Phương pháp xác định năng suất nước tưới

Bài viết tập trung đánh giá các phương pháp xác định năng suất nước tưới; các yếu tố ảnh hưởng đến kết quả và đề xuất các biện pháp cải thiện năng suất nước tưới.

KHOA HỌC CÔNG NGHỆ PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH NĂNG SUẤT NƯỚC TƯỚI Nguyễn Thị Kim Dung, Nguyễn Xuân Lâm, Nguyễn Thiện Sơn Viện Nước, Tưới tiêu Mơi trường Tóm tắt: Nông nghiệp ngành sử dụng nước nhiều nhất, ngành có hiệu sử dụng nước thấp Từ đó, việc nghiên cứu suất nước tướitrong bối cảnh ngày căng thẳng nguồn nước sẽgóp phần giải tốn phát triển ngành nơng nghiệp bền vững hiệu Bài báo tập trung đánh giá phương pháp xác định suất nước tưới; yếu tố ảnh hưởng đến kết đề xuất biện pháp cải thiện suất nước tưới Từ khóa: Hiệu sử dụng nước, suất nước, nơng nghiệp có tưới, cơng nghệ tưới tiết kiệm nước, suất nước tưới Abstract: Agriculture is the largest user of water, but it also has very low water use efficiency As a result, the research on irrigation water productivity in the context of increasing water conflicts will contribute to solving the problem of sustainable and efficient agriculture development Thepaper focuses on the existing methods, formulae for determining the water productivity; the factors that affecting to the results and to the calculating and finally propose the measures to improve irrigation water productivity Keywords: Water use efficiency, water productivity, irrigated agriculture, water-saving technology, irrigation water productivity GIỚI THIỆU* Hiện nay, người ta thống kê nông nghiệp mà đặc biệt lĩnh vực sản xuất lương thực, thực phẩm sử dụng tới 70% tổng lượng nước sử dụng toàn cầu [1] Lượng nước sử dụng hàng năm cho sản xuất nơng nghiệp tồn quốcln chiếm tỷ trọng lớn tổng lượng nước tiêu thụ Cụ thể, lượng nước cung cấp cho sản xuất nông nghiệp,chủ yếu cho tưới lúa khoảng 93 tỷ m3 (chiếm 81%), công nghiệp tiêu thụ khoảng 17,3 tỷ m3 (chiếm 15%), dịch vụ sinh hoạt tiêu thụ khoảng 5,09 tỷ m3 (chiếm 4%) Dự báo đến năm 2030,lượng nước sử dụng cho sản xuất nông nghiệp có xu hướng gia tănghàng năm khoảng 5%,trong bối cảnhthiếu hụt nguồn nước tưới ô nhiễm nguồn nước mặt ngày nghiêm trọngđã dẫn tới tình trạng hạn hán ngày diễn diệnrộng [2] Do đó, yêu cầu Ngày nhận bài: 03/9/2018 Ngày thông qua phản biện: 27/9/2018 cấp thiết phải nâng cao hiệu sử dụng nướccho sản xuất nông nghiệp, đặc biệt cho canh tác lúa, đảm bảo an ninh lương thực.Những hình kết thống kê dự báo Ximing Cai cộng sự, 2003 suất nước tưới lúa, sản lượng lúa lượng nước tưới lúa theo thời gian số khu vực giới [3]: Hình Năng suất nước tưới lúa giới Ngày duyệt đăng: 15/11/2018 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 50 - 2018 KHOA HỌC CÔNG NGHỆ 80%, gọi hiệu sử dụng nước tưới, trường hợp đặc biệt khái niệm hiệu sử dụng nước.Theo đó, để nâng cao hiệu sử dụng nước tưới phải tìm cách giảm lượng tổn thấtdọc đường (thấm, rò rỉ), tổn thất cục bộ, lượng bốc nước vơ ích hệ thốngtrong trình cấp nước tưới 2.2 Năng suất nước tưới Hình 2: suất nước tưới lúa số khu vực năm 1995 giai đoạn 2012-2025 Việc tăng suất nước tưới đạt theo hướng tiếp cận: (i) nâng cao hiệu sử dụng đầu vào (giống trồng, đất đai, phân bón, lao động, nước, vốn, lượng, yếu tố đầu vào khác) sản xuất (ii) tối đa hóa giá trị sản lượng đầu (thường quy đổi thành tiền) [4] Bài báo chia thành hai phần chính: Phần đề cậptớinăng suất nước tưới phương pháp xác định Phần thứ hai phân tích giải pháp tăng suất nước tưới hiệu kinh tế việc sử dụng nước tưới NĂNG SUẤT NƯỚC TƯỚI VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH 2.1 Hiệu sử dụng nướctưới Hiệu sử dụng nước, theo định nghĩa FAO, khái niệm liên quan đến hiệu sử dụng nước đối tượng sử dụng nước khác (trồng trọt, thủy sản, cấp nước sinh hoạt,…) hệ thống thủy lợi [5].Hiệu sử dụng nước thường tínhbằng giá trị phần trăm đối tượng sử dụng nước (là tỷ số lượng nước sử dụng hiệu (EWU) so với lượng nước cấp thực tế (AWW)): EWU WUE = 100 (%) AWW Chẳng hạn, vụ sản xuất, cơng trình đầu mối hệ thống thủy lợi cấp 10.000 m3 nước tưới, nhiên, mặt ruộng, thực tế 8.000 m3 nước hiệu sử dụng nước hệ thống thủy lợi trồng trọt Năng suất nước (WP), theo định nghĩa hầu hết nhà nghiên cứu, khái niệm liên quan đến hiệu kinh tế, dân sinh việc sử dụng nước cho đối tượng sản xuất (nông nghiệp, công nghiệp, cấp nước sinh hoạt,…) hệ thống thủy lợi [6] Năng suất nước đối tượng sử dụng nước phải quy đơn vị: WP = ô ệ + + ấ ô ướ ệ +⋯ Năng suất nước tưới (IWP),là trường hợp đặc biệt khái niệm suất nướcliên quan đến hiệu kinh tế, dân sinh việc sử dụng nướccho sản xuất nông nghiệp hệ thống thủy lợi [7].Năng suất nước tưới thường tính tỷ lệ khối lượng sản phẩm nông nghiệp thu CY (kg/ha) giá trị sản phẩm (đ/ha)và lượng nước tưới AW (m3/ha): CY IWP = (kg⁄m đ⁄m ) AW Theo công thức trên, khối lượng sản phẩm thu 4.000 kg/ha, lượng nước tưới 8.000 m3/ha, suất nước tưới 0,5 kg/m3, gọi suất nước tưới trung bình Tuy nhiên, giá trị suất nước tưới chưa đủ sở để kết luận liệu lượng nước tưới 8.000 m3/ha mức tối ưu hay chưa? Để tìm mức tối ưu này, người ta lập hàm quan hệ khối lượng sản phẩm thu lượng nước tưới, từ đó, tìm mức suất nước tưới cận biênWP (là khối lượng sản phẩmthu tăng thêm tối đa sử dụng thêm đơn vị lượng nước tưới) [8] TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 50 - 2018 KHOA HỌC Năng suất nước tưới cận biên định nghĩa sau: IWP = max ( ) (kg/m ) Năng suất nước tưới cận biênnày nhân với giá sản phẩm thu thu giá trị nước tưới cận biêntương ứng VIWP (là giá tối đa sản phẩm thu đơn vị lượng nước tưới): ∂CY VIWP = p max ( ) (đ/m ) ∂AW Sự khác suất nước tưới với hiệu sử dụng nước tưới hiệu sử dụng nước tưới xét đến khía cạnh kỹ thuật mà chưa đề cập tới khác giá trị kinh tế đạt từ loại hình canh tác nơng nghiệp khác Việc tăng suất nước tưới không đồng nghĩa với việc tăng hiệu sử dụng nước tưới 2.3 Giá trị nước tưới cận biên Để tìm giá trị nước tưới cận biên, English, 1990đã thiết lập mối quan hệ giá trị sản phẩm thu chi phí nước tướiứng với lượng nước tưới[13], [14] thể hình sau: CƠNG NGHỆ + (AW) Qua đó, giá trị sản phẩm thu tăng dần theo lượng nước tưới đạt giá trị tối đa lượng nước tưới AW = ⁄2 , giảm dần dù tăng thêm lượng nước tưới chủ yếu chi phí cấp nước tưới tăng lên Trong đó, chi phí cấp nước tưới tăng dần theo mức tăng lượng nước tưới Do đó, lợi nhuận thu lớn lại khơng phải lượng nước tưới AW mà lượng nước tưới AW = ( − )⁄2 , lợi nhuận thu ứng với lượng nước tưới AW tương đương lượng nước tưới AW = ( − )⁄2 Tuy nhiên, thực tế, để tìm mối quan hệ khơng dễ dàng đòi hỏi phải bố trí thí nghiệm theo địa điểm thời gian cụ thể cần có cơng cụ đo đạc vơ xác 2.4 Một số số đánh giá hiệu tưới áp dụng Việt Nam Tại Việt Nam, ngày 30 tháng 09 năm 2013, Bộ Nông nghiệp Phát triển nông thôn ban hành định số 2212/QĐ-BNN-TCTL việc Ban hành Bộ số đánh giá quản lý khai thác hệ thống cơng trình thủy lợi, quy định số đánh giá hiệu tưới sau: - Mức tưới (N1): số đánh giá hiệu lượng nước tưới đầu mối sử dụng TS (m3) cho đơn vị diện tích gieo trồng TS (ha): TS N = (m /ha) TS Hình 3:Mối quan hệ giá trị sản phẩm hu chi phí ứng với lượng nước tưới Từ hình trên, ta thấy, giá trị sản phẩm thu được(VIWP) lượng nước tưới (AW)có mối quan hệ đường cong: VIWP = + ( ) ( ) AW − AW , chi phí lượng nước tưới quan hệ tuyến tính:C = Trong đó, số N1 thấp chứng tỏ hệ thống thủy lợi hoạt động hiệu với lượng nước đầu mối mà hệ thống cung cấp cho nhiều diện tích gieo trồng - Mức sử dụng nước mặt ruộng (N2): số đánh giá hiệu lượng nước tưới mặt ruộng sử dụng TS (m3) cho đơn vị diện tích gieo trồng TS (ha): TS N = (m /ha) TS TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 50 - 2018 KHOA HỌC CÔNG NGHỆ Tương tự số N1 , số N 2càng thấp chứng tỏ hiệu quản lý nước mặt ruộng với lượng nước mặt ruộng mà cung cấp cho nhiều diện tích gieo trồng - Hiệu sử dụng nước cho nông nghiệp (N3 ): số đánh giá hiệu kinh tế giá trị sản phẩm nông nghiệp trồng trọt TS (đồng) đơn vị nước cấpTS (m3): TS N = (đồng/m ) TS Chỉ số N3 cao chứng tỏ hiệu kinh tế việc sử dụng nước với lượng nước cấpcho sản xuất nơng nghiệp mà mang lại nhiều tiền Tuy nhiên, chưa có hướng dẫn áp dụng số để đánh giá công tác quản lý khai thác hệ thống cơng trình thủy lợi tồn quốc MỘT SỐ GIẢI PHÁP NÂNG CAO NĂNG SUẤT NƯỚC TƯỚI Nói chung, khái niệm suất nước tưới thường sử dụng để đánh giá tính hiệu việc sử dụng nước, tập trung vào lợi ích kinh tế việc sử dụng nước tưới, suất trồng, hệ thống tưới khu vực canh tácnhất định[9] Năng suất nước tưới phụ thuộc vào đặc tính nơng dân động lực canh tác, kỹ trình độ kiến thức họ Ngồi ra, suất nước phụ thuộc vào trình độ quản lý đơn vịcấp nước, loại công nghệ tưới sử dụng, trồng giống sử dụng, điều kiện đất đai, khí hậu khu vực canh tác Về khía cạnh kinh tế, tăng suất nước tưới có nghĩa tăng mức lợi nhuận thu được, tức tối ưu hóa sử dụng tài nguyên nước, đặc biệt khu vực khan nguồn nước tưới Dưới số giải pháp nâng cao suất nước tưới 3.1 Tiết kiệm nước tướilúa công nghệ canh tác SRI Lúa gạo nguồn lương thực chủ yếu cho nửa dân số giới nguồn tạo công ăn việc làm thu nhập lớn cho người dân nông thôn Tuy nhiên hoạt động sản xuất lúa gạo có nhiều thách thức Những tập quán canh tác thường gây lãng phí nguồn tài nguyên ngày trở nên khan nước - năm sản xuất lúa gạo tiêu tốn đến 1/3 tổng lượng nước tiêu thụ toàn giới Những cánh đồng đầy nước quanh năm bón nhiều phân hóa học góp phần làm tăng khí thải nhà kính, gây tượng trái đất nóng lên Việc lạm dụng phân hóa học, chất bảo vệ thực vật dẫn đến việc ô nhiễm đất nước Hơn nữa, trồng lúa nhiều cơng lao động người phụ nữ phải gánh vác nhiều công việc đồng với công việc nội trợ, nuôi dạy Hệ thống thâm canh lúa cải tiến (SRI) phát triển vào đầu năm 1990 Madagascar xem cơng nghệ nơng nghiệp bền vững có chi phí đầu vào thấp (LEISA) Với công nghệ SRI, người nông dân sản xuất nhiềulúa gạo tiết kiệm đượcnước, hóa chất, giống cônglao động hơn.Hệ thống SRI chứng minh giúp cải thiện thu nhập, đảm bảo an ninh lương thực, đồng thời giảm thiểu tác động tiêu cực mơi trường tăng cường khả thích ứng nơng dân với biến đổi khí hậu tính bền vững mơi trường Cơng nghệ SRI liên quan đến kỹ thuật gieo mạ khô, cấy 20 ngày tuổi với khóm cây, khoảng cách 20x20 cm, kiểm soát mực nước, cỏ dại thường xuyên phép sục khí tầng rễ q trình sinh trưởng trồng Do công nghệ SRI không mang lại suất lúa cao mà phương pháp tưới tiết kiệm nước, lợi ích suất nước tướitại mặt ruộng cao Tại Việt Nam, thực tế chứng minh người nông dân canh tác cơng nghệ SRI có hiệu vượt trội so với phương pháp canh tác truyền thống Lúa khỏe, ruộngthơng thống, sâu bệnh Tiền lãi tăng trung bình trên2 triệu đồng/ha, giá thành/kg thóc giảm từ 342 đồng đến520 đồng, tiết kiệm TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 50 - 2018 KHOA HỌC khoảng 1/3 lượng nước tưới so với phương pháp canh tác truyền thống [10] Như giải pháp giúp tiết kiệm nước tăng suất dẫn đến tăng suất nước tưới 3.2 Cải tạo giống Việc phát triển giống trồng chịu hạn trồng sử dụng nước hiệu quả, cải tiến hệ thống tưới tiêu sản phẩm bảo vệ thực vật biện pháp để thực hiệntiết kiệm nước Theo báo cáo năm 2014 Viện Nghiên Cứu Chính Sách Lương Thực Quốc Tế (IFPRI), trồng chịu khô hạn góp phần tăng sản lượng thêm 15-20% khu vực hạn hán nặng Mỹ, Trung Quốc, Đông Phi Cây lúa nước, loại tiêu thụ nhiều nước hẳn lương thực khác, cần tới 2.500 lít nước để sản xuất kg gạo mục tiêu cải thiện giống sử dụng nước hiệu Việc phát triển giống lúa giống lúa ngắn hạn giống lai giúp giảm thời gian sinh trưởng từ tháng xuống tháng rưỡicũng giải pháp tiết kiệm nước Ví dụ, Trung Quốc, giống lúa sử dụng 1.750 lít nước so với 3.500 lít nước Ấn Độ Biến đổi gen có khả cải thiện việc sử dụng nước hiệu lúa nước tới 30-40% [11] Như giải pháp giúprút ngắn thời gian canh tác, tăng khả chống chịu khô hạn trồng mà không làm giảm suất dẫn đến tăng suất nước tưới 3.3 Chính sách giá nước Ở nước phát triển nước phát triển, có khác liên quan đến phương pháp tính giá nước Việc định giá nước bao gồm mục tiêu khác thu hồi chi phí (những người hưởng lợi từ việc đầu tư vào thủy lợi phải trả tiền), tài trợ cho quan tưới tiêu, giảm lãng phí nước Chính trị góp phần định vào giá nước Hơn nữa, nhiều quốc gia thường thiếu kinh nghiệm thể chế thích hợp để định giá nước tưới tiêu.Nước (đặc biệt nước sử dụng tưới tiêu) nguồn tài nguyên thiên nhiên phức tạp, nguồn tài nguyên kinh tế phức tạp đồng thời CÔNG NGHỆ nguồn tài nguyên trị phức tạp Hơn nữa, việc định giá nước nước cho dịch vụ, sinh hoạt công nghiệp dễ dàng, nước cho sản xuất nơng nghiệp đặc biệt khó khó đo đạc lượng nước sử dụng, lượng tổn thất Có số phương pháp định giá khác nước tưới chi phí thực nghiên cứu Chúng bao gồm giá dựa diện tích tưới tiêu, giá dung tích theo lượng nước sử dụng tiêu thụ, giá đầu đầu vào, giá cố định giá biến đổi thị trường nước Các điều kiện cần thiết đầy đủ cho vận hành theo chế thị trường hầu hết trường hợp chưa đưa Giá biến đổi thường đề xuất cho hệ thống máy bơm sử dụng điện Phương pháp định giá nước rõ rệt thông qua hiệu sử dụng nước mơ hình canh tác Các phương pháp thường khác khối lượng chi phí hành cần thiết q trình triển khai Phương pháp đảm bảo hiệu kinh tế phụ thuộc vào điều kiện sở hạ tầng bao gồm hệ thống đầu mối, vận chuyển, phân phối nước thể chế [12] KẾT LUẬN Bài báo góp phần làm rõ khái niệm hiệu sử dụng nước tưới suất nướctưới Hiệu sử dụng nước tưới xác định tỷ lệ lượng nước tưới với lượng nước cung cấp suất nước tưới tỷ lệ sản lượng trồng thu với lượng nước tưới.Bài báo làm rõ mối quan hệ lợi ích mặt kinh tế lượng nước tưới rằng, việc tăng sản lượng trồng khơng đồng nghĩa với việc tăng suất nước tướivề mặt kinh tế Không thế, báo nêu số giải pháp nhằm góp phần tăng suất nước tưới bao gồmgiải pháp áp dụng công nghệ thâm canh lúa cải tiếnnhờ giúp tiết kiệm lượng nước tưới phù hợp với điều kiện canh tác Việt Nam Do vậy,để đảm bảo hiệu sử dụng nước cao định phân bổ nguồn nước ngành lựa chọn loại trồng sản xuất nông nghiệp người nông dân phải dựa đánh giá tồn diện lợi ích kinh tế xã hội Điều giúpthúc đẩy hiệu quản lý tài ngun TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 50 - 2018 KHOA HỌC CÔNG NGHỆ nước để đáp ứng mục tiêu đảm bảo an ninh lương thực vàphát triển bền vững tương lai TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] Enrique Playa´n and Luciano Mateos,Modernization and optimization of irrigation systems to increase water productivity,Agricultural Water Management, 2006, No 80, pp 100-116 Trần Văn Đạt,Kết nghiên cứu suất nước mơ hình quản lý vận hành tối ưu hệ thống tưới lúa Tạp chí khoa học cơng nghệ thủy lợi số 24 - 2014, tr 93-101 Ximing Cai et al., World Water Productivity: CurrentSituation and Future Options,CAB International 2003, pp 163-178 Susanne M Scheierling et al., How to Assess Agricultural Water Productivity?Policy Research Working Paper, The World Bank, No.6982 Water UseEfficiency?Emerging practices from Agricultural Water Management in Africa and the Near East, The Food and Agriculture Organization (FAO), August 28th, 2017 Frank A Ward et al., The economic value of water in agriculture: concepts andpolicy applications,Water Policy (September 20th,2002), pp 423-446 Simon Cook et al., Agricultural Water Productivity:Issues, Concepts and Approaches,Challenge Program on Water & Food, Basin Focal Project Working Paper,2006 Dennis Wichelns, Do Estimates of Water Productivity Enhance Understandingof FarmLevel Water Management?Water 2014, No 6, pp 778-795 Bharat Sharma et al., Water use effciency in agriculture: Measurement, current situationand trends,Managing water and fertilizer for sustainable agricultural intensifcation, June 01st, 2017,pp.39-64 Ngô Tiến Dũng cộng sự, Hệ thống thâm canh lúa cải tiến SRI Góp phần đảm bảo an ninh lương thực, tăng cường khả ứng phó nơng dân với biến đối khí hậu tính bền vững mơi trường,giấy phép xuất số: 403-2011/CXB/45-34/LĐ Robert G Evans et al., Methods and technologies to improve efficiency of water use,Water Resources Research,VOL 44, W00E04, July29th, 2008 Jacob W Kijne, Randolph Barker and David Molden,Water Productivity in Agriculture: Limits and Opportunities for Improvement,Comprehensive assessment of water management inagriculture series 1, ISBN 85199 669 8, Wallingford, UK: CAB International,2003 English, M.J 1990, Deficit irrigation I: Analytical framework,American Society of Civil Engineers 116 (IR3): pp 399-412 English, M.J., Musick, J.T and Murty, V.V.N 1990,Deficit irrigation, In Management of Farm Irrigation Systems (Eds G.J Hoffman and K.H Soloman), pp 631-663 St Joseph, American Society of Agricultural Engineers, MI (PDF) Improving Water Productivity in Semi-arid Environments through Regulated Deficit Irrigation Available from: https://www.researchgate.net/publication/312605138_Improving_Water_Productivity_in_ Semi-arid_Environments_through_Regulated_Deficit_Irrigation [accessed Sep 14 2018] TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 50 - 2018 ... pháp xác định Phần thứ hai phân tích giải pháp tăng suất nước tưới hiệu kinh tế việc sử dụng nước tưới NĂNG SUẤT NƯỚC TƯỚI VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH 2.1 Hiệu sử dụng nướctưới Hiệu sử dụng nước, ... phối nước thể chế [12] KẾT LUẬN Bài báo góp phần làm rõ khái niệm hiệu sử dụng nước tưới suất nướctưới Hiệu sử dụng nước tưới xác định tỷ lệ lượng nước tưới với lượng nước cung cấp suất nước tưới. .. 4.000 kg/ha, lượng nước tưới 8.000 m3/ha, suất nước tưới 0,5 kg/m3, gọi suất nước tưới trung bình Tuy nhiên, giá trị suất nước tưới chưa đủ sở để kết luận liệu lượng nước tưới 8.000 m3/ha mức