Bài viết giới thiệu kết quả nghiên cứu tìm kiếm một phương pháp tưới tiêu phù hợp thay thế phương pháp truyền thống để giảm thiểu độ mặn trong vùng rễ nhằm cải thiện năng suất của các giống lúa “thơm” đặc biệt được trồng trên Đất mặn nhiều ở vùng ven biển Hải Huyện Hậu, tỉnh Nam Định, miền Bắc Việt Nam.
KHOA HỌC CÔNG NGHỆ CẢI THIỆN PHƯƠNG PHÁP TƯỚI TIÊU ĐỂ GIẢM THIỂU ĐỘ MẶN TRONG VÙNG RỄ NHẰM NÂNG CAO NĂNG SUẤT LÚA Ở VÙNG VEN BIỂN PHÍA BẮC VIỆT NAM THÔNG QUA KỸ THUẬT ĐỒNG VỊ VÀ CÁC KỸ THUẬT KHÁC LIÊN QUAN Dương Hải Sinh, Khương Minh Cường Viện Nước, Tưới tiêu Môi trường Đặng Đức Nhận Viện Năng lượng Nguyên tử Việt Nam Hà Lan Anh Viện Khoa học Kỹ thuật hạt nhân L.K Heng Cơ quan Năng lượng Nguyên tử Quốc tế, IAEA Tóm tắt: Bài báo giới thiệu kết nghiên cứu tìm kiếm phương pháp tưới tiêu phù hợp thay phương pháp truyền thống để giảm thiểu độ mặn vùng rễ nhằm cải thiện suất giống lúa “thơm” đặc biệt trồng Đất mặn nhiều vùng ven biển Hải Huyện Hậu, tỉnh Nam Định, miền Bắc Việt Nam Đối với nghiên cứu này, kỹ thuật đồng vị kết hợp với kỹ thuật thủy văn áp dụng để điều tra nguồn gốc độ mặn nước vùng rễ Các kỹ thuật bao gồm: i) xác định mối liên hệ tỷ lệ đơterivà oxy-18 ký hiệu(2H và18O) lượng mưa cục bộ, nước tưới nước vùng rễ; ii)điều tra mối liên hệ hàm lượngion Ca2+, Mg2+ and Na+trao đổi nồng độ clorua nước lỗ rỗng; iii)điều tra mối liên hệ của18O vànồng độ clorua nước vùng rễ Biết nguồn gốc độ mặn vùng rễ, người ta đề xuất phương pháp tưới tiêu nhằm giảm thiểu độ mặn đất trồng trọt Từ khóa: xâm nhập nước mặn; tưới tiêu; tỷ lệ oxy-18, trao đổi ion Ca-Na Summary: The purpose of this study was to search for an appropriate irrigation practice to replace the traditional one in order to mitigate salinity in root zone for improving the yield of the special “fragrance” rice varieties planted on Hapli Salic Fluvisols in a coastal area of the Hai Hau district, Nam Dinh province, North Vietnam For this, isotopic combined with hydrogeological techniques were applied to investigate the source of salinity in water within the root zone The techniques include: i) determination of the relationship between deuterium and oxygen-18 signatures (2H and 18O) in the local precipitation, in the irrigation water, and in water within root zone; ii) investigation into the relationship between concentrations of exchangeable Ca2+, Mg2+ and Na+ cations and concentration of chloride in soil-pore water; iii) investigation into the relation of the 18O and chloride concentration in water within the root zone Knowing the source of salinity in the root zone one could be able to suggest a new irrigation practice to mitigate the salinity in the cultivated soil Key words: salt water intrusion; irrigation; oxygen-18 signature, Ca-Na cation exchange LỜI MỞ ĐẦU* Trong lịch sử phát triển địa lý lâu đời, phía bắc Việt Nam, sông Hồng tạo đồng Ngày nhận bài: 24/9/2018 Ngày thông qua phản biện: 26/10/2018 màu mỡ gọi đồng sông Hồng (ĐBSH) ĐBSH có diện tích khoảng 15.000km2 (1,5 triệu ha), có gần 20 triệu cư dân sinh Ngày duyệt đăng: 15/11/2018 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 50 - 2018 KHOA HỌC CÔNG NGHỆ sống Theo ước tính, 50% tổng diện tích ĐBSH thấp 2m so với mực nước biển trung bình (Pruszak cộng sự, 2001) Trong tổng diện tích vùng đồng bằng, 1,2 triệu sử dụng cho canh tác (Bộ NN & PTNT, 2010) Năng suất hàng năm ngũ cốc từ vùng đồng ước tính lên đến 6,1 triệu (Bộ NN & PTNT, 2010) Để trì suất trồng, triều đại phong kiến Việt Nam nông dân địa phương đặc biệt ý đến công tác tưới tiêu Một mạng lưới đê bao phủ dày đặc xây dựng từ kỷ 13 để bảo vệ đất khỏi ngập lụt từ hệ thống sông bão từ biển Phương pháp tưới tiêu sử dụng vùng ĐBSH tưới ruộng lúa với hiệu sử dụng nước thấp chi phí điện cao (khoảng 300 kwh/ha, Fontenelle, 2001) Ngày nay, vùng ĐBSH, phương pháp canh tác thay đổi nhiều, chuyển sang sử dụng phương tiện học Để vận hành máy dễ dàng hơn, trước thu hoạch lúa, nông dân địa phương xả khỏi đồng ruộng rơm rạ dọn đốt cháy (Hình 2a) Việc khiến cho cánh đồng hai mùa lúa trống không dẫn đến đất bị nứt thời tiết nóng (Hình 2b) Đất nứt tạo điều kiện bốc để lại muối đất tồn vùng rễ sâu 1,0-1,2 m so với bề mặt Độ mặn cao đất canh tác cho nguyên nhân khiến suất trồng thấp dọc bờ biển thuộc vùng ĐBSH Mục tiêu nghiên cứu phát triển phương pháp tưới tiêu thay nhằm nâng cao suất lúa trồng Đất mặn nhiều với độ mặn tương đối cao huyện Hải Hậu, miền Bắc Việt Nam Nghiên cứu hỗ trợ việc sử dụng kỹ thuật đồng vị, cụ thể sử dụng đồng vị ổn định nước đetơri oxy-18 loại nước khác nhau: nước mưa, nước tưới, nước vùng rễ mối liên hệ với nồng độ ion clorua chất thị cho muối biển Dường việc áp dụng kỹ thuật đồng vị nghiên cứu để cải thiện phương pháp tưới tiêu vùng ven biển nhằm đạt suất trồng cao tiến hành lần Việt Nam KHU VỰC NGHIÊN CỨU Cánh đồng với diện tích xã Hải Thịnh, huyện Hải Hậu, tỉnh Nam Định, nằm phía tây nam vùng ĐBSH lựa chọn cho nghiên cứu Hình mơ tả lược đồ vị trí nghiên cứu Hình ruộng sử dụng cho nghiên cứu Hình Lược đồcho thấy khu vực nghiên cứu xã Hải Thịnh, huyện Hải Hậu, tỉnh Nam Định, nằm phía tây nam vùng Đồng sông Hồng (ĐBSH) Huyện Hải Hậu thuộc tỉnh Nam Định tiếng toàn quốc số nơi giới với giống lúa truyền thống đặc biệt, Tám “thơm”, cách lâu xuất sang Pháp cho người tiêu dùng Pháp-Việt với mức giá cao Trong thập kỷ qua, suất giống lúa trồng khác ngày thấp Các nhà nông học Việt Nam xác định nguyên nhân làm giảm sản lượng lúa khu vực làdo hàm lượng muối đất tăng nước tưới nước Nồng độ clorua nước khu vực TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 50 - 2018 KHOA HỌC nghiên cứu đo 2.500 mg L-1 Độ pH đất nước dung dịch KCl từ (bề mặt) đến 7,8 (ở độ sâu 140-160 cm so với bề mặt) (Phạm Anh Tuấn cộng sự, 2013) Phương pháp tưới tiêu nông dân địa phương sử dụng ruộng lúa truyền thống giống vùng ven biển khác đề cập Hiện tượng xâm nhập mặn nhà địa chất học Việt Nam nhà địa chất thủy văn quốc tế nghiên cứu vấn đề thảo luận Câu hỏi đặt liệu độ mặn tầng chứa nước cạn có nguồn gốc từ biển khuếch tán từ lỗ hổng trầm tích tầng chứa nước? HỆ THỐNG THỐT NƯỚC VÀ TƯỚI TIÊU TRONG KHU VỰC NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ Các mẫu đất lấy từ tám vị trí xung quanh phía vị trí đồng để nghiên cứu đặc tính đất Trong số vị trí trên, vị trí dọc theo đường chéo ruộngđược quy định lấy đất theo phẫu diện từ mặt đất xuống sâu 1,0 m; độ sâu vùng rễ lúa Ở6 vị trí lại xung quanh phía ruộng, mẫu đất thu thập từ lớp đất canh tác, tức từ bề mặt đến độ sâu 20 cm Các mẫu đất lấy cách sử dụng mũi khoan lấy mẫu sâu (Eijkelkamp, Hà Lan) Các mẫu phẫu diện đất tách thành phần dài 20 cm, tất mẫu phụ mẫu đất bề mặt lưu trữ lọ nhựa có nắp đậy chặt Các mẫu vận chuyển đến phòng thí nghiệm Hà Nội bảo quản tủ lạnh nhiệt độ 4oC phân tích Nước tưới huyện Hải Hậu bơm từ sơng Ninh Cơ (Hình 3); nhánh sông Hồng Nước bơm cấp trước tiên vào kênh dài 218 km sau đến kênh thứ cấp dài 838 km chảy vào ruộng Trong ruộng, ngườinông dân tự tạo kênh chéo để lấy nước Công tác tưới tiêu thường Công ty tưới tiêu huyện lên kế hoạch mùa canh tác Tổng số trạm bơm huyện Hải Hậu 68 trạm với công suất khoảng 60 000 m3/giờ Các trạm bơm xã Hải An, Hải Giang Hải Ninh phía Bắc trạm tưới tiêu, xã Hải Châu Hải Thịnh phía Nam trạm nước (Hình 3) Các hệ số tưới tiêu huyện Hải Hậu ước tính 1.16 L s-1 ha-1 and 4.8 L s-1 ha-1 , thấp chút so với giá trị mục tiêu 1.25 L s-1 ha-1 L s-1 ha-1 and 5.5 L s-1 ha-1 tương ứng (ND DARD, 2011) Lượng mưa cục thu thập hàng tháng cách sử dụng thiết bị xây dựng theo đề xuất IAEA (IAEA, 2002) Thiết bị lắp đặt mái nhà Trung tâm thủy lợi Môi trường Ven biển Hải đảo thuộc miền Bắc (Việt Nam), nằm thị trấn Thịnh Phong, cách ruộng lúa khoảng km Vào ngày tháng, nước thùng chứa khuấy kỹ nhỏ giọt vào lọ polyethylene mật độ cao (HDPE) dung tích 50 ml gửi đến phòng thí nghiệm Hà Nội để phân tích thành phần đồng vị PHƯƠNG PHÁP Ảnh hưởng thủy triều đến mực nước ngầm thành phần hóa học nước ngầm để suy Quy trình lấy mẫu Nước tưới lấy mẫu năm điểm từ cửa sơng Ninh Cơ ngược dòng 20 km lên đến trạm bơm Hải An (các điểm giao mơ tả hình 3) vào tháng tháng 12 hàng năm tháng tương ứng cho mùa mưa mùa khơ TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 50 - 2018 KHOA HỌC ranguyên mặn nhân CÔNG NGHỆ xâm nhập Để theo dõi ảnh hưởng thủy triều đến mực nước ngầm vùng rễ, hai giếng cạn có độ sâu 1,5 m đào góc ruộng nghiên cứu Mỗi giếng gồm hai ống chống làm từ nhựa PVC Ống chống bên ngồi có đường kính 120 mm chiều dài 1800 mm cho 300 mm chiều cao ống nằm phía bề mặt ruộng để nước tưới không chảy trực tiếp vào bên ống mà thâm nhập vào vùng rễ Ống chống bên có đường kính 60 mm có chiều dài Phần đáy ống bên với chiều dài 400 mm đục lỗ nước vào Phần đục lỗ phủ vật liệu PVC để bảo vệ lỗ không bị tắc dođất cát Khoảng trống hai ống chống phủ cát thô mịn để tránhcác chất lơ lửng đất rơi vào bên Dùng đất lấp lại lỗ Mực nước ngầm giếng theo dõi máy đo áp suất (Solinst 101 P2, Canada) Các ống đậy kín để tránh nước mưa rơi vào để đảm bảo nước bên ống nước từ vùng rễ Hình mơ tả cách lắp đặt thực Hình Lắp đặt giếng cạn để theo dõi ảnh hưởng thủy triều đến mực nước ngầm thành phần hóa học nước ngầm ruộng nghiên cứu Vì mực nước ngầm khu vực nghiên cứu đủ cao nên dễ dàng lấy mẫu nước từ giếng khoan tay Khoảng 100ml mẫu nướcdùng để phân tích hóa học lọc qua màng polycarbonate với kích cỡ lưới 0,45 m sau chia thành hai phần, phần axit hóa với 1-2 giọt HNO3(65%, cấp PA, Merck, Đức) đến độ pH 1-2 để phân tích cho ion dương(Na+, K+, Ca2+ Mg2+) Một phần khác không axit hóa để phân tích ion âm(Cl, PO43-) thành phần đồng vị ổn định nước Tất mẫu đựng lọ HDPE dung tích 50 ml sau vận chuyển đến phòng thí nghiệm Hà Nội để phân tích Nguồn nước vùng rễ lúa Các nguồn nước vùng rễ hai ruộng nhỏ xác định mùa dựa thành phần đồng vị ổn định nướccủa oxy-18 đetơri(18 O, 2H) lượng mưa cục bộ, nước từ sông Ninh Cơ nước vùng rễ lấy từ hai giếng cạn (Đặng ĐN, 2015) Nghiên cứu cải thiện phương pháp tưới tiêu thay đổi để giảm thiểu độ mặn vùng rễ Ruộng chia thành hai ruộng nhỏ đê đất Trong ruộng nhỏ, trì phương pháp tưới tiêu truyền thống gọi ruộng tham chiếu, ruộng nhỏ thứ hai, áp dụng phương pháp tưới tiêu Phương pháp đổi thiết kế cách trì nước quanh năm khơng nước suốt thời gian thu hoạch hai mùa lúa Hình Lúa trồng ruộng giống "Tám thơm" theo tên địa phương Chế độ canh tác lúa hai ruộng nhỏcó tỷ lệ bón phân Thử nghiệm tiến hành hai mùa: hè-thu (tháng 6-9) đông-xuân (tháng 15) giai đoạn 2015-2017 Năng suất hai TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 50 - 2018 KHOA HỌC ruộng nhỏ so sánh thông qua suất hạt gạo sau phơi khô ánh nắng mặt trời (theo kinh nghiệm nông dân) tách riêng với hạt rỗng Nghiên cứu xâm nhập mặn khử mặn đất Sự xâm nhập mặn khử mặn đất nghiên cứu dựa mối liên hệ nồng độ clorua hàm lượng natri, canxi magiê trao đổi dựa mối liên hệ tỷ lệ oxy-18 (18O)và nồng độ clorua nước vùng rễ lúa mô tả chi tiết Clark Fritz (1997) Appelo Postma (2007) thành phần đồng vị ổn định nước Phân tích thành phần đồng vị ổn định nướcđược thực Khối phổ kế đo tỷ lệ đồng vị liên tục (Micro Mass, Anh) trang bị Máy phân tích nguyên tố Euro-vector (Ý) (Nhan cộng sự, 2012) Trước phân tích, mẫu nước lọc qua màng polycarbonate với kích thước lỗ 0,45 m để loại bỏ chất huyền phù tồn Thành phần đồng vị ổn định nước thể ký hiệu delta () sau δ2 H ( R H, sample PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH Kết cấu đất phân tích phương pháp nhỏ giọt (Olmstead cộng sự, 1930) tiến hành Viện Đất Hóa chất Nơng nghiệp, Viện Khoa học Nông nghiệp Việt Nam với số thay đổi (ISA, 1998) Độ pH đất: 25 g mẫu đất sấy khô nhiệt độ phòng sau chiết dung dịch KCl 1M (đất: dung dịch = 1: 5), sau đo độ pH cách sử dụng máy đo pH (TOA, Nhật Bản) Đầu dò hiệu chuẩn sử dụng dung dịch pH chuẩn 4,75 8,20 Hàm lượng Na+, K+,Ca2+và Mg2+trao đổi đất: 25 g mẫu đất sấy khơ ngồi trời chiết dung dịch ammonium acetate 1M độ pH7 (đất: dung dịch = 1:5) máy lắc sau lọc qua lọc polycarbonate có kích thước lỗ 0,45 m Các chất chiết xuất phân tích ion dương ion âm(Cl-, NO3-,, PO43-) phép sắc ký ion sử dụng DIONEX 600 (Mỹ) Nước lỗ rỗng đất táchra khỏi mẫu đất cáchchưng cất đông lạnh môi trường chân không (Nhan cộng sự, 2012) Nước sau phân tích CƠNG NGHỆ δ18 O ( R H, std R 18 O,sample R 18 O,std 1) * 1000 1) * 1000 Trong R H,sample , R H,std , R 18 O,sample , R 18 O,std tỷ lệ đồng vị của2H/1H, 18O/16O mẫu theo tiêu chuẩn Giá trị ký hiệu delta biểu thị mil (‰) Tiêu chuẩn sử dụng phân tích đồng vị ổn định nước Tiêu chuẩn nước biển trung bình Vienna (VSMOW) (Coplen, 1994) Độ xác 2H cao ±2‰ 18Olà ±0.2‰ Chương trình kiểm sốt đảm bảo chất lượng áp dụng việc xác định hàm lượng ion cách phân tích giải pháp tiêu chuẩn nhà cung cấp IC cung cấp (DIONEX) Độ lệch chuẩn kết phân tích tốt ± 3% so với giá trị chứng nhận cho phần tử tương ứng KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Thành phần đồng vị lượng mưa cục bộ, nước biển nước từ sơng Ninh Cơ Hình mơ tả mối liên hệ 2Hvs.18O đối vớilượng mưa cục thu hàng tháng thị trấn Thịnh Long, huyện Hải Hậu TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 50 - 2018 KHOA HỌC CÔNG NGHỆ năm 2013-2016 Hình cho thấy thành phần đồng vị nước biển nước từ sông Ninh Cơ nguồn nước tưới cho huyện Hải Hậu Nước biển nước từ sông Ninh Cơ lấy vào tháng tháng 12 tương ứng với mùa mưa mùa khơ Như thấy Hình 8, mùa mưa, thành phần đồng vị nước từ sông Ninh Cơ tương tự thành phần đồng vị lượng mưa cục bộ, mùa khô, nước từ sông dường bốc nên thành phần đồng vị trở nên phong phú (Hình 8) Ngồi ra, mùa khô, nước biển tràn vào sông lẫn với nước ngọtnhư thể đường nét đứt hình Đây lý trạm bơm Hải Thịnh hoạt động cho mục đích nước khơng phải để tưới tiêu quanh năm Hình Đường nước khí tượng địa phương (đường nét liền) thành phần đồng vị nước biển lấy từ cửa sông Ninh Cơ(ô vuông xanh hở) trạm bơm Hải Thịnh sông Ninh Cơ vào mùa mưa (tam giác rỗng màu đỏ) mùa khô (tam giác đặc màu đỏ) thể thành phần đồng vị nước tưới khu vực Thành phần đồng vị nước đất Hình mơ tả mối liên hệ 2H vs.18O nước tầng đất canh tác (0 – 20) cm mùa mưa (tháng 8) mùa khơ (tháng 12) Hình So sánh thành phần đồng vị nước lỗ rỗng tầng đất canh tác khu vực nghiên cứu sông Ninh Cơ (trạm bơm Hải Thịnh) mùa mưa mùa khơ Hình cho thấy nước lớp đất canh tác từ sông Ninh Cơ nguồn nước tưới khu vực Đặc tính đất Bảng đặc tính đất vùng rễ Trong Bảng 1, đặc tính đất lớp bề mặt sâu (0-20) cm giá trị trung bình chín vị trí lấy mẫu ruộng nghiên cứu, lớp đất từ độ sâu 20 cm trở xuống, đặc tính giá trị trung bình vị trí dọc theo đường chéo ruộng Những phân tích thực trước ruộng chia thành hai ruộng nhỏ để nghiên cứu ưu điểm phương pháp tưới tiêu cải thiện Kết trình bày Bảng phù hợp với kết xác định Phạm Anh Tuấn cộng (2013) Đất bề mặt có tính axit nhẹ (pH KCl 5.4) đại diện cho loại đất sét phù hợp với phân loại DoA Hoa Kỳ Kết Bảng cho thấy, mùa mưa, muối đất bề mặt di chuyển xuống trọng lực cho lớp đất sâu (40-60) cm, nồng độ clorua tăng gấp đôi so với lớp đất mặt (Bảng 1) ) Dường vùng rễ, trình khử mặn xảy mùa mưa nồng độ clorua nước tăng tăng hàm lượng natri trao đổi TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 50 - 2018 KHOA HỌC đất, hàm lượng canxi magiê trao đổi khơng thay đổi nhiều tăng CƠNG NGHỆ nồng độ clorua (Bảng 1) Hình 10) Bảng Đặc tính đất ruộng nghiên cứu (các đặc tính đất lớp bề mặt sâu (0-20) cm giá trị trung bình chín vị trí lấy mẫu, lớp đất từ độ sâu 20 cm trở xuống, đặc tính giá trị trung bình vị trí dọc theo đường chéo ruộng Thời gian lấy mẫu: Tháng 8/2013) Độ sâu, cm Hàm lượng thành phần (tổng cộng), % N(NO3 P2O5(PO CEC, Ion dương trao đổi, meq/100g đất pH(KCl) meq/100 g đất Na+ K+ 5,4 5,34 0,41 0,11 5,8 5,04 0,32 0,15 6,5 0,05 0,30 0,21 0,05 0,32 0,20 K2O(K+) Cl- ) 4) 0-20 0,24 0,16 0,52 0,07 20-40 0,12 0,15 0,36 40-60 0,08 0,07 60-80 0,05 0,06 Kết cấu, % Ca2+ Mg2+ cát sét 0,10 1,89 1,96 2,8 11,9 85,3 0,56 0,05 1,80 1,98 2,6 13,1 84,3 4,96 0,67 0,04 1,84 2,04 6,1 13,5 80,4 6,0 5,12 0,77 0,03 1,78 1,92 3,4 8,3 88,3 6,8 4,07 0,71 0,05 1,80 1,96 3,2 10,5 86,3 bùn 80100 canh tác mặn (Bảng 1) Ảnh hưởng thủy triều đến độ mặn nước vùng rễ khu vực nghiên cứu Hình 10 Mối liên hệ nồng độ clo nước hàm lượng Na+, Ca2+ Mg2+trao đổitrong đất chứng cho khử mặn đất Người ta cho nước tưới tiêulấy từ sơng hòa tan muối bị đọng lại lỗ rỗng đất nước mặn khuếch tán xuống lực hấp dẫn làm cho nước lớp đất sâu lớp Hình 11 12 mơ tả thay đổi mực nước triều mực nước ngầm khu vực nghiên cứu vào đầu tháng năm 2014 tháng năm 2015 Mực nước triều lấy từ hồ sơ trạm quan trắc thủy văn Quảng Phúc nằm cách 50 km phía Đơng Bắc cửa sông Hồng (NCMH, 2014; 2015) Nghiên cứu mực nước ngầm vùng rễ gần khơng thay đổi có thay đổi mực nước triều Người ta nhìn thấy dịch chuyển nhỏ mực nước ngầm đường ống dẫn mực nước ngầm hai mùa, điều nghĩa nước biển xâm nhập vào ruộng Sự thay đổi mực nước ngầm cho TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 50 - 2018 KHOA HỌC CÔNG NGHỆ trận mưa cách vài giờ, đánh dấu Hình nước từ sông Ninh Cơ mùa mưa mùa khơ Hình 13 Hình 11 Sự thay đổi mực nước triều mực nước ngầm (tính m mực nước biển, masl) mùa mưa (tháng năm 2014) Hình 12 Sự thay đổi mực nước triều mực nước ngầm (masl) mùa khô (tháng năm 2015) Vào mùa khô, mực nước ngầm thấp chút so với mùa mưa Giá trị trung bình mực nước mùa khô 1,46 m (asl) mùa mưa 1,54 m (asl) Từ Hình 11 12, kết luận khu vực nghiên cứu, nước ngầm vùng rễ không bị ảnh hưởng thủy triều, nói cách khác, khu vực khơng có xâm nhập mặn Mơ hình biến đổi đồng vị oxy-18 nước vùng rễ tương tự nước mưa Hình13 Mơ hình biến đổi đồng vị18O nướctại vùng rễ lượng mưa khu vực nghiên cứu mùa mưa mùa mưa Như thấy Hình 13, hai mùa lúa mùa mưa, từ tháng đến tháng 9, thành phần đồng vị 18O nước vùng rễ dường nhiều so với nước mưa Điều giải thích thực tế khoảng tháng trước thu hoạch lúa, nông dân địa phương tháo mặt khỏi ruộng sau tách hạt từ rơm rạ ruộng, cặn rơm bị đốt cháy khiến cho ruộng trống khơng nứt nẻ thời tiết nóng mô tả Đất nứt tạo điều kiện cho nước vùng rễ bốc mạnh khiến cho thành phần đồng vị đồng vị nặng nước tăng lên Phương pháp canh tác áp dụng khu vực dẫn đến nhiều nước Khơng mà thực tế phương pháp nàykhông thể làm cho muối hòa tan nước tưới mùa canh tác để xâm nhập xuống sâu vùng rễ (khử muối) trọng lực, sau khoảng thời gian hai mùa lúa (Tháng Bảy-Tháng Chín ) muối di chuyển lên bay Hình 14 mơ tả biểu đồ 18O so với TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 50 - 2018 KHOA HỌC nồng độ clorua nước vùng gốc Gaye (2001), Clark Fritz (1997) việc tăng thành phần oxy-18 nước ngầm xảy với thay đổi không đáng kể nồng độ clorua bốc Hình14 Biểu đồ nồng độ 18O clorua nước lỗ rỗng cho thấy hàm lượng muối nước cao bốc xâm nhập mặn Kỹ thuật đồng vị với việc sử dụng đồng vị 18 O nước đất cho thấy phương pháp canh tác truyền thống làm cho muối đất hòa tan sau hấp thụ lại bề mặt đất nước bốc thời tiết nóng lại khử muối Hiện tại, xâm nhập mặn không xảy khu vực nghiên cứu Kết luận mở hướng phát triển phương pháp thay để tạo thuận lợi cho việc khử muối vùng rễ để loại bỏ tác động muối suất trồng So sánh thành phần hóa học đồng vị 18O nước vùng rễ ruộng nhỏ tham chiếu ruộng nhỏ áp dụng phương pháp tưới tiêu thay Phương pháp tưới tiêu thay đề cập nghĩa nước phải trì ruộng quanh năm mà khơng nước để muối hòa tan xâm nhập xuống vùng rễ CÔNG NGHỆ trọng lực Bảng cho thấy chất hóa học đồng vị oxy-18 (18 O) nước vùng rễ ruộng tham chiếu hè-thu (H-T) đơngxn (Đ-X) Bảng trình bày kết thông số tương tự nước ruộng áp dụng phương pháp tưới tiêu thay Trong Bảng 3, số liệu lượng mưa cục (P) hai mùa trình bày Như thấy Bảng Bảng 3, độ pH nước vùng rễ ruộng tham chiếu 8,3 khác với độ pH 6,7 ruộng nhỏ áp dụngphương pháp tưới thay Sự gia tăng độ pH nước trường hợp thực kết việc hòa tan muối trao đổi ionNa+-Ca2+ Nồng độ natri clorua nước ruộng tham chiếu cao nhiều so với nồng độ ruộng áp dụng phương pháp tưới thay Hình 15 Nồng độ clorua nước vùng rễ (RW) ruộng nhỏ áp dụng phương pháp tưới (NIP) giảm nhiều so với nồng độ ruộng tham chiếu cho thấy ưu điểm NIP trình khử muối vùng rễ Trong ruộng áp dụng phương pháp tưới tiêu mới, sau bốn mùa lúa, nhiều muối đất bề mặt rửa nước tưới hầu mặn xâm nhập vượt TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 50 - 2018 KHOA HỌC CÔNG NGHỆ vùng rễ lực hấp dẫn để lại phần nước nước sông với độ mặn 100 mg L-1 (Bảng 3) Giả sử nước vùng rễ hỗn hợp nước mưa cục nước sông dựa độ pH hai loại nước (Bảng 3), ta tính tốn đóng góp loại nước vào hỗn hợp nướcbằng mơ hình phần tử hai đầu Do đó, vụ Đơng-Xn (vào tháng năm 2016) ruộng áp dụng phương pháp tưới, nước vùng rễ gồm khoảng 40% nước sơng 60% nước mưa đọng lại từ vụ trồng Hè-Thu trước Trong hai mùa hai ruộng, đồng vị nặng oxy nước vùng rễ luôn tăng nhiều so với mực nước sông (Bảng 3) ngụ ý bay nước điều kiện thời tiết nóng Như thấy hình 15, việc trì nước tưới ruộng quanh năm tạo điều kiện thuận lợi cho muối vùng rễ hòa tan di chuyển đến lớp đất sâu canh tác lúa Bảng Các chất hóa học đồng vị oxy-18 (18O) nước vùng rễ ruộng tham chiếu vụhè-thu (tháng năm 2015-2016) vụ đông- xuân (tháng năm 2016-2017) mùa trồng trọt Bảng Các chất hóa học đồng vị oxy-18 nước vùng rễ ruộng nhỏ áp dụng phương pháp tưới tiêu thay vụ hè-thu (tháng năm 2015) vụ đông-xuân (tháng năm 2016) Trong Bảng Bảng 3, SW nghĩa nước mặt (nước từ sông Ninh Cơ); RZW1 RZW2 nước vùng rễ ruộng nhỏ tham chiếu ruộng nhỏ áp dụng phương pháp tưới tiêu thay thế; P nghĩa lượng mưa cục bộ; nd: không Trong lĩnh vực áp dụng phương pháp tưới mới, nồng độ clorua nước vùng rễ đo 31.1 46.5 mg L-1 (0.89 và1.31 meq L-1) tương ứng cho vụ trồngHè-Thu Đông-Xuân Trong đó, ruộng tham chiếu, nồng độ clorua lên tới 277 mg L-1 (7.8 meq L-1) 328 mg L-1 (9 meq L -1) tương ứng cho vụ trồngHèThu Đơng-Xn (Bảng 2, 3) Hình 15) 10 Kết cho thấy thực tế việc trì tưới nước ngọtcho tồn ruộng quanh năm tạo điều kiện thuận lợi cho việc khử mặn muối hòa tan để xâm nhập xuống sâu vùng rễ Bằng cách này, suất trồng cải thiện Năng suất hạt gạo sản xuất từ hai ruộng trình bày Bảng TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 50 - 2018 KHOA HỌC CÔNG NGHỆ Bảng Năng suất hạt gạo sản xuất từ ruộng tham chiếu ruộng áp dụng phương pháp tưới vụ trồng Hè-Thu Đông-Xuântừ năm 2015 đến 2017 Năng suất, ha-1 Vụ Hè-Thu Ruộng Vụ Đông-Xuân Tổng Hạt lép Hạt đầy Tổng cộng Hạt lép Hạt đầy cộng 5,910,17 0,370,13 5,470,16 5,840,15 5,910,18 0,150,14 5,630,14 5,780,14 5,630,2 Tham chiếu 0,280,11 Áp dụng phương pháp tưới tiêu 5,770,2 0,140,12 Như thấy Bảng 4, suất lúa đầy hạt hai ruộng vụ trồng Hè-Thu cao so với vụ trồng Đông-Xuân Điều khác biệt điều kiện thời tiết hai mùa Trong giai đoạn 2015-2017, nhiệt độ khơng khí trung bình mùa đơng có 1516 oC nhiệt độ khơng thích hợp để lúa phát triển hệ thống rễ, đặc biệt giai đoạn đầu, từ ngày đầu đến ngày thứ mười sau cấy Mặt khác, từ Bảng 4,chúng ta thấy suất tổng số hạt sản xuất từ hai ruộng hai mùa so sánh với từ 5,8 đến 5,9 ha-1 Tuy nhiên, hạt lép ruộng chiếu chiếm từ 280 đến 370 kg -1, cao gấp gần lần so với ruộng áp dụng phương pháp tưới Dường phương pháp tưới tiêu cải thiện điều kiện vận chuyển dinh dưỡng cho trồng để sản xuất thành công hạt lúa đầy, làm tăng suất hạt ăn KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ Độ mặn nước lỗ rỗng vùng rễ cánh đồng lúa vùng ven biển thuộc huyện Hải Hậu, tỉnh Nam Định, Bắc Việt Nam có liên quan đến trầm tích biển tồn kể từ đồng sơng Hồng hình thành Nước tưới làm cho độ mặn lỗ rỗng lắng xuống/ khuếch tán vào nước Tuy nhiên, phương pháp canh tác truyền thống bao gồm thoát nước tưới trước thu hoạch lúa sau cắt rơm đốt chay không cho phép nước mặn xâm nhập xuống trọng lực, độ mặn tồn đất vùng rễ Chúng khuyến nghị đừng xả nước tưới không làm đồng ruộng để giảm bốc tạo áp lực thủy lực nhằm tạo điều kiện thuận lợi cho nước mặn vùng rễ thâm nhập vào xuống độ sâu vùng rễ trọng lực TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] [2] Appelo CAJ, Postma D., 2007 Địa hố học, nước ngầm nhiễm, Ấn lần thứ Nhà xuất Balkema, Amsterdam, Hà Lan, 649 trang Clark ID, Fritz P, 1997 Các đồng vị môi trường Thủy văn Nhà xuất Lewis, TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 50 - 2018 11 CHUYỂN GIAO [3] [4] [5] [6] [7] [8] 12 CÔNG NGHỆ Boca Raton, NY, 311 trang Coplen TB (1994) Báo cáo phong phú đồng vị hydro, carbon oxy ổn định Pure & Appl Chem 66: 273-276 Đặng Đức Nhận, Dương Hải Sinh, Khương Minh Cường Hà Lan Anh, 2015 Quá trình thủy hóa gây độ mặn cao nước vùng rễ cánh đồng lúa thuộc huyện Hải Hậu, tỉnh Nam Định (miền Bắc Việt Nam) Báo cáo tiến độ cho IAEA RC Số 17915R1, trang Fontenelle J-P, 2001 Phân cấp quản lý nước đồng sơng Hồng, Việt Nam: Một q trình chuyển đổi chưa hoàn thành quản trị địa phương Tài liệu cho Hội nghị IASCP lần thứ 8, Bloomington, 31/05-4/06/2001 Gaye CB, 2001 Các kỹ thuật đồng vị để theo dõi xâm nhập mặnvào nước ngầm Báo cáo trình bày Hội nghị quốc tế Gám sát, Mơ hình hóa Quản lý Xâm nhập mặn Tầng chứa nước ven biển Essaouira, Morocco, ngày 23-25 tháng 4, 11 trang IAEA, 2002Cơ quan Năng lượng Nguyên tử Quốc tế: Bản tin Nước Môi trường Bộ phận Thuỷ văn Đồng vị, Số 16, tháng 11 năm 2002: 5, Vienna, Áo Đặng Đức Nhân, Dương Hải Sinh, Khương Minh Cường, Heng LK, Nguyễn ML, 2012 Hiệu sử dụng nước cà phê (Robusta) theo phương pháp tưới tưới nhỏ giọt cao nguyên Tây Nguyên, Việt Nam Theo FAO/IAEA về: “Quản lý đất để bảo đảm an ninh lương thực, giảm thiểu tác động thích ứng khí hậu”, Vienna, Áo, tháng 7, 303-308 trang TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 50 - 2018 ... khác nhau: nước mưa, nước tưới, nước vùng rễ mối liên hệ với nồng độ ion clorua chất thị cho muối biển Dường việc áp dụng kỹ thuật đồng vị nghiên cứu để cải thiện phương pháp tưới tiêu vùng ven. .. tưới tiêu thay nhằm nâng cao suất lúa trồng Đất mặn nhiều với độ mặn tương đối cao huyện Hải Hậu, miền Bắc Việt Nam Nghiên cứu hỗ trợ việc sử dụng kỹ thuật đồng vị, cụ thể sử dụng đồng vị ổn... nước vùng rễ lấy từ hai giếng cạn (Đặng ĐN, 2015) Nghiên cứu cải thiện phương pháp tưới tiêu thay đổi để giảm thiểu độ mặn vùng rễ Ruộng chia thành hai ruộng nhỏ đê đất Trong ruộng nhỏ, trì phương