Thạc Sĩ Nghiên cứu ứng dụng mô hình động thái để xác định công thức luân canh trên đất phù sa trung tính ít

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG NGHIỆP
LUẬN ÁN TIẾN SĨ NÔNG NGHIỆP
HÀ NỘI – 2012

MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 1
1 Tính cấp thiết của đề tài------------------------------------------------------------------------------ 1
2 Mục đích và yêu cầu nghiên cứu ----------------------------------------------------------- 2
2.1 Mục đích của đề tài---------------------------------------------------------------------------------------- 2
2.2 Yêu cầu của đề tài ------------------------------------------------------------------------------------------ 3
3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài------------------------------------------ 3
3.1 Ý nghĩa khoa học -------------------------------------------------------------------------------------------- 3
3.2 Ý nghĩa thực tiễn--------------------------------------------------------------------------------------------- 3
4 Phạm vi nghiên cứu của đề tài ---------------------------------------------------------------- 4
5 Điểm mới của luận án ---------------------------------------------------------------------------------- 4
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU VÀ CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI---------------------------------------------------------- 5
1.1 Cơ cấu cây trồng --------------------------------------------------------------------------------------------- 5
1.1.1 Cơ cấu cây trồng --------------------------------------------------------------------------------------------- 5
1.1.2 Nghiên cứu phát triển cơ cấu cây trồng trên thế giới và Việt Nam----------------- 17
1.2 Nghiên cứu mô hình mô phỏng trên thế giới và trong nước ------------------------------ 23
CHƯƠNG 2 ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU-------------------------------------- 37
2.1 Đối tượng nghiên cứu ---------------------------------------------------------------------------------- 37
2.2 Nội dung nghiên cứu ------------------------------------------------------------------------------------ 37
2.3 Địa điểm, thời gian nghiên cứu -------------------------------------------------------------- 37
2.3.1 Địa điểm--------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 37
2.3.2 Thời gian-------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 37
2.4 Phương pháp nghiên cứu---------------------------------------------------------------------------- 37
2.4.1 Điều tra, phân tích điều kiện tự nhiên với sản xuất nông nghiệp ------------------------------------------------------ 37
2.4.2 Bố trí thí nghiệm --------------------------------------------------------------------------------------------- 38
2.4.3 Phương pháp phân tích và xử lý số liệu, đánh giá chất lượng mô hình-------------------------------- 42
2.4.4 Xác định công thức luân canh ----------------------------------------------------------------- 43
2.4.5 Cấu trúc mô hình động thái ---------------------------------------------------------------------- 45
CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN--------------------------- 53
3.1 Điều kiện tự nhiên và hệ thống canh tác lúa vùng ĐBSCL --- 53
3.1.1 Điều kiện tự nhiên ------------------------------------------------------------------------------------------ 53
3.1.2 Hệ thống canh tác lúa ở ĐBSCL ----------------------------------------------------------- 59
3.2 Các tham số mô hình động thái -------------------------------------------------------------- 68
3.2.1 Đặc trưng về đất ---------------------------------------------------------------------------------------------- 68
3.2.2 Các tham số mô hình động thái -------------------------------------------------------------- 70
3.2.3 Kiểm nghiệm tham số ---------------------------------------------------------------------------------- 91
3.3 Xác định công thức luân canh đạt hiệu quả kinh tế-------------------- 103
3.3.1 Các chỉ tiêu khí hậu nông nghiệp và sinh thái của một số cây trồng-------------------------------------- 103
3.3.2 Thời vụ lúa đông xuân --------------------------------------------------------------------------------- 106
3.3.3 Thời vụ lúa mùa----------------------------------------------------------------------------------------------- 106
3.3.4 Thời vụ các cây màu lương thực, ngắn ngày trông chờ vào mưa --------------------------------------------------------------------- 107
3.3.5 Công thức luân canh cây trồng theo điều kiện khí hậu ------------ 108
3.3.6 Xác định chi phí sản xuất--------------------------------------------------------------------------- 110
3.3.7 Thực nghiệm số xác định công thức luân canh đạt hiệu quả kinh tế------------------------------------------------------ 111
3.4 Những vấn đề hạn chế của mô hình động thái ------------------------------ 124
CHƯƠNG 4 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ----------------------------------------------------------------------- 125
4.1 Kết luận ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 125
4.2 Đề nghị------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ 126
CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CÓ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN-------------- 127
TÀI LIỆU THAM KHẢO ------------------------------------------------------------------------------------------------------- 128
PHỤ LỤC --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

DANH MỤC CÁC BẢNG
STT Tên bảng Trang
1.1 Phân loại mô hình động thái----------------------------------------------------------------------------------- 27
1.2 Phương trình dự báo năng suất lúa--------------------------------------------------------------------- 35
2.1 Giống và thời vụ gieo trồng lúa---------------------------------------------------------------------------- 38
2.2 Giống và thời vụ gieo trồng đậu tương------------------------------------------------------------ 40
2.3 Giống và thời vụ gieo trồng ngô -------------------------------------------------------------------------- 40
3.1 Tính chất lý, hóa học cơ bản của phẫu diện -------------------------------------------------- 69
3.2 Các tham số tính toán quang hợp và hô hấp ------------------------------------------------- 71
3.3 Hệ số hấp phụ bức xạ quang hợp của nước ở độ sâu khác nhau------- 75
3.4 Hệ số xác định nhiệt độ nước ruộng, thảm thực vật ban ngày ----------- 76
3.5 Các tham số hàm sinh trưởng giai đoạn sinh trưởng dinh dưỡng ------------
3.6 Các tham số hàm sinh trưởng giai đoạn sinh trưởng sinh thực --------- 81
3.7 Chất khô các bộ phận của lúa đông xuân ------------------------------------------------------- 82
3.8 Chất khô các bộ phận của lúa xuân hè ------------------------------------------------------------- 83
3.9 Chất khô các bộ phận của lúa hè thu ----------------------------------------------------------------- 83
3.10 Ma trận quan hệ biến trình sinh khối giai đoạn hình thành dóng, trỗ bông, chín hoàn toàn giống IR64 và các giống khác----------
3.11 Hệ số điều chỉnh Mmax cho các giống lúa ------------------------------------------------------- 85
3.12 Chất khô các bộ phận của ngô vụ xuân hè----------------------------------------------------- 85
3.13 Chất khô các bộ phận của ngô vụ hè thu -------------------------------------------------------- 86
3.14 Ma trận quan hệ biến trình sinh khối giai đoạn trỗ cờ đến chín hoàn toàn giống LVN10 và các giống khác ------- 87
3.15 Hệ số điều chỉnh Mmax cho giống ngô -------------------------------------------------------------- 88
3.16 Chất khô các bộ phận của đậu tương xuân hè---------------------------------------------- 88
3.17 Chất khô các bộ phận của đậu tương hè thu ------------------------------------------------- 89
3.18 Ma trận quan hệ biến trình sinh khối giai đoạn nở hoa 75% đến chín hoàn toàn giống MTĐ-176 và các giống khác -------90
3.19 Hệ số điều chỉnh Mmax cho giống đậu tương ------------------------------------------------ 91
3.20 Sai số của nhiệt độ ban ngày, ban đêm tính toán theo mô hình động thái và số liệu thực đo năm 2000 tại Cần Thơ-------------- 92
3.21 Sai số của bức xạ tổng cộng tính theo mô hình động thái và số liệu thực tế tại Trà Nóc - Cần Thơ-------------- 93
3.22 Bức xạ tổng cộng tháng trung bình nhiều năm tại Cần Thơ---------------- 94
3.23 Năng suất mô phỏng các giống ngô, đậu tương khi thay đổi giá trị sinh khối đầu vào------------------------------------------------------
3.24 Năng suất mô phỏng các giống lúa thí nghiệm khi tăng, giảm các trị số sinh khối đầu vào----------------------------------------- 97
3.25 Năng suất cây trồng xác định theo mô hình động thái và thực thu trong các vụ thí nghiệm ----------------------------------------- 98
3.26 Kết quả thực nghiệm số các giống lúa ------------------------------------------------------------- 101
3.27 Kết quả thực nghiệm số giống đậu tương MTĐ-173------------------------------- 101
3.28 Kết quả thực nghiệm số giống ngô--------------------------------------------------------------------- 102
3.29 Chỉ tiêu khí hậu nông nghiệp đối với lúa dựa vào nước trời--------------- 104
3.30 Chỉ tiêu khí hậu nông nghiệp đối với lúa có hệ thống tưới------------------ 105
3.31 Chỉ tiêu khí hậu nông nghiệp đối với ngô, đậu tương----------------------------- 105
3.32 Thời vụ lúa đông xuân sớm và chính vụ ở ĐBSCL --------------------------------- 106
3.33 Thời vụ lúa hè thu, lúa mùa ở ĐBSCL ------------------------------------------------------------ 106
3.34 Thời vụ hoa màu cạn trông chờ vào mưa ------------------------------------------------------- 107
3.35 Thời vụ các cây trồng cạn trong vụ thu đông trông chờ vào mưa------------------------------------------- 107
3.36 Định mức chi phí sản xuất ở ĐBSCL ------------- 110
3.37 Chỉ số giá bán sản phẩm ------------------------------------------------------------------------------------------- 110
3.38 Đơn giá các mặt hàng------------------------------------------------------------------------------------------------- 111
3.39 Kết quả mô phỏng năng suất lúa ------------------------------------------------------------------------- 113
3.40 Kết quả mô phỏng năng suất ngô ------------------------------------------------------------------------ 113
3.41 Kết quả mô phỏng năng suất đậu tương---------------------------------------------------------- 114
3.42 Lãi thuần của các cây trồng theo thời vụ -------------------------------------------------------- 114
3.43 Lãi thuần của các công thức luân canh ------------------------------------------------------------ 115


DANH MỤC CÁC HÌNH

STT Tên hình Trang
1.1 Các thành phần của hệ thống nông nghiệp ---------------------------------------------------- 6
2.1 Sơ đồ mô tả quá trình xác định công thức luân canh đạt hiệu quả kinh tế----------------------------------------- 44
2.2 Sơ đồ mô tả cấu trúc mô hình động thái --------------------------------------------------------- 46
3.1 Biến trình mưa, nhiệt trung bình nhiều năm tại một số điểm vùng đồng bằng sông Cửu Long------------------------------------ 55
3.2 Tỷ lệ các loại đất chính vùng ĐBSCL-------------------------------------------------------------- 59
3.3 Sơ đồ phân vùng sinh thái nông nghiệp ĐBSCL --------------------------------------- 60
3.4 Hình thái phẫu diện đất huyện Ô Môn, Cần Thơ--------------------------------------- 68
3.5 Đường cong cá thể quang hợp của lúa ------------------------------------------------------------- 72
3.6 Đường cong cá thể quang hợp của ngô------------------------------------------------------------ 72
3.7 Đường cong cá thể quang hợp của đậu tương --------------------------------------------- 73
3.8 Đường cong cá thể hô hấp của lúa---------------------------------------------------------------------- 73
3.9 Đường cong cá thể hô hấp của ngô -------------------------------------------------------------------- 74
3.10 Đường cong cá thể hô hấp của đậu tương ------------------------------------------------------ 74
3.11 Biến trình nhiệt độ không khí ban ngày, ban đêm năm 2000 tại Cần Thơ ------------------------------- 92
3.12 Biến trình bức xạ tổng cộng xác định theo mô hình động thái và số liệu thực tế------------------------------------------------------- 94
3.13 Biến trình bức xạ tổng cộng tháng trung bình nhiều năm trạm Cần Thơ --------------------------------------------------------------- 95
3.14 Biến trình của một số yếu tố khí hậu nông nghiệp chính và thời vụ luân canh cây trồng ở Trạm Cần Thơ đại diện cho vùng ĐBSCL--
3.15 Sơ đồ công thức luân canh lấy lúa làm nền trên vùng đất phù sa trung tính ít chua ĐBSCL -------------------------------- 112
3.16 Tổng chi phí và tổng thu các công thức năm 2000 ----------------------------------- 116
3.17 Tổng chi phí và tổng thu các công thức năm 2001 --------------------------117
3.18 Tổng chi phí và tổng thu các công thức năm 2002 ----------------------------------- 117
3.19 Tổng chi phí và tổng thu các công thức năm 2003 ----------------------------------- 118
3.20 Tổng chi phí và tổng thu các công thức năm 2004 ----------------------------------- 118
3.21 Tổng chi phí và tổng thu các công thức năm 2005 ----------------------------------- 119
3.22 Tổng chi phí và tổng thu các công thức năm 2006 ----------------------------------- 119
3.23 Tổng chi phí và tổng thu các công thức năm 2007 ----------------------------------- 120
3.24 Tổng chi phí và tổng thu các công thức năm 2008 ----------------------------------- 120
3.25 Tổng chi phí và tổng thu các công thức năm 2009 ----------------------------------- 121
3.26 Biến động hiệu quả công thức luân canh 2 lúa một màu----------------------- 122
3.27 Biến động hiệu quả công thức luân canh 2 lúa một màu trong việc thay thế vụ lúa xuân hè hoặc hè thu ------------- 122
3.28 Biến động hiệu quả công thức luân canh 2 lúa 1 màu (đậu tương, ngô) -----------123
3.29 Biến động hiệu quả công thức luân canh 3 lúa; 2 lúa 1 màu, 1 lúa 2 màu------------- 123
3.30 Biến động hiệu quả công thức luân canh 1 lúa 2 màu ---------------------------- 123

1 Tính cấp thiết của đề tài
MỞ ĐẦU
“Xây dựng nền nông nghiệp phát triển toàn diện theo hướng hiện đại, bền vững, sản xuất hàng hoá lớn, có năng suất, chất lượng, hiệu quả và khả năng cạnh tranh cao, bảo đảm vững chắc an ninh lương thực quốc gia cả trước mắt và lâu dài” là mục tiêu, chiến lược phát triển nông nghiệp Việt Nam đến 2020 (Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn, 2009) [1].
Ngay từ những năm 1982, với nhiều dự án xây dựng các vùng sinh thái nông nghiệp trên thế giới và Đông Nam Á, FAO đã đưa ra nhiều quy trình để xác định cơ cấu mùa vụ cây trồng cho từng khu vực cụ thể nhằm đạt được các mục đích chủ yếu (FAO, 2006) [51]:
- Xác định mức độ phù hợp với các điều kiện khí hậu từng vùng, nâng cao khả năng khai thác và sử dụng tối đa các điều kiện khí hậu thời tiết thuận lợi, giảm thiểu các tác động không thuận lợi trong từng vụ;
- Khai thác tối đa lợi thế của các loại đất ở từng vùng;
- Bảo đảm đạt hiệu quả kinh tế cao hơn với từng mức đầu tư cho từng cơ cấu luân canh trên từng vùng đất cụ thể;
- Bảo đảm một nền nông nghiệp phát triển bền vững.
Để đạt được 4 mục tiêu trên, từng vùng phải xây dựng được cơ cấu luân canh cây trồng hợp lý.
Cơ cấu cây trồng được hình thành từ điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội cụ thể và vận động theo thời gian. Một cơ cấu cây trồng hợp lý phải phù hợp với điều kiện tự nhiên kinh tế - xã hội, thể hiện tính hiệu quả mối quan hệ giữa các cây trồng được bố trí trên đồng ruộng, làm cho sản xuất ngành trồng trọt phát triển toàn diện, mạnh mẽ vững chắc theo hướng sản xuất thâm canh gắn với đa canh, sản xuất hàng hoá và có hiệu quả kinh tế cao (Lý Nhạc và cộng sự, 1987) [24], (Đào Thế Tuấn, 1989) [39].
Cùng với đề xuất cơ cấu cây trồng cần hoàn thiện các phương pháp, công cụ tính toán cho phép sử dụng tối đa các nguồn thông tin, rút ngắn thời gian thử nghiệm để đưa ra được các công thức luân canh phù hợp. Từ đó cho thấy một số hạn chế cần phải giải quyết:
- Trong nghiên cứu xác định công thức luân canh, thời vụ gieo trồng đã chú ý đến khí hậu nhưng những biến động hàng năm của điều kiện thời tiết khí hậu ảnh hưởng đến hoạt động sản xuất nông nghiệp như thế nào lại chưa được quan tâm nghiên cứu thoả đáng;
- Các nghiên cứu đơn lẻ cho từng cây trồng cụ thể đã được quan tâm nhiều nhưng việc xây dựng tổ hợp các cây trồng trong mối quan hệ với thời tiết chưa được chú ý nhiều;
- Các công thức luân canh cần nhiều thời gian thử nghiệm nên khi đưa ra sản xuất, đôi khi đã không còn hoặc ít phù hợp với điều kiện thị trường;
- Các công cụ mô phỏng quá trình sinh trưởng, phát triển và hình thành năng suất của các cây trồng nông nghiệp đã được phát triển mạnh mẽ trên thế giới cho phép giải quyết nhanh bài toán đó nhưng chưa được tham số hoá trong điều kiện của đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL).
Để góp phần giải quyết các nội dung trên, chúng tôi thực hiện đề tài “Nghiên cứu ứng dụng mô hình động thái để xác định công thức luân canh trên đất phù sa trung tính ít chua đồng bằng sông Cửu Long”.
2 Mục đích và yêu cầu nghiên cứu
2.1 Mục đích của đề tài
- Mô phỏng quá trình sinh trưởng, phát triển và hình thành năng suất một số cây trồng chính phù hợp với các điều kiện khí hậu, thuỷ văn trên đất phù sa trung tính ít chua đồng bằng sông Cửu Long;
- Thử nghiệm áp dụng các thông tin khí hậu, khí hậu nông nghiệp, kinh tế để thiết lập và đánh giá nhanh các công thức luân canh trên đất phù sa trung tính ít chua đồng bằng sông Cửu Long.
2.2 Yêu cầu của đề tài
- Xác định và chính xác hoá các tham số của mô hình động thái hình thành năng suất một số cây trồng chính (lúa, ngô, đậu tương) trên đất phù sa trung tính ít chua đồng bằng sông Cửu Long;
- Ứng dụng mô hình động thái hình thành năng suất cây trồng để đánh giá và xác định công thức luân canh lấy lúa làm nền kèm theo các hiệu quả kinh tế trên đất phù sa trung tính ít chua đồng bằng sông Cửu Long.
3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
3.1 Ý nghĩa khoa học
Đánh giá tác động của điều kiện khí hậu thời tiết đến sinh trưởng, phát triển và hình thành năng suất cây trồng không chỉ dựa trên đơn lẻ từng yếu tố mà là đánh giá tác động tổng hợp các yếu tố. Đề tài là cơ sở khoa học chứng minh tác động của điều kiện ngoại cảnh mang tính tổng hợp.
Xây dựng cơ cấu gieo trồng, công thức luân canh phải nắm bắt được các điều kiện thuận lợi, bất thuận của từng vùng nhằm phát huy thế mạnh, giảm thiểu rủi ro trong hoạt động sản xuất nông nghiệp, mang lại hiệu quả kinh tế cao nhất. Đề tài là dẫn liệu khoa học về việc xác định công thức luân canh phù hợp với các điều kiện khí hậu của vùng.
Kết quả nghiên cứu của đề tài là phương pháp, công cụ cho phép có đầy đủ cơ sở khoa học để đánh giá tác động của các dao động, biến đổi khí hậu đến trồng trọt khu vực đồng bằng sông Cửu Long.
3.2 Ý nghĩa thực tiễn
Bằng mô hình toán, trên cơ sở các thông tin khí hậu - đất đai - cây trồng, cho phép xác định được ngay các công thức luân canh thích hợp. Điều này sẽ có ý nghĩa rất lớn cho các nhà quản lý chỉ đạo sản xuất nông nghiệp và người nông dân, tuỳ theo điều kiện (đầu tư, giá cả .) mà ngay từ đầu vụ có thể chọn lựa được công thức luân canh phù hợp.
Kết quả của đề tài sẽ góp phần ổn định và nâng cao hiệu quả sản xuất nông nghiệp, phát huy lợi thế của vùng phù sa trung tính ít chua ĐBSCL nhằm từng bước nâng cao, ổn định đời sống cho người nông dân.