Tổng quan nghiên cứu

Sản xuất lúa gạo giữ vai trò sống còn đối với an ninh lương thực và ổn định kinh tế xã hội tại Việt Nam. Theo số liệu thống kê năm 2016, tổng diện tích gieo cấy lúa cả nước đạt 7,751 triệu ha với sản lượng 44,192 triệu tấn thóc, trong đó khu vực nông thôn chiếm gần 80% dân số và thu hút 72% lực lượng lao động nông nghiệp. Tuy nhiên, trước sức ép đô thị hóa nhanh chóng làm thu hẹp đất canh tác và tác động tiêu cực của biến đổi khí hậu, ngành trồng trọt đang đối mặt với nhiều thách thức lớn. Thói quen canh tác truyền thống lạm dụng phân bón vô cơ và gieo cấy mật độ quá dày đang làm gia tăng chi phí sản xuất, bùng phát sâu bệnh hại và gây ô nhiễm môi trường sinh thái.

Nhằm giải quyết bài toán thâm canh bền vững, nghiên cứu tập trung xác định chính xác liều lượng phân đạm và mật độ cấy tối ưu cho giống lúa thuần chất lượng cao LTH31. Đề tài được triển khai thực nghiệm tại cánh đồng số 5 thuộc Viện Cây lương thực và Cây thực phẩm tại xã Liên Hồng, huyện Gia Lộc, tỉnh Hải Dương trong khoảng thời gian từ tháng 01/2017 đến tháng 04/2018.

Ý nghĩa thực tiễn của công trình thể hiện rõ qua việc thiết lập gói kỹ thuật đồng bộ, giúp giống lúa LTH31 đạt năng suất thực thu kỷ lục 71,9 tạ/ha, nâng mức lãi thuần lên 46,897 triệu đồng/ha. Kết quả này cung cấp luận cứ khoa học vững chắc để hoàn thiện quy trình canh tác, mở rộng diện tích gieo trồng tại các tỉnh Đồng bằng sông Hồng và thúc đẩy việc công nhận chính thức giống lúa mới trên phạm vi toàn quốc.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng dựa trên sự tích hợp của hai nhóm lý thuyết kinh điển trong sinh lý thực vật và kỹ thuật nông học:

Thứ nhất, lý thuyết về động thái dinh dưỡng khoáng và hiệu suất sử dụng đạm của cây lúa nhiệt đới. Đạm là thành phần cấu tạo nền tảng của axit amin, protein diệp lục và enzyme xúc tác quang hợp Rubisco. Cây lúa đòi hỏi lượng đạm cân đối theo từng thời kỳ sinh trưởng để tối ưu hóa quá trình đẻ nhánh và phân hóa mầm hoa. Việc bón thừa đạm sẽ làm tăng tích lũy nitrat tự do, gây hiện tượng lốp đổ và kéo dài thời gian chín.

Thứ hai, lý thuyết cấu trúc quần thể ruộng lúa và hiệu ứng hàng biên. Mật độ gieo cấy chi phối trực tiếp đến không gian dinh dưỡng, mức độ chiếu sáng của tán lá và tiểu khí hậu đồng ruộng. Bố trí mật độ hợp lý giúp cây phát huy tối đa khả năng quang hợp thuần và giảm thiểu sự cạnh tranh nội loài.

Nghiên cứu vận dụng hệ thống các khái niệm chuyên ngành then chốt bao gồm: chỉ số diện tích lá (LAI), tốc độ tích lũy chất khô (CGR), hệ số đẻ nhánh hữu hiệu (HSĐNHH), năng suất sinh vật học (NSSVH) và hệ số kinh tế (HSKT).

Phương pháp nghiên cứu

Thí nghiệm đồng ruộng được tiến hành trong vụ Xuân 2017 với giống lúa thuần LTH31 (nguồn gốc từ tổ hợp lai HT1 và IA CUBA28, được công nhận sản xuất thử theo Quyết định số 235/QĐ-TT-CLT ngày 20 tháng 6 năm 2016 của Cục Trồng trọt). Thời gian gieo mạ vào ngày 06/02/2017 và cấy ngày 18/02/2017 khi mạ đạt 12 ngày tuổi với quy chuẩn 3 dảnh/khóm.

Về quy mô và cỡ mẫu: Thí nghiệm bố trí tổng cộng 27 ô tiêu chuẩn, diện tích mỗi ô là 10 m2 (kích thước 4 m x 2,5 m), có dải cách ly bảo vệ 2 m và bờ ngăn cách giữa các ô 0,5 m. Phương pháp thu thập dữ liệu áp dụng kỹ thuật chọn mẫu ngẫu nhiên tại 5 điểm theo đường chéo góc trên từng ô thí nghiệm. Mỗi điểm chọn cố định 2 khóm để đo đếm định kỳ 7 ngày một lần; lấy mẫu sinh học 3 khóm/ô tại 3 thời kỳ trọng điểm (đẻ nhánh rộ, trước trỗ, chín sáp) và lấy mẫu 10 khóm/ô trước thu hoạch để phân tích cấu thành năng suất.

Phương pháp bố trí và xử lý số liệu: Thí nghiệm áp dụng kiểu khối phụ (Split-plot) với 3 lần nhắc lại. Nhân tố chính (ô lớn) gồm 3 mức bón đạm N1 (75 kg N/ha), N2 (100 kg N/ha), N3 (125 kg N/ha) trên nền phân bón 1.200 kg phân hữu cơ vi sinh Sông Gianh + 90 kg P2O5 + 90 kg K2O/ha. Nhân tố phụ (ô nhỏ) gồm 3 mật độ cấy M1 (25 khóm/m2), M2 (35 khóm/m2), M3 (45 khóm/m2). Lý do lựa chọn mô hình Split-plot kết hợp phần mềm thống kê IRRISTAT 5.0 và Excel 2010 nhằm bóc tách chính xác tác động riêng rẽ cũng như tương tác phức hợp giữa mức phân bón và mật độ cấy ở mức ý nghĩa kiểm định sai khác LSD 0.05 với hệ số biến động CV duy trì dưới 10%.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Nghiên cứu đã ghi nhận 4 phát hiện quan trọng phản ánh rõ nét quy luật sinh trưởng và năng suất của giống lúa LTH31:

Thứ nhất, về thời gian sinh trưởng và chiều cao cây: Giống lúa LTH31 có tổng thời gian sinh trưởng vụ xuân từ 123 đến 126 ngày. Mức đạm bón cao (125 kg N/ha) làm kéo dài thời gian chín từ 1 đến 3 ngày so với mức bón 75 kg N/ha. Chiều cao cây cuối cùng tăng thuận theo lượng đạm và mật độ, dao động từ 107,8 cm (công thức 75 kg N/ha, mật độ 25 khóm/m2) lên mức tối đa 125,8 cm (công thức 125 kg N/ha, mật độ 45 khóm/m2).

Thứ hai, về động thái đẻ nhánh: Lúa bắt đầu đẻ nhánh sau cấy 12 đến 13 ngày và đạt đỉnh đẻ nhánh ở tuần thứ 6 sau cấy với 8,1 đến 10,4 nhánh/khóm. Số nhánh hữu hiệu đạt cao nhất ở mật độ 35 khóm/m2 kết hợp mức đạm 75 kg N/ha (6,7 nhánh/khóm) và mức 100 kg N/ha (6,2 nhánh/khóm). Ở mật độ dày 45 khóm/m2 kết hợp 125 kg N/ha, số nhánh hữu hiệu sụt giảm chỉ còn 5,2 nhánh/khóm.

Thứ ba, về năng suất thực thu và hiệu quả kinh tế: Công thức kết hợp mức đạm 100 kg N/ha và mật độ 35 khóm/m2 (N2M2) mang lại năng suất thực thu vượt trội đạt 71,9 tạ/ha, cao hơn từ 8,3% đến 16,5% so với các công thức bón đạm thấp (75 kg N/ha) hoặc bón thừa đạm (125 kg N/ha). Công thức này đạt mức lợi nhuận thuần cao nhất với 46,897 triệu đồng/ha.

Thứ tư, về hiệu suất sử dụng phân bón và áp lực dịch hại: Hiệu suất bón đạm giảm nhanh khi tăng lượng đạm từ 100 kg N/ha lên 125 kg N/ha trên cùng mật độ. Mật độ cấy dày 45 khóm/m2 làm tăng độ ẩm gốc rạ, khiến mức độ nhiễm bệnh khô vằn và sâu cuốn lá tăng lên từ 1 đến 2 cấp so với mật độ 25 và 35 khóm/m2.

Thảo luận kết quả

Các kết quả thực nghiệm chỉ ra rằng sự kết hợp giữa mức bón 100 kg N/ha và mật độ 35 khóm/m2 thiết lập sự cân bằng hoàn hảo giữa cá thể và quần thể. Ở ngưỡng này, chỉ số diện tích lá đạt mức tối ưu, giúp tầng lá đòng tiếp nhận tối đa bức xạ quang hợp để chuyển hóa đường bột về hạt trong giai đoạn chín sáp mà không gây lốp đổ thân cây.

Ngược lại, khi nâng mức bón lên 125 kg N/ha, cây lúa sinh trưởng sinh dưỡng quá mức làm phiến lá to mỏng và rủ xuống, che khuất ánh sáng của các tầng lá dưới. Hiện tượng này làm tiêu hao lượng lớn chất khô do hô hấp và khiến khoảng 40% đến 60% lượng phân đạm bị thất thoát qua bốc hơi hoặc rửa trôi. Phát hiện này hoàn toàn củng cố các luận điểm sinh lý thực vật về điểm bão hòa dinh dưỡng đạm trong nghiên cứu cây lúa nhiệt đới.

Trong thực tế phân tích dữ liệu học thuật, các mối tương quan phức hợp này có thể được mô hình hóa trực quan rất hiệu quả thông qua biểu đồ cột ghép đa trục biểu diễn đồng thời năng suất thực thu và lợi nhuận kinh tế của 9 công thức thí nghiệm. Đồng thời, biểu đồ đường biểu diễn động thái tích lũy chất khô qua 3 giai đoạn sinh trưởng kết hợp bảng ma trận so sánh các yếu tố cấu thành năng suất sẽ giúp người đọc dễ dàng nhận diện công thức kỹ thuật tối ưu.

Đề xuất và khuyến nghị

Nhằm chuyển giao kết quả nghiên cứu vào thực tế sản xuất lúa thuần chất lượng cao, các giải pháp kỹ thuật và tổ chức được đề xuất cụ thể như sau:

Quy chuẩn hóa định mức bón phân đạm: Áp dụng liều lượng bón cố định 100 kg N/ha (tương đương 217 kg Urê Agrotein 46% N/ha) trên nền phân lót 1.200 kg phân hữu cơ vi sinh, 90 kg P2O5 và 90 kg K2O/ha cho giống LTH31 vụ Xuân muộn. Thực hiện phân kỳ bón đạm nghiêm ngặt theo 4 đợt: bón lót trước cấy; bón thúc đợt 1 sau cấy 7 đến 8 ngày chiếm 50% N; bón thúc đợt 2 sau cấy 15 đến 16 ngày chiếm 20% N; bón đón đòng chiếm 20% N và bón nuôi hạt trước trỗ 2 đến 3 ngày chiếm 10% N. Mục tiêu giữ vững năng suất ổn định trên 70 tạ/ha và tiết kiệm 20% chi phí phân bón. Thời gian triển khai ngay trong vụ Xuân năm 2019 do Trung tâm Khuyến nông các tỉnh chỉ đạo thực hiện.

Kiểm soát mật độ cấy đạt chuẩn sinh học: Duy trì khoảng cách cấy chuẩn 20 cm x 14 cm, tương ứng mật độ 35 khóm/m2, cấy 3 dảnh/khóm bằng mạ non từ 12 đến 14 ngày tuổi. Giải pháp này giúp giảm 15% đến 20% lượng hạt giống gieo ban đầu (chỉ cần 1,2 đến 1,5 kg giống/sào Bắc Bộ), tạo ruộng thông thoáng và giảm tỷ lệ sâu bệnh hại xuống dưới cấp 1. Hợp tác xã nông nghiệp và bà con nông dân là chủ thể trực tiếp thực hiện trong suốt chu kỳ gieo cấy.

Tăng cường quy trình quản lý dịch hại tổng hợp: Triển khai các biện pháp canh tác IPM, theo dõi sát sao mật độ rầy nâu, sâu cuốn lá nhỏ và bệnh khô vằn từ tuần thứ 4 đến tuần thứ 6 sau cấy. Tuyệt đối không bón thúc đạm muộn khi lúa đã bước vào giai đoạn đứng cái làm đòng để triệt tiêu nguy cơ bùng phát bệnh bạc lá và đạo ôn cổ bông. Thời gian giám sát liên tục từng vụ do Chi cục Trồng trọt và Bảo vệ thực vật các địa phương hướng dẫn.

Mở rộng mô hình liên kết sản xuất thương phẩm: Xây dựng các vùng sản xuất lúa giống LTH31 tập trung quy mô 500 đến 1.000 ha tại các huyện trọng điểm lúa như Gia Lộc, Nam Sách, Bình Giang (Hải Dương) và các vùng phụ cận trong giai đoạn 2019 - 2022. Viện Cây lương thực và Cây thực phẩm chủ trì phối hợp cùng các doanh nghiệp chế biến lúa gạo thực hiện bao tiêu sản phẩm đầu ra cho nông dân.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nội dung và số liệu thực nghiệm trong luận văn mang lại giá trị ứng dụng thiết thực cho 4 nhóm đối tượng trọng tâm:

Cán bộ khuyến nông và kỹ sư nông học địa phương: Tiếp cận quy trình kỹ thuật chuẩn hóa về mật độ cấy 35 khóm/m2 và lượng bón 100 kg N/ha, từ đó xây dựng các tài liệu hướng dẫn kỹ thuật ngắn gọn, dễ hiểu để tập huấn cho bà con nông dân tại các tỉnh Đồng bằng sông Hồng.

Chủ nhiệm hợp tác xã và chủ trang trại trồng lúa: Nắm bắt cơ sở định lượng để tối ưu hóa chi phí đầu vào, cắt giảm lượng phân bón dư thừa, nâng cao tỷ lệ hạt chắc trên bông và gia tăng lợi nhuận thực tế lên mức 46,897 triệu đồng/ha trên mỗi chu kỳ sản xuất.

Học viên cao học, giảng viên và sinh viên ngành Nông học: Tham khảo phương pháp luận chuẩn mực trong bố trí thí nghiệm ô chính phụ Split-plot 2 nhân tố trên đồng ruộng, kỹ thuật theo dõi các chỉ tiêu nông học chi tiết và quy trình xử lý phương sai ANOVA chuyên sâu bằng phần mềm IRRISTAT 5.0.

Doanh nghiệp sản xuất giống cây trồng và phân bón thương mại: Sử dụng các dữ liệu về đặc tính sinh trưởng, phản ứng phân bón của giống lúa LTH31 để phối chế các dòng phân bón chuyên dùng theo từng thời kỳ sinh trưởng và mở rộng mạng lưới phân phối hạt giống chất lượng cao.

Câu hỏi thường gặp

Vì sao mức bón đạm 100 kg N/ha lại mang lại hiệu quả kinh tế cao hơn mức bón 125 kg N/ha? Khi bón 100 kg N/ha kết hợp mật độ 35 khóm/m2, cây lúa hấp thu dinh dưỡng vừa đủ để đạt số bông hữu hiệu tối ưu và năng suất 71,9 tạ/ha. Bón tăng lên 125 kg N/ha làm tăng chi phí vật tư nhưng năng suất thực thu lại suy giảm do tỷ lệ lép hạt tăng và cây dễ bị sâu bệnh gây hại, khiến lợi nhuận thuần bị hạ thấp.

Mật độ cấy 35 khóm/m2 mang lại những ưu thế sinh học nào so với cấy dày 45 khóm/m2? Mật độ 35 khóm/m2 tạo không gian dinh dưỡng thông thoáng, giúp tăng hệ số đẻ nhánh hữu hiệu lên 2,1 và đạt 6,2 nhánh hữu hiệu/khóm. Ngược lại, mật độ 45 khóm/m2 làm các khóm che khuất ánh sáng lẫn nhau, giảm khả năng quang hợp và khiến số nhánh hữu hiệu giảm xuống chỉ còn 5,2 nhánh/khóm.

Giống lúa thuần LTH31 có những đặc điểm nông học nổi bật nào phù hợp với trà xuân muộn? Giống LTH31 có thời gian sinh trưởng ngắn từ 123 đến 126 ngày trong vụ xuân muộn, chiều cao cây cứng cáp từ 110 đến 117 cm, bộ lá đòng đứng giúp đón ánh sáng tốt, khả năng chống đổ ngã cao và cho chất lượng hạt gạo trắng trong, cơm thơm đậm vị.

Kỹ thuật chia nhỏ lượng đạm bón thành 4 lần mang lại lợi ích gì cho cây lúa? Phương pháp chia đạm thành 4 lần (thúc lần một 50%, thúc lần hai 20%, đón đòng 20% và nuôi hạt 10%) cung cấp dinh dưỡng đúng nhịp sinh lý của cây, hạn chế hiện tượng rửa trôi phân bón từ 40% đến 60% và nuôi dưỡng hạt lúa mẩy chắc đồng đều.

Nghiên cứu sử dụng công cụ thống kê nào để kiểm định mức độ tin cậy của các sai khác? Tác giả sử dụng chương trình Microsoft Excel 2010 và phần mềm nông học IRRISTAT 5.0 để phân tích phương sai, đánh giá sự sai khác có ý nghĩa thống kê giữa các công thức ở mức xác suất 95% qua chỉ số LSD 0.05 và hệ số biến động CV đạt mức 5,9% đến 9,7%.

Kết luận

Tổng kết những đóng góp khoa học và thực tiễn nổi bật của công trình nghiên cứu:

  • Xác định chính xác công thức thâm canh tối ưu cho giống lúa thuần LTH31 là liều lượng bón 100 kg N/ha kết hợp mật độ cấy 35 khóm/m2 (cấy 3 dảnh/khóm).
  • Đạt năng suất thực thu kỷ lục 71,9 tạ/ha và hiệu quả kinh tế cao nhất với lãi thuần 46,897 triệu đồng/ha trên chân đất Gia Lộc, Hải Dương.
  • Giải quyết hài hòa bài toán giữa tối ưu hóa cấu trúc tán lá, duy trì số nhánh hữu hiệu đạt 6,2 nhánh/khóm và hạn chế tối đa nguy cơ sâu bệnh, lốp đổ.
  • Cung cấp cơ sở thực nghiệm vững chắc để hoàn thiện quy trình canh tác giống lúa LTH31 theo định hướng nâng cao chất lượng hạt gạo thương phẩm.
  • Đóng góp bộ dữ liệu tham khảo giá trị cho công tác chuyển giao kỹ thuật và nhân rộng các giống lúa cảm ôn ngắn ngày tại các tỉnh phía Bắc.

Kế hoạch hành động tiếp theo trong giai đoạn 2019 - 2022 là mở rộng mô hình trình diễn ra quy mô đại trà trên nhiều loại chân đất khác nhau tại Đồng bằng sông Hồng. Các nhà quản lý nông nghiệp, khuyến nông viên và hộ nông dân hãy nhanh chóng ứng dụng gói kỹ thuật đồng bộ này để gia tăng năng suất lúa gạo, cắt giảm chi phí vật tư và nâng cao thu nhập một cách bền vững.