CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1. Cơ sở khoa học của đề tài Nước là một trong những nguồn tài nguyên quý giá nhất và giống như tất cả các sinh vật sống khác lúa cũng rất cần nước để hoàn thành chu kỳ sống của mình. Lúa không chỉ cần nước cho sinh trưởng và phát triển của nó mà nó còn có thể tạo ra năng suất cao, sản lượng tốt. Khô hạn được coi là một hạn chế lớn đối với sản xuất lúa ở các vùng đất cao, bao gồm gần 30% tổng diện tích lúa của thế giới, đe dọa đời sống của nhiều nông dân nghèo cùng với gia đình của họ.
Vấn đề cải tiến giống và kỹ thuật canh tác đã và đang được đặt ra, việc sử dụng giống lúa có khả năng thích nghi và chống chịu cao là một biện pháp tiết kiệm chi phí hữu hiệu nhất. Chính vì vậy, để nâng cao và ổn định sản lượng lúa trong điều kiện phụ thuộc nước trời, nhằm làm giảm thiệt hại do hạn hán gây ra thì việc xác định, chọn tạo ra các giống lúa cải tiến có khả năng chống chịu và cho năng suất ổn định đã trở thành một trong những vấn đề cấp thiết hiện nay. Mặt khác, tạo ra những giống lúa mang gen chịu hạn cũng là việc làm cần thiết cho cả những vùng trồng lúa không có đủ điều kiện thủy lợi bởi vì tình trạng thiếu nước có thể xảy ra ở hầu hết các vùng trồng lúa, theo thống kê có tới 90% diện tích trồng lúa trên thế giới chịu ảnh hưởng của khô hạn trong vài giai đoạn sinh trưởng. Ở nước ta lúa cạn đã tồn tại từ lâu đời cung cấp một lượng lớn lương thực cho nhân dân vùng cao.
Đây là nguồn gen quí trong lai tạo và chọn giống lúa do lúa cạn có những đặc tính nông học đặc biệt, khác với những cây trồng khác giúp lúa cạn được phân bố rộng hơn. Qua nhiều nghiên cứu về lúa cạn cho thấy lúa cạn được hình thành từ lúa tiên, phát triển theo hướng chín sớm, có khả năng chống chịu tốt với hạn, nhất là hạn cuối vụ mùa, chống chịu sâu bệnh và chịu đất nghèo dinh dưỡng, thích nghi cao với điều kiện sinh thái khó khăn. n 5 Nhằm khắc phục tình trạng thiếu hụt nước trong tương lai và giảm thiểu được những thiệt hại về năng suất do hạn hán gây ra, trước hết cần thông qua con đường hợp tác, trao đổi, tranh thủ khai thác nguồn gen quý của các giống lúa địa phương cũng như giống nhập nội; nghiên cứu sâu hơn về di truyền tính chống chịu hạn và hoạt động của các gen chống chịu. Hiện nay diện tích đất một vụ lúa phụ thuộc hoàn toàn vào nước trời ở nước ta còn rất lớn đòi hỏi cần có bộ giống thích hợp để thâm canh tăng vụ.
Và để đạt được năng suất cao trên các ruộng chủ động nước đã có nhiều giống lúa được chọn tạo ra và có khả năng thích ứng rộng. Tuy nhiên những giống có thể đạt được năng suất cao trong điều kiện thuận lợi nhưng vẫn duy trì tốt năng suất trong điều kiện khô thì vẫn còn rất ít. Do đó việc đánh giá khả năng sinh trưởng, phát triển, năng suất của các giống lúa cạn có triển vọng theo hướng này là rất cần thiết.Một số khái niệm về lúa cạn và lúa chịu hạn Hiện nay, trên thế giới có nhiều định nghĩa của các nhà khoa học về cây lúa cạn, lúa chịu hạn. Theo định nghĩa ở hội thảo nghiên cứu lúa cạn tại Bonake – Bờ Biển Ngà (1982) thì “Lúa cạn là lúa được trồng trên đất thoát nước, không có sự tích trữ nước trên bề mặt, không được cung cấp nước, không đắp bờ và chỉ được tưới nhờ nước mưa tự nhiên Huke G.P (1981) [23] dùng thuật ngữ “Lúa khô” (dryland rice) thay cho lúa cạn (upland rice) và định nghĩa: “Lúa cạn được trồng trong những thửa ruộng được chuẩn bị đất và gieo hạt dưới điều kiện khô, cây lúa sống phụ thuộc hoàn toàn vào nước trời” Theo Khush G.
(1984) và Trần Văn Đạt (1986) [2], (Nguyễn Thị Lẫm, 1992) [7]: “Lúa cạn được trồng trong mùa mưa, trên chân đất cao, đất thoát nước tự nhiên trên những chân ruộng không có bờ hoặc được đắp bờ và không có n 6 nước dự trữ thường xuyên trên bề mặt. Lúa cạn được hình thành và phát triển từ lúa nước để thích nghi với những vùng trồng lúa thường gặp hạn”. Theo Nguyễn Gia Quốc (1994) [11] lại chia lúa cạn làm 2 dạng: - Lúa cạn thực sự hay còn gọi là lúa nương (rẫy) là loại lúa trồng trên dốc của đồi núi, không có bờ ngăn nước, luôn không có nước ở chân, cây lúa sống nhờ nước trời. - Lúa cạn không hoàn toàn hay còn được gọi là lúa nước trời là loại lúa được trồng ở triền thấp không có hệ thống tưới tiêu chủ động, cây sống hoàn toàn bằng lượng nước mưa tại chỗ, có thể có nước dự trữ trên bề mặt ruộng và cung cấp nước cho cây lúa vào một thời điểm nào đó.
Các nhà chọn giống Việt Nam cũng quan niệm về lúa cạn tương tự như trên. Tác giả Bùi Huy Đáp (1978) định nghĩa: “Lúa cạn là loại lúa gieo trồng trên đất cao, như là các loại hoa màu trồng cạn khác, không tích nước trong ruộng và hầu như không bao giờ được tưới thêm. Nước cho lúa chủ yếu do nước mưa cung cấp và được giữ lại trong đất” (Vũ Thị Bích Hạnh, 2004) [2]. Theo Vũ Tuyên Hoàng và Trương Văn Kính (1995) [5], (Trần Nguyên Tháp, 2001) [15] định nghĩa và phân vùng cây lúa cạn và chịu hạn theo loại hình đất trồng ở nước ta như sau: - Đất rẫy (trồng lúa rẫy, Upland rice hay Dry rice): nằm ở các vùng trung du, miền núi phía Bắc, miền Trung, Tây Nguyên và một phần của Đông Nam Bộ.
- Đất lúa thiếu nước hoặc bấp bênh về nước (loại hình cây lúa nhờ nước trời hay Rainfed rice): nằm rải rác ở các vùng đồng bằng, trung du, đồng bằng ven biển Đông và Nam Bộ, kể cả đồng bằng sông Hồng, đồng bằng sông Cửu Long. Kể cả diện tích đất bằng phẳng nhưng không có hệ thống thuỷ nông hay hệ thống thuỷ nông chưa hoàn chỉnh vẫn nhờ nước trời hoặc có một phần ít nước tưới, ruộng ở vị trí cao thường xuyên mất nước. n 7 Do điều kiện môi trường sống thường xuyên bị hạn hoặc thiếu nước nên nhiều giống lúa cạn có khả năng chịu hạn tốt. Tuy nhiên, một số giống lúa nước cũng có khả năng chịu hạn ở một số giai đoạn của chúng.
Nguồn gốc lúa cạn Lúa nói chung và lúa cạn nói riêng là một trong những cây trồng cổ xưa nhất của loài người. Có rất nhiều ý kiến khác nhau về sự xuất hiện của lúa trồng. Nhiều ý kiến thống nhất cho rằng lúa trồng xuất hiện ở Châu Á cách đây 8000 năm. Tổ tiên trực tiếp của lúa trồng Châu Á (Oryza sativa L.) vẫn còn chưa có những kết luận chính xác.
Lúa cạn được phát triển từ lúa nước để thích ứng được hạn hán. Lúa cạn được phát triển theo hướng rút ngắn thời gian sinh trưởng, gieo sớm và chịu được hạn, đặc biệt là hạn cuối vụ. Nhưng trước đó có thuyết cho rằng: lúa cạn chỉ là do sự đột biến sinh thái dẫn tới, quá trình chọn lọc mà ra (còn gọi là thuyết chọn lọc). Watt (1891) đã chia các giống lúa dại Ấn Độ ra 3 loại: Oryza granulata, Ness; Oryza officinalis, Wall; Oryza sativa, Linn.
Theo ông, chi Oryza granulata phát sinh từ loại đất khô hạn và trên núi cao, còn gọi là mộc rễ (wood rice), có thể là thuỷ tổ của cây lúa cạn. Thậm chí, một số tác giả có quan điểm lúa cạn và lúa nước là không cùng nguồn gốc (Sasato, 1968) [12]. Nghiên cứu của nhiều tác giả (Nguyễn Thị Lẫm và cs, 2003) [9] cho thấy lúa cạn có nguồn gốc từ lúa nước, giữa lúa nước và lúa cạn vẫn mang những vết tích giống nhau, giải phẫu thân, bẹ lá của cây lúa cạn thấy có nhiều tổ chức không khí (giống ở lúa nước) nhưng không phát triển. Những giống lúa cạn trồng ở đất cạn vẫn sinh trưởng bình thường trên ruộng có nước, đây là đặc tính nông học đặc biệt của cây lúa cạn, khác với các cây trồng khác giúp lúa cạn được phân bố rộng hơn.
Qua nhiều nghiên cứu về lúa cạn cho thấy lúa cạn được hình thành từ lúa Indica, phát triển theo hướng chín sớm, có khả năng chống chịu tốt với hạn, nhất là hạn cuối mùa vụ, chống chịu sâu bệnh và chịu n 8 đất nghèo dinh dưỡng thích nghi cao với điều kiện sinh thái khó khăn. Đây là nguồn gen quý trong nông nghiệp nhằm lai tạo và chọn lọc giống lúa. Khái niệm về hạn và phân loại hạn 1. Khái niệm về hạn Từ “hạn”, tiếng Anh là “drought”, xuất phát từ ngôn ngữ Anglo-Saxon có nghĩa là “đất khô” (dryland).
Hiện nay chưa có một định nghĩa tổng hợp hoàn chỉnh về hạn, song tuỳ góc độ nghiên cứu mà có những khái niệm khác nhau.Hsiao (1980) (Trần Nguyên Tháp, 2011) [15] định nghĩa: “Hạn là sự mất cân bằng nước của thực vật thể hiện trong sự liên quan hữu cơ giữa đất-thực vật-khí quyển”. Theo Gibbs (1975), hạn hay đúng hơn là sự thiếu hụt nước ở cây trồng là sự mất cân bằng giữa việc cung cấp nước và nhu cầu nước. Phân loại hạn Khi nghiên cứu về nguyên nhân gây nên hạn, các tác giả đều cho rằng việc thiếu nước mưa thường xuyên là nguyên nhân chính gây nên hạn hán. Vấn đề về thời gian mưa, khoảng cách thời gian giữa các lần mưa quyết định tới tính chất hạn cục bộ hay hạn khốc liệt (Trần Nguyên Tháp, 20110) [15].
Theo Gulialep và ctv; Lê Khả Kế, Đào Thế Tuấn và ctv, đã chia hạn thành 4 loại chính sau (Trần Nguyên Tháp, 2011) [15]: - Hạn không khí: Do độ ẩm không khí thấp 10-20% gây nên sự héo tạm thời cho cây, vì khi nhiệt độ không khí cao gây nên ẩm độ không khí giảm, làm lượng nước bốc hơi dẫn đến các bộ phận non của cây bị thiếu nước. Nếu hạn kéo dài dễ làm cho nguyên sinh chất bị đông kết và cây nhanh chóng bị n 9 chết còn gọi là “cảm nắng”. Tác hại nhất là gió khô. Hạn không khí diễn ra trong thời gian dài sẽ dẫn tới hạn đất.
- Hạn đất: Gây nên hạn lâu dài, cây thiếu nước, không có đủ nước để hút, mô cây bị khô đi nhiều và sự sinh trưởng trở lên rất khó khăn; hạn đất luôn gây nên sự giảm thu hoạch, nếu hạn sớm có thể dẫn đến mất trắng, không cho thu hoạch.