Đặt vấn đề Biến đổi khí hậu với biểu hiện chính là sự gia tăng nhiệt độ đã, đang và sẽ gây ra nhiều tác động đến việc sử dụng đất nông nghiệp, trong đó hạn hán là một trong những yếu tố quan trọng nhất và ngày càng trở nên nghiêm trọng. Nhiệt độ trái đất tăng lên khiến cho nhiều vùng sản xuất lương thực trên thế giới ngày càng khó khăn, tình trạng thiếu nước tưới và thoái hóa đất trồng ngày càng gia tăng. Năng suất các cây lương thực chính như lúa mì, lúa gạo, lúa mạch, và ngô suy giảm nghiêm trọng trong điều kiện canh tác khô hạn và xâm nhập mặn. Những khó khăn này gây thách thức cho việc đảm bảo an ninh lương thực thực toàn cầu.
Dự kiến đến năm 2050, dân số thế giới sẽ tăng đến 9,7 tỉ người do đó sản lượng lương thực phải tăng lên 60% so với hiện nay thì mới đáp ứng được nhu cầu (World Population Prospects – the 2008 Revision, UN, 2009). Vì vậy việc tìm giống cây trồng mới đối phó được với hạn hán mà vẫn đảm bảo được an ninh lương thực là điều cần thiết. Cây diêm mạch (chenopodium quinoa) là cây trồng có nguồn gốc ở Nam Mỹ được trồng và sử dụng làm lương thực chính cho cư dân vùng này từ cách đây khoảng 10. Gần đây cây diêm mạch được thế giới đặc biệt quan tâm (Tổ chức Nông Lương Thế giới FAO và Liên hợp quốc UN kêu gọi năm 2013 là năm Quốc tế cây diêm mạch) với 3 lí do: (1) là cây lương thực có giá trị kinh tế cao (hàm lượng protein 15-21% là loại hạt duy nhất có đủ các axit amin cần thiết cho con người , hàm lượng sắt 5%, hàm lượng vitamin cao) ; (2) chống chịu rất cao với điều kiện ngoại cảnh bất thuận (canh tác được trong điều kiện nhiệt độ từ -5 đến 37°C; chịu hạn rất tốt, trồng trọt được ở những vùng có lượng mưa trung bình 200mm và được đánh giá là chịu mặn tốt nhất trong các loại trồng và thực vật có hoa (tương đương cây chịu mặn – halophyte), sản xuất diêm mạch tại những vùng nước tưới bị nhiễm mặn 200mM NaCl bằng 50% độ mặn trong nước biển (14,8 ‰) không ảnh hưởng đến năng suất (Sun & cs., 2013); 1 trong khi đó cây lúa và đa số cây lương thực khác bị giảm năng suất thậm chí không cho thu hoạch ở độ mặn 40mM NaCl (là loại cây mẫn cảm với mặn – glycophyte); (3) diêm mạch có mặt trong 400 sản phẩm chế biến cho giá trị kinh tế cao, thị trường diêm mạch và nền công nghiệp thực phẩm ngày càng tăng, giá diêm mạch tại Ecuador tháng 7 năm 2021 là 2033,2 USD/tấn giá gạo trắng thông dụng chỉ đạt 430-440USD/tấn.
Giá trị sản xuất và kinh tế có tiềm năng vượt trội so với cây trồng khác của cây diêm mạch đặc biệt trong điều kiện canh tác khó khăn (abiotic stress - hạn/mặn). Trên cơ sở đó chúng tôi tiến hành thí nghiệm nghiên cứu đề tài: “Nghiên cứu ảnh hưởng của xử lý hạn nhân tạo đến sinh trưởng cây diêm mạch trong điều kiện thuỷ canh vụ xuân hè 2022 tại Gia Lâm – Hà Nội”.2 Mục đích và yêu cầu 1.1 Mục đích - Đánh giá sự phản ứng của cây diêm mạch trong điều kiện hạn. - So sánh sự sinh trưởng và phát triển của cây diêm mạch ở điều kiện hạn và điều kiện đối chứng (không hạn) 1.2 Yêu cầu - Đánh giá khả năng chịu hạn của các giống diêm mạch. - Đánh giá các chỉ tiêu sinh trưởng và hình thái rễ: chiều cao thân chính, số lá, số nhánh, khả năng tích luỹ chất khô thân.
TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.1 Những hiểu biết chung về cây diêm mạch 2.1 Nguồn gốc xuất xứ Cây diêm mạch có tên khoa học là Chenopodium quinoa được người dân vùng Andes gọi với cái tên khác nhau như quinoa, quinua hoặc kinwa. Đó là một trong ba loại lương thực cùng với ngô và khoai tây của nền văn minh Inca. Diêm mạch là loại cây thuộc vùng núi Andes, có nguồn gốc ở khu vực xung quanh hồ Titicaca ở Peru và Bolivia, được trồng và sử dụng bởi nền văn minh tiền Columbia. Hiện có bằng chứng lịch sử cho thấy rằng các dân tộc của mỹ đã thuần hóa diêm mạch vào khoảng giữa 3000 đến 5000 năm trước công nguyên.
Một số khai quật về khảo cổ học được tiến hành trong các thập kỷ gần đây cũng đã phát hiện cây và hạt diêm mạch bên cạnh một số cây trồng quen thuộc. Trong số những khai quật này, đáng chú ý nhất là việc phát hiện một số di vật hóa thạch của cây và hạt diêm mạch tại vùng Ayacucho, gần hồ Titicaca thuộc Pêru. Những di vật này được xác định có niên đại 5000 năm trước công nguyên (Tapia. Tại Chinchorro, một tỉnh thuộc nước cộng hòa Chile, di vật hóa thạch của cây diêm mạch cũng đã được tìm thấy và xác định có niên đại 3000 năm trước công nguyên (Candozo & Tapia, 1979).
Ngoài ra, hạt cây diêm mạch hóa thạch cũng được tìm thấy rải rác trong các khai quật khảo cổ tại Bolivia, Chile, Peru. và được xác định là có niên đại từ 7500 năm trước công nguyên (Arze & Alencastre, 1979). Theo các tài liệu lịch sử, từ thế kỉ thứ 15, 16, khi người Tây Ban Nha phát hiện và xâm chiếm Châu Mỹ, khai khẩn đất đai, lập đồn điền.diêm mạch đã trở thành một cây trồng quan trọng, được gieo trồng ở hầu khắp các nước Nam Mỹ và là cây lương thực chủ yếu của các bộ tộc da đỏ Inca, Maya. ở những nơi họ sinh sống (Alandia.
Diêm mạch đã được trồng ở vùng cao nguyên Andean hơn 5000 năm trước công nguyên, được phát hiện đầu tiên ở Chile và bắc Colombia. Diêm mạch là nguồn lương thực chính suốt 5000 năm của những 3 người sống trên các cao nguyên và các thung lũng của Peru, Bolivia, Ecuador và Chile. Diêm mạch được coi là “hạt vàng” bởi giá trị dinh dưỡng, chữa bệnh và giá trị tâm linh của nó. Trong ngôn ngữ Inca Quinoa có nghĩa là “mẹ của các loại hạt”, cây trồng này là lương thực chủ yếu của người dân Inca và nhiều dân tộc hiện nay.2 Đặc điểm thực vật học Diêm mạch là cây trồng hằng năm, cây mọc thành bụi rộng và thuộc họ rau muối, tùy theo từng giống mà cây có chiều cao từ 0.0m, cây có nhiều màu sắc khác nhau.
Thân chính có thể phân nhánh hoặc không phân nhánh, lá mọc xen kẽ kế tiếp nhau trên thân và nhánh. Nhìn chung thời gian sinh trưởng từ 130 -220 ngày. Rễ Diêm mạch có rễ cọc, phân nhiều nhánh cấp 1, cấp 2, cấp 3,… độ ăn sâu của rễ tỉ lệ thuận với chiều cao cây. Theo Gardarill and Lecscano (1976) các giống có chiều cao cây từ 1.
Cây diêm mạch có bộ rễ tập trung chủ yếu ở độ sâu 10-30 cm, sức chống chịu hạn của cây tỉ lệ thuận với độ sâu và bán kính hoạt động của rễ (Duran, 1980). Các giống Diêm mạch có bán kính hoạt động của rễ từ 20-60cm. Thân Thân do nhiều đốt hợp thành, phần gốc có hình tròn, có góc cạnh ở những nơi có lá và nhánh xuất hiện. Thân có chiều dài từ 0.5-2 m phụ thuộc vào giống và môi trường.
Số nhánh trên thân phụ thuộc vào giống và mật độ gieo. Diêm mạch là cây thân thảo, mềm, trương nước khi còn non, lúc chín khô và xốp (ruột rỗng). Thân có chứa chất lignin nên có nhiều màu sắc: Xanh, đỏ, vàng, hồng…hoặc màu xanh với nhiều sọc có màu khác nhau, khi chín thân có màu vàng nhạt hoặc màu đỏ ở một số giống. Lá Theo Gandarillas (1979) cuống lá dài và hẹp nối liền phiến lá và thân.
4 Phiến lá mỏng, trên bề mặt có hệ thống gân lá nối liền với cuống, hệ thống gân lá có nhiều hình dạng. Hình dạng lá rất khác nhau, nhưng thường gặp nhất là dạng hình thoi hoặc hình tam giác ở bên dưới, trong khi các lá phía trên xung quanh bông thì lại có dạng hình mũi mác. Trên bề mặt lá non thường có nhiều lông tơ nhỏ có chức năng giữ nước, tăng độ ẩm của không khí quanh lá do đó làm giảm thoát hơi nước cho cây. Đa số các giống diêm mạch có lá màu xanh, một số giống có lá màu tía, tía hồng, trắng… Một số giống không có lông trên bề mặt phiến lá.
Lá thường có từ 3-20 răng cưa ở rìa phiến lá, số răng cưa trên phiến lá là đặc tính của giống. Khi chín là chuyển sang màu vàng, đỏ hoặc hồng. Hoa Cụm hoa diêm mạch có hình dạng chùy, trên trục chính có nhiều trục cấp 1, trên trục cấp 1 có nhiều trục cấp 2 mang hoa (Lescano, 1976). Chiều dài bông dài từ 15-70cm tùy thuộc vào giống, môi trường và thời vụ gieo trồng.
Hoa diêm mạch là hoa lưỡng tính, trên bông có cả hoa đực và hoa cái, tỉ lệ hoa đực và hoa cái phụ thuộc vào giống. Những bông hoa rất nhỏ và dày đặc làm hạn chế sự thoát hơi nước. Hoa không có cuống, màu sắc giống với đài hoa. Cấu tạo của hoa gồm 5 nhị ngắn đề giữ bao phấn vào bao quanh nhụy, nhụy đặc trưng bởi có đến 2 hoặc 3 nhụy lông.
Những bông hoa vẫn vẫn nở trong 1 thời gian dài từ 5 đến 7 ngày (Heisser và Nelson, 1974; mujica,1992; Lescano, 1994). Đặc tính sinh học: Diêm mạch là loại thực vật không được cải thiện bằng sự nhân giống chọn lọc, là loại cây hằng niên, cao khoảng 0.15m), màu sắc nguyên thủy là màu xanh lá cây, tím và đỏ, màu sắc này sẽ thay đổi tất cả sắc thái khác nhau trong thời gian chín. Hạt Hạt diêm mạch được mệnh danh là “Queen of Grains” hay “Supergrain”, là món quà của thượng đế dành cho dân tộc Inca Nam Mỹ. 5 Hạt có cấu tạo ngoài cùng là lớp vỏ, vỏ hạt có thể màu trắng, vàng, hồng, đỏ, đen… Trong vỏ là ngoại nhũ, có màu trắng, nâu, nâu đen.
Phôi chứa 60% ngoại nhũ và 40% nội nhũ về mặt khối lượng. Hạt có thể hình nón, hình trụ, hình elip. Đường kính hạt từ 1. Vỏ hạt và phần ngoại nhũ chứa Saponin gây đắng (Saponin chủ yếu nằm ở vỏ, một phần nhỏ nằm ở ngoại nhũ).
Vì thế, hạt thường được ngâm nước và đãi sạch trước khi nấu ăn hoặc chế biến.3 Yêu cầu ngoại cảnh Khu vực Andes và đặc biệt là sự chia rẽ Altiplano của Peru và Bolivia là một trong những nơi có sinh thái khó khăn nhất để phát triển nông nghiệp, nhưng cây diêm mạch vẫn có thể tồn tại được. Vì thế, cây diêm mạch là cây dễ trồng, thích nghi với nhiều vùng sinh thái, từ vùng ven biển tới các vùng núi cao (3000 - 4000m).