Luận án 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

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI ----------------- NGÔ TIỀN GIANG 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 LUẬN ÁN TIẾN SĨ NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI - 2012 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI ----------------- NGÔ TIỀN GIANG 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 CHUYÊN NGÀNH: TRỒNG TRỌT MÃ SỐ: 62.62.01.01 LUẬN ÁN TIẾN SĨ NÔNG NGHIỆP NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC 1. PGS.TS ĐOÀN VĂN ĐIẾM 2. PGS.TS NGUYỄN VĂN VIẾT HÀ NỘI – 2012 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan rằng, đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận án này là trung thực và chưa hề được sử dụng để bảo vệ một học vị nào. Tôi xin cam đoan rằng, mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận án đã được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong luận án này đều được chỉ rõ nguồn gốc. Tác giả luận án Ngô Tiền Giang ii LỜI CẢM ƠN Trước hết, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS. Đoàn Văn Điếm, PGS.TS. Nguyễn Văn Viết, đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành công trình nghiên cứu này. Tôi cũng xin chân thành cảm ơn các thầy giáo, cô giáo Bộ môn Sinh thái Nông nghiệp, Khoa Tài Nguyên và Môi trường, Viện Đào tạo Sau đại học và Ban Giám hiệu Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội, đã quan tâm giúp đỡ và đóng góp nhiều ý kiến quý báu trong quá trình thực hiện và hoàn thành luận án. Tôi xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ của Trạm thực nghiệm Khí tượng Thuỷ văn Nông nghiệp Trà Nóc; Trung tâm Nghiên cứu Khí tượng Nông nghiệp; lãnh đạo Viện Khoa học Khí tượng Thuỷ văn và Môi trường, đã tạo điều kiện thuận lợi và hỗ trợ tôi thực hiện và hoàn thành luận án này. Tôi xin chân thành cảm ơn sự động viên, khuyến khích, giúp đỡ của các bạn đồng nghiệp và gia đình. Tôi xin chân thành cảm ơn Hà Nội, ngày 30 tháng 8 năm 2012 Tác giả Ngô Tiền Giang iii MỤC LỤC Trang Lời cam đoan---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- i Lời cảm ơn --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- ii Mục lục ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- iii Danh mục các chữ viết tắt ------------------------------------------------------------------------------------------ v Danh mục các bảng -------------------------------------------------------------------------------------------------------- vi Danh mục các hình --------------------------------------------------------------------------------------------------------- ix 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 iv 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 -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- v DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT AVRDC Asian Vegetation Research and Development Centre (Trung tâm Nghiên cứu Phát triển Rau đậu Châu Á) CAgM Commission for Agricultural Meteorology (Ban Khí tượng Nông nghiệp) ĐBSCL Đồng bằng sông Cửu Long FAO Food and Agriculture Organization (Tổ chức Nông lương Liên hiệp quốc) KHNN Khí hậu Nông nghiệp KTNN Khí tượng Nông nghiệp PAR Photosynthesis Active Radiation (Bức xạ hoạt động quang hợp) PTNT Phát triển nông thôn RCB Random Complex Block (Khối ngẫu nhiên đầy đủ) WMO World Meteorological Organization (Tổ chức Khí tượng Thế giới) vi 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 ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 78 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---------- 84 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 vii 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 ---------------------------------------------------------------------------------------------------- 96 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 viii 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 ix 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-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 109 3.15 Sơ đồ công thức luân canh lấy lúa làm nền trên vùng đất phù x 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 MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết của đề tài “Xây dựng nền nông nghiệp phát triển toàn