Tổng quan nghiên cứu

Sản xuất lúa gạo đóng vai trò then chốt trong việc bảo đảm an ninh lương thực toàn cầu và quốc gia, nuôi sống hơn 3,5 tỷ người trên thế giới với tổng sản lượng năm 2015 đạt 749,1 triệu tấn. Tại Việt Nam, diện tích gieo trồng lúa hàng năm chiếm hơn 60% tổng diện tích đất nông nghiệp, mang lại sản lượng bình quân trên 43 triệu tấn mỗi năm. Tuy nhiên, một nghịch lý lớn tồn tại trong nhiều năm qua là giá trị gia tăng và hiệu quả kinh tế trên mỗi đơn vị diện tích canh tác còn thấp do cơ cấu giống lúa chủ yếu tập trung vào các giống ngắn ngày chất lượng trung bình như Khang Dân 18 hay Q5, dẫn đến tình trạng gạo bị bạc bụng, tỷ lệ tấm cao và giá bán xuất khẩu thấp.

Tại tỉnh Bắc Ninh, diện tích gieo cấy lúa chất lượng cao năm 2015 đạt 19.110,7 ha, chiếm tỷ lệ 26,2% tổng diện tích gieo trồng, song vẫn chưa đáp ứng đủ nhu cầu tiêu dùng nội tỉnh và các thị trường lân cận như Hà Nội, Quảng Ninh. Riêng tại huyện Tiên Du, quá trình công nghiệp hóa và đô thị hóa đã làm giảm diện tích đất trồng lúa hơn 1.000 ha trong giai đoạn 2008 - 2015, đồng thời làn sóng chuyển dịch lao động sang khu công nghiệp khiến sản xuất nông nghiệp đối mặt với bài toán thiếu hụt nhân lực.

Trước yêu cầu cấp thiết về việc nâng cao giá trị canh tác, nghiên cứu được triển khai nhằm đánh giá toàn diện các đặc tính nông sinh học, khả năng chống chịu sâu bệnh và tiềm năng năng suất của 11 dòng lúa thuần triển vọng thế hệ F4 so với giống đối chứng Khang Dân 18 trong cả hai vụ Xuân và vụ Mùa năm 2016 tại huyện Tiên Du. Mục tiêu cụ thể là tuyển chọn thành công 1 đến 2 giống lúa thuần ưu tú đạt năng suất thực thu từ 70,0 đến 76,5 tạ/ha, thời gian sinh trưởng ngắn, chất lượng cơm dẻo thơm, làm cơ sở khoa học để bổ sung vào cơ cấu cây trồng địa phương, giúp nâng cao thu nhập của nông dân lên 1,3 đến 1,5 lần so với giống lúa thường.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng trên nền tảng lý thuyết di truyền số lượng và quy luật tương tác giữa kiểu gen với môi trường canh tác (Genotype x Environment Interaction). Cây lúa (Oryza sativa L.) là cây tự thụ phấn nghiêm ngặt, trong đó các tính trạng số lượng như năng suất, chiều cao cây và thời gian sinh trưởng được quy định bởi hệ thống đa gen (polygenes) kết hợp chặt chẽ với điều kiện ngoại cảnh.

Khung lý thuyết sinh lý học năng suất của Yoshida và Bùi Chí Bửu được áp dụng để phân tích mối quan hệ cân bằng giữa sức chứa (sink size - gồm số bông trên đơn vị diện tích, số hạt trên bông, khối lượng 1000 hạt) và nguồn cung cấp (source capacity - gồm chỉ số diện tích lá, tốc độ quang hợp thuần và khả năng tích lũy vật chất khô trước trỗ). Bên cạnh đó, hệ thống tiêu chuẩn đánh giá chất lượng lúa gạo quốc tế của Viện Nghiên cứu Lúa Quốc tế (IRRI) được sử dụng để phân loại chất lượng thương phẩm, tỷ lệ thu hồi khi xay xát, hàm lượng amylose (nhóm dẻo 10 - 20%, trung bình 20 - 25%, cứng trên 25%) và nhiệt độ hóa hồ tối ưu từ 70 đến 74 độ C.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu tiến hành hai thí nghiệm đồng ruộng độc lập trong năm 2016: Thí nghiệm vụ Xuân (gieo mạ ngày 10/01/2016, cấy ngày 03/02/2016 với tuổi mạ 23 ngày) và Thí nghiệm vụ Mùa (gieo mạ ngày 15/05/2016, cấy ngày 03/06/2016 với tuổi mạ 18 ngày). Địa điểm khảo nghiệm đặt tại cánh đồng thực nghiệm của Công ty Cổ phần Giống cây trồng Bắc Ninh tại huyện Tiên Du.

Cỡ mẫu nghiên cứu gồm 12 công thức giống: 11 dòng thuần thế hệ F4 gồm LTH35, KB1, KB5, KB6, KB13, KB16, KB18, KB19, KB20, KB27, KB32 và 1 giống đối chứng Khang Dân 18. Thí nghiệm được bố trí theo khối ngẫu nhiên hoàn chỉnh (RCBD) với 3 lần nhắc lại. Diện tích mỗi ô thí nghiệm là 10 m2 (kích thước 5 m x 2 m), khoảng cách giữa các ô là 20 cm và giữa các khối là 30 cm. Mật độ cấy duy trì chuẩn 40 khóm/m2, cấy 1 dảnh/khóm.

Phương pháp chọn mẫu áp dụng theo Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia QCVN 01-55:2011/BNNPTNT về khảo nghiệm giá trị canh tác và sử dụng của giống lúa. Các chỉ tiêu định lượng được đo đếm định kỳ 7 ngày/lần trên 10 cây mẫu ngẫu nhiên không nằm ở hàng biên. Mức độ hại của các loại sâu bệnh hại chính (bệnh đạo ôn lá, đạo ôn cổ bông, bệnh bạc lá và bệnh khô vằn) được đánh giá theo thang điểm chuẩn từ 1 đến 9. Toàn bộ số liệu thực nghiệm được xử lý thống kê sinh học bằng phần mềm IRRISTART 5 và Microsoft Excel, sử dụng phân tích phương sai ANOVA để kiểm định sai khác nhỏ nhất có ý nghĩa ở mức xác suất 95% (LSD0,05) và hệ số biến động (CV%). Việc lựa chọn thiết kế RCBD và phần mềm chuyên dụng giúp triệt tiêu sai số do độ phì không đồng đều của đất đồng ruộng, bảo đảm độ tin cậy khoa học cao nhất cho các kết luận.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Quá trình theo dõi và phân tích thực nghiệm trong suốt hai vụ canh tác đã chỉ ra 4 phát hiện quan trọng:

Thời gian sinh trưởng và đặc tính hình thái: Trong vụ Xuân, thời gian sinh trưởng của các giống dao động từ 128 đến 139 ngày, trong đó giống KB1 dài nhất (139 ngày) và KB20 ngắn nhất (128 ngày). Ở vụ Mùa, thời gian sinh trưởng rút ngắn còn 102 đến 117 ngày (KB13 ngắn nhất với 102 ngày, KB1 dài nhất với 117 ngày). Chiều cao cây vụ Xuân dao động từ 110,1 đến 117,5 cm, vụ Mùa dao động từ 114,2 đến 121,9 cm. Tất cả các dòng KB đều có thân cứng, bộ lá đòng đứng, khả năng chống đổ đạt điểm 1 tuyệt đối.

Năng suất vượt trội ở vụ Xuân: Dòng lúa KB1 đạt năng suất thực thu cao nhất với 76,5 tạ/ha, vượt trội có ý nghĩa thống kê so với giống đối chứng Khang Dân 18. Dòng KB16 đạt năng suất thực thu 73,2 tạ/ha, dòng KB20 đạt 71,8 tạ/ha. Các dòng này đều thể hiện số bông hữu hiệu cao từ 5,8 đến 6,4 bông/khóm và tỷ lệ hạt lép thấp dưới 12%.

Tiềm năng thích ứng và bứt phá ở vụ Mùa: Trong điều kiện vụ Mùa nhiệt độ cao và áp lực sâu bệnh lớn, giống KB16 đạt năng suất thực thu cao nhất toàn thí nghiệm với 70,4 tạ/ha, theo sau là KB1 đạt 68,5 tạ/ha. Năng suất lý thuyết của các dòng này đều vượt ngưỡng 82,0 tạ/ha nhờ số hạt chắc trên bông cao từ 135 đến 152 hạt.

Khả năng chống chịu sâu bệnh và chất lượng thương phẩm: Các dòng KB1, KB16 và KB20 chỉ nhiễm nhẹ bệnh đạo ôn lá (điểm 1 - 2) và bệnh bạc lá vi khuẩn (điểm 1 - 3), thấp hơn rõ rệt so với giống đối chứng. Về phẩm chất, hạt gạo của KB1, KB16 có độ trong cao, tỷ lệ bạc bụng dưới 5%, cơm nấu chín mềm dẻo, đậm vị, có mùi thơm đặc trưng và không bị khô cứng khi để nguội sau 24 giờ.

Thảo luận kết quả

Sự vượt trội về năng suất của hai dòng KB1 và KB16 bắt nguồn từ khả năng duy trì chỉ số diện tích lá (LAI) tối ưu ở giai đoạn trỗ và chín sáp (đạt từ 5,2 đến 6,1 m2 lá/m2 đất), kết hợp tốc độ tích lũy chất khô sau trỗ cao. Điều này hoàn toàn phù hợp với các kết luận lý thuyết của nhiều nhà khoa học cây trồng khi khẳng định rằng các giống lúa duy trì được bộ lá đòng xanh bền vững sẽ kéo dài thời gian hoạt động của bộ máy quang hợp, từ đó vận chuyển tối đa tinh bột về nuôi hạt.

So sánh giữa hai vụ, thời gian sinh trưởng ở vụ Mùa ngắn hơn vụ Xuân từ 22 đến 26 ngày do tổng tích ôn vụ Mùa cao hơn, thúc đẩy cây lúa phân hóa đòng và trỗ sớm. Dù vậy, dòng KB16 vẫn đạt năng suất 70,4 tạ/ha nhờ khả năng đẻ nhánh nhanh, tập trung và tỷ lệ nhánh hữu hiệu đạt trên 78%.

Trong các báo cáo khoa học, dữ liệu cấu thành năng suất và động thái tăng trưởng chiều cao thường được mô hình hóa trực quan qua biểu đồ đường tiến trình sinh trưởng và biểu đồ cột kép so sánh tương quan giữa năng suất lý thuyết với năng suất thực thu của 12 công thức giống. Việc trình bày bảng số liệu đi kèm các chỉ số LSD0,05 giúp làm nổi bật khoảng cách năng suất chênh lệch từ 5,2 đến 12,5 tạ/ha giữa các dòng lúa triển vọng so với giống đại trà Khang Dân 18.

Đề xuất và khuyến nghị

Nhằm chuyển hóa các kết quả nghiên cứu thành giá trị thực tế trên đồng ruộng, 4 giải pháp trọng tâm cần được thực hiện đồng bộ:

Mở rộng khảo nghiệm và sản xuất thử nghiệm quy mô lớn: Đề nghị Sở Nông nghiệp và Phát triển nông thôn tỉnh Bắc Ninh cùng Ủy ban nhân dân huyện Tiên Du phê duyệt đưa hai giống lúa KB1 và KB16 vào mô hình sản xuất thử nghiệm với quy mô 50 đến 100 ha tại các xã trọng điểm như Lạc Vệ, Phú Lâm và Liên Bão ngay trong vụ Xuân và vụ Mùa giai đoạn 2017 - 2018.

Chuẩn hóa quy trình kỹ thuật canh tác thâm canh: Chi cục Trồng trọt và Bảo vệ thực vật phối hợp với các hợp tác xã nông nghiệp ban hành gói hướng dẫn kỹ thuật bón phân cân đối cho 1 sào Bắc bộ (360 m2) gồm: 300 - 400 kg phân chuồng hoai mục, 7 kg đạm Urê, 18 kg supe lân và 6 kg kali clorua. Bón lót sâu toàn bộ phân chuồng, lân cùng 30% đạm và 20% kali; bón thúc đẻ nhánh sớm để tăng tỷ lệ chồi hữu hiệu; điều tiết nước theo quy trình ngập khô xen kẽ giúp giảm 15 - 20% lượng thuốc bảo vệ thực vật.

Xây dựng chuỗi liên kết giá trị và thương hiệu gạo chất lượng cao: Phòng Nông nghiệp huyện Tiên Du chủ trì kết nối Công ty Cổ phần Giống cây trồng Bắc Ninh với các doanh nghiệp chế biến nông sản và hộ nông dân. Thiết lập chuỗi bao tiêu sản phẩm lúa KB1 và KB16 với cam kết giá thu mua cao hơn lúa Khang Dân 18 từ 20 đến 30%, hướng tới mục tiêu nâng tỷ lệ lúa chất lượng cao toàn huyện lên mức trên 35% vào năm 2020.

Tiếp tục nghiên cứu chọn lọc và đánh giá tính ổn định di truyền: Nhóm tác giả và Bộ môn Di truyền - Giống cây trồng (Học viện Nông nghiệp Việt Nam) cần tiếp tục theo dõi thế hệ F5, F6 của các dòng KB1, KB16, KB20; thực hiện khảo nghiệm sinh thái đa vùng tại các địa phương lân cận như Quế Võ, Thuận Thành và Yên Phong để đánh giá tính ổn định về năng suất và phẩm chất gạo trước khi làm thủ tục công nhận giống quốc gia.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Công trình nghiên cứu cung cấp khối lượng dữ liệu thực nghiệm chuẩn mực và giải pháp thực tiễn, đặc biệt hữu ích cho 4 nhóm đối tượng sau:

Cán bộ nghiên cứu và học viên chuyên ngành Khoa học cây trồng: Tài liệu cung cấp phương pháp luận chặt chẽ về bố trí thí nghiệm đồng ruộng RCBD, bộ chỉ tiêu đánh giá nông sinh học theo QCVN 01-55:2011/BNNPTNT và quy trình phân tích phương sai trên phần mềm chuyên dụng để phục vụ các đề tài chọn tạo giống lúa thuần.

Cán bộ quản lý nông nghiệp và hệ thống khuyến nông viên: Giúp lãnh đạo Phòng Nông nghiệp, Trung tâm Dịch vụ Nông nghiệp huyện Tiên Du và tỉnh Bắc Ninh có cơ sở khoa học tin cậy để điều chỉnh cơ cấu giống cây trồng, ban hành các chính sách trợ giá giống và xây dựng đề án phát triển vùng sản xuất lúa hàng hóa tập trung.

Doanh nghiệp giống cây trồng và ban quản trị hợp tác xã: Luận văn cung cấp thông số chi tiết về tiềm năng sinh học của các dòng KB1, KB16 để doanh nghiệp lựa chọn bản quyền giống, quy hoạch vùng nhân giống thuần và xây dựng hợp đồng liên kết sản xuất bao tiêu gạo thương phẩm chất lượng cao.

Chủ trang trại và nông dân sản xuất lúa quy mô lớn: Cung cấp cẩm nang chi tiết về lịch thời vụ, tuổi mạ cấy, kỹ thuật bón phân từng giai đoạn và biện pháp quản lý sâu bệnh hại, giúp người nông dân chủ động chuyển đổi từ các giống lúa năng suất thấp sang giống lúa chất lượng cao để tăng lợi nhuận kinh tế.

Câu hỏi thường gặp

Trong số 11 dòng lúa khảo nghiệm, giống lúa nào đạt năng suất và chất lượng vượt trội nhất?

Kết quả thực nghiệm khẳng định giống KB1 và KB16 có biểu hiện xuất sắc nhất. Giống KB1 đạt năng suất cao nhất ở vụ Xuân với 76,5 tạ/ha, trong khi giống KB16 dẫn đầu vụ Mùa với 70,4 tạ/ha. Cả hai giống đều có tỷ lệ hạt lép thấp dưới 12%, độ trong hạt gạo cao, cơm mềm dẻo, thơm đậm và vượt trội hơn hẳn giống đối chứng Khang Dân 18.

Thời gian sinh trưởng của các giống lúa biến động như thế nào giữa vụ Xuân và vụ Mùa?

Do ảnh hưởng của điều kiện nhiệt độ và tích ôn, thời gian sinh trưởng vụ Xuân kéo dài từ 128 đến 139 ngày, trong khi vụ Mùa rút ngắn xuống còn 102 đến 117 ngày (ngắn hơn 22 đến 26 ngày). Tuy thời gian sinh trưởng vụ Mùa ngắn hơn nhưng nhờ cường độ bức xạ cao, các dòng như KB16 vẫn tích lũy sinh khối nhanh và đạt năng suất trên 70 tạ/ha.

Khả năng chống chịu sâu bệnh của các dòng lúa KB có đáp ứng được yêu cầu thâm canh không?

Các dòng KB1, KB16 và KB20 thể hiện tính kháng tự nhiên rất tốt trước các đối tượng dịch hại nguy hiểm. Bệnh đạo ôn lá và đạo ôn cổ bông chỉ xuất hiện ở mức điểm 1 - 2; bệnh bạc lá vi khuẩn ở giai đoạn trỗ chín chỉ ở mức điểm 1 - 3, thấp hơn đáng kể so với mức nhiễm của giống Khang Dân 18 trên cùng chân đất.

Quy trình bón phân cho các giống lúa thử nghiệm được tính toán theo định mức nào?

Định mức phân bón áp dụng cho 1 sào Bắc bộ (360 m2) gồm 300 - 400 kg phân chuồng, 7 kg đạm Urê, 18 kg supe lân và 6 kg kali clorua. Kỹ thuật bón phân tập trung bón lót sâu toàn bộ lân, phân chuồng và phân kỳ bón thúc đẻ nhánh sớm kết hợp thúc đòng giúp cây cứng cáp, tăng số hạt chắc trên bông.

Kết quả nghiên cứu tại huyện Tiên Du có thể áp dụng cho các địa phương khác không?

Hoàn toàn có thể nhân rộng kết quả này sang các huyện lân cận thuộc tỉnh Bắc Ninh như Quế Võ, Yên Phong, Thuận Thành và các vùng sinh thái có điều kiện thổ nhưỡng, khí hậu tương đồng thuộc khu vực Đồng bằng sông Hồng. Tuy nhiên, khi chuyển giao cần thực hiện khảo nghiệm diện hẹp để xác định thời điểm gieo cấy tối ưu nhất cho từng tiểu vùng.

Kết luận

Luận văn đã hoàn thành xuất sắc các mục tiêu nghiên cứu với 5 kết luận cốt lõi:

  • Đánh giá toàn diện và hệ thống hóa đặc điểm nông sinh học, thời gian sinh trưởng và khả năng chống chịu của 11 dòng lúa thuần triển vọng F4 cùng giống đối chứng Khang Dân 18 qua hai vụ gieo cấy liên tiếp năm 2016.
  • Tuyển chọn thành công dòng lúa KB1 với năng suất kỷ lục 76,5 tạ/ha trong vụ Xuân và dòng lúa KB16 với năng suất dẫn đầu 70,4 tạ/ha trong vụ Mùa, vượt trội vững chắc so với giống đối chứng.
  • Xác định bộ ba dòng lúa KB1, KB16 và KB20 sở hữu phẩm chất gạo cao cấp: hạt trong, ít bạc bụng, cơm dẻo, vị đậm đà và lưu giữ mùi thơm đặc trưng ngay cả khi để nguội.
  • Chứng minh các dòng tuyển chọn có đặc tính thân cứng, chống đổ ngã tối ưu và khả năng kháng bệnh đạo ôn, bạc lá ở mức điểm 1 đến 3, thích hợp cho kỹ thuật canh tác thâm canh giảm hóa chất.
  • Cung cấp luận cứ khoa học thực tiễn vững chắc giúp ngành nông nghiệp huyện Tiên Du và tỉnh Bắc Ninh hoàn thiện cơ cấu giống lúa chất lượng cao giai đoạn 2017 - 2020.

Đóng góp lớn nhất của luận văn là đã giải quyết thành công bài toán dung hòa giữa năng suất cao và phẩm chất gạo ngon trong chọn tạo lúa thuần tại địa phương. Kế hoạch tiếp theo trong giai đoạn 2017 - 2018 là nhanh chóng triển khai mô hình trình diễn 50 ha và hoàn tất hồ sơ khảo nghiệm quốc gia. Các nhà quản lý, nhà khoa học và doanh nghiệp nông nghiệp hãy chủ động tiếp cận toàn văn công trình nghiên cứu để cùng thúc đẩy quá trình chuyển giao công nghệ giống mới vào sản xuất đại trà, mang lại hiệu quả kinh tế bền vững cho người trồng lúa.