Tổng quan nghiên cứu

Sản xuất lúa gạo giữ vai trò trụ cột trong việc đảm bảo an ninh lương thực quốc gia và phục vụ xuất khẩu tại Việt Nam. Báo cáo thống kê nông nghiệp ghi nhận diện tích lúa cả nước năm 2017 đạt 7,72 triệu ha với năng suất 55,5 tạ/ha và tổng sản lượng 42,84 triệu tấn, mang lại kim ngạch xuất khẩu gần 8 triệu tấn gạo trị giá 3,5 tỷ USD. Tại thị xã Từ Sơn, tỉnh Bắc Ninh, diện tích canh tác lúa năm 2016 đạt 4.341 ha với sản lượng 23.559 tấn và năng suất bình quân 54,3 tạ/ha. Tuy nhiên, tốc độ đô thị hóa nhanh chóng cùng sự mở rộng của các khu công nghiệp như Vsip Phù Chẩn hay cụm công nghiệp làng nghề Đa Hội, Đồng Kỵ đã khiến quỹ đất nông nghiệp bị thu hẹp đáng kể, đồng thời diện tích đất ruộng bỏ hoang tăng từ 105,8 ha năm 2015 lên tới 258 ha vào năm 2017.

Bên cạnh áp lực diện tích, tập quán canh tác của nông dân địa phương còn bộc lộ nhiều hạn chế nghiêm trọng: khảo sát thực tế cho thấy 99,99% hộ nông dân không sử dụng phân chuồng, lượng kali bón lót và bón thúc chỉ đạt 20 đến 40 kg K2O/ha (tương đương 25 đến 30% định mức khuyến cáo), trong khi việc lạm dụng hoặc phân bổ đạm không hợp lý làm gia tăng sâu bệnh hại và gây lãng phí chi phí sản xuất.

Xuất phát từ thực trạng trên, đề tài luận văn thạc sĩ chuyên ngành Khoa học cây trồng được thực hiện nhằm đánh giá toàn diện đặc điểm sinh trưởng, phát triển, mức độ nhiễm sâu bệnh và năng suất của 5 giống lúa thuần ngắn ngày (HDT8, Đông A1, TBR279, Hương Thơm Kinh Bắc và HDT10). Nghiên cứu được triển khai trong vụ Xuân năm 2017 tại phường Tân Hồng, thị xã Từ Sơn, tỉnh Bắc Ninh. Mục tiêu trọng tâm là xác định liều lượng phân đạm tối ưu (trong các mức 60, 90 và 120 kg N/ha) trên nền phân hữu cơ vi sinh, giúp tối đa hóa năng suất thực thu đạt từ 58,0 đến 69,1 tạ/ha, nâng cao hiệu quả kinh tế và đóng góp cơ sở dữ liệu khoa học vững chắc cho chiến lược cơ cấu lại ngành trồng trọt của tỉnh Bắc Ninh.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng trên hệ thống lý thuyết sinh lý thực vật và dinh dưỡng khoáng chuyên sâu của cây lúa nước. Thứ nhất là lý thuyết tích lũy chất khô và diện tích lá quang hợp của Yoshida (1981) và Katsura (2007), khẳng định năng suất hạt cuối cùng được quyết định bởi lượng sản phẩm quang hợp tích lũy trong thân lá ở giai đoạn trước trỗ và tốc độ chuyển vị vật chất về bông sau khi trỗ. Thứ hai là lý thuyết về hiệu lực phân đạm của Tanaka (1965), Takahashi (1969) và Vũ Hữu Yêm (1995), chỉ rõ đạm là thành phần cấu tạo của protein, axit nucleic và diệp lục tố; cung cấp đủ đạm giúp kích thích đẻ nhánh tập trung, tăng chỉ số diện tích lá (LAI) và hàm lượng chất xanh, nhưng bón thừa đạm sẽ gây lốp đổ và làm tăng tỷ lệ nhánh vô hiệu.

Các khái niệm then chốt được vận dụng xuyên suốt bao gồm: Chỉ số diện tích lá (LAI - tỷ lệ m2 lá xanh trên m2 đất), Chỉ số hàm lượng diệp lục (SPAD), Tỷ lệ dảnh hữu hiệu (tỷ lệ phần trăm số nhánh phát triển thành bông mang hạt), Năng suất thực thu (NSTT tính theo tạ/ha ở độ ẩm tiêu chuẩn 14%) và Lãi thuần kinh tế (chênh lệch giữa tổng doanh thu và tổng chi phí đầu tư trực tiếp). Các tiêu chuẩn đánh giá được đối chiếu theo Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia QCVN 01-55:2011/BNNPTNT về khảo nghiệm tính khác biệt, tính đồng nhất, tính ổn định của giống lúa và QCVN 01-66:2014/BNNPTNT về quy trình phòng trừ dịch hại.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng nguồn dữ liệu thực nghiệm thu thập trực tiếp trên đồng ruộng qua 2 thí nghiệm đồng bộ trong vụ Xuân 2017:

  • Thí nghiệm 1 (1 nhân tố): Đánh giá 5 giống lúa thuần (HDT8 đối chứng, Đông A1, TBR279, Hương Thơm Kinh Bắc - HTKB và HDT10) được bố trí theo khối ngẫu nhiên hoàn chỉnh (RCB) với 3 lần nhắc lại trên 15 ô thí nghiệm. Mức bón đồng nhất là 90 kg N/ha trên nền 500 kg phân vi sinh Sông Gianh + 75 kg P2O5 + 115 kg K2O.
  • Thí nghiệm 2 (2 nhân tố): Khảo sát ảnh hưởng của liều lượng phân đạm đến 5 giống lúa, bố trí theo kiểu ô lớn - ô nhỏ (Split-plot) với 3 lần nhắc lại trên 45 ô thí nghiệm (diện tích mỗi ô nhỏ là 12 m2, tương ứng kích thước 4m x 3m). Nhân tố chính (ô lớn) là 3 mức bón đạm gồm N60 (60 kg N/ha), N90 (90 kg N/ha) và N120 (120 kg N/ha); nhân tố phụ (ô nhỏ) là 5 giống lúa thuần. Mật độ cấy cố định 35 khóm/m2 (khoảng cách 20 x 14,5 cm, cấy 2 dảnh/khóm).

Về cỡ mẫu và phương pháp chọn mẫu: Trên mỗi ô thí nghiệm, tiến hành chọn cố định 3 khóm lúa ngẫu nhiên theo phương pháp đường chéo góc để theo dõi định kỳ 7 ngày/lần về động thái tăng trưởng chiều cao thân, số nhánh và số lá. Cường độ sâu bệnh hại (sâu đục thân, rầy nâu, sâu cuốn lá, bệnh đạo ôn cổ bông, bệnh khô vằn) được phân cấp theo thang điểm chuẩn từ 0 đến 9 của Viện Nghiên cứu Lúa Quốc tế (IRRI, 1996).

Lý do lựa chọn phương pháp phân tích: Toàn bộ số liệu thực nghiệm được xử lý thống kê sinh học qua phần mềm IRRISTAT 5.0 và phân tích phương sai (ANOVA). Phương pháp này cho phép kiểm định chính xác sự sai khác có ý nghĩa thống kê giữa các công thức ở mức xác suất tin cậy 95% (thông qua chỉ số sai khác nhỏ nhất có ý nghĩa LSD 0,05 và hệ số biến động CV%), từ đó bóc tách rành mạch tác động độc lập của từng giống cũng như tương tác giữa liều lượng đạm và đặc tính giống.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Quá trình theo dõi và phân tích thực nghiệm trên 5 giống lúa thuần tại Từ Sơn mang lại 4 phát hiện khoa học quan trọng:

  • Thời gian sinh trưởng và hình thái cây: Tất cả 5 giống đều thuộc nhóm lúa ngắn ngày với tổng thời gian sinh trưởng dao động từ 125 đến 130 ngày trong vụ Xuân ấm 2017. Giống TBR279 có thời gian sinh trưởng ngắn nhất đạt 125 ngày (ngắn hơn đối chứng HDT8 3 ngày), giống HTKB đạt 128 ngày, trong khi Đông A1 và HDT10 đạt 130 ngày. Chiều cao cây cuối cùng dao động từ 103,9 cm (Đông A1) đến 115,7 cm (HTKB), trong đó giống đối chứng HDT8 đạt 108,1 cm. Toàn bộ các giống đều nằm trong khung chiều cao lý tưởng từ 100 đến 120 cm, đảm bảo khả năng chống đổ ngã vượt trội khi thâm canh.
  • Động thái đẻ nhánh và diện tích lá: Cả 5 giống đều đạt số nhánh tối đa vào thời điểm 7 tuần sau cấy (7 TSC) với mức dao động từ 10,6 đến 15,1 nhánh/khóm. Giống TBR279 thể hiện khả năng đẻ nhánh mạnh nhất (đạt 15,1 nhánh/khóm ở 7 TSC) và cho số nhánh hữu hiệu khi thu hoạch cao nhất đạt 7,6 nhánh/khóm, tiếp theo là Đông A1 đạt 7,3 nhánh/khóm (cao hơn có ý nghĩa so với đối chứng HDT8 đạt 6,8 nhánh/khóm). Chỉ số diện tích lá (LAI) đạt đỉnh ở giai đoạn trỗ bông, dao động trong khoảng 5,2 đến 6,4 m2 lá/m2 đất.
  • Khả năng chống chịu sinh vật gây hại: Cả 5 giống lúa thể hiện tính kháng cao với sâu đục thân, rầy nâu (điểm 0-1) và bệnh khô vằn. Tỷ lệ nhiễm sâu cuốn lá và bệnh đạo ôn cổ bông chỉ ở mức nhẹ (điểm 1-3), không vượt ngưỡng gây hại kinh tế và không làm suy giảm năng suất mùa vụ.
  • Tác động của liều lượng đạm đến năng suất thực thu: Sự biến thiên của liều lượng đạm (60, 90, 120 kg N/ha) không làm thay đổi tổng thời gian sinh trưởng nhưng tác động sâu sắc đến năng suất hạt. Ở mức bón 90 kg N/ha, năng suất thực thu của giống Hương Thơm Kinh Bắc đạt đỉnh cao nhất thí nghiệm với 69,1 tạ/ha, giống HDT8 đạt 59,8 tạ/ha và TBR279 đạt 58,0 tạ/ha. Khi tăng liều lượng đạm lên 120 kg N/ha, năng suất thực thu của giống Đông A1 và HDT10 đạt mức cao nhất lần lượt là 64,9 tạ/ha và 67,7 tạ/ha, tăng từ 5,2% đến 7,8% so với mức bón 60 kg N/ha.

Thảo luận kết quả

Khi gia tăng lượng phân đạm từ 60 lên 120 kg N/ha, chiều cao cây của các giống tăng từ khoảng 101,7 - 112,8 cm lên 105,5 - 117,1 cm. Đạm thúc đẩy quá trình phân chia tế bào mô phân sinh lóng và kéo dài bẹ lá, dẫn đến chỉ số LAI tăng mạnh ở giai đoạn làm đòng. Khối lượng chất khô tích lũy ở thời kỳ chín sáp đạt giá trị cao nhất tại mức bón 120 kg N/ha ở giống TBR279 (47,1 g/khóm) và HTKB (45,8 g/khóm).

Tuy nhiên, việc tăng mức đạm lên 120 kg N/ha không mang lại hiệu quả gia tăng năng suất trên các giống HDT8, TBR279 và HTKB do tỷ lệ nhánh vô hiệu tăng cao và số hạt chắc trên bông không có sự cải thiện đáng kể. Hiện tượng này hoàn toàn trùng khớp với các quy luật sinh lý được chỉ ra trong các công trình của Phạm Văn Cường (2004) và Tăng Thị Hạnh (2013), chứng minh rằng mỗi kiểu gen lúa thuần đều có một ngưỡng bão hòa đạm sinh học nhất định. Việc tiếp tục bón vượt ngưỡng chỉ làm tăng sinh khối thân lá mà không chuyển hóa thành năng suất kinh tế.

Về mặt trực quan hóa số liệu, toàn bộ động thái tăng trưởng chiều cao cây và tốc độ đẻ nhánh từ 2 TSC đến 9 TSC có thể được trình bày thông qua hệ thống biểu đồ đường đa biến (line chart) nhằm làm rõ điểm uốn sinh trưởng tại tuần thứ 7 sau cấy. Đồng thời, cấu trúc các yếu tố cấu thành năng suất (số bông/m2, số hạt/bông, tỷ lệ hạt chắc và khối lượng 1000 hạt) nên được mô tả bằng bảng phân tích phương sai hai nhân tố kết hợp biểu đồ cột ghép (grouped bar chart), minh họa trực quan sự tương tác vượt trội giữa công thức N90 trên giống HTKB (đạt 69,1 tạ/ha) và công thức N120 trên giống HDT10 (đạt 67,7 tạ/ha).

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên kết quả thực nghiệm và hạch toán kinh tế, luận văn đưa ra 4 nhóm giải pháp kỹ thuật và tổ chức sản xuất cụ thể:

  • Chuẩn hóa định mức bón phân đạm chuyên biệt theo từng kiểu gen giống: Áp dụng mức bón 90 kg N/ha cho các giống lúa Hương Thơm Kinh Bắc (HTKB), TBR279 và HDT8; áp dụng mức bón từ 90 đến 120 kg N/ha cho giống Đông A1 và HDT10 trên nền bón lót 500 kg/ha phân vi sinh Sông Gianh + 75 kg P2O5 + 115 kg K2O. Mục tiêu duy trì năng suất bình quân từ 60,0 đến 69,0 tạ/ha và gia tăng tỷ lệ hạt chắc trên 85%. Thời gian áp dụng: Từ vụ Xuân năm 2018 trở đi. Chủ thể thực hiện: Nông dân trực tiếp canh tác dưới sự giám sát kỹ thuật của Trạm Khuyến nông thị xã Từ Sơn.
  • Quy chuẩn hóa quy trình phân kỳ bón thúc cân đối: Thực hiện bón lót 100% phân hữu cơ vi sinh, 100% phân lân, 40% đạm và 20% kali ngay trước khi bừa cấy lần cuối. Tiến hành bón thúc đợt 1 khi lúa bắt đầu đẻ nhánh (sau cấy 15-18 ngày) với 50% đạm và 30% kali; bón thúc đợt 2 đón đòng (trước trỗ 20 ngày) với 10% đạm và 50% kali còn lại nhằm kéo dài tuổi thọ lá đòng và tăng khối lượng 1000 hạt lên trên 20,5 g. Thời gian thực hiện: Xuyên suốt chu kỳ sinh trưởng của từng vụ lúa. Chủ thể thực hiện: Các Hợp tác xã Dịch vụ Nông nghiệp tại địa phương.
  • Mở rộng quy hoạch vùng sản xuất lúa thuần chất lượng cao tập trung: Đưa 2 giống lúa thuần triển vọng nhất là Hương Thơm Kinh Bắc và HDT10 vào cơ cấu giống chủ lực của thị xã Từ Sơn, xây dựng các cánh đồng mẫu lớn với quy mô tối thiểu từ 5 ha trở lên theo Nghị quyết và chính sách hỗ trợ 50% giá giống của Hội đồng nhân dân tỉnh Bắc Ninh. Mục tiêu nâng tỷ lệ diện tích lúa thuần chất lượng cao đạt trên 65% tổng diện tích gieo cấy lúa toàn thị xã đến năm 2020. Chủ thể thực hiện: Phòng Kinh tế thị xã Từ Sơn và Ủy ban nhân dân các xã, phường.
  • Tăng cường kiểm soát dịch hại tổng hợp và ứng dụng công nghệ làm đất cơ giới: Duy trì mật độ cấy chuẩn 35 khóm/m2 (khoảng cách 20 x 14,5 cm) kết hợp vệ sinh đồng ruộng và điều tiết nước hợp lý nhằm khống chế bệnh đạo ôn cổ bông và rầy nâu dưới ngưỡng gây hại cấp 1, giúp cắt giảm 15-20% chi phí sử dụng thuốc bảo vệ thực vật hóa học. Thời gian triển khai: Định kỳ trước và trong các mùa vụ gieo cấy. Chủ thể thực hiện: Trạm Trồng trọt và Bảo vệ thực vật Từ Sơn phối hợp cùng các tổ đội bảo vệ thực vật cơ sở.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Công trình nghiên cứu mang giá trị ứng dụng thực tiễn và học thuật cao cho 4 nhóm đối tượng trọng điểm:

  • Cán bộ quản lý nông nghiệp và cán bộ khuyến nông: Cung cấp tài liệu quy chuẩn về định mức kỹ thuật bón phân và cơ cấu giống lúa ngắn ngày; là căn cứ xác thực để xây dựng các mô hình khuyến nông trình diễn thâm canh lúa thuần chất lượng cao tại các tiểu vùng sinh thái thuộc tỉnh Bắc Ninh và châu thổ sông Hồng.
  • Các nhà nghiên cứu và chuyên gia chọn tạo giống cây trồng: Cung cấp nguồn số liệu thực nghiệm chuẩn xác về phản ứng của các kiểu gen lúa thuần đối với các mức dinh dưỡng khoáng N-P-K, động thái tích lũy chất khô và chỉ số diện tích lá; phục vụ công tác lai tạo, tuyển chọn các dòng giống lúa thuần năng suất cao, kháng sâu bệnh.
  • Các Hợp tác xã nông nghiệp và bà con nông dân sản xuất lúa thương phẩm: Nắm vững kỹ thuật canh tác bón phân cân đối, xác định đúng liều lượng đạm theo từng giống nhằm tiết kiệm 10 đến 15% lượng phân hóa học, nâng cao năng suất thực thu từ 58,0 đến 69,1 tạ/ha và gia tăng lợi nhuận thuần từ 2,5 đến 3,8 triệu đồng/ha.
  • Giảng viên, học viên cao học và sinh viên ngành Nông học, Khoa học cây trồng: Sử dụng làm tài liệu tham khảo chuyên ngành chuẩn mực về phương pháp bố trí thí nghiệm ô lớn - ô nhỏ (Split-plot), kỹ thuật theo dõi chỉ tiêu nông sinh học và kỹ năng xử lý dữ liệu thống kê sinh học bằng phần mềm IRRISTAT 5.0.

Câu hỏi thường gặp

Giống lúa nào trong nghiên cứu đạt năng suất thực thu cao nhất và mức bón đạm tương ứng là bao nhiêu?

Giống lúa thuần Hương Thơm Kinh Bắc (HTKB) đạt năng suất thực thu cao nhất trong toàn bộ thí nghiệm với 69,1 tạ/ha ở mức bón 90 kg N/ha trên nền 500 kg phân vi sinh Sông Gianh + 75 kg P2O5 + 115 kg K2O. Mức bón này tạo ra sự cân bằng hoàn hảo giữa khả năng đẻ nhánh hữu hiệu và tỷ lệ hạt chắc, mang lại hiệu quả kinh tế và lãi thuần cao nhất cho người trồng.

Vì sao việc tăng liều lượng đạm lên 120 kg N/ha không làm tăng năng suất ở giống HDT8 và TBR279?

Khi bón mức đạm cao 120 kg N/ha, cây lúa phát triển mạnh thân lá và tăng chiều cao lên 105,5 - 117,1 cm khiến quần thể ruộng bị che bóng rợp, làm tăng tỷ lệ nhánh vô hiệu. Mức đạm thừa này không làm tăng số hạt chắc trên bông và khối lượng 1000 hạt, do đó năng suất thực thu không tăng so với mức 90 kg N/ha mà còn làm tăng nguy cơ đổ ngã.

Các giống lúa thuần trong nghiên cứu có thời gian sinh trưởng bao nhiêu ngày và thích hợp cho vụ nào?

Cả 5 giống lúa nghiên cứu đều thuộc nhóm ngắn ngày với tổng thời gian sinh trưởng dao động từ 125 đến 130 ngày trong điều kiện vụ Xuân ấm 2017 (TBR279 ngắn nhất với 125 ngày, Đông A1 và HDT10 là 130 ngày). Nhờ đặc tính cảm ôn thuận lợi, các giống này rất phù hợp gieo cấy trong trà Xuân muộn và Vụ Mùa sớm nhằm tạo quỹ đất thuận lợi cho việc trồng cây vụ đông.

Khả năng chống chịu sâu bệnh hại của 5 giống lúa tại Từ Sơn được ghi nhận như thế nào?

Dựa trên thang điểm đánh giá tiêu chuẩn từ 0 đến 9 của IRRI (1996), cả 5 giống lúa đều thể hiện tính kháng tốt với sâu đục thân, rầy nâu và bệnh khô vằn (chỉ đạt điểm 0 đến 1). Đối với sâu cuốn lá và bệnh đạo ôn cổ bông, các giống chỉ bị nhiễm nhẹ ở mức điểm 1 đến 3, đảm bảo sinh trưởng an toàn khi áp dụng chế độ bón phân cân đối.

Hiệu quả kinh tế của việc kết hợp bón phân vi sinh với phân đạm hợp lý thể hiện ra sao?

Việc sử dụng 500 kg/ha phân hữu cơ vi sinh Sông Gianh kết hợp bón 90 kg N/ha (cho HTKB, TBR279, HDT8) hoặc 120 kg N/ha (cho Đông A1, HDT10) giúp tăng cường hoạt tính vi sinh vật đất, giảm thoái hóa đất lúa và nâng cao hiệu suất hấp thu phân bón. Mô hình này giúp nông dân tăng lãi thuần từ 2,5 đến 3,8 triệu đồng/ha so với tập quán bón mất cân đối trước đây.

Kết luận

  • Năm giống lúa thuần thí nghiệm (HDT8, Đông A1, TBR279, Hương Thơm Kinh Bắc, HDT10) đều là các giống ngắn ngày chất lượng với thời gian sinh trưởng từ 125 đến 130 ngày, chiều cao chống đổ lý tưởng từ 103,9 đến 115,7 cm.
  • Giống Hương Thơm Kinh Bắc và HDT10 thể hiện tiềm năng năng suất vượt trội nhất, đạt năng suất thực thu lần lượt là 69,1 tạ/ha và 67,7 tạ/ha tại điều kiện sinh thái Từ Sơn.
  • Liều lượng phân đạm bón tối ưu mang lại hiệu quả kinh tế cao nhất được xác định là 90 kg N/ha đối với nhóm giống HTKB, TBR279, HDT8 và 90 đến 120 kg N/ha đối với giống Đông A1, HDT10 trên nền phân vi sinh cân đối.
  • Bón phân đúng định mức khoa học giúp kiểm soát sâu bệnh hại chính ở mức điểm 1-3 theo thang điểm IRRI, hạn chế ô nhiễm môi trường đất và tối ưu hóa chi phí sản xuất.
  • Đề tài cung cấp cơ sở dữ liệu thực nghiệm quan trọng hỗ trợ công tác chuyển giao tiến bộ kỹ thuật và cơ cấu lại giống lúa thuần chất lượng cao cho tỉnh Bắc Ninh.

Kế hoạch tiếp theo: Trong giai đoạn 2018 - 2022, cần tiếp tục mở rộng khảo nghiệm các giống lúa thuần triển vọng trên các chân đất và tiểu vùng sinh thái khác nhau của tỉnh Bắc Ninh, đồng thời hoàn thiện gói kỹ thuật thâm canh theo tiêu chuẩn VietGAP. Hãy liên hệ với Bộ môn Sinh lý thực vật - Học viện Nông nghiệp Việt Nam hoặc Trạm Khuyến nông thị xã Từ Sơn để tiếp nhận trọn vẹn quy trình kỹ thuật và ứng dụng vào thực tế sản xuất!