Tổng quan luận án

Cây đậu tương (Glycine max (L.) Merrill) là cây thực phẩm ngắn ngày có giá trị dinh dưỡng cao, cung cấp nguồn protein thực vật chất lượng với hàm lượng dao động từ 36% đến 56% khối lượng chất khô và hàm lượng isoflavone trung bình đạt 888,8 mg/100g chất khô (dao động từ 207,0 đến 3.561,8 mg/100g chất khô). Tại Hà Nội, sản xuất đậu tương đối mặt với tình trạng suy giảm nghiêm trọng: diện tích gieo trồng từ 12,4 nghìn ha năm 2016 giảm xuống còn 2,56 nghìn ha vào năm 2020 (giảm 79,3%), kéo theo sản lượng giảm 77,4%. Khoảng trống nghiên cứu và nguyên nhân xuất phát từ việc thiếu các giống có năng suất kết hợp hàm lượng protein và isoflavone cao thích hợp với điều kiện sinh thái địa phương; quy trình kỹ thuật canh tác chưa đồng bộ về thời vụ, mật độ; tỷ lệ ứng dụng phân bón hữu cơ và thuốc trừ sâu sinh học rất thấp (chỉ đạt 5 - 6%), chủ yếu lạm dụng phân bón vô cơ và thuốc bảo vệ thực vật hóa học; sản phẩm chủ yếu bán ở dạng hạt thô chưa được chứng nhận tiêu chuẩn chất lượng và an toàn. Do đó, luận án tiến sĩ nông nghiệp của tác giả Hoàng Thị Hoà với đề tài "Nghiên cứu một số giải pháp kỹ thuật nâng cao hiệu quả sản xuất các giống đậu tương có hàm lượng protein và isoflavone cao tại Hà Nội" được thực hiện nhằm giải quyết các yêu cầu thực tiễn nêu trên.

Mục tiêu nghiên cứu của luận án được xác định cụ thể như sau:

  • Mục tiêu chung: Xác định được một số giải pháp kỹ thuật nhằm nâng cao hiệu quả sản xuất các giống đậu tương có hàm lượng protein và isoflavone cao tại Hà Nội.
  • Mục tiêu cụ thể:
    1. Xác định được những yếu tố hạn chế, tồn tại và tiềm năng trong sản xuất đậu tương tại Hà Nội.
    2. Xác định được một số giống đậu tương có hàm lượng protein, isoflavone cao thích hợp với sản xuất tại Hà Nội.
    3. Xác định được một số biện pháp kỹ thuật canh tác để nâng cao năng suất của các giống tuyển chọn (có hàm lượng protein, isoflavone cao) tại Hà Nội.
    4. Xây dựng mô hình sản xuất giống đậu tương mới tuyển chọn tại Hà Nội.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: 10 giống đậu tương do Trung tâm Nghiên cứu và Phát triển Đậu đỗ (Viện Cây lương thực và Cây thực phẩm) và Viện Di truyền Nông nghiệp chọn tạo; phân bón hữu cơ Sông Gianh (HC-23); các loại thuốc trừ sâu sinh học.
  • Phạm vi nội dung: Điều tra thực trạng sản xuất; khảo nghiệm tuyển chọn giống đậu tương có hàm lượng protein và isoflavone cao; nghiên cứu hoàn thiện kỹ thuật canh tác (thời vụ, mật độ, phân bón hữu cơ, thuốc trừ sâu sinh học); xây dựng mô hình sản xuất và hạch toán hiệu quả kinh tế.
  • Phạm vi không gian: Khảo sát thực trạng tại 3 huyện đại diện của thành phố Hà Nội gồm Phúc Thọ (xã Vân Nam, Thọ Lộc), Mỹ Đức (xã Hùng Tiến, Hợp Tiến, Mỹ Thành) và Ba Vì (xã Cổ Đô, Đông Quang). Thí nghiệm đồng ruộng và mô hình thực hiện tại huyện Phúc Thọ và huyện Mỹ Đức.
  • Phạm vi thời gian: Các thí nghiệm được tiến hành trong 2 vụ liên tiếp (vụ Xuân và vụ Đông) trong giai đoạn từ tháng 9/2016 đến năm 2022.

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Tổng quan tài liệu của luận án hệ thống hóa các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước về cây đậu tương theo các trục nội dung chính:

  1. Nghiên cứu về giá trị dinh dưỡng và hoạt chất sinh học: Đậu tương chứa 36% protein, 19% dầu, 35% carbohydrate và 5% khoáng chất trong chất khô. Hoạt chất isoflavone gồm 3 thành phần chính là genistein (chiếm 50%), daidzein (chiếm 40%) và glycitein (chiếm 10%), tồn tại chủ yếu dưới dạng β-glucosides (genistin, daidzin, glycitin). Về tương quan di truyền, nhiều nghiên cứu quốc tế chỉ ra mối tương quan nghịch (-0,47) giữa hàm lượng protein tổng số với hàm lượng isoflavone tổng số cũng như giữa hàm lượng protein với năng suất hạt. Vị trí QTL trên nhiễm sắc thể số 15 liên quan đến việc gia tăng tích lũy protein từ 8 đến 14 g/kg, trong khi QTL trên nhiễm sắc thể số 20 tác động làm tăng protein nhưng gây giảm năng suất hạt.

  2. Nghiên cứu chọn tạo và tuyển chọn giống đậu tương:

  • Trên thế giới: Các quốc gia như Mỹ, Brazil, Trung Quốc, Ấn Độ, Nhật Bản, Thái Lan đã áp dụng phương pháp nhập nội, lai hữu tính, xử lý đột biến thực nghiệm và công nghệ sinh học/chỉ thị phân tử (MAS). Hoa Kỳ phát triển các giống thấp cây chống đổ (như giống Elf từ tổ hợp Williams x Rexom) và quy tụ gen kháng virus khảm Rsv1, Rsv3, Rsv4; Brazil phát triển các dòng phục vụ chế biến chuyên biệt (BRS 267, BRSMG 790A cho đậu phụ; BRS 216 cho Natto); Trung Quốc phát triển các giống năng suất cao như Xindadou 1 (đạt 5,96 tấn/ha) và các giống kháng sâu bệnh (Bayuehuang, Kefeng 1, Jilin 3).
  • Tại Việt Nam: Viện Cây lương thực và Cây thực phẩm cùng Viện Di truyền Nông nghiệp đã chọn tạo thành công nhiều giống thông qua lai hữu tính và xử lý đột biến bằng tia phóng xạ Co60 liều lượng 180 Gy (như DT84, DT90, DT95, DT96, DT99, DT2001, DT2010, DT2012, ĐT22, ĐT26, ĐT51, ĐT30, ĐT34, DT218, DT219).
  1. Nghiên cứu kỹ thuật canh tác đậu tương:
  • Yếu tố thời vụ: Nghiên cứu tại miền Bắc xác định vụ Xuân gieo từ 15/1 - 15/3 tùy vùng nhiệt độ và ẩm độ; vụ Hè từ 15/5 - 20/6; vụ Đông từ 15/9 - 10/10.
  • Yếu tố phân bón và mật độ: Đậu tương có khả năng cố định nitơ khí quyển qua vi khuẩn nốt sần Rhizobium, đáp ứng 60 - 70% nhu cầu đạm của cây. Việc bón kết hợp đạm khoáng cân đối với phân lân, kali, vôi, phân hữu cơ vi sinh và các nguyên tố vi lượng (Bo, Mo) thúc đẩy phát triển nốt sần và tăng tỷ lệ đậu hạt.
  • Yếu tố quản lý dịch hại: Việc ứng dụng các chế phẩm sinh học chứa vi khuẩn Bacillus thuringiensis, hoạt chất Abamectin giúp kiểm soát sâu hại đồng thời bảo đảm an toàn môi trường và chất lượng nông sản.

Khoảng trống nghiên cứu mà luận án lựa chọn giải quyết: Mặc dù đã có nhiều giống đậu tương mới được công nhận, nhưng tại vùng sinh thái Hà Nội chưa có nghiên cứu hệ thống nhằm đánh giá và tuyển chọn đồng thời các giống vừa đạt năng suất cao, vừa có hàm lượng protein và isoflavone vượt trội phục vụ chế biến thực phẩm giá trị gia tăng. Bên cạnh đó, các thông số kỹ thuật tối ưu về thời vụ gieo, mật độ quần thể, liều lượng phân bón hữu cơ công nghiệp và chủng loại thuốc trừ sâu sinh học đối với các giống tuyển chọn này tại Hà Nội chưa được xác lập đầy đủ.


Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Luận án dựa trên cơ sở lý thuyết về sinh lý sinh thái, di truyền chọn giống thực vật và kỹ thuật canh tác cây trồng họ Đậu (Fabaceae). Cây đậu tương đòi hỏi nhiệt độ sinh trưởng từ 10 - 40°C (tối thích 20 - 26°C), nhu cầu nước từ 450 - 700 mm/vụ, đất có pHKCl từ 5,5 - 6,5 và nhạy cảm với cường độ chiếu sáng cũng như quang chu kỳ. Quá trình tích lũy chất khô, protein và isoflavone chịu sự chi phối tương tác giữa yếu tố di truyền (giống) và các biện pháp kỹ thuật tác động (thời vụ, mật độ, phân bón, bảo vệ thực vật).

Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm và điều tra được triển khai như sau:

  • Phương pháp điều tra khảo sát: Sử dụng phương pháp đánh giá nhanh nông thôn có sự tham gia (PRA) kết hợp phát phiếu điều tra có cấu trúc tại 3 huyện (Phúc Thọ, Mỹ Đức, Ba Vì) để thu thập dữ liệu về diện tích, năng suất, cơ cấu giống, phân bón, thuốc bảo vệ thực vật, kênh tiêu thụ và hiệu quả kinh tế.
  • Phương pháp thí nghiệm đồng ruộng: Bố trí thí nghiệm theo phương pháp khối ngẫu nhiên hoàn chỉnh (RCBD) với 3 lần nhắc lại. Thí nghiệm khảo nghiệm giống gồm 10 giống đối chứng với giống địa phương/chuẩn. Thí nghiệm kỹ thuật gồm: thí nghiệm thời vụ (các ngày gieo khác nhau trong vụ Xuân và vụ Đông); thí nghiệm 2 nhân tố kết hợp giữa mật độ gieo trồng và liều lượng phân bón hữu cơ Sông Gianh (HC-23); thí nghiệm so sánh hiệu lực các loại thuốc trừ sâu sinh học.
  • Phương pháp phân tích phòng thí nghiệm: Lấy mẫu hạt ngẫu nhiên sau thu hoạch để phân tích hàm lượng protein tổng số theo phương pháp tiêu chuẩn, định lượng tổng hàm lượng isoflavone bằng sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC), và hàm lượng lipid (dầu thô).
  • Chỉ tiêu và phương pháp theo dõi: Theo dõi các giai đoạn sinh trưởng phát triển (thời gian sinh trưởng - TGST); chỉ tiêu hình thái (chiều cao cây - CCC, số cành cấp 1); chỉ số diện tích lá (LAI); khối lượng chất khô (KLCK); số lượng nốt sần và nốt sần hữu hiệu (NSHH) tại thời kỳ ra hoa rộ (R2) và chắc xanh (R5); mức độ nhiễm sâu bệnh hại chính (sâu đục quả, sâu cuốn lá, dòi đục thân, bệnh phấn trắng, gỉ sắt, sương mai) và khả năng chống đổ; các yếu tố cấu thành năng suất (số quả chắc/cây, số hạt/quả, khối lượng 1000 hạt) và năng suất thực thu (NSTT).
  • Phương pháp hạch toán kinh tế và xử lý số liệu: Tính toán tổng thu, chi phí sản xuất, lợi nhuận thuần, tỷ số doanh thu/chi phí (VCR) và tỷ số lợi nhuận cận biên (MBCR). Số liệu thu thập được xử lý thống kê bằng phần mềm chuyên dụng (phân tích phương sai ANOVA, kiểm định sai khác trung bình LSD ở mức ý nghĩa p = 0,05, phân tích hồi quy đánh giá tính ổn định kiểu gen theo chỉ số môi trường).

Nguồn tư liệu và dữ liệu:

  • Dữ liệu thứ cấp: Số liệu thống kê diện tích, sản lượng đậu tương của Tổ chức Nông Lương Liên Hợp Quốc (FAO), Tổng cục Thống kê, Cục Thống kê thành phố Hà Nội và Sở Nông nghiệp và PTNT Hà Nội (giai đoạn 2000 - 2021).
  • Dữ liệu sơ cấp: Thu thập từ 180 phiếu điều tra hộ nông dân tại các huyện Phúc Thọ, Mỹ Đức, Ba Vì giai đoạn 2015 - 2017 và số liệu đo đếm thực nghiệm đồng ruộng từ 2016 đến 2022.

Nội dung chính theo từng chương

Chương I: Tổng quan tài liệu

Chương I tổng hợp 8 cụm nội dung: giá trị dinh dưỡng, thực phẩm, y học, công nghiệp và nông nghiệp của đậu tương; yêu cầu sinh thái (nhiệt độ, ánh sáng, nước, đất) và dinh dưỡng khoáng (N, P, K, Ca, Bo, Mo); tình hình sản xuất, tiêu thụ trên thế giới, Việt Nam và Hà Nội; các kết quả nghiên cứu về hàm lượng protein, isoflavone, chọn tạo giống, thời vụ, phân bón, mật độ và thuốc trừ sâu sinh học.

Dữ liệu sản xuất đậu tương thế giới và Việt Nam được tác giả tổng hợp qua các bảng số liệu:

Bảng 1.1: Diện tích, năng suất, sản lượng đậu tương thế giới giai đoạn 2000 - 2020

Năm Diện tích (triệu ha) Năng suất (tấn/ha) Sản lượng (triệu tấn)
2000 74,31 2,17 161,31
2010 102,86 2,58 265,09
2015 120,90 2,67 323,31
2016 122,04 2,75 335,94
2017 125,86 2,86 359,51
2018 124,06 2,78 344,76
2019 121,28 2,77 335,90
2020 127,06 2,80 355,37

Bảng 1.3: Diện tích, năng suất và sản lượng đậu tương tại Việt Nam từ năm 2010 - 2020

Năm Diện tích (nghìn ha) Năng suất (tấn/ha) Sản lượng (nghìn tấn)
2010 197,80 1,510 298,60
2012 119,61 1,452 173,67
2014 109,35 1,432 156,55
2016 99,58 1,614 160,70
2018 53,36 1,524 81,35
2019 49,217 1,569 77,263
2020 41,564 1,573 65,405

Tài liệu chỉ ra rằng trong khi sản lượng thế giới tăng 2,2 lần sau 20 năm thì diện tích đậu tương Việt Nam giảm 78,9% và sản lượng giảm 78,1%. Tại Hà Nội, diện tích đậu tương giảm từ 20,2 nghìn ha (năm 2015) xuống 2,56 nghìn ha (năm 2020), đặt ra yêu cầu phải có giống chất lượng cao và giải pháp kỹ thuật phù hợp.

Chương II: Vật liệu, nội dung và phương pháp nghiên cứu

Chương này mô tả chi tiết vật liệu gồm 10 giống đậu tương, phân bón hữu cơ Sông Gianh HC-23 và các thuốc sinh học (Abamectin, Bacillus thuringiensis, Ximen 2SC). Bốn nội dung nghiên cứu chính được triển khai bằng các phương pháp điều tra xã hội học nông thôn, bố trí thí nghiệm đồng ruộng theo khối ngẫu nhiên hoàn chỉnh (RCBD), phân tích hàm lượng sinh hóa hạt và hạch toán kinh tế tại huyện Phúc Thọ và Mỹ Đức từ 2016 đến 2022.

Chương III: Kết quả và thảo luận

Chương III trình bày toàn bộ kết quả thực nghiệm qua 4 phần chính:

  1. Kết quả điều tra thực trạng sản xuất đậu tương tại Hà Nội:
  • Điều tra tại Phúc Thọ, Mỹ Đức, Ba Vì cho thấy nông dân chủ yếu trồng các giống cũ hoặc giống thoái hóa.
  • Kỹ thuật bón phân chưa cân đối, tỷ lệ sử dụng phân hữu cơ công nghiệp và thuốc trừ sâu sinh học chỉ đạt 5 - 6%, đa số sử dụng phân vô cơ và thuốc hóa học độc hại.
  • Đậu tương được tiêu thụ dưới dạng hạt thô, giá bán thấp (dao động 20.000 - 25.000 đồng/kg), giá thành sản xuất cao (14,8 - 16,5 nghìn đồng/kg), dẫn đến lợi nhuận thấp hơn các cây trồng khác.
  1. Kết quả tuyển chọn giống đậu tương có năng suất và chất lượng cao:
  • Đánh giá 10 giống thí nghiệm trong vụ Xuân và vụ Đông năm 2019 tại Hà Nội về sinh trưởng, chỉ số diện tích lá (LAI), tích lũy chất khô, khả năng tạo nốt sần và tính chống chịu sâu bệnh.
  • Năng suất và hàm lượng chất lượng của các giống được tổng hợp để chọn ra 2 giống ưu tú nhất:
    • Giống ĐT35: Thời gian sinh trưởng 95 - 98 ngày, sinh trưởng khỏe, chống đổ tốt, năng suất thực thu đạt 2,50 - 2,60 tấn/ha, hàm lượng protein đạt 42,8%.
    • Giống DT2010: Thời gian sinh trưởng 87 - 96 ngày, năng suất thực thu đạt 2,27 - 2,35 tấn/ha, hàm lượng isoflavone đạt 416,4 mg/100g chất khô.
  • Phân tích hồi quy tương tác kiểu gen với chỉ số môi trường khẳng định ĐT35 và DT2010 có độ ổn định năng suất cao qua các mùa vụ.
  1. Kết quả nghiên cứu biện pháp kỹ thuật cho hai giống ĐT35 và DT2010:
  • Thời vụ gieo:
    • Vụ Xuân: Gieo từ ngày 15/2 đến ngày 5/3 cho thời gian sinh trưởng tối ưu, cây phát triển cân đối và năng suất cao nhất.
    • Vụ Đông: Gieo từ ngày 05/9 đến ngày 25/9 tránh được rét muộn ở giai đoạn trỗ hoa và làm hạt, bảo đảm năng suất thực thu cao.
  • Mật độ và lượng phân bón hữu cơ Sông Gianh (HC-23) (thử nghiệm vụ Đông 2020 tại xã Vân Nam và xã Hùng Tiến):
    • Đối với giống ĐT35: Mật độ thích hợp là 30 - 35 cây/m2 kết hợp mức bón phân hữu cơ HC-23 từ 1,8 - 2,1 tấn/ha.
    • Đối với giống DT2010: Mật độ thích hợp là 35 - 40 cây/m2 kết hợp mức bón phân hữu cơ HC-23 từ 1,8 - 2,1 tấn/ha.
  • Hiệu lực của thuốc trừ sâu sinh học: Các loại thuốc sinh học có hoạt chất Abamectin, Bacillus thuringiensis var.0 EC và Ximen 2SC cho hiệu quả phòng trừ sâu cuốn lá, dòi đục thân và sâu đục quả tương đương thuốc hóa học đối chứng, giúp giảm dư lượng độc chất và tăng tỷ số lợi nhuận kinh tế.
  1. Kết quả xây dựng mô hình sản xuất giống mới tại Hà Nội:
  • Triển khai mô hình sản xuất giống ĐT35 và DT2010 trong vụ Đông 2021 tại huyện Phúc Thọ và Mỹ Đức áp dụng gói kỹ thuật đồng bộ (thời vụ gieo 05/9 - 25/9, mật độ chuẩn, bón phân hữu cơ HC-23 và thuốc sinh học).
  • Cả hai giống đều thể hiện khả năng chống chịu tốt với sâu bệnh hại, tỷ lệ nhiễm bệnh phấn trắng và gỉ sắt ở mức nhẹ.
  • Giống ĐT35 duy trì hàm lượng protein cao (42,8%), giống DT2010 duy trì hàm lượng isoflavone cao (416,4 mg/100g chất khô).
  • Hiệu quả kinh tế của mô hình: Năng suất thực thu và lợi nhuận thuần trong mô hình cao hơn rõ rệt so với tập quán sản xuất đại trà của nông dân tại địa phương.

Kết quả và những đóng góp mới

Những đóng góp mới của luận án

  1. Về mặt học thuật và lý luận:
  • Cung cấp dẫn liệu khoa học có hệ thống về mối quan hệ giữa các yếu tố canh tác (thời vụ, mật độ gieo, liều lượng phân bón hữu cơ công nghiệp, thuốc trừ sâu sinh học) với quá trình sinh trưởng, tích lũy chất khô, khả năng hình thành nốt sần hữu hiệu, năng suất hạt và chất lượng sinh hóa (protein, isoflavone, lipid) của cây đậu tương tại vùng đồng bằng Hà Nội.
  • Xác định được 2 giống đậu tương có đặc tính chuyên biệt về chất lượng: giống ĐT35 có ưu thế về hàm lượng protein cao và giống DT2010 có ưu thế về hàm lượng isoflavone cao, có tính ổn định năng