Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Cây cao lương (Sorghum bicolor L. Moench) là cây ngũ cốc quan trọng thứ năm trên thế giới sau lúa gạo, lúa mì, ngô và đại mạch. Với đặc tính quang hợp C4, thời gian sinh trưởng ngắn và hàm lượng tinh bột cao (71,7%), cao lương đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp lương thực tại châu Á, châu Phi, đồng thời là nguồn thức ăn gia súc, gia cầm và nguyên liệu sản xuất ethanol sinh học. Tại Việt Nam, cây cao lương có ưu thế lớn trong sản xuất năng lượng tái tạo do nhu cầu nước tưới và phân bón chỉ bằng khoảng 1/2 so với cây ngô và mía, có khả năng thích ứng tốt trên các vùng đất khô cằn, đất xám bạc màu và đất đồi núi hoang hóa.

Tuy nhiên, sản xuất cao lương tại Việt Nam hiện nay vẫn gặp nhiều trở ngại do nguồn giống năng suất cao còn hạn chế và dịch bệnh gây hại nghiêm trọng. Trong đó, bệnh thối đỏ do nấm Colletotrichum graminicola (Ces.) Wilson là loại bệnh nguy hiểm hàng đầu, xâm nhiễm vào thân, lá và hạt, làm suy giảm nghiêm trọng phẩm chất thương phẩm cũng như năng suất cây trồng (tổn thất có thể lên tới 50% trong điều kiện thuận lợi cho bệnh phát triển).

Mục tiêu nghiên cứu:

  1. Chọn được giống cao lương sinh trưởng khỏe, ít sâu bệnh, năng suất cao phục vụ sản xuất nông nghiệp và chế biến sinh khối.
  2. Xác định được liều lượng thuốc Dupont Curzate 72WG thích hợp trong phòng trừ bệnh thối đỏ trên cây cao lương.

Yêu cầu và nhiệm vụ nghiên cứu:

  1. Theo dõi các chỉ tiêu sinh trưởng và phát triển của bốn giống cao lương qua các giai đoạn phát dục.
  2. Đánh giá hiệu lực phòng trừ bệnh thối đỏ của thuốc Dupont Curzate 72WG ở các mức liều lượng khác nhau.
  3. Đánh giá năng suất hạt, năng suất thân lá và các yếu tố cấu thành năng suất để xác định giống cao lương triển vọng.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: 04 giống cao lương lai gồm SQ27, SQ17, SQ12, SQ20 và thuốc trừ bệnh Dupont Curzate 72WG (hoạt chất Mancozeb 64% + Cymoxanil 8%).
  • Phạm vi không gian: Trại thực nghiệm khoa Nông học, Trường Đại học Nông Lâm Thành phố Hồ Chí Minh (thành phố Thủ Đức, TP. Hồ Chí Minh) trên nền đất xám bạc màu.
  • Phạm vi thời gian: Vụ Đông – Xuân, từ tháng 10/2023 đến tháng 02/2024.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu được xây dựng dựa trên cơ sở lý thuyết về sinh thái học cây trồng C4, đặc điểm thực vật học bộ Poales họ Poaceae, cùng dịch tễ học nấm Colletotrichum graminicola gây bệnh thối đỏ. Cơ chế phòng trừ dịch hại dựa trên sự kết hợp giữa hoạt chất Mancozeb (thuốc trừ nấm tiếp xúc phổ rộng, ức chế enzyme chứa nhóm -SH của nấm) và Cymoxanil (thuốc trừ nấm nội hấp, thấm sâu và lưu dẫn).

Phương pháp bố trí thí nghiệm:

  • Thí nghiệm hai yếu tố được bố trí theo khối kiểu lô phụ (Split-Plot Design - SPD) với 3 lần lặp lại trên tổng diện tích 400 m².
    • Yếu tố lô chính (A - Liều lượng thuốc Dupont Curzate 72WG): Gồm 3 mức liều lượng: A1 (0 kg/ha - đối chứng không phun), A2 (1,5 kg/ha - liều lượng khuyến cáo), A3 (2,25 kg/ha - liều lượng tăng 1,5 lần). Thuốc được pha với lượng nước 400 lít/ha, phun khi bệnh xuất hiện và phun nhắc lại định kỳ 10 ngày/lần (tổng cộng 3 lần phun/vụ).
    • Yếu tố lô phụ (B - Giống cao lương): Gồm 4 giống lai: B1 (SQ27), B2 (SQ17), B3 (SQ12), B4 (SQ20).
  • Quy mô ô thí nghiệm: Diện tích ô cơ sở là 8,4 m² (dài 6,0 m × rộng 1,4 m), mật độ gieo trồng 57.143 cây/ha (khoảng cách hàng cách hàng 0,7 m, cây cách cây 0,25 m), trồng 40 cây/ô.

Quy trình kỹ thuật canh tác: Áp dụng theo quy trình chuẩn của Viện Nghiên cứu Cây trồng Quốc tế cho Vùng Nhiệt đới Bán Khô hạn (ICRISAT, 2010). Lượng phân bón nguyên chất tính cho 1 ha gồm: 5 tấn phân hữu cơ, 200 kg N, 150 kg P₂O₅, 160 kg KCl (tương đương 435 kg urê, 750 kg supe lân, 267 kg kali clorua). Phân hữu cơ, vôi và lân được bón lót toàn bộ; đạm và kali được chia bón thúc 3 lần vào các giai đoạn 3–5 lá, 7–9 lá và giai đoạn xoáy nõn.

Phương pháp theo dõi và thu thập số liệu:

  • Chỉ tiêu sinh trưởng: Theo dõi trên 10 cây cố định/ô về ngày mọc mầm, tỷ lệ mọc mầm, tỷ lệ hốc mọc, ngày xuất hiện ống chùy, trổ chùy, nở hoa, chín sinh lý, chiều cao cây, số lá, diện tích lá ($S = \sum D \times R \times 0,7$), chỉ số diện tích lá (LAI), số lóng thân, số đốt rễ chân kiềng, đường kính thân.
  • Phương pháp điều tra bệnh thối đỏ: Điều tra định kỳ 7 ngày/lần theo phương pháp bảo vệ thực vật (5 điểm/ô theo đường zíc zắc tịnh tiến, 4 cây/điểm). Đánh giá mức độ hại theo thang phân cấp bệnh 5 cấp của Thakur và cs. (2007).
    • Tỷ lệ bệnh (TLB %): $\text{TLB} = (\text{Số lá bị bệnh} / \text{Tổng số lá điều tra}) \times 100$.
    • Chỉ số bệnh (CSB %): $\text{CSB} = \frac{\sum (N_i \times i)}{N \times n} \times 100$ (với $N_i$ là số lá ở cấp bệnh $i$, $N$ là tổng số lá, $n$ là cấp bệnh cao nhất).
    • Diện tích dưới đường cong tiến triển bệnh: $\text{AUDPC} = \sum_{i=1}^{n-1} \frac{y_i + y_{i+1}}{2} \times (t_{i+1} - t_i)$.
  • Theo dõi sâu bệnh hại khác: Bệnh đốm lá (Helminthosporium maydis - thang 1–5), cháy lá (Xanthomonas vasicola pv. holcicola), sâu đục thân (Ostrinia nubilalis - thang 1–9).
  • Chỉ tiêu năng suất: Xác định số hạt/chùy, khối lượng 1000 hạt, khối lượng hạt/chùy, tỷ lệ hạt/chùy, năng suất hạt lý thuyết (NSHLT), năng suất hạt thực thu (NSHTT), năng suất thân lá thực thu (NSTLTT) và năng suất sinh khối (NSSK).

Nguồn dữ liệu:

  • Dữ liệu thực nghiệm thu thập trực tiếp tại Trại thực nghiệm khoa Nông học.
  • Số liệu thời tiết do Trung tâm Dự báo Khí tượng Thủy văn Nam Bộ cung cấp (tháng 10/2023 - 02/2024: nhiệt độ cao nhất 32,5°C, thấp nhất 18,8°C; tổng lượng mưa 60,8 - 180,8 mm; độ ẩm 68,2 - 82,3%; số giờ nắng 150,8 - 210,7 giờ).
  • Kết quả phân tích lý hóa tính đất do Bộ môn Thủy Nông - Đại học Nông Lâm TP.HCM thực hiện: đất cát pha thịt (cát 71,8%, thịt 24,0%, sét 4,2%), pH 5,0 (hơi chua), EC 49,5 µS/cm, CEC 1,9 meq/100g, hữu cơ tổng số nghèo (0,06%), đạm tổng số 0,08%, lân tổng số 0,07%, kali tổng số 1,56%, đạm dễ tiêu 45,1 mg/100g, lân dễ tiêu 12,8 mg/100g.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan tài liệu

Chương 1 hệ thống hóa cơ sở dữ liệu khoa học về cây cao lương và bệnh thối đỏ:

  • Khái quát về cây cao lương: Phân loại thực vật học, nguồn gốc từ Trung Phi cách đây 7.000 năm và sự phân bố toàn cầu. Phân tích giá trị dinh dưỡng của hạt cao lương: tinh bột chiếm 71,7%, protein 12,7%, lipid 3,2%, cellulose 1,5%, tro 1,6%, độ ẩm 9,9% (giàu protein và tinh bột hơn ngô và lúa gạo). Đánh giá tiềm năng kinh tế trong làm lương thực, cỏ tươi/cỏ khô chăn nuôi và nguyên liệu sản xuất ethanol sinh học (tiết kiệm nước và chi phí canh tác bằng 1/5 so với mía theo William Dar, 2007).
  • Hiện trạng sản xuất: Theo FAOSTAT (2021), toàn thế giới có 113 quốc gia canh tác cao lương với diện tích 40,93 triệu ha, năng suất trung bình 1,5 tấn/ha, sản lượng 61,36 triệu tấn. Châu Phi có diện tích lớn nhất (28,1 triệu ha) nhưng năng suất thấp nhất (0,9 tấn/ha); Châu Âu và Châu Úc có năng suất cao nhất (4,0 – 4,6 tấn/ha). Tại Việt Nam, cây cao lương được khảo nghiệm tại các vùng sinh thái qua các giống như VN1401, Latte, các dòng lai IRL, nhưng diện tích còn phân tán và quy mô nhỏ.
  • Bệnh hại và bệnh thối đỏ: Tổng kết các loại bệnh hại chính; phân tích chi tiết nấm Colletotrichum graminicola (Ces.) Wilson gây bệnh thối đỏ qua các giai đoạn đốm lá, thối cuống và hạt.
  • Hoạt chất phòng trừ: Trình bày cơ chế, độc tính và phạm vi tác dụng của Mancozeb, Cymoxanil, Fluopicolide, Fosetyl Aluminium, cùng các kết quả nghiên cứu trước đây về hiệu lực thuốc DuPont Curzate 72WG trên đồng ruộng.

Chương 2: Vật liệu và phương pháp nghiên cứu

Chương 2 mô tả chi tiết quy trình tổ chức thực nghiệm nông học:

  • Trình bày đặc điểm 4 giống cao lương lai (SQ27, SQ17, SQ12, SQ20) là tổ hợp lai đơn từ các dòng bố mẹ IRL95, ICSV574, Thailand, NTJ2, VN1402 do Bộ môn Di truyền và Chọn giống cung cấp.
  • Xác lập quy chuẩn thí nghiệm theo kiểu lô phụ (SPD) 3 lần lặp lại, kiểm soát chặt chẽ quy cách ô thí nghiệm, mật độ trồng (57.143 cây/ha), dải phân cách và hàng cây bảo vệ.
  • Quy chuẩn hóa công thức bón phân (200 N - 150 P₂O₅ - 160 KCl) và kỹ thuật xới xáo, vun gốc, điều tiết nước tưới theo các pha phát dục.
  • Thiết lập hệ thống công thức tính toán toán học - sinh học phục vụ theo dõi các chỉ tiêu nông học, chỉ số diện tích lá Ivanor ($k=0,7$), phương pháp điều tra sâu bệnh theo Viện Bảo vệ thực vật (1997), thang đánh giá mức độ bệnh 5 cấp của Thakur và cs. (2007), công thức tích phân AUDPC và các công thức quy đổi năng suất lý thuyết, thực thu về độ ẩm tiêu chuẩn 14%.

Chương 3: Kết quả và thảo luận

Chương 3 trình bày các kết quả đo đếm và phân tích thống kê:

  • Khả năng mọc mầm: Giống SQ20 có tỷ lệ mọc mầm cao nhất (92,1%) và thời gian nảy mầm sớm nhất (4,2 NSG), khác biệt có ý nghĩa thống kê so với giống SQ12 (72,1% và 4,9 NSG), SQ27 (71,2%) và SQ17 (72,3%). Tỷ lệ hốc mọc dao động từ 81,8% đến 82,9%.
  • Thời gian sinh trưởng và phát dục: Thời gian sinh trưởng của 4 giống dao động trong khoảng 118 – 128 ngày. Giống SQ20 có thời gian sinh trưởng dài nhất (124,1 ngày), thời gian trổ chùy (92,7 NSG) và nở hoa (98,8 NSG) muộn hơn so với các giống SQ17, SQ27 và SQ12.
  • Đặc điểm hình thái và chỉ số sinh trưởng: Giống SQ20 vượt trội về các chỉ tiêu thân lá: số lá đạt 22,1 lá/cây, chỉ số diện tích lá (LAI) đạt 4,0 m² lá/m² đất, số lóng thân đạt 20,5 lóng, đường kính thân 26,8 mm. Khối lượng thân lá tươi của các giống biến động từ 347 g đến 1.262 g/cây.
  • Hiệu lực thuốc và diễn biến bệnh thối đỏ: Nghiệm thức phun liều lượng 2,25 kg/ha (A3) kìm hãm hiệu quả sự gia tăng của nấm bệnh thối đỏ. Trên giống SQ20, khi xử lý liều lượng 2,25 kg/ha, chỉ số bệnh thối đỏ đạt mức thấp nhất là 40,4 tại thời điểm 48 ngày sau phun (98 NSG), giá trị AUDPC đạt mức thấp nhất so với công thức đối chứng không phun và mức khuyến cáo 1,5 kg/ha.
  • Năng suất hạt và sinh khối: Giống SQ20 đạt số hạt/chùy cao nhất (3.553,7 hạt) và khối lượng hạt/chùy nặng nhất (135,6 g). Ở nghiệm thức xử lý thuốc 2,25 kg/ha, giống SQ20 cho năng suất hạt lý thuyết đạt 7,2 tấn/ha, năng suất hạt thực thu cao nhất (6,4 tấn/ha), năng suất thân lá thực thu đạt 58,4 tấn/ha và năng suất sinh khối thực thu cao nhất toàn thí nghiệm đạt 67,6 tấn/ha.

Kết quả và đóng góp

Chỉ tiêu nông học / Dịch tễ SQ27 SQ17 SQ12 SQ20
Tỷ lệ mọc mầm (%) 71,2 72,3 72,1 92,1
Ngày mọc mầm (NSG) 4,3 4,7 4,9 4,2
Thời gian sinh trưởng (ngày) 121,0 119,6 121,3 124,1
Số lá (lá/cây) Trung bình Trung bình Trung bình 22,1
Chỉ số diện tích lá LAI (m² lá/m² đất) < 4,0 < 4,0 < 4,0 4,0
Số lóng thân (lóng) Trung bình Trung bình Trung bình 20,5
Đường kính thân (mm) Trung bình Trung bình Trung bình 26,8
Số hạt trên chùy (hạt) - - - 3.553,7
Khối lượng hạt trên chùy (g) - - - 135,6
Năng suất hạt lý thuyết (tấn/ha) - - - 7,2
Năng suất hạt thực thu - NSHTT (tấn/ha) - - - 6,4
Năng suất thân lá thực thu - NSTLTT (tấn/ha) - - - 58,4
Năng suất sinh khối thực thu - NSSK (tấn/ha) - - - 67,6
Chỉ số bệnh thối đỏ thấp nhất ở mức 2,25 kg/ha (98 NSG) - - - 40,4

Giải pháp và kiến nghị của tác giả:

  • Đưa giống cao lương lai SQ20 vào cơ cấu cây trồng tại TP. Hồ Chí Minh và các khu vực có điều kiện sinh thái tương đồng để phục vụ mục đích kép: thu hoạch hạt làm lương thực/thức ăn chăn nuôi và thu sinh khối thân lá làm nguyên liệu ủ chua, thức ăn xanh hoặc sản xuất nhiên liệu sinh học.
  • Sử dụng thuốc Dupont Curzate 72WG (Mancozeb 64% + Cymoxanil 8%) ở liều lượng 2,25 kg/ha (tăng 1,5 lần so với liều khuyến cáo cơ bản), lượng nước phun 400 lít/ha, tiến hành phun 3 lần cách nhau 10 ngày bắt đầu từ khi bệnh chớm xuất hiện trên ruộng để hạn chế tối đa sự phát triển của bệnh thối đỏ.

Đóng góp của đề tài:

  • Cung cấp dẫn liệu thực nghiệm chi tiết về đặc tính sinh trưởng, khả năng thích nghi và tiềm năng năng suất của 4 tổ hợp lai cao lương mới trên vùng đất xám bạc màu TP. Hồ Chí Minh.
  • Xác lập cơ sở khoa học và liều lượng xử lý thực tế của hoạt chất Mancozeb + Cymoxanil trong phòng trừ nấm Colletotrichum graminicola, bổ sung giải pháp kỹ thuật vào quy trình quản lý bệnh thối đỏ trên cây cao lương.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế: Nghiên cứu được thực hiện trong phạm vi một vụ Đông – Xuân (tháng 10/2023 đến tháng 02/2024), quy mô diện tích 400 m² tại một điểm thực nghiệm duy nhất (Thủ Đức, TP.HCM) trên nền đất xám bạc màu; bộ giống khảo nghiệm giới hạn ở 4 tổ hợp lai và chỉ khảo sát 1 loại thuốc bảo vệ thực vật ở 3 mức liều lượng.
  • Hướng nghiên cứu tiếp:
    • Tiếp tục khảo nghiệm các giống cao lương triển vọng (đặc biệt là SQ20) qua các mùa vụ khác trong năm (vụ Hè – Thu, mùa mưa) và trên nhiều loại đất, vùng sinh thái khác nhau nhằm đánh giá tính ổn định di truyền và độ thích ứng.
    • Nghiên cứu phối hợp các biện pháp canh tác, luân canh và các chế phẩm sinh học kháng nấm nhằm hoàn thiện quy trình quản lý dịch hại tổng hợp (IPM) phòng trừ bệnh thối đỏ bền vững, giảm thiểu phụ thuộc vào thuốc hóa học.

Giá trị tham khảo

  • Đối tượng thụ hưởng: Sinh viên, học viên cao học, giảng viên và kỹ sư chuyên ngành Bảo vệ thực vật, Nông học, Trồng trọt, Khoa học cây trồng.
  • Phần giá trị chuyên môn cao:
    • Quy trình thiết kế thí nghiệm hai yếu tố kiểu lô phụ (SPD) trên cây ngũ cốc ngắn ngày.
    • Phương pháp luận theo dõi dịch tễ học thực vật, định lượng chỉ số bệnh (CSB) và tính toán diện tích dưới đường cong tiến triển bệnh (AUDPC).
    • Bảng số liệu phân tích lý hóa tính đất xám bạc màu và hệ số quy đổi năng suất hạt, thân lá, sinh khối chuẩn xác theo độ ẩm.

Câu hỏi thường gặp

1. Giống cao lương nào đạt năng suất sinh khối và năng suất hạt cao nhất trong thí nghiệm? Giống SQ20 đạt năng suất cao nhất ở cả hai chỉ tiêu: năng suất hạt thực thu đạt 6,4 tấn/ha (năng suất lý thuyết 7,2 tấn/ha) và năng suất sinh khối thực thu đạt 67,6 tấn/ha (năng suất thân lá thực thu đạt 58,4 tấn/ha).

2. Liều lượng thuốc Dupont Curzate 72WG nào cho hiệu lực phòng trừ bệnh thối đỏ cao nhất? Liều lượng xử lý A3 (2,25 kg/ha, tăng 1,5 lần so với khuyến cáo) với thể tích phun 400 lít/ha cho hiệu lực phòng trừ cao nhất, giúp giống SQ20 đạt chỉ số bệnh thấp nhất là 40,4 tại thời điểm 48 ngày sau phun (98 ngày sau gieo) và làm chậm đáng kể tiến trình phát triển của bệnh (giá trị AUDPC thấp nhất).

3. Đặc điểm thổ nhưỡng khu đất thực nghiệm tại Trường Đại học Nông Lâm TP.HCM như thế nào? Khu đất thí nghiệm là đất cát pha thịt (cát 71,8%, thịt 24,0%, sét 4,2%), có phản ứng hơi chua (pH 5,0), dung tích hấp thu CEC thấp (1,9 meq/100g), nghèo chất hữu cơ (0,06%), hàm lượng đạm tổng số (0,08%), lân tổng số (0,07%) và kali tổng số (1,56%) ở mức nghèo, đạm dễ tiêu đạt 45,1 mg/100g và lân dễ tiêu đạt 12,8 mg/100g.

4. Tác nhân gây bệnh thối đỏ trên cây cao lương là gì và phương pháp đánh giá tiến trình bệnh trong khóa luận được thực hiện ra sao? Bệnh thối đỏ do nấm Colletotrichum graminicola (Ces.) Wilson gây ra. Tiến trình bệnh được điều tra định kỳ 7 ngày/lần tại 5 điểm zíc zắc trên mỗi ô thí nghiệm, đánh giá mức độ hại theo thang phân cấp bệnh 5 cấp của Thakur và cs. (2007), sau đó tính toán tỷ lệ bệnh (TLB), chỉ số bệnh (CSB) và diện tích dưới đường cong tiến triển bệnh (AUDPC).

5. Công thức và lượng phân bón được áp dụng cho 1 ha cao lương trong nghiên cứu gồm những gì? Quy trình bón phân cho 1 ha gồm 5 tấn phân hữu cơ cùng 200 kg N - 150 kg P₂O₅ - 160 kg KCl nguyên chất (tương đương 435 kg urê, 750 kg supe lân và 267 kg kali clorua), kết hợp bón lót toàn bộ hữu cơ, vôi, lân và bón thúc đạm - kali chia làm 3 lần vào các giai đoạn cây đạt 3–5 lá, 7–9 lá và xoáy nõn.

Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp của tác giả Nguyễn Công Chánh đã hoàn thành việc đánh giá đặc tính sinh trưởng, năng suất của 4 giống cao lương lai và hiệu lực của thuốc Dupont Curzate 72WG trên nền đất xám bạc màu tại TP. Hồ Chí Minh. Kết quả thực nghiệm khẳng định giống lai SQ20 có ưu thế vượt trội về khả năng mọc mầm (92,1%), chỉ số diện tích lá (4,0 m² lá/m² đất), năng suất hạt thực thu (6,4 tấn/ha) và năng suất sinh khối (67,6 tấn/ha). Đồng thời, việc xử lý thuốc Dupont Curzate 72WG ở liều lượng 2,25 kg/ha đã mang lại hiệu lực khống chế bệnh thối đỏ cao nhất, làm giảm thiểu chỉ số bệnh xuống mức 40,4 ở 98 ngày sau gieo. Đề tài cung cấp cơ sở thực nghiệm vững chắc phục vụ công tác chọn tạo giống và xây dựng quy trình bảo vệ thực vật cho cây cao lương tại khu vực phía Nam.