Tiến Sĩ Nghiên cứu ảnh hưởng của sử dụng phụ phẩm nông nghiệp đến lý, hoá tính đất và năng suất lúa, ngô trê

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG NGHIỆP
Chuyên ngành: Đất và Dinh dưỡng cây trồng
LUẬN ÁN TIẾN SĨ NÔNG NGHIỆP
NĂM - 2012
MỤC LỤC
Trang
LỜI CAM ĐOAN i
LỜI CẢM ƠN ii
MỤC LỤC iii
BẢNG KÝ HIỆU CHŨ VIẾT TẮT vii
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU viii
DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ xi
MỞ ĐẦU 1
1. Tính cấp thiết của đề tài 1
2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài 3
3. Ý nghĩa khoa học và tính thực tiễn của đề tài 3
3.1. Ý nghĩa khoa học 3
3.2. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài 4
4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 4
5. Những đóng góp mới của luận án về học thuật và lý luận 4
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 5
1. 1. Đặc điểm đất phù sa sông Hồng và Đất xám bạc màu 5
1.1.1. Đặc điểm đất phù sa sông Hồng 5
1.1.2. Đặc điểm đất đất xám bạc màu 7
1.2. Hàm lượng dinh dưỡng trong phụ phẩm nông nghiệp 10
1.2.1. Các nghiên cứu ở nước ngoài 10
1.2.2. Các nghiên cứu ở trong nước 11
1.3. Ảnh hưởng của chất hữu cơ, phụ phẩm nông nghiệp đến độ phì nhiêu đất
1.3.1. Các nghiên cứu ở nước ngoài 15
1.3.2. Các nghiên cứu ở trong nước 24
1.4. ẢNH HƯỞNG CỦA PHỤ PHẨM NÔNG NGHIỆP ĐẾN NĂNG SUẤT CÂY TRỒNG 29
1.4.1. Các nghiên cứu ở nước ngoài 29
1.4.2. Nghiên cứu ở trong nước 35
CHƯƠNG 2 VẬT LIỆU, ĐỊA ĐIỂM, THỜI GIAN, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 42
2.1. Vật liệu nghiên cứu 42
2.1.1. Đất thí nghiệm 42
2.1.2. Cây trồng thí nghiệm 42
2.1.3. Phụ phẩm nông nghiệp 42
2.1.4. Phân bón và chế phẩm vi sinh 42
2.2. Địa điểm và thời gian nghiên cứu 43
2.2.1. Địa điểm nghiên cứu 43
2.2.2. Thời gian nghiên cứu 43
2. 3. Nội dung nghiên cứu 44
2.3.1. Điều kiện khí hậu, tính chất đất, tình hình sử dụng phân bón và sử dụng phụ phẩm nông nghiệp vùng nghiên cứu 44
2.3.2. Xác định khả năng cung cấp dinh dưỡng cho cây trồng của phụ phẩm nông nghiệp 44
2.3.3. Ảnh hưởng của vùi phụ phẩm nông nghiệp đến khả năng cung cấp N, P, K dễ tiêu của đất cho lúa, ngô 44
2.3.4. Ảnh hưởng của vùi phụ phẩm nông nghiệp đến một số lý,hóa tính đất nghiên cứu 44
2.3.5. Ảnh hưởng của phương pháp sử dụng phụ phẩm nông nghiệp đến năng suất lúa, ngô 45
2.3.6. Ảnh hưởng của sử dụng phụ phẩm nông nghiệp đến khả năng giảm lượng phân khoáng và hiệu quả kinh tế của các phương thức bón phân cho cây trồng 45
2.4. Phương pháp nghiên cứu
2.4.1. Phương pháp thu thập thông tin và điều tra 45
2.4.2. Phương pháp thí nghiệm đồng ruộng 46
2.4.3. Phương pháp theo dõi quá trình phân giải phụ phẩm trên đồng ruộng
2.4.4. Phương pháp làm đất, vùi, tủ phụ phẩm trên đồng ruộng 54
2.4.5. Phương pháp phân tích 55
2.4.6. Phương pháp xử lý số liệu 57
CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 58
3.1. Điều kiện khí hậu, tính chất đất đai, tình hình sử dụng phân bón và sử dụng phụ phẩm nông nghiệp vùng nghiên cứu 58
3.1.1. Điều kiện khí hậu vùng nghiên cứu 58
3.1.2. Tính chất đất vùng nghiên cứu 59
3.1.3. Tình hình sử dụng phân bón vùng nghiên cứu 61
3.1.4. Tình hình sử dụng phụ phẩm nông nghiệp vùng nghiên cứu 63
3.2. Xác định khả năng cung cấp dinh dưỡng cho cây trồng của phụ phẩm nông nghiệp 65
3.2.1. Hàm lượng dinh dưỡng trong phụ phẩm trước khi vùi 65
3.2.2. Diễn biến quá trình phân giải phụ phẩm theo thời gian vùi trên đồng ruộng 67
3.3. Ảnh hưởng của vùi phụ phẩm nông nghiệp đến khả năng cung cấp N, P, K dễ tiêu của đất cho lúa ngô
3.3.1. Ảnh hưởng của vùi phụ phẩm nông nghiệp đến N, P, K dễtiêu trong đất ở giai đoạn sau vùi 30 ngày và 60 ngày 75
3.3.2. Ảnh hưởng của vùi phụ phẩm nông nghiệp đến việc hấp thu N, P, K của cây trồng 79
3.4. Ảnh hưởng của vùi phụ phẩm nông nghiệp đến một số lý tính hóa tính đất nghiên cứu
3.4.1. Ảnh hưởng của vùi phụ phẩm nông nghiệp đến lý tính đất nghiên cứu 83
3.4.2. Ảnh hưởng của vùi phụ phẩm nông nghiệp đến hóa tính đất nghiên cứu 85
3.5. Ảnh hưởng của sử dụng phụ phẩm nông nghiệp đến năng suất cây trồng
3.5.1. Ảnh hưởng của sử dụng phụ phẩm nông nghiệp đến năng suất cây trồng trên đất phù sa sông Hồng 87
3.5.2. Ảnh hưởng của sử dụng phụ phẩm nông nghiệp đến năng suất cây trồng trên đất xám bạc màu Bắc Giang 89
3.6. Ảnh hưởng của sử dụng phụ phẩm nông nghiệp đến khả năng giảm lượng phân khoáng và hiệu quả kinh tế của các phương
thức bón phân cho cây trồng 92
3.6.1. Ảnh hưởng của sử dụng phụ phẩm nông nghiệp đến khả năng giảm lượng phân khoáng và hiệu quả kinh tế của các phương thức bón phân cho cây trồng trên đất p phù sa sôngHồng 92
3.6.2. Ảnh hưởng của sử dụng phụ phẩm nông nghiệp đến khả năng giảm lượng phân khoáng và hiệu quả kinh tế của các phương thức bón phân cho cây trồng trên đất xám bạc màu Bắc Giang 100
3.6.3. Ảnh hưởng của phụ phẩm nông nghiệp và sự giảm thiểu lượng phân khoáng đến hiệu quả kinh tế 105
4. KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 109
4.1. Kết luận 109
4.2. ĐỀ NGHỊ 110

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
STT Tên bảng Trang
1.1. Chỉ tiêu lý, hóa tính của đất phù sa sông Hồng (lớp đất mặt 0-27 cm) 6
1.2. Chỉ tiêu lý, hóa tính đất xám bạc màu (lớp đất mặt 0-16 cm) 8
1.3. Hàm lượng trung bình chất dinh dưỡng trong các loại cây trồng
nông nghiệp (%) 12
1.4. Hàm lượng nguyên tố dinh dưỡng của một số loại tàn dư hữu cơ
trên lô cà phê (% chất khô) 14
3.1. Một số tính chất lý học đất nghiên cứu 59
3.2. Tính chất hoá học đất nghiên cứu 60
3.3. Lượng phân sử dụng bón cho lúa và ngô của nông dân ở địa bàn nghiên cứu 62
3.4. Lượng phụ phẩm ở vùng nghiên cứu 63
3.5. Phương thức sử dụng phụ phẩm nông nghiệp của nông dân ở địa
bàn nghiên cứu 64
3.6. Hàm lượng N, P, K, Ca, Mg, Si, S trong phụ phẩm nông nghiệp
trên đất phù sa sông Hồng 65
3.7. Hàm lượng N, P, K, Ca, Mg trong phụ phẩm trên đất bạc màu Bắc Giang 66
3.8. Hàm lượng đạm, lân, kali của rơm rạ trong túi vùi ở các thời gian
vùi khác nhau của vụ lúa xuân trên đất phù sa sông Hồng 69
3.9. Hàm lượng đạm, lân, kali của rơm rạ trong túi vùi ở các thời gian
vùi khác nhau của vụ lúa mùa trên đất phù sa sông Hồng 71
3.10. Hàm lượng đạm, lân, kali của rơm rạ trong túi vùi ở các thời gian
vùi khác nhau của vụ ngô đông trên đất phù sa sông Hồng 72
3.11. Tỷ lệ C/N của rơm, rạ và thân lá ngô ở các thời kỳ vùi khác nhau
trên đồng ruộng 74
3.12. Hàm lượng N, P, K dễ tiêu trong đất ở các giai đoạn sinh trưởng chính của cây lúa, cây ngô trên đất phù sa sông Hồng ở các công
thức vùi phụ phẩm khác nhau 76
3.13. Hàm lượng N, P, K dễ tiêu trong đất ở các giai đoạn sinh trưởng chính của cây lúa, cây ngô trên đất bạc màu ở các công thức vùi
phụ phẩm khác nhau 78
3.14. Ảnh hưởng của vùi phụ phẩm nông nghiệp đến hàm lượng N, P, K
của cây lúa vụ mùa năm 2008 giai đoạn đẻ nhánh và làm đòng trên
đất phù sa sông Hồng 80
3.15. Ảnh hưởng của vùi phụ phẩm nông nghiệp đến hàm lượng N, P, K
của cây lúa vụ xuân năm 2010 giai đoạn để nhánh và làm đòng trên
đất xám bạc màu Bắc Giang 81
3.16. Ảnh hưởng của vùi phụ phẩm nông nghiệp đến dung trọng tỷ trọng,
độ xốp đất sau 3 năm thí nghiệm 83
3.17. Ảnh hưởng của vùi phụ phẩm nông nghiệp đến đoàn lạp bền trong nước của đất phù sa sông Hồng và đất xám bạc màu Bắc Giang sau3 năm thí nghiệm 84
3.18. Ảnh hưởng của vùi phụ phẩm nông nghiệp đến một số tính chất hóa học đất phù sa sông Hồng và đất xám bạc màu Bắc Giang sau
3năm thí nghiệm 85
3.19. Ảnh hưởng của phương pháp sử dụng phụ phẩm nông nghiệp đến
năng suất lúa, ngô trên đất phù sa sông Hồng 87
3.20. Ảnh hưởng của phương pháp sử dụng phụ phẩm nông nghiệp đến
năng suất lúa, ngô trên đất phù sa sông Hồng 89
3.21. Ảnh hưởng của phương pháp sử dụng phụ phẩm nông nghiệp đến
năng suất cây trồng trên đất xám bạc màu Bắc Giang 90
3.22. Ảnh hưởng của phương pháp sử dụng phụ phẩm nông nghiệp đến
năng suất cây trồng trên đất bạc màu Bắc Giang 91
3.23. Ảnh hưởng của phụ phẩm nông nghiệp đến năng suất lúa, ngô và khả
năng giảm thiểu lượng phân khoáng bón cho lúa, ngô trên đất PSSH 94
3.24. Ảnh hưởng của sử dụng phụ phẩm nông nghiệp có chế phẩm vi sinh đến năng suất lúa, ngô và khả năng giảm thiểu lượng phân khoáng bón cho cây trồng trên đất phù sa sông Hồng 96
3.25. Ảnh hưởng của vùi phụ phẩm nông nghiệp đến năng suất lúa, ngô và
khả năng giảm thiểu lượng phân khoáng cho cây trồng trên đất PSSH 97
3.26. Ảnh hưởng của vùi phụ phẩm nông nghiệp đến năng suất lúa, ngô và khả năng giảm thiểu lượng phân khoáng bón cho cây trồng trên đất PSSH 98
3.27. Ảnh hưởng của phụ phẩm nông nghiệp đến năng suất và khả năng
giảm thiểu lượng phân khoáng bón cho lúa, ngô trên đất BMBG 101
3.28. Ảnh hưởng của sử dụng phụ phẩm nông nghiệp có chế phẩm vi sinh đến năng suất lúa, ngô và khả năng giảm thiểu lượng phân khoáng bón cho cây trồng trên đất bạc màu Bắc Giang 103
3.29. Ảnh hưởng của vùi phụ phẩm nông nghiệp đến năng suất lúa, ngô và khả năng giảm thiểu lượng phân khoáng cho cây trồng trên đất
bạc màu 105
3.30. Hiệu quả kinh tế của việc vùi phụ phẩm cho ngô và lúa trên đất PSSH 105
3.31. Hiệu quả kinh tế của việc vùi phụ phẩm cho ngô và lúa trên đất bạc
màu Bắc Giang 106
3.32. Hiệu quả kinh tế của mô hình vùi phụ phẩm cho lúa, ngô trên đất
phù sa sông Hồng 107

DANH MỤC BIỂU ĐỒ
STT Biểu đồ Trang
3.1. Một số chỉ tiêu yếu tố khí tượng đo được tại trạm
Bắc Giang trung ương trong 10 năm (2001 – 2010) 58
3.2. Một số chỉ tiêu khí thượng đo được tại trạm Láng, Hà Nội
trung bình trong 10 năm (2001 – 2010) 58
3.3. Khối lượng rơm rạ và thân lá ngô phân giải sau thời gian
vùi trên đồng ruộng ở đất phù sa sông Hồng 67
3.4. Khối lượng rơm rạ và thân lá ngô phân giải sau thời gian
vùi trên đồng ruộng ở đất xám bạc màu Bắc Giang 68
3.5. Cân đối giữa lượng dinh dưỡng từ phụ phẩm vùi và
lượng dinh dưỡng NPK của các công thức bón giảm đi trên
đất phù sa Sông Hồng 93
3.6. Cân đối giữa lượng dinh dưỡng từ phụ phẩm vùi và lượng dinh dưỡng NPK của các công thức bón giảm đi trên đất
bạc màu Bắc Giang 101

1. Tính cấp thiết của đề tài
MỞ ĐẦU

Đất là tư liệu sản xuất đặc biệt và không thể thay thế trong sản xuất nông nghiệp. Trong đất, chất hữu cơ là một bộ phận đặc biệt quý nhất của đất, là chỉ tiêu rất quan trọng của độ phì nhiêu, chỉ tiêu giúp phân biệt đất với mẫu chất và đá mẹ.
Chất hữu cơ của đất bao gồm xác hữu cơ và các sản phẩm phân giải của xác hữu cơ, trong đó mùn là hợp chất hữu cơ phức tạp nhất và bền vững nhất của đất. Chất hữu cơ và mùn trong đất là cơ sở đảm bảo cho đất có độ phì nhiêu nhất định. Vì chất hữu cơ và mùn không chỉ ảnh hưởng đến các tính chất lý, hóa và sinh học của đất mà còn là kho dự trữ thức ăn cho cây khi khoáng hoá dần dần giải phóng N và các chất dinh dưỡng dễ tiêu khác và nâng cao khả năng hấp thu của đất. Sự mất chất hữu cơ trong đất kéo theo hàng loạt các hệ quả nghiêm trọng như thoái hoá vật lý, hoá học, sinh học chế độ nước, .là nguyên nhân hàng đầu suy giảm độ phì nhiêu và mất sức sản xuất của đất nông nghiệp. Chất hữu cơ đất được coi là chỉ tiêu đánh giá độ bền vững trong hệ thống quản lý nguồn tài nguyên đất sản xuất nông nghiệp.
Trong đất tự nhiên, nguồn cung cấp chất hữu cơ duy nhất là tàn tích sinh vật, bao gồm xác động vật, thực vật và vi sinh vật. Tàn tích sinh vật (tàn dư hữu cơ) là phần chất hữu cơ do các sinh vật sống trong đất và trên mặt đất, sau khi chết để lại cho đất. Đối với đất trồng trọt, ngoài xác hữu cơ còn có một nguồn bổ sung chất hữu cơ thường xuyên là phân hữu cơ các loại. Phân hữu cơ bao gồm: phân chuồng, than bùn, phân bắc, nước giải, phân gia cầm, rác đô thị sau khi ủ, phân xanh, các phế phụ phẩm của công nghiệp thực phẩm và cả các tàn thể thực vật vùi trực tiếp vào đất. Đây là các nguồn bổ sung chất hữu cơ rất quan trọng, để ổn định và tăng lượng mùn cho đất, nhất là những nơi có trình độ thâm canh cao. Vì vậy cùng với việc bón phân khoáng, thì bón các loại phân hữu cơ cho cây trồng là trả lại đáng kể các chất mà cây trồng lấy đi từ đất, làm giảm nhu cầu sử dụng phân hoá học trong trồng trọt (Nguyễn Như Hà, 2010)[9].
Một thực trạng mà loài người phải đổi mặt đó là: phát triển dân số và nhu cầu về lương thực thực phẩm ngày càng tăng, bởi vậy thâm canh tăng vụ để tăng năng suất, sản lượng cây trồng nhằm thu được nhiều sản phẩm, giá trị sản phẩm tăng trên đơn vị diện tích đất, đồng thời đảm bảo môi trường sinh thái ổn định, bền vững. Sử dụng phân bón nói chung, phân hóa học nói riêng đã là chìa khóa quan trọng của cuộc “cách mạng xanh”: đáp ứng nhu cầu lương thực cho con người. Hệ thống dinh dưỡng cây trồng tổng hợp tận dụng mọi nguồn phân hữu cơ có thể có, coi phân hữu cơ là cơ sở để chăm sóc cây trồng khỏe mạnh.
Nhìn một cách tổng thể ở Việt Nam gần đây, việc bón phân cho cây trồng đã được chú trọng, lượng phân bón tăng cũng như tỷ lệ phân bón đã được cải thiện làm cho năng suất cây trồng tăng rõ rệt. Tuy nhiên, ở nhiều nơi nông dân vẫn sử dụng phân bón còn bất hợp lý, bón phân chưa đủ về lượng và bón mất cân đối. Do nhiều nguyên nhân khác nhau hiện nay ở nhiều nơi nông dân không đủ phân chuồng bón cho cây trồng. Trong khi đó, tuy rơm rạ không còn là chất đốt chủ yếu ở nông thôn do có các nhiên liệu khác thay thế (điện, gas, than ) nhưng sau mùa gặt rơm rạ lại được đốt ngay tại ruộng. Việc làm này vừa làm mất chất hữu cơ có thể bổ sung cho đất vừa gây ô nhiễm môi trường. Đây là điều mà hệ thống dinh dưỡng cây trồng tổng hợp không cho phép, nhưng lại đang có nguy cơ tăng lên ở nông thôn Việt Nam hiện nay (Hoàng Thiết, 2011)[111]. Việc đốt rơm rạ gia tăng trong những năm do nông dân cần giải phóng đồng ruộng cho vụ tiếp theo. Ở Mỹ đã ban hành luật cấm đốt rơm rạ trên ruộng lúa. Giải pháp thay thế cho việc không đốt rơm rạ trên đồng ruộng là vùi rơm rạ vào đất (Nguyễn Công Thành, 2011)[110].
Đất phù sa sông Hồng có diện tích khoảng 600 nghìn ha và đất xám bạc màu trên phù sa cổ có diện tích khoảng 1,4 triệu ha là đất lý tưởng để trồng nhiều loại cây như: lúa, ngô, đậu đỗ lạc, khoai. Đây là vùng có vị trí địa lí và điều kiện tự nhiên thuận lợi, tài nguyên thiên nhiên phong phú và đa dạng, dân cư đông đúc, nguồn lao động dồi dào, mặt bằng dân trí cao. Một trong những vùng đóng vai trò quan trọng trong sự nghiệp phát triển kinh tế - xã hội của đất nước và đặc biệt trong phân công lao động của cả nước. Đất canh tác ít, dân đông nên phải đẩy mạnh thâm canh. Song nếu thâm canh không đi đôi với việc hoàn lại đầy đủ các chất dinh dưỡng sẽ làm cho đất đai ở một số nơi bị giảm độ phì nhiêu.
Xuất phát từ yêu cầu cấp thiết của sản xuất nông nghiệp cần đảm bảo nguồn phân hữu cơ cho cây trồng nhằm đạt năng suất cao, ổn định, cải thiện độ phì nhiêu đất, đồng thời tăng khả năng sử dụng tiết kiệm, hiệu quả phân khoáng cũng như khắc phục hiện tượng đốt phụ phẩm ngoài đồng ruộng ngày càng tăng, đề tài ”Nghiên cứu ảnh hưởng của sử dụng phụ phẩm nông nghiệp đến lý, hoá tính đất và năng suất lúa, ngô trên đất phù sa sông Hồng và đất xám bạc màu Bắc Giang“ đã được tiến hành.
2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
Xác định ảnh hưởng của sử dụng phụ phẩm nông nghiệp (tàn thể lúa ngô) đến lý, hoá tính đất, năng suất lúa, ngô và khả năng giảm thiểu lượng phân khoáng cho cây trồng trên đất phù sa sông Hồng và đất xám bạc màu
Bắc Giang.