Tổng quan nghiên cứu

Hạn hán và biến đổi khí hậu đang đe dọa nghiêm trọng đến an ninh lương thực toàn cầu khi mỗi năm có khoảng 21 triệu hecta đất nông nghiệp mất khả năng canh tác kinh tế. Tại Việt Nam, đợt hạn hán và xâm nhập mặn lịch sử năm 2016 đã làm gần 23.000 hecta đất lúa tại khu vực Nam Trung Bộ phải ngừng sản xuất, gây thiệt hại ước tính hơn 15.000 tỷ đồng trên cả nước. Thực trạng này đặt ra yêu cầu cấp thiết về việc chuyển đổi cơ cấu cây trồng sang các giống có khả năng chống chịu bất thuận cao. Cây diêm mạch (Chenopodium quinoa Willd), xuất xứ từ vùng núi Andes, nổi bật với hàm lượng dinh dưỡng vượt trội gồm 15% protein chứa đủ 8 loại axit amin thiết yếu, 70% glucid, 2,3% lipid giàu omega-3, cùng các khoáng chất vi lượng sắt, đồng, kẽm và hoàn toàn không chứa gluten.

Luận văn thạc sĩ chuyên ngành Khoa học cây trồng thực hiện nghiên cứu này nhằm xác định ảnh hưởng của các mức phân đạm đến động thái sinh trưởng, khả năng chống chịu sâu bệnh và năng suất của giống diêm mạch Atlas trong điều kiện hạn nhân tạo trong nhà lưới và điều kiện không tưới ngoài đồng ruộng. Phạm vi nghiên cứu được triển khai tại nhà lưới Học viện Nông nghiệp Việt Nam (Gia Lâm, Hà Nội) trong vụ Đông Xuân 2017 và tại vùng đồi gò thôn Đồng Câu, xã Ngọc Thanh, thị xã Phúc Yên, tỉnh Vĩnh Phúc trong vụ Đông Xuân 2018. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa thực tiễn to lớn trong việc xác lập quy trình bón phân đạm chuẩn hóa ở mức 120 kg N/ha, giúp tối ưu hóa năng suất tiềm năng từ 2 đến 3 tấn/ha, mở ra triển vọng phát triển cây lương thực mới thích ứng với điều kiện khô hạn tại các tỉnh miền núi phía Bắc và Tây Nguyên.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng dựa trên nền tảng của hai lý thuyết chính trong sinh lý thực vật: lý thuyết dinh dưỡng khoáng cây trồng và lý thuyết chống chịu stress hạn. Về dinh dưỡng khoáng, nitơ (N) là nguyên tố trung tâm tham gia cấu tạo phân tử protein, axit nucleic (ADN, ARN) và chất diệp lục, quyết định trực tiếp đến hoạt động quang hợp và tích lũy sinh khối. Việc bón đạm cân đối giúp kích thích sự phân chia tế bào, tăng trưởng thân lá và nâng cao năng suất hạt, nhưng bón thừa đạm sẽ gây tích lũy nitrat vô cơ, làm cây vổng yếu và tăng nguy cơ nhiễm sâu bệnh. Về sinh lý chịu hạn, cây diêm mạch sở hữu cơ chế thích nghi đặc biệt nhờ hệ thống rễ ăn sâu tỏa rộng, mật độ lông tơ dày đặc trên bề mặt phiến lá cùng các bọng chứa tinh thể canxi điều tiết quá trình thoát hơi nước hiệu quả.

Mô hình nghiên cứu vận dụng mối quan hệ tương tác hai nhân tố giữa liều lượng phân đạm bón và chế độ cấp nước nhằm đánh giá phản ứng thích nghi của cây trồng. Luận văn tập trung vào 4 khái niệm trọng tâm:

  • Động thái tăng trưởng sinh dưỡng (chiều cao thân chính, tốc độ phân cành và số lá).
  • Khả năng tích lũy khối lượng chất khô (sấy ở nhiệt độ 80 độ C trong 48 giờ).
  • Hệ số chịu hạn (Drought Index Tolerance - DIT), tính theo tỷ số giữa giá trị đo trong điều kiện hạn so với điều kiện đối chứng.
  • Các yếu tố cấu thành năng suất hạt (chiều dài bông, khối lượng 1000 hạt - P1000, năng suất cá thể và năng suất thực thu).

Phương pháp nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu là giống diêm mạch Atlas nhập nội từ Hà Lan, có thời gian sinh trưởng 110 đến 125 ngày. Nguồn dữ liệu thực nghiệm được thu thập từ hai thí nghiệm độc lập:

Thí nghiệm 1 (Nhà lưới): Thí nghiệm được bố trí theo khối ngẫu nhiên hoàn chỉnh (RCBD) với 5 lần nhắc lại, gồm 10 công thức kết hợp giữa 5 mức đạm (0, 60, 90, 120, 150 kg N/ha) và 2 chế độ nước (H0: tưới bình thường; H1: gây hạn nhân tạo bằng cách ngừng tưới 2 tuần khi cây đạt 12-14 lá thật). Tổng quy mô mẫu là 100 chậu thí nghiệm chứa giá thể đất trộn trấu hun tỷ lệ 3:1.

Thí nghiệm 2 (Ngoài đồng ruộng): Bố trí theo kiểu ô lớn - ô nhỏ (Split-plot) với 3 lần nhắc lại, gồm 6 ô lớn và 30 ô nhỏ. Diện tích mỗi ô thí nghiệm là 7,5 m2 (1,5 m x 5 m). Nhân tố chính là 5 mức phân đạm bón trên nền 10 tấn phân chuồng kết hợp 90 kg P2O5 và 90 kg K2O/ha; nhân tố phụ là chế độ nước (tưới ẩm và không tưới sau khi cây có 5-7 lá thật).

Phương pháp chọn mẫu tuân thủ tiêu chuẩn khảo nghiệm cây lương thực của FAO (2013), chọn ngẫu nhiên 10 cây mẫu đại diện trên mỗi ô thí nghiệm để theo dõi định kỳ vào các mốc 35, 42, 49, 56, 63, 70 và 77 ngày sau gieo. Toàn bộ số liệu thô được xử lý bằng phương pháp phân tích phương sai (ANOVA) hai nhân tố trên phần mềm IRRISTAT phiên bản 5.0. Lý do lựa chọn phần mềm này là nhằm kiểm soát sai số thí nghiệm thực địa, xác định chuẩn xác sự sai khác có ý nghĩa thống kê thông qua giá trị LSD ở mức độ tin cậy 95% (p < 0,05). Timeline nghiên cứu kéo dài liên tục qua hai chu kỳ gieo trồng từ tháng 10/2017 đến tháng 5/2018.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Thứ nhất, tỷ lệ nảy mầm của hạt giống Atlas đạt mức 95% đồng đều ở tất cả các chậu và ô thí nghiệm, khẳng định sức sống hạt giống không bị chi phối bởi nền phân bón ban đầu. Thời gian sinh trưởng của cây dao động từ 91 đến 97 ngày, trong đó việc tăng mức phân đạm làm kéo dài chu kỳ sinh trưởng thêm khoảng 6,59% (từ 91 ngày ở mức 0 kg N/ha lên 97 ngày ở mức 150 kg N/ha), trong khi yếu tố hạn hán chỉ làm biến động thời gian sinh trưởng từ 1 đến 2 ngày.

Thứ hai, mức phân đạm 120 kg N/ha mang lại sự bứt phá cao nhất về chiều cao thân chính. Ở lần đo cuối cùng (77 ngày sau gieo), cây bón 120 kg N/ha đạt chiều cao trung bình 39,23 cm, cao hơn 13,38% so với đối chứng không bón đạm (34,60 cm). Trong điều kiện đối chứng tưới nước, công thức 120 kg N/ha đạt đỉnh 42,30 cm, và trong điều kiện hạn vẫn duy trì mức 36,17 cm. Khi tăng mức đạm lên 150 kg N/ha, chiều cao cây không tăng thêm mà có xu hướng giảm nhẹ xuống 37,50 cm.

Thứ ba, động thái tăng trưởng số lá và cành cấp 1 đạt giá trị tối ưu tại công thức bón 120 kg N/ha. Số lá trên thân chính đạt cực đại vào giai đoạn nở hoa kết hạt (56 ngày sau gieo) với 76,0 lá/cây, cao hơn 14,20% so với đối chứng (66,55 lá/cây). Tại thời điểm thu hoạch, số lá còn lại trên cây đạt 68,35 lá/cây (điều kiện tưới đạt 70,8 lá/cây; hạn đạt 65,9 lá/cây). Tương tự, số cành cấp 1 ở mức 120 kg N/ha đạt cao nhất với 9,78 cành/cây, vượt trội hơn 15,74% so với công thức không bón đạm (8,45 cành/cây).

Thứ tư, điều kiện hạn trong giai đoạn cây con làm suy giảm tốc độ tăng trưởng hình thái, nhưng việc cung cấp đủ lượng đạm 120 kg N/ha đã giúp cây diêm mạch phục hồi nhanh chóng sau khi được cấp ẩm lại, đạt khối lượng chất khô và các chỉ tiêu cấu thành năng suất cao nhất, đồng thời duy trì hệ số chịu hạn DIT ổn định.

Thảo luận kết quả

Sự vượt trội của công thức bón 120 kg N/ha bắt nguồn từ cơ chế điều hòa quang hợp và trao đổi chất. Nitơ là thành phần cốt lõi của enzyme Rubisco và phân tử diệp lục. Khi được cung cấp đủ 120 kg N/ha, cây diêm mạch tối đa hóa diện tích bề mặt quang hợp thông qua việc gia tăng số lá (76 lá/cây) và kích thích phân hóa chồi nách tạo cành cấp 1 (9,78 cành/cây), qua đó nâng cao sản lượng chất khô tích lũy. Dưới tác động của stress hạn, đạm đóng vai trò duy trì thế nước trong tế bào và thúc đẩy rễ ăn sâu để hấp thu ẩm độ tầng dưới.

Ngược lại, khi tăng mức đạm lên 150 kg N/ha, các chỉ tiêu sinh trưởng đều chững lại hoặc suy giảm. Nguyên nhân là do hàm lượng đạm dư thừa khiến cây sinh trưởng sinh dưỡng quá mức, mô tế bào non mềm nhiều nước, làm giảm tính bền vững của thành tế bào và giảm khả năng chịu hạn. Kết quả này tương đồng với các công bố quốc tế của Johnson & Ward (1990) khi khuyến cáo mức bón 120 kg ure/ha cho vùng Nam Mỹ và Lavini (2014) trên các giống diêm mạch thương mại, đồng thời bổ sung dữ liệu thực nghiệm cho nghiên cứu của Đinh Thái Hoàng (2014) tại Việt Nam.

Về mặt trực quan hóa học thuật, toàn bộ biến thiên về chiều cao và số lá theo các mốc thời gian từ 35 đến 77 ngày sau gieo có thể được biểu diễn trực quan qua biểu đồ đường đa chuỗi (Multi-line chart) kết hợp với các thanh sai số chuẩn (standard error bars). Ma trận tương tác hai yếu tố (Phân đạm x Chế độ nước) trên năng suất cá thể và khối lượng 1000 hạt được trình bày hiệu quả qua bảng phân tích ANOVA hai chiều kèm ký hiệu chữ cái phân hạng LSD (a, b, c, d) ở mức ý nghĩa p < 0,05, giúp người đọc dễ dàng nhận diện ngưỡng tối ưu sinh học của cây trồng.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Chuẩn hóa quy trình kỹ thuật bón phân cho giống diêm mạch Atlas: Các cơ quan khuyến nông và hợp tác xã nông nghiệp cần ban hành hướng dẫn áp dụng định mức phân đạm 120 kg N/ha cho diêm mạch trồng trong điều kiện đất đồi gò hoặc vùng có nguy cơ hạn hán. Quy trình cần phối hợp trên nền phân bón lót gồm 10 tấn phân chuồng mục, 90 kg P2O5 và 90 kg K2O/ha. Lượng phân đạm nên chia đều bón thúc làm 3 đợt: đợt 1 (1/3 lượng N) khi cây đạt 5-7 lá thật; đợt 2 (1/3 lượng N) sau đợt một từ 15 đến 20 ngày; đợt 3 (1/3 lượng N còn lại) vào giai đoạn phân hóa mầm hoa. Mục tiêu hướng tới là nâng cao năng suất thực thu đạt từ 2,0 đến 2,5 tấn/ha và tiết kiệm 20% chi phí phân bón lãng phí trong vòng 1-2 vụ canh tác.

  2. Hoàn thiện kỹ thuật làm đất và quản lý ẩm độ ruộng hạn: Hộ nông dân canh tác tại các vùng đất khô hạn cần thực hiện cày sâu từ 15 đến 20 cm, lên luống rộng 1,5 m và cao 15-20 cm để tạo độ xốp giúp bộ rễ diêm mạch phát triển ăn sâu. Duy trì mật độ gieo trồng tiêu chuẩn với khoảng cách hàng 50 cm và khoảng cách cây 20 cm (mật độ 1 cây/hốc). Trong giai đoạn cây con từ 30 đến 45 ngày sau gieo, cần áp dụng biện pháp phủ bổi hữu cơ hoặc trấu hun nhằm giữ ẩm đất, giảm thiểu tỷ lệ thất thoát nước mặt xuống dưới 15% và đảm bảo tỷ lệ cây sống đạt trên 92% ngay từ tháng đầu tiên xuống giống.

  3. Mở rộng mô hình khảo nghiệm thích ứng đa vùng sinh thái: Viện nghiên cứu và Học viện Nông nghiệp Việt Nam cần xây dựng các điểm khảo nghiệm diện rộng từ 5 đến 10 hecta tại các vùng đất cằn cỗi, vùng bán khô hạn thuộc các tỉnh miền núi phía Bắc (Hà Giang, Lào Cai, Sơn La) và Tây Nguyên (Gia Lai, Đắk Lắk). Thời gian thực hiện liên tục trong lộ trình 2024 - 2026 nhằm kiểm chứng độ ổn định năng suất của giống Atlas trên các loại đất khác nhau (đất cát pha, đất bazan xói mòn).

  4. Tăng cường hệ thống quản lý dịch hại tổng hợp (IPM): Do bón đạm thúc đẩy thân lá phát triển rậm rạp, các Trạm Trồng trọt và Bảo vệ thực vật địa phương cần thiết lập chế độ kiểm tra đồng ruộng định kỳ 3 ngày/lần. Chủ động xử lý đất bằng vôi bột và thuốc trừ nấm sinh học trước khi gieo; khi phát hiện sâu bệnh hại cần ưu tiên sử dụng chế phẩm sinh học để giữ tỷ lệ hại dưới ngưỡng kinh tế 5%, đảm bảo chất lượng hạt diêm mạch sạch đáp ứng tiêu chuẩn xuất khẩu.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Giảng viên, nghiên cứu sinh và học viên cao học chuyên ngành Nông học, Khoa học cây trồng: Luận văn cung cấp khung phương pháp nghiên cứu thực nghiệm chuẩn mực với thiết kế 2 nhân tố (RCBD trong nhà lưới và Split-plot ngoài đồng ruộng), cùng bộ dữ liệu thực tế về động thái sinh lý, sinh trưởng và tích lũy sinh khối của cây Chenopodium quinoa Willd khi gặp stress hạn.

  2. Cán bộ kỹ thuật tại Trung tâm Khuyến nông Quốc gia và Chi cục Trồng trọt & BVTV các tỉnh: Tài liệu cung cấp cơ sở định lượng chính xác về định mức bón phân đạm (120 kg N/ha) và các biện pháp canh tác đất dốc, giúp cán bộ chuyên trách dễ dàng xây dựng tài liệu tập huấn chuyển giao kỹ thuật cho nông dân vùng hạn.

  3. Hợp tác xã nông nghiệp và doanh nghiệp phát triển nông nghiệp công nghệ cao: Tài liệu hữu ích cho việc xây dựng phương án sản xuất kinh doanh cây diêm mạch như một loại cây vụ Đông giá trị cao, đa dạng hóa cơ cấu cây trồng chịu hạn và xây dựng chuỗi cung ứng "siêu thực phẩm" giàu protein thay thế ngũ cốc truyền thống.

  4. Nhà hoạch định chính sách và cơ quan quản lý ngành nông nghiệp: Cung cấp bằng chứng khoa học phục vụ việc xây dựng đề án tái cơ cấu ngành trồng trọt thích ứng với biến đổi khí hậu, đặc biệt là kế hoạch chuyển đổi hơn 20.000 hecta đất trồng lúa thường xuyên thiếu nước tại miền Trung và miền núi phía Bắc sang cây trồng cạn có giá trị kinh tế cao.

Câu hỏi thường gặp

1. Cây diêm mạch (quinoa) có khả năng sinh trưởng tốt trong điều kiện vụ Đông Xuân tại miền Bắc Việt Nam không? Cây diêm mạch thích ứng rất tốt với khí hậu vụ Đông Xuân miền Bắc nhờ đặc tính ưa thời tiết mát mẻ, biên độ nhiệt ngày đêm chênh lệch từ 10 đến 12 độ C. Trong điều kiện thực địa tại Vĩnh Phúc, giống Atlas đạt tỷ lệ nảy mầm 95%, chu kỳ sinh trưởng từ 91 đến 97 ngày và cho năng suất tiềm năng từ 2 đến 3 tấn/ha.

2. Mức phân đạm tối ưu nhất cho giống diêm mạch Atlas khi canh tác trong điều kiện hạn là bao nhiêu? Mức phân đạm tối ưu được xác định chính xác là 120 kg N/ha. Ở mức này, cây đạt các chỉ tiêu cao nhất về chiều cao (39,23 cm), số lá (68,35 lá/cây) và số cành cấp 1 (9,78 cành/cây), đồng thời giúp cây vượt qua giai đoạn thiếu nước 2 tuần và phục hồi nhanh sau hạn.

3. Vì sao không nên tăng liều lượng bón phân đạm lên mức 150 kg N/ha? Việc tăng lượng phân đạm lên 150 kg N/ha không làm tăng thêm năng suất mà còn kéo dài thời gian sinh trưởng lên 97 ngày. Đạm dư thừa làm cây vổng yếu, mô thân mềm xốp, giảm khả năng chống đổ ngã, làm giảm tính chịu hạn và khiến cây dễ bị sâu bệnh xâm nhiễm nghiêm trọng hơn.

4. Cây diêm mạch mẫn cảm nhất với điều kiện khô hạn ở giai đoạn nào trong chu kỳ sinh trưởng? Cây mẫn cảm nhất với hạn ở giai đoạn cây con (từ 12 đến 14 lá thật, tương đương 30 đến 45 ngày sau gieo) và giai đoạn bắt đầu phân hóa mầm hoa nở hoa. Xử lý hạn 2 tuần trong giai đoạn này làm chậm tốc độ tăng chiều cao và rụng bớt lá dinh dưỡng nếu không được cung cấp đạm hợp lý.

5. Luận văn sử dụng phương pháp thống kê nào để chứng minh độ tin cậy của các kết quả nghiên cứu? Tác giả sử dụng phương pháp phân tích phương sai (ANOVA) hai nhân tố thông qua phần mềm IRRISTAT phiên bản 5.0. Các kết luận về sự sai khác giữa các mức đạm và điều kiện hạn đều được kiểm định bằng chỉ số sai khác nhỏ nhất có ý nghĩa LSD ở mức xác suất 95% (p < 0,05) với hệ số biến động CV duy trì ở mức thấp từ 3,3% đến 4,5%.

Kết luận

  • Giống diêm mạch Atlas đạt tỷ lệ nảy mầm 95% và thích nghi tốt với điều kiện sinh thái vụ Đông Xuân tại miền Bắc với tổng thời gian sinh trưởng từ 91 đến 97 ngày.
  • Mức phân đạm 120 kg N/ha được xác định là công thức tối ưu, giúp cây đạt chiều cao thân chính cực đại 39,23 cm, số lá 68,35 lá/cây và số cành cấp 1 đạt 9,78 cành/cây.
  • Việc tăng lượng phân đạm lên 150 kg N/ha làm kéo dài thời gian sinh trưởng thêm 6 ngày nhưng không làm gia tăng các chỉ tiêu hình thái và năng suất hạt.
  • Cây diêm mạch có cơ chế chịu hạn tốt; khi bón đủ 120 kg N/ha, cây duy trì hệ số chịu hạn cao và phục hồi sinh trưởng nhanh sau 2 tuần bị hạn nhân tạo.
  • Luận văn đóng góp quy trình bón phân chuẩn hóa gồm 120 kg N kết hợp 90 kg P2O5, 90 kg K2O và 10 tấn phân chuồng/ha, mở ra giải pháp cây trồng mới cho vùng đất hạn.

Trong giai đoạn 2024 - 2026, các cơ quan chuyên môn cần tiếp tục triển khai các mô hình khảo nghiệm diện rộng trên nhiều loại đất khô hạn khác nhau tại miền Trung và Tây Nguyên. Quý độc giả, nhà khoa học và doanh nghiệp nông nghiệp quan tâm đến quy trình kỹ thuật chi tiết hãy liên hệ Bộ môn Cây Lương thực - Khoa Nông học, Học viện Nông nghiệp Việt Nam để tiếp nhận chuyển giao công nghệ và hợp tác phát triển sản phẩm.