Kết quả nghiên cứu mô hình tưới thâm canh, tiết kiệm nước cho một số cây trồng chủ yếu tại các tỉnh phía Bắc

Bài viết tập trung phân tích tìm ra các giải pháp nông nghiệp-thủy lợi phục vụ sản xuất cây trồng hiệu quả bằng các nghiên cứu thực nghiệm và triển khai áp dụng vào thực tế thông qua mô hình trình diễn. Bài viết đưa ra kết quả về chế độ tưới thâm canh mang lại hiệu quả cao về năng suất sử dụng đất và nước của một số loại cây trồng chủ yếu. Giải pháp triển khai nhân rộng là hoàn thiện hệ thống thủy lợi nội đồng để có thể cấp và tiêu thoát nước chủ động cho cây trồng. Đây là một trong những kết quả của đề tài cấp Nhà nước: "Nghiên cứu ứng dụng các giải pháp khoa học công nghệ phòng chống hạn hán phục vụ phát triển nông nghiệp bền vững các tỉnh miền núi phía Bắc"

1. ĐẶT VẤN ĐỀ

Biến đổi khí hậu làm lượng mưa tập trung theo mùa dẫn đến thay đổi chế độ dòng chảy mặt trong các hệ thống sông, tăng lưu lượng về mùa lũ, giảm lưu lượng về mùa kiệt, dự báo dòng chảy mặt có xu hướng giảm từ 843 tỷ m3/năm (năm 2000) xuống 807 tỷ m3/năm (năm 2020). Ngoài ra, nhiệt độ trung bình ở Việt Nam trong 50 năm qua từ (1958-2007) tăng lên khoảng 0,5 – 0,70C (Bộ TNMT, 2009). Nhiệt độ tăng làm thay đổi nhu cầu nước và nhu cầu tưới cho cây trồng, lượng mưa và chế độ dòng chảy. Nhu cầu nước tăng trong mùa khô do nhiệt độ tăng, cơ cấu mùa vụ thay đổi, thay đổi giai đoạn sinh trưởng, năng suất cây trồng, thời vụ gieo trồng, tăng nguy cơ lây lan của sâu bệnh. Hạn hán đang xảy ra nhiều hơn, tác động của hạn hán đến đời sống kinh tế xã hội là rất lớn, nó không chỉ gây khó khăn cho sản xuất nôn nghiệp mà còn ảnh hưởng trực tiếp đến đời sống kinh tế xã hội.  Nhằm tìm ra các giải pháp thích ứng với hiện tượng thời tiết bất thường, báo cáo tập trung đi sâu phân tích các giải pháp về nông nghiệp thông qua các nghiên cứu thực nghiệm trên đồng ruộng, làm rõ các vấn đề liên quan đến tưới thâm canh, tưới tiết kiệm nước. Báo cáo đánh giá các vấn đề về nước, đặc điểm sinh học liên quan đến nước và xây dựng được các công thức tưới phù hợp, đồng thời xây dựng mô hình trình diễn có thể nhân rộng trong thực tế. Kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng, đối với cây lúa chế độ tưới tốt nhất là tưới nước 2 – 3cm để xen kẽ với độ ẩm bão hòa (βbh) từ khi cấy đến giai đoạn trổ đòng, giai đoạn sau cứ 14 ngày tưới một lần (tương ứng với 60%βbh), lượng nước tiết kiệm lớn (khoảng 20%) năng suất tăng (6 – 11%). Chế độ tưới phù hợp cho cây Bưởi là độ ẩm từ 55 – 80% độ ẩm tối đa đồng ruộng (βđr) (khoảng 22 ngày tưới một lần) từ tháng 11 – tháng 4, từ 55 – 75%βđr (khoảng 18 ngày tưới một lần) từ tháng 5 – tháng 10. Chế độ tưới phù hợp cho cây Mía duy trì 70 – 90%βđr (10 ngày tưới một lần) trong giai đoạn chồi - đẻ nhánh, từ 80 – 90%βđr (10 ngày tưới một lần) trong giai đoạn vươn lóng và từ 60 – 70%βđr (8 ngày tưới một lần) trong giai đoạn thu hoạch. Những kết quả thí nghiệm rất khả quan, tuy nhiên việc quản lý nước theo những chế độ tưới trên đòi hỏi tương đối khắt khe về nguồn nước và hệ thống công trình, nhất là công trình mặt ruộng. Do đó, để có thể nhân rộng, áp dụng rộng rãi cần hoàn thiện hệ thống thủy lợi nội đồng để người dân chủ động trong canh tác trên thửa ruộng của mình.

2. NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1. Nội dung nghiên cứu

Khảo sát điều tra thực địa và nghiên cứu thí nghiệm hiện trường về chế độ tưới thâm canh, tưới tiết kiệm nước cho các loại cây trồng như: Lúa, Bưởi, Mía. Trên cơ sở kết quả phân tích về lý luận và thực tiễn lựa chọn, triển khai áp dụng mô hình tưới tiết kiệm nước cho Lúa, mô hình thu trữ nước và canh tác tổng hợp giữ ẩm chống xói mòn trên vùng đất dốc

2.2. Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu thực nghiệm hiện trường: Trên nguyên lý cân bằng nước, xây dựng các khu thí nghiệm nghiên cứu chế độ tưới cho các loại cây trồng, sử dụng các thông số khác nhau liên quan đến nước và đặc tính sinh học của cây trồng, được thiết kế sẵn và đã được các nghiên cứu trước đó đánh giá là hiệu quả nhằm xác định được chế độ tưới thâm canh, tiết kiệm nước mang lại hiệu quả sử dụng tài nguyên đất, nước cao. Trên cơ sở đó triển khai áp dụng mô hình trên đồng ruộng của các hộ nông dân thông qua các kết quả đạt được từ thí nghiệm.

3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

3.1. Nghiên cứu thực nghiệm chế độ tưới thâm canh và hiệu quả

3.1.1. Tưới tiết kiệm nước cho lúa

a, Các chế độ tưới Lúa

Thí nghiệm về tưới tiết kiệm nước cho lúa được thực hiện trong 3 vụ: vụ Xuân và Mùa năm 2008, vụ Xuân 2009. Thí nghiệm có 10 chế độ tưới khác nhau, trong đó 9 chế độ thí nghiệm và 1 chế độ đối chứng. 

Bảng 1. Chế độ tưới áp dụng trong thí nghiệm

SMC: Độ ẩm bão hòa

b, Kết quả lượng bốc thoát hơi nước: Lượng bốc thoát hơi nước biến động theo mùa và theo thời kỳ sinh trưởng của cây lúa.

Lượng bốc thoát hơi trong thời kỳ có nước trên ruộng, với vụ Xuân và vụ Mùa (hình 1). Thời kỳ này lượng nước ngấm bình quân 1,1 mm/ngày. Thời kỳ không có nước trên ruộng bốc thoát hơi nước là 3,3 mm/ngày, lượng nước ngấm 0,5 mm/ngày.

Do hệ thống kênh nội đồng chưa hoàn chỉnh, có chức năng tưới tiêu kết hợp, hầu hết lượng nước hồi quy được sử dụng lại trong hệ thống. Giả thiết hầu hết lượng thấm vào kênh tiêu sẽ được sử dụng lại trong vùng, kết quả từ thí nghiệm với các chế độ tưới khác nhau cho thấy lượng nước sử dụng trong cả quá trình sinh trưởng của cây lúa tiết kiệm từ 5-29%. Đối với trường hợp tiết kiêm nước cao nhất, 29 % thì 4% là giảm thấm và 21-22% là nhờ giảm lượng bốc thoát hơi nước.  So với thời kỳ có nước trên ruộng, thời kỳ không có nước trên ruộng (lộ ruộng) lượng nước tiêu hao mặt ruộng giảm từ  54-55%, trong đó 6% là giảm thấm và lượng bốc thoát hơi nước là 48-49%. Vì vậy chiến lược tiết kiệm nước cần định hướng vào việc giảm bốc thoát hơi nước. Các chế độ tưới luân phiên nông lộ ruộng, cần được nghiên cứu kỹ tại mặt ruộng để tìm ra chế độ tối ưu có thể áp dụng trên quy mô toàn hệ thống.

c, Lượng nước sử dụng, năng suất và hiệu quả sử dụng nước

Lượng nước sử dụng trong các chế độ tưới thí nghiệm trong cả 3 vụ ít hơn so với chế độ tưới đối chứng.

Các kết quả phân tích về năng suất đất và sử dụng nước với các chế độ tưới khác nhau cho thấy chế độ tưới tốt nhất là tưới luân phiên giữa cấp 2-3 cm nước xen kẽ với độ ẩm bão hòa từ khi cấy đến giai đoạn trổ đòng, sau đó cách 14 ngày  (tương ứng với độ ẩm đất 60%βbh) lại tưới một lần.

 Hình 3. Năng suất lúa và năng suất sử dụng nước trong các chế độ tưới khác nhau

Chế độ tưới theo công thức 2 và công thức 7 cho năng suất đất và nước cao nhất

3.1.2  Chế độ tưới cho cây Bưởi

a, Các chế độ tưới cho  cây Bưởi

Thí nghiệm chế độ tưới cho cây bưởi được bố trí theo phương pháp ngẫu nhiên hoàn toàn với 4 công thức, mỗi công thức được bố trí 3 lần nhắc lại.

Bảng 2.  Công thức thí nghiệm chế độ tưới cho cây Bưởi

b, Kết quả nghiên cứu

Nhu cầu tưới của cây Bưởi trong năm thí nghiệm dao động từ 810 đến 1170 m3/ha;

Công thức cho năng suất lớn nhất tương ứng với độ ẩm trong đất  khoảng 55-80%βđr (22 ngày tưới một lần) từ tháng 11 đến tháng 4, duy trì độ ẩm 55-75%βđr (18 ngày tưới một lần) từ tháng 5 đến tháng 10. Nguyên nhân tăng năng suất là do công thức đối chứng không được tưới đúng thời điểm nên hoa ra muộn, ít hoa lưỡng tính, sau đó lại gặp mưa khi chưa đậu quả dẫn đến năng suất giảm đáng kể so với công thức được tưới. Hiệu quả sử dụng nước đạt từ 0,04-0,08 m3/quả.

3.1.3  Chế độ tưới cho cây Mía

a, Các chế độ tưới cho cây Mía

Chế độ tưới cho giống mía phổ thông tại Sơn La, có khả năng chịu han nhưng năng suất không cao, được xây dựng dựa trên việc tổng hợp các yếu tố về đất, nước, phân bón và giống cây trồng kết hợp tham khảo kết quả nghiên cứu trước đây và kinh nghiệm tưới ở các vùng trồng mía khác. Các chế độ tưới cho Mía được tổng hợp trong bảng 3.

Bảng 3: Độ ẩm đất theo các công thức thí nghiệm chế độ tưới cho mía (%bđr)

b, Kết quả nghiên cứu

Chế độ tưới thích hợp trong năm nghiên cứu là tưới nhiều đợt với mức tưới nhỏ, chỉ với mức tưới khoảng 500 m3/ha trong lần tưới đầu, sau đó tưới từ 164 đến 329 m3/ha. Tổng lượng nước tưới toàn vụ là 2.800 m3/ha.

Kết quả thí nghiệm cho thấy, chế độ tưới có ảnh hưởng rõ rệt đến sự sinh trưởng và năng suất mía. Khi được tưới khả năng đẻ nhánh hữu hiệu của cây mía được tăng lên, nhờ vậy mà năng suất được cải thiện, tuy nhiên do giống mía thí nghiệm là giống phổ thông tại Sơn La, có khả năng chịu hạn nhưng năng suất không cao, hơn nữa cây Mía tại khu vực thí nghiệm đã là năm thứ 3 cho thu hoạch nên mức tăng không lớn từ 16 đến 18% so với canh tác thông thường của người dân.

Chế độ tưới thích hợp cho cây mía trên cả hai khía cạnh kinh tế và kỹ thuật, duy trì trong giai đoạn nảy chồi đẻ nhánh 70-90%βđr (10 ngày tưới một lần), từ 80-90%βđr trong giai đoạn vươn lóng (10 ngày tưới một lần) và từ 60-70%βđr trong giai đoạn chín (8 ngày tưới một lần).

3.2. Triển khai mô hình và điều kiện nhân rộng

3.2.1 Mô hình chế độ tưới, công thức tưới

a, Mô hình tưới tiết kiệm nước cho Lúa

Sau khi nghiên cứu thí nghiệm về tưới tiết kiệm nước cho lúa, kết quả cho thấy công thức 2 và công thức 7 cho năng suất đất và nước tốt nhất là tưới luân phiên giữa cấp 2-3 cm nước xen kẽ với độ ẩm bão hòa từ khi cấy đến giai đoạn trổ đòng, sau đó cách 14 ngày (tương ứng với độ ẩm đất 60%βbh) lại tưới một lần và được dùng làm công thức để nhân rộng ra mô hình.

Yêu cầu khi triển khai mô hình phải thiết kế lại đồng ruộng sao cho chủ động về nguồn nước tưới, tiêu nước và phải san phẳng mặt ruộng. Do đó, trong quá trình xây dựng mô hình phải tiến hành xây dựng các cửa van điều tiết nước vào ruộng và làm tràn để tiêu nước ra. Quy trình quản lý nước như hình 7.

Kết quả thực hiện mô hình cho thấy: lượng nước tiết kiệm khoảng 20% và năng suất tăng 6 -11% so với đối chứng  

b,  Mô hình thu trữ nước, bảo vệ đất giữ ẩm cho cấy Bưởi

Sau khi nghiên cứu thí nghiệm nhận thấy công thức cho năng suất lớn nhất tương ứng với độ ẩm trong đất  khoảng 55-80%βđr (22 ngày tưới một lần) từ tháng 11 đến tháng 4, duy trì độ ẩm 55-75%βđr (18 ngày tưới một lần) từ tháng 5 đến tháng 10. Các công thức tưới này đã được nhân rộng thành mô hình khi kết hợp với mô hình thu trữ nước và canh tác tổng hợp. Yêu cầu của mô hình là phải có hệ thống công trình tưới hoàn chỉnh nhằm chủ động trong việc tưới và kết hợp với bón phân.

Kết quả mô hình thu trữ nước, canh tác tổng hợp giữ ẩm, bảo vệ đất và tưới kết hợp với bón phân cho cây bưởi mang lại hiệu quả kinh tế cao, năng suất bưởi tăng 12 – 20% so với đối chứng (khu đối chứng là khu chủ trang trại canh tác và tưới theo truyền thống,  không theo công thức đề xuất), chủ trang trại được đào tạo và đã tự vận hành hệ thống.

3.2.2. Thực tế chuyển đổi cơ cấu cây trồng

Nhằm xây dựng nền nông nghiệp theo hướng công nghiệp hóa, hiện đại hóa, nhiều nơi đã thực hiện những mô hình chuyển đổi cơ cấu cây trồng sang nhiều mục đích khác nhau, một trong số đó là Mô hình chuyển đổi từ độc canh cây lúa sang thâm canh lúa – rau màu tại Nghĩa Hồng, Nghĩa Hưng, Nam Định. Để thực hiện chuyển đổi nói trên địa phương đã quy hoạch tạo ra các vùng có cùng hình thức sản xuất hay vùng chuyên canh (độc canh lúa hoặc đa canh lúa kết hợp với cây vụ đông) và dồn điền đổi thửa.

Hình 9. Sơ đồ trước và sau chuyển đổi ở Nghĩa Hưng, Nam Định

Trước chuyển đổi, đất của vùng được phân thành ba khu là khu đất ruộng mạ, khu đồng gần và khu đồng xa, mỗi hộ dân trong vùng thường có 3 thửa nằm trên ba khu đất. Sau khi chuyển đổi, đất của vùng được phân thành 2 khu là khu đa canh (khu đất ba vụ)  và khuy lúa đặc sản, hầu hết các hộ được nhận 2 thửa.

Do trước đây chỉ trồng lúa, cây lúa có khả năng chịu được ngập, hạn trong nhiều ngày nên hệ thống thủy lợi nội đồng không được cải tạo nhiều. Nhưng khi chuyển đổi sang cây màu thì hệ thống thủy lợi nội đồng phải được cải tạo lại sao cho tưới tiêu và canh tác của chủ ruộng được chủ động.

Ngoài việc cải tạo hệ thống thủy lợi nội đồng, hệ thống đường giao thông cũng được quy hoạch lại để phương tiện cơ giới được thuận tiện.

 Hình 10. Đường giao thông nội đồng và sơ đồ bố trí bờ vùng, lô, thửa

3.2.3. Hệ thống thủy lợi nội đồng hoàn chỉnh

Hệ thống thủy lợi nội đồng với chức năng là điều tiết nước mặt ruộng nhằm quyết định chế độ tưới tại mặt ruộng, hiệu quả sử dụng nước mặt ruộng và hệ thống. Xét về mặt hệ thống, lượng nước tổn thất trên hệ thống sẽ được hồi quy và sử dụng lại trong hệ thống. Nhưng tại mặt ruộng, lượng nước tổn thất phần lớn sẽ chảy ra ngoài hệ thống. Do đó, quản lý nước tại mặt ruộng có ý nghĩa quan trọng trong việc giảm lượng nước sử dụng, nâng cao năng suất, hiệu quả hệ thống.

Các kết quả nghiên cứu chế độ tưới thâm canh cho các loại cây trồng và triển khai mô hình ra thực tế đem lại hiệu quả cao về năng suất và tiết kiệm nước. Tuy nhiên việc quản lý nước trên ruộng đòi hỏi một chế độ nước ổn định. Do vậy, để có thể nhân rộng, áp dụng rộng rãi vào thực tế được thì cần phải xây dựng và hoàn thiện hệ thống thủy lợi nội đồng để cấp và tiêu thoát nước ổn định cho sản xuất của bà con nông dân.

Thực tế chuyển đổi ở nhiều nơi cho thấy, do tình trạng chuyển đổi còn manh mún nên chưa thực hiện được nhiều. Do vậy, nhiều nơi vẫn tự chuyển đổi nhằm nâng cao năng suất đất và nước. Hơn nữa, hệ thống thủy lợi nội đồng ở nước ta vẫn chưa được đầu tư, nâng cấp, phát triển lộn xộn, xuống cấp nghiên trọng gây lãng phí nước, tưới tiêu không chủ động, hiệu quả sử dụng nước thấp. Để có thể thực hiện chuyển đổi và xây dựng theo phương pháp tưới tiết kiệm nước với việc đưa nước thấp vào ruộng và có thời gian để khô thì cần phải quy hoạch thành những vùng chuyên canh, dồn điền đổi thửa, quy hoạch vùng và đặc biệt quy hoạch hệ thống thủy lợi nội đồng hoàn chỉnh.

4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

Xây dựng và triển khai thí nghiệm trên 3 khu thí nghiệm chế độ tưới cho 3 loại cây trọng điểm là Lúa, Bưởi và Mía. Đối với cây lúa chế độ tưới tốt nhất là tưới nước 2-3cm để xen kẽ với độ ẩm bão hòa từ khi cấy đến giai đoạn trổ đòng và giai đoạn sau cứ 14 ngày tưới một lần (tương đương độ ẩm đất đạt 60% độ ẩm bão hòa) với tổng lượng nước sử dụng là 5041,4 m3/ha cho năng suất cao nhất đạt 77,66 tạ/ha (tăng 6-11% so đối chứng). Việc tưới nông lộ với mực nước thấp trên ruộng trong một số giai đoạn có ý nghĩa quyết định đến năng suất lúa. Thời kỳ cây lúa đẻ nhánh cần lộ ruộng để cây lúa có thể trao đổi Oxy tăng số nhánh, cây lúa khỏe mạnh nhờ bộ rễ phát triển. Do đó, để nông lộ trong thời gian này đối với vụ Xuân và vụ Mùa là cần thiết. Với cây bưởi chế độ tưới tốt nhất là tưới từ 55-80%βđr(22 ngày tưới một lần) từ tháng 11 đến tháng 4 và 55 – 75%đr từ tháng 5 đến tháng 10 (18 ngày tưới một lần) với tổng lượng nước tưới cho cả vụ là 810 m3/ha, cho năng suất 15873 quả/ha (tăng 68,2% so với đối chứng). Đối với cây mía cho năng suất cao nhất là 71,4 tấn/ha (tăng 18% so với đối chứng), với chế độ duy trì độ ẩm từ 70-90%đr trong giai đoạn này chồi đẻ nhánh (10 ngày tưới một lần) và từ 80 – 90%βđr trong giai đoạn vươn lóng (10 ngày tưới một lần) và từ 60 – 70%đr trong giai đoạn chín (8 ngày tưới một lần), tổng lượng nước tưới toàn vụ là 2800m3/ha;

Kết quả nghiên cứu và áp dụng ra thực tế chế độ tưới thâm canh cho một số cây trồng chủ yếu mang lại hiệu quả cao về sử dụng nước và đất. Tuy nhiên do việc quản lý nước trên ruộng đòi hỏi tương đối khắt khe về nguồn nước, để có thể ứng dụng và nhân rộng áp dụng chế độ tưới thâm canh cần phải xây dựng và phát triển hệ thống thủy lợi nội đồng hoàn chỉnh, đảm bảo việc canh tác và tưới tiêu của bà con nông dân được độc lập (tưới tiêu tách biệt)

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1].  Đoàn Doãn Tuấn (2006). Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu giải pháp nâng cấp và hiện đại hóa hệ thống thủy lợi nội đồng phục vụ một số mô hình chuyển đổi cơ cấu sản xuất ở đồng bằng sông Hồng. Đề tài khoa học cấp Bộ

[2].  Đoàn Doãn Tuấn và nnc (2010). Báo cáo Phân tích về chế độ canh tác lúa tối ưu trên hệ thống thủy nông. Kỷ yếu hội thảo Quốc tế tại cuộc họp thường niên lần thứ 78 của Hội đập lớn Quốc tế “Đập và phát triển bền vững tài nguyên nước”, Hà Nội 23-26 tháng 5, 2010

[3].  Đoàn Doãn Tuấn và nnc (2010). Chế độ tưới cho cây Bưởi đặc sản Đoan Hùng – Phsu Thọ”, Tạp chí khoa học và công nghệ thủy lợi số 05+06, 2011

[4].  Đoàn Doãn Tuấn và nnc (2011). Một số kết quả nghiên cứu chế độ tưới cho cây mía ở huyện Mai Sơn, tỉnh Sơn La, Tạp chí khoa học công nghệ thủy lợi số 02, 2011.

Tác giả: PGS.TS. Đoàn Doãn Tuấn, KS. Trần Việt Dũng
Trung tâm Tư vấn và Quản lý Thủy nông có sự tham gia của người dân

Tạp chí KH&CN Thủy lợi