luận án tiến sĩ ảnh hưởng của độc tố sắt đối với lúa trên đất phèn đồng bằng sông cửu long và một số biện pháp khắc phục thiệt hại do độc tố sắt gây ra
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (5.66 MB, 220 trang )
BỘ
GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT
VIỆN KHOA HỌC NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM
----------------------------------
TRƢƠNG MINH NGỌC
ẢNH HƢỞNG CỦA ĐỘC TỐ SẮT ĐỐI VỚI LÚA
TRÊN ĐẤT PHÈN ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU
LONG VÀ MỘT SỐ BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC
THIỆT HẠI DO ĐỘC TỐ SẮT GÂY RA –
TRƢỜNG HỢP NGHIÊN CỨU TẠI ĐỒNG THÁP
MƢỜI
LUẬN ÁN TIẾN SĨ NÔNG NGHIỆP
Thành phố Hồ Chí Minh – Năm 2021
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT
VIỆN KHOA HỌC NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM
----------------------------------
TRƢƠNG MINH NGỌC
ẢNH HƢỞNG CỦA ĐỘC TỐ SẮT ĐỐI VỚI LÚA
TRÊN ĐẤT PHÈN ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU
LONG VÀ MỘT SỐ BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC
THIỆT HẠI DO ĐỘC TỐ SẮT GÂY RA –
TRƢỜNG HỢP NGHIÊN CỨU TẠI ĐỒNG THÁP
MƢỜI
Chuyên ngành: Khoa học đất
Mã số
LUẬN ÁN TIẾN SĨ NƠNG NGHIỆP
Người hướng dẫn khoa học:
1.
2.
TS. Võ Đình Quang
TS. Nguyễn Quang Chơn
Thành phố Hồ Chí Minh – Năm 2021
i
LỜI CAM ĐOAN
Tơi cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tôi. Tất cả số liệu, kết quả nghiên
cứu được trình bày trong luận án này là trung thực và chưa được ai công bố trong bất
kỳ công trình nào khác.
Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 20 tháng 7 năm
2020
Họ và tên
Trương Minh Ngọc
ii
LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành luận án, con bày tỏ lịng biết ơn vơ hạn đến bố mẹ và gia đình,
những người thân u ln ở bên cạnh con, ln yêu thương và cho con chỗ dựa trong
suốt thời gian thực hiện đề tài.
Nghiên cứu sinh xin bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn vơ hạn đến TS. Võ Đình
Quang – Giám đốc Chi nhánh Viện Ứng dụng Cơng nghệ tại TP. HCM – Người thầy
hướng dẫn chính cho cơng trình nghiên cứu này. Thầy đã có cơng giáo dục, chỉ bảo,
bồi dưỡng kiến thức, phương pháp luận, tư duy và giúp đỡ em trong suốt 15 năm làm
việc cùng thầy. Trong luận án này, thầy đã tạo mọi điều kiện tốt nhất về cơ sở vật chất,
nhân lực, tài lực, trí lực, tâm huyết và những kiến thức quý báu của thầy để giúp em
hoàn thành luận án.
Nghiên cứu sinh xin bày tỏ lòng biết ơn đến TS. Nguyễn Quang Chơn – Phó
trưởng Bộ mơn Khoa học đất, Viện Khoa học Kỹ thuật Nông nghiệp Miền Nam –
Người thầy đồng hướng dẫn cho cơng trình nghiên cứu này. Thầy đã tận tình hướng
dẫn, giúp đỡ, động viên, truyền đạt nhiều kinh nghiệm và kiến thức quý trong ngành
khoa học đất, thầy đã cung cấp cho em nhiều tài liệu quý trong suốt thời gian thực hiện
luận án.
Nghiên cứu sinh xin chân thành cảm ơn KS. Nguyễn Xuân Nhiệm – Phân Viện
quy hoạch và thiết kế Nông nghiệp Miền Nam đã không quản nắng mưa, đường xa để
tham gia việc khảo sát điều tra thực trạng ngộ độc sắt đối với cây lúa tại tỉnh Long An
và Tiền Giang trong vụ Hè Thu năm 2017 và 2018. Cảm ơn bác đã xác định vị trí các
điểm đất phèn, phân loại các mẫu đất, thu thập mẫu đất để phục vụ cho việc nghiên cứu
của đề tài. Cảm ơn bác đã truyền đạt nhiều kiến thức quý báu về phân loại đất và phát
sinh học đất phèn vùng Đồng bằng sông Cửu Long.
Nghiên cứu sinh xin chân thành cảm ơn Ban Lãnh đạo, các anh chị Phòng đào
tạo - Viện Khoa học Kỹ thuật Nông nghiệp Miền Nam đã giúp đỡ, tạo mọi điều kiện
thuận lợi nhất để cho em được học tập và hồn thành cơng trình nghiên cứu này.
Nghiên cứu sinh xin chân thành cảm ơn đến quý Thầy Cô giáo ở Viện Khoa học
Kỹ thuật Nông nghiệp Miền Nam, Trường Đại học Cần Thơ và Trường đại học Nông
iii
lâm TP. HCM đã truyền đạt những kiến thức quý về khoa học đất, trồng trọt và những
kinh nghiệm thực tiễn trong quá trình học tập và nghiên cứu. Xin chân thành cảm ơn
quý Thầy, Cô ở Bộ môn Khoa học đất, Trường Đại học Cần Thơ đã hỗ trợ em trong
việc phân tích một số chỉ tiêu hố học trong 20 mẫu đất nghiên cứu.
Nghiên cứu sinh xin chân thành cảm ơn quý Thầy, quý Cô đã tham gia Hội đồng
đánh giá điều kiện bảo vệ luận án cấp cơ sở; Hội đồng đánh giá luận án cấp cơ sở, q
Thầy, Cơ tham gia phản biện độc lập đóng góp nhiều ý kiến q giúp em hồn thiện
luận án. Cảm ơn quý Thầy, Cô đã tham gia chấm chuyên đề và phản biện các bài báo,
đóng góp nhiều ý kiến quý giúp em hoàn thiện các chuyên đề, các bài báo mà phần lớn
đã được em sử dụng trong luận án này.
Xin chân thành cảm ơn KS. Lê Thị Mỹ Hạnh – Chi nhánh Viện Ứng dụng Công
nghệ tại TP. HCM, cảm ơn em đã bỏ nhiều tâm sức và thời gian tham gia thực hiện thí
nghiệm ủ đất, thí nghiệm trồng lúa trong dung dịch và phân tích một số chỉ tiêu lý hố
trong cơng trình nghiên cứu này.
Xin chân thành cảm ơn ThS. Lê Thanh Bình – Trưởng phịng Phát triển Cơng
nghệ và Dịch vụ, Chi nhánh Viện Ứng dụng Công nghệ tại TP. HCM; bạn Huỳnh Công
Hải, Trường đại học Công nghiệp Thực phẩm TP. HCM; bạn Raphaël Cabanis và bạn
Lea Sidelski, Trường Polytech’Lille, Đại học tổng hợp Lille, Cộng hoà Pháp đã tham
gia hỗ trợ tơi thực hiện một số thí nghiệm lúa ngồi đồng ruộng.
Xin chân thành cảm ơn các anh chị, các bạn đồng nghiệp tại Chi nhánh Viện
Ứng dụng Công nghệ tại TP. HCM đã luôn đồng hành, sát cánh, hỗ trợ và tạo mọi điều
kiện thuận lợi nhất để tơi có thể hồn thành khố học và thực hiện cơng trình nghiên
cứu này.
Xin chân thành cảm ơn đến quý bà con nông dân tại tỉnh Long An, tỉnh Tiền
Giang đã cung cấp thơng tin về thực trạng độc sắt và tình tình sản xuất lúa Hè Thu năm
2017, 2018. Cảm ơn gia đình anh Đặng Văn Hồng, ấp Hịa Thuận, xã Thạnh Hịa,
huyện Tân Phước, tỉnh Tiền Giang và gia đình anh Nguyễn Văn Xem, ấp Tân Hưng
Tây, xã Tân Hòa Tây, huyện Tân Phước, tỉnh Tiền Giang đã cho mượn ruộng và tích
cực giúp tơi trong việc triển khai các nghiên cứu ngoài đồng.
Xin chân thành cảm ơn.
iv
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN..........................................................................................................i
LỜI CẢM ƠN............................................................................................................... ii
MỤC LỤC.................................................................................................................... iv
DANH MỤC BẢNG.................................................................................................... ix
DANH MỤC HÌNH....................................................................................................xii
MỞ ĐẦU....................................................................................................................... 1
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU..................................................................6
1.1.
Vị trí địa lý và sản xuất lúa gạo vùng Đồng bằng sơng Cửu Long...............6
1.1.1. Đặc điểm vị trí địa lý.........................................................................................6
1.1.2. Sản xuất lúa gạo tại Đồng bằng sông Cửu Long................................................6
1.1.3. Một số giống lúa phổ biến vùng Đồng bằng sơng Cửu Long............................7
1.2.
Đặc điểm phát sinh học và lý hóa trên đất phèn...........................................9
1.2.1. Định nghĩa đất phèn..........................................................................................9
1.2.2. Nguồn gốc hình thành đất phèn.........................................................................9
1.2.3. Đất phèn Đồng bằng sông Cửu Long............................................................... 12
1.2.4. Một số độc chất trong đất phèn Đồng bằng sơng Cửu Long............................ 17
1.3.
Sắt trong đất và q trình khử sắt trong đất ngập nƣớc...........................18
1.3.1. Sắt trong đất..................................................................................................... 18
1.3.2. Một số nhóm sắt phổ biến trong đất................................................................. 19
1.3.3. Động thái khử sắt trong đất ngập nước............................................................ 20
1.3.4. Một số yếu tố ảnh hưởng đến động thái khử sắt trong đất ngập nước..............22
1.4.
Ngộ độc sắt và một số giải pháp giảm ngộ độc sắt với lúa..........................22
1.4.1. Ngộ độc sắt đối với lúa.................................................................................... 22
1.4.2. Một số nghiên cứu ngưỡng ngộ độc sắt trên cây lúa........................................ 24
1.4.3. Một số nghiên cứu về giảm ngộ độc sắt đối với lúa......................................... 26
v
1.4.3.1 Nghiên cứu về lân (P)...................................................................................... 26
1.4.3.2 Nghiên cứu về kali (K)..................................................................................... 27
1.4.3.3 Nghiên cứu về canxi (Ca)................................................................................ 28
1.4.3.4 Nghiên cứu về kẽm (Zn)................................................................................... 29
1.4.3.5 Nghiên cứu về giống........................................................................................ 29
1.4.3.6 . Nghiên cứu về điều tiết nước......................................................................... 30
CHƢƠNG 2. NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.......................33
2.1.
Nội dung nghiên cứu...................................................................................... 33
2.2.
Phƣơng pháp nghiên cứu.............................................................................. 33
2.2.1. Điều tra, đánh giá thực trạng ngộ độc sắt đối với lúa vụ Hè Thu trên đất phèn
Đồng bằng sông Cửu Long........................................................................................... 33
2.2.2. Ảnh hưởng của nồng độ sắt đến khả năng hút dinh dưỡng và sinh trưởng của 2
giống lúa IR 50404 và OM 5451 phổ biến tại Đồng bằng sông Cửu Long...................35
2.2.3. Động thái Fe
2+
của đất phèn Đồng bằng sông Cửu Long ngập nước trong mối
quan hệ với tính chất đất.............................................................................................. 36
2.2.4. Đánh giá ảnh hưởng của các yếu tố dinh dưỡng P, K, Ca, Zn đối với khả năng
oxy hóa vùng rễ, sự sinh trưởng của cây lúa trên đất phèn Đồng bằng sơng Cửu Long
2.2.4.1. Thí nghiệm trong chậu..................................................................................... 39
2.2.4.2. Thí nghiệm ngoài đồng ruộng.......................................................................... 41
2.2.5. Ảnh hưởng của biện pháp điều tiết nước đến tình trạng ngộ độc sắt trên cây lúa
vụ Hè Thu trên đất phèn Đồng bằng sông Cửu Long................................................... 42
2.3.
Phƣơng pháp phân tích mẫu đất, mẫu thực vật và xử lý số liệu...............44
2.3.1. Phương pháp phân tích mẫu đất....................................................................... 44
2+
2.3.2. Phương pháp phân tích các chỉ tiêu Fe , pH và Eh trong dung dịch chiết từ 20
mẫu đất ngập nước....................................................................................................... 46
2.3.3. Phương pháp phân tích mẫu thực vật và tính lượng dinh dưỡng cây hút.........46
vi
2.3.4.
Phương pháp xử lý số liệu..............................
CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ...............................
3.1.
Kết quả điều tra, đánh giá thực trạng ngộ
vụ Hè Thu Đồng bằng sông Cửu Long ...........................................................................
.......................................................................
3.1.1.
Thực trạng ngộ độc sắt đối với lúa vụ Hè Thu
3.1.2.
Kết quả theo dõi thực trạng ngộ độc sắt đối v
3.1.2.1
. Triệu chứng bronzing lá, hàm lượng Fets tro
2018
.......................................................................
3.1.2.2
. Quan hệ giữa hàm lượng Fets trong lá và n
.......................................................................
3.2.
Ảnh hƣởng của nồng độ sắt đến khả năng
của 2 giống lúa IR 50404 và OM 5451 phổ biến tại Đồng bằng sông Cửu Long....
2+
3.2.1.
lúa
Ảnh hưởng của nồng độ Fe trong dung dịc
.......................................................................
3.2.2.
Ảnh hưởng của các nồng độ Fe
2+
đến sự tích
2+
Ảnh hưởng của nồng độ Fe trong dung dị
3.2.3.
trên cây lúa .....................................................................................................................
2+
Ảnh hưởng của nồng độ Fe trong dung dịc
3.2.4.
của 2 giống lúa IR 50404 và OM 5451 ..........................................................................
2+
Động thái Fe của đất phèn Đồng bằng sơ
3.3.
mối quan hệ với tính chất đất......................................................................................
3.3.1.
Phân bố các nhóm sắt trong đất phèn Đồng b
2+
Diễn biến nồng độ Fe trong dung dịch đất t
3.3.2.
Đồng bằng sơng Cửu Long ............................................................................................
3.3.2.1
Diễn biến thế năng oxy hóa khử Eh và pH củ
vii
3.3.2.2 Diễn biến nồng độ ion Fe
2+
hòa tan của 20 mẫu đất phèn Đồng bằng sông Cửu
Long............................................................................................................................. 70
3.3.3. Quan hệ giữa nồng độ Fe
2+
và tính chất đất qua kết quả tính tương quan tuyến
tính đơn........................................................................................................................ 74
3.3.4. So sánh về quá trình khử sắt giữa hai nhóm đất phèn Đồng bằng sơng Cửu
Long............................................................................................................................. 78
3.3.5. Kết quả phân tích tương quan bội – Thiết lập phương trình chẩn đốn nồng độ
2+
Fe
3.4.
hịa tan.................................................................................................................. 80
Ảnh hƣởng của các yếu tố dinh dƣỡng P, K, Ca, Zn đối với khả năng oxy
hóa vùng rễ và sự sinh trƣởng của cây lúa trên đất phèn Đồng bằng sông Cửu
Long............................................................................................................................. 91
3.4.1. Ảnh hưởng của các yếu tố dinh dưỡng P, K, Ca, Zn đối với khả năng oxy hóa
vùng rễ và sự sinh trưởng của cây lúa trên đất phèn Đồng bằng sông Cửu Long trồng
trên chậu....................................................................................................................... 91
3.4.1.1 . Ảnh hưởng của các yếu tố dinh dưỡng P, K, Ca và Zn đến thế năng oxy hóa
khử vùng rễ lúa............................................................................................................. 91
3.4.1.2 . Ảnh hưởng của các yếu tố dinh dưỡng P, K, Ca và Zn đến sự tích lũy Fe ts
trong lá lúa................................................................................................................... 93
3.4.1.3 . Ảnh hưởng của các yếu tố dinh dưỡng P, K, Ca, Zn đến một số chỉ tiêu sinh
trưởng của cây lúa....................................................................................................... 94
3.4.1.4 . Quan hệ giữa sự thay đổi khả năng oxy hóa và các chỉ tiêu sinh trưởng của
cây lúa.......................................................................................................................... 96
3.4.2. Ảnh hưởng của các yếu tố dinh dưỡng P, K, Ca, Zn đối với việc tích luỹ Fe
trong lá và năng suất lúa trên đất phèn Đồng bằng sông Cửu Long ngoài đồng ruộng
.....
97
3.5.
Ảnh hƣởng của biện pháp điều tiết nƣớc đến tình trạng ngộ độc sắt trên
cây luá trong vụ Hè Thu trên đất phèn Đồng bằng sông Cửu Long.....................101
viii
KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ......................................................................................104
DANH MỤC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN.....107
TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................................108
PHỤ LỤC..................................................................................................................129
ix
DANH MỤC BẢNG
TT
Tên bảng
1.1 Diện tích mười giống lúa phổ biến nhất vùng Đồng bằng sông
1.2 Một số đặc điểm sinh trưởng của giống lúa IR 50404
1.3 Một số đặc điểm sinh trưởng của giống lúa OM 5451
1.4 Diện tích một số nhóm đất vùng Đồng bằng sơng Cửu Long
2.1 Tiêu chuẩn đánh giá ngộ độc sắt
2.2 Một số tính chất cơ bản của 20 mẫu đất phèn nghiên cứu
2.3 Kết quả phân tích một số tính chất mẫu đất tại ấp Hòa Thuận,
Hòa, huyện Tân Phước, tỉnh Tiền Giang
2.4 Kết quả phân tích một số tính chất mẫu đất tại ấp Tân Hưng T
Hòa Tây, huyện Tân Phước, tỉnh Tiền Giang
3.1 Cấp độ bronzing và năng suất lúa canh tác trên đất phèn vụ H
2017
3.2 Cấp độ độc bronzing, hàm lượng Fets trong lá và năng suất l
điểm đất phèn trồng lúa vụ Hè Thu năm 2018
3.3 Ảnh hưởng của các nồng độ sắt trong dung dịch đến sự tích lũ
thân lá trên 02 giống lúa IR50404 và OM 5451
3.4 Ảnh hưởng của nồng độ Fe
2+
trong dung dịch đến tích lũy di
trong thân lá của 02 giống lúa IR50404 và OM 5451
3.5 Ảnh hưởng của nồng độ sắt trong dung dịch đến cấp đ
(bronzing) trên 02 giống lúa IR50404 và OM 5451
3.6 Ảnh hưởng của nồng độ sắt trong dung dịch đến khả năng sin
02 giống lúa IR50404 và OM 5451
3.7 Thành phần các nhóm sắt trong đất phèn ĐBSCL trước thí ng
3.8 Hệ số tương quan (r) giữa các nhóm sắt trong 20 mẫu đất phè
x
2+
3.9
Tốc độ thay đổi nồng độ Fe
3.10
Nồng độ Fe
3.11
Hệ số tương quan (r) giữa nồng độ Fe
2+
trong dung dịch đất ngập nướ
hòa tan cao nhất (Fe
2+
max) của 20 mẫu đất
2+
tại các thời điểm v
chất đất trước thí nghiệm
3.12
Thứ tự hệ số tương quan đơn tại các thời điểm ngập nước v
đất
3.13
So sánh nồng độ Fe
2+
trung bình giữa hai nhóm đất phèn Đ
Cửu Long tại một số thời điểm ngập nước
3.14
So sánh nồng độ Fe
2+
Max và thời gian trung bình giữa ha
phèn Đồng bằng sơng Cửu Long
3.15
So sánh một số tính chất đất của hai nhóm đất phèn Đồng b
Long
3.16
Kết quả phương trình tương quan bội giữa nồng độ Fe
2+
7
2+
14
2+
21
2+
28
2+
35
nước với một số tính chất đất
3.17
Kết quả phương trình tương quan bội giữa nồng độ Fe
nước với một số tính chất đất
3.18
Kết quả phương trình tương quan bội giữa nồng độ Fe
nước với một số tính chất đất
3.19
Kết quả phương trình tương quan bội giữa nồng độ Fe
nước với một số tính chất đất
3.20
Kết quả phương trình tương quan bội giữa nồng độ Fe
nước với một số tính chất đất
3.21
Phương chẩn đốn tốn nồng độ Fe
2+
hịa tan của đất phèn
số thời điểm ngập nước
3.22
Ảnh hưởng của các yếu tố dinh dưỡng P, K, Ca và Zn đến t
hóa khử (Eh) vùng rễ ở giai đoạn 40 NSG
3.23
Ảnh hưởng của các yếu tố dinh dưỡng P, K, Ca và Zn đến s
xi
lượng Fe trong lá ở giai đoạn 40 NSG
3.24 Ảnh hưởng của các yếu tố dinh dưỡng P, K, Ca, Zn đối với
tiêu sinh trưởng
3.25 Kết quả đánh giá ảnh hưởng của các yếu tố dinh dưỡng P, K
đến năng suất lúa trên đất phèn ĐBSCL
3.26 Ảnh hưởng của biện pháp điều tiết nước đến hàm lượng Fet
trong lá và năng suất lúa trên đất phèn
xii
DANH MỤC HÌNH
TT
Tên hình
1.1
Bản đồ đất Đồng bằng sơng Cửu Long
2.1
Bình và kệ ủ đất thí nghiệm
2.2
Hình minh hoạ ống nhựa PVC theo dõi mực nước trong ô th
3.1
Hiện tượng ngộ độc sắt trên cây lúa vụ Hè Thu 2017
3.2
Tương quan giữa hàm lượng Fets trong lá với năng suất lúa
2018
3.3
Tương quan giữa hàm lượng Fets trong lá với lượng dinh dư
Ca và Zn cây hút đối với giống lúa IR 50404
3.4
Tương quan giữa hàm lượng Fets trong thân lá với lượng di
P, K, Ca và Zn cây hút đối với giống lúa OM 5451
3.5
Tương quan giữa hàm lượng Fets trong thân lá với sinh khối
NSG
3.6
Diễn biến thế năng oxy hóa khử (Eh) của 20 mẫu đất phèn th
ngập nước
3.7
Diễn biến pH của 20 mẫu đất phèn theo thời gian ngập nước
3.8
Diễn biến nồng độ Fe
3.9
So sánh tương quan giữa nồng độ Fe
2+
của 20 mẫu đất phèn theo thời gian
chẩn đốn và nồng độ Fe
nước
3.10
2+
2+
tính tốn theo các ph
đo được thực tế tại một số thời đ
Quan hệ giữa điện thế oxy hóa khử (Eh) vùng rễ với hàm lư
lá ở giai đoạn 40 NSG
3.11
Tương quan giữa hàm lượng Fets trong lá với trọng lượng th
NSG
3.12
Tương quan giữa hàm lượng Fets với năng suất lúa cuối vụ t
xiii
Thuận, xã Thạnh Hòa, huyện Tân Phước, tỉnh Tiền Giang
3.13 Tương quan giữa hàm lượng Fets với năng suất lúa cuối vụ tại ấp Tân
Hưng Tây, xã Tân Hòa Tây, Tân Phước, tỉnh Tiền Giang
xiv
TT
Chữ viết tắt
1
BĐCM
2
BNN&PTNT
3
ctv
4
ĐBSCL
5
ĐTM
6
FAO
7
FeDCB
8
Feks
9
Feo
10
Fets
11
Fett
12
HC
13
IRRI
14
NSG
15
NSS
16
NT
17
SNN
18
TGLX
19
TSH
20
UNESCO
1
MỞ ĐẦU
Tính cấp thiết của đề tài nghiên cứu
Với diện tích trên 1,6 triệu ha, đất phèn giữ một vị trí quan trọng trong nền nơng
nghiệp của nước ta, đặc biệt đối với ngành trồng lúa. Đất phèn thường có hàm lượng
chất hữu cơ cao, với đặc điểm phát sinh học chủ đạo trong đất đó là sự hình thành vật
liệu sinh phèn (pyrite) và q trình oxy hố pyrite, nên nhóm đất này tích lũy lưu huỳnh
cao trong phẫu diện và pH thấp, tạo ra nhiều yếu tố hạn chế trong canh tác lúa, trong đó
có ngộ độc sắt [67]. Quá trình khử do ngập nước trong đất phèn có thể làm tăng pH đến
mức trung tính giúp làm giảm nguy cơ độc nhôm đối với cây lúa nhưng lại gây nên
nguy cơ ngộ độc Fe
2+
[131], [133]. Ngộ độc sắt là một trong những ngun nhân chính
bên cạnh tình trạng thiếu lân làm giảm năng suất lúa trồng trên đất phèn [73], [118],
[135]. Ngộ độc sắt tác động đến nhiều q trình sinh lý, sinh hố trong cây lúa như:
làm rối loạn q trình chuyển hóa lipids, proteins và nucleic acids làm cho cây lúa
ngừng sinh trưởng . . .[43]. Cây lúa bị ngộ độc sắt không tổng hợp được chlorophyll, lá
chuyển sang màu nâu (bronzing) và hệ thống rễ tổn thương không phát triển [113],
[120], [165] ảnh hưởng đến khả năng hút các khoáng chất quan trọng như K, Zn, Mn,
dẫn đến sự rối loạn trong quá trình tổng hợp ADN và thay đổi cấu trúc của tế bào trong
cây [63]. Ngộ độc sắt có thể xảy ra ở các thời kỳ sinh trưởng của cây lúa; tuy nhiên,
giai đoạn cây con và đẻ nhánh dễ mẫn cảm nhất. Ở giai đoạn cây con, nếu bị ngộ độc
sắt cây lúa kém phát triển, còi cọc, đẻ nhánh kém [32]. Ở giai đoạn đầu của sinh trưởng
sinh thực, nếu cây lúa bị ngộ độc sắt sẽ trổ kém, quá trình thụ phấn giảm và năng suất
lúa giảm nghiêm trọng [154]. Ngộ độc sắt có thể gây thiệt hại năng suất lúa từ 13 - 30%
và trong nhiều trường hợp năng suất lúa giảm 100% tùy vào nồng độ Fe
2+
trong dung
dịch đất [38], [44], [146].
Vấn đề ngộ độc sắt đối với lúa trên đất phèn vùng Đồng bằng sông Cửu Long
vốn đã nghiêm trọng, cùng với xu thế biến đổi khí hậu như hiện nay sẽ càng nghiêm
trọng hơn. Bên cạnh đó, nhiều Quốc gia ở thượng nguồn sơng Mekong đang đắp đập
2
ngăn dịng nước, dẫn đến tình trạng khơ hạn, thiếu nước ngọt rửa phèn, rửa độc tố sắt
trong đất vùng ĐBSCL. Do vậy, việc canh tác lúa trên đất phèn đang đứng trước nhiều
thách thức và hiện nay vẫn chưa có giải pháp tối ưu để giải quyết vấn đề này.
Trong khi vấn đề ngộ độc sắt trên đất phèn được cho là rất phổ biến và được tập
trung nghiên cứu ở nhiều nước trên thế giới thì ở Việt Nam có rất ít nghiên cứu liên
quan đến bản chất của vấn đề ngộ độc sắt. Do vậy, nghiên cứu để hiểu rõ ngộ độc sắt
đối với cây lúa trồng trên đất phèn vùng ĐBSCL và tìm hiểu các biện pháp khắc phục
thiệt hại do ngộ độc sắt gây ra nhằm ổn định và tăng năng suất lúa là rất cần thiết.
Mục tiêu nghiên cứu
Mục tiêu chung
Đánh giá được thực trạng ngộ độc sắt đối với cây lúa; động thái và bản chất của
quá trình khử sắt, thiết lập được các phương trình chẩn đốn nồng độ Fe
2+
trong dung
dịch đất và đề xuất được một số giải pháp làm giảm thiệt hại do ngộ độc sắt gây ra trên
cây lúa vùng ĐBSCL.
Mục tiêu cụ thể
-
Đánh giá được hiện trạng ngộ độc sắt và tác động của ngộ độc sắt đối với năng
suất lúa trên đất phèn vùng ĐBSCL.
-
So sánh được khả năng chịu độc sắt của hai giống lúa đang được trồng phổ biến tại
ĐBSCL làm cơ sở cho việc lựa chọn giống phù hợp cho vùng đất có nguy cơ độc
sắt cao.
-
Đánh giá được động thái của quá trình khử sắt, từ đó xác định được thời điểm và
mức độ ngộ độc Fe
-
2+
cao trong đất phèn ngập nước.
Xác định được bản chất của quá trình khử sắt trong đất phèn ngập nước, thiết lập
được các phương trình chẩn đốn nồng độ Fe
2+
tại một số thời điểm ngập nước
quan trọng làm cơ sở dự báo khả năng ngộ độc sắt đối với cây lúa trên đất phèn
ĐBSCL thông các kết quả phân tích đất ban đầu.
3
-
Thông qua việc nghiên cứu cơ chế tác động của một số yếu tố dinh dưỡng (P, K,
Ca, Zn) và nghiên cứu tác động của một số biện pháp quản lý nước trên ruộng lúa
đề xuất được một số biện pháp nhằm giảm tác hại của hiện tượng ngộ độc sắt trên
cây lúa.
Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu
Cây lúa: Nghiên cứu trên 2 giống lúa chịu phèn phổ biến ở ĐBSCL (IR 50404 và
OM 5451).
Đất: Nghiên cứu trên 20 mẫu đất phèn trồng lúa ở tỉnh Long An và Tiền Giang có
biểu hiện ngộ độc sắt ở các mức độ khác nhau từ nhiều vụ trước.
Địa bàn nghiên cứu: Đề tài được nghiên cứu tại 2 tỉnh Long An và Tiền Giang là
vùng tập trung và đại diện cho diện tích đất phèn canh tác lúa ở Đồng bằng sông
Cửu Long. Do sự phức tạp về mặt cơ chế gây độc giao thoa giữa yếu tố mặn và
độc sắt cho nên đề tài không đề cập đến nhóm đất phèn nhiễm mặn.
Các thí nghiệm trong chậu được thực hiện tại Chi nhánh Viện Ứng dụng Công
nghệ tại TP. HCM và các thí nghiệm ngồi đồng ruộng được thực hiện ở vụ Hè
Thu tại tỉnh Long An và Tiền Giang.
Thời vụ nghiên cứu: Do trong vụ Đông Xn trải qua q trình ngập lụt đã rửa trơi
phần lớn độc tố sắt trong dung dịch đất và ngộ độc sắt không phải là vấn đề
nghiêm trọng cho nên nghiên cứu chủ yếu tập trung trong vụ Hè Thu có nhiều
nguy cơ về độc sắt đầu vụ.
Do q trình khử trong đất ngập nước làm tăng pH đất về giá trị trung tính giúp
gần như triệt tiêu nguy cơ độc nhôm cho nên đề tài chỉ tập trung nghiên cứu độc
sắt như một độc tố chính gây ảnh hưởng lúa trên đất phèn.
4
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
Ý nghĩa khoa học
-
Đề tài đã thiết lập được mối quan hệ giữa nồng độ Fe tích lũy trong lá lúa – mức
độ bronzing – năng suất lúa và đã xác định được ngưỡng tích lũy Fe trong lá tối ưu
và ngưỡng Fe gây độc đối với giống lúa IR 50404.
-
Xác định được mối tương quan giữa hàm lượng Fe tích lũy trong lá và năng suất
như một tiêu chí để dự báo tình trạng độc sắt và năng suất dự kiến cuối vụ thơng
qua chỉ tiêu phân tích Fe trong lá ở giai đoạn 40 ngày sau sạ.
-
Đề tài đã xác định ngưỡng nồng độ Fe
2+
trong dung dịch gây ảnh hưởng mạnh đến
khả năng hút dinh dưỡng và khả năng sinh trưởng của 2 giống lúa IR 50404 và OM
5451 và đã chỉ ra được giống có khả năng chịu độc sắt cao hơn.
-
Đề tài đã làm sáng tỏ được các thành phần sắt trong đất tham gia vào quá trình khử
2+
Fe
trong đất phèn ngập nước, trong đó đã chỉ ra được các oxyhydroxides sắt dạng vơ
định hình và sắt cấu trúc tinh thể kém (Feo) tham gia vào quá trình khử sắt từ
giai đoạn sau 7 ngày ngập nước và giữ vai trò chủ đạo cho đến cuối kỳ ngập nước;
các oxyhydroxides sắt tinh thể (Fett) tham gia phản ứng khử chậm hơn và chỉ bắt
đầu có ý nghĩa từ thời điểm 42 ngày ngập nước; pH là yếu tố quan trọng tác động
lên quá trình khử sắt từ ngày thứ 7 cho đến cuối kỳ ngập nước, trong khi đó hữu cơ
chỉ đóng góp có ý nghĩa trong q trình khử sắt chủ yếu trong giai đoạn 7 ngày đầu
ngập nước.
-
Đề tài đã chứng minh được vai trò của 2 nguyên tố dinh dưỡng P và Zn trong việc
nâng cao khả năng oxy hoá vùng rễ cây lúa, giúp giảm ngộ độc sắt đối với cây lúa.
Ý nghĩa thực tiễn
-
Xác định được giống lúa IR 50404 có khả năng chịu ngộ độc sắt cao hơn giống lúa
OM 5451 làm cơ sở cho việc khuyến cáo sử dụng giống lúa IR 50404 như là một
giống đặc thù chịu ngộ độc sắt cho các vùng đất phèn có nguy cơ ngộ độc sắt cao.
5
-
Xây dựng được các phương trình chẩn đốn nồng độ Fe
2+
tại một số thời điểm
ngập nước thơng qua tính chất đất ban đầu có thể ứng dụng vào thực tiễn sản xuất
trong việc dự báo tác động của ngộ độc sắt tại từng thời điểm cụ thể trong việc
canh tác lúa trên đất phèn vụ Hè Thu.
-
Chứng minh được hai nguyên tố P và Zn trong việc cải thiện khả năng oxy hóa
vùng rễ làm cơ sở cho việc đề xuất ứng dụng P và Zn như một biện pháp giảm thiệt
hại do ngộ độc sắt gây ra và cải thiện năng suất lúa vụ Hè Thu.
-
Kết quả nghiên cứu về ảnh hưởng của một số biện pháp quản lý nước trên ruộng
lúa cho phép nghiên cứu đề xuất thay và điều chỉnh nước ruộng lúa như một biện
pháp kỹ thuật bổ sung giúp hạn chế ngộ độc sắt đối với cây lúa trồng trên đất phèn
trong vụ Hè Thu.
Đóng góp mới của luận án
-
Chứng minh được các dạng oxyhydroxide sắt vơ định hình và tinh thể yếu (Feo)
2+
đóng vai trị chính trong q trình khử Fe ; các dạng oxyhydroxide sắt có cấu trúc
2+
tinh thể (Fett) đóng vai trị thứ yếu trong quá trình khử Fe ; pH là yếu tố quan
trọng tác động lên quá trình khử sắt từ ngày thứ 7 cho đến cuối kỳ ngập nước trong
khi đó hữu cơ chỉ đóng góp có ý nghĩa trong quá trình khử sắt chủ yếu trong giai
đoạn 7 ngày đầu ngập nước.
-
Luận án đã chứng minh được vai trò P và Zn trong việc tăng khả năng oxy hố
vùng rễ lúa góp phần hạn chế ngộ độc sắt của cây lúa trồng trên đất phèn vùng
ĐBSCL.
6
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1.
Vị trí địa lý và sản xuất lúa gạo vùng Đồng bằng sông Cửu Long
1.1.1. Đặc điểm vị trí địa lý
Đồng bằng sơng Cửu Long (ĐBSCL) nằm ở hạ nguồn sông Mekong và là châu thổ
o
lớn với địa hình bằng phẳng, thuận lợi cho canh tác nơng nghiệp. Với vị trí tọa độ từ 8 30 o
o
o
11 vĩ độ Bắc và từ 104 30 - 107 kinh độ Đơng, ĐBSCL có phía Bắc giáp với
Campuchia, phía Nam giáp biển Đơng, phía Tây giáp Vịnh Kiên Giang và phía Đơng giáp
TP. Hồ Chí Minh. ĐBSCL gồm có 13 đơn vị hành chính: thành phố Cần Thơ và
12 tỉnh (Long An, Tiền Giang, Bến Tre, Đồng Tháp, Vĩnh Long, Kiên Giang, Trà
Vinh, Bạc Liêu, Hậu Giang, Sóc Trăng, Cà Mau và An Giang), với diện tích đất tự
nhiên khoảng 4 triệu ha chiếm 12% diện tích của cả nước, trong đó đất nơng nghiệp
chiếm 2,97 triệu ha [14].
1.1.2. Sản xuất lúa gạo tại Đồng bằng sông Cửu Long
Đồng bằng sông Cửu Long được xem là vùng sản xuất lúa lớn nhất nước, từ lâu
ngành sản xuất lúa gạo đã trở thành sản phẩm chủ lực của ĐBSCL. Tổng diện tích đất
lúa của tồn vùng gần 2 triệu hecta, chiếm 46,9% diện tích đất lúa cả nước [5]. Theo số
liệu của Tổng cục Thống kê Việt Nam (2018) [25], chỉ tính riêng trong 2 năm 2017 và
2018 diện tích gieo sạ lúa tính trong cả năm tồn vùng là 4.185.000 ha trong năm 2017
và 4.107.000 ha trong năm 2018, năng suất bình quân đạt 5,64 tấn/ha và sản lượng đạt
trên 23 triệu tấn năm 2017 và trên 24 triệu tấn năm 2018. Sản xuất lúa gạo ở ĐBSCL
chiếm trên 50% sản lượng của cả nước và chiếm 90% sản lượng gạo xuất khẩu, đóng
góp vào kim ngạch xuất khẩu của Việt Nam trên 2 tỷ USD/năm. Với những số liệu nêu
trên cho thấy, ĐBSCL có vị trí quan trọng trong ngành trồng lúa của cả nước, một mặt
vừa đảm bảo an ninh lương thực Quốc gia, mặt khác vừa đóng góp trong kim ngạch
xuất khẩu nơng sản của Việt Nam.
7
1.1.3. Một số giống lúa phổ biến vùng Đồng bằng sông Cửu Long
Kết quả điều tra của Trần Xuân Định và ctv (2015) [6] cho thấy, vùng ĐBSCL
có tổng 52 giống lúa đang được gieo trồng thuộc 3 nhóm: lúa tẻ 45 giống với diện tích
4,15 triệu ha, chiếm 98,9%; lúa lai 5 giống diện tích 31,57 nghìn ha chiếm 0,8%, lúa
nếp diện tích 15,84 nghìn ha chiếm 0,4%. Trong số 45 giống lúa tẻ có 10 giống lúa
đang được trồng phổ biến nhất; trong đó, giống IR 50404 và OM 5451 có diện tích
gieo sạ lớn nhất vùng ĐBSCL theo thứ tự là 1,33 và 0,63 triệu ha (Bảng 1.1). Hiện nay,
giống lúa OM5451 được canh tác với diện tích gần một triệu hecta mỗi năm [3].
Bảng 1.1 Diện tích mười giống lúa phổ biến nhất vùng Đồng bằng sông Cửu Long Đơn
vị: 1.000 ha
TT
Tên giống
1
IR 50404
2
OM 5451
3
OM 6976
4
OM 4900
5
Jasmine 8
6
OM 4218
7
Giống khá
8
Nàng hoa
9
OM 7347
10
OM 2517
Nguồn: Trần Xuân Định và ctv (2015) [6].
Giống lúa IR 50404 có nguồn gốc từ Viện nghiên cứu lúa Quốc tế (IRRI) và
được nhập vào Việt Nam đầu năm 1990. Giống IR 50404 được Bộ Nông nghiệp và
