Trong bối cảnh biến đổi khí hậu diễn ra ngày càng phức tạp, ô nhiễm môi trường trở thành vấn nạn toàn cầu; hệ thống nông nghiệp và người nông dân, đặc biệt ở các nước Đông Nam Á có thâm canh trồng lúa nước như Việt Nam, là những đối tượng dễ bị tổn thương nhất khi chịu ảnh hưởng trực tiếp từ các hiện tượng cực đoan như hạn hán kéo dài cùng xâm nhập mặn làm sụt giảm nghiêm trọng lượng nước sạch dùng trong tưới tiêu. Điều này là một thách thức mà chính phủ các quốc gia phải đương đầu tìm nhiều phương án giải quyết.
Sau nhiều thập kỷ nghiên cứu và thử nghiệm các phương pháp khác nhau, kỹ thuật tưới ngập khô xen kẽ ( tên gốc tiếng Anh là Alternate wetting and drying irregation – ADW) đã chứng minh được hiệu quả vượt trội. Đây không phải là một kĩ thuật quá mới trên thế giới khi mà nó đã được Viện nghiên cứu lúa Quốc tế (IRRI) áp dụng thành công ở các quốc gia như Nhật Bản, Trung Quốc, Phillipines và Thái Lan.
Tại Việt Nam, các nhà nghiên cứu mới chỉ đưa thử nghiệm phương pháp này trong vòng mười năm trở lại đây, nhưng nó cũng đã đem đến nhưng kết quả tích cực. Với mục tiêu vượt qua các thách thức để AWD thực sự phát huy hết tiềm năng ứng dụng, trở thành điểm sáng của nền nông nghiệp nước nhà, một chương trình hợp tác tầm cỡ quốc tế mang tên BNS đã được ký kết bởi Công ty công nghệ Nano BSB, Việt Nam; công ty Net Zero Carbon - đại diện từ Thái Lan và Spiro Carbon, doanh nghiệp có trụ sở tại Hoa Kỳ. Sự kết hợp thế mạnh của ba công ty ở những khía cạnh khác nhau mở ra triển vọng về một nền nông nghiệp bền vững không những có năng suất cao mà còn thúc đẩy bảo vệ môi trường.
1. Tổng quan về AWD
1.1 Kỹ thuật chính
Theo nghiên cứu của Viện lúa Quốc tế IRRI thì cây lúa chỉ cần ngập nước giai đoạn bắt đầu mọc rễ và trổ bổng, cũng như chỉ cần bơm nước vào ruộng cao tối đa 5cm (Van Der Hoek et al., 2001). Cụ thể ở các giai đoạn khác nhau sẽ có nhưng điều chỉnh mực nước đặc thù.
• Tuần đầu tiên sau sạ
Trong giai đoạn đầu tiên sau khi gieo hạt, mức nước trong ruộng được duy trì ở mức cao khoảng 1 cm. Quan trọng để giữ nước ở mức cao này trong suốt giai đoạn phát triển ban đầu của cây lúa đến khi bón phân lần hai, khoảng 20-25 ngày sau khi gieo. Mức nước này không chỉ cung cấp điều kiện cần thiết cho sự phát triển của cây lúa mà còn ngăn chặn sự mọc mầm của các loài cỏ gây hại.
• Giai đoạn từ 25-40 ngày
Giai đoạn lúa đẻ nhánh, lúc này cây lúa phát triển rất mạnh mẽ và cần ít nước hơn. Mức nước trong ruộng cần được duy trì ở mức 15 cm dưới mặt đất để khuyến khích rễ lúa phát triển sâu vào lòng đất và ngăn chặn sự cạnh tranh từ cỏ dại. Việc điều chỉnh nước trong ruộng theo cách này được gọi là tưới "ngập khô xen kẽ". Thiết bị cần dùng là một ống nhực có đục lỗ, bên trong có chia vạch 5cm để theo dõi.
Hình 1. Mô hình ống đo mực nước ( Nguồn: CGIAR)
• Giai đoạn lúa 40-45 ngày
Là lúc cần bón phân lần 3 (bón đón đòng). Trước khi bón phân, mức nước trong ruộng cần được duy trì ở mức 1-3 cm để tránh việc phân bị hủy hoại hoặc bốc hơi.
• Giai đoạn lúa 60-70 ngày
Trong giai đoạn từ ngày 60 đến 70 sau khi gieo, cây lúa đang ở giai đoạn trổ bông và cần mức nước ở mức 3-5 cm trong suốt khoảng 10 ngày để đảm bảo quá trình thụ phấn diễn ra thuận lợi.
• Giai đoạn sau 70 ngày tới thu hoạch
Cuối cùng, từ ngày 70 đến khi thu hoạch, cây lúa đang ở giai đoạn ngậm sữa và chỉ cần mức nước từ bằng mặt đất đến thấp hơn mặt đất 15 cm. Để thuận tiện cho việc thu hoạch, nên giảm mức nước 10 ngày trước khi thu hoạch để mặt ruộng khô ráo.
Hình 2. So sánh quản lý nước theo 2 phương pháp Ngập liên tục và Ngập khô xen kẽ (nguyen cong et al., 2022)
1.2 Lợi ích
Sau nhiều năm nghiên cứu và thu thập dữ liệu, IRRI đã có cơ sở khẳng định hiệu quả rõ ràng của kĩ thuật Ngập khô xen kẽ (AWD) trên 3 phương diện:
Tiết kiệm nước Từ cốt lõi của việc giảm thời gian ngập nước trong suốt vụ mùa trồng lúa, AWD có thể giúp toàn hệ thống tưới tiêu giảm đến 40% lượng nước cần sử dụng.
Giảm thải khí nhà kính AWD được cho rằng làm giảm 50% lượng phát thải khí Metan CH4 phát sinh từ nuôi trồng trong nông nghiệp. Quá trình rút nước tạo sự khô thoáng cho bề mặt đất trồng lúa đã phá vỡ môi trường yếm khí của vi khuẩn phân hủy chất hữu cơ sinh ra khí Metan (Yang et al., 2020).
Tăng biên độ lợi nhuận của nông sản Thông qua việc giảm chi phí sản xuất (lượng nước, nhân công, thời gian) nhưng vẫn đảm bảo được năng suất và chất lượng của cây lúa không bị suy giảm, AWD đem đến giá trị kinh tế tốt hơn cho người nông dân (Arai et al., 2021).
2. Ứng dụng AWD tại Việt Nam
2.1 Thực trạng
Đồng bằng Sông Cửu Long (ĐBSCL) là vựa lúa lớn nhất Việt Nam, có các tiểu vùng sinh thái nông nghiệp khác nhau gồm vùng đất phù sa, đất nhiễm mặn, đất ngập lụt và đất phèn nên sự phát thải khí nhà kính có sự khác biệt giữa các vùng này. Nhìn chung, ước tính phát thải CH4 ở ĐBSCL là 1,92 kg CH4/ha/ngày trong khi đó, hệ số phát thải CH4 ở vùng Đông Nam Á là 1,22 kg CH4/ha và tương đồng với hệ số phát thải mặc định toàn cầu 1,19 kg CH4/ha/ngày (Yona et al., 2020). Qua đây cho thấy, mức phát thải CH4 trung bình ở ĐBSCL vượt ngưỡng trung bình (nguyen cong et al., 2022).
Đồng thời trước tác động của biến đổi khí hậu và xâm nhập nước biển, vào năm 2017, Chính phủ Việt Nam thông qua Nghị quyết 120, đã đề ra kế hoạch sử dụng các phương pháp trồng trọt bền vững, yêu cầu các nông dân trong vùng đồng bằng cần phải tìm cách giảm tiêu thụ nước tưới tiêu. Chính những yếu tố này đã thúc đẩy quá trình thử nghiệm và nghiên cứu áp dụng AWD tại Việt Nam.
2.2 Biến thể của AWD tại Việt Nam
Áp dụng AWD, mặt khác, đôi khi chưa thực sự hoàn hảo khi có thể làm tăng lượng khí thải N2O, thất thoát dinh dưỡng trong đất và việc thực hiện nó gây phiền hà cho nông dân. Do đó, một dạng đơn giản hơn của AWD là AWD Farmer – AWDF, khi nông dân thực hành theo kinh nghiệm của họ. Nông dân quan sát mặt ruộng để chọn thời điểm cho nước vào ruộng mà không đợi mực nước giảm thấp đến 15cm như AWD tiêu chuẩn.
Kiểu AWDF này thường được áp dụng ở tỉnh An Giang, nơi phổ biến hệ thống đê điều hoàn chỉnh. Tổng lượng phát thải CH4 theo mùa đã giảm đáng kể (35%) ở các ruộng AWDF, nhưng không có sự khác biệt nào về lượng phát thải N2O so với tưới ngập truyền thống. Những kết quả này chỉ ra rằng AWDF, nếu được thực hiện đầy đủ, có thể vừa giảm phát thải CH4 trong ruộng lúa vừa không làm giảm hàm lượng chất dinh dưỡng Nitơ trong đất (Uno et al., 2021).
Thêm vào đó, người nông dân Việt Nam thường chỉ áp dụng AWDF vào mùa mưa khi lượng nước dự trữ dồi dào, còn vào những mùa có lượng mưa thấp thì họ có xu hướng thích nước ngập liên tục như một cách đề phòng chống lại sự khô hạn.
2.3 Tiềm năng của AWD tại Việt Nam
Số liệu nghiên cứu chỉ ra rằng tại ĐBSCL, năng suất lúa, chỉ số thu hoạch và tỷ lệ hạt chín ở ruộng canh tác AWD cao hơn so với ruộng canh tác theo kiểu ngập liên tục lần lượt là 8,9%, 4,4% và 3,5%. Hơn nữa, hàm lượng đạm trong hạt gạo thấp hơn và sử dụng nước tưới cũng thấp hơn 43% khi áp dụng AWD (Arai et al., 2021).
Phân tích chi phí và lợi ích của AWD cho thấy AWD đã góp phần tăng thu nhập ròng của nông dân chủ yếu bằng cách giảm chi phí sản xuất. Đồng lợi ích là thu nhập ròng bổ sung cho nông dân 8.540 tỷ đồng (371,36 triệu USD) mỗi năm so với trồng lúa thông thường (Mai et al., 2019).
2.4 Những thách thức cần vượt qua
Hai trở ngại lớn khi mở rộng mô hình AWD ở Việt Nam đó là chất lượng hệ thống tưới tiêu dưới tiêu chuẩn và hiệu quả kinh tế còn rất thấp.
Nguyên nhân chính là do hệ thống nông nghiệp Việt Nam phát triển theo hướng hộ gia đình nhỏ lẻ, diện tích trồng trọt của mỗi hộ trung bình chỉ tầm 0.13 hectar, một con số rất nhỏ. Giá trị nông sản thu hoạch từ diện tích này không đủ để bù vào chi phí lắp đặt hệ thống tưới tiêu hiện đại phục vụ cho ADW. Đồng thời khả năng tiếp cận thông tin và nhận thức của người nông dân về vấn đề hiện đại hóa nông nghiệp, bảo vệ môi trường là rất khác nhau, dẫn đến trong cùng một khu vực trồng trọt, mỗi hộ sẽ áp dụng các phương pháp canh tác không đồng nhất, và đây là điều kiện bất lợi cho sự phát huy hiệu quả của AWD. Bởi lẽ nếu chỉ có một diện tích nhỏ vào thời kì nhất định là rút khô nước, các vùng trồng xung quanh vẫn theo mô hình ngập nước toàn thời gian thì chuột và các loài gặm nhấm có xu hướng sẽ tấn công mạnh mẽ vào mảnh đất khô ráo hơn, từ đó lại càng giảm hiệu quả mô hình AWD (Gupta et al., 2023).
2.5 Định hướng phát triển trong tương lai
2.5.1 Ứng dụng IoT (IoT)
Một thiết bị để đo mức nước trong cánh đồng sử dụng công nghệ IoT (Internet of things), chạy bằng năng lượng mặt trời đã được nghiên cứu sử dụng thành công tại Việt Nam. Công nghệ này cho phép người dùng quản lý mức nước trong cánh đồng thông qua phần mềm quản lý được thiết lập trên thiết bị di động có kết nối vệ tinh với máy đo cảm ứng đặt tại cánh đồng. Qua đó, người dùng có thể kiểm soát và khởi động máy bơm từ điện thoại di động của họ để cho nước vào cánh đồng khi mức nước dưới ngưỡng của AWD.
Kết quả là, kết hợp AWD với IoT mang lại hiệu quả đáng kể, giúp nông dân tiết kiệm thêm 13% – 20% lượng nước so với AWD thủ công. Ngoài ra, AWD với IoT giúp họ tiết kiệm năng lượng và thời gian. Trong giai đoạn cuối cùng, ứng dụng IoT tạo ra năng suất cao hơn so với AWD thủ công với mức tăng trên 11% tại Cần Thơ và gần 5% tại Trà Vinh và An Giang (Gupta et al., 2023)
2.5.2 Sử dụng các sản phẩm phân bón, thuốc bảo vệ thực vật nguồn gốc sinh học
Trong những giai đoạn có sự chuyển đổi giữa ngập – khô, cây lúa cần thời gian để kịp thích ứng với sự thay đổi và đây là thời điểm dễ bị tấn công bởi sinh vật gây hại. Sự hỗ trợ từ các sản phẩm thuốc bảo vệ thực vật và phân bón là tối quan trọng để đảm bảo năng suất của cây lúa không bị suy giảm. Tuy nhiên nhà nông cũng cần lựa chọn kĩ càng sản phẩm được sử dụng nên có nguồn gốc sinh học không gây hại đến môi trường và con người để phát huy hết giá trị nông nghiệp bền vững của chính phương pháp AWD đang hướng tới.
2.6 Chương trình hợp tác BNS
BNS (BSB nanotechnology – Net Zero Carbon – Spriro Carbon) mang đến một giải pháp trọn gói cho quá trình hiện hóa nông nghiệp, hướng tới mục tiêu phát triển bền vững. Sự hợp tác này sẽ tận dụng công nghệ trí tuệ nhân tạo của Spiro Carbon, có trụ sở tại Hoa Kỳ, chuyên phân tích dữ liệu từ nhiều nguồn khác nhau, bao gồm cả hình ảnh vệ tinh, để giám sát và đánh giá mức độ giảm lượng khí nhà kính trong quá trình trồng lúa. Qua dự án này, những người nông dân tham gia có thể tạo ra thêm nguồn thu nhập bằng cách bán lượng carbon bù đắp cho những cá nhân quan tâm đến việc bảo vệ môi trường. Đồng thời, quá trình chiết xuất nano silica từ trấu của BSB Nanotechnology như ECO OK sẽ cung cấp các giải pháp hữu cơ cho quản lý cây trồng, bao gồm phòng trừ nấm, sâu bệnh, virus và vi khuẩn gây hại, từ đó tăng năng suất, giảm chi phí và phù hợp với các biện pháp canh tác bền vững.
Kế hoạch thực hiện BNS không còn là ý tưởng nằm trên giấy mà đã được đưa vào nghiên cứu thực tiễn tại Thái Lan và Việt Nam. Trong năm 2023-2024, Daklak, Bình Phước, Đồng Tháp, Hậu Giang và Kiên Giang là các tỉnh thành tiên phong trong ưng dụng gói giải pháp của BNS và bắt đầu từ vụ mùa năm sau mô hình là có mặt trên toàn bộ Đồng bằng Sông Cửu Long.
Nguồn tài liệu
Arai, H., Hosen, Y., Chiem, N. H., & Inubushi, K. (2021). Alternate wetting and drying enhanced the yield of a triple-cropping rice paddy of the Mekong Delta. Soil Science and Plant Nutrition, 67(4), 493–506.
Gupta, S., Mann, V., Mazzucotelli, J., Gomez, M., & Maqsood, H. (2023, July 24). Vietnamese rice farmers go high-tech to anticipate a low-water future. Mongabay.
Leon, A., & Izumi, T. (2022). Impacts of alternate wetting and drying on rice farmers’ profits and life cycle greenhouse gas emissions in An Giang Province in Vietnam. Journal of Cleaner Production, 354, 131621. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2022.131621
Mai, V. T., Nguyen, T. D. T., Le, H. A., Richards, M. B., Sebastian, L. S., Wollenberg, E. K., Vu, D. Q., & Sander, B. O. (2019). An investment plan for low-emission rice production in the Mekong River Delta region in support of Vietnam’s Nationally Determined Contribution to the Paris Agreement. CCAFS Working Paper.
Nguyen Cong, T., Thao, H., Cong Khanh, H., Nguyễn, H., Tran, N., Izumi, T., & Cong, N. (2022). Kỹ thuật canh tác lúa tiết kiệm nước, giảm phát thải khí nhà kính và thích ứng biến đổi khí hậu. Can Tho University Journal of Science, 58, 231–238. https://doi.org/10.22144/ctu.jvn.2022.209
Van Der Hoek, W., Sakthivadivel, R., Renshaw, M., Silver, J. B., Birley, M. H., & Konradsen, F. (2001). Alternate wet/dry irrigation in rice cultivation: a practical way to save water and control malaria and Japanese encephalitis?
Yang, H., Feng, J., Weih, M., Meng, Y., Li, Y., Zhai, S., & Zhang, W. (2020). Yield reduction of direct-seeded rice under returned straw can be mitigated by appropriate water management improving soil phosphorus availability. Crop and Pasture Science, 71(2), 134–146.
Yona, L., Cashore, B., Jackson, R. B., Ometto, J., & Bradford, M. A. (2020). Refining national greenhouse gas inventories. Ambio, 49, 1581–1586.