Động thái của E hở đất trồng lúa và không trồng lúa

Nguồn: Tanaka A. và Tadano T.(1970)[17]

Đồ thị hình 1.13 cho thấy, khi đất trồng lúa, đặc biệt là ở giai đoạn lúa phát triển mạnh (thời kỳ đẻ nhánh đến làm địng) thì Eh tăng hơn so với đất khơng trồng lúa. Nguyên nhân đƣợc tác giả giải thích là O2 đƣợc hấp thu qua lá, thân và ra rễ.

Hình 1.14. Q trình trao đổi ơxy của cây lúa

Ngày, tháng ngập nƣớc Có trồng lúa Khơng trồng lúa 7.6 22.6 13.7 31.7 27.8 20.9 -100 0 100 200 300 400 Eh (mV)

Oxy xâm nhập vào đất làm tăng lƣợng chất oxy hoá và làm giảm nồng độ chất khử (khử Fe++). Nếu đất giàu sắt ở dạng khử thì hiện tƣợng này sẽ dễ dẫn đến làm nghẹt rễ lúa.

Kết quả nghiên cứu của Văn Huy Hải (1986)[18] cũng tƣơng tự nhƣ nhận định trên. Tuy nhiên theo tác giả thì hiện tƣợng trên chỉ gặp ở đất không đƣợc làm ải kỹ. Nếu đất đƣợc làm ải kỹ (phơi thật khơ) thì khi trồng lúa sẽ làm thế oxy hố- khử thấp hơn so với đất không trồng lúa. Nguyên nhân đƣợc tác giả giải thích là khi làm ải kỹ sự phát triển của bộ rễ lúa mạnh, quá trình bài tiết chất hữu cơ diễn ra mạnh, cung cấp nhiều chất hữu cơ cho đất. Lƣợng chất hữu cơ tăng dẫn tới quá trình khử xảy ra mạnh hơn, sẽ làm giảm giá trị Eh.

Nhƣ vậy, trồng lúa có ảnh hƣởng rõ rệt đến động thái của Eh và đƣơng nhiên sẽ ảnh hƣởng đến sự hình thành và phát thải CH4.

Nouchi,I., Mariko,S.và Aoki,K. (1990)[12] đã tiến hành nghiên cứu cơ chế vận chuyển CH4 từ vùng rễ vào khí quyển thơng qua cây lúa bằng thí nghiệm mơ hình. Các tác giả trên đã có những phát hiện quan trọng: khơng khí khơng phải nơi thải khí CH4 hoặc các khí khác từ cây lúa, lƣợng CH4 đƣợc phát thải xảy ra nhiều nhất ở vùng gốc lúa. Từ đó các tác giả giải thích khả năng chuyển CH4 qua cây lúa nhƣ sau: trƣớc hết CH4 trong dung dịch đất bao quanh rễ cây lúa sẽ khuếch tán vào lớp nƣớc tế bào vách của tế bào biểu bì, sau đó khuếch tán qua nƣớc tế bào vách của vỏ rễ; qua thân cây, CH4 đƣợc thải qua các lỗ nhỏ ở cuống lá (mặt dƣới của lá) và qua lỗ khí trong phiến lá.

Các tác giả Viện khí tƣợng thuỷ văn(1999) [10] đã đo phát thải CH4 trên ruộng lúa tại Trạm khí tƣợng nơng nghiệp Hồi Đức từ năm 19981999 trên giống các lúa Kim B, CR 203, P6, bón phân hữu cơ kết hợp phân vô cơ, chế độ nƣớc trên ruộng đƣợc rút ở các giai đoạn lúa chín sữa và chắc xanh, các giai đoạn cịn lại tƣới ngập thƣờng xuyên. Vào vụ đông-xuân 1998, lƣợng phát thải lớn nhất

20mg/m2/giờ; giai đoạn trổ bông, phát thải khá thấp, khoảng 36mg/m2/giờ. Giai đoạn chắc xanh và chín, phát thải nhỏ nhất, chỉ từ 12 mg/m2/giờ. Vụ mùa 1998, do điều kiện thời tiết thuận lợi, lúa phát triển nhanh, phát thải lớn nhất tập trung trong khoảng từ 20  40 ngày sau cấy. Đối với giống lúa CR 203 cấy ngày 20/7/1998, lƣợng phát thải lớn nhất vào giai đoạn sau cấy khoảng 30 ngày, đạt trị số 67,29 mg/m2/giờ. Sau đó phát thải giảm dần, giai đoạn trổ, phát thải từ 11,25  11,52 mg/m2/giờ; giai đoạn chắc xanh và chín, phát thải chỉ đạt 3,677,05 mg/m2/giờ; giai đoạn chín vàng, phát thải không đáng kể.

Các nghiên cứu trên cho thấy: cây lúa và yếu tố mùa vụ có ảnh hƣởng đến phát thải CH4, các thí nghiệm nghiên cứu sự phát thải CH4 từ vùng rễ thông qua cây lúa mới đƣợc các nghiên cứu ngoài nƣớc thực hiện. Tuy nhiên, các nghiên cứu này cịn mang tính sơ bộ và bƣớc đầu.

1.4. Khái quát về phƣơng pháp tƣới truyền thống và tƣới tiết kiệm

1.4.1. Phương pháp tưới ngập thường xuyên (NTX)

Hiện nay trong sản xuất nông nghiệp đặc biệt là canh tác lúa bà con nông dân nhiều nơi vẫn áp dụng tập quán canh tác cũ đó là đƣa nƣớc vào ruộng q nhiều, ln có một lớp nƣớc cao 5-7 cm trong ruộng lúa suốt thời kỳ sinh trƣởng, phát triển. Chính điều này làm cho các lỗ hổng trong đất bị chiếm chỗ, lấp đầy bởi nƣớc làm giảm hàm lƣợng oxy trong đất, tạo mơi trƣờng yếm khí, ảnh hƣởng khơng tốt đến quá trình sinh trƣởng, phát triển của cây lúa.

Cây lúa, tuy là cây chịu nƣớc nhƣng không phải cây thủy sinh, có những giai đoạn cây cần nƣớc song cũng có những thời kỳ nếu cung cấp quá nhiều nƣớc cũng ảnh hƣởng không tốt tới sinh trƣởng và phát triển của cây lúa. Quá trình canh tác chỉ cần tƣới ngập mặt ruộng giai đoạn hồi xanh (tránh cỏ) và giai đoạn trổ bơng ( khơng ảnh hƣởng tới năng suất). Chính vì vậy canh tác theo phƣơng pháp truyền thống gây lãng phí nƣớc, đem lại hiệu quả khơng cao trong sản xuất nông nghiệp.

1.4.2. Phương pháp tưới nông lộ phơi (NLP)

Hiện nay trong canh tác lúa, biện pháp tƣới tiết kiệm nƣớc cho hiệu quả cao và đƣợc khuyến cáo nhiều nhất là kỹ thuật tƣới nông lộ phơi (NLP) – theo khuyến cáo của Cục Bảo vệ thực vật, Viện nghiên cứu lúa quốc tế (IRRI) và các chuyên gia trong lĩnh vực nông nghiệp.

Theo IRRI kỹ thuật tƣới NLP nhƣ sau:

- Tuần đầu tiên sau sạ: giữ mực nƣớc từ bão hòa đến cao khoảng 1 cm, mực nƣớc trong ruộng sẽ đƣợc giữ cao khoảng 1 – 3 cm theo giai đoạn phát triển của cây lúa và giữ liên tục cho đến lúc bón phân lần 2 (khoảng 20 – 25 ngày sau sạ), giai đoạn này nƣớc là nhu cầu thiết yếu để cây lúa phát triển. Giữ nƣớc trong ruộng ở giai đoạn này sẽ hạn chế đƣợc sự mọc mầm của cỏ dại, bởi có nƣớc làm mơi trƣờng thành yếm khí, hạt cỏ dại sẽ khơng mọc đƣợc và cũng cần sử dụng thuốc trừ cỏ phù hợp ở giai đoạn này.

- Giai đoạn 25 – 40 ngày: đây là giai đoạn lúa đẻ nhánh rộ và tối đa, phần lớn chồi vô hiệu thƣờng phát triển ở giai đoạn này, nên chỉ cần nƣớc vừa đủ. Lúc này giữ mực nƣớc trong ruộng từ bằng mặt đến thấp hơn mặt ruộng 15 cm (đặt ống nhựa có đục lỗ bên hơng, bên trong có chia vạch 5 cm để theo dõi). Khi nƣớc xuống thấp hơn 15 cm thì bơm nƣớc vào ruộng ngập tối đa 5 cm so với mặt ruộng. Khi nƣớc hạ từ từ xuống dƣới vạch 15 cm thì tiếp tục bơm nƣớc vào. Ở giai đoạn này lá lúa phát triển giáp tán, hạt cỏ có nảy mầm cũng không phát triển và cạnh tranh đƣợc với cây lúa. Đây cũng là giai đoạn cây lúa rất dễ bị bệnh khô vằn tấn công, mực nƣớc không quá cao làm hạch nấm khô vằn sẽ không phát tán trong ruộng, bệnh ít lây lan.

Cách điều tiết nƣớc này sẽ làm phơi lộ mặt ruộng, vì vậy phƣơng pháp này đƣợc gọi là tƣới nông lộ phơi. Mực nƣớc dƣới đất càng xa (nhƣng không thấp hơn 15 cm so với mặt ruộng) sẽ giúp rễ lúa ăn sâu vào trong đất, vừa chống đổ ngã, vừa dễ thu hoạch.

- Giai đoạn lúa 60 – 70 ngày: đây là giai đoạn lúa trổ nên cần giữ nƣớc cho cây lúa trổ và thụ phấn dễ dàng, hạt lúa không bị lép lửng.

- Giai đoạn lúa 70 ngày tới thu hoạch: là giai đoạn ngậm sữa, chắc xanh và chín nên chỉ cần giữ mực nƣớc từ bằng mặt ruộng đến thấp hơn mặt ruộng 15 cm (khi cần thiết thì bơm nƣớc vào thêm). Cần xiết nƣớc 10 ngày trƣớc khi thu hoạch để mặt ruộng đƣợc khô ráo, dễ cho việc sử dụng máy gặt.

 Điều kiện áp dụng tƣới lúa tiết kiệm – Tƣới NLP [5] - Hệ thống cơng trình thủy lợi tƣơng đối hồn chỉnh, chủ động tƣới tiêu. - Mặt ruộng tƣơng đối bằng phẳng.

- Không áp dụng cho vùng đất trồng lúa ảnh hƣởng bởi chua phèn hoạt tính và nƣớc tƣới nhiễm mặn.

- Khơng khuyến khích áp dụng cho vùng đất trũng và lúa vụ 3 (vụ Thu Đơng) vì chi phí bơm tiêu lớn.

 Lợi ích khi áp dụng kỹ thuật tƣới NLP [5] - Năng suất lúa tăng 5-10%

- Tiết kiệm lƣợng nƣớc 20-30%

- Lƣợng phát thải khí nhà kính giảm 20-30%

- Cây lúa cứng khơng đổ ngã, giảm thất thốt sau thu hoạch so với tƣới ngập liên tục.

CHƢƠNG 2. ĐỐI TƢỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Địa điểm và đối tƣợng nghiên cứu

- Địa điểm nghiên cứu: huyện Bố Trạch – tỉnh Quảng Bình

- Đối tƣợng nghiên cứu: Đất trồng lúa lấy tại địa điểm nghiên cứu, chế độ tƣới và CH4

2.2. Nội dung nghiên cứu

- Nghiên cứu trong phịng thí nghiệm

- Bố trí thí nghiệm đồng ruộng tại địa điểm nghiên cứu. - Nội dung nghiên cứu bao gồm:

+ Nghiên cứu điều kiện tự nhiên huyện Bố Trạch. + Tính chất nền của đất trồng lúa huyện Phú Xuyên.

+Động thái Eh, pH đất liên quan đến chế độ tƣới khác nhau trong điều kiện phịng thí nghiệm.

+ Động thái Eh, pH đất liên quan đến chế độ tƣới trong thí nghiệm đồng ruộng. + Theo dõi sự biến động hàm lƣợng CH4 kiện phịng thí nghiệm.

+ Theo dõi sự biến động hàm lƣợng CH4 trong thí nghiệm đồng ruộng.

2.3. Phƣơng pháp nghiên cứu

2.3.1. Phương pháp kế thừa

Trên cơ sở các nghiên cứu đã công bố trƣớc đây sẽ kế thừa một số kết quả nghiên cứu nhằm đạt đƣợc mục tiêu đề tài.

2.3.2. Phương pháp lấy mẫu ngồi thực địa

 Đối với thí nghiệm trong phịng thí nghiệm

- Đất đƣợc lấy tại địa điểm bố trí thí nghiệm đồng ruộng vào thời điểm trƣớc khi bƣớc vào vụ mùa

- Lấy mẫu vào từng thời kỳ sinh trƣởng, phát triển của cây lúa tại địa điểm bố trí thí nghiệm với phƣơng pháp lấy mẫu tƣơng tự nhƣ trên.

- Thời điểm lấy mẫu: Cấy – hồi xanh, đẻ nhánh, đứng cái – làm địng, trỗ bơng và ngậm sữa – chắc xanh.

2.3.3. Phương pháp phân tích

a) Phương pháp lấy mẫu khí

Mẫu khí đƣợc lấy vào các bình thuỷ tinh theo phƣơng pháp “ Bình thơng nhau “.  Hịm chứa khí:

Hịm chứa khí là kiểu hịm kín, một đầu hở đƣợc đặt trên một giá đỡ có rãnh hình chữ U đƣợc đổ nƣớc để ngăn khí từ bên ngồi vào. Kích thƣớc của hịm là 52 x 53 x 53 cm. Giá đỡ đƣợc đặt cố định trên đồng ruộng có cây lúa sinh trƣởng và phát triển tự nhiên. Mỗi lần lấy mẫu khí hịm đƣợc đặt trên giá đỡ. Giá đỡ đặt trƣớc khi đặt hịm kính khoảng 3-4 giờ.

 Bình đựng mẫu khí để phân tích CH4:

Bình thuỷ tinh nắp đậy kín và có 2 ống vịi đặt trên nắp bình, dung tích 250 ml. Trƣớc khi lấy mẫu khí, đổ nƣớc vào đầy bình, khi lấy mẫu khí, một ống vòi nối với hịm chứa khí, ống kia cho nƣớc đƣợc thốt từ bình ra ngồi, khí trong hịm chứa khí theo đó vào trong bình.

 Dụng cụ đo:

Dụng cụ đo mực nƣớc tại điểm đặt hịm khí ở ơ ruộng trồng lúa thí nghiệm là thƣớc (gỗ, nhựa, thép) có chia vạch sẵn (milimét, centimét và mét).

Dụng cụ đo nhiệt độ bên trong hịm khí là nhiệt biểu thƣờng, đạt tiêu chuẩn kiểm định của ngành Khí tƣợng Thuỷ văn.

 Số lần lấy mẫu:

Việc lấy mẫu để phân tích CH4 tại ruộng lúa nƣớc thí nghiệm đƣợc thực hiện 3 lần/tuần. Tại mỗi ơ ruộng thí nghiệm, đặt 2 hịm lấy mẫu ở hai nơi khác nhau, các điểm đo phải đảm bảo tính đại diện đƣợc cho ơ ruộng thí nghiệm theo qui định. Các

kết quả phân tích sẽ đƣa về tính trung bình trên hai điểm đo thí nghiệm cho một ruộng lúa canh tác.

 Thời gian lấy mẫu:

Thời gian bắt đầu lấy mẫu là 9 giờ sáng và cứ cách 15 phút lại lấy mẫu một lần cho một hịm khí. Nhƣ vậy, các khoảng thời gian 15, 30, 45 phút sau lúc bắt đầu đặt hịm khí đƣợc tiến hành lấy mẫu khí, nhằm xác định lƣợng chênh lệch của dịng khí CH4 và đó chính là lƣợng phát thải CH4 trong một khoảng thời gian nhất định.

 Thời gian vận chuyển mẫu đến Phịng thí nghiệm để phân tích:

Các bình thuỷ tinh đựng mẫu khí lấy tại các điểm đo ở ơ ruộng trồng lúa thí nghiệm phải đƣợc chuyển kịp thời trong ngày bằng chuyển phát nhanh qua bƣu điện đến Phịng thí nghiệm để phân tích CH4.

b) Phương pháp phân tích số liệu thực đo

Các mẫu khí lấy về đƣợc phân tích bằng máy GC - 14BP, có trang bị FID và cột Cacbơxen - 1000. Máy GC - 14 BP đƣợc kiểm định trƣớc và sau mỗi lần phân tích, sử dụng khí CH4 chuẩn có nồng độ 9,37 ppmV làm chuẩn máy. Kết quả phân tích của mẫu khí đƣợc xử lý và in qua máy ghi Chromatopac CR – 6A.

 Hệ thống máy phân tích Mêtan bao gồm:

- Máy sắc ký khí (GC – 14BP) với Ditector ion hố ngọn lửa đƣợc sử dụng trong phân tích mẫu khí thu thập, với sự cung cấp khí mang là Nitơ thơng qua một máy sinh khí NITROX có độ tinh khiết 99,999% và tốc độ dịng khí đạt 550 cc/phút. - Sử dụng khí Hydro DHG 125 có độ tinh khiết 99,999%, có dịng khí 125 cc/phút và nƣớc đề ion hoá cung cấp cho máy sinh khí có chất lƣợng tối thiểu 0,5 mêga Ôm/cm.

- Loại cột nhồi sử dụng trong hệ thống sắc ký khí là cột mao quản phim mỏng Cacbơxen – 1000 có đƣờng kính 0,3125 cm.

- Khí chuẩn sử dụng trong so sánh các mẫu là khí chuẩn CH4 (đựng trong bình sắt) với hàm lƣợng 9,37 ppmV trong khơng khí.

- Cuối cùng là hệ thống phân tích kết quả, các tín hiệu về kết quả phân tích của Sắc ký khí đƣợc xử lý và in qua máy ghi Chromatopac CR – 6A.

c) Phƣơng pháp phân tích mẫu đất

Các chỉ tiêu phân tích đƣợc thể hiện trong bảng 2.2:

Bảng2.2. Chỉ tiêu và phương pháp phân tích

STT Chỉ tiêu phân tích Phƣơng pháp phân tích

1 TPCG Theo phƣơng pháp Katrinski – Gluskop 2 pHKCl Đo bằng máy Mettler – toledo dung điện cực

thủy tinh

3 Eh Đo bằng máy Mettler – toledo (MX30) với đầu đo Inlab 581.

4 Chất hữu cơ (%OM) Theo Walkley – Black

5 NTS Phƣơng pháp Kjendahl

6 P2O5TS Phƣơng pháp so màu trên máy so màu quang điện với bƣớc sóng 710nm

7 K2OTS Dùng máy quang kế ngọn lửa đo kali trong dung dịch phá mẫu

8 PDT Theo phƣơng pháp Olsen

2.3.4. Phương pháp nghiên cứu trong phịng thí nghiệm

a) Nội dung, cơng thức thí nghiệm

Cơng thức và nội dung Chế độ tƣới Ký hiệu

1.Đất Ngập thƣờng xuyên CT1

2.Đất Nơng lộ phơi CT2

Đất thí nghiệm sau khi phơi khô cho qua rây 1 mm sẽ tiến hành xác định tính chất đất nền nghiên cứu: TPCG, OM, pH,Eh, NTS, PTS, KTS,PDT , CEC.

Nƣớc làm thí nghiệm là nƣớc cất một lần dùng để duy trì mực nƣớc ở các chậu thí nghiệm theo quy trình thí nghiệm.

Bố trí hai cơng thức thí nghiệm, mỗi cơng thức lặp lại ba lần. Tổng số xơ thí nghiệm là 6 xơ. Cân 5 kg đất đã phơi khô và cho qua rây 1 cm vào xơ thí nghiệm. - Cơng thức 1 (CT1) – Ngập thƣờng xuyên: Đất ngập nƣớc thƣờng xuyên 4 cm so với bề mặt đất, đặc trƣng cho phƣơng pháp tƣới truyền thống.

- Công thức 2 (CT2) – Tƣới nông lộ phơi: Tƣới tiết kiệm nƣớc.

Ở cả hai công thức tiến hành san phẳng bề mặt đất trong các xơ thí nghiệm. Sau đó đổ nƣớc cất vào ngập 4 cm so với bề mặt đất trong xô.

 Theo dõi động thái Eh, pH trong hai công thức nghiên cứu sau 2 giờ ngập nƣớc, sau đó mỗi tuần đo một lần . Thời gian thí nghiệm kéo dài 63 ngày. Khi giá trị Eh ổn định tiến hành rút nƣớc CT2. Khi bề mặt đất tại CT2 se và nứt chân chim tiến hành cho ngập nƣớc trở lại. Tiếp tục theo dõi pH, Eh sau 4 ngày và 9 ngày cho ngập nƣớc trở lại CT2 và kết thúc thí nghiệm.

- Mục đích: Theo dõi động thái của Eh, pH trong quá trình đất khô sang ngập nƣớc