Biện pháp quản lý nước kết hợp bón đạm, xử lý rơm rạ để nâng cao sinh trưởng lúa và giảm bốc thoát khí ammoniac, phát thải khí mêtan và ôxit nitơ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ TRẦN THỊ HỒNG HUYẾN BIỆN PHÁP QUẢN LÝ NƯỚC, KẾT HỢP BÓN ĐẠM, XỬ LÝ RƠM RẠ ĐỂ NÂNG CAO SINH TRƯỞNG LÚA, GIẢM BỐC THỐT KHÍ AMONIAC, PHÁT THẢI KHÍ MÊTAN VÀ ƠXIT NITƠ LUẬN ÁN TIẾN SĨ NÔNG NGHIỆP CẦN THƠ - 2018 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ TRẦN THỊ HỒNG HUYẾN BIỆN PHÁP QUẢN LÝ NƯỚC, KẾT HỢP BÓN ĐẠM, XỬ LÝ RƠM RẠ ĐỂ NÂNG CAO SINH TRƯỞNG LÚA, GIẢM BỐC THỐT KHÍ AMONIAC, PHÁT THẢI KHÍ MÊTAN VÀ ÔXIT NITƠ LUẬN ÁN TIẾN SĨ NÔNG NGHIỆP NGÀNH: KHOA HỌC CÂY TRỒNG NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: GS.TS NGÔ NGỌC HƯNG CẦN THƠ - 2018 TÓM LƯỢC Sự đạm bốc thoát NH phát thải N2O nguyên nhân làm giảm hiệu sử dụng phân đạm lúa Ngoài ra, việc bón hữu cho lúa làm tích lũy nguồn cacbon đất dẫn đến phát thải nhiều CH Ba loại khí nhà kính NH3, N2O CH4, tác nhân gây nên biến đổi khí hậu Hiện nay, với việc thâm canh lúa từ đến vụ năm đồng sông Cửu Long, chí có nơi sản xuất đến vụ năm nên thời gian nghỉ đất vụ q ngắn đưa đến đất lúa ln tình trạng khử kéo dài, kết hợp với việc bón nhiều phân N làm tăng sản sinh khí NH 3, N2O CH4 Do đó, để góp phần hạn chế việc phát thải loại khí nhà kính gây ảnh hưởng biến đổi khí hậu, việc nghiên cứu biện pháp cải thiện kỹ thuật canh tác lúa qua quản lý nước, bón phân N sử dụng phân hữu cần thiết Đề tài “Biện pháp quản lý nước, kết hợp bón đạm, xử lý rơm rạ để nâng cao sinh trưởng lúa, giảm bốc thoát khí ammoniac, phát thải khí mêtan ơxit nitơ” thực nhằm mục đích: (i) Xác định ảnh hưởng biện pháp tưới khô ngập luân phiên lượng phát thải N2O, CH4 bốc thoát NH3; (ii) Xác định ảnh hưởng biện pháp bón thấm urê bón rơm rạ lượng phát thải khí nhà kính; (iii) Xác định khả cải thiện sinh trưởng suất lúa biện pháp bón thấm urê bổ sung hữu từ rơm ủ Sáu thí nghiệm thực từ năm 2012 đến 2014; bao gồm thí nghiệm nhà lưới Khoa Nông nghiệp Sinh học ứng dụng - Trường Đại học Cần Thơ thí nghiệm ngồi đồng thị xã Bình Minh, tỉnh Vĩnh Long Kết cho thấy: (i) Biện pháp tưới khô ngập luân phiên cho lúa giúp giảm phát thải CH 4, giảm bốc thoát NH3 làm tăng phát thải N2O so với biện pháp tưới ngập liên tục Biện pháp tưới khô ngập luân phiên giúp giảm lượng nước tưới khoảng 1.000 m /vụ lúa suất lúa lượng hấp thu N lúa khơng bị giảm Ngồi ra, biện pháp tưới khô ngập luân phiên ghi nhận làm gia tăng số bông/m (ii) Biện pháp bón thấm urê - tái ngập nước sau ngày có lượng bốc NH3 thấp có liên quan tình trạng pH thấp nước ruộng, lượng N bị tối đa 1,38 kgN/ha chiếm 1,39% lượng N bón cho lúa Lượng N hiệu bón cho lúa trồng Bình Minh, tỉnh Vĩnh Long vụ Đông Xuân 80 kgN/ha với suất đạt 6,93 tấn/ha hiệu nông học 26,7 kg lúa/kgN Bón 2 thấm urê làm gia tăng số chồi/m số bông/m so với cách bón urê theo cách thơng thường, giúp lúa hấp thu N cao (105 kgN/ha) biện pháp bón phân N điều kiện tưới ngập nước liên tục (95 kgN/ha) i (iii) Bón rơm ủ nấm Trichoderma kết hợp với phân N vô làm giảm phát thải CH4, gia tăng số bơng/m so với bón vùi rơm tươi, nhiên không làm khác biệt suất lúa Từ khóa: bón thấm urê, bốc NH3, khơ ngập luân phiên, lúa, phát thải CH4, phát thải N2O, rơm ủ Trichoderma ii SUMMARY The loss of nitrogen due to NH3 volatilization and N2O emission is one of the reasons for the inefficient use of nitrogenous fertilizer of rice In addition, the organic matter application for rice causes the accumulation of carbon in paddy soil that also leads to a high CH4 emissions Three types of greenhouse gases as NH3 and N2O, and CH4 are the triggers of climate change Currently, with the intensification of rice production from to crops per year in the Mekong Delta even crops in years so the time off between the two rice crops is too short that leads to the long-lasting reduction condition of paddy soil causing an increase of the gaseous production of NH3 and N2O, and CH4 Therefore, in order to contribute to limiting the emission of greenhouse gases that affect climate change, the study of measures to improve rice cultivation techniques through water management, nitrogenous fertilizer application, and use of organic fertilizer is needed The study entitled "Water management measures in combination with nitrogen application, rice straw processing to enhance the growth of rice and reduce volatilization of ammonia, emissions of methane and nitrous oxide" was conducted to: (i) Identify the effects of alternate wetting and drying (AWD) irrigation method on CH4 and N2O emissions, and NH3 volatilization; (ii) Determine the effects of urea penetration and rice straw application measures on greenhouse gas emissions; and (iii) Determine the ability to improve growth and yield of rice by application of urea penetration and complementary of organic matter from rice straw compost There were six experiments that were conducted between 2012 and 2014 included three experiments in the net house of the College of Agriculture and Applied Biology - Can Tho University and three field experiments in Binh Minh Town, Vinh Long Province The results showed that: (i) Application of the AWD irrigation method led to mitigate CH4 emission and NH3 volatilization, but increased N2O emissions compared to continuous flooding (CF) irrigation The AWD irrigation method saved irrigation water volume of 1,000 m per one rice crop, but the rice yield and nitrogen absorption capacity of rice crop were not reduced In addition, the AWD irrigation method resulted in an increase of number of flowers/m ; (ii) The application of urea penetration and re-flooding after one day gave very low NH3 volatilization that related low pH status in the field, and the maximum nitrogen loss of 1.38 kgN/ha accounting for 1,39% of nitrogen fertilizer applied for rice The effective nitrogen fertilizer for rice in Binh Minh Town, Vinh Long Province in winter-spring crop was 80 kgN/ha that resulted in rice yield of 6.93 tons/ha, and the agronomic efficiency was 26.7 kg rice grain per one kg nitrogen applied Applying urea penetration increased the number of 2 rice shoots/m and rice flowers/m compared to the normal nitrogen iii fertilizer application that helped a higher nitrogen absorbtion (105 kgN/ha) than that of nitrogen fertilizer application in continuous flooding irrigation (95 kgN/ha); and (iii) Application of Trichoderma rice straw compost in combination with inorganic nitrogen fertilizer mitigated CH4 emission, increased number of rice flowers/m compared to buried fresh rice straw, however, did not increase rice yields Keywords: alternate wetting and drying, CH4 emission, N2O emission, NH3 volatilization, rice, Trichoderma rice straw compost, urea penetration iv C N HO X H CH N H V T N M Độc lập – Tự – Hạnh phúc LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình “Biện pháp quản lý nước kết hợp bón đạm, xử lý rơm rạ để nâng cao sinh trưởng lúa, giảm bốc khí amoniac, phát thải khí mêtan ôxit nitơ” riêng Các số liệu, kết trình bày luận án trung thực chưa công bố bất k cơng trình, luận án trước v LỜI CẢM TẠ Trong suốt q trình học tập hồn thành luận án này, nhận hướng dẫn, giúp đ quý báu Quý thầy cô, anh chị, em bạn Với l ng kính trọng biết ơn sâu sắc tơi xin bày t lời cảm ơn chân thành đến: GS.TS Ngô Ngọc Hưng, người tận tình hướng dẫn, tạo điều kiện thuận lợi để nghiên cứu, chỉnh sửa cho lời khuyên thật quý báo để tơi hồn thành luận án PGS.TS Nguyễn Thành Hối, người động viên, hỗ trợ hướng dẫn thực công việc trao dồi chuyên môn suốt trình học tập Và xin gửi đến Quý Thầy, Cô, anh chị Bộ Môn Khoa học Đất Bộ môn Khoa học Cây Trồng tạo điều kiện giúp đ tơi suốt q trình học tập thực thí nghiện phân tích Xin gửi lời cảm ơn đặc biệt đến TS Cao Văn Phụng – Hội Liên hiệp KHKT Thành phố Hồ Chí Minh, người hỗ trợ thực đo kết tiêu thí nghiệm nhà lưới đồng Ban iám hiệu Trường Đại học Cần Thơ, Khoa Nông nghiệp Sinh học ứng dụng, Khoa Sau Đại học, Ph ng Quản lý Khoa học ph ng ban Trường Đại học Cần Thơ tạo điều kiện thuận lợi cho suốt trình học tập nghiên cứu Trường Xin bày t l ng biết ơn chân thành tới Ban iám đốc Sở Nông nghiệp & PTNT Vĩnh Long tạo điều kiện cho học tập, nghiên cứu hoàn thành luận án Lời cảm ơn xin dành cho: Nguyễn Quốc Khương, Lê Trung Thành, Nguyễn Thị Mỹ Xuyên, Nguyễn Thị Ngọc Hà, Nguyễn Kim Quyên, Nguyễn Khánh Duy, Trần Chúc nh, Quách Văn Thiện, Đào Thanh Phong, Võ Thị Tuyết Mai, Lê Hoàng nh, Nguyễn Thị Diệu Hiền, Nguyễn Văn Dương – người trực tiếp thực thí nghiệm Trân trọng cảm ơn đến anh chị đồng nghiệp, em sinh viên trình học tập thực thí nghiệm mà tơi chưa kể hết lời cảm ơn Cuối xin gửi lời tri ân đến người thân gia đình động viên khích lệ tơi suốt q trình học tập hoàn thành luận án vi MỤC LỤC Nội dung Trang TÓM LƯỢC i SUMMARY iii Lời cam đoan v Lời cảm tạ vi Mục lục vii Danh sách bảng xiii Danh sách hình xv Danh sách chữ viết tắt xviii CHƯƠNG MỞ ĐẦU 1.1 Tính cấp thiết đề tài 1.2 Mục tiêu nghiên cứu 1.3 Những đóng góp luận án 1.3.1 Ý nghĩa khoa học 1.3.2 Ý nghĩa thực tiễn 1.4 Đối tượng phạm vi nghiên cứu đề tài 1.4.1 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 1.4.2 Địa điểm thời gian nghiên cứu CHƯƠNG TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.1 Vấn đề biến đổi khí hậu 2.2 Nhu cầu nước lúa 2.2.1 Ảnh hưởng nước đến sinh trưởng phát triển lúa 2.2.2 Chế độ nước qua thời k sinh trưởng ảnh hưởng đến suất lúa 2.2.2.1 Thời k gieo mạ 2.2.2.2 Thời k cuối đẻ nhánh đến đứng .6 2.2.2.3 Thời k làm đ ng đến trổ vii 2.2.2.4 Thời k trổ đến chín 2.2.3 Các kỹ thuật tưới nước tiết kiệm cho lúa 2.2.3.1 Hiệu sử dụng nước lúa 2.2.3.2 Canh tác chế độ nước bão h a 2.2.3.3 Chế độ tưới nước khơ ngập ln phiên .8 2.3 Bón phân cho lúa 11 2.3.1 Nhu cầu phân N lúa 12 2.3.2 Nghiên cứu liều lượng, thời gian hiệu sử dụng N bón cho lúa 12 2.3.2.1 Liều lượng sử dụng N bón cho lúa 12 2.3.2.2 Thời gian bón N cho lúa 13 2.3.2.3 Hiệu sử dụng N lúa 13 2.3.3 Ảnh hưởng biện pháp quản lý nước bón phân N đến phát thải khí nhà kính 14 2.3.3.1 Sự biến đổi hóa học sau bón phân N 14 2.3.3.2 Kỹ thuật bón thấm urê 16 2.4 Phân hữu 18 2.4.1 Vai tr phân hữu 18 2.4.2 Sự phân hủy chất hữu 19 2.4.2.1 Trong điều kiện thống khí 19 2.4.2.2 Trong điều kiện yếm khí 19 2.4.3 Hiệu sử dụng phân hữu 19 2.5 Sự bốc khí NH3, phát thải CH4, N2O, N2 yếu tố ảnh hưởng lên bốc thoát NH3, phát thải N2O 22 2.5.1 Sự bốc khí NH3, phát thải CH4, N2O N2 22 2.5.1.1 Sự bốc khí NH3 22 2.5.1.2 Sự phát thải khí N2O N2 23 2.5.1.3 Sự bốc khí CH4 24 viii Số chồi lúa thời điểm 20 NSS Nguồn biến động Lặp lại Đạm * Nước Đạm Nước Sai số Tổng bình phương Nguồn biến động Lặp lại Đạm * Nước Đạm Nước Sai số Tổng bình phương Nguồn biến động Lặp lại Đạm * Nước Đạm Nước Sai số Tổng bình phương Số chồi lúa thời điểm 45 NSS Số chồi lúa thời điểm 65 NSS Số chồi lúa thời điểm 90 NSS Nguồn biến động Lặp lại Đạm * Nước Đạm Nước Sai số Tổng bình phương Nguồn biến động Lặp lại Đạm * Nước Đạm Nước Sai số Tổng bình phương Nguồn biến động Lặp lại Đạm * Nước Đạm Nước Sai số Tổng bình phương Chiều cao lúa thời điểm 10 NSS Chiều cao lúa thời điểm 20 NSS Chiều cao lúa thời điểm 45 NSS Nguồn biến động Lặp lại Đạm * Nước Đạm Nước Sai số Tổng bình phương Nguồn biến động Lặp lại Đạm * Nước Đạm Nước Sai số Tổng bình phương Nguồn biến động Lặp lại Đạm * Nước Đạm Nước Sai số Tổng bình phương 10 Chiều cao lúa thời điểm 65 NSS 11 Chiều cao lúa thời điểm 90 NSS 12 Khối lượng 1000 hạt Nguồn biến động Lặp lại Đạm * Nước Đạm Nước Sai số Tổng bình phương Nguồn biến động Lặp lại Đạm * Nước Đạm Nước Sai số Tổng bình phương Nguồn biến động Lặp lại Đạm * Nước Đạm Nước Sai số Tổng bình phương 13 Số hạt 14 Số m 15 Phần trăm hạt Nguồn biến động Lặp lại Đạm * Nước Đạm Nước Sai số Tổng bình phương 25,230 5,690 59,051 5,771 109,014 16 Năng suất thực tế Nguồn biến động Lặp lại Đạm Nước Đạm * Nước Sai số Tổng bình phương BI Thí nghiệm 6: Ảnh hưởng phân hữu vi sinh lên khí phát thải nhà kính suất lúa Lượng phát thải CH4 (mg CH4/m /giờ) 10 NSS Nguồn biến động Nghiệm thức Lặp lại Sai số Tổng CV (%) Tổng bình 2 Lượng phát thải CH4 (mg CH4/m /giờ) 12 NSS Nguồn biến động Nghiệm thức Lặp lại Sai số Tổng CV (%) Tổng bình p Lượng phát thải CH4 (mg CH4/m /giờ) 14 NSS Nguồn biến động Nghiệm thức Lặp lại Sai số Tổng CV (%) Tổng bình phương Lượng phát thải CH4 (mg CH4/m /giờ) 20 NSS Nguồn biến động Nghiệm thức Lặp lại Sai số Tổng CV (%) Tổng bình phương Lượng phát thải CH4 (mg CH4/m /giờ) 22 NSS Nguồn biến động Nghiệm thức Lặp lại Sai số Tổng CV (%) Tổng bình phương Nguồn biến động Nghiệm thức Lặp lại Sai số Tổng CV (%) Tổng bình phương Lượng phát thải CH4 (mg CH4/m /giờ) 24 NSS Lượng phát thải CH4 (mg CH4/m /giờ) 45 NSS Nguồn biến động Nghiệm thức Lặp lại Sai số Tổng CV (%) Tổng bình phương Lượng phát thải CH4 (mg CH4/m /giờ) 47 NSS Nguồn biến động Nghiệm thức Lặp lại Sai số Tổng CV (%) Tổng bình phương Lượng phát thải CH4 (mg CH4/m /giờ) 49 NSS Nguồn biến động Nghiệm thức Lặp lại Sai số Tổng CV (%) Tổng bình phương 10 Lượng phát thải N2O (mg N2O/m /giờ) 10 NSS Nguồn biến động Nghiệm thức Lặp lại Sai số Tổng CV (%) Tổng bình phương 11 Lượng phát thải N2O (mg N2O/m /giờ) 12 NSS Nguồn biến động Nghiệm thức Lặp lại Sai số Tổng CV (%) T 12 Lượng phát thải N2O (mg N2O/m /giờ) 14 NSS Nguồn biến động Nghiệm thức Lặp lại Sai số Tổng CV (%) 13 Lượng phát thải N2O (mg N2O/m /giờ) 20 NSS Nguồn biến động Nghiệm thức Lặp lại Sai số Tổng CV (%) Tổng bình phương 14 Lượng phát thải N2O (mg N2O/m /giờ) 22 NSS Nguồn biến động Nghiệm thức Lặp lại Sai số Tổng CV (%) Tổng bình phương 15 Lượng phát thải N2O (mg N2O/m /giờ) 24 NSS Nguồn biến động Nghiệm thức Lặp lại Sai số Tổng CV (%) Tổng bình phương 16 Lượng phát thải N2O (mg N2O/m /giờ) 45 NSS Nguồn biến động Nghiệm thức Lặp lại Sai số Tổng CV (%) Tổng bình phươn 17 Lượng phát thải N2O (mg N2O/m /giờ) 47 NSS Nguồn biến động Nghiệm thức Lặp lại Sai số Tổng CV (%) Tổng bình phương Nguồn biến động Nghiệm thức Lặp lại Sai số Tổng CV (%) Tổng bình phương 18 Lượng phát thải N2O (mg N2O/m /giờ) 49 NSS 19 Chiều cao lúa 10 NSS Nguồn biến động Nghiệm thức Lặp lại Sai số Tổng CV (%) 20 Chiều cao lúa 20 NSS Nguồn biến động Nghiệm thức Lặp lại Sai số Tổng CV (%) Tổng bình phương Nguồn biến động Nghiệm thức Lặp lại Sai số Tổng CV (%) Tổng bình phương 21 Chiều cao lúa 45 NSS 22 Chiều cao lúa 65 NSS Nguồn biến động Nghiệm thức Lặp lại Sai số Tổng CV (%) 23 Chiều cao lúa 90 NSS Nguồn biến động Nghiệm thức Lặp lại Sai số Tổng CV (%) Tổng bình phương 24 Số chồi/m 10 NSS Nguồn biến động Nghiệm thức Lặp lại Sai số Tổng CV (%) 25 Số chồi/m 20 NSS Nguồn biến động Nghiệm thức Lặp lại Sai số Tổng CV (%) 26 Số chồi/m 45 NSS Nguồn biến động Nghiệm thức Lặp lại Sai số Tổng CV (%) 27 Số chồi/m 65 NSS Nguồn biến động Nghiệm thức Lặp lại Sai số Tổng CV (%) Tổng bình phương Tổng bình phương Tổng bình phương 28 Số chồi/m 90 NSS Nguồn biến động Nghiệm thức Lặp lại Sai số Tổng CV (%) 29 Số bơng/m Tổng bình phương Nguồn biến động Nghiệm thức Lặp lại Sai số Tổng CV (%) 30 Tỷ lệ hạt Nguồn biến động Nghiệm thức Lặp lại Sai số Tổng CV (%) Tổng bình phương 31 Khối lượng 1000 hạt Nguồn biến động Nghiệm thức Lặp lại Sai số Tổng CV (%) Tổng bình phương 0,280 2,206 5,751 8,237 Nguồn biến động Nghiệm thức Lặp lại Sai số Tổng CV (%) Tổng bình phươn 28,084 264,067 152,658 444,809 Nguồn biến động Nghiệm thức Lặp lại Sai số Tổng CV (%) Tổng bình phương 0,130 0,767 1,506 2,403 32 Số hạt/bông 33 Năng suất thực tế ... tài Biện pháp quản lý nước kết hợp bón N, xử lý rơm rạ để nâng cao sinh trưởng lúa giảm bốc khí ammoniac, phát thải khí mêtan ơxit nitơ thực 1.2 Mục tiêu nghiên cứu Đề tài Biện pháp quản lý. .. đoan cơng trình Biện pháp quản lý nước kết hợp bón đạm, xử lý rơm rạ để nâng cao sinh trưởng lúa, giảm bốc khí amoniac, phát thải khí mêtan ơxit nitơ riêng tơi Các số liệu, kết trình bày luận... DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ TRẦN THỊ HỒNG HUYẾN BIỆN PHÁP QUẢN LÝ NƯỚC, KẾT HỢP BÓN ĐẠM, XỬ LÝ RƠM RẠ ĐỂ NÂNG CAO SINH TRƯỞNG LÚA, GIẢM BỐC THỐT KHÍ AMONIAC, PHÁT THẢI KHÍ MÊTAN VÀ ƠXIT