Công nghệ thủy lợi nội đồng: Góp phần giải quyết việc tưới tiêu trong nông nghiệp ‘xanh’

TS Lê Xuân Quang (thứ ba từ trái sang) tại mô hình.

Theo quan điểm truyền thống “nước, phân, cần, giống” thì nước đóng vai trò số một trong trồng lúa. Quan điểm đó dường như không mấy thay đổi trong bối cảnh canh tác hiện đại bởi theo số liệu thống kê, lượng nước sử dụng hằng năm cho hoạt động sản xuất nông nghiệp của nước ta vào khoảng 93 tỷ m³, trong đó lượng nước chủ yếu cho canh tác lúa với 46,3 tỷ m³. Việc phụ thuộc vào nước trong canh tác nông nghiệp đang đặt ra bài toán lớn cho đồng bằng sông Hồng, một trong hai vựa lúa lớn của Việt Nam, đang liên tục đối diện với tình trạng khan hiếm nước, phần vì dòng chảy ngày một thấp do nạn khai thác cát đáy nên máy bơm khó hút nước lên đồng.

Mặt khác, theo góc nhìn của khoa học, hoạt động trồng lúa nước còn phát thải ra môi trường một lượng khí nhà kính không hề nhỏ, trong đó nguồn phát thải lớn nhất là CH4. Như vậy, để giảm lượng phát thải khí nhà kính, tránh ô nhiễm môi trường thì một trong những biện pháp hiệu quả là quản lý lượng nước tưới tiêu phù hợp để giảm phát thải CH4 trên vùng trồng lúa nước.

Là người quan tâm đến các vấn đề về thủy lợi và môi trường, TS Lê Xuân Quang (Viện Nước, Tưới tiêu và Môi trường) đã đề xuất nghiên cứu về các công nghệ giúp giảm thiểu lượng nước tưới trong việc trồng lúa. Năm 2013, ông phát hiện ra công nghệ thủy lợi nội đồng của Nhật Bản có thể sẽ là lời giải cho bài toán mà lâu nay mình vẫn trăn trở. Theo giải thích của ông, “đây là chuỗi các giải pháp cụ thể gồm quy hoạch đồng ruộng, san phẳng đồng ruộng; các công nghệ chia nước, kiểm soát nước tưới, tiêu mặt ruộng; công trình chống thoát nước mặt ruộng, hệ thống kênh mương nội đồng, các thiết bị kiểm soát đếm nước theo thời gian thực, đo mực nước trên ruộng lúa, quy trình tưới, tiêu khoa học cho lúa, giảm phát thải khí nhà kính v.v.”. Công nghệ này sẽ giúp kiểm soát lượng nước tưới, tiêu trong suốt mùa vụ. Đáng chú ý, sự thay đổi chế độ nước sẽ kéo theo sự thay đổi lượng phát thải của một số khí, nhiệt độ và Eh của môi trường đất, tác động đến quá trình hình thành và chuyển hóa carbon trong đất.

“Một số kết quả nghiên cứu cho thấy, chế độ ngập nước không liên tục (rút nước phơi ruộng giữa vụ, rút nước định kỳ) sẽ góp phần làm giảm rõ rệt lượng phát thải CH4 so với chế độ ngập nước liên tục trên ruộng lúa”, TS Quang cho hay. Vậy điều gì khiến ông cho rằng công nghệ này của Nhật Bản có thể áp dụng ổn thỏa trên đồng ruộng Việt Nam?

“Chúng tôi nhận thấy kỹ thuật gieo trồng, tập quán canh tác của vùng Đồng bằng sông Hồng Việt Nam có sự tương đồng với Nhật Bản. Dù có nhiều mô hình mà nhiều quốc gia tiên tiến trên thế giới áp dụng nhưng nhờ những điểm tương đồng như trên, cùng với việc Nhật Bản là nước có nền nông nghiệp công nghệ cao phát triển nên chúng tôi đã quyết định học hỏi mô hình này”.

Do đó, vào cuối năm 2015, sau khi được phê duyệt đề tài “Nghiên cứu ứng dụng công nghệ của Nhật Bản trong hệ thống thủy lợi nội đồng nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng nước, giảm phát thải khí nhà kính trong sản xuất lúa vùng Đồng bằng sông Hồng”, TS Lê Xuân Quang đã mời các chuyên gia Nhật Bản sang Việt Nam để chọn địa điểm bố trí thí nghiệm. Tuy nhiên, “việc chọn địa điểm cũng vô cùng khó khăn”, ông Quang cho hay. “Từ cách đây 80 năm, Nhật Bản đã bắt đầu ứng dụng công nghệ này từ việc quy hoạch đồng ruộng, hệ thống thủy lợi, san ủi ruộng cho bằng phẳng bằng laser, cũng như xây dựng các hệ thống tưới, tiêu riêng biệt – chứ không tưới tiêu hỗn hợp như nước ta. Một thửa ruộng của họ cũng lên tới vài ha, trong khi Việt Nam hãy còn manh mún, mỗi hộ chỉ có vài trăm mét vuông trồng lúa.” Chính vì vậy, nhóm nghiên cứu đã đi nhiều tỉnh thành để tìm kiếm một địa điểm có thể đáp ứng những điều kiện trên, và cuối cùng các chuyên gia Nhật Bản đã chọn khu vực ruộng quy mô 50,2 ha tại xã Phú Thịnh, huyện Kim Động, tỉnh Hưng Yên. “Khu mô hình này có những điều kiện thuận lợi như có thể chủ động tưới tiêu, khu vực đã dồn điền dồn thửa, khu mô hình khá bằng phẳng để thuận tiện cho điều tiết nước mặt ruộng, gần đường thuận tiện cho giao thông”.

Kiểm soát nước mặt ruộng

Bước đầu, nhóm nghiên cứu đã tiến hành áp dụng các giải pháp chia nước trên kênh, kiểm soát mực nước trên ruộng bằng các kỹ thuật phù hợp do phía đối tác Nhật Bản chuyển giao. “Chúng tôi cũng cùng nhau cải tiến cho phù hợp với điều kiện thực tế đồng ruộng, vùng Đồng bằng sông Hồng”, TS Quang chia sẻ.

Chuyên gia Việt Nam và Nhật Bản test nhanh các chỉ tiêu của đất tại mô hình.

Theo đó, nhóm nghiên cứu đã sử dụng các thiết bị đo đạc, quan trắc mực nước trên kênh, ruộng lúa; các công trình kiểm soát nước mặt ruộng, công trình chống thất thoát nước trên ô ruộng. Thay vì tưới thường xuyên như trước đây, nhóm đã hướng dẫn người nông dân kỹ thuật tưới ướt-khô xem kẽ. “Việc quan sát mực nước trong các ống quan sát tại ô ruộng là cơ sở để tiến hành điều tiết nước trên cánh đồng. So sánh các mô hình tưới, bao gồm khô kiệt, khô vừa và truyền thống, chúng tôi thấy khô vừa là mô hình tối ưu nhất”. – TS Lê Xuân Quang cho biết. Điểm hay của công nghệ Nhật Bản là trong quá trình sinh trưởng, cây lúa không nhất thiết phải được tưới ngập nước liên tục mà chỉ cần tưới ngập mặt ruộng giai đoạn hồi xanh để tránh cỏ và giai đoạn trổ bông để không ảnh hưởng đến năng suất.

Để tối ưu hóa lượng nước tưới tiêu, nhóm nghiên cứu đã xây dựng 15 cống điều tiết và cống lấy nước để vận hành tưới, tiêu theo các kịch bản mẫu khác nhau, lắp đặt một trạm đo tự động các yếu tố khí tượng như mưa, nhiệt độ, độ ẩm… tại các khu thí nghiệm với tốc độ ghi dữ liệu tự động 10 phút/lần. Bên cạnh đó, nhóm cũng lắp đặt hệ thống đo mực nước tự động trên ruộng và trên kênh tưới tiêu; hệ thống đo tự động độ ẩm đất, EC, Eh; hệ thống cầu công tác, các thùng lấy mẫu khí nhà kính,…

Trong quá trình triển khai mô hình, các chuyên gia Nhật Bản và Việt Nam đã hướng dẫn người nông dân cấy thưa và sử dụng chế độ phân bón theo công thức riêng. “Trước đây, người nông dân cấy theo kinh nghiệm, khoảng 50 khóm/ m². Nhưng chúng tôi hướng dẫn họ với vụ xuân chỉ nên cấy mật độ 18-20 khóm/m², vụ mùa 20-24 khóm/m² kết hợp với bón bổ sung phân silic. Cây cần khoảng cách để quang hợp ánh sáng.” – TS Quang phân tích. “Ban đầu thì người dân cũng không tin, nhóm nghiên cứu phải cam kết rằng nếu tưới khô và mật độ thưa như thế khiến năng suất lúa thấp thì sẽ bù lỗ cho họ. Nhưng kết quả cho thấy năng suất lúa của khu thí nghiệm cao hơn khu thực chứng, và bản thân cây lúa cũng khỏe hơn, có khả năng chống chịu sâu bệnh tốt”.

Mô hình ứng dụng công nghệ tưới tiết kiệm nước cho cây lúa trên diện tích khoảng 50 ha đã giúp giảm được khoảng 20,5 – 42,6% lượng nước tưới, giảm lượng phát thải khí nhà kính 22,13 – 48,8% tại ô khô kiệt và 28,6 – 31,82% tại ô khô vừa so với kỹ thuật tưới truyền thống. “Nếu áp dụng mô hình này trên toàn bộ vùng Đồng bằng sông Hồng, chúng ta có thể tiết kiệm được 3,8 tỉ m³ nước mỗi năm. Cụ thể, với giá nước phục vụ cho bơm tưới đến mặt ruộng khoảng 1399đ/m³ thì lượng nước tiết kiệm được khoảng 5948 tỷ đồng”, TS Quang cho biết. “Ngoài ra, khi áp dụng kỹ thuật tưới tiết kiệm nước thì sẽ giảm phát thải khí nhà kính, với giá mỗi tấn CO2 phát thải khoảng 100.000 đồng/tấn thì mỗi năm chúng ta tiết kiệm được khoảng 1143 tỷ đồng”.

Với những ưu điểm vượt trội như trên, Tổng cục Thủy lợi đã ban hành Sổ tay Hướng dẫn quy trình tưới tiêu khoa học cho lúa vùng Đồng bằng sông Hồng, đồng thời quy trình đã được Cục Sở hữu trí tuệ (Bộ KH&CN) cấp bằng độc quyền giải pháp hữu ích số 2348 công bố ngày 27/5/2020.

Dù mô hình tại Hưng Yên đã được triển khai thành công, nhưng theo TS Lê Xuân Quang, “còn rất nhiều điều cần làm trong thời gian tới”. Hiện tại, nhóm nghiên cứu đang đề xuất thí điểm hoàn chỉnh thủy lợi nội đồng gắn với chỉnh trang đồng ruộng, phục vụ sản xuất nông nghiệp hiệu quả, bền vững. “Chúng tôi dự kiến tiếp tục triển khai mở rộng nghiên cứu ở tại Nam Định (cho Vùng Đồng bằng sông Hồng) và Thanh Hóa (cho Vùng Bắc Trung Bộ)”.

Nếu như nghiên cứu tại Hưng Yên đã tận dụng những điều kiện thuận lợi sẵn có như đồng ruộng bằng phẳng, nguồn nước chủ động, các nhà khoa học chỉ cần chuyên tâm nghiên cứu áp dụng công nghệ quản lý nước mặt ruộng; giờ đây, “chúng tôi sẽ áp dụng hệ thống thủy lợi nội đồng của Nhật Bản một cách bài bản hơn, quy hoạch, san ủi lại ruộng để người nông dân canh tác, cũng như tích hợp ứng dụng các giải pháp công nghệ 4.0 để giám sát và theo dõi hoạt động canh tác nông nghiệp thông minh trong tương lai”, TS Quang cho biết.