Quản lý tài nguyên nước trong bối cảnh biến đổi khí hậu: Thực tiễn từ dự án “Smart Farming” được thực hiện bởi trường Đại học Trà Vinh

Dự án nghiên cứu “Ứng dụng cảm biến thông minh nhằm cải thiện hiệu quả sử dụng nước trong canh tác lúa ở ĐBSCL” nhằm kiểm nghiệm tính khả thi của việc ứng dụng cảm biến thông minh cho hệ thống bơm tưới tự động, qua đó thúc đẩy việc ứng dụng kỹ thuật ngập khô sen kẻ (AWD) trong canh tác lúa nước ở Việt Nam. Dự án được triển khai từ tháng 7/2017 đến tháng 5/2019 tại 3 tỉnh: Trà Vinh, Cần Thơ và An Giang. Kết quả từ vụ lúa đầu tiên cho thấy, lượng nước tưới cho nghiệm thức ứng dụng AWD có cảm biến ít hơn rất nhiều so với nghiệm thức không có cảm biến (8.401 m3 /ha/vụ so với 12.551 m3 /ha/vụ). Điều này gợi ý rằng ứng dụng kỹ thuật AWD có cảm biến giúp giảm lượng nước tưới trong sản xuất lúa. Về năng suất, phân tích năng suất lý thuyết và năng suất thực tế đều cho thấy rằng ứng dụng kỹ thuật AWD giúp gia tăng tỷ lệ hạt trên bông, vì vậy giúp tăng năng suất lúa. Về phát thải khí gây hiệu ứng nhà kính, kết quả đo lường lượng phát thải khẳng định việc quản lý nước hiệu quả trên ruộng lúa bằng kỹ thuật AWD có thể giúp giảm một lượng đáng kể phát thải khí gây hiệu ứng nhà kính (lượng CO2 tương đương).

QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN NƯỚC TRONG BỐI CẢNH BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU: THỰC TIỄN TỪ DỰ ÁN “SMART FARMING” ĐƯỢC THỰC HIỆN BỞI TRƯỜNG ĐẠI HỌC TRÀ VINH Phạm Vũ Bằng Diệp Thanh Tùng TÓM TẮT Dự án nghiên cứu “Ứng dụng cảm biến thông minh nhằm cải thiện hiệu sử dụng nước canh tác lúa ĐBSCL” nhằm kiểm nghiệm tính khả thi việc ứng dụng cảm biến thông minh cho hệ thống bơm tưới tự động, qua thúc đẩy việc ứng dụng kỹ thuật ngập khô sen kẻ (AWD) canh tác lúa nước Việt Nam Dự án triển khai từ tháng 7/2017 đến tháng 5/2019 tỉnh: Trà Vinh, Cần Thơ An Giang Kết từ vụ lúa cho thấy, lượng nước tưới cho nghiệm thức ứng dụng AWD có cảm biến nhiều so với nghiệm thức khơng có cảm biến (8.401 m /ha/vụ so với 12.551 m3 /ha/vụ) Điều gợi ý ứng dụng kỹ thuật AWD có cảm biến giúp giảm lượng nước tưới sản xuất lúa Về suất, phân tích suất lý thuyết suất thực tế cho thấy ứng dụng kỹ thuật AWD giúp gia tăng tỷ lệ hạt bơng, giúp tăng suất lúa Về phát thải khí gây hiệu ứng nhà kính, kết đo lường lượng phát thải khẳng định việc quản lý nước hiệu ruộng lúa kỹ thuật AWD giúp giảm lượng đáng kể phát thải khí gây hiệu ứng nhà kính (lượng CO tương đương) Từ khóa: Canh tác lúa thích ứng với biến đổi khí hậu; AWD thông minh; Hiệu sử dụng nước; Nông nghiệp xác; Ngập khơ xen kẻ Giới thiệu Biến đổi khí hậu (BĐKH) thách thức mang tính tồn cầu Trong năm gần đây, đồng sơng Cửu Long (ĐBSCL) phải đối mặt với nhiều tác động tiêu cực BĐKH, ảnh hưởng nghiêm trọng đến đời sống sinh hoạt người dân tồn vùng Dun hải phía đơng Hiện tượng El Nino cực đoan năm 2015 – 2016 làm cho lượng mưa lưu vực sông Mekong thấp kỷ lục, dẫn đến tình trạng hạn hán xâm nhập mặn nghiêm trọng toàn vùng Số liệu thống kê Viện Khoa học Thủy lợi Miền Nam (2016) 480 PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG TỪ THỰC TIỄN ĐẾN CHÍNH SÁCH KỶ YẾU HỘI THẢO ghi nhận: đến cuối tháng 2/2016, nước mặn với nồng độ 4‰ xâm nhập sâu đến 65 km khu vực thuộc cửa sông Tiền đến 60 km khu vực thuộc cửa sông Hậu Do ảnh hưởng xâm nhập mặn, nhiều lĩnh vực kinh tế đời sống dân sinh 10/13 tỉnh thành phố khu vực (Long An, Tiền Giang, Bến Tre, Trà Vinh, Sóc Trăng, Bạc Liêu, Kiên Giang, Cà Mau, Hậu Giang Vĩnh Long) bị ảnh hưởng nghiêm trọng Thống kê đến tháng 3/2016 có 224.552 đất canh tác lúa 10/13 tỉnh, thành phố thuộc khu vực ĐBSCL bị thiệt hại nhiễm mặn; khoảng 800.000 người bị thiếu nước sinh hoạt (Bộ nông nghiệp & phát triển nông thôn, 2016) Dựa kịch BĐKH mực nước biển dâng khẳng định tình trạng thiếu hụt tài nguyên nước đặc biệt cho sản xuất nông nghiệp tiếp tục thách thức đến hai thập niên tới Vấn đề thiếu hụt tài nguyên nước xuất phát nhiều nguyên nhân, bao gồm: việc khai thác mức nguồn nước ngầm (ở vùng thượng nguồn hạ nguồn sông Mekong, xâm nhập mặn gia tăng (do hạn chế dòng chảy nước biển dâng), hiệu sử dụng nước, … Trước thách thức trên, Chính phủ xác định cần phải phát triển ngành nông nghiệp theo hướng thích ứng thơng minh với BĐKH, khuyến khích xúc tiến giải pháp canh tác bền vững môi trường Ngày 17 tháng 11 năm 2018, Thủ tướng Chính phủ ban hành Nghị 120/NQ – CP phát triển bền vững đồng sông Cửu Long thích ứng với biến đổi khí hậu Theo đó, Chính phủ xác định mơ hình phát triển nơng nghiệp cần thích ứng theo tự nhiên, thân thiện với mơi trường phát triển bền vững với phương châm chủ động sống chung với lũ, ngập, nước lợ, nước mặn sở khuyến khích tham gia tất bên liên quan Ở cấp độ dự án phi phủ, nhiều nỗ lực thực nhằm hướng đến giải pháp canh tác nông nghiệp bền vững thích ứng với BĐKH Có thể kể đến số dự án ĐBSCL Dự án thích ứng biến đổi khí hậu vùng Đồng sông Cửu Long (AMD) tỉnh Trà Vinh Bến Tre thực theo Hiệp định vốn vay nước Cộng hòa xã hội chủ nghĩa Việt Nam Quỹ phát triển nông nghiệp Quốc tế (IFAD), dự án Mekong Future (được tài trợ AusAID), dự án CLUES (do Trung tâm Nghiên cứu Nông nghiệp Quốc tế Australia tài trợ), … Trong bối cảnh này, Trường Đại học Trà Vinh Viện, 481 Trường khu vực ĐBSCL đóng vai trò quan trọng đối tác địa phương để phối hợp, chủ trì thực dự án có liên quan đến BĐKH Trong giai đoạn 2018 – 2019, Trường Đại học Trà Vinh chủ trì dự án với đối tác để triển khai dự án “Ứng dụng cảm biến thông minh nhằm cải thiện hiệu sử dụng nước canh tác lúa ĐBSCL” (Feasibility Study of Improving Water Use Efficiency in Irrigated Rice through Deployment of Smart Sensors, gọi tắt Smart Farming) Ngân hàng Thế giới tài trợ sở tích hợp giải pháp tưới khô xen kẽ (AWD) công nghệ kết nối vạn vật (IoT) để quản lý nước canh tác lúa Dự án nhiều dự án minh họa cho nỗ lực Trường Đại học Trà Vinh để gắn kết với cộng đồng trước thử thách phức tạp biến đổi khí hậu khu vực Tổng quan nghiên cứu 2.1 Mục tiêu Mục tiêu nghiên cứu nhằm đưa chứng thực nghiệm tiện ích, lợi ích rào cản việc ứng dụng cơng nghệ (cụ thể cảm biến thông minh đo mực nước ứng dụng tản điện thoại thông minh) để quản lý hiệu nguồn nước canh tác lúa ĐBSCL 2.2 Giải pháp công nghệ Kỹ thuật canh tác ngập khô sen kẻ (AWD) chứng minh giải pháp giúp tiết kiệm nước tưới canh tác lúa Một số nghiên cứu ứng dụng AWD giảm lượng nước tưới khoảng 23% (Bouman & Tuong, 2001) giảm đến 30% (Reiner Wassmann, 2014) so với phương thức canh tác để ngập nước liên tục Bên cạnh đó, ứng dụng AWD canh tác lúa góp phần giảm đáng kể lượng khí phát thải gây hiệu ứng nhà kính Tapan K cộng (2014) chứng minh lý thuyết việc quản lý nguồn nước tưới cách tối ưu giảm đến 90% lượng khí phát thải gây hiệu ứng nhà kính Trong đó, Yamaguchi Takayoshi cộng (2017) khẳng định, việc ứng dụng AWD làm giảm đáng kể phát thải khí mê-tan (CH 4) Tuy nhiên, việc ứng dụng AWD canh tác lúa ĐBSCL chưa phổ biến phần lớn tập quán canh tác truyền thống với nhận thức lúa cần nhiều nước suốt thời gian sinh trưởng Trong phạm vi dự án Smart Farming, Trường Đại học Trà Vinh kết hợp ưu điểm từ 482 PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG TỪ THỰC TIỄN ĐẾN CHÍNH SÁCH KỶ YẾU HỘI THẢO phương pháp canh trác AWD công nghệ IoT giúp việc quản lý nước hiệu hơn, đồng thời, giảm đáng kể phát thải nhà kính (mê-tan) nảy sinh từ canh tác lúa Như mô tả chi tiết Hình bên dưới, cơng nghệ cảm biến thơng minh ứng dụng IoT hỗ trợ nông dân trồng lúa đưa định bơm tưới xác theo nhu cầu lúa giai đoạn sinh trưởng Các ống AWD tích hợp cảm biến thông minh đo mực nước lắp đặt đồng ruộng Cảm biến liên tục cập nhật liệu mực nước theo thời gian thực lên trung tâm lưu trữ đám mây thông qua thiết bị điều khiển trung tâm Bằng cách truy cập vào ứng dụng (App) điện thoại di động, nông dân điều khiển (bậc / tắt) máy bơm từ xa để đưa nước vào ruộng Việc tích hợp cơng nghệ nêu kỳ vọng không tạo tiện lợi tiết kiệm thời gian cho người sản suất mà thúc đẩy việc ứng dụng rộng rãi kỹ thuật canh tác AWD lúa, góp phần ổn định cải thiện sinh kế người trồng lúa bối cảnh nguồn tài nguyên nước phục vụ sản suất vùng ngày trở nên khan tác động BĐKH Hình Giải pháp cơng nghệ Nguồn: Thiết kế dự án, 2017 2.3 Thời gian vùng nghiên cứu Dự án nghiên cứu “Ứng dụng cảm biến thông minh nhằm cải thiện hiệu sử dụng nước canh tác lúa ĐBSCL” triển khai ba tỉnh: Trà Vinh, Cần Thơ An Giang vụ lúa, giai đoạn từ tháng 7/2019 đến tháng 5/2019 Nghiên cứu sử dụng phương pháp có tham gia, với khoảng 100 hộ nơng dân quy mơ diện tích khoảng 150 Đến thời điểm 483 tại, dự án chuẩn bị hoàn thành vụ thứ nên chưa thể có đánh giá đầy đủ cho dự án Các số liệu, kết trình bày sau liệu từ vụ lúa Kết thảo luận 3.1 Về hiệu sử dụng nước tưới Lượng nước tưới cho nghiệm thức ứng dụng cảm biến thông minh đáng kể so với nghiệm thức ứng dụng phương pháp canh tác truyền thống (8.401 m3 /ha/vụ so với 12.551 m /ha/vụ) Điều cho thấy kỹ thuật AWD với cảm biến giúp giảm lượng nước tưới sản xuất lúa Bên cạnh đó, nơng dân tham gia dự án xác nhận với AWD tích hợp cảm biến, việc bơm tưới trở nên tiện lợi họ khơng cần phải tự tay đo mực nước ruộng trước vận hành máy bơm Thay vào đó, họ dễ dàng điều khiển máy bơm cách sử dụng ứng dụng cài đặt điện thoại thơng minh Điều có nghĩa với cơng nghệ nơng dân có nhiều thời gian để tham gia vào hoạt động tạo thu nhập khác Bảng So sánh lượng nước tưới nghiệm thức Lượng nước tưới (m3/ha) Nghiệm thức Nước bơm vào Nước mưa Lô AWD có cảm biến 7.486 3.242 Lơ AWD thủ cơng 6.982 3.242 Lô canh tác thông thường 6.982 3.242 Tổng 10.728 10.224 10.224 Nguồn: Dữ liệu nghiên cứu, 2017 3.2 Về suất Trung bình, tỷ lệ hạt nghiệm thức AWD có cảm biến nghiệm thức AWD thủ công cao so với nghiệm thức ngập thông thường (lần lượt 7% 11%) Cần lưu ý khác biệt suất cao số liệu báo cáo nghiên cứu dự án CORIGAP (chỉ khoảng 3,4% vào mùa khô 5,2% vào mùa mưa năm 2014) nghiên cứu Khoa Nông nghiệp Ứng dụng Sinh học, Trường Đại học Cần Thơ (khoảng 4% vào mùa khô năm 2014) (Nguyễn Ngọc Đệ, 2017) Phân tích suất lý thuyết thực tế cho thấy việc áp dụng kỹ thuật AWD sản xuất lúa giúp tăng suất Kỹ thuật AWD cho phép nông dân quản lý nguồn cung cấp nước để tạo điều kiện tốt cho tăng trưởng lúa Đồng 484 PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG TỪ THỰC TIỄN ĐẾN CHÍNH SÁCH KỶ YẾU HỘI THẢO thời, giảm đáng kể lượng nước tưới cho lúa vào giai đoạn lúa không cần nhiều nước Một mặt, cách làm giúp tiết kiện nước, mặt khác, theo đặc điểm sinh học lúa, rễ có khuynh hướng lan sâu vào đất để tìm nước, giúp cho lúa đững vững hơn, hạn chế ngã đổ thu hoạch Thơng qua đó, phương thức giúp gia tăng số tỷ lệ hạt Bảng Năng suất lý thuyết suất thực tế Nghiệm thức Số Số Tỷ lệ Khối Năng Năng suất bông/ hạt / hạt lượng suất lý thực tế (%) 1000 hạt thuyết (tấn/h a) (tấn/ha) m Mẫu 5m (g) Cả lô Lô AWD có cảm biến 254 90.2 65.8 24.04 3.625 3,760 3,364 Lô AWD thủ công 275 85.1 68.6 24.38 3.913 3,800 3,498 Lô canh tác thông thường 300 68.5 70.8 23.99 3.492 3,300 3,270 Trung bình 276 81.3 68.4 21.40 3.676 3,620 3,377 Nguồn: Dữ liệu nghiên cứu, 2017 3.2 Về phát thải khí gây hiệu ứng nhà kính Lượng phát thải khí mê-tan (CH ) nghiệm thức AWD có cảm biến thấp 30% so với nghiệm thức canh tác thông thường (tương đương CO2 /ha/vụ so với 4,5 CO /ha/vụ 485 Canh tác thông thường Lô với AWD Hình Lượng phát thải khí gây hiệu ứng nhà kính (tấn CO tương đương/ha/vụ) Nguồn: Dữ liệu nghiên cứu, 2017 Kết từ nghiên cứu khác khẳng định lượng phát thải khí mê-tan định thực hành quản lý nước tưới sử dụng phân bón Ví dụ, dự án VLCRP triển khai hai tỉnh Kiên Giang An Giang năm 2015 kết luận lượng phát thải khí mê-tan tối đa 55 CO tương đương/ha/vụ (Tran Kim Tinh and Joseph Rudek, 2015) Trong đó, việc quản lý nước hiệu nhờ ứng dụng kỹ thuật AWD giúp giảm đến 60% lượng khí thải Nguyễn Thị Kiều cộng (2017) ứng dụng kỹ thuật AWD vùng Hậu Giang giúp giảm đến 33% lượng phát thải khí gây hiệu ứng nhà kính (khoảng 15 CO tương đương/ha/vụ) Kết luận Mặc dù sớm để đưa kết luận xác qua vụ triển khai nghiên cứu; song, kết bước đầu cho thấy việc ứng dụng kỹ thuật AWD canh tác lúa nước hoàn toàn phù hợp bối cảnh khan nguồn tài nguyên nước Bên cạnh việc góp phần cải thiện suất trồng, thực hành quản lý hiệu nước tưới thông qua kỹ thuật AWD góp phần giảm đáng kể phát thải khí gây hiệu ứng nhà kính Mặc dù vậy, việc triển khai mơ hình AWD kết hợp với IoT phạm vi rộng đối mặt với nhiều thử thách, bao gồm số đặc điểm sau đây: - Chi phí đầu tư đơn vị diện tích canh tác cao Các yêu cầu đặt để áp dụng mơ hình hiệu mặt kỹ thuật cần thiết phải có 486 PHÁT TRIỂN NƠNG THÔN ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG TỪ THỰC TIỄN ĐẾN CHÍNH SÁCH KỶ YẾU HỘI THẢO chuẩn bị cẩn thận hạ tầng, bao gồm bờ bao, hệ thống dẫn nước, áp dụng kỹ thuật san mặt ruộng, máy bơm hệ thống điện để vận hành máy bơm thiết bị cảm biến chuyên dùng để đo mực nước truyền thông tin qua internet đến điện thoại - Nhận thức hiểu biết người dân AWD biến đổi khí hậu chưa phổ biến Trong phạm vi dự án, số nơng dân tham gia có kinh nghiệm thực hành AWD trước Ngồi ra, bên cạnh chi phí kỹ thuật nêu trên, nơng dân tham gia dự án cam kết bù suất nên nhận hưởng ứng cao người dân Việc truyền thông hiệu thực tế dự án đóng vai trò quan trọng đến chủ động thực hành người dân triển khai phạm vi rộng - Sự hỗ trợ tổ chức, quyền địa phương quan trọng để triển khai dự án, khả mở rộng sau dự án Để triển khai mô hình hiệu quả, xét khía cạnh kỹ thuật kinh tế, việc quy hoạch vùng sản xuất cần phải thực đồng với quy mô, diện tích đất canh tác lớn Trong trường hợp áp dụng kỹ thuật nêu địa phương có diện tích đất canh tác nhỏ, manh mún, dẫn đến nhiều khó khăn, đặc biệt việc cải tạo hạ tầng đầu tư thiết bị Như đề cập, lợi ích phương pháp canh tác đề xuất dự án nhằm giảm thiểu phác thải nhà kính sản sinh từ canh tác lúa Với vai trò lương thực chủ lực vùng ĐBSCL nước, lúa có diện tích trồng lớn nên tổng lượng khí thải cao Việc tiết giảm khí thải nhà kính lợi ích vơ hình, ra, chưa định giá cụ thể vào thời điểm Việt Nam Các lợi ích cần nhìn nhận có hỗ trợ cụ thể từ Nhà nước, thay vì, dựa vào hiệu tài hữu hình đánh giá người sản xuất./ TÀI LIỆU THAM KHẢO Bouman, B A M., & Tuong, T P (2001) Field water management to save water and increase its productivity in irrigated lowland rice Agricultural Water Management, 49(1), 11-30 https://doi.org/10.1016/S0378-3774(00)00128-1 Bộ nơng nghiệp & Phát triển nơng thơn, 2016 Tình hình hạn hán, xâm nhập mặn ĐBSCL, Nam trung Tây nguyên năm 2016: Nguyên 487 nhân giải pháp ứng phó Nguyen Ngoc De, 2017 AWD training material WB-AWD project Nguyen Thi Kieu (2017) Doctoral thesis Reiner Wassmann (2014) Putting Alternate Wetting and Drying (AWD) on the map, globally and nationally: International Rice Research Institute (IRRI) Tapan K Adhya, Bruce Linquist, Tim Searchinger, Reiner Wassmann, & Xiaoyuan Yan (2014) Wetting and drying reducing greenhouse gas emissions and saving water from rice production Installment of “Creating a Sustainable Food Future” Thủ tướng Chính phủ, 2017, Nghị 120/NQ – CP phát triển bền vững đồng sơng Cửu Long thích ứng với biến đổi khí hậu Tran Kim Tinh and Joseph Rudek, 2015.The Final report on greenhouse gas measurement in Kien Giang and An Giang provinces Vietnam low carbon rice farming practices project- VLCRP-EDF, 2015 Viện Khoa học Thủy lợi Miền Nam, 2016 Báo cáo dự báo mặn xâm nhập cửa sông vùng ven biển ĐBSCL đề xuất giải pháp chống hạn http://www.siwrr.org.vn/tv3_files/VKHTLMN_Dubaoman_DBSCL_Cap %20nhat%20Cuoi%20T2_2016_End.pdf 10 Yamaguchi Takayoshi, Luu Minh Tuan, Minamikawa Kazunori, & Yokoyama Shigeki (2017) Compatibility of Alternate Wetting and Drying Irrigation with Local Agriculture in An Giang Province, Mekong Delta, Vietnam Trop Agr Develop., 61(3), 117-127 488 ... (IFAD), dự án Mekong Future (được tài trợ AusAID), dự án CLUES (do Trung tâm Nghiên cứu Nông nghiệp Quốc tế Australia tài trợ), … Trong bối cảnh này, Trường Đại học Trà Vinh Viện, 481 Trường khu... thực dự án có liên quan đến BĐKH Trong giai đoạn 2018 – 2019, Trường Đại học Trà Vinh chủ trì dự án với đối tác để triển khai dự án “Ứng dụng cảm biến thông minh nhằm cải thiện hiệu sử dụng nước. .. hàng Thế giới tài trợ sở tích hợp giải pháp tưới khô xen kẽ (AWD) công nghệ kết nối vạn vật (IoT) để quản lý nước canh tác lúa Dự án nhiều dự án minh họa cho nỗ lực Trường Đại học Trà Vinh để gắn