MỞ ĐẦU Nông nghiệp là ngành có đóng góp rất lớn cho nền kinh tế Việt Nam. Trong đó, lúa là cây lương thực vai trò quan trọng nhất và có tỷ trọng lớn nhất trong sản xuất nông nghiệp. Việt Nam không chỉ đang dẫn đầu về sản lượng gạo xuất khẩu mà còn có sự đa dạng về giống cây lúa rất cao [3]. Sự phát triển của nền nông nghiệp hiện nay đang ngày càng gặp nhiều khó khăn do ảnh hưởng của biến đổi khí hậu.
Với đặc thù địa hình có đường bờ biển dài, hai vùng trọng điểm sản xuất lúa gạo lớn nhất cả nước là đồng bằng sông Hồng và đồng bằng sông Cửu Long đều nằm ven biển. Trong những năm qua, tác động của biến đổi khí hậu đã ảnh hưởng đáng kể đến khu vực này, gây ra hiện tượng mực nước biển dâng ở các vùng đất thấp ở cửa sông, gia tăng số lượng các hiện tượng thời tiết cực đoan, nhiệt độ trung bình tăng và xâm nhập mặn gia tăng [6] từ đó làm giảm diện tích đất canh tác, giảm năng năng suất, gây áp lực lớn đến sự phát triển của nền nông nghiệp. Xâm nhập mặn làm phá huỷ cấu trúc đất, giảm khả năng phát triển của rễ cây và khả năng thẩm thấu, thoát nước trong đất, gây thiếu khí cho sự phát triển bộ rễ. Tại các vùng nhiễm mặn cao, cây trồng có khả năng bị sốc mặn, vàng lá, rụng hoa, hạt lép làm giảm năng suất.
Bên cạnh đó, lúa là loài sinh trưởng trong môi trường ngập nước, do vậy sự thiếu hụt nước, khô hạn sẽ dẫn tới làm giảm sức sinh trưởng, sinh sản của lúa và gây chết. Hiện nay, các hệ vi khuẩn liên hiệp thực vật (PAB – Plant Associated Bacteria), bao gồm cả vi khuẩn vùng rễ và vi khuẩn nội sinh, có khả năng cải thiện sự tăng trưởng của thực vật. Chúng có thể ví như các loại phân bón tổng hợp hoặc thuốc trừ sâu, thuốc trừ cỏ nhưng bên cạnh đó lại có thể hỗ trợ cho việc duy trì tính bền vững trong năng suất cây trồng và sự an toàn của môi trường [52]. Trong số đó, có một nhóm gồm vi khuẩn có khả năng kích thích sinh trưởng ở thực vật (Plant growth promoting rhizobacteria – PGPR).
PGPR có thể thúc đẩy tăng trưởng thực vật do khả năng cố định đạm, hòa tan lân, tăng hấp thu sắt, ức chế vi sinh vật gây bệnh, góp phần điều hòa lượng hoóc môn 1 thực vật [52], tăng khả năng chống chịu của cây trồng bao gồm khả năng chịu mặn, chịu hạn. Các loại phân bón vô cơ ngày càng thể hiện những tác động tiêu cực đến môi trường đồng thời giá thành tăng cao đã dẫn tới việc sử dụng các chế phẩm vi sinh với thành phần hữu cơ trở thành hướng đi mới được nhận được nhiều sự quan tâm. Nhiều nghiên cứu khai thác các ưu điểm của nhóm vi khuẩn trên nhằm ứng dụng sản xuất phân bón sinh học ứng dụng trong nông nghiệp góp phần phát triển nền nông nghiệp sạch và bền vững. Đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng của chế phẩm vi sinh đến khả năng chịu mặn, chịu hạn của một số giống lúa Việt Nam” được thực hiện với hai mục tiêu chính: – Tuyển chọn các chủng vi sinh vật kích thích sinh trưởng thực vật và tối ưu điều kiện môi trường lên men nhằm tạo ra chế phẩm vi sinh hữu cơ.
– Ứng dụng chế phẩm trên vào việc hỗ trợ tăng khả năng chống chịu hạn, mặn của hai giống lúa mới (Bắc Thịnh 8, Sơn Lâm 1) và giống lúa chất lượng cao (ST25) nhằm phục vụ mở rộng vùng trồng của chúng tại các vùng hạn, mặn. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1. Đặc điểm sinh học của các giống lúa nghiên cứu Lúa nước là một trong 5 loại cây lương thực quan trọng nhất trên thế giới. Chúng được trồng tại các vùng nhiệt đới ẩm hoặc cận nhiệt đới.
Khoảng nhiệt độ phù hợp cho sự phát triển của lúa dao động từ 20 – 30oC trong đó khoảng chống chịu nhiệt dao động từ 10 – 36oC. Giá trị pH tối ưu cho sự phát triển của lúa dao động trong khoảng 5,5 – 7 với khoảng chống chịu dao động từ 4,5 – 9 [8]. Lúa nước yêu cầu môi trường đất với độ ẩm luôn đạt tối thiểu 60% [29]. Cây lúa quang hợp và phát triển với cường độ ánh sáng thấp nhất ở 400 lux và phát triển tỷ lệ thuận với cường độ ánh sáng khi đạt ngưỡng 40.
Giống lúa thuần Sơn Lâm 1 (hay TQ1) được phát triển bởi Viện nghiên cứu hợp tác Khoa học kỹ thuật Châu Á – Thái Bình Dương kết hợp với công ty cổ phần Sơn Lâm và được trồng khảo nghiệm năm 2012–2013 trong mạng lưới khảo nghiệm quốc gia qua ba vụ tại Hưng Yên và Hà Nội và được cấp phép lưu hành trên thị trường từ 2017 [5]. Giống Bắc Thịnh 8 do công ty giống cây trồng Bắc Trung Bộ phối hợp với Trung tâm nghiên cứu ứng dụng KHKT Giống cây trồng nông nghiệp Thanh Hóa chuyển giao nghiên cứu và sản xuất, đến năm 2015 được chính thức công nhận bởi Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn. Giống lúa này được trồng tại khu vực Thanh Hóa, vùng trồng Bắc Trung Bộ và miền Trung [14]. Cả hai giống lúa mới này đều là giống cảm ôn, năng suất cao, có nhiều đặc tính tốt, có thể trồng được 2 vụ đông xuân và hè thu.
Năng suất trung bình đạt trên 50 tạ/ha với năng suất tối đa có thể đạt tới 70 tạ/ha. Hai giống đều có khả năng chịu rét, cứng cây, chống chịu sâu bệnh tốt [5, 14]. Trung tâm giống cây trồng Sóc Trăng kết hợp với viện lúa Đồng bằng sông Cửu Long và Viện nghiên cứu phát triển Đồng bằng sông Cửu Long – ĐH Cần Thơ đã khảo nghiệm và đưa ra nhiều đặc tính tốt của giống ST25 như gieo cấy 2 vụ trong năm, có đặc 3 tính chịu mặn đến khoảng 2‰, kháng đạo ôn cấp 2 và bệnh bạc lá, năng suất cao, chất lượng gạo ngon cùng nhiều đặc tính tốt khác [10, 11]. Hiện tại vẫn chưa có các nghiên cứu hay công bố của đơn vị sản xuất về khả năng chịu mặn, chịu hạn của hai giống lúa Sơn Lâm 1 và Bắc Thịnh 8.
Bên cạnh đó, ba giống lúa trên hiện vẫn chỉ được trồng phổ biến tại các khu vực đã khảo nghiệm và phát triển. Việc mở rộng vùng trồng của các giống còn gặp nhiều khó khăn cụ thể như giống ST25 khi trồng tại các tỉnh miền Bắc không đạt được năng suất và chất lượng như khi trồng tại vùng bản địa [11]. Hiện trạng hạn và mặn tại Việt Nam 1. Ảnh hưởng của khô hạn và xâm nhập mặn đến cây lúa Lúa là loài nhạy cảm với độ ẩm và độ mặn đặc biệt trong giai đoạn nảy mầm và sinh trưởng ban đầu (giai đoạn mạ, đẻ nhánh).
Hạn hán ức chế khả năng hút nước và làm giảm khả năng nảy mầm của hạt thóc. Thiếu nước dẫn tới mất cân bằng trong quá trình trao đổi chất ở cấp độ tế bào, suy giảm khả năng vận chuyển chất qua màng, giảm khả năng tổng hợp ATP. Ở các giai đoạn phát triển của lúa, sống trong điều kiện hạn sẽ làm giảm chiều cao cây, giảm diện tích mặt lá, ảnh hưởng đến khả năng quang hợp từ đó ảnh hưởng đến năng suất cây lúa [29]. Hàm lượng muối cao trong đất dẫn tới ức chế khả năng hấp thụ các chất dinh dưỡng khác trong đất.
Các chất dinh dưỡng dư thừa vận chuyển trong hệ thống ruộng, mương dẫn nước dẫn tới sự phát triển quá mức của các vi sinh vật, tảo có thể gây hại tới cây trồng ảnh hưởng tới hệ sinh thái. Các ion trong nước mặn như natri, clo trong nước là các khoáng chất không cần thiết cho sự phát triển của thực vật, chúng tích tụ trong cây với hàm lượng lớn sẽ dẫn tới gây độc. Muối trong đất khi tương tác với các tế bào nội bì ở rễ nhánh, chúng kích thích sinh ra các hormone ức chế ở vùng rễ, làm hạn chế sự phát triển của rễ. Muối cũng gây ra hiện tượng hạn hán hoá học trong đó nước trong vùng rễ bị khuếch tán ra môi trường đất mặn [59].
Sự tích tụ các muối trong thực vật trực tiếp 4 làm rối loạn quá trình trao đổi chất, từ đó ảnh hưởng đến sự sinh trưởng phát triển (chiều cao cây, độ dài rễ) và năng suất (số nhánh, số bông lúa, sinh khối hạt, sinh khối cây) [41]. Tình hình khô hạn tại các vùng trồng lúa ở Việt Nam Tại Việt Nam, hạn hán là một trong những thiên tai thường xuyên xảy ra chỉ sau bão lũ và ngày càng trở nên nghiêm trọng hơn do ảnh hưởng của biến đổi khí hậu. Hạn hán thường xảy ra vào mùa khô từ khoảng tháng 11 – 4. Hai loại hạn hán chính ảnh hưởng tại Việt Nam là hạn khí tượng và hạn thuỷ văn.
Khu vực chịu ảnh hưởng lớn nhất của hiện tượng khô hạn tại Việt Nam gồm vùng trồng đồng bằng sông Cửu Long, khu vực Bắc Trung Bộ và Duyên hải miền Trung. Trong đó, vùng bị hạn hán thường xuyên hàng năm là các tỉnh từ Khánh Hoà đến Bình Thuận, với tổng số diện tích hạn hán thường xuyên là 300. Tại khu vực Trung Bộ, phía tây là địa hình đồi núi dốc, bề ngang hẹp, dẫn tới khả năng tự điều tiết và trữ nước tại đây kém. Vào mùa hè xuất hiện gió mùa tây nam thổi ngược làm cho thời tiết khô nóng.
Độ ẩm thấp cùng với lượng mưa hạn chế, địa thế khó dự trữ nước khiến cho khu vực này chịu ảnh hưởng lớn bởi khô hạn [1]. Tại đồng bằng sông Hồng, hạn thuỷ văn là nguyên nhân chủ yếu do việc suy giảm lượng mưa mùa khô kết hợp với sự thiếu hụt về dòng chảy. Trước khi xây dựng hồ chứa Hoà Bình, khu vực này thường xảy ra hạn nặng đặc biệt trong giai đoạn 1960 –1987 [6]. Theo số liệu thống kê đến 2014, trong vòng 50 năm, Việt Nam đã trải qua 40 năm xảy ra hạn hán trên phạm vi khắp cả nước [31].
Hạn hán tác động mạnh đến nền nồng nghiệp và kinh tế địa phương. Hải Dương và cộng sự thống kê tình hình hạn hán tại các tỉnh thành cho thấy từ năm 2014 – 2016, có tới 52 tỉnh chịu ảnh hưởng của hạn hán do ảnh hưởng của hiện tượng El nino [36].000 ha tại khu vực Nam Trung Bộ phải dừng sản xuất đặc biệt là ở Khánh Hoà, Ninh Thuận, Bình Thuận, 2.350 ha lúa tại Tây Nguyên phải dừng sản xuất cùng với hơn 4.000 ha diện tích trồng lúa phải chuyển sang cây trồng 5 cạn [1]. Diện tích lúa ảnh hưởng lên tới 159.000ha, 10 tỉnh thành thông báo tình trạng khẩn cấp, ước tính thiệt hại lên tới 67 triệu USD [27].