hệ thống thâm canh rau cạn ñất phù sa sông Hồng Từ Liêm, Hà Nội ðánh giá cân lân hệ thống thâm canh rau cạn nêu 1.3 Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Góp phần xác định khả ứng dụng cơng cụ mơ hình hóa đánh giá cách hệ thống dịng chu chuyển lân cấu trồng cạn thâm canh ñiều kiện nhiệt đới ẩm đất phù sa sơng Hồng, Việt Nam Làm sở khoa học cho việc mơ mơ hình hóa chu chuyển lân, góp phần xây dựng cơng cụ đánh giá tác động canh tác nơng nghiệp đến mơi trường, làm sở xây dựng cấu trồng hợp lý, tiết kiệm phân bón, giảm thiểu nhiễm mơi trường Góp phần xây dựng công cụ dự báo nguy ô nhiễm tiềm ẩn dự án nơng nghiệp thâm canh tập trung, giúp nhà khoa học, nhà quản lý ñánh giá tác ñộng môi trường khung ñánh giá ðTM nước ta Hơn việc xây dựng mức cảnh báo ngưỡng nhiễm từ hoạt động nơng nghiệp cần thiết ñối với nguyên tố lân, bước đầu gợi ý phương pháp luận cho việc xây dựng ngưỡng ñối với tiêu Trường ðại học Nông nghiệp - Luận văn Thạc sỹ khoa học Nông nghiệp -2 ... cân lân ñối với hệ thống thâm canh rau cạn đất phù sa sơng Hồng Từ Liêm, Hà Nội ðánh giá cân lân hệ thống thâm canh rau cạn nêu 1.3 Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Góp phần xác định khả ứng dụng. .. Trong hệ thống chuyên rau, cấu luân canh rau nước cho thu nhập cao Bằng B rau muống- rau cần rau rút- rau cần; cấu luân canh rau cạn cho thu nhập cao Phúc Lý xà lách-xà lách-tỏi-mùi Trong hệ thống. .. ðất phù sa hệ thống sông Hồng 0,08 – 0,15 100-150 ðất phù sa hệ thống sông Cửu Long 0,05 – 0,10 20-80 Nguồn: Nguyễn Tử Siêm, T Khải (1997) [24] Theo kết bảng 2.1, đất phù sa sơng Hồng có lượng lân