Tổng quan nghiên cứu

Theo số liệu thống kê từ Tổ chức Lương thực và Nông nghiệp Liên Hợp Quốc (FAO), sản lượng lúa gạo toàn cầu năm 2015 đạt 749,1 triệu tấn, trong đó khu vực châu Á đóng góp tới 90,4% tổng sản lượng với 677,7 triệu tấn. Tại Việt Nam, sản lượng lúa gạo năm 2015 đạt mức 44,7 triệu tấn, giữ vững vai trò là trụ cột an ninh lương thực quốc gia và nông sản xuất khẩu chủ lực. Tại tỉnh Hòa Bình, tổng diện tích gieo trồng lúa năm 2015 đạt 39.229 ha với năng suất bình quân 49,90 tạ/ha, trong đó vụ đông xuân đạt 55,09 tạ/ha trên diện tích 16.351 ha. Tuy nhiên, tập quán canh tác lúa tại địa phương còn tồn tại nhiều điểm nghẽn kỹ thuật, đặc biệt là tình trạng lạm dụng phân đạm với lượng bón thực tế của nông dân vượt quá 155 kg N/ha và việc bố trí mật độ cấy chưa phù hợp với đặc tính nông học của từng giống.

Vấn đề cốt lõi đặt ra là việc mở rộng giống lúa thuần chất lượng cao nhập nội từ Nhật Bản J02 vào cơ cấu vụ Xuân tại thành phố Hòa Bình đòi hỏi phải xây dựng quy trình canh tác chuẩn hóa. Nghiên cứu hướng đến mục tiêu xác định chính xác mật độ cấy và liều lượng phân đạm bón thích hợp nhất nhằm phát huy tối đa tiềm năng năng suất, cải thiện hiệu suất sử dụng đạm và nâng cao hiệu quả kinh tế cho giống lúa J02. Phạm vi nghiên cứu được thực hiện trong vụ Xuân 2016 (từ tháng 1/2016 đến tháng 6/2016) và theo dõi mở rộng đến tháng 6/2017 tại xã Dân Chủ, thành phố Hòa Bình. Nghiên cứu mang ý nghĩa thực tiễn lớn khi cung cấp cơ sở dữ liệu khoa học tin cậy giúp nâng cao năng suất thực thu lên trên 60,82 tạ/ha, tăng thu nhập thuần cho nông dân và giảm thiểu thất thoát dinh dưỡng ra môi trường đất đồi núi.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu vận dụng nền tảng Định luật tối thiểu của Liebig kết hợp cùng quy luật tương quan hình parabol giữa mật độ gieo cấy và năng suất cây trồng lấy hạt. Theo quy luật sinh thái học nông nghiệp, việc tăng mật độ cấy trong một giới hạn nhất định sẽ làm tăng số bông trên đơn vị diện tích, nhưng nếu vượt quá ngưỡng tối ưu thì năng suất sẽ suy giảm do sự cạnh tranh gay gắt về ánh sáng và dinh dưỡng khoáng. Song song đó, lý thuyết quang hợp và tích lũy chất khô được áp dụng để phân tích sự hình thành sinh khối thông qua chỉ số diện tích lá (LAI) và tốc độ tích lũy chất khô (CGR).

Về mặt dinh dưỡng khoáng, cây lúa cần trung bình từ 17 đến 25 kg N (bình quân 22,2 kg N) để tạo ra 1 tấn thóc thương phẩm. Trong đó, nhu cầu hấp thu đạm diễn ra mạnh mẽ nhất ở giai đoạn đẻ nhánh rộ (chiếm 26,82% đến 34,68% tổng lượng đạm hút với cường độ hấp thu 2,737 - 3,520 gam N/ha/ngày) và giai đoạn phân hóa đòng. Các khái niệm và chỉ số chuyên ngành chính được chuẩn hóa gồm: Chỉ số diện tích lá (LAI, đơn vị m² lá/m² đất), Tốc độ tích lũy chất khô (CGR, đơn vị g/m² đất/ngày), Hệ số đẻ nhánh hữu hiệu (HSĐN), Hiệu suất sử dụng đạm (NUE, đơn vị kg thóc/kg N bón) và Năng suất thực thu (NSTT, đơn vị tạ/ha).

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu thứ cấp được thu thập từ Niên giám thống kê của Sở Nông nghiệp và Phát triển nông thôn, Sở Tài nguyên Môi trường tỉnh Hòa Bình giai đoạn 2011 - 2015. Số liệu sơ cấp được thu thập thông qua phương pháp phỏng vấn trực tiếp bằng bảng hỏi chuẩn hóa trên cỡ mẫu 90 hộ nông dân canh tác lúa tại 3 xóm đại diện thuộc xã Dân Chủ (xóm Mát 30 hộ, xóm Bái Yên 30 hộ, xóm Đằm 30 hộ). Phương pháp chọn mẫu phân tầng ngẫu nhiên được lựa chọn nhằm đảm bảo tính đại diện cao về tập quán bón phân và cơ cấu giống lúa tại địa bàn.

Thí nghiệm đồng ruộng hai nhân tố được thiết kế theo kiểu khối ô lớn - ô nhỏ (Split-plot) với 3 lần nhắc lại trong vụ Xuân 2016 (gieo mạ ngày 19/01/2016, cấy ngày 11/02/2016, thu hoạch ngày 29/05/2016). Nhân tố chính (ô nhỏ) gồm 4 mức bón phân đạm: N1 (0 kg N/ha), N2 (60 kg N/ha), N3 (90 kg N/ha), N4 (120 kg N/ha). Nhân tố phụ (ô lớn) gồm 3 mật độ cấy: M1 (35 khóm/m²), M2 (45 khóm/m²), M3 (55 khóm/m²). Thí nghiệm gồm 12 công thức với 36 ô thí nghiệm, diện tích mỗi ô là 12 m², duy trì nền phân bón đồng nhất 60 kg P2O5 và 90 kg K2O/ha. Đất khu vực thí nghiệm có tính chất chua với pHKCl đạt 5,17; hàm lượng chất hữu cơ 3,79%; đạm tổng số 0,105%; lân tổng số 0,083% và kali tổng số 0,064%. Dữ liệu được xử lý bằng phần mềm chuyên ngành IRRISTAT 5.0 và Microsoft Excel để kiểm định sai số nhỏ nhất có ý nghĩa (LSD ở mức 0,05) và hệ số biến động (CV%). Việc sử dụng IRRISTAT 5.0 là phương án tối ưu nhằm kiểm soát chặt chẽ các sai số ngẫu nhiên của mô hình Split-plot trên đồng ruộng.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Thứ nhất, về sinh trưởng và động thái đẻ nhánh, tương tác giữa mật độ cấy và lượng đạm bón tác động rõ nét đến chỉ số diện tích lá và tích lũy chất khô qua các thời kỳ. Chỉ số LAI và lượng chất khô tích lũy đạt giá trị cực đại ở công thức cấy mật độ 55 khóm/m² kết hợp mức bón 120 kg N/ha (M3N4) vào giai đoạn chín sáp. Tuy nhiên, mật độ cấy 45 khóm/m² lại đạt hệ số đẻ nhánh hữu hiệu cao nhất, tạo cấu trúc tán lá cân đối và thông thoáng.

Thứ hai, về các yếu tố cấu thành năng suất và năng suất thực thu, công thức M2N4 (mật độ 45 khóm/m² kết hợp bón 120 kg N/ha) mang lại kết quả tối ưu nhất. Năng suất thực thu của công thức M2N4 đạt 60,82 tạ/ha, cao hơn công thức đối chứng không bón đạm 9,54 tạ/ha (tương ứng mức tăng trưởng 18,6%). Số bông trên mét vuông và tỷ lệ hạt chắc của công thức M2N4 đạt giá trị lý tưởng, tạo tiền đề vững chắc cho năng suất kinh tế cao.

Thứ ba, về khả năng chống chịu sinh học, giống lúa J02 thể hiện đặc tính cứng cây xuất sắc với điểm đánh giá chống đổ đạt cấp 1 đến cấp 3 ở toàn bộ các mức bón đạm từ 0 đến 120 kg N/ha. Mức độ nhiễm sâu đục thân và sâu cuốn lá duy trì ở ngưỡng rất thấp (dưới cấp 3), khẳng định ưu thế chịu rét và kháng sâu bệnh vượt trội trong điều kiện thời tiết vụ Xuân miền núi.

Thứ tư, về hiệu quả kinh tế và hiệu suất sử dụng đạm, công thức cấy 45 khóm/m² kết hợp bón 120 kg N/ha đạt thu nhập thuần cao nhất trong 12 công thức thí nghiệm. Hiệu suất bón đạm (NUE) tại mức 120 kg N/ha đạt độ tối ưu cao, khắc phục hoàn toàn tình trạng suy giảm hiệu quả kinh tế do thói quen bón thừa trên 155 kg N/ha của nông dân địa phương.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính giúp công thức M2N4 (45 khóm/m² và 120 kg N/ha) đạt năng suất cao nhất là nhờ sự cân bằng tối ưu giữa khả năng đón nhận bức xạ quang hợp và quá trình phân bổ dinh dưỡng vào hạt. Ở mật độ 35 khóm/m², số lượng bông trên đơn vị diện tích không đủ bù đắp để đạt sản lượng tối đa. Ở mật độ dày 55 khóm/m², hiện tượng che bóng lẫn nhau làm tăng số nhánh vô hiệu và tỷ lệ lép. Mức đạm 120 kg N/ha đáp ứng đầy đủ nhu cầu của cây trong giai đoạn đẻ nhánh rộ và làm đòng mà không gây hiện tượng lốp đổ do giống J02 có chiều cao trung bình (95 - 105 cm) và bản lá đứng.

So sánh với các nghiên cứu trước đây tại tỉnh Hưng Yên trên giống J02, mật độ 45 khóm/m² cũng được ghi nhận cho số nhánh hữu hiệu cao và ổn định (từ 5,65 đến 5,95 nhánh/khóm). Tuy nhiên, kết quả tại Hòa Bình đã khẳng định rõ mức đạm 120 kg N/ha mang lại hiệu quả vượt trội hơn hẳn so với mức 90 kg N/ha trong điều kiện nhiệt độ thấp đầu vụ Xuân vùng đồi núi.

Dữ liệu thực nghiệm của nghiên cứu có thể được trực quan hóa hiệu quả thông qua bảng ma trận 12 công thức đối chiếu các chỉ tiêu năng suất thực thu (tạ/ha) cùng các yếu tố cấu thành. Ngoài ra, biểu đồ cột nhóm kết hợp đường xu hướng biểu thị sự biến thiên của chỉ số diện tích lá (LAI) song hành cùng tốc độ tích lũy chất khô (CGR) từ giai đoạn đẻ nhánh rộ, phân hóa đòng đến chín sáp sẽ phản ánh trực quan quy luật sinh trưởng của giống lúa J02 theo từng mức đạm và mật độ.

Đề xuất và khuyến nghị

Một là, chuẩn hóa quy trình kỹ thuật gieo cấy giống lúa J02 trong vụ Xuân bằng việc áp dụng mật độ cấy 45 khóm/m² (khoảng cách 25 cm x 9 cm, cấy 2 dảnh/khóm) và liều lượng bón 120 kg N/ha trên nền phân bón lót 60 kg P2O5 và 90 kg K2O/ha. Mục tiêu duy trì năng suất thực thu đạt từ 60,0 đến 62,5 tạ/ha. Thời gian triển khai ngay từ vụ Xuân các năm tiếp theo. Chủ thể thực hiện: Chi cục Trồng trọt & Bảo vệ thực vật và Trung tâm Khuyến nông tỉnh Hòa Bình.

Hai là, điều chỉnh phương thức bón phân đạm theo quy trình 3 đợt nghiêm ngặt: bón lót 30% N + 100% Lân trước khi bừa cấy lần cuối; bón thúc đợt 1 (10 - 14 ngày sau cấy) với 50% N + 50% Kali; bón thúc đợt 2 (20 ngày trước trỗ) với 20% N + 50% Kali. Giải pháp này giúp cắt giảm lượng đạm lãng phí từ trên 155 kg N/ha xuống mức chuẩn 120 kg N/ha (tiết kiệm khoảng 22,5% chi phí phân đạm). Thời gian áp dụng thường niên. Chủ thể thực hiện: Ban quản trị các Hợp tác xã dịch vụ nông nghiệp và các hộ nông dân trực tiếp sản xuất.

Ba là, quy hoạch và xây dựng từ 3 đến 5 mô hình cánh đồng mẫu lớn chuyên canh giống lúa Nhật Bản J02 với quy mô từ 20 đến 50 ha mỗi điểm tại thành phố Hòa Bình và các huyện lân cận như Lạc Sơn, Đà Bắc trong giai đoạn 2017 - 2020. Mục tiêu tạo vùng nguyên liệu lúa thuần chất lượng cao đồng nhất. Chủ thể thực hiện: Sở Nông nghiệp và Phát triển nông thôn tỉnh Hòa Bình phối hợp cùng các doanh nghiệp chế biến lúa gạo.

Bốn là, tổ chức từ 10 đến 15 lớp tập huấn kỹ thuật thâm canh lúa cho khoảng 500 lượt nông dân về kỹ năng sử dụng bảng so màu lá lúa (LCC) để bón đạm đúng nhu cầu và duy trì mực nước 3 - 5 cm sau bón nhằm chống rửa trôi phân đạm. Thời gian thực hiện vào tháng 1 đến tháng 3 hàng năm. Chủ thể thực hiện: Trạm Khuyến nông thành phố Hòa Bình.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Cán bộ khuyến nông và chuyên viên quản lý nông nghiệp: Nắm vững các căn cứ khoa học về mật độ cấy 45 khóm/m² và liều lượng 120 kg N/ha để ban hành hướng dẫn kỹ thuật mùa vụ, phục vụ công tác chỉ đạo sản xuất lúa chất lượng cao tại địa phương.

Ban quản trị Hợp tác xã và các hộ nông dân thâm canh lúa: Tiếp cận giải pháp kỹ thuật cụ thể giúp tiết kiệm từ 15% đến 22,5% chi phí phân đạm, giảm thiểu sâu bệnh hại và nâng cao năng suất thực thu đạt trên 60 tạ/ha.

Giảng viên, nhà nghiên cứu và học viên cao học chuyên ngành Khoa học cây trồng: Sử dụng luận văn làm tài liệu tham khảo giá trị về phương pháp thiết kế thí nghiệm ô lớn - ô nhỏ (Split-plot), kỹ thuật theo dõi các chỉ tiêu sinh lý (LAI, CGR) và xử lý dữ liệu nông học bằng phần mềm IRRISTAT 5.0.

Doanh nghiệp sản xuất, chế biến và kinh doanh lúa gạo chất lượng cao: Tham khảo đặc tính nông học, chu kỳ sinh trưởng 135 - 140 ngày vụ Xuân của giống lúa Nhật Bản J02 để xây dựng chuỗi liên kết bao tiêu nông sản đạt chuẩn chất lượng xuất khẩu và tiêu dùng cao cấp.

Câu hỏi thường gặp

Giống lúa J02 có những đặc điểm nổi bật nào khi canh tác trong vụ Xuân tại Hòa Bình? Giống J02 có nguồn gốc từ Nhật Bản, nổi bật với khả năng chịu lạnh khỏe ở nhiệt độ xung quanh 15°C, dạng hình thấp đến trung bình (95 - 105 cm) giúp chống đổ ngã rất tốt (đạt cấp 1-3). Thời gian sinh trưởng vụ Xuân từ 135 đến 140 ngày, cơm mềm đậm và năng suất trung bình đạt trên 60 tạ/ha.

Vì sao mật độ cấy 45 khóm/m² lại cho năng suất cao hơn mật độ dày 55 khóm/m²? Mật độ 45 khóm/m² (khoảng cách 25 cm x 9 cm) tạo sự hài hòa tối đa giữa diện tích quang hợp và độ thông thoáng tán lá. Mật độ 55 khóm/m² gây hiện tượng che bóng lẫn nhau làm tăng tỷ lệ nhánh vô hiệu và hạt lép, trong khi mật độ 45 khóm/m² tối ưu hóa số bông hữu hiệu và tỷ lệ hạt chắc.

Mức bón đạm 120 kg N/ha cho giống lúa J02 có gây nguy cơ bùng phát sâu bệnh không? Kết quả thực nghiệm khẳng định ở mức bón 120 kg N/ha chia làm 3 đợt, tỷ lệ nhiễm sâu cuốn lá và đục thân đều ở mức rất nhẹ (dưới cấp 3), độ cứng cây đạt cấp 1-3. Giống J02 có bản lá hẹp và thân cứng nên hấp thu dinh dưỡng tối ưu mà không bị lốp đổ hay nhiễm bệnh hại nặng.

Việc chia đạm thành 3 đợt bón mang lại hiệu quả kỹ thuật như thế nào? Chia lượng đạm theo tỷ lệ 30% bón lót, 50% bón thúc đẻ và 20% bón thúc đòng giúp cung cấp dinh dưỡng chính xác vào hai thời kỳ khủng hoảng đạm của lúa. Kỹ thuật này nâng cao hiệu suất sử dụng đạm (NUE), hạn chế thất thoát từ 30% đến 40% lượng phân bón trên đất chua dốc.

Đất canh tác có độ pH 5,17 và nghèo kali tại Hòa Bình cần lưu ý chế độ bón phân ra sao? Trên nền đất chua pHKCl 5,17 và hàm lượng K2O chỉ đạt 0,064%, bắt buộc phải bón cân đối 120 kg N kết hợp đủ 60 kg P2O5 và 90 kg K2O/ha. Lượng kali và lân đầy đủ giúp rễ phát triển sâu, cây cứng cáp, tăng cường vận chuyển tinh bột vào hạt và nâng cao hiệu suất hấp thu đạm.

Kết luận

  • Mật độ cấy 45 khóm/m² kết hợp mức bón 120 kg N/ha (công thức M2N4) là tổ hợp kỹ thuật tối ưu nhất cho giống lúa J02 vụ Xuân tại Hòa Bình.
  • Năng suất thực thu đạt đỉnh 60,82 tạ/ha, cao hơn 9,54 tạ/ha so với công thức đối chứng không bón đạm.
  • Chỉ số diện tích lá (LAI) và tốc độ tích lũy chất khô (CGR) duy trì ở mức cân bằng, đảm bảo tỷ lệ nhánh hữu hiệu và độ cứng cây đạt cấp 1-3.
  • Mức độ nhiễm sâu bệnh hại duy trì ở ngưỡng rất an toàn (dưới cấp 3), hạn chế tối đa việc sử dụng thuốc bảo vệ thực vật.
  • Cắt giảm lượng phân đạm dư thừa từ trên 155 kg N/ha xuống mức chuẩn 120 kg N/ha, mang lại hiệu quả kinh tế và hiệu suất sử dụng phân bón cao nhất.

Đóng góp then chốt của luận văn là đã hoàn thiện quy trình kỹ thuật mật độ và phân đạm chuẩn xác cho giống lúa chất lượng cao J02 tại vùng sinh thái thành phố Hòa Bình. Trong giai đoạn 2017 - 2020, ngành nông nghiệp địa phương cần tập trung mở rộng mô hình canh tác M2N4 trên quy mô lớn. Các đơn vị khuyến nông và bà con nông dân hãy áp dụng ngay quy trình kỹ thuật này trong vụ Xuân tới để tối ưu hóa chi phí sản xuất và nâng cao giá trị hạt gạo địa phương.