Việc bổ sung Ca2+ vào môi trƣờng sinh trƣởng giảm đáng kể việc hấp thu Na+ ở chồi và sự di chuyển chúng tới chồi. Theo Yokoi et al. (2002), Ca2+ có vai trò gián tiếp cân bằng Na+ và đẩy ra bên ngoài tế bào khi bị stress mặn.
Sử dụng thạch cao nhƣ nguồn Ca2+ cho việc cải thiện và quản lý đất hay nƣớc bảo hòa với Na+. Nồng độ Na+ cao trong môi trƣờng sinh trƣởng ức chế sự hấp thu và vận chuyển Ca2+, vì vậy gây ra sự thiếu Ca2+ trong cây (Lynch and Lauchli, 1985). Việc cung cấp Ca2+
phù hợp cùng với những dƣỡng chất khác cho cây có thể làm giảm nhẹ ảnh hƣởng độc hại của mặn (Aslam et al., 2000). Sự cải thiện năng suất có thể do Ca2+
thêm vào đã làm giảm Na+
gắn kết với vách tế bào, làm giảm sự rò rỉ màng, cải thiện tính chọn lọc ion, ngăn chặn muối gây ra sự giảm phân chia tế bào và sự kéo dài của tế bào (Zidan, 1990).
12
1.6.4.2 Vai trò của Ca2+ đối với sinh trưởng của cây lúa trong điều kiện mặn
Việc thêm Ca2+ (20 - 80 μgml - 1) cho dung dịch mặn đã cải thiện trọng lƣợng khô của chồi và rễ. Cung cấp 200 kg Ca2+ ha - 1 cho lúa đã sản xuất tối đa năng suất hạt so với cung cấp Ca2+ thấp ở cả đất nhiễm mặn và đất nhiễm mặn - sodic (Aslam et al., 2000).
Ở nồng độ 5‰ tỷ lệ sống của lúa đạt 40% ở nghiệm thức bón CaCO3 và 80% trên nghiệm thức bón CaSO4 cho đất nhiễm mặn ở An Biên. Ở cùng nồng độ muối 5‰, nghiệm thức bón CaCO3 và CaSO4 (sức sống lúa đạt 100%) tỏ ra nổi trội so với nghiệm thức không bón Ca2+, cho thấy vai trò nổi bật của Ca2+
trong việc cải tạo đất nhiễm mặn ở Hòn Đất (Lê Huy Vũ, 2008).
Nghiệm thức có Ca2+ giúp giảm thấp độ mặn, hàm lƣợng Na+ trao đổi dẫn đến gia tăng trong tỷ lệ sống của lúa so với xử lý mặn không bón Ca2+. Sự khác biệt trong tỷ lệ sống của lúa giữa hai dạng Ca2+ sử dụng cho thấy đất trên đất phù sa nhiễm mặn có tính kiềm, cung cấp Ca2+ dạng thạch cao trong cải tạo đất nhiễm mặn tốt hơn so với CaCO3 (Melinda and David, 2002).
1.6.5 Biện pháp sinh học
Tuyển chọn và lai tạo các giống cây trồng chịu mặn. Cây ngƣu tất sau 3 tháng trồng có thể tích lũy đến 17 gam muối trên cây (Shekhawat et al., 2006). Các nghiên cứu trƣớc đây cũng cho thấy phần sinh khối thu hoạch của các thực vật chịu mặn, nếu không cày vùi trả lại cho đất thì rất có ý nghĩa cho việc di chuyển muối hoà tan và ion Na+ ra khỏi đất nhiễm mặn (Gritsenko, 1999; Owen, 2001). Ngoài bộ rễ ăn sâu, các loại cây trồng có khả năng giúp rửa mặn hiệu quả cần phải có khả năng tạo sinh khối lớn, không những giúp cây chịu đựng môi trƣờng muối cao mà còn giúp cây tích lũy một lƣợng lớn muối trong sinh khối.
Theo nghiên cứu Phạm Hoàng Hộ (1999), cây điền thanh thân xanh là loài thực vật thuỷ sinh, có khả năng thủy sinh và thích nghi với nhiều điều kiện môi trƣờng khác nhau, rễ ăn sâu và rộng, mọc hoang và khá phổ biến ở ĐBSCL. Đây cũng là loài thực vật có khả năng hấp thu các kim loại nặng, tạo sinh khối lớn, chịu mặn cao (đất: pH = 8,3, EC = 9,1 mS.cm - 1, 0,6 % muối, ESP = 25), đặc biệt là khả năng cố định N cộng sinh do hệ thống nốt sần đƣợc tìm thấy trên cả thân và nhánh. Do đó, điền thanh thân xanh có thể có khả năng hấp thu, làm giảm hàm lƣợng muối trong dung dịch đất hay hỗ trợ hiệu quả cho các biện pháp rửa đất nông nghiệp nhiễm mặn bằng nƣớc hay hóa chất.
13
1.6.6 Biện pháp tổng hợp
Theo FAO (2001) trong chƣơng trình hỗ trợ nghiên cứu sản xuất cây trồng trên đất bị nhiễm mặn tại một số nƣớc nhƣ: (i) Tại Thái Lan với chƣơng trình chuyển đổi cơ cấu sản xuất nông nghiệp, chuyển đất trồng lúa sang nuôi tôm sú theo hệ thống tôm - lúa, vụ lúa có hiệu quả khi sử dụng giống chịu mặn, có hệ thống thoát nƣớc thích hợp, bón phân hữu cơ, thạch cao hoặc vôi; (ii) Tại Philippines sản xuất lúa trên đất bị nhiễm mặn, sử dụng những biện pháp thích hợp nhƣ quản lý nƣớc, sử dụng giống kháng, bón phân cân đối đã mang lại hiệu quả cho sản xuất lúa; (iii) Ở Trung Quốc và Bangladesh, áp dụng các biện pháp kỹ thuật cải thiện sản xuất nông nghiệp trên vùng đất nhiễm mặn nhƣ: Kiểm tra động thái nƣớc mặn của những đất bị ảnh hƣởng mặn, chọn lọc và áp dụng những giống cây trồng chống chịu mặn, sử dụng đất thích hợp, bón thạch cao và vôi, bón phân hữu cơ, bón phân cân đối, có hệ thống thoát nƣớc hiệu quả.
1.7 Tình hình nhiễm mặn đất ở vùng Đồng Bằng Sông Cửu Long
Tình trạng xâm nhập mặn ở ĐBSCL đƣợc coi là một trong những vấn đề rất quan trọng và chiếm khoảng 19% tổng diện tích vùng đồng bằng và nằm dọc theo vùng ven biển. Khu vực nhiễm mặn ngày càng mở rộng trên toàn khu vực ĐBSCL, đƣợc chia thành hai khu vực chính: (i) vùng ven biển Đông kéo dài từ sông Vàm Cỏ qua sông Hậu nằm rãi rác trong các đồng bằng ven biển, bao gồm cả Gò Công, Bến Tre, Vĩnh long, Sóc Trăng và Bạc Liêu, với tổng diện tích bị ảnh hƣởng là 780.000 ha; (ii) các khu vực phía nam của đồng bằng, bao gồm Kiên Giang, Cà Mau với 1,26 triệu ha (Can Tho University và DANIDA, 1996). Do vậy đất nhiễm mặn chiếm từ 1/3 đến 1/2 tổng diện tích đất canh tác của đồng bằng.
1.7.1 Sử dụng đất nhiễm mặn cho sản xuất nông nghiệp ở vùng Đồng Bằng Sông Cửu Long Sông Cửu Long
Vùng ven biển là một trong những vùng nghèo nhất của đồng bằng (Minot et al., 2003). Hơn nữa, việc sản xuất của các vùng ven biển đang bị đe dọa bởi tình trạng thiếu nƣớc ngọt, xâm nhập mặn, đất phèn. Vào mùa khô mỗi năm ở khu vực ĐBSCL có khoảng 500.000 ha đất bị nhiễm mặn. Hiện nay, xâm nhập mặn vào đồng bằng có thể kéo dài hơn 50 km hoặc xa khoảng 100 km tính từ các vùng ven biển vào trong. Mức trung bình là 10 km từ bờ biển. Đất nhiễm mặn không thích hợp cho canh tác lúa. Tuy nhiên, nhờ sự cải thiện các công trình thuỷ lợi, hầu hết các đất nhiễm mặn ở ĐBSCL đã đƣợc khai thác để sản xuất nông nghiệp, khai hoang và đƣa vào trồng lúa trong 30 năm qua.
14
Trong giai đoạn 2000 - 2004, việc chuyển đổi từ ruộng lúa để nuôi tôm xuất hiện nhiều ở các tỉnh nhƣ Cà Mau, Bến Tre, Trà Vinh, SócTrăng và Kiên Giang. Diện tích lúa giảm từ 970.000 ha năm 2000 xuống 800.000 ha năm 2002, trong khi đó diện tích nuôi tôm tăng từ 230.000 ha lên 390.000 ha trong cùng thời kỳ. Hiện nay, tác động của xâm nhập mặn trong sản xuất nông nghiệp và thiếu nguồn cung cấp nƣớc ngọt trong mùa khô trở thành vấn đề vô cùng quan trọng trong khu vực (Tuyên, 2004; CAULES, 2005).
1.7.2 Biện pháp quản lý và làm giảm thiệt hại của đất nhiễm mặn ở ĐBSCL
Để hạn chế tình trạng xâm nhập mặn, nhiều kế hoạch đƣợc đƣa ra để giải quyết tình trạng trên cụ thể nhƣ một đề xuất đƣợc phát triển để giảm tình trạng xâm nhập mặn trên kênh chính dọc theo biển Đông (NEDECO, 1993). Trong hai thập kỷ qua, nhiều dự án kiểm soát mặn đã đƣợc xây dựng. Một loạt 12 cống lớn và những con đập đã đƣợc xây dựng trên các sông chính và kênh để ngăn chặn nƣớc biển xâm nhập vào bán đảo Cà Mau. Dự án đƣợc gọi là dự án Quản Lộ - Phụng Hiệp bắt đầu vào năm 1992 và đƣợc hoàn thành vào năm 2001.
Tuy nhiên, trong những năm gần đây, sự phát triển của nuôi trồng thủy sản nƣớc lợ đã làm ngƣời nuôi tôm chủ động đƣa nƣớc lợ vào ruộng. Vì vậy, việc kiểm soát nguồn nƣớc có thể gây ra xung đột giữa nông dân trồng lúa và ngƣời nuôi tôm, nhƣ trong trƣờng hợp của tỉnh Bạc Liêu (Hoanh and et al., 2003).
Một số hợp tác nghiên cứu quốc tế của Đại học Cần Thơ và Viện Lúa ĐBSCL có thể tìm kiếm các giống lúa kháng mặn (Lang và ctv., 2004) để có thể vừa trồng lúa vừa nuôi tôm, hoặc kết hợp rừng ngập mặn và nuôi trồng thủy sản (Minh, 2001), thực hiện mô hình canh tác tôm - lúa ở vùng ven biển. Trong các khu vực môi trƣờng nƣớc ngọt, nƣớc lợ, nhiều mô hình nông dân đã phát triển nhƣ hệ thống luân canh tôm - lúa để tối đa hóa lợi nhuận nhờ vào lúa và tôm có giá trị cao (Xuan, 1993).
1.8 Hệ thống canh tác tôm - lúa trong vùng nghiên cứu (huyện Phƣớc Long, tỉnh Bạc Liêu) tỉnh Bạc Liêu)
1.8.1 Tổng quan về hệ thống canh tác tôm - lúa trong vùng nghiên cứu
Ở huyện Phƣớc Long, mô hình luân canh tôm - lúa hiện nay đƣợc áp dụng nhiều ở hai xã (Phƣớc Long, Phong Thạnh Tây A), và một phần thị trấn Phƣớc Long; hai xã khác nuôi chuyên tôm (Phong Thạnh Tây B, và một phần của Vĩnh Phú Tây); các xã còn lại (Vĩnh Phú Đông, Vĩnh Thanh, Hƣng Phú, và phần còn lại của Vĩnh Phú Tây) và thị trấn là khu vực nƣớc ngọt trồng lúa. Mô hình canh tác tôm - lúa đƣợc nông dân áp dụng từ khoảng năm 2001 khi tỉnh có chủ trƣơng chuyển đổi những diện tích trồng lúa
15
kém hiệu quả sang nuôi trồng thủy sản. Cụ thể diện tích mô hình tôm - lúa năm 2001 là 12.000 ha (năng suất tôm bình quân đạt 130 kg/ha/năm), nhƣng do một số vùng độ mặn xâm nhập cao hàng năm nên canh tác vụ lúa không hiệu quả, làm cho diện tích của mô hình giảm xuống còn khoảng 4.000 ha (2004). Từ năm 2005, do tính hiệu quả của mô hình sản xuất càng thấy rõ nên diện tích ngày càng đƣợc mở rộng, đến năm 2011 là 8.500 ha, năng suất tôm đạt 270 kg/ha/năm, năng suất lúa đạt 3,5 tấn/ha/năm (Báo cáo tổng kết nông nghiệp 2011 và kế hoạch năm 2012).
Mô hình luân canh tôm - lúa tại đây là nuôi tôm sú theo hình thức quảng canh cải tiến từ tháng 2 đến tháng 8, sau đó canh tác vụ lúa từ tháng 9 đến tháng 1 năm sau.
Cải tạo ruộng Rửa mặn
11---2---3---4---5---6---7---8---9---10---11--- 12
Nuôi tôm sú Lúa
Hình 1.1 Lịch thời vụ canh tác tôm - lúa (Phòng NN - PTNT huyện Phƣớc Long, 2012)
Sau khi thu hoạch lúa, nông dân chuẩn bị để nuôi tôm theo nhiều cách khác nhau nhƣng cách phổ biến nhất đƣợc áp dụng là: Thứ nhất, những cánh đồng lúa đƣợc thoát nƣớc ra, sau đó nạo vét mƣơng và phơi đất khoảng 3 - 5 ngày, nƣớc lợ đƣợc đƣa vào ruộng trong 3 ngày để rửa sạch độc tính hoặc axit (nƣớc cao khoảng 40 - 50 cm) và tháo nƣớc ra. Tiếp đó nông dân đƣa nƣớc vào ruộng lần 2, bón vôi từ 10 - 15 kg CaCO3.1000m - 2 trƣớc khi tôm đƣợc thả. Tuy nhiên, chỉ có 20 - 30% nông dân đƣợc phỏng vấn thực hiện bón vôi để nâng cao giá trị pH và kiểm soát mặn.
Sau khi thu hoạch tôm, để chuẩn bị cho việc gieo sạ lúa, nông dân thoát nƣớc ra khỏi ruộng rồi phơi đất vài ngày, bơm nƣớc vào xả nƣớc ra từ 2 - 4 lần. Cuối cùng, còn lại muối tích lũy trong đất đƣợc rửa trôi ba lần bằng nƣớc mƣa hoặc nƣớc ngọt từ kênh. Không nhiều nông dân áp dụng vôi để trồng lúa mặc dù bón vôi có thể giúp làm giảm độc tính Fe và thúc đẩy lọc muối. Trong một số lĩnh vực (30% ngƣời đƣợc phỏng vấn), bón vôi đƣợc áp dụng 5 - 7 ngày sau khi gieo sạ từ 35 - 40 kg CaCO3.1000m - 2 nhằm nâng cao nồng độ axit và giảm thiểu tác động của độ mặn trên rễ lúa.
1.8.2. Những trở ngại chính của hệ thống lúa tôm trong vùng nghiên cứu
Hiện nay, nông dân đang phải đối mặt với nhiều khó khăn, đó là điều kiện hạn hán và độ mặn cao hơn ở vụ lúa hoặc không đủ nƣớc lợ cho việc nuôi tôm. Bên cạnh đó, họ còn phải đối mặt với các vấn đề khí hậu và giá thị trƣờng lên xuống thất thƣờng.
16
Trong việc trồng lúa, để tiếp cận với các giống lúa tốt (ví dụ nhƣ các giống lúa ngắn ngày, năng suất cao) cũng là một vấn đề quan trọng, trong khi đó giá lúa giống thì rất cao mà giá lúa đầu ra lại thấp và không ổn định làm cho nhiều ngƣời nông dân không mạnh dạn đầu tƣ sản xuất. Hơn nữa, dƣ lƣợng hoá chất nông nghiệp thải ra từ ruộng lúa ngắn hạn, làm ảnh hƣởng đến tôm tích hợp trong mô hình luân canh tôm - lúa cũng là một khó khăn nhất định.
Trong nuôi tôm, nông dân phải đối diện với tình trạng thiếu tôm giống chất lƣợng cao đây là vấn đề hết sức quan trọng. Ngoài ra, hầu hết nông dân sử dụng nguồn giống chất lƣợng thấp, có nguồn gốc không rõ ràng.
17
CHƢƠNG 2
PHƢƠNG TIỆN VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Phƣơng tiện
2.1.1 Thời gian và địa điểm nghiên cứu
Thời gian:Thực hiện từ tháng 10 năm 2012 đến tháng 02 năm 2013.
Địa điểm: Đề tài đƣợc thực hiện trên đất phèn nhiễm mặn trong hệ thống canh tác tôm - lúa ở xã Phƣớc Long, huyện Phƣớc Long, tỉnh Bạc Liêu. Đặc tính hóa học phẩu diện đất của ruộng lúa thí nghiệm đƣợc trình bày ở Bảng 2.1.
Bảng 2.1. Tính chất hóa học đất của ruộng thí nghiệm tại xã Phƣớc Long, huyện Phƣớc Long, tỉnh Bạc Liêu, đầu mùa khô (sau khi thu hoạch vụ lúa) năm 2013 (CLUES Project, 2013).
Độ sâu pHH2O (1:2,5) ECe (mS/cm) CEC (cmol/kg)
Cation trao đổi (cmol/kg) ESP (%) SAR K+ Na+ Ca2+ Mg2+ 0-30 6,6 13,8 15,7 1,58 5,82 4,14 12,6 37,1 38,8 30-50 5,7 12,0 13,7 0,62 2,23 2,14 7,6 16,3 13,0 50-120 4,9 10,5 19,0 0,75 0,71 2,19 8,0 3,74 2,59 120-140 3,9 8,7 14,3 0,85 3,42 1,66 8,1 23,9 20,9
Ghi chú: Mẫu đất được thu theo độ sâu của phẩu diện điển hình, sau khi thu hoạch lúa Thu Đông 2012-2013.
Hình 2.1. Phẩu diện đất và quang cảnh ruộng thí nghiệm tại xã Phƣớc Long, huyện Phƣớc Long, tỉnh Bạc Liêu (sau khi thu hoạch lúa Thu Đông 2012).
18
Theo sự phân nhóm tính nhiễm mặn hoặc sodic của đất (Bảng 2.1), đất ở điểm thí nghiệm Phƣớc Long thuộc nhóm mặn-sodic (USDA-Soils Survey Staff, 1993; Ngô Ngọc Hƣng, 2011), có tên phân loại Sufuric Troquapepts (USDA) hay Endo-Orthi- Thionic Fluvisol (FAO). Đất khá phát triển, thuần thục ở độ sâu 120 cm; tầng mặt có tích lũy vật liệu hữu cơ; tầng sulfuric với đốm jarosite xuất hiện ở độ sâu 120-140 cm và vật liệu pyrite (FeS2) đƣợc tìm thấy ở độ sâu dƣới 140 cm (Hình 2.1) (Trần Văn Dũng và Nguyễn Văn Quí, CLUES project, 2013).
2.1.2 Vật liệu thí nghiệm
Giống lúa sử dụng trong thí nghiệm là giống lúa cao sản ngắn ngày (OM4900). Giống này có thời gian sinh trƣởng từ 95-100 ngày, có khả năng chịu ngập một phần (50-60 cm) và chịu mặn lên đến 4,0‰ (EC ≈ 8 mS/cm) (Bảng 2.2 và Phụ lục 7).
Dạng vôi CaCO3 (40% Ca2+) đƣợc sử dụng để bổ sung Ca2+
cho đất. Phân urê (CO(NH2)2-46% N), Super lân Long Thành (CaH2PO4.H2O-16,5% P2O5), Kali clorua (KCl-46%K2O) đƣợc sử dụng bón cho lúa thí nghiệm.
Bảng 2.2. Đặc tính nông học và nguồn gốc của giống lúa thí nghiệm. Tên giống
Đặc tính nông học
Nguồn gốc Thời gian sinh
trƣởng (ngày) Độ cứng cây Chịu mặn
Năng suất (tấn/ha)
OM4900 95-100 Thân rạ cứng ≈ 4 ‰ 5-7 Viện Nghiên cứu lúa ĐBSCL
2.1.3 Dụng cụ và thiết bị thí nghiệm
Máy so màu UV-1601PC, UV-Visible Spetrophotometer (Shimadzu). Máy đo pH và EC (CRISON-MM40, made in EU).
Máy hấp thu nguyên tử: HITACHI-Polarized Zeeman 180-70. Máy lắc, máy ly tâm, cân phân tích, tủ sấy, máy ép chân không. Bộ chƣng cất Kjeldahl dùng chƣng cất N, P các bộ vô cơ mẫu đất.
2.2 Phƣơng pháp
2.2.1 Mô tả thí nghiệm
Thí nghiệm đƣợc tiến hành vào vụ lúa Thu Đông năm 2012 (tháng 9/2012- 02/2013). Sơ đồ bố trí thí nghiệm đƣợc trình bày ở Hình 2.2. Thí nghiệm đƣợc bố trí theo hình thức lô phụ (Split-split-plot) gồm 2 nhân tố (cày đất và bón vôi) với 3 lần lặp lại, gồm tổ hợp 4 nghiệm thức (Bảng 2.3).
19
Nhân tố lô chính (main plot): cày đất 1. Không cày đất.
2. Cày đất.
Nhân tố lô phụ (sub plot): bón vôi 1. Không bón vôi (đối chứng). 2. Bón vôi: 2,0 tấn CaCO3/ha.
Bảng 2.3. Mô tả các nghiệm thức trong thí nghiệm.
Nghiệm thức Biện pháp làm đất Bón vôi 2,0 tấn CaCO3/ha
NT 1 Không cày Không bón
NT 2 Không cày Có bón