Tổng quan nghiên cứu

Sản xuất lương thực toàn cầu đang đối mặt với sức ép gay gắt khi quy mô dân số thế giới dự kiến chạm mốc 9 tỷ người vào năm 2050, đi cùng với sự thu hẹp diện tích đất canh tác do biến đổi khí hậu và tốc độ đô thị hóa nhanh chóng. Tại Việt Nam, ngành trồng trọt giữ vai trò trụ cột trong việc bảo đảm an ninh lương thực và khẳng định vị thế quốc gia xuất khẩu gạo đứng thứ 2 thế giới. Tuy nhiên, việc gia tăng sản lượng thông qua mở rộng diện tích gặp nhiều hạn chế sinh thái, đòi hỏi giải pháp cốt lõi phải đến từ đột phá năng suất trên một đơn vị diện tích.

Tại tỉnh Thái Bình, một trọng điểm lúa nước của vùng duyên hải Bắc Bộ với diện tích gieo trồng đạt 162.833 ha vào năm 2012 và năng suất bình quân 65,07 tạ/ha, sản lượng lúa đạt trên 1,059 triệu tấn. Mặc dù vậy, cơ cấu lúa lai tại địa phương mới chỉ chiếm khoảng 16% đến 20% tổng diện tích gieo cấy, thấp hơn rõ rệt so với tiềm năng thâm canh và tỷ lệ gieo trồng tại các địa phương lân cận như Nam Định hay Thanh Hóa. Phần lớn cơ cấu mùa vụ vẫn duy trì trên 80% lúa thuần trong vụ xuân và trên 90% trong vụ mùa.

Vấn đề nghiên cứu trọng tâm xuất phát từ việc lúa lai thương phẩm tại địa phương còn phụ thuộc tới 75% nguồn hạt giống nhập khẩu giá cao, dễ nhiễm bệnh bạc lá trong vụ mùa và thiếu quy trình phân bón tối ưu cho từng vùng sinh thái. Mục tiêu cụ thể của đề tài là đánh giá toàn diện đặc tính nông sinh học, năng suất và phẩm chất của các tổ hợp lúa lai hai dòng và ba dòng mới chọn tạo trong vụ Mùa 2012; từ đó tuyển chọn các tổ hợp triển vọng nhất để xác định mức phân bón đạm thích hợp trong vụ Xuân 2013 tại Thái Bình. Nghiên cứu mang ý nghĩa thực tiễn lớn trong việc nâng cao hiệu quả kinh tế thêm 15% đến 20% cho người nông dân và tối ưu hóa hệ số sử dụng dinh dưỡng đạm trên đồng ruộng.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng trên nền tảng lý thuyết ưu thế lai (Heterosis) ở cây lúa (Oryza sativa L.), khai thác hiệu ứng vượt trội của con lai F1 so với bố mẹ về khả năng sinh trưởng, khả năng chống chịu sâu bệnh và năng suất sinh học. Công nghệ sản xuất lúa lai được tiếp cận qua hai hệ thống di truyền chủ đạo: hệ thống lúa lai ba dòng dựa trên bất dục đực tế bào chất (Cytoplasmic Male Sterility - CMS) gồm dòng bất dục A, dòng duy trì B, dòng phục hồi R; và hệ thống lúa lai hai dòng khai thác nguồn bất dục đực mẫn cảm với nhiệt độ (TGMS) hoặc quang chu kỳ (PGMS).

Bên cạnh đó, đề tài vận dụng lý thuyết dinh dưỡng khoáng cây trồng, đặc biệt là cơ chế hấp thu, vận chuyển và đồng hóa đạm (N). Đạm là nguyên tố cấu tạo cơ bản của protein, axit nucleic, enzym và diệp lục tố, chi phối trực tiếp đến động thái đẻ nhánh, diện tích lá quang hợp và các yếu tố cấu thành năng suất. Theo các quy luật sinh lý học thực vật, cây lúa thường chỉ hấp thu khoảng 40% lượng phân đạm bón vào đất, trong khi 40% bị thất thoát qua bay hơi, rửa trôi và 20% còn lại tồn dư hoặc chuyển hóa trong đất. Các khái niệm cốt lõi vận hành trong nghiên cứu gồm: năng suất lý thuyết (NSLT), năng suất thực thu (NSTT), thời gian sinh trưởng (TGST), tỷ lệ hạt chắc và hệ số sử dụng đạm.

Phương pháp nghiên cứu

Đề tài sử dụng nguồn vật liệu gồm các tổ hợp lúa lai mới hai dòng và ba dòng triển vọng do các nhà khoa học trong nước chọn tạo cùng các giống đối chứng đang sản xuất đại trà. Thí nghiệm được bố trí trên chân đất vàn, vàn cao có độ phì đồng đều tại Thái Bình, tuân thủ chặt chẽ Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về khảo nghiệm giá trị canh tác và sử dụng của giống lúa.

Cỡ mẫu nghiên cứu được thiết kế theo phương pháp khối ngẫu nhiên hoàn chỉnh (RCBD) với 3 lần lặp lại. Trong mỗi ô thí nghiệm có diện tích từ 10 đến 20 m², mẫu được thu thập ngẫu nhiên trên 10 đến 30 khóm lúa để đo đếm các chỉ tiêu sinh trưởng (chiều cao cây, chiều dài bông, động thái đẻ nhánh) và các chỉ tiêu cấu thành năng suất (số bông/khóm, số hạt chắc/bông, khối lượng 1000 hạt). Phương pháp bố trí này giúp triệt tiêu tối đa các sai số ngẫu nhiên từ độ phì đất và vi khí hậu đồng ruộng.

Phương pháp phân tích số liệu dựa trên thống kê sinh học nông nghiệp, sử dụng phân tích phương sai (ANOVA) để kiểm định sự sai khác giữa các công thức ở các mức ý nghĩa thống kê p < 0,05 và p < 0,01. Lý do lựa chọn phân tích ANOVA nhằm bóc tách chính xác ảnh hưởng của yếu tố di truyền giống và tác động tương tác của liều lượng phân đạm đến các chỉ tiêu năng suất. Toàn bộ tiến trình thực nghiệm được triển khai xuyên suốt từ tháng 6 năm 2012 (vụ Mùa) đến tháng 6 năm 2013 (vụ Xuân).

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Quá trình khảo nghiệm và xử lý số liệu thực nghiệm đã mang lại 4 phát hiện quan trọng:

  1. Sàng lọc thành công các tổ hợp lai ưu tú: Trong vụ Mùa 2012, các tổ hợp lai khảo nghiệm thể hiện khả năng sinh trưởng khỏe, đẻ nhánh gọn và thời gian sinh trưởng từ 105 đến 115 ngày. Trong đó, ba tổ hợp TH7-5, TH3-7 và TH18 thể hiện ưu thế vượt trội về sức chống chịu tự nhiên với sâu cuốn lá và bệnh bạc lá (điểm nhiễm từ 1 đến 3), thấp hơn 1 đến 2 điểm so với các giống nhập nội.
  2. Năng suất thực thu vượt trội: Các tổ hợp lúa lai được tuyển chọn cho năng suất thực thu đạt từ 65,8 tạ/ha đến 74,2 tạ/ha trong vụ Mùa, cao hơn giống lúa thuần đối chứng từ 18,5% đến 26,3%. Khối lượng 1000 hạt của các tổ hợp này đạt mức ổn định từ 24,5 g đến 27,2 g.
  3. Phản ứng rõ nét của giống với các mức bón đạm: Trong vụ Xuân 2013, mức phân đạm thể hiện ảnh hưởng mang tính quyết định đến số bông hữu hiệu và số hạt chắc/bông của 3 tổ hợp được chọn. Khi gia tăng lượng đạm từ mức đối chứng 0 kg N/ha lên các mức 90 kg N/ha, 120 kg N/ha và 150 kg N/ha, năng suất thực thu tăng tuyến tính từ 22,4% đến 38,6%. Tuy nhiên, khi tăng đạm vượt ngưỡng 150 kg N/ha lên 180 kg N/ha, năng suất có xu hướng chững lại hoặc suy giảm nhẹ do tỷ lệ lép hạt tăng từ 3,5% lên 6,8% và cây có hiện tượng lốp đổ.
  4. Phẩm chất gạo thương phẩm đạt chuẩn: Tỷ lệ gạo nguyên của các tổ hợp TH7-5 và TH3-7 đạt trên 68,5%, hàm lượng amylose dao động từ 13,2% đến 15,6%, cho cơm mềm, bóng và vị đậm, khắc phục hoàn toàn nhược điểm cơm khô cứng của các giống lúa lai thế hệ cũ.

Thảo luận kết quả

Sự gia tăng năng suất của các tổ hợp lúa lai mới tại Thái Bình bắt nguồn từ sự tích lũy vật chất khô tối ưu và hiệu suất quang hợp cao của bộ lá đòng xanh bền. Khi bón đạm ở mức hợp lý từ 120 đến 150 kg N/ha, cây lúa hình thành số nhánh hữu hiệu cao nhất, đạt từ 5,8 đến 6,5 bông/khóm, đồng thời diện tích lá đạt cực đại vào giai đoạn làm đòng nhưng không gây rợp tán.

So sánh với các nghiên cứu dinh dưỡng lúa lai quốc tế tại Ấn Độ và Viện Nghiên cứu Lúa Quốc tế (IRRI), kết quả này hoàn toàn tương đồng với nhận định rằng lúa lai cần lượng dinh dưỡng khoáng cao hơn lúa thuần từ 15% đến 25% để phát huy tối đa ưu thế lai, nhưng đòi hỏi kỹ thuật bón tập trung vào giai đoạn đẻ nhánh rộ và đón đòng.

Về mặt trực quan hóa, toàn bộ động thái phản ứng năng suất này có thể được trình bày rõ nét qua biểu đồ cột ghép thể hiện tương quan giữa năng suất lý thuyết và năng suất thực thu của từng tổ hợp ở 4 mức đạm. Đồng thời, đường hồi quy bậc 2 mô tả mối quan hệ giữa liều lượng đạm và năng suất thực thu sẽ minh họa trực quan điểm uốn tối ưu kinh tế sinh học cho từng tổ hợp lai, giúp người nông dân dễ dàng nhận biết ngưỡng bón sinh lợi cao nhất.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Chuẩn hóa quy trình bón phân đạm chuyên biệt: Ban hành quy trình thâm canh khuyến nghị mức bón đạm từ 120 đến 150 kg N/ha cho các tổ hợp lúa lai TH7-5, TH3-7 và TH18 trong vụ Xuân. Phân bổ tỷ lệ bón nghiêm ngặt theo công thức: 40% bón lót sâu, 40% bón thúc đẻ nhánh sớm (sau cấy 10 đến 15 ngày) và 20% bón đón đòng, nhằm nâng cao hệ số sử dụng đạm thêm 15% và giảm lượng đạm bay hơi, hoàn thành chuyển giao kỹ thuật trong giai đoạn 2014 - 2015 do Trung tâm Khuyến nông tỉnh chủ trì thực hiện.
  2. Mở rộng diện tích sản xuất đại trà: Đưa các tổ hợp lúa lai TH7-5 và TH3-7 vào cơ cấu giống chủ lực của tỉnh Thái Bình, mở rộng quy mô gieo cấy đạt 15.000 ha đến 20.000 ha trong vòng 3 năm tới, mục tiêu nâng tỷ lệ phủ sóng lúa lai của toàn tỉnh từ mức 18% lên 30% vào năm 2017 do Sở Nông nghiệp và Phát triển nông thôn chỉ đạo.
  3. Phát triển mạng lưới sản xuất hạt giống F1 tại chỗ: Xây dựng vùng sản xuất hạt lai F1 tập trung quy mô 200 ha tại các huyện có tiểu khí hậu phù hợp như Thái Thụy, Tiền Hải. Biện pháp này hướng tới hạ giá thành hạt giống thương phẩm xuống 25% đến 30% so với giá nhập khẩu, do các Trung tâm Giống cây trồng liên kết với doanh nghiệp nông nghiệp triển khai từ năm 2014.
  4. Áp dụng bảng so màu lá lúa trong quản lý dinh dưỡng: Hướng dẫn nông dân áp dụng công cụ bảng so màu lá lúa (LCC) để điều chỉnh liều lượng đạm theo thời gian thực, giảm thiểu rủi ro bón thừa đạm gây bùng phát bệnh bạc lá và đạo ôn, giảm chi phí thuốc bảo vệ thực vật từ 300.000 đến 500.000 đồng/ha/vụ do các Hợp tác xã Nông nghiệp triển khai thường niên.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Cán bộ nghiên cứu và chọn tạo giống: Tiếp cận cơ sở dữ liệu thực nghiệm chi tiết về đặc tính nông sinh học, khả năng kết hợp và độ thuần di truyền của các dòng mẹ CMS, TGMS phục vụ công tác lai tạo các tổ hợp lúa lai thế hệ mới.
  2. Cán bộ quản lý nông nghiệp và khuyến nông: Ứng dụng các kết luận khoa học về liều lượng phân bón để xây dựng cơ cấu mùa vụ, hoạch định chính sách trợ giá giống và chuyển giao gói kỹ thuật thâm canh lúa lai cho nông dân vùng đồng bằng sông Hồng.
  3. Doanh nghiệp sản xuất và kinh doanh hạt giống: Khai thác các dữ liệu về năng suất thực thu và tỷ lệ thu hồi hạt gạo để xây dựng phương án thương mại hóa, tổ chức bao tiêu sản phẩm và đầu tư sản xuất hạt lai F1 quy mô công nghiệp.
  4. Giảng viên, học viên cao học và sinh viên ngành Nông học: Sử dụng luận văn làm tài liệu tham khảo chuẩn mực về phương pháp bố trí thí nghiệm đồng ruộng hai nhân tố, quy trình phân tích phương sai sinh học và phương pháp đánh giá phẩm chất lúa gạo.

Câu hỏi thường gặp

Tại sao tỷ lệ gieo cấy lúa lai tại Thái Bình thời điểm nghiên cứu chỉ đạt dưới 20% dù năng suất cao hơn lúa thuần?

Nguyên nhân chủ yếu do giá hạt giống lúa lai cao gấp 5 đến 6 lần lúa thuần và phụ thuộc nguồn nhập khẩu. Bên cạnh đó, tập quán canh tác lúa thuần chất lượng cao ăn sâu vào sản xuất, cùng với nguy cơ lúa lai nhập nội dễ nhiễm bệnh bạc lá trong vụ mùa đã làm hạn chế động lực mở rộng diện tích của nông dân.

Việc bón đạm vượt ngưỡng 150 kg N/ha gây ra những tác động tiêu cực nào đến sinh trưởng của lúa lai?

Bón thừa đạm kích thích thân lá phát triển quá mức, làm tán lá rậm rạp, giảm khả năng thông khí và tăng tỷ lệ rợp bóng. Điều này dẫn đến mô tế bào mềm yếu, khiến cây dễ bị lốp đổ, tăng tỷ lệ hạt lép lên trên 6,8% và tạo điều kiện cho nấm bệnh, sâu hại phát sinh mạnh mẽ, làm suy giảm năng suất thực tế.

Các tổ hợp lúa lai chọn tạo trong nước như TH7-5 và TH3-7 có ưu điểm gì vượt trội so với giống nhập khẩu?

Các tổ hợp này có thời gian sinh trưởng ngắn hơn từ 5 đến 7 ngày, thích ứng hoàn hảo với điều kiện thời tiết và thổ nhưỡng địa phương, mức độ nhiễm sâu bệnh thấp hơn 1 đến 2 điểm. Đồng thời, chất lượng gạo vượt trội với hạt trong, hàm lượng amylose cân đối từ 13% đến 16%, giá hạt giống nội địa cũng rẻ hơn đáng kể.

Cơ chế phân chia thời kỳ bón đạm 40% lót, 40% thúc đẻ và 20% đón đòng mang lại lợi ích gì?

Tỷ lệ phân chia này cung cấp đạm đúng vào hai giai đoạn nhu cầu dinh dưỡng cao nhất của cây lúa là đẻ nhánh rộ và phân hóa hoa tự. Bón lót sâu giúp bộ rễ phát triển mạnh, bón đón đòng tăng số lượng hoa trên bông và giảm tỷ lệ thoái hóa hoa, giúp tăng số hạt chắc trên bông thêm 12% đến 18%.

Điểm khác biệt mấu chốt về hiệu quả kinh tế giữa lúa lai hai dòng và ba dòng trong nghiên cứu là gì?

Lúa lai hai dòng sử dụng dòng bất dục mẫn cảm nhiệt độ (TGMS), không cần dòng duy trì B nên quy trình nhân dòng và sản xuất hạt lai F1 đơn giản hơn, năng suất hạt giống F1 đạt từ 2,5 đến 3,5 tấn/ha, cao hơn hệ thống ba dòng từ 20% đến 30%, từ đó giảm áp lực chi phí giống cho người trồng lúa.

Kết luận

  • Tuyển chọn thành công 3 tổ hợp lúa lai triển vọng gồm TH7-5, TH3-7 và TH18 sở hữu khả năng chống chịu sâu bệnh tốt và năng suất thực thu đạt từ 65,8 đến 74,2 tạ/ha, cao hơn lúa thuần từ 18,5% đến 26,3%.
  • Xác định mức bón đạm tối ưu về mặt nông học và kinh tế cho các tổ hợp lai chọn lọc trong vụ Xuân là 120 đến 150 kg N/ha trên nền phân chuồng, lân và kali cân đối.
  • Làm sáng tỏ các quy luật sinh lý về động thái đẻ nhánh, diện tích lá và sự tích lũy vật chất khô của con lai F1 dưới tác động của các mức phân bón khoáng tại vùng đồng bằng duyên hải.
  • Cung cấp cơ sở khoa học tin cậy cho chiến lược tự chủ nguồn giống lúa lai thương phẩm nội địa và xây dựng quy trình canh tác giảm phát thải, tiết kiệm chi phí đầu vào.
  • Kế hoạch tiếp theo giai đoạn 2014 - 2020: Hoàn thiện hồ sơ công nhận giống quốc gia cho các tổ hợp ưu tú và mở rộng mạng lưới khảo nghiệm sản xuất đại trà tại các tỉnh phía Bắc; các cấp quản lý và doanh nghiệp cần bắt tay liên kết chặt chẽ để đưa nhanh các tiến bộ kỹ thuật này vào đồng ruộng.