Chương 1 TỎNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Tình hình xâm nhập mặn và đất mặn 1.1 Tình hình xâm nhập mặn trên thế giới Đất mặn là một vấn đề toàn cầu có ảnh hưởng đến khoảng 20% diện tích đất tưới tiêu và làm giảm năng suất cây trồng đáng kế (Qadir và ctv, 2014). Theo Trung tâm phòng tránh và giảm nhẹ thiên tai, Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn: Xâm nhập mặn là hiện tượng nước mặn với nồng độ mặn bằng 4%o xâm nhập sâu vao nội đồng khi xảy ra triều cường, nước biên dâng hoặc cạn kiệt nguồn nước ngọt. Quá trình hình thành đất mặn ở đây chủ yêu do muối được tích tụ và di chuyền theo mao dẫn rồi tích tụ ở tầng đất mặt, sau đó chảy tràn trên mặt đất theo kiểu rửa trôi (Abrol và Bhumbla, 1979). Người ta ước tính có trên 800 triệu ha đất và 32 triệu ha đất nông nghiệp chịu ảnh hưởng của muối trên toàn thế giới (FAO, 2015).
2019, Ivushkin và ctv đã thực hiện nghiên cứu về diện tích đất bị nhiễm mặn trên toàn thế giới, sử dụng công nghệ viễn thám, cơ sở dữ liệu từ Hệ thống Thông tin Dat Thế giới (WoSIS) kết hợp mô hình hóa. Dữ liệu công bố có khoảng 1.1 tỷ ha đất bị nhiễm mặn, trong đó 1 tỷ ha nhiễm mặn nhẹ (2 - 4 dS/m); 19.800 ha nhiễm mặn trung bình (4 - 8 dS/m); 2.300 nhiễm mặn cao (8 - 16 dS/m) (Omuto va ctv, 2020). Độ man tăng lên hang năm, đó trở thành mối đe dọa vì ảnh hưởng đến sản xuất nông nghiệp trên toàn thế giới. Suy giảm sinh trưởng và năng suất cây trồng là một van đề nghiêm trọng ở các khu vực bị nhiễm mặn (Ashraf và ctv, 2009).
Hàng triệu hecta đất ở phía Nam và Đông Nam Á vốn rất thích hợp cho sản xuất lúa gạo nay bị bỏ hoang hoặc chỉ thu hoạch được năng suất rất thấp do ảnh hưởng của xâm nhập mặn.2 Tình hình xâm nhập mặn tại Việt Nam Ở Việt Nam, hai vùng chịu ảnh hưởng nặng nề nhất của hiện tượng xâm nhập mặn là Đồng bằng sông Hồng (ĐBSH) và Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL). Riêng mùa khô 2015 - 2016, diễn biến xâm nhập mặn tại ĐBSCL được đánh giá là nặng nề nhất trong 100 năm qua và được dự báo còn diễn biến xấu hơn trong những năm tiếp theo (Cục Thông tin khoa học và Công nghệ Quốc gia, 2016). Dot hạn - mặn lịch sử 2015 - 2016 đã gây thiệt hai nặng nề cho 9/13 tỉnh thành ven biển, với độ mặn đạt đỉnh 4%o và có đến 11/13 địa phương trên cả nước công bố tình trạng thiên tai hạn hán, xâm nhập mặn: Long An, Tiền Giang, Bén Tre, Tra Vinh, Sóc Trăng, Bạc Liêu, Cà Mau, Kiên Giang, Cần Thơ, Hậu Giang, Ninh Thuận (Cục Thông tin khoa học và Công nghệ Quốc gia, 2016). Hơn nữa, có những nơi ranh giới mặn xâm nhập sâu vào đất liền lên tới 30 km.
Theo báo cáo đến ngày 25/3/2016, có đến 170.000 ha lúa và gần 8.000 ha hoa mau bị thiệt hại (Trung tâm Chính sách và Kỹ thuật phòng chống thiên tai, 2016). Dự báo trong thời gian tới, xâm nhập mặn sẽ diễn ra sâu và gay gắt hơn trong mùa hạn. Cần có những biện pháp và kế hoạch canh tác hợp lý để đảm bảo hiệu quả cho sản xuất cây trồng (Viện Khoa học Thủy Lợi miền Nam, 2016).3 Phân loại đất mặn Dat mặn cũng là những loại đất mà ở đó có độ dẫn điện của dung dịch đất bão hòa (EC,) lớn hơn 4 dS/m ở 25°C (Richards, 1954). Theo Abrol va ctv (1988), giá tri này thường được sử dung trong phân loại đất mặn trên toàn thế giới.
Muối hòa tan phổ biến nhất hiện nay trong đất mặn là clorua natri và sulfat natri, canxi và magiê. Trong các ion gây mặn cho đất thì Na’ và CI có ảnh hưởng lớn nhất, nhiều loại đất mặn còn chứa một lượng thạch cao (CaSO,. Dat mặn thường có giá trị pH của dung dịch đất bão hòa nhỏ hơn 8,2 và gần trung tính. Đất mặn là loại đất chứa nhiều muối hòa tan và nhóm đất này được chia thành 3 loại (theo Bảng 1.1) (1) đất mặn chứa nhiều muối trung tính hòa tan, pH < 8,5, (2) dat mặn kiềm chứa nhiều muối trung tính hòa tan, tỷ lệ muối Na” cao, và (3) đất kiềm chứa ít muối trung tính hòa tan, tỷ lệ muối Na” cao, pH > 8,5.1 Phân loại đất mặn Loại đất EC (dS/m) pH SAR ESP Dat man (saline) > 4,0 < 8,5 <13 <15 Dat man kiém (saline - sodic) > 4,0 < 8,5 > 13 >15 Dat kiém (sodic) > 4,0 » 85 >13 >15 (Thakur va Sharma, 2019) Ngoài ra, dựa vào vi tri của đất mặn, có thé chia đất mặn làm 2 dạng khác nhau: đất mặn duyên hải và đất mặn nội địa.
Theo Bo vả ctv (2002), đất mặn duyên hải có ở những vùng ven biên, tính mặn này chủ yếu do sự tràn ngập của nước biển và thường có pH thấp. Đất mặn nội địa có ở những vùng khô hạn và bán khô hạn. Tính mặn ở đây do nước mao dẫn hoặc nước ngầm. Sự bốc hơi cao dẫn đến sự tích lũy muối ở vùng rễ cây và dung dịch đất thường có pH cao.2 Ảnh hưởng của mặn đến sinh trưởng và phát trién của cây trồng Man là một trong những yếu tổ phi sinh học quan trọng ảnh hưởng đến sinh trưởng, sinh lý và hạn chế năng suất cây trồng.
Mặn ảnh hưởng đến hầu hết các giai đoạn sinh trưởng, phát triển của cây trồng đồng thời làm thay đổi hình thái và cấu trúc của cây (Cakmak, 2005; Nawaz và ctv, 2010). Đất nhiễm mặn ức chế sự hấp thu nước ở thực vật, gây ra sự mat cân bằng ion dẫn đến ngộ độc ion và stress thẩm thấu (Munns và Tester, 2008). Nồng độ Na” càng cao sẽ cản trở chức năng sinh học của tế bào chất và ảnh hưởng xấu đến các quá trình sinh lý - sinh hóa, chăng hạn như quá trình trao đổi chất và có thể gây xáo trộn hoạt động của các enzyme (Hanm và ctv, 2016; Shu và ctv, 2017). Ảnh hưởng độc hai của muối thông qua ba tác động chính (1) Tác động thâm thấu, (2) Tác động ion độc do thực vật hấp thụ quá nhiều Na” và CT, và (3) Giảm hấp thụ KỶ, Ca”” vì tac động đối kháng.
Nồng độ và thành phần muối tan quyết định mức độ gây hại đối với cây trồng. Khi nồng độ muối tan cao, áp suất thẩm thâu lớn sẽ ngăn chặn sự xâm nhập của nước vào tế bào thực vật; mặt khác, nếu các muối xâm nhập vào cơ thể nhiều, tích lũy lại 6 cũng có khả năng gây độc. Ảnh hưởng dễ thấy nhất là nước kém hữu dụng cho cây ở vùng rễ. Điều này do áp suất thầm thấu của dung dịch đất gia tăng nên cây không thé hút được nước nếu không có cơ chế thích nghi, do đó gây nên hiện tượng hạn sinh lý (Munns và Termaat, 1986).
Triệu chứng là lông hút và hệ thống rễ bị hư dẫn đến cháy lá. Nếu áp suất thâm thấu dịch bào không thắng nổi áp suất của môi trường, cây sẽ bị khô héo do nước từ trong tế bào đi ra ngoài. Thiếu nước nhẹ thì làm giảm tốc độ sinh trưởng, thiếu nước trầm trọng sẽ dẫn đến biến đổi hệ keo nguyên sinh chất làm tăng quá trình già hóa tế bào. Khi bị khô kiệt nước, nguyên sinh chất bị đứt vỡ cơ học dẫn đến tế bào và mô bi tốn thương và chết.
Cây bình thường không thé sống trong môi trường có áp suất thâm thấu trên 40 atm. Ngoài ra nồng độ đậm đặc của những ion muối có thé gây độc với cây trồng, hoặc có thé ngăn cản sự hấp thu các yếu tố dinh dưỡng cần thiết khác đối với cây trồng (Abrol va ctv, 1988). Ngộ độc mặn còn ức chế sự hấp thu dinh dưỡng, gây ra hiện tượng cây bị thiếu dinh dưỡng. Chang hạn, sự gia tăng nồng độ CI'trong đất sẽ làm hạn chế kha năng hấp thu NO;, gây ra triệu chứng thiếu đạm trên một số cây trồng (Bar va ctv, 1987; Grieve, 1999).
Hoặc sự gia tăng nồng độ Na” có thé làm giảm sự hấp thu K*, Ca** và Mg”” vì thé ảnh hưởng đến qua trình sinh trưởng và phát triển của cây trồng (Grieve, 1999). Một số kết quả nghiên cứu trước đây cho thấy việc bổ sung K”, Ca”” hoặc Mg” có thé làm giảm nhẹ tác hại do mặn gây ra trên một số cây trồng (Greenway và Munns, 1980; Grigore và ctv, 2012; English va Colmer, 2013). Một tác hại khác của đất mặn là trong dung dịch đất chứa nhiều ion độc. Một số 10n Ở nồng độ thấp không độc nhưng ở nồng độ cao lại gây độc.
Các ion này lại cạnh tranh với chất dinh dưỡng trong quá trình hút của rễ, làm cho rễ khó hút chất dinh dưỡng. Thanh phần các muối trong đất mặn phổ biến là NaCl, Na,SO,, NazCO;¿, MgCI;, MgSO¿, các mudi này ở nồng độ cao đều gây độc cho cây. Nồng độ muối cao trong đất gây ảnh hưởng đến quá trình sinh tổng hợp cytokinin trong rễ, làm ảnh hưởng đến sinh trưởng của cây (Lê Huy Bá, 2005). Đặc biệt khi cây hút các ion độc vào trong tế bao sẽ gây rối loạn trao đối chất của tế bao.
Các ion độc sẽ ức chế hoạt động các enzyme và các chất kích thích sinh trưởng làm rối loạn hoạt động trao đổi chất - năng lượng và các hoạt động sinh lý bình thường của tế bào. Các chất độc còn 7 ảnh hưởng theo chiều hướng bắt lợi đến nguyên sinh chất như làm giảm mạnh độ nhớt, tinh thắm của nguyên sinh chất tăng mạnh, tăng mạnh ngoại thâm làm cho tế bào mất chất dinh dưỡng (Abrol va ctv, 1988). Man cũng làm cho các hoạt động sinh lý của tế bào bị ảnh hưởng như quá trình quang hợp giảm mạnh do lá kém phát triển, sắc tố ít do các chất độc ức chế quá trình tông hợp sắc tố, các quá trình xảy ra trong quang hợp bị giảm sút do anh hưởng của chất độc và thiếu nước (Taiz và Zeiger, 2010). Quá trình hô hấp tăng mạnh, các cơ chất bị phân hủy mạnh, nhưng hiệu quả năng lượng thấp, phần lớn năng lượng của các quá trình phân hủy đều thải ra dưới dang nhiệt làm cho tế bào thiếu ATP dé hoạt động.
Các cơ chất bị phân hủy mạnh nhưng tổng hợp lại yếu nên không bù đủ lượng vật chất do hô hấp phân hủy, chất dự trữ dần dần bị hao hụt, cây không sinh trưởng được, do Vậy cây còi cọc, năng suất thấp. Nếu bị mặn nặng hay mặn kéo dài, cây sẽ bị chết.