Ứng dụng mô hình DSSAT trong nghiên cứu dự báo tác động của biến đổi khí hậu đến năng suất khoai tây tại thành phố đà lạt, tỉnh lâm đồng

--- NGUYỄN NGỌC LÂM PHỤNG ỨNG DỤNG MÔ HÌNH DSSAT TRONG NGHIÊN CỨU DỰ BÁO TÁC ĐỘNG CỦA BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU ĐẾN NĂNG SUẤT KHOAI TÂY TẠI THÀNH PHỐ ĐÀ LẠT, TỈNH LÂM ĐỒNG LUẬN VĂN THẠC SĨ Ch

-

NGUYỄN NGỌC LÂM PHỤNG

ỨNG DỤNG MÔ HÌNH DSSAT TRONG

NGHIÊN CỨU DỰ BÁO TÁC ĐỘNG CỦA

BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU ĐẾN NĂNG SUẤT KHOAI TÂY TẠI THÀNH PHỐ ĐÀ LẠT, TỈNH LÂM ĐỒNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Chuyên ngành: Kỹ thuật môi trường

Mã ngành: 60520320

TP HỒ CHÍ MINH, tháng 10 năm 2017

-

NGUYỄN NGỌC LÂM PHỤNG

ỨNG DỤNG MÔ HÌNH DSSAT TRONG

NGHIÊN CỨU DỰ BÁO TÁC ĐỘNG CỦA

BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU ĐẾN NĂNG SUẤT KHOAI TÂY TẠI THÀNH PHỐ ĐÀ LẠT, TỈNH LÂM ĐỒNG

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HCM

Cán bộ hướng dẫn khoa học: GS TS Nguyễn Kỳ Phùng

Luận văn Thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Công nghệ TP HCM ngày 08 tháng 10 năm 2017

Thành phần Hội đồng đánh giá Luận văn Thạc sĩ gồm:

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận sau khi Luận văn đã được sửa chữa (nếu có)

Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV

TP HCM, ngày … tháng… năm 2017

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên: Nguyễn Ngọc Lâm Phụng Giới tính: Nữ

Ngày, tháng, năm sinh: 12/02/1993 Nơi sinh: TP HCM

Chuyên ngành: Kỹ thuật môi trường MSHV: 1541810033

- Tổng quan vấn đề nghiên cứu và tình nghiên cứu trên thế giới và Việt Nam;

- Đánh giá ảnh hưởng của BĐKH đến năng suất khoai tây tại 3 phường trên địa bàn TP Đà Lạt, tỉnh Lâm Đồng

- Tìm hiểu các điều kiện khí tượng tại TP Đà Lạt

- Các đặc tính của khoai tây và các điều kiện khí hậu ảnh hưởng đến khoai tây

- Sử dụng mô hình DSSAT để mô phỏng năng suất khoai tây theo kịch bản BĐKH RCP4.5 và kịch bản RCP8.5

- Đề xuất giải pháp thích ứng của khoai tây với các điều kiện BĐKH

III- Ngày giao nhiệm vụ: 15/02/2016

IV- Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 15/08/2017

V- Cán bộ hướng dẫn: GS.TS Nguyễn Kỳ Phùng

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH

(Họ tên và chữ ký) (Họ tên và chữ ký)

TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHỆ TP HCM

VIỆN ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC

CỘNG HÕA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu, kết quả nêu trong Luận văn là trung thực, chƣa từng công bố trong bất kỳ công trình nào khác Mọi tài liệu, số liệu tham khảo đƣợc trích dẫn đầy đủ

Học viên thực hiện Luận văn

(Ký và ghi rõ họ tên)

Nguyễn Ngọc Lâm Phụng

LỜI CẢM ƠN

Để thực hiện và hoàn thành tốt luận văn, trước hết tôi chân thành biết ơn Thầy hướng dẫn GS.TS Nguyễn Kỳ Phùng và ThS Đặng Thị Thanh Lê đã tận tình hướng dẫn, động viên và cung cấp nhiều kiến thức quý báu cho tôi trong suốt quá trình học tập tại trường Đại học Công nghệ Thành phố Hồ Chí Minh (Hutech) và đặc biệt trong thời gian thực hiện luận văn này Xin trân trọng cảm ơn tất cả quý Thầy, Cô trường Đại học Hutech đã tận tâm giảng dạy, hướng dẫn, truyền đạt nhiều kiến thức quý báu trong suốt thời gian học tập

Xin chân thành cảm ơn Lãnh đạo, anh chị công tác tại các Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Lâm Đồng, Sở Nông nghiệp và Phát triển nông thôn tỉnh Lâm Đồng, Đài Khí tượng Thủy văn tỉnh Lâm Đồng đã nhiệt tình hỗ trợ cung cấp các thông tin, số liệu cần thiết phục vụ cho việc hoàn chỉnh luận văn tốt nghiệp này Xin chân thành cảm ơn Ủy ban Nhân Dân phường 7, Ủy ban Nhân Dân phường 8, Ủy ban Nhân Dân phường 11 thành phố Đà Lạt, tỉnh Lâm Đồng đã hỗ trợ và tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất cho tôi trong suốt thời gian thực hiện luận văn

Cảm ơn các tất cả các bạn lớp Cao học môi trường khóa 15SMT21 đã đồng hành, hỗ trợ chia sẽ thông tin và thường xuyên giúp đỡ trong quá trình học tập và thực hiện đề tài

Cuối cùng tôi gửi cảm ơn chân thành nhất đến những người thân trong gia đình đã hỗ trợ, động viên giúp tôi vượt qua khó khăn trong học tập và trong cuộc sống để có thể hoàn thành khóa học và luận văn này

Xin chân thành cảm ơn Quý Thầy, Cô nhận xét và phản biện đã đóng góp nhiều ý kiến quý báu cho luận văn này

Xin chân thành cảm ơn!

Học viên

Nguyễn Ngọc Lâm Phụng

TÓM TẮT

Đề tài sử dụng phần mềm DSSAT (Decision Support System for Agrotechnology Transfer) mô phỏng năng suất khoai tây tại thành phố Đà Lạt, tỉnh Lâm Đồng với dữ liệu dùng để hiệu chỉnh trong giai đoạn 2009 – 2013 được thu thập tại Sở Nông nghiệp và Phát triển nông thôn tỉnh Lâm Đồng, kết quả mô phỏng

sẽ là cơ sở để tiến hành mô phỏng năng suất khoai tây với các kịch bản biến đổi khí hậu

Biến đổi khí hậu (BĐKH) có ảnh hưởng rất lớn đến sản xuất nông nghiệp do gia tăng chế độ nhiệt, tình trạng thay đổi lượng mưa, số giờ nắng Do vậy, nghiên cứu đã ứng dụng mô hình DSSAT, nhằm dự báo ảnh hưởng của BĐKH đến quá trình sinh trưởng và năng suất của giống khoai tây PO3 trên cơ sở kịch bản RCP4.5

và RCP8.5 đã được công bố của Bộ Tài nguyên và Môi trường vào năm 2016 Kết quả chạy mô hình DSSAT cho thấy BĐKH sẽ tác động rất lớn đối với sản xuất khoai tây tại thành phố Đà Lạt làm năng suất giảm theo từng năm Trong đó vụ Hè Thu chịu tác động mạnh hơn vụ khoai tây Đông Xuân Quá trình sinh trưởng, phát triển của khoai tây sẽ gặp nhiều khó khăn vào nữa sau thế kỷ XXI Đặc biệt, sự thay đổi diễn ra với tốc độ cao dần theo các kịch bản, năng suất mô phỏng theo các kịch bản BĐKH cho thấy năng suất khoai tây vụ Đông Xuân và Hè Thu đều có xu hướng giảm Vụ Đông Xuân, năng suất khoai tây so với năm 2009 giảm đáng kể, năm 2030 giảm khoảng 4,13 với kịch bản RCP4.5 và 11,69 với kịch bản RCP8.5 Năm 2050 giảm 9,93 với kịch bản RCP4.5, giảm 20,70 với kịch bản RCP8.5 Năm 2100 năng suất giảm so với năm 2009 là 16,02 với kịch bản RCP4.5 và 26 với kịch bản RCP8.5 C ng như vụ Đông xuân, năng suất khoai tây

Hè Thu trên toàn thành phố có xu hướng giảm ở cả hai kịch bản, cụ thể năm 2030 giảm 12,94 ở kịch bản RCP4.5 và giảm 18,46 ở kịch bản RCP8.5, năm 2050 giảm 22,79% và 33,06 lần lượt cho kịch bản RCP4.5 và kịch bản RCP8.5, năm

2100 giảm 27,59 và 52,76 lần lượt cho kịch bản RCP4.5 và RCP8.5

Trước thực trạng đó, thực hiện đề tài: Ứng dụng mô hình DSSAT trong nghiên cứu dự báo tác động của biến đổi khí hậu đến năng suất khoai tây tại thành phố Đà Lạt, tỉnh Lâm Đồng sẽ cung cấp một nguồn thông tin cơ sở hữu ích cho những nghiên cứu về sau trong lĩnh vực sản xuất nông nghiệp

Việc nghiên cứu đánh giá năng suất khoai tây tại thành phố Đà Lạt tỉnh Lâm Đồng là cấp bách và cần thiết nhằm đề xuất giải pháp tổng thể, phương án nhằm hạn chế ảnh hưởng của BĐKH đến năng suất cây khoai tây Nghiên cứu được thực hiện trên địa bàn thành phố Đà Lạt bao gồm 3 Phường: Phường 7, Phường 8 và Phường 11 trước bối cảnh biến đổi khí hậu mang ý nghĩa khoa học và thực tiễn cao

ABSTRACT

The subject use Decision Support System for Agrotechnology Transfer (DSSAT) software to simulate potato yield in Dalat city, Lam Dong province with data for calibration in the period of 2009 - 2013 collected at the Department of Agriculture And rural development in Lam Dong Simulation results will be the base for simulating potato yield with climate change scenarios

Climate change has a great impact on agricultural production due to increased heat regimes, changing rainfall, and hours of sunshine Therefore, the study has applied the DSSAT model to predict the effects of climate change on the growth and yield of PO3 potato based on the Ministry of Natural Resources and Environment’s published RCP4.5 and RCP8.5 scenarios in 2016 The results of running the DSSAT model indicate that climate change will have a huge impact on potato production in Da Lat city, resulting in lower annual yields Moreover, the summer-autumn crop is affected more strongly than the winter-spring potato crop The growth and development of potato will be difficult after XXI century In particular, the change takes place at a high rate according to the scenarios, the productivity simulated by climate change scenarios shows that yield of winter-spring crop and summer-autumn crop tends to decrease In the spring crop, potato yields were significantly reduced in 2009, falling by 4.13% in 2030 with RCP4.5 and 11.69% with RCP8.5 By the year 2050, potato yields decreased by 9.93% with the scenario RCP4.5, decreased by 20.70% with the scenario RCP8.5 In 2100 yields decreased for 16.02% compare to 2009 with RCP4.5 scenarios and 26% in RCP8.5 As in the spring-winter crop, summer-autumn potato yields across the city tended to decrease in both scenarios, in particular by the year of 2030, decreased by 12.94% in the RCP4.5 scenario and by 18.46% in the scenario RCP8.5, in 2050 decreased 22.79% and 33.06% respectively for RCP4.5 and RCP8.5 scenarios, in

2100 decreased 27.59% and 52.76% respectively for the RCP4 scenario 5 and RCP8.5

Facing that situation, implementation of the project: Applying the DSSAT model in the research on the impact of climate change on potato yield in Da Lat city, Lam Dong province; Provides a useful source of background information for subsequent studies in the field of agricultural production

The study on the potato yield in Da Lat city, Lam Dong province is urgent and necessary to propose a comprehensive solution to limit the impact of climate change

on potato yield The study was conducted in Da Lat city, consisting of 3 wards: Ward 7, Ward 8 and Ward 11 in the context of climate change which has scientific and practical significance

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

TÓM TẮT iii

ABSTRACT v

MỤC LỤC vii

DANH MỤC BẢNG xii

DANH MỤC HÌNH xv

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT xviii

MỞ ĐẦU 1

1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1

2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU 3

3 PHẠM VI VÀ ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU 4

4 GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI 4

5 PHƯƠNG PHÁP LUẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 5

6 Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI 10

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU 12

1.1 TỔNG QUAN VỀ MÔ HÌNH DSSAT 12

1.1.1 Khái niệm 12

1.1.2 Lịch sử phát triển 12

1.1.3 Ứng dụng DSSAT ở các nước 13

1.1.4 Chức năng của DSSAT 14

1.1.5 Thành phần và cơ sở dữ liệu của DSSAT 14

1.1.5.1.Thành phần 14

1.1.5.2.Module thời tiết 15

1.1.5.3.Module đất 16

1.1.5.4.Module cây trồng (CROPGRO) 16

1.1.5.5.Cơ sở dữ liệu 16

1.1.6 Ƣu khuyết điểm của DSSAT 17

1.2 TỔNG QUAN VỀ BĐKH VÀ LỰA CHỌN KỊCH BẢN BĐKH CHO NGHIÊN CỨU 18

1.2.1 Khái niệm 18

1.2.2 Nguyên nhân của BĐKH 18

1.2.3 Các kịch bản BĐKH 19

1.2.4 Tình hình BĐKH 20

1.2.5 Tác động của BĐKH đến lĩnh vực nông nghiệp 21

1.2.6 Lựa chọn kịch bản BĐKH phục vụ cho nghiên cứu 22

1.2.6.1.Về nhiệt độ 23

1.2.6.2.Về lƣợng mƣa 25

1.3 ĐẶC ĐIỂM VÙNG NGHIÊN CỨU 26

1.3.1 Điều kiện tự nhiên 26

1.3.1.1.Địa hình 28

1.3.1.2.Khí hậu 28

1.3.1.3.Đất 29

1.3.2 Điều kiện kinh tế - xã hội 29

1.4 TỔNG QUÁT VỀ KHOAI TÂY VÀ CÁC YẾU TỔ ẢNH HƯỞNG ĐẾN

QUÁ TRÌNH SINH TRƯỞNG 30

1.4.1 Tổng quan về khoai tây 30

1.4.2 Tình hình sản xuất và phát triển khoai tây 31

1.4.2.1.Trên Thế Giới 31

1.4.2.2.Tại Việt Nam 32

1.4.3 Thành phần hóa học của củ khoai tây 32

1.4.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến năng suất khoai tây 33

1.4.4.1.Yêu cầu về nhiệt độ 33

1.4.4.2.Yêu cầu về ánh sáng 34

1.4.4.3.Yêu cầu về nước 34

1.4.4.4.Yêu cầu về đất đai, dinh dưỡng 35

1.5 TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC 35

1.5.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới 35

1.5.2 Tình hình nghiên cứu trên Trong nước 39

1.5.3 Thảo luận về tổng quan nghiên cứu 41

CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 42

2.1 Sơ đồ thí nghiệm tiến hành trong nghiên cứu 42

2.2 CÁC THÔNG SỐ ĐẦU VÀO CỦA MÔ HÌNH 44

2.2.1 Đặc điểm đất đai thổ nhưỡng vùng nghiên cứu 44

2.2.2 Khí hậu – Thời tiết 46

2.2.3 Thời vụ gieo trồng 48

2.2.4 Giống 49

2.2.5 Kỹ thuật chọn hướng và chia luống trên đồng ruộng 50

2.2.6 Mức độ phân bón 51

2.2.7 Trồng cây 51

2.2.8 Cắt và đặt củ 52

2.2.9 Chế độ nước 53

2.2.10 Xác định sâu bệnh hại 53

2.2.11 Thu hoạch 54

2.2.12 Năng suất khoai tây PO3 54

2.2.13 Các nghiệm thức trong mô hình 55

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU, THẢO LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP 56

3.1 KẾT QUẢ XEM XÉT MỐI QUAN HỆ TƯƠNG QUAN GIỮA NĂNG SUẤT KHOAI TÂY MÔ PHỎNG BẰNG MÔ HÌNH DSSAT VÀ NĂNG SUẤT KHOAI TÂY THỰC TẾ TRÊN ĐỒNG RUỘNG 56

3.1.1 Phường 7 59

3.1.2 Phường 8 60

3.1.3 Phường 11 61

3.2 KẾT QUẢ LỰA CHỌN NĂM CƠ SỞ 62

3.3 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG NĂNG SUẤT KHOAI TÂY Ở ĐIỀU KIỆN THỜI TIẾT 2030, 2050, 2100 64

3.3.1 Diễn biến năng suất khoai tây năm 2030 66

3.3.1.1.Kịch bản RCP4.5 66

3.3.1.2.Kịch bản RCP8.5 68

3.3.2 Diễn biến năng suất khoai tây năm 2050 70

3.3.2.1.Kịch bản RCP4.5 70

3.3.2.2.Kịch bản RCP8.5 72

3.3.3 Diễn biến năng suất khoai tây năm 2100 73

3.3.3.1.Kịch bản RCP4.5 74

3.3.3.2.Kịch bản RCP8.5 75

3.4 KẾT LUẬN 78

3.5 ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP 81

3.5.1 Nghiên cứu và phát triển các loại giống mới 82

3.5.2 Áp dụng phương pháp nuôi cấy mô và khí canh vào sản xuất khoai tây tại TP Đà Lạt 84

3.5.3 Giải pháp về thời vụ 85

3.5.4 Nâng cao chính sách quản lý tại địa phương 86

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 88

TÀI LIỆU THAM KHẢO 91

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Đặc trung các kịch bản, mức tăng nhiệt độ so với thời kỳ tiền công nghiệp

20

Bảng 1.2 Biến đổi của nhiệt độ trung bình năm ( C) so vởi thời kỳ cơ sở theo kịch bản RCP4.5 và RCP8.5 cho tỉnh Lâm Đồng 24

Bảng 1.3 Biến đổi của lượng mưa năm ( ) so với thời kỳ cơ sở theo kịch kịch bản RCP4.5 và RCP8.5 cho tỉnh Lâm Đồng 25

Bảng 1.4 Chín cây lương thực thực phẩm có giá trị sản xuất cao nhất/ha/ngày tại các nước đang phát triển 30

Bảng 1.5 Tình hình sản xuất khoai tây trên thế giới 31

Bảng 1.6 Sự phân bố các chất trong củ khoai tây ( ) 32

Bảng 2.1 Bảng tính chất hoá lý là đất đỏ vàng trên đá sét và đá biến chất 45

Bảng 2.2 Biến đổi của nhiệt độ trung bình (oC) của các mùa trong năm so với thời kỳ cơ sở theo kịch bản RCP4.5 và RCP8.5 cho tỉnh Lâm Đồng 47

Bảng 2.3 Biến đổi lượng mưa ( ) của các mùa trong năm so với thời kỳ cơ sở theo kịch bản RCP4.5 và RCP8.5 cho tỉnh Lâm Đồng 48

Bảng 2.4 Giống khoai tây và diện tích trồng tại Lâm Đồng 49

Bảng 2.5 Năng suất khoai tây PO3 tại các phường 7, 8, 11 (Kg/ha) trong giai đoạn từ năm 2009 - 2013 54

Bảng 2.6 Các nghiệm thức trong mô hình 55

Bảng 3.1 Kết quả mô phỏng năng suất khoai tây qua các năm với điều kiện thời tiết từ 2008 – 2014 ở 3 địa điểm nghiên cứu 56

Bảng 3.2 Kết quả tính toán năng suất thực tế và mô phỏng 2009 – 2013 (kg/ha) 58

Bảng 3.3 Kết quả tính hệ số tương quan giữa năng suất thực tế và mô phỏng của

phường 7 59

Bảng 3.4 Kết quả tính hệ số tương quan giữa năng suất thực tế và mô phỏng của phường 8 60

Bảng 3.5 Kết quả tính hệ số tương quan giữa năng suất thực tế và mô phỏng của phường 11 61

Bảng 3.6 Tiêu chuẩn đánh giá hệ số tương quan 62

Bảng 3.7 Ý nghĩa của hệ số tương quan theo Evans (1996) 63

Bảng 3.8 Kết quả hiệu chỉnh mô hình qua các năm 63

Bảng 3.9 Bảng thông số mức tăng nhiệt độ trung bình và tăng lượng mưa trung bình năm tại tỉnh Lâm Đồng theo kịch bản BĐKH 65

Bảng 3.10 Kết quả tính toán năng suất khoai tây trong giai đoạn 2030 - 2100 theo kịch bản BĐKH 65

Bảng 3.11 Bảng năng suất trung bình khoai tây theo kịch bản BĐKH năm 2030 trên toàn TP Đà Lạt (kg/ha) 66

Bảng 3.12 Bảng mô tả nhiệt độ trung bình cao nhất, thấp nhất năm 2030 theo kịch bản RCP4.5 68

Bảng 3.13 Bảng mô tả nhiệt độ trung bình cao nhất, thấp nhất năm 2030 theo kịch bản RCP8.5 70

Bảng 3.14 Bảng năng suất trung bình khoai tây theo kịch bản BĐKH năm 2050 trên toàn TP Đà Lạt (kg/ha) 70

Bảng 3.15 Bảng mô tả nhiệt độ trung bình cao nhất, thấp nhất năm 2050 theo kịch bản RCP4.5 71

Bảng 3.16 Bảng mô tả nhiệt độ trung bình cao nhất, thấp nhất năm 2050 theo kịch bản RCP8.5 73

Bảng 3.17 Bảng biến thiên năng suất lúa theo kịch bản BĐKH năm 2100 73 Bảng 3.18 Bảng mô tả nhiệt độ trung bình cao nhất, thấp nhất năm 2100 theo kịch bản RCP4.5 75 Bảng 3.19 Bảng mô tả nhiệt độ trung bình cao nhất, thấp nhất năm 2100 theo kịch bản RCP8.5 76

DANH MỤC HÌNH

Hình 1 Giao diện nhập dữ liệu đầu vào của tập tin thời tiết 5

Hình 2 Giao diện làm việc của tập tin thời tiết 6

Hình 3 Giao diện làm việc của tập tin dữ liệu đất trong Sbuild 7

Hình 4 Giao diện làm việc của Treatments trong Xbuild 8

Hình 1.1 Tổng quan về cấu trúc Modulec của mô hình DSSAT 15

Hình 1.2 Kịch bản biến đổi nhiệt độ trung bình năm (oC) ở khu vực Tây Nguyên 24 Hình 1.3 Kịch bản biến đổi lượng mưa ( ) ở khu vực Tây Nguyên 26

Hình 1.4 Bản đồ tỉnh Lâm Đồng 27

Hình 2.1 Khung định hướng nghiên cứu 42

Hình 2.2 Giống khoai tây PO3 50

Hình 2.3 Đất sau khi lên luống được san phẳng 50

Hình 2.4 Đọ sâu hàng rạch để bón phân 7 - 8 cm 51

Hình 2.5 Khoai tây giống 52

Hình 2.6 Tưới đẫm nước sau trồng 52

Hình 3.1 Biểu đồ thể hiện mối tương quan năng suất giữa kết quả mô phỏng năng suất khoai tây năm 2009 so với kết quả thực nghiệm 64

Hình 3.2 Năng suất khoai tây vụ Đông Xuân và Hè Thu tại phường 7, phường 8 và phường 11 năm 2030 theo kịch bản RCP4.5 66

Hình 3.3 So sánh năng suất khoai tây năm 2009 và năm 2030 theo kịch bản RCP4.5 67

Hình 3.4 Năng suất khoai tây vụ Đông Xuân và Hè Thu tại phường 7, phường 8 và phường 11 năm 2030 theo kịch bản RCP8.5 68

Hình 3.5 So sánh năng suất khoai tây năm 2009 và năm 2030 theo kịch bản

RCP8.5 69 Hình 3.6 Năng suất khoai tây vụ Đông Xuân và Hè Thu tại phường 7, phường 8 và phường 11 năm 2050 theo kịch bản RCP4.5 70 Hình 3.7 So sánh năng suất khoai tây năm 2009 và năm 2050 theo kịch bản

RCP4.5 71 Hình 3.8 Năng suất khoai tây vụ Đông Xuân và Hè Thu tại phường 7, phường 8 và phường 11 năm 2050 theo kịch bản RCP8.5 72 Hình 3.9 So sánh năng suất khoai tây năm 2009 và năm 2050 theo kịch bản

RCP8.5 72 Hình 3.10 Năng suất khoai tây vụ Đông Xuân và Hè Thu tại phường 7, phường 8

và phường 11 năm 2100 theo kịch bản RCP4.5 74 Hình 3.11 So sánh năng suất khoai tây năm 2009 và năm 2100 theo kịch bản

RCP4.5 74 Hình 3.12 Năng suất khoai tây vụ Đông Xuân và Hè Thu tại phường 7, phường 8

và phường 11 năm 2100 theo kịch bản RCP8 75 Hình 3.13 So sánh năng suất khoai tây năm 2009 và năm 2100 theo kịch bản

RCP8.5 76 Hình 3.14 Biểu đồ thể hiện diễn biến năng suất khoai tây vụ Đông Xuân của 3 phường trong giai đoạn năm 2009 - 2100 theo kịch bản RCP4.5 78 Hình 3.15 Biểu đồ thể hiện diễn biến năng suất khoai tây vụ Hè Thu của 3 phường trong giai đoạn năm 2009 - 2100 theo kịch bản RCP4.5 78 Hình 3.16 Biểu đồ thể hiện diễn biến năng suất khoai tây vụ Đông Xuân của 3 phường trong giai đoạn năm 2009 - 2100 theo kịch bản RCP8.5 79 Hình 3.17 Biểu đồ thể hiện diễn biến năng suất khoai tây vụ Hè Thu của 3 phường trong giai đoạn năm 2009 - 2100 theo kịch bản RCP8.5 79

Hình 3.18 Biểu đồ thể hiện diễn biến năng suất trung bình của khoai tây giai đoạn năm 2009 - 2100 theo kịch bản RCP4.5 80 Hình 3.19 Biểu đồ thể hiện diễn biến năng suất trung bình của khoai tây giai đoạn năm 2009 - 2100 theo kịch bản RCP8.5 80 Hình 4.1 Tỉnh Thái Bình đã ứng dụng thành công công nghệ nuôi cấy mô tế bào kết hợp khí canh vào sản xuất khoai tây giống 83 Hình 4.2 Sản xuất khoai tây giống bằng nuôi cấy mô tế bào kết hợp phương pháp khí canh tại tỉnh Thái Bình 85

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

CEC Cation Exchange Capacity

(Khả năng trao đổi cation) CROPGRO Module cây trồng

DSSAT Decision Support System for Agrotechnology Tranfer

(Hệ thống hỗ trợ quyết định chuyển giao kỹ thật nông nghiệp) FAO Food and Agricultural Organization

(Tổ chức nông lương quốc tế) IPPC Intergovernmental Panel on Climate Chang

(Ủy ban liên chính phủ về biến đổi khí hậu)

UNEP United Nation Environment Programme

(Chương trình Môi trường Liên hợp quốc) WMO World Meteorological Organization

(Tổ chức Khí tượng Thế giới) XBUILD Module Quản lý canh tác

MỞ ĐẦU

1 ĐẶT VẤN ĐỀ

 Khái quát chung

Ngày này, thách thức của môi trường đối với hoạt động sản xuất và đời sống con người không còn giới hạn phạm vi ở từng quốc gia hay khu vực mà đã mang tính toàn cầu Một trong những thách thức lớn đó là biến đổi khí hậu (BĐKH), mà một trong những biểu hiện của nó chính là hiện tượng nóng lên toàn cầu, nước biển dâng, sự gia tăng về số lượng c ng như cường độ của các loại thiên tai (bão, l – lụt, hạn hán) Hiện tượng BĐKH được các nhà khoa học chứng minh và tổng hợp trong các báo cáo của tổ chức Intergovermental Panel on Climate Change (IPCC) Bên cạnh đó những ảnh hưởng tiêu cực của BĐKH đến con người và môi trường ngày càng rõ rệt và gia tăng mạnh mẽ trong những năm qua Để giảm thiểu BĐKH

có hai vấn đề cần thực hiện là giảm thiểu khí nhà kính và thích ứng với tình hình BĐKH Trên thế giới các nước phát triển đã sớm nghiên cứu các ảnh hưởng của BĐKH và thử nghiệm các giải pháp thích ứng từ những năm đầu thế kỉ XXI

BĐKH ảnh hưởng đến an ninh lương thực nói chung và sản xuất khoai tây ở Việt Nam nói riêng Ở nước ta, sản xuất nông nghiệp là một trong những ngành sản xuất quan trọng với khoảng 60 – 70 dân số tham gia Theo số liệu thống kê của

Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn (2015), sản xuất nông nghiệp phải đối mặt với nhiều khó khăn, thách thức, nhất là BĐKH gây nhiều hiện tượng thời tiết cực đoan, bất thường như mùa đông ấm ở miền Bắc, mưa l gây lụt nặng ở các tỉnh miền núi phía Bắc, hạn hán gay gắt xảy ra trên diện rộng gần khắp cả nước

Theo cảnh báo của IPCC, Việt Nam là một trong những nước trên thế giới chịu ảnh hưởng nặng nề nhất do BĐKH Được cho là mức dộ tổn thương cao nhất, nền nông nghiệp luôn phải chịu những thiệt hại hết sức nặng nề, theo thống kê năm

2015 của Ban Phòng chống lụt bãi Trung ương và Tổng cục Thống kê (GSO) ước tính mỗi năm nước ta tổn thất khoảng 14.500 tỷ đồng tương đương với 1,2 GDP

cả nước Việt Nam sẽ là nước mất an ninh lương thực nếu không có giải pháp thích ứng kịp thời

Diện tích trồng khoai tây ở Lâm Đồng hàng năm có từ 1.500 - 1.600 ha, đạt tổng sản lượng thu hoạch trung bình khoảng 35 ngàn tấn, tập trung ở 3 địa bàn sản xuất chuyên Diện tích trồng khoai tây ở Lâm Đồng hàng năm có từ 1.500 – 1.600

ha, đạt tổng sản lượng thu hoạch trung bình khoảng 35.000 tấn, tập trung tại 3 địa bàn sản xuất chuyên canh là Đà Lạt, Đức Trọng và Đơn Dương với vụ mùa chính thu hoạch kéo dài trong thời gian mùa khô từ tháng 10 đến tháng 2; vụ mùa nghịch thu hoạch trong mùa mưa từ đầu tháng 6 đến tháng 11 Tính đến gần cuối tháng 7/2013, diện tích khoai tây mùa nghịch ở Lâm Đồng đã thu hoạch khoảng 50 ha; đạt sản lượng trên đơn vị hecta thấp hơn từ 30 - 40 so với sản lượng khoai tây mùa chính Trong 3 địa bàn chuyên canh khoai tây của tỉnh Lâm Đồng nói trên thì địa bàn TP Đà Lạt trồng khoai tây hàng năm có khoảng 200 ha khoai tây chính vụ, tập trung chủ yếu tại phường 7, phường 8, phường 11 đạt năng suất từ 20 - 30 tấn/ha vào mùa khô chính vụ Mùa mưa năm 2013, diện tích thu hoạch khoai tây ước tính không đáng kể, chỉ khoảng 30 ha Trong khi mùa mưa năm 2012, c ng trên những vùng đất này, diện tích khoai tây thu hoạch nghịch vụ đã đạt từ 80 ha trở lên

 Tính cấp thiết của đề tài

Trong tình trạng BĐKH như hiện nay, nông nghiệp là một trong những nhân

tố phải gánh chịu nhiều tác động và ảnh hưởng của BĐKH Với những kịch bản BĐKH đã được tính toán, dự báo, chúng ta có thể biết trước, dự báo được phần nào những tác động, ảnh hưởng đến sản xuất khoai tây nói riêng và các lĩnh vực sản xuất nông nghiệp nói chung, nhưng thực tế xảy ra, hậu quả và tác động tiêu cực còn

có thể lớn hơn rất nhiều

Thành phố Đà Lạt nằm trong cao nguyên Lang Biang, phía Bắc tỉnh Lâm Đồng Về phía Bắc, Đà Lạt giáp với huyện Lạc Dương, về phía Đông và Đông Nam giáp với huyện Đơn Dương, về phía Tây và Tây Nam giáp với hai huyện Lâm Hà và Đức Trọng Thành phố Đà Lạt rộng 394,64 km², nằm trên cao nguyên Lâm Viên,

nơi có độ cao khoảng 1.500 mét so với mực nước biển Đà Lạt là một trong 3 địa bàn chuyên canh khoai tây của tỉnh Lâm Đồng

Tình hình BĐKH ở Đà Lạt đã ảnh hưởng lớn đến cuộc sống sinh kế của cộng đồng dân cư nghèo Nhiều dấu hiệu cực đoan khí hậu thay đổi ngày càng khắc nghiệt đã gây ra thiệt hại về cả người và của như những đợt rét kéo dài làm chết gia súc…C ng theo kết quả nghiên cứu của Ban liên chính phủ về BĐKH lần thứ 5 (IPCC AR5 – WG1) ngày 27 tháng 9 năm 2013 thì ngành nông nghiệp nói chung và ngành trông khoai tây nói riêng sẽ phải chịu tác động do BĐKH gây ra Trong khi diện tích trồng khoai tây nước ta tập trung chủ yếu ở đồng bằng sông Hồng, chỉ trong vụ Đông (3 tháng) và không địa phương nào khác trồng được khoai tây, thì đây là tiềm năng đáng kể của Lâm Đồng không những về sản xuất khoai tây thực phẩm mà còn là tiềm năng quan trọng về sản xuất cung cấp giống khoai tây cho miền Bắc Do đó, khoai tây không chỉ là nguồn nông sản quan trọng của tỉnh mà còn là nguồn lương thực chủ yếu của nước ta sau lúa nước

Việc kịp thời đưa ra những nhận định, đánh giá các tác động của BĐKH đối với môi trường tự nhiên có ảnh hưởng lớn đến sự phát triển kinh tế, đời sống của người dân là vô cùng quan trọng

Do đó, đề tài Ứng dụng mô hình DSSAT trong nghiên cứu dự báo tác động của biến đổi khí hậu đến năng suất khoai tây tại thành phố Đà Lạt, tỉnh Lâm Đồng

là nghiên cứu có ý nghĩa, mang tính thiết thực đối với các nhà quản lý tại địa phương Đó c ng là những đề xuất ban đầu làm tiền đề để ứng dụng nghiên cứu trong các lĩnh vực, dự án, công trình nghiên cứu khác về BĐKH tại TP Đà Lạt và cho các địa phương khác trong cả nước

2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU

 Mục tiêu tổng quát

Dự báo được những ảnh hưởng tác động đến năng suất khoai tây do BĐKH bằng mô hình DSSAT và đề xuất giải pháp thích ứng tại TP Đà Lạt, tỉnh Lâm Đồng

 Mục tiêu cụ thể

- Phân tích xu hướng BĐKH tại TP Đà Lạt và dự báo biến đổi trong tương lai

- Đánh giá ảnh hưởng của điều kiện khí hậu mới đến năng suất khoai tây tại

TP Đà Lạt

- Đề xuất các biện pháp thích ứng phù hợp để đảm bảo năng suất khoai tây

3 PHẠM VI VÀ ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU

 Phạm vi nghiên cứu

Nghiên cứu áp dụng mô hình được thực hiện đối với TP Đà Lạt – với khí hậu

mát lạnh quanh năm tạo điều kiện đặc biệt thuận lợi trồng khai tây

 Đối tượng nghiên cứu

- Các điều kiện khí tượng tại TP Đà Lạt như nhiệt độ, mưa, độ ẩm, gió, nắng…

- Khoai tây và hoạt động sản xuất khoai tây tại TP Đà Lạt Đề tài lựa chọn khoai tây làm đối tượng nghiên cứu vì khoai tây là loại cây lương thực quan trọng trên thế giới sau lúa mì, ngô, lúa nước, ngoài ra cùng với việc mở ra cơ cấu vụ Đông

ở đồng bằng sông Hồng và để góp phần giải quyết vấn để thiếu lương thực, cây khoai tây được chú trọng đưa thành cây lương thực quan trọng của vụ Đông Khác với các tỉnh phía Bắc chỉ trồng khoai tây vào vụ Đông thì nhiều nơi ở Lâm Đồng như thành phố Đà Lạt, Lạc Dương, Đơn Dương, Đức Trọng có thể trồng khoai tây quanh năm, mỗi năm nước ta sản xuất hơn 10 triệu củ khoai tây giống, trong đó Đà Lạt chiếm quá nửa vì vậy khoai tây được coi là cây nông sản chủ yếu và có giá trị kinh tế cao của TP Đà Lạt

4 GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI

Do sự giới hạn về thời gian nên đề tài này chỉ dự báo các tác động của BĐKH đến năng suất khoai tây tại TP Đà Lạt bằng việc ứng dụng mô hình DSSAT trong điều kiện không thay đổi về môi trường đất và phương thức canh tác mà chỉ thay

đổi về các điều kiện khí hậu

5 PHƯƠNG PHÁP LUẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

 Phương pháp luận

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài nhằm dự báo các ảnh hưởng của BĐKH đến năng suất khoai tây Nghiên cứu chủ yếu tập trung dự báo các tác động của biến đổi khí hậu đến ngành trồng khoai tây tại thành phố Đà Lạt do biến đổi khí hậu gây ra

 Phương pháp thực hiện

 Phương pháp ứng dụng mô hình DSSAT

Mô hình hình DSSAT dùng để mô phỏng năng suất khoai tây cần phải được xây dựng 3 tập tin đó là: tập tin thời tiết (Weather), tập tin dữ liệu đất (Sbuild), tập tin dữ liệu quản lý canh tác (Xbuild)

Xây dựng tập tin thời tiết

Trong giao diện chính của DSSAT, mở mục Weathe Data lên sẽ xuất hiện giao diện thiết lập dữ liệu thời tiết Ở đây đề tài thu thập dữ liệu mưa toàn cầu để

mô phỏng tính toán, cụ thể là đã thu thập dữ liệu từ trạm nằm trong TP Đà Lạt có toạ độ Kinh độ: 108 27’ và Vĩ độ 11 56’

Hình 1 Giao diện nhập dữ liệu đầu vào của tập tin thời tiết

Dữ liệu mưa toàn cầu cung cấp ở dạng Excel với 5 thông số quan trọng là lượng mưa (mm), nhiệt độ không khí cao nhất (oC), nhiệt độ không khí thấp nhất (oC), gió (m/s), độ ẩm ( ), năng lượng mặt trời (MJ/m2/ngày) Sau khi được nhập vào phần mềm Weather Data và từ Weather Data tác giả đã xuất dữ liệu sang để tiếp tục xây dựng tập tin dữ liệu canh tác

Hình 2 Giao diện làm việc của tập tin thời tiết

Ký hiệu Location dòng đầu tiên là DL3 , lý giải cho ký tự DL có nghĩa là viết tắt không dấu của Đà Lạt, ký tự 3 số lần chỉnh sửa của file dữ liệu, ở đây sử dụng file chỉnh sửa cuối cùng là file số 3, như vậy DL3 có nghĩa là dữ liệu thời tiết của TP Đà Lạt từ năm 2008 – 2014 Ngoài ra, trong đề tài còn sử dụng ký hiệu như 4530 , ký tự 45 là viết tắt không dấu của kịch bản BĐKH RCP4.5 còn 30

là viết tắt của năm 2030 Các ký hiệu khác như 4550 , 4510 , 8530 , 8550 và

8510 c ng có quy luật đặt tên tương tự riêng 2 ký tự 10 là viết tắt của năm

2100

Xây dựng tập tin dữ liệu đất

Trong giao diện chính của DSSAT, mở mục Soil Data sẽ hiện lên giao diện Sbuild dùng để thiết lập thông số cho tập tin dữ liệu đất Mặc định phần mềm

Sbuild sẽ lưu dữ liệu đất ở file soil.sol cho nên chỉ việc tạo thêm một Profile nữa là được Các thông số quan trọng của tập tin này là màu đất, tiềm năng ngập lụt, độ dốc ( ), khả năng thoát nước, độ sâu tầng đất, thành phần sa cấu đất ( ), thành phần Carbon hữu cơ trong đất ( ), độ PH, khả năng trao đổi cation CEC (cmol/kg), thành phần Nitrogen tổng số ( ) Sau đó dựa trên thông số đầu vào như vậy phần mềm sẽ tự tính toán các thông số hệ thống khác

Hình 3 Giao diện làm việc của tập tin dữ liệu đất trong Sbuild

Dữ liệu đất được ký hiệu như sau (dòng Soil Series Name): F7-Fa-Dat do vang tren dat set va da bien chat có nghĩa như sau: F7 là ký hiệu là loại đất chủ yếu tại Phường 7 còn Fa là ký hiệu tắt của Đất đỏ vàng trên đất sét và đá biến chất Tuy nhiên, do đặc điểm thổ nhưỡng tại 3 phường 7, 8, 11 đều là đất đỏ vàng trên đất sét và đá biến chất nên trong suốt quá trình chạy mô hình mô phỏng chỉ sử dụng 1 dữ liệu đất duy nhất

Xây dựng tập tin quản l dữ liệu canh tác

Trong giao diện chính của DSSAT, mở mục Crop Management Data Phần mềm Xbuild sẽ hiện ra, Xbuild là phần mềm có nhiều trường dữ liệu nhất, nó giúp

ta chọn và quản lý dữ liệu thời tiết nào, dữ liệu đất nào, loại giống khoai tây nào,

thời gian gieo trồng, chế độ nước tưới, phân bón, làm đất, ngày thu hoạch…thông qua một trường dữ liệu tên là Treatments ta sẽ thực hiện được những điều như trên

Hình 4 Giao diện làm việc của Treatments trong Xbuild

Theo đó như hình 4 là Treatments của file quản lý dữ liệu canh tác, ở đây tác giả đã chia các file mô phỏng ra theo địa bàn từng huyện để dễ dàng thao tác và lưu trữ dữ liệu

Ký hiệu Description dòng đầu tiên là DX09 , lý giải cho ký tự DX có nghĩa

là viết tắt không dấu của vụ Đông Xuân, ký tự 09 có nghĩ là năm 2009, như vậy DX09 có nghĩa là vụ Đông Xuân năm 2008 – 2009, các ký hiệu khác c ng có quy luật đặt tên tương tự Ở dòng DX09 sẽ có các dữ liệu cần thiết của năm để mô hình DSSAT sử dụng mô phỏng năng suất cho vụ Đông Xuân 2008 – 2009, cụ thể:

- Cột Cultivar: là giống cây trồng,

- Cột Field: chứa dữ liệu loại đất và dữ liệu thời tiết mà ta đã thiết lập ở Sbuild

và Weather,

- Cột Init.Cond là dữ liệu vụ trước,

- Cột Plant: là ngày gieo trồng, cột Irrigat: là dữ liệu tưới nước,

- Cột Fertil: là dữ liệu bón phân bón hoá học,

- Cột Resid: là dữ liệu phân bón hữu cơ,

- Cột Tillage: là dữ liệu làm đất,

- Cột Harv: và ngày thu hoạch,

- Cột Sim.Contr: là dữ liệu ngày bắt đầu mô phỏng

Sau khi mô phỏng xong, hiệu chỉnh R2 phù hợp sẽ chọn năm cơ sở để tiến hành sử dụng dữ liệu đất, dữ liệu quản lý canh tác của năm đó, khu vực đó cộng với File thời tiết đã được hiệu chỉnh dữ liệu lượng mưa và nhiệt độ theo kịch bản BĐKH để tiến hành mô phỏng dự báo năng suất khoai tây tương lai

 Phương pháp thu thập tài liệu thứ cấp

- Xác định mục tiêu nghiên cứu: đánh giá ảnh hưởng của BĐKH đến năng suất khoai tây tại TP Đà Lạt, tỉnh Lâm Đồng theo kịch bản BĐKH

- Lập kế hoạch tìm hiểu tài liệu, kế hoạch thu thập dữ liệu và các phương pháp thực hiện

- Thu thập các tài liệu nghiên cứu về TP Đà Lạt, các tài liệu liên quan đến khoai tây, kịch bản biến đổi khí hậu, điều kiện khí tượng tại TP Đà Lạt và mô hình DSSAT

 Phương pháp thống kê và xử l số liệu

- Thu thập các yếu tố khí hậu tại TP Đà Lạt

- Xử lý các số liệu thời tiết thu thập được dạng excel tương thích với số liệu đầu vào của mô hình

- Tính toán hệ số tương quan giữa kết quả mô phỏng năng suất bằng DSSAT

và số liệu thực tế để hiệu chỉnh các thông số trong mô hình

 Phương pháp chuyên gia

Phương pháp này tập hợp các ý kiến đánh giá của các chuyên gia về tác động của BĐKH lên khoai tây Các ý kiến đánh giá của các chuyên gia được tập hợp từ các tài liệu nghiên cứu, các báo cáo đánh giá hoặc các cuộc họp chuyên gia, các ý kiến đóng góp, đánh giá từ các đồng nghiệp

 Phương pháp SMART

Phương pháp SMART được áp dụng để đề xuất các giải pháp nhằm đảm bảo năng suất khoai tây tại TP Đà Lạt trong điều kiện BĐKH SMART tức là mục tiêu được xây dựng dựa trên những tiêu chí sau:

- S - Specific: Cụ thể, rõ ràng và dễ hiểu

- M - Measurable: Đo đếm được

- A - Achievable: Có thể đạt được

- R - Realistic: Thực tế, không viển vông

- T - Time bound: Thời hạn để đạt được mục tiêu

6 Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI

 Ý nghĩa khoa học

Tính khoa học của đề tài nghiên cứu này là dựa trên cơ sở sinh thái của cây khoai tây, đó là sự phụ thuộc chặt chẽ của quá tình sinh trưởng của cây khoai tây với sự thay đổi của điều kiện thời tiết khí hậu như: nhiệt độ, lượng mưa, số giờ nắng, điều kiện thổ nhưỡng Dựa vào cơ sở này, đề tài sử dụng mô hình DSSAT

mô phỏng năng suất khoai tây trong điều kiện thời tiết, khí hậu tương lai Qua đó sẽ thấy được sự tác động của sự biến đổi các điều kiện như nhiệt độ, lượng mưa ảnh hưởng đến năng suất của cây khoai tây tại khu vực nghiên cứu

 Ý nghĩa thực tiễn

Kết quả của đề tài sẽ cung cấp thông tin về sự biến động năng suất khoai tây trong điều kiện BĐKH xảy ra theo các kịch bản trong tương lai, sự ảnh hưởng của

BĐKH lên từng khu vực Thông qua nghiên cứu này, các cấp quản lý tại địa phương

sẽ có kế hoạch cụ thể để đối phó như việc nghiên cứu các loại giống mới phù hợp với điều kiện tương lai, hoặc có kế hoạch xuống giống, thay đổi mùa vụ nhằm tăng cường khả năng thích ứng của cây khoai tây trước BĐKH

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU

1.1 TỔNG QUAN VỀ MÔ HÌNH DSSAT

1.1.2 Lịch sử phát triển

Phần mềm này đã được các nhà nghiên cứu sử dụng phổ biến trên giới hơn 20 năm và hiện nay nó đã được sử dụng trong nhiều lĩnh vực nghiên cứu và nó đang được cải tiến để đơn giản hóa cấu trúc, phương pháp thực hiện để có thể ứng dụng trong tất cả các lĩnh vực nghiên cứu với hiệu quả cao nhất DSSAT xuất bản đầu tiên (v2.1) vào năm 1989, công bố việc bổ sung vào mô hình được làm vào năm

1994 Đặc biệt, DSSAT v4.0 được phát hành đầu tiên vào tháng 6 năm 2002 trong một khóa học về ứng dụng các mô hình hệ thống cây trồng ở đại học Florida là phiên bản mới nhất, đã và đang được phổ biến rộng rãi ở các nước trên thế giới [20]

DSSAT v3.5 là phần mềm vận hành trên phiên bản MS DOS với mô hình cây trồng khác nhau, mỗi mô hình có một bộ mã riêng và có thành phần cấu tạo trong DSSAT khác nhau Đây là một điểm yếu của DSSAT vì nó chiếm không gian rất rộng trong chương trình và cách vận hành tương đối phức tạp Trên cơ sở để đơn giản hóa các hệ thống cây trồng c ng như phần mềm DSSAT, các nhà khoa học đã phát triển DSSAT v3.5 lên phiên bản DSSAT v4.0 còn gọi là DSSAT – CMS DSSAT v4.0 là phiên bản vận hành trên Windows, với thành phần cấu tạo đơn giản chỉ cần một module đất, một module chính là có thể vận hành cho tất cả các mô hình cây trồng khác nhau với nhiều mục đích Hiện nay, DSSAT đã được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, đặc biệt là lĩnh vực nông nghiệp, được sử dụng để đánh giá ảnh hưởng của N trên năng suất lúa, quản trị độ phì nhiêu của đất, khảo sát

sự cân bằng N, dưỡng chất trên các mô hình cây trồng điển hình với kết quả mô phỏng chính xác, độ tin cậy cao hỗ trợ rất lớn trong việc ứng dụng tiềm năng sản xuất nông nghiệp trên diện rộng [20]

Hiện nay, DSSAT được ứng dụng rộng rãi trên khắp các châu lục và ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau

- Châu Phi: DSSAT được dùng để quản lý cây trồng, quản lý phân bón, quản

lý ẩm độ, theo dõi sự thay đổi thời tiết, an toàn thực phẩm

- Châu Á: ứng dụng DSSAT trong các lĩnh vực dự báo năng suất, quản lý tưới, quản lý dịch hại, quản lý phân bón,…

- Đặc biệt, trong sản xuất nông nghiệp, mô hình cây trồng trong DSSAT đã được nghiên cứu cho các ứng dụng sau:

- Ảnh hưởng của thời tiết lên hình thái cây trồng được tương tác trong phương thức phức tạp với đất và cách quản lý: quản lý cây trồng, quản lý ẩm độ, đánh giá thay đổi, tính thích nghi

- Trong dự báo năng suất cây trồng, DSSAT có khả năng dự báo năng suất trong một hoặc nhiều năm dưới dạng biểu đồ

- DSSAT và mô hình cây trồng còn ứng dụng trong giáo dục, trong các lớp đại học hay lớp khuyến cáo sản xuất cho nông dân [20]

1.1.4 Chức năng của DSSAT

- Mô phỏng các hệ thống sản xuất với các điều kiện thời tiết, giống, nước trong đất, cacbon và nitơ trong đất và sự quản lí trong một hoặc nhiều mùa trong sự luân canh cây trồng ở bất cứ vị trí nào mà các dữ liệu đầu vào nhỏ nhất được cung cấp

- Cung cấp một nền tảng cho các module kết hợp dễ dàng đối với các yếu tố sinh học khác như P trong đất và các bệnh hại của cây trồng

- Cung cấp một nền tảng cho phép so sánh một cách dễ dàng các module khác nhau cho các thành phần riêng để dễ cải tiến mô hình

- Phân tích không gian, phân tích chiến lược bố trí cây trồng theo mùa vụ và

sự luân canh cây trồng trong khoảng thời gian nhiều năm

1.1.5 Thành phần và cơ sở dữ liệu của DSSAT

1.1.5.1 Thành phần

DSSAT – CMS có một chương trình điều khiển chính, một module đơn vị đất đai và các module cho các thành phần chính tạo nên một đơn vị đất đai trong một hệ thống cây trồng Các module chính gồm có: module thời tiết, module đất, module cây trồng, module giao diện khí quyển – cây trồng, đất và các thành phần quản lý [20]

Mỗi module có 6 bước vận hành bao gồm: khởi động, chạy ở mùa vụ đầu tiên,

tốc độ tính toán, sự tổng hợp, xuất các dữ liệu thường xuyên, xuất các dữ liệu tóm

tắt chương trình chính điều khiển các bước này một cách chủ động mỗi khi module

hoạt động

Hình 1.1 Tổng quan về cấu trúc Modulec của mô hình DSSAT

1.1.5.2 Module thời tiết

Chức năng chủ yếu của module thời tiết là đọc hoặc tạo ra các dữ liệu thời tiết

hằng ngày Nó đọc các giá trị khí tượng hằng ngày (nhiệt độ không khí nhỏ nhất,

lớn nhất, ánh sáng mặt trời, lượng mưa, độ ẩm tương đối, tốc độ gió…) khi được

yêu cầu từ một tập tin khí tượng hằng ngày Nó có thể điều chỉnh các biến số khí

hậu cho việc nghiên cứu sự thay đổi khí hậu hoặc việc mô phỏng các thí nghiệm

như: ánh sáng mặt trời, lượng mưa, nhiệt độ lớn nhất, nhỏ nhất, độ dài ngày, nồng

độ CO2 trong khí quyển, và có khi là tăng hoặc giảm giá trị này Dựa trên các thông

tin đầu vào được cung cấp từ tập tin quản lý, module thời tiết đọc các giá trị tạo ra

hay điều chỉnh chúng Bằng cách sử dụng mô hình phụ En.Modification

1.1.5.4 Module cây trồng (CROPGRO)

Module CROPGRO trong DSSAT v4.0 các thành phần của nó đã được điều chỉnh cho phù hợp với cấu trúc mô hình CROPGRO có chức năng là cung cấp các đặc tính di truyền và giống được xác định trong các tập tin

CROPGRO được tạo ra ngay khi chúng ta đã hoàn thành thí nghiệm với các loại cây trồng như đậu nành, đậu phộng, bắp…Module yêu cầu người sử dụng dùng một chương trình với các giá trị từ tập tin cung cấp thông tin cho mỗi giá trị của mô hình Hiện tại CROPGRO mô phỏng sự tăng trưởng của 10 loại cây trồng và được lưu trữ trong mô hình CERES

Ngoài ra DSSAT – CMS còn được bổ sung thêm hai module khác nữa là module quản lý được mô tả bởi Hunt cùng cộng sự, 2001 và module quản lý dịch hại dựa trên nền tảng mô hình của Batchelor cùng cộng sự, 1993

1.1.5.5 Cơ sở dữ liệu

Bộ dữ liệu cần thiết để vận hành mô hình DSSAT là:

- Dữ liệu về vị trí thực hiện mô hình, tọa độ địa lý

- Dữ liệu về thời tiết trong suốt quá trình sinh trưởng của cây trồng bao gồm các thông tin về số lượng bức xạ mặt trời, nhiệt độ không khí lớn nhất và nhỏ nhất, lượng mưa

- Các đặc tính của đất ở thời điểm bắt đầu gieo cho đến khi kết thúc mùa vụ

- Các dữ liệu về chế độ quản lý cây trồng: ngày gieo, mật độ gieo, phân bón, tưới tiêu…

Ngoài ra cần thu thập thêm các số liệu về: năng suất hạt, sinh khối, trọng lượng trái và hạt, giống và đặc tính giống (ngày nảy mầm, ngày chín sinh lý, ngày thu hoạch), khối lượng mg tạo hạt/ngày và các thông số về di truyền của giống

1.1.6 Ưu khuyết điểm của DSSAT

- Tiết kiệm thời gian và chi phí

- Phân tích nhiều khía cạnh của mô hình nhằm tạo ra sự đa dạng trong các thông tin cung cấp

- sử dụng có thể lựa chọn các yếu tố mô phỏng như phân bón, tưới tiêu, quản

lý dịch hại, vị trí của nông trại

- Có thể mô phỏng các mô hình cây trồng ở bất cứ điểm nào khi nó đã được định vị

hạn như: các loại sâu hại các trở ngại của đất và khí hậu

- Mô hình chỉ mô phỏng được các cây trồng được liệt kê trong DSSAT

1.2 TỔNG QUAN VỀ BĐKH VÀ LỰA CHỌN KỊCH BẢN BĐKH CHO NGHIÊN CỨU

1.2.1 Khái niệm

Biến đổi khí hậu: Theo Công ước khung của Liên Hiệp Quốc về BĐKH, sự thay đổi của khí hậu được quy trực tiếp hay gián tiếp là do hoạt động của con người làm thay đổi thành phần khí quyển toàn cầu và đóng góp thêm vào sự biến động khí hậu tự nhiên trong các thời gian có thể so sánh được BĐKH xác định sự khác biệt giữa các giá trị trung bình dài hạn của một tham số hay thống kê khí hậu Trong đó, trung bình được thực hiện trong một khoảng thời gian xác định, thường là vài thập

kỷ

1.2.2 Nguyên nhân của BĐKH

BĐKH có thể do quá trình tự nhiên và c ng có thể do tác động của con người

 BĐKH do yếu tố tự nhiên

Những nguyên nhân tự nhiên gây nen sự thay đổi của khí hậu trái đất có thể là

từ bên ngoài hoặc do sự thay đổi bên trong và tương tác giữa các thành phần của hệ thống khí hậu trái đất, bao gồm:

- Thay đổi của các tham số quĩ đạo trái đất

- Biến đổi trong phân bố lục địa – biển của bề mặt trái đất

- Sự biến đổi về phát xạ của mặt trời và hấp thụ bức xạ của trái đất

- Hoạt động của núi lửa

Có thể thấy rằng nguyên nhân gây ra BĐKH do các yếu tố tự nhiên là biến đổi

từ từ, có chu kỳ rất dài, vì thế, nếu có thì chỉ đóng góp 1 phần rất nhỏ vào biến đổi khí hậu trong giai đoạn này