đánh giá tác động của biến đổi khí hậu đến năng suất lúa ở tỉnh cần thơ

Biến đổi khí hậu BĐKH có ảnh hưởng rất lớn đến sản xuất nông nghiệp do sự gia tăng nhiệt độ, tình trạng thay đổi lượng mưa, số giờ nắng,… Do vậy, nghiên cứu ứng dụng mô hình DSSAT nhằm d

TÓM TẮT

Đề tài sử dụng phần mềm DSSAT v 4.7 (Decision Support System for Agrotechnology Tranfer) mô phỏng năng suất lúa tại tỉnh Cần Thơ với dữ liệu dùng để hiệu chỉnh trong giai đoạn 2010 – 2014, kết quả mô phỏng sẽ là cơ sở để tiến hành mô phỏng năng suất lúa với các kịch bản biến đổi khí hậu

Biến đổi khí hậu (BĐKH) có ảnh hưởng rất lớn đến sản xuất nông nghiệp do sự gia tăng nhiệt độ, tình trạng thay đổi lượng mưa, số giờ nắng,… Do vậy, nghiên cứu ứng dụng mô hình DSSAT nhằm dự báo ảnh hưởng của BĐKH đến quá trình sinh trưởng và năng suất lúa của giống lúa IR64 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 lúa tại Cần Thơ làm giảm năng suất theo từng năm Trong đó vụ đông xuân chịu tác động mạnh nhất trong 3 vụ Quá trình sinh trưởng của cây lúa sẽ gặp nhiều bất lợi vào nửa sau thế kỉ XXI Đặc biệt, sự thay đổi diễn ra với tốc độ cao dần theo các kịch bản, vụ Đông Xuân năng suất so với năm 2013 giảm đáng kể, năm 2030 trung bình giảm khoảng 12.3% với cả 2 kịch bản RCP4.5 và RCP8.5 Năm 2050 năng suất giảm 20,1 % với kịch bản RCP4.5 và 27% với kịch bản RCP8.5 Năm 2100 năng suất giảm so với 2013 là 23.9% với kịch bản RCP4.5 và 44.5% với kịch bản 8.5 Cũng như vụ Đông Xuân, các vụ Hè Thu và Thu Đông cũng có mức giảm tăng dẩn theo từng kịch bản Kết quả đánh giá được ảnh hưởng của sự thay đổi của nhiệt độ và lượng mưa đến năng suất lúa, tuy nhiên, ngoài nhiệt độ và lượng mưa, các yếu tố khác như độ ẩm, số giờ nắng và tốc độ gió ảnh hưởng đến năng suất lúa cần được xem xét thêm trong nghiên cứu sau này

Từ khóa: Nhiệt độ, lượng mưa, năng suất lúa, DSSAT, Thành phố Cần Thơ

2030 decreased by about 12.3% with both the scenario RCP4.5 and RCP8.5 In 2050 yields decreased by 20.1% with the scenario RCP4.5 and 27% with the scenario

RCP8.5 In 2100 rice yields decreased by 23.9% compared to 2013 with the scenario RCP4.5 and 44.5% with the scenario RCP8.5 Like the winter-spring crop, the

summer-autumn and autumn-winter crops also experienced a decrease in each

scenario The results showed the impacts of temperature and rainfall changes on rice yield, however, besides temperature and rainfall, the impacts from other factors such

as humidity, sunshine hours and wind speed on rice yield should be considered in the further research

Keywords: Temperature, rainfall, rice yiel, DSSAT, Can Tho City

TÓM TẮT iii

ABSTRACT iv

DANH MỤC KÝ HIỆU – TỪ VIẾT TẮT ix

DANH MỤC BẢNG BIỂU x

DANH MỤC HÌNH ẢNH xii

MỞ ĐẦU 1

1 Tính cấp thiết của đề tài 1

2 Mục tiêu nghiên cứu 1

2.1 Mục tiêu tổng quan 1

2.2 Mục tiêu cụ thể 1

3 Phạm vi và đối tượng nghiên cứu 2

3.1 Phạm vi nghiên cứu 2

3.2 Đối tượng nghiên cứu 2

4 Nội dung nghiên cứu 2

5 Những đóng góp mới của đề tài 2

6 Tính khoa học và thực tiễn của đề tài 2

6.1 Tính khoa học của đề tài 2

6.2 Tính thực tiễn của đề tài 3

7 Cấu trúc đề tài 3

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU 4

1.1 Tổng quan về mô hình DSSAT 4

1.1.1 Khái niệm 4

1.1.2 Đặc điểm của DSSAT 4

1.1.3 Thành phần và cơ sở dữ liệu DSSAT 5

1.1.3.1 Thành phần 5

1.1.3.2 Cơ sở dữ liệu 6

1.1.4 Ưu khuyết điểm của DSSAT 7

1.2 Tổng quan về biến đổi khí hậu 7

1.2.1 Khái niệm, nguyên nhân của biến đổi khí hậu 7

1.2.2 Tình hình biến đổi khí hậu 8

1.2.3 Tác động của biến đổi khí hậu đến lĩnh vực nông nghiệp 9

1.2.3.1 Thế giới 9

1.2.3.2 Việt Nam 9

1.3 Tổng quan về khu vực nghiên cứu 11

1.3.1 Điều kiện tự nhiên 11

1.3.1.1 Vị trí địa lý 11

1.3.1.2 Khí hậu 13

1.3.1.3 Thủy văn 13

1.3.2 Điều kiện kinh tế - xã hội 14

1.3.3 Giới hạn vùng nghiên cứu 14

1.3.4 Lựa chọn kịch bản BĐKH phục vụ cho nghiên cứu 14

1.3.4.1 Về nhiệt độ 15

1.3.4.2 Về lượng mưa 15

1.3.4.3 Về mực nước biển dâng 16

1.4 Tổng quan về cây lúa và các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sinh trưởng của cây lúa 16

1.4.1 Đặc điểm hình dạng cây lúa 17

1.4.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến năng suất cây lúa 18

1.4.2.1 Đất đai 18

1.4.2.2 Nhiệt độ 18

1.4.2.3 Ánh sáng 19

1.4.2.4 Nước 19

1.4.2.5 Mưa 20

1.4.2.6 Giống 20

1.4.2.7 Sơ lược về các chất dinh dưỡng cần thiết cho cây lúa 21

1.5 Tổng quan các nghiên cứu trong và ngoài nước liên quan đến đề tài 24

1.5.1 Tình hình nghiên cứu ngoài nước 24

1.5.2 Tình hình nghiên cứu trong nước 26

CHƯƠNG II: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 29

2.1 Khung định hướng nghiên cứu 29

2.2 Phương pháp nghiên cứu 30

2.2.1 Phương pháp tổng hợp số liệu 30

2.2.2 Phương pháp đánh giá tác động của BĐKH 30

2.2.3 Phương pháp tổng quan 31

2.2.3.1 Phương pháp tổng quan tài liệu 31

2.2.3.2 Phương pháp điều tra thu thập thông tin 31

2.2.4 Phương pháp xử lý số liệu 32

2.2.5 Phương pháp mô hình 32

2.3 Các thông số đầu vào của mô hình 34

2.3.1 Đặc điểm đất đai thổ nhưỡng vùng nghiên cứu 34

2.3.1.1 Đặc điểm đất phèn hoạt động 35

2.3.1.2 Đất phù sa glay ở huyện Phong Điền, Thới Lai 36

2.3.1.3 Đặc điểm đất phù sa ở huyện Cờ Đỏ, Vĩnh Thạnh, Ô Môn 37

2.3.2 Khí hậu – Thời tiết 39

2.3.3 Phương thức canh tác 39

2.3.3.1 Thời vụ gieo trồng 39

2.3.3.2 Cơ cấu giống 39

2.3.3.3 Chế độ nước 40

2.3.3.4 Phân bón 40

2.3.4 Các nghiệm thức trong mô hình 41

CHƯƠNG III: KẾT QUẢ THẢO LUẬN 43

3.1 Kết quả mô phỏng năng suất lúa của 4 huyện tỉnh Cần Thơ theo từng vụ lúa Đông Xuân, Hè Thu, Thu Đông 43

3.2 Kết quả mô phỏng năng suất lúa ở điều kiện thời tiết năm 2030, 2050, 2100 45

3.2.1 Diễn biến năng suất năm 2030 47

3.2.1.1 Kịch bản RCP4.5 47

3.2.1.2 Kịch bản RCP8.5 48

3.2.2 Diễn biến năng suất năm 2050 49

3.2.2.1 Kịch bản RCP4.5 49

3.2.2.2 Kịch bản RCP8.5 50

3.2.3 Diễn biến năng suất năm 2100 51

3.2.3.1 Kịch bản RCP4.5 51

3.2.3.2 Kịch bản RCP8.5 52

CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 53

4.1 Kết luận 53

4.2 Kiến nghị 53

4.2.1 Ứng dụng đề tài 53

4.2.2 Hướng phát triến đề tài 53

TÀI LIỆU THAM KHẢO 55

Phụ Lục 57

DANH MỤC KÝ HIỆU – TỪ VIẾT TẮT

DSSAT : Decision Support System for Agrotechnology Tranfer BĐKH : Biến đổi khí hậu

XBUILD : Module Quảng lý canh tác

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Trình bày mức tăng nhiệt độ (oC) trung bình năm của từng giai của thế kỷ 21

so với thời kỳ 1986- 2005 theo kịch bản RCP4.5 và RCP8.5 cho tỉnh Cần Thơ 15

Bảng 1.2 Tóm tắt mức thay đổi lượng mưa (%) năm qua từng thập kỷ so với thời kỳ 1986 - 2005 theo kịch kịch bản RCP4.5 và RCP8.5 cho tỉnh Cần Thơ 16

Bảng 1.3 Mực nước biển dâng (cm) so với thời kỳ 1986 - 2005 16

Bảng 1.4 Nhu cầu nhiệt độ của cây lúa qua các thời kỳ sinh trường 18

Bảng 2.1 Tính chất hoá lý đất phèn hoạt động nông 35

Bảng 2.2 Mô tả hình thái phẫu diện đất phù sa glay 36

Bảng 2.3 Tính chất hoá lý đất phù sa glay 37

Bảng 2.4 Hình thái phẫu diện đất phù sa có tầng loang lỗ đỏ vàng 38

Bảng 2.5 Tính chất hoá lý đất phù sa có tầng loang lỗ đỏ vàng 38

Bảng 2.6 Thời vụ gieo trồng vụ lúa Đông Xuân, Hè Thu và Thu Đông năm

2013-2014 39

Bảng 2.7 Các nghiệm thức trong mô hình 42

Bảng 3.1 Kết quả tính toán năng suất thực tế và mô phỏng 2010 - 2014 44

Bảng 3.2 Hệ số tương quan R2 từ năm 2010 -2014 45

Bảng 3.3 Thông số mức tăng nhiệt độ trung bình và tăng lượng mưa trung bình năm theo kịch bản BĐKH 45

Bảng 3.4 Kết quả tính toán năng suất lúa trong giai đoạn 2030-2100 theo kịch bản BĐKH 46

Bảng 3.5 Bảng mô tả nhiệt độ trung bình cao nhất, thấp nhất và lượng mưa theo kịch bản RCP4.5 của năm 2030 48

Bảng 3.6 Bảng mô tả nhiệt độ trung bình cao nhất, thấp nhất và lượng mưa theo kịch bản RCP8.5 của năm 2030 48

Bảng 3.7 Bảng mô tả nhiệt độ trung bình cao nhất, thấp nhất và lượng mưa theo kịch bản RCP4.5 của năm 2050 49

Bảng 3.8 Bảng mô tả nhiệt độ trung bình cao nhất, thấp nhất và lượng mưa theo kịch bản RCP8.5 của năm 2050 50

Bảng 3.9 Bảng mô tả nhiệt độ trung bình cao nhất, thấp nhất và lượng mưa theo kịch bản RCP4.5 của năm 2100 51

Bảng 3.10 Bảng mô tả nhiệt độ trung bình cao nhất, thấp nhất và lượng mưa theo kịch bản RCP8.5 của năm 2100 52 Bảng 1: Bảng thể hiện sự tăng giảm năng suất theo kg/ha 57

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Giao diện làm việc của DSSAT 5 Hình 1.2 Bản đồ hành chính thành phố Cần Thơ 12 Hình 1.3 Mô hình độ cao số TP Cần Thơ 12 Hình 3.1Biểu đồ thể hiện diễn biến năng suất lúa năm 2030 của 4 huyện theo kịch bản RCP4.5 47 Hình 3.2 Biểu đồ thể hiện diễn biến năng suất lúa năm 2030 của 4 huyện theo kịch bản RCP4.5 48 Hình 3.3 Biểu đồ thể hiện diễn biến năng suất lúa năm 2050 của 4 huyện theo kịch bản RCP4.5 49 Hình 3.4 Biểu đồ thể hiện diễn biến năng suất lúa năm 2050 của 4 huyện theo kịch bản RCP8.5 50 Hình 3.5 Biểu đồ thể hiện diễn biến năng suất lúa năm 2050 của 4 huyện theo kịch bản RCP4.5 51 Hình 3.6 Biểu đồ thể hiện diễn biến năng suất lúa năm 2100 của 4 huyện theo kịch bản RCP8.5 52 Hình 1 Biểu đồ thể hiện diễn biến năng suất lúa trung bình 4 quận huyện giai đoạn 2013

- 2100 theo kịch bản RCP4.5 58 Hình 2 Biểu đồ thể hiện diễn biến năng suất lúa trung bình 4 quận huyện giai đoạn 2013

- 2100 theo kịch bản RCP8.5 58

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Sản xuất nông nghiệp là hoạt động đặc biệt quan trọng và có ý nghĩa sống còn đối với Việt Nam; lúa gạo là một trong những loại cây lương thực quan trọng nhất Nó cũng là nguồn lương thực quan trọng ở các nước Đông Á, Đông Nam Á và Nam Á Theo số liệu của tổ chức Lương Thực và Nông Nghiệp Liên Hợp Quốc năm 2013, Việt Nam đứng thứ 3 thế giới về sản xuất lúa gạo sau Ấn Độ và Thái Lan (FAO, 2014) Nhưng song song với đó có nhiều báo cáo liên tục cảnh báo Việt Nam là một trong số các nước sẽ chịu tác động nặng nề của biến đổi khí hậu ( BĐKH) trong các thập kỉ tới, ngoài các biến cố về khí tượng thủy văn, quá nóng hoặc quá lạnh song song với mực nước trung bình hằng năm, các hiện tượng hạn và ngập úng cực đoan, các đồng bằng lớn của Việt Nam còn chịu ảnh hưởng của xâm nhập mặn và ngập do nước biển dâng, chắc chắn tác động đến sản xuất lúa nước và nghề trồng lúa (Bộ Tài Nguyên và Môi Trường, 2011)

Đề tài: “Đánh giá tác động của biến đổi khí hậu đến năng suất lúa ở Tỉnh

Cần Thơ” được lựa chọn nhằm cung cấp một phần thông tin cụ thể về tác động của

BĐKH đến năng suất lúa tại Tỉnh Cần Thơ Thông qua kết quả của đề tài sẽ góp phần nhỏ vào việc xây dựng những phương án thích ứng với BĐKH tương lai

2 Mục tiêu nghiên cứu

2.1 Mục tiêu tổng quan

- Xác định các yếu tố sẽ ảnh hưởng đến năng suất lúa ở 4 huyện chính của tỉnh Cần Thơ theo hai kịch bản biến đổi khí hậu: kịch BĐKH trung bình RCP4.5 và kịch bản BĐKH cao RCP8.5

-Đề xuất một số biện pháp giúp giảm thiệt hại do BĐKH từ đó có thể đảm bảo năng suất lúa tại Cần Thơ

3 Phạm vi và đối tượng nghiên cứu

3.1 Phạm vi nghiên cứu

- Bốn huyện Thới Lai, Phong Điền, Cờ Đỏ, Vĩnh Thạnh tại Cần Thơ

- Thời gian đánh giá và nghiên cứu từ năm 2010 - 2014

3.2 Đối tượng nghiên cứu

- Năng suất của giống lúa tiêu biểu và điều kiện khí hậu: nhiệt độ, lượng mưa, độ ẩm… tại tỉnh Cần Thơ

4 Nội dung nghiên cứu

- Nêu được đặc điểm tự nhiên (đất đai, khí hậu), kinh tế - xã hội( điều kiện sản xuất) liên quan đến hiện trạng sản xuất lúa tại Cần Thơ

- Hiểu các đặc tính của cây lúa và các điều kiện khí hậu ảnh hưởng đến cây lúa

- Nêu các biến đổi về khí hậu, hiện tượng thời tiết bất thường trong những năm gần đây ở tỉnh Cần Thơ

- Sử dụng mô hình DSSAT để mô phỏng năng suất lúa theo các kịch bản BĐKH của

Bộ Tài Nguyên và Môi Trường

- Nêu tác động của BĐKH đến cây lúa và sản xuất lúa của Cần Thơ

- Đánh giá mức tổn thương và năng suất cây lúa theo kịch bản BĐKH Đưa ra giải pháp

5 Những đóng góp mới của đề tài

- Xác định được những ảnh hưởng của BĐKH đến năng suất lúa tại Tỉnh Cần Thơ

- Ứng dụng thành công mô hình DSSAT để nâng cao năng suất trồng lúa tại Cần Thơ bằng biện pháp thay đổi lượng phân bón hoặc thời gian xuống giống tương thích với điều kiện thời tiết tương lại theo kịch bản BĐKH

6 Tính khoa học và thực tiễn của đề tài

6.1 Tính khoa học của đề tài

Tính khoa học của đề tài nghiên cứu này là dựa trên cơ sở sinh thái của cây lúa, đó là sự phụ thuộc chặt chẽ của quá tình sinh trưởng cảu cây lúa 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, tôi sử dụng mô hình DSSAT mô phỏng năng suất lúa 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 lúa tại khu vực nghiên cứu.

6.2 Tính thực tiễn của đề tài

Kết quả của đề tài sẽ cung cấp thông tin về sự biến động năng suất lúa 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 lúa trước BĐKH

7 Cấu trúc đề tài

Cấu trúc đề tài gồm những nội dung sau đây:

- Phần mở đầu: tính cấp thiết của đề tài, mục tiêu nghiên cứu, phạm vi và đối tượng nghiên cứu, những đóng góp mới của đề tài, tính khoa học và thực tiễn của đề tài

- Chương I: Tổng quan về biến đổi khí hậu, mô hình DSSAT, khu vực nghiên cứu, cây lúa và các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sinh trưởng của cây lúa, các nghiên

cứu trong và ngoài nước liên quan đến đề tài, nhận xét chung

- Chương II: Nội dung và phương pháp nghiên cứu ở khu vực nghiên cứu

- Chương III: Kết quả thảo luận

- Chương IV: Kết luận và kiến nghị

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU

1.1 Tổng quan về mô hình DSSAT

1.1.1 Khái niệm

Phần mềm DSSAT – Decision Support System for AgroTechnology Transfer (Jones et al., 2003) là sản phẩm của tổ chức IBSNAT (The International Benchamarks sites Network for AgroTechnology Transfer) có nguồn gốc ban đầu từ một nhóm các nhà khoa học Mỹ thuộc Cơ quan phát triển quốc tế và Viện Nghiên cứu Hawaii xây dựng được hiệu chỉnh nhiều lần

DSSAT là hệ thống hỗ trợ quyết định chuyển giao kỹ thuật nông nghiệp; phần mềm cho phép người sử dụng thực hiện mô phỏng trong các điều kiện môi trường

và quản lý cây trồng trong nhiều năm, để đánh giá các rủi ro trong điều kiện này

Phần mềm DSSAT dùng để mô phỏng 3 trường hợp sau:

Phân tích thực nghiệm (Interactive hay Experiment): mô phỏng năng suất

trong từng vụ mùa và so sánh với năng suất thực tế

Phân tích theo mùa (Seasonal Analysis): Khác với phân tích thực nghiệm,

phân tích theo mùa, người sử dụng có thể mô phỏng năng suất qua nhiều mùa vụ dựa vào số liệu thời tiết dự báo hay lịch sử Cách mô phỏng này còn cho phép đánh giá được hiệu quả kinh tế của mỗi mùa vụ

Phân tích liên tục (Sequence Analysis): Mô phỏng theo sự luân canh và liên

tục của mùa vụ có xem xét đến hiệu quả các quá trình vận chuyển của nước, chất dinh dưỡng…trong đất từ vụ này sang vụ khác bao gồm cả thời gian đất bỏ trống không canh tác

1.1.2 Đặc điểm của DSSAT

DSSAT là một tập hợp các chương trình độc lập hoạt động cùng với mô hình

mô phỏng nhiều loại cây trồng Các cơ sở dữ liệu mô tả thời tiết, đất, các điều kiện thí nghiệm, các thông tin cho việc ứng dụng mô hình trong các tình huống khác nhau Phần mềm này giúp người sử dụng xây dựng cơ sở dữ liệu và so sánh các kết quả được mô phỏng với kết quả quan sát được, giúp học quyết định điều chỉnh để đạt được độ chính xác Phiên bản DSSAT v4.7 là phiên bản mới thiết kế trên giao diện Window chứa mô hình của nhiều loại cây trồng có nguồn gốc từ mô hình CERES

(Crop – Environment Resource Synthesis) và CROPGRO trong DSSAT cũ: bắp, lúa

mì, đậu nành, đậu phộng, lúa nước, cà chua, khoai tây,…

Ứng dụng được sử dụng tại hơn 100 quốc gia để đánh giá phương pháp canh tác, tác động của biến đổi khí hậu đối với nông nghiệp và phương pháp thích ứng

Hình 1.1 Giao diện làm việc của DSSAT

1.1.3 Thành phần và cơ sở dữ liệu DSSAT

Bộ dữ liệu tối thiểu cần đăng nhập cho DSSAT bao gồm các dữ liệu cho phần vận hành mô hình và cho phần đánh giá mô hình, tất cả các dữ liệu này được sử dụng

để xây dựng các tập tin Sbuild (dữ liệu đất), Weather (dữ liệu thời tiết), Xbuild (dữ liệu canh tác) là các tập tin chính trong vận hành mô hình DSSAT

1.1.3.1 Thành phần

Module thời tiết (Weather)

Chức năng chủ yếu của module thời tiết là truy xuất hoặc tạo ra các dữ liệu thời tiết hàng ngày Nó đọc các giá trị khí tượng hàng ngày (nhiệt độ không khí nhỏ nhất, lớn nhất, lượng mưa, số giờ nắng,…) khi được yêu cầu từ một tập tin khí tượng hàng ngày Nó có thể điều chỉnh các biến số khí hậu trong nghiên cứu “biến đổi khí hậu” hoặc mô phỏng dữ liệu trong thí nghiệm như: ánh sang mặt trời, lượng mưa, nhiệt độ lớn nhất, nhỏ nhất, độ dài ngày, nồng độ CO2 trong khí quyển; hoặc có thể

tắng hoặc giảm các giá trị này Dựa trên các thôngtin đầu vào được cung cấp từ tập tin quản lý, module thời tiết truy xuất các giá trị, tạo ra hay điều chỉnh chúng

Module đất (Sbuild)

Sbuild là công cụ cập nhật, lưu trữ và xử lý các số liệu phân tích các đặc tính của vùng đất khảo sát như CEC, chất hữu cơ, sa cấu, cấu trúc, dung trọng, tỷ trọng, hàm lượng các nguyên tố đa vi lượng trong đất,… Đây là yếu tố quan trọng làm tiền

đề cho việc xây dựng các tập tin mô phỏng khác, nó mang tính quyết định độ chính xác của mô phỏng

Module quản lý cây trồng (Xbuild)

Xbuild là tập tin cơ bản trong quá trình hoạt động của DSSAT, nó giúp xây dựng và quản lý các số liệu mô phỏng bằng các trường riêng Xbuild được xây dựng dựa trên cơ sở dữ liệu đất được thiết lập bằng Sbuild và dữ liệu thời tiết được thiết lập bằng Weatherman Xbuild cập nhật các thông tin quản lý mô hình và mô phỏng ảnh hưởng của các điều kiện thời tiết, đặc tính đất và sự quản lý về giống, dưỡng chất trong đất, cân bằng đạm và năng suất của cây trồng

1.1.3.2 Cơ sở dữ liệu

DSSAT yêu cầu bộ dữ liệu tối thiểu cho việc vận hành các mô hình Bộ dữ liệu này gồm có:

- Dữ liệu về địa điểm thực hiện

- Dữ liệu thời tiết trong suốt chu kỳ sinh trưởng của cây trồng bao gồm các mẫu tin về tổng hợp số giờ nắng, nhiệt độ không khí nhỏ nhất, lớn nhất và lượng mưa Tuy nhiên, tất cả các giá trị thời tiết này thường không có sẵn cho một địa điểm cụ thể ở một thời điểm cụ thể Do đó, bộ dữ liệu tối thiểu được yêu cầu này sẽ được tính trên các giá trị đại diện hoặc sử dụng dữ liệu của một địa điểm khác có vị trí gần nó

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

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

1.1.4 Ưu khuyết điểm của DSSAT

DSSAT là phiên bản mới được phát triển từ các phiên bản cũ nên có nhiều ưu điểm trong ứng dụng như sau:

- Tiết kiệm thời gian và chi phí

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

- Người sử dụng có thể lựa chọn các yếu tố muốn mô phỏng như phân bón, tưới tiêu, quản lý dịch hại, vị trí nghiên cứu

- Có thể mô phỏng các mô hình cây trồng ở bất kỳ thời điểm nào khi nó đã được xác định địa điểm

Khuyết điểm

Mô hình chỉ mô phỏng trên các loại đất không có các yếu tố hạn chế về lân, kali, pH

1.2 Tổng quan về biến đổi khí hậu

1.2.1 Khái niệm, nguyên nhân của biến đổi khí hậu

Khái niệm

Biến đổi khí hậu (BĐKH) là những biến đổi trong môi trường vật lý hoặc sinh học gây ra những ảnh hưởng có hại đáng kể đến thành phần, khả năng phục hồi hoặc sinh sản của các hệ sinh thái tự nhiên hoặc đến hoạt động của các hệ thống kinh tế -

xã hội hoặc đến sức khỏe và phúc lợi của con người

Nguyên nhân của biến đổi khí hậu

Nguyên nhân của BĐKH bao gồm cả tự nhiên và nhân tạo Theo báo cáo mới nhất của Liên hiệp quốc, nguyên nhân chủ yếu của hiện tượng BĐKH 90% do con người gây ra

Nguyên nhân do tự nhiên: cường độ sáng của mặt trời, xuất hiện các điểm đen mặt trời (sunspots), thay đổi đại dương, thay đổi quỹ đạo quay của Trái Đất,… Đó

là những thay đổi rất nhỏ theo năng lượng mặt trời trên một diện tích; nhưng nó có thể gây biến đổi mạnh mẽ về sự phân bố các mùa và địa lý Ngoài ra hiện tượng núi lửa cũng ảnh hưởng làm cho chu trình carbon mở rộng từ đó ảnh hưởng đến khí hậu

Nguyên nhân do con người: sự gia tăng các hoạt động của con người tạo ra khí thải gây hiệu ứng nhà kính, việc tăng thêm lượng khí CO2 do đốt nhiên liệu hóa thạch, tạo thành các sol khí tồn tại trong khí quyển Các yếu tố khác như sử dụng đất, sự suy giảm ôzôn và phá rừng, cũng góp phần quan trọng làm ảnh hưởng đến khí hậu

1.2.2 Tình hình biến đổi khí hậu

Trong vài thập niên gần đây nhân lại đã chứng kiến và ghi nhận các biểu hiện bất thường của thời tiết, thiên tai xảy ra cực đoan Các thống kê nhiều năm từ các nghiên cứu độc lập của nhiều nhà khoa học khắp nơi trên thế giới hơn 30 năm qua

đã chứng tỏ khí hậu của Trái Đất đã có những thay đổi có ý nghĩa Những biểu hiện chính của biến đổi khí hậu trên toàn cầu trong các thập niên vừa qua có thể chứng minh qua các biểu hiện sau:

- Nhiệt độ trung bình ghi nhận ở nhiều nơi trên thế giới đều có xu thế gia tăng;

- Lượng mưa thay đổi bất thường, mùa khô ngày càng ít mưa hơn, ngày bắt đầu mùa mưa các vùng gió mùa đến trễ hơn nhưng cuối mùa mưa lại có nhiều trận mưa lớn hơn và số trận mưa cũng thay đổi khác thường;

- Các hiện tượng thời tiết dị thường ngày càng rõ hơn và xuất hiện nhiều hơn Các trận lũ trên thế giới dữ dội hơn, nhiều nơi băng giá dày hơn vào mùa đông, nhiều trận cháy rừng khốc liệt hơn, nhiều vùng khô hạn kéo dài và mở rộng hơn Các thiên tai và hiện tượng thời tiết cực đoan (lốc xoáy, sấm sét, bão lũ, song biển,…) gia tăng cường độ và vị trí;

- Mực nước biển dâng cao hơn do sự tan băng ở 2 đầu cực trái đất và do sự dãn

nở vì nhiệt của khối nước từ đại dương và biển (Lê Anh Tuấn 2012)

1.2.3 Tác động của biến đổi khí hậu đến lĩnh vực nông nghiệp

1.2.3.1 Thế giới

Theo dự đoán, nhiều thành phố của các quốc gia ven biển đang đứng trước nguy cơ bị nước biển nhấn chìm do nhiệt độ tang quá 20C làm đẩy nhanh quá trình mực nước biển dâng lên – hậu quả trực tiếp của sự tan băng ở Bắc và Nam cực Mức

độ rủi ro cao về lãnh thổ bị thu hẹp do nước biển dâng theo thứ tự là Trung Quốc,

Ấn Độ, Bangladesh, Việt Nam, Inđônêxia, Ai Cập, Hoa Kỳ, Thái Lan và Philippin Nước biển dâng còn kèm theo hiện tượng xâm nhập mặn vào sâu trong nội địa và sự nhiễm mặn của nước ngầm, tác động xấu tới sản xuất nông nghiệp và tài nguyên nước ngọt Theo dự đoán, đến năm 2080, sẽ có thêm khoảng 1,8 tỷ người phải đối mặt với sự khan hiếm nước, khoảng 600 triệu người sẽ phải đối mặt với nạn suy dinh dưỡng do nguy cơ năng suất trong sản xuất nông nghiệp giảm Bên cạnh đó còn có khuynh hướng làm giảm chất lượng nước, sản lượng sinh học và số lượng các loài động, thực vật trong các hệ sinh thái nước ngọt (IPCC 1998)

1.2.3.2 Việt Nam

Việt Nam đặc thù là nước nông nghiệp, với hai vựa lúa lớn là đồng bằng Sông Hồng và đồng bằng Sông Cửu Long Tác động của BĐKH đến trồng trọt qua các biểu hiện như mất diện tích canh tác, giảm năng suất, chất lượng nông sản, cùng với

đó là tăng nguy cơ xuất hiện các loại dịch bệnh Từ đó làm sụt giảm mạnh thu nhập

từ trồng trọt BĐKH cũng làm thay đổi quy luật của các con sông gây nên hạn hán, cũng như làm thay đổi điều kiện sinh sống của các loại sinh vật, làm mất đi hoặc thay đổi các mắt xích trong chuỗi thức ăn dẫn đến tình trạng biến mất của một số loài sinh vật và ngược lại xuất hiện nguy cơ gia tăng các loại dịch bệnh Nhiệt độ tăng trong mùa đông sẽ tạo điều kiện cho sâu bọ có khả năng sinh sôi nhanh hơn và gây hại mạnh hơn BĐKH cũng có thể làm phát sinh một số chủng, nòi sâu mới, gây hại không những trong sản xuất mà còn trong bảo quản nông sản, thực phẩm Hoạt động sản xuất nông nghiệp phụ thuộc nhiều vào các yếu tố tự nhiên như: đất đai, nguồn nước, khí hậu, chế độ thủy văn, nhiệt độ, độ ẩm nên sẽ là ngành bị ảnh hưởng nặng

nề nhất bởi BĐKH ở Việt Nam, cụ thể là (Trần Thọ Đạt và Vũ Thị Hoài Thu, 2012):

Thứ nhất, tình trạng ngập lụt do nước biển dâng sẽ làm mất đất canh tác trong

nông nghiệp Nếu mực nước biển dâng thêm 1m, ước tính khoảng 40% diện tích

đồng bằng sông Cửu Long, 11% diện tích đồng bằng sông Hồng và 3% diện tích của các tỉnh khác thuộc vùng ven biển sẽ bị ngập Ngập lụt sẽ làm mất đất canh tác ở hai khu vực nông nghiệp quan trọng nhất của Việt Nam là đồng bằng sông Cửu Long và đồng bằng sông Hồng vì khoảng 80% diện tích đồng bằng sông Cửu Long và 30% diện tích đồng bằng sông Hồng có độ cao dưới 2,5 m so với mực nước biển Tính trên phạm vi cả nước, Việt Nam sẽ bị mất đi khoảng hơn 2 triệu ha đất trồng lúa (khoảng 50%) nếu mực nước biển dâng thêm 1 m

Thứ hai, tình trạng xâm nhập mặn ở khu vực ven biển cũng sẽ làm thu hẹp

diện tích đất nông nghiệp Một phần diện tích đáng kể đất trồng trọt ở vùng đồng bằng sông Hồng và đồng bằng sông Cửu Long sẽ bị nhiễm mặn vì 2 đồng bằng này đều là những vùng đất thấp so với mực nước biển Xâm nhập mặn làm cho diện tích đất canh tác giảm, từ đó hệ số sử dụng đất có thể giảm từ 3-4 lần/năm xuống còn 1-1,5 lần/năm Ngập mặn sẽ đặc biệt nghiêm trọng ở vùng đồng bằng sông Cửu Long Nếu nước biển dâng cao thêm 1m thì khoảng 1,77 triệu ha đất sẽ bị nhiễm mặn, chiếm 45% diện tích đất ở đồng bằng sông Cửu Long và ước tính rằng, có khoảng 85% người dân ở vùng đồng bằng sông Cửu Long cần được hỗ trợ về nông nghiệp

Thứ ba, nhiệt độ tăng, hạn hán (và thiếu nước tưới) sẽ ảnh hưởng đến sự phân

bố của cây trồng, đặc biệt làm giảm năng suất, cụ thể là năng suất lúa của vụ xuân

có xu hướng giảm mạnh hơn so với năng suất lúa của vụ mùa; năng suất ngô vụ đông

có xu hướng tăng ở đồng bằng Bắc Bộ và giảm ở Trung Bộ và Nam Bộ Ước tính rằng, năng suất lúa xuân ở vùng đồng bằng sông Hồng có thể giảm 3,7% vào năm

2020 và giảm tới 16,5% vào năm 2070; năng suất lúa mùa sẽ giảm 1% vào năm 2020

và giảm 5% vào năm 2070 nếu không có các biện pháp ứng phó kịp thời và hiệu quả.Mất đất canh tác trong nông nghiệp và năng suất cây trồng suy giảm sẽ đặt ra những thách thức và đe dọa đến đời sống của nông dân, vấn đề xuất khẩu gạo và an ninh lương thực quốc gia đối với một quốc gia mà nông nghiệp đóng vai vai trò quan trọng trong nền kinh tế quốc dân như Việt Nam:nông nghiệp chiếm 52,6% lực lượng lao động và20% GDP của cả nước Dự báo đến năm 2100, nếu mực nước biển dâng 1m, vựa lúa ở Đồng bằng song Cửu Long và TP Hồ Chí Minh có nguy cơ bị mất đi khoảng 7,6 triệu tấn lúa/năm, tương đương với 40,5% sản lượng lúa của cả vùng Do

đó, Việt Nam sẽ có nguy cơ đối mặt với tình trạng thiếu lương thực trầm trọng vào

năm 2100 vì mất đi khoảng 21,39% sản lượng lúa (mới tính riêng cho vùng đồng

bằng sông Cửu Long) (Phan Sỹ Mẫn và Hà Huy Ngọc, 2013) Trong một tương lai

gần hơn, dự báo đến năm 2020, dân số Việt Nam sẽ đạt khoảng 120 triệu người Trong bối cảnh BĐKH ngày càng gia tăng thì mục tiêu đảm bảo an ninh lương thực cho 120 triệu người sẽ bị đe dọa nghiêm trọng

1.3 Tổng quan về khu vực nghiên cứu

1.3.1 Điều kiện tự nhiên

+ Nam giáp tỉnh Hậu Giang

+ Đông giáp tỉnh Đồng Tháp, Vĩnh Long

+ Tây giáp tỉnh Kiên Giang

Do nằm ở vị trí địa lý thuộc trung tâm ĐBSCL, tỉnh Cần Thơ là cửa ngõ của các tuyến giao thông thủy – bộ khu vực Tây Nam đồng bằng cũng như giữa khu vực tả ngạn với hữu ngạn song Hậu Hệ thống cảng Cần Thơ là đầu mối giao thông thủy trong toàn vùng, là cảng quốc tế xuất nhập khẩu hang hóa của vùng ĐBSCL; cảng hàng không Trà Nóc, tương lai sẽ có các chuyến bay nối các đường bay nội địa với các nước trong khu vực

Tỉnh Cần Thơ có 9 đơn vị hành chính, 5 quận (Ninh Kiều, Bình Thủy, Cái Răng,

Ô Môn, Thốt Nốt) và 4 huyện (Vĩnh Thạnh, Cờ Đỏ, Thới Lai, Phong Điền) với 85

xã phường thị trấn

Cần Thơ nằm ở khu vực bồi tụ phù sa nhiều năm của sông Mêkông, có địa hình rất đặc trưng cho dạng địa hình đồng bằng Địa hình thành phố Cần Thơ tương đối bằng phẳng và cao dần từ Bắc xuống Nam

Hình 1.3 Mô hình độ cao số TP Cần Thơ Hình 1.2 Bản đồ hành chính thành phố Cần Thơ

1.3.1.2 Khí hậu

- Cần Thơ nằm trong vùng thuộc ảnh hưởng của khí hậu nhiệt đới gió mùa, hai mùa rõ rệt trong năm là mùa khô và mùa mưa

- Mùa khô từ tháng 12 đến tháng 04 năm sau; gió Đông Bắc

- Nhiệt độ trung bình hàng năm dao động trong khoảng là 270C - 280C; tháng có nhiệt độ cao nhất là tháng 4, tháng 12 có nhiệt độ thấp nhất, biên độ nhiệt dao động trong tháng khoảng từ 19.50C -35.20C

- Tổng số giờ nắng trung bình trong năm khoảng 2.300- 2.600 giờ; có số giờ nắng cao nhất trong năm vào các tháng 1; 2; 3 Giờ nắng trung bình trong các tháng

này từ 209 giờ đến 293 giờ Thuận lợi cho việc thu hoạch và bảo quản lúa

- Mùa mưa từ tháng 05 đến tháng 11; gió Tây Nam Nhiệt độ trung bình các tháng mùa mưa từ 27,50C đến 27,80C Mưa tập trung trong các tháng 8, 9, 10 trung bình lượng mưa phổ biến trong tháng từ 138 mm đến 336 mm Các tháng cuối mùa

mưa gây ngập úng trên diện rộng do lượng mưa lớn và lũ thượng nguồn đổ về

- Tổng lượng mưa trung bình hàng năm 1.300mm – 2.000 mm; độ ẩm tương

đối trung bình cả năm là 82%

- Sông Cần Thơ bắt nguồn từ khu vực nội đồng tây sông Hậu, có chiều dài khoảng 16 km, chiều rộng từ 280-350m, đi qua các quận Ô môn, huyện Phong Điền, quận Cái Răng, quận Ninh Kiều và đổ ra sông Hậu tại bến Ninh Kiều Sông Cần Thơ có nước ngọt quanh năm, vừa có tác dụng tưới nước trong mùa cạn, vừa có tác dụng tiêu úng trong mùa lũ và có ý nghĩa lớn về giao thông

- Sông Cái Lớn dài 20 km, chiều rộng cửa sông 600 - 700 m, độ sâu 10 - 12 m nên có khả năng tiêu, thoát nước rất tốt

- Bên cạnh đó, thành phố Cần Thơ còn có hệ thống kênh rạch dày đặc, với hơn

158 sông, rạch lớn nhỏ là phụ lưu của 2 sông lớn là Sông Hậu và sông Cần Thơ

đi qua thành phố nối thành mạng đường thủy Các sông rạch lớn khác là rạch Bình Thủy, Trà Nóc, Ô Môn, Thốt Nốt, kênh Tham Rôn, và nhiều kênh lớn khác tại các huyện ngoại thành là Thốt Nốt, Vĩnh Thạnh, Cờ Đỏ và Phong Điền, cho nước ngọt suốt hai mùa mưa nắng, tạo điều kiện cho nhà nông làm thủy và cải tạo đất

1.3.2 Điều kiện kinh tế - xã hội

Dân số trung bình năm 2017 có 1.272.822 người (nam 633.845, nữ 638.977; thành thị 853.945, nông thôn 418.877) Mật độ dân số 885 người/km2; Quận Ninh Kiều có mật độ dân cư cao nhất với 9121 người /km2; thấp nhất là huyện Vĩnh Thạnh với 384 người/km2 Người Kinh chiếm khoảng 96.95%, người Kinh phân bố đều ở các nơi

Lao động từ 15 tuổi trở lên 737.464 người (nam 412.858, nữ 324.606; thành thị 483.837, nông thôn 253.627) Lao động từ 15 tuổi đang làm việc 613.045 người (thành thị 89.902 lao động, nông thôn 523.143 lao động); nhà nước 30.983 người (5,05%), ngoài nhà nước 566.020 người (92,33%), khu vực có vốn đầu tư nước ngoài 16.042 người (2,62%)

1.3.3 Giới hạn vùng nghiên cứu

Trong 9 đơn vị hành chính gồm 5 quận và 4 huyện, theo Sở NN&PTNT TP Cần Thơ, hoạt động sản xuất lúa của thành phố tập trung chủ yếu ở 4 huyện ngoại thành (đó là, Cờ Đỏ, Phong Điền, Thới Lai và Vĩnh Thạnh) Bốn huyện này chiếm đến 84,64% diện tích đất trồng lúa và 84,99% sản lượng lúa năm 2014 của toàn thành phố Vì vậy, trong nghiên cứu này sẽ lựa chọn 4 quận huyện Cờ Đỏ, Phong Điền,

Thới Lai và Vĩnh Thạnh để đại diện cho năng suất lúa tại Cần Thơ

1.3.4 Lựa chọn kịch bản BĐKH phục vụ cho nghiên cứu

Do Tỉnh Cần Thơ thuộc vùng khía hậu Nam Bộ nên xu thế về sự thay đổi nhiệt độ và lượng mưa của các kịch bản BĐKH của Tỉnh Cần Thơ cũng giống như của vùng khí hậu Nam Bộ Đề tài quyết định lựu chọn kịch bản RCP4.5 và RCP8.5

vì trong nghiên cứu và đánh giá mục đích cuối cùng là tác động tới chính sách và kế hoạch ứng phó với BĐKH, do đó chọn kịch bản RCP4.5 là để đánh giá với nồng độ

khí nhà kính trung bình thấp thì Tỉnh Cần Thơ sẽ bị ảnh hưởng như thế nào, chọn RCP8.5 để đánh giá với nồng độ khí nhà kính cao thì tỉnh Cần Thơ sẽ bị ảnh hưởng như thế nào, cuối cùng là để cảnh báo người dân và chính quyền, hối thúc họ đưa ra biện pháp ứng phó phù hợp với tình huống vừa phải và tình huống tệ nhất

1.3.4.1 Về nhiệt độ

Nhiệt độ không khí bề mặt (nhiệt độ) trung bình năm, mùa (đông, xuân, hè, thu) ở tất cả các vùng của Việt Nam đều có xu hướng tăng so với thời kỳ cơ sở (1986-2005); mức tăng phụ thuộc vào kịch bản RCP và vùng khí hậu

Theo kịch bản RCP4.5: nhiệt độ trung bình năm trên toàn quốc vào đầu thế kỷ có mức tăng phổ biến từ 0,6-0,80C; vào giữa thế kỳ có mức tăng 1,3-1,70C; đến cuối thế kỳ có mức tăng 1,7-2,40C Nhìn chung, nhiệt độ phía bắc tăng cao hơn phía nam

Theo kịch bản RCP8.5: nhiệt độ trung bình năm trên toàn quốc vào đầu thế kỷ có mức tăng phổ biến từ 0,8-1,10C; vào giữa thế kỳ có mức tăng 2,0-2,30C ở phía bắc và 1,8-1,90C ở phía nam; đến cuối thế kỳ có mức tăng 3,3-4,00C ở phía bắc và 3,0-3,50C ở phía nam

Bảng 1.1 Trình bày mức tăng nhiệt độ (oC) trung bình năm của từng giai của thế kỷ

21 so với thời kỳ 1986- 2005 theo kịch bản RCP4.5 và RCP8.5 cho tỉnh Cần Thơ

Theo kịch bản RCP8.5 lượng mưa năm vào đầu thế kỷ có xu thế tăng như kịch bản RCP4.5 Đáng chú ý là vào cuối thế kỷ mức tăng nhiều nhất có thể trên 20% ở hầu khắp Bắc Bộ, Trung Trung Bộ, Một Phần Nam Bộ Và Tây Nguyên

Bảng 1.2 Tóm tắt mức thay đổi lượng mưa (%) năm qua từng thập kỷ so với thời

kỳ 1986 - 2005 theo kịch kịch bản RCP4.5 và RCP8.5 cho tỉnh Cần Thơ

Giai Đoạn 2016-2035 2046-2065 2080-2099 2016-2035 2046-2065 2080-2099

(Nguồn: Kịch bản biến đổi khí hậu, nước biển dâng cho Việt Nam 2016 BTNMT)

1.3.4.3 Về mực nước biển dâng

Theo kịch bản nồng độ thấp (RCP2.6): Vào giữa thế kỷ 21, trung bình trên

toàn Việt Nam, nước biển dâng trong khoảng từ 18 đến 25cm Đến cuối thế kỷ 21, nước biển dâng cao trung bình toàn Việt Nam, nước biển dâng trong khoảng từ 49 đến 64cm

Theo kịch bản nồng độ trung bình (RCP4.5): Vào giữa thế kỷ 21, trung bình

trên toàn Việt Nam, nước biển dâng trong khoảng từ 24 đến 27cm Đến cuối thế kỷ

21, nước biển dâng cao trung bình toàn Việt Nam, nước biển dâng trong khoảng từ

57 đến 73cm

Theo kịch bản nồng độ cao (RCP8.5): Vào giữa thế kỷ 21, trung bình trên toàn Việt Nam, nước biển dâng trong khoảng từ 26 đến 29cm Đến cuối thế kỷ 21, nước biển dâng cao trung bình toàn Việt Nam, nước biển dâng trong khoảng từ 78 đến 95cm

Các kịch bản NBD cho tỉnh Cần Thơ được tính toán theo kịch bản nồng độ trung bình thấp( RCP4.5) được trình bày trong bảng 2.3

Bảng 1.3 Mực nước biển dâng (cm) so với thời kỳ 1986 - 2005

Kịch Bản Các mốc thời gian của thế kỷ 21

(Nguồn: Kịch bản biến đổi khí hậu, nước biển dâng cho Việt Nam 2016 BTNMT)

1.4 Tổng quan về cây lúa và các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sinh trưởng của cây lúa

Lúa là cây lương thực chính của hơn 40% dân số trên thế giới, đặc biệt là châu

Á Hơn 90% người dân ở đây sản xuất và tiêu thụ lúa như là thức ăn chính hằng ngày

Thậm chí, nhiều quốc gia ở vùng Đông Nam Á và vùng Đông Á còn được xem là khu vực của nền văn minh lúa nước Canh tác cây lúa nước đã có cách đây khoảng

10.000 năm, tập trung chủ yếu ở các quốc gia vùng Đông Nam Á (De Datta, 1981,

Wilhelm Solheim, 1994)

1.4.1 Đặc điểm hình dạng cây lúa

Lúa là thực vật loại Hòa thảo (Graminae), hiện nay có 2 loại lúa trồng - ở khu vực Châu Á tên khoa học để chỉ giống lúa phổ biến là Oryza sativa L và ở khu vực Châu Phi là Oryza glaberrima Steud Cây lúa gần như có thể mọc quanh năm ở các

quốc gia nhiệt đới vùng gió mùa, nóng Cây lúa tồn tại ở các vùng đầm lầy, vùng đồng bằng trũng ngập đến vùng đồi núi và cả vùng nhiễm mặn hoặc nhiễm phèn Lúa là loài cây lương thực ngắn ngài Đất trồng lúa được xem như vùng đất ngập nước theo định nghĩa của Công ước Ramsar năm 1971 Hạt lúa nảy mầm trong đất ướt hay bằng phương pháp ủ ẩm Hạt lúa nảy chòi phát triển thành cây và rễ Tùy theo giống lúa, thời gian canh tác từ 3 – 6 tháng

Một nhánh lúa là một chổi bao gồm: rễ, thân, lá, có thể có hoặc không có bông

Rễ: rễ lúa là loại rễ chum, có 2 loại:

- Rễ mầm mọc từ phôi hạt, có tác dụng hút nước và chất dinh dưỡng đến khi cây

Hoa lúa: nở theo quy luật từ trên xuống dưới, từ ngoài vào trong Thời gian

nở hoa phụ thuộc vào điều kiện khí hậu, thời tiết: nếu thuận lợi, nhiệt độ thích hợp,

đủ nắng, trời quang mây, gió nhẹ, hoa nở rộ vào lúc 8-9 giờ sáng; nếu nắng nóng hoa

sẽ nở lúc 7-8 giờ sáng; nếu trời âm u, thiếu ánh sáng hoặc rét hoa sẽ trỗ muộn từ 12 – 14 giờ trưa Thời gian phơi màu, thụ tinh của hoa lúa từ khi nở vỏ trấu đến lúc khép lại khoảng 50 – 60 phút

Hạt lúa: mỗi một hạt lúa được hình thành từ một hoa lúa.các hạt lúa xếp xít

và gối lên nhau tạo thành bông lúa Tuỳ vào giống lúa mà độ dài bông, số lượng hạt cũng như mật độ xếp hạt của bông lúa khác nhau

1.4.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến năng suất cây lúa

1.4.2.1 Đất đai

Đặc điểm của đất trồng lúa có ý nghĩa trong việc cầm giữ hoặc tiêu thoát nước Các loại đất có thành phần hạt lớn, độ rỗng cao (cát, sỏi) có khả năng tiêu nước tốt hơn các loại đất nặng như sét

1.4.2.2 Nhiệt độ

Cây lúa xuất xứ từ vùng nhiệt đới nên điều kiện khí hậu nóng ẩm thuận lợi cho cây lúa phát triển Lúa là loại cây ưa nóng, để hoàn thành chu kỳ sống, cây lúa cần một lượng nhiệt nhất định Trong quá trình sinh trưởng, nếu nhiệt độ cao cây lúa nhanh đạt được tổng nhiệt độ cần thiết thì sẽ ra hoa và chín sớm hơn, tức rút ngắn thời gian sinh trưởng Nếu nhiệt độ thấp thì ngược lại Nhu cầu nhiệt độ của cây lúa khác nhau ở các thời kỳ sinh trưởng (Bảng 2.4)

Bảng 1.4 Nhu cầu nhiệt độ của cây lúa qua các thời kỳ sinh trường

Giai đoạn sinh trưởng Nhiệt độ ( 0 C)

(Nguồn: Yoshida, 1981, trích dẫn bởi Đệ, 2009)

Khi nhiệt độ không khí trở nên lạnh (từ 300C xuống dưới 150C) sự tăng trưởng

của cây lúa bị tổn hại:

Làm mạ: nảy mầm kém, tăng trưởng yếu, rễ lúa bị teo…; hạt mầm bị đông kết

và không phát triển được do nhiệt độ thấp; cấy chậm do rét

Nảy chồi: chồi và rễ ngưng tăng trưởng sau khi sạ cấy; lá đổi màu và quăn lại

do trời lạnh hoặc gió mạnh; giảm số chồi và chậm ra chồi non; ngưng tăng trưởng và kích thước chồi nhỏ

Chồi phát triển – chòi tối đa: không ra chồi mới, chậm tăng trưởng do nhiệt

độ thấp; giảm số đòng; chậm tăng chiều cao hoặc không tăng do thiếu dinh dưỡng;

lá chuyển qua màu nâu

Trổ bông: đòng không phát triểm; không trổ bông; khó hấp thu dinh dưỡng từ

đất

Chín: tỷ lệ hạt chắc ít, hạt lép hoặc thiếu màng trấu; chậm chín do rét hoặc

ngưng chín do sương giá (Nishiyama, 1985)

1.4.2.3 Ánh sáng

Cường độ ánh sáng ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình quang hợp và tạo năng suất cây lúa Nếu không có điều kiện chiếu sáng phù hợp thì cây lúa không thể trỗ bông

1.4.2.4 Nước

Nước là thành phần chủ yếu của cây lúa chiếm 88% trọng lượng cây lúa, là điều kiện thực hiện các quá trình sinh lý trong cây lúa, đồng thời cũng là môi trường

sống của cây lúa, là điều kiện ngoại cảnh không thể thiếu được đối với cây lúa

Nước là một trong những nguồn vật liệu thô để chế tạo thức ăn, vận chuyển chất dinh dưỡng đến các bộ phân khác nhau của cây lúa Bên cạnh đó, lượng nước trong cây lúa và nước ruộng lúa là yếu tố điều hòa nhiệt độ cho cây lúa, không gian ruộng lúa Nước cũng góp phần làm cứng thân và lá lúa, thiếu nước thân và lá lúa sẽ khô, lá lúa bị cuộn lại và rủ xuống, còn nếu cây lúa đủ nước thì than lá lúa sẽ đứng,

bản lá mở rộng

Nhu cầu về nước qua các thời kỳ sinh trưởng phát triển của cây lúa cũng khác:

Thời kỳ nảy mầm: bảo quản hạt lúa ở độ ẩm 13%, khi ngâm ủ hạt thóc hút

nước đạt 22% thì có thể hoạt đọng và nảy mầm tốt khi độ ẩm đạt 25 – 28%

Thời kỳ mạ: từ khi gieo đến mạ mũi chông thì chỉ cần giữ ruộng đủ ẩm Trong

điều kiện như vậy rễ lúa được cung cấp nhiều oxy để phát triển và nội nhũ cũng phân giải thuận lợi hơn Khi cây mạ được 3 – 4 lá thì có thể giữ ẩm hoặc để một lớp nước nông cho đến khi nhổ cấy

Thời kỳ ruộng cấy: từ sau cấy đến khi lúa chín là thời kỳ cây lúa rất cần nước

Nếu ruộng khô hạn thì các quá trình sinh trưởng gặp trở ngại rõ rệt Ngược lại nếu mực nước trong ruộng quá cao, ngập úng cũng không có lợi: cây lúa khó đẻ nhánh, vươn dài, yếu ớt, dễ ngã và sâu bệnh

1.4.2.5 Mưa

Các giống lúa trồng ở vùng đất thấp sử dụng nước trời (rainfed lowland rice) thì có điều kiện sinh trưởng khá đa dạng Khả năng của giống lúa này trong chịu

đựng sự thay đổi của mưa, có thể gây ngập lũ, tuỳ thuộc vào nhiều yếu tố:

- Cường độ và thời gian mưa: mưa càng lớn và càng kéo dài liên tục nhiều ngày

có thể tạo ra những bất lợi cho cây lúa Mưa rơi trong các thời điểm cây lúa trổ bong sẽ ảnh hưởng lớn đến quá trình thụ phấn khiến tình trạng lúa lép gia tăng

- Mưa lớn kết hợp với lũ: năng suất và tăng trưởng của cây lúa có thể bị ảnh

hưởng tuỳ theo chiều sâu và thời gian ngập khiến tình trạng ngập úng cục bộ

có kéo dài gây bất lợi;

- Địa hình: liên quan đến độ dốc mặt đất và các chướng ngại vật trên đường thoát

nước Độ dốc địa hình càng lớn thì khả năng tiêu thoát nước càng tốt nhưng đồng thời gây các thiệt hại khác như bào mòn lớp đất canh tác, rửa trôi dưỡng chất, phân bón trong đất, …

Các yếu tố thời tiết bất lợi phối hợp: khi có mưa to thường đi kèm gió lớn, nhiệt độ xuống thấp, thời gian chiếu sáng trong ngày giảm, hạn chế quang hợp… Các yếu tố này tạo nên một tác động cộng hưởng đến khả năng chống ngã đổ, khả

năng duy trì tăng trưởng và có thể ảnh hưởng năng suất lúa

1.4.2.6 Giống

Giống có vai trò quan trọng trong nghề trồng lúa Ngày nay nói đến giống người ta phân biệt rõ hai vấn đề là giống tốt và hạt giống có chất lượng gieo trồng cao

Giống lúa tốt cần thỏa mãn các yêu cầu sau:

- Sinh trưởng, phát triển tốt trong điều kiện khí hậu, đất đai và điều kiện canh tác tại địa phương

- Cho năng suất cao, ổn định

- Có tính chống chịu tốt với sâu bệnh và điều kiện ngoại cảnh bất thuận

- Có chất lượng đáp ứng yêu cầu sử dụng

- Hạt giống có chất lượng gieo trồng cao

Hạt giống có chất lượng gieo trồng cao, được đánh giá qua các chỉ tiêu:

- Độ đúng giống: sự đồng nhất về mặt di truyền giữa các hạt giống Độ thuần càng cao càng tốt

- Sức nảy mầm: khả năng nảy mầm đồng đều cho cây mầm bình thường vào ngày thứ 4 sau khi gieo trong điều kiện nảy mầm tối ưu Sức nảy mầm càng cao thì hạt giống càng khỏe và sự nảy mầm càng đồng đều khi gieo trên ruộng Hạt giống tốt cần có sữa nãy mầm trên 90%

- Tỷ lệ nảy mầm: khả năng nảy mầm tối đa của hạt Chỉ tiêu này nói lên các hạt đang sống và có khả năng phát triển thành cây

- Độ sạch: là mức độ không lẫn các chất khác vào lô hạt giống

- Độ ẩm: độ ẩm tiêu chuẩn của lô hạt giống cần đạt 13.5% Khi độ ẩm vượt quá giới hạn này sẽ ảnh hưởng nghiêm trọng đến tỷ lệ nãy mầm

1.4.2.7 Sơ lược về các chất dinh dưỡng cần thiết cho cây lúa

Đạm

Đạm là chất tạo hình cây lúa, là thành phần chủ yếu của protein và chất diệp lục làm cho lá xanh tốt, gia tăng chiều cao cây, số chồi và kích thước thân lá Đạm tham gia xây dựng vòng pocphirin – nhân của diệp lục tố Ngoài ra, đạm còn là thành phần chủ yếu của một số phytohoocmon – tác nhân điều tiết các quá trình sinh trưởng phát triển của cây Cây lúa hấp thụ và sử dụng cả hai dạng đạm nitrat (NO3-) và ammonium (NH4+) Thiếu đạm, sinh trưởng của cây bị ức chế, rễ kém phát triển

Thiếu đạm, lá có màu lục nhạt do quá trình tổng hợp diệp lục bị kiềm hãm Thiếu đạm lâu ngày diệp lục bị phân hủy, lá bị úa vàng sau đó cây bị chết Đủ đạm cây phát triển tốt, quang hợp mạnh, năng suất cao Ngoài ra, cây lúa cũng có thể sử dụng được đạm dưới dạng amit (urê) và phần nhỏ axit amin

Ở từng giai đoạn sinh trưởng và phát triển lượng đạm cần thiết cho lúa là khác nhau Ở các giai đoạn ban đầu đạm được tích lũy trong thân lá, khi lúa trổ, khoảng 48-71% đạm được đưa lên bông Nếu thiếu đạm cây lúa lùn, đẻ nhánh kém, lá nhỏ ngắn hẹp, màu chuyển sang vàng, bông ngắn, nhiều hạt lép và năng suất thấp Nếu bón quá nhiều đạm, cây lúa phát triển thân lá quá mức, mô non, mềm, dễ ngã, tán lá rậm rạp, lượng đạm tự do trong cây cao, nên cây dễ nhiễm bệnh làm giảm năng suất rất lớn

Lân

Lân là chất sinh năng lượng (tạo năng lượng), là thành phần của ATP, NADP, Thúc đẩy việc sử dụng và tổng hợp chất đạm trong cây , kích thích rễ phát triển, giúp cây lúa mau lại sức sau khi cấy, nở bụi mạnh, kết nhiều hạt chắc , giúp lúa chín sớm và tập trung hơn Lân còn là thành phần cấu tạo acid nhân trường tập trung nhiều trong hạt Thiếu lân làm giảm tốc độ hấp thụ oxy, làm biến đổi hoạt tính của các enzyme tham gia vào trao đổi hô hấp; lá có màu xanh đậm và nhỏ, cây thấp,

đẻ nhánh kém, trổ bồng và chính chậm Bón đầy đủ lân cây ra rễ mạnh, đẻ nhánh khỏe, xúc tiến các hoạt động sinh lý làm cho hạt chắc và có màu sáng Lân dung để bón lót cho lúa là chủ yếu và được đất giữ lại không bị rửa trôi Lượng bón cho lúa khoảng 200 – 300 super lân/ha

Kali

Kali (Potassium) giúp cho quá trình vận chuyển và tổng hợp các chất trong cây, duy trì sức trương của tế bào, giúp cây cứng cáp, tăng khả năng chống sâu bệnh, chống ngã đổ, chịn hạn và lạnh khỏe hơn, tăng số hạt chắc lên bông và làm hạt no đầy hơn Kali tập trung chủ yếu chỉ khoảng 6-20% trên bông Lúa thiếu kali, vẫn sẽ

có chiều cao và số chồi gần như bình thường, lá vẫn xanh nhưng mềm rũ yếu ớt, dễ

đổ ngã, dễ bị nhiễm bệnh đốm nâu (Helimnthosporium oryzae) lá già rụng sớm Kali

liên quan chặt chẽ đến quá trình quang hợp và hô hấp của cây Trong điều kiện thời

tiết khí hậu không thuận lợi như nhiệt độ thấp, thiếu ánh sáng thì kali xúc tiến quá trình quang hợp và quá trình sinh lý khác Bón kali khong đầy đủ làm cho quá trình tro đỏi cation bị thay đổi, quá trình trao đổi đạm bị rối loạn Trung bình có thể bón

40 – 60 kg K2O cho 1ha Vụ xuân trời giá rét hay trời âm u kéo dài cần chú trọng bón kali cho lúa

Phân kali phổ biến hiện nay là Clorua Kali (KCl) 60% K2O và Sulphat Kali (K2SO4) 48% K2O Ngoài ra còn có các loại phân hỗn hợp 2 hay 3 chất như:

đó chuyển sang đen, phiến lá bị uốn cong và xoăn lại

Magiê

Magiê là thành phần cấu trúc của phân tử diệp lục Thiếu magiê làm giảm lượng photpho trong cây, ức chế quá trình tạo các hợp chất photpho hữu cơ, tăng lượng monosacarit, ức chế tổng hợp tinh bột và hoạt động của bộ máy tổng hợp protein kém hiệu quả

Silic

Cây lúa hấp thụ silic nhiều hơn bất kì chất dinh dưỡng nào (từ 890 đến 1018 kg/ha/vụ) Trong cây lúa silic tập trung chủ yếu trong thân lá (khoảng 60%), 1 phần trên bông (khoảng 20%) Tỷ lệ silic trong thân, lá tùy theo giai đoạn phát triển, càng đến ngày thu hoạch hàm lượng silic trong cây càng cao Silic làm tăng bề dày của vách tế bào, ngoài ra cũng làm tăng lực oxi hóa của rễ và ngăn cản sự hấp thụ Fe và

Mn quá mức Silic có tác dụng giúp cho cây chống đổ, ngăn cản mầm bệnh xâm nhập, sự tấn công của côn trùng, làm lá thẳng đứng, nhiều bông, giảm thoát hơi nước,

giúp cây chịu hạn khỏe hơn Thiếu silic vào thời kỳ sinh trưởng sinh thực sẽ làm giảm số lượng hạt, làm giảm số lượng hạt chín

Các yếu tố vi lượng

Các yếu tố vi lượng tham gia vào thành phần các enzyme xúc tiến các quá trình sinh lý, sinh hóa diễn ra trong cây, làm tăng quá trình quang hợp và trao đổi chất, kết quả là làm tăng năng suất và phẩm chất của cây trồng

1.5 Tổng quan các nghiên cứu trong và ngoài nước liên quan đến đề tài

1.5.1 Tình hình nghiên cứu ngoài nước

Vấn đề lương thực, trong đó lúa gạo là nhu cầu thiết yếu nhất của người dân,

nó liên quan mật thiết đến các vấn đề quan trọng khác của nền kinh tế - xã hội Nhu cầu tiêu thụ lúa trên thế giới ngày càng nhiều, dự báo đến năm 2030, nhân loại có thể phải cần đến 800 triệu tấn lúa Năm 2050, dân số nhân loại ước tính sẽ đạt 9 tỷ người,

sẽ đòi hỏi một một nguồn cung lương thực lớn hơn nhiều Nhưng BĐKH lại ảnh hưởng đáng kể đối với nông nghiệp và an ninh lương thực Một phần đáng kể diện tích đất nông nghiệp ở vùng đất thấp ven biển sẽ bị ngập mặn do nước biển dâng, nếu không có các biện pháp ứng phó thích hợp Nhằm đảm bảo an ninh lương thực thế giới, nhiều nhà khoa học đã tiến hành nghiên cứu đánh giá các ảnh hưởng của BĐKH để đưa ra giải pháp ứng phó Điển hình là nghiên cứu của tác giả S.A.Saseendran và cộng sự (2000) Trong bài nhóm đã tiến hành đánh giá các tác động của BĐKH đến sản lượng lúa bằng mô hình CERES-RICE.v3; mô phỏng và hiệu chỉnh sản xuất lúa ở vùng khí hậu nhiệt đới ẩm Kerala của Ấn Độ, phân tích ảnh hưởng của BĐKH đến năng suất lúa ở bang này Kịch bản được sử dụng là sự gia

lên 2 mm mỗi ngày, trên khắp bang Kerala trong thập niên 2040- 2049 so với những năm 1980 Kết quả tính trung bình trên toàn tiểu bang với kịch bản biến đổi khí hậu trên, thời gian chín của lúa dự kiến sẽ rút ngắn 8% và tăng năng suất 12% Khi chỉ xem xét nhiệt độ tăng, các mô phỏng cho thấy giảm 6% về năng suất Các thí nghiệm

sẽ giảm liên tục Cứ tăng một độ thì năng suất giảm khoảng 6% Ngoài ra, các thí nghiệm độ nhạy của mưa đã chỉ ra rằng tăng năng suất lúa do tăng lượng mưa trên các giá trị quan sát là theo cấp số nhân Nhưng lượng mưa giảm dẫn đến mất năng