Tổng quan nghiên cứu

Sản xuất lúa gạo giữ vị trí trụ cột trong đảm bảo an ninh lương thực quốc gia và phát triển kinh tế nông nghiệp Việt Nam, đóng góp khoảng 22,1% GDP nông nghiệp và tạo sinh kế cho hơn 60% lực lượng lao động cả nước. Theo các số liệu thống kê ngành, Việt Nam đứng thứ 6 thế giới về diện tích canh tác lúa với khoảng 7,66 triệu ha và đứng thứ 5 về sản lượng lúa với 38,725 triệu tấn/năm. Tại huyện Thanh Oai, thành phố Hà Nội, vùng thâm canh lúa truyền thống với diện tích đất lúa từng đạt trên 13.592 ha và sản lượng hàng năm đạt 82.580 tấn, người nông dân đang đối mặt với bài toán tối ưu hóa chi phí sản xuất và nâng cao giá trị hạt gạo. Tập quán cấy dày cùng thói quen bón thừa phân đạm vô cơ không chỉ làm tăng chi phí đầu vào mà còn khiến ruộng lúa dễ bị lốp đổ, bùng phát các đối tượng dịch hại nguy hiểm như sâu cuốn lá nhỏ, bệnh đạo ôn và bệnh khô vằn.

Nhằm tìm kiếm giải pháp canh tác thích ứng, giống lúa thuần chất lượng cao Kim Cương 111 do Công ty Cổ phần Giống cây trồng Miền Nam chọn tạo đã được Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn công nhận sản xuất thử nghiệm theo Quyết định số 370/QĐ-BNN-TT ngày 15/02/2017. Giống sở hữu tiềm năng năng suất đạt từ 60 đến 73 tạ/ha, chất lượng cơm dẻo đậm và thời gian sinh trưởng vụ xuân từ 130 đến 132 ngày. Đề tài "Nghiên cứu ảnh hưởng của mật độ cấy và lượng đạm bón đến sinh trưởng, năng suất giống lúa Kim Cương 111 trong vụ xuân tại Thanh Oai, Hà Nội" do học viên Lê Thái Học thực hiện dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS. Nguyễn Ích Tân tại Học viện Nông nghiệp Việt Nam, được triển khai trong vụ xuân 2018 tại thị trấn Kim Bài. Nghiên cứu hướng tới mục tiêu xác định mật độ cấy và liều lượng bón phân đạm tối ưu, giúp cây lúa sinh trưởng khỏe, nâng cao chỉ số diện tích lá, kiểm soát dịch hại, tối đa hóa năng suất thực thu và gia tăng hiệu quả kinh tế trên một đơn vị diện tích canh tác.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng dựa trên sự kết hợp chặt chẽ giữa hai học thuyết nông học kinh điển: học thuyết dinh dưỡng khoáng cây trồng và học thuyết cấu trúc quần thể quang hợp.

Trước hết, lý thuyết dinh dưỡng khoáng nhấn mạnh đạm là nguyên tố đa lượng quan trọng hàng đầu chi phối toàn bộ quá trình trao đổi chất, phân chia tế bào và hình thành cơ quan sinh dưỡng. Các nghiên cứu quốc tế của Viện Nghiên cứu Lúa Quốc tế chỉ ra rằng phân bón đóng góp gần 50% vào sự hình thành năng suất lúa, trong đó cần trung bình khoảng 20,5 kg N nguyên chất để tạo ra 1 tấn thóc. Đạm thúc đẩy mạnh mẽ quá trình đẻ nhánh, gia tăng số nhánh hữu hiệu và kích thích phân hóa đòng; tuy nhiên, bón thừa đạm sẽ làm mềm mô bào, tăng tính mẫn cảm với sâu bệnh và làm giảm tỷ lệ hạt chắc.

Thứ hai, lý thuyết cấu trúc quần thể cây trồng khẳng định mật độ cấy quyết định không gian thấu quang, độ thông thoáng và hiệu suất sử dụng bức xạ mặt trời của ruộng lúa. Mật độ tối ưu giúp thiết lập trạng thái cân bằng sinh học giữa từng cá thể và toàn bộ quần thể, tối đa hóa hệ số diện tích lá mà không gây ra hiện tượng cạnh tranh dinh dưỡng cục bộ. Các khái niệm nông học trọng tâm được vận hành xuyên suốt đề tài gồm: chỉ số diện tích lá (LAI), tốc độ tích lũy chất khô (CGR), khối lượng chất khô (DM), hệ số đẻ nhánh hữu hiệu, khối lượng 1000 hạt và hiệu suất sử dụng đạm (NUE).

Phương pháp nghiên cứu

Thí nghiệm đồng ruộng hai nhân tố được bố trí theo kiểu ô chia (Split-plot Design) với 3 lần nhắc lại trên tổng diện tích 450 m2 tại thị trấn Kim Bài, huyện Thanh Oai. Thí nghiệm gồm 15 công thức xử lý, kết hợp giữa 3 mức mật độ cấy tại ô nhỏ: M1 đạt 30 khóm/m2 (khoảng cách 18 cm x 18 cm), M2 đạt 35 khóm/m2 (khoảng cách 16 cm x 18 cm), M3 đạt 40 khóm/m2 (khoảng cách 14 cm x 18 cm) và 5 mức bón đạm tại ô lớn: N1 (0 kg N/ha), N2 (60 kg N/ha), N3 (90 kg N/ha), N4 (120 kg N/ha), N5 (150 kg N/ha). Toàn bộ thí nghiệm duy trì nền bón lót và bón thúc cân đối với 75 kg P2O5/ha và 75 kg K2O/ha.

Về cỡ mẫu và phương pháp chọn mẫu: Trên mỗi ô thí nghiệm diện tích 10 m2, tác giả chọn ngẫu nhiên 5 cây cố định theo phương pháp 5 điểm chéo góc (tổng số 225 cây mẫu trên 45 ô) để theo dõi động thái tăng trưởng chiều cao và đẻ nhánh định kỳ 1 đến 2 tuần/lần. Mẫu sinh lý để xác định LAI và chất khô DM được lấy tại 3 giai đoạn sinh trưởng then chốt: cuối đẻ nhánh, trỗ 10% và chín sáp, tiến hành sấy khô ở nhiệt độ 80 độ C trong 48 giờ. Đánh giá sâu bệnh hại tuân thủ theo Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia QCVN 01-38:2010/BNNPTNT và thang điểm tiêu chuẩn của Viện Nghiên cứu Lúa Quốc tế. Năng suất thực thu được xác định bằng cách gặt toàn bộ diện tích hữu hiệu của từng ô thí nghiệm và quy chuẩn về độ ẩm hạt 13%.

Lý do lựa chọn phương pháp phân tích: Toàn bộ dữ liệu được xử lý thống kê bằng phương pháp phân tích phương sai ANOVA trên phần mềm chuyên ngành IRRISTAT phiên bản 5.0. Phương pháp này cho phép phân tách chính xác các sai số ngẫu nhiên, kiểm định sai khác có ý nghĩa thống kê thông qua giá trị LSD ở mức xác suất 95% (p < 0,05), từ đó đánh giá chuẩn xác cả tác động đơn lẻ lẫn hiệu ứng tương tác đa chiều giữa mật độ cấy và liều lượng phân đạm.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Nghiên cứu thực nghiệm trong vụ xuân 2018 tại huyện Thanh Oai đã mang lại 4 nhóm kết quả cụ thể:

Thứ nhất, mật độ cấy và lượng đạm bón có tác động rõ rệt đến thời gian sinh trưởng và động thái tăng trưởng chiều cao cây. Thời gian sinh trưởng của giống Kim Cương 111 dao động trong khoảng 114 đến 139 ngày. Công thức cấy thưa bón nhiều đạm (M1N5) có thời gian sinh trưởng dài nhất đạt 139 ngày, trong khi công thức cấy dày không bón đạm (M3N1) rút ngắn chỉ còn 114 ngày. Chiều cao cây cuối cùng đạt cực đại ở công thức M1N5 với 112,90 cm, cao hơn 16,7% so với công thức M3N1 chỉ đạt 96,77 cm.

Thứ hai, khả năng đẻ nhánh và tỷ lệ nhánh hữu hiệu đạt giá trị tối ưu ở mật độ cấy thưa kết hợp lượng đạm vừa phải. Mật độ 30 khóm/m2 bón 150 kg N/ha cho số nhánh tối đa lên tới 14,20 nhánh/khóm và số bông hữu hiệu đạt 7,03 bông/khóm. Ngược lại, mật độ 40 khóm/m2 không bón đạm chỉ đạt 6,53 nhánh tối đa/khóm và 4,63 bông hữu hiệu/khóm.

Thứ ba, sự tương tác giữa mật độ và phân đạm tạo nên sự khác biệt có ý nghĩa về các yếu tố cấu thành năng suất và năng suất hạt. Năng suất lý thuyết và năng suất thực thu đạt đỉnh cao nhất ở công thức M1N3 (mật độ 30 khóm/m2 kết hợp bón 90 kg N/ha), lần lượt đạt 74,93 tạ/ha và 70,19 tạ/ha. Ngược lại, công thức M3N5 (mật độ 40 khóm/m2 kết hợp bón 150 kg N/ha) cho năng suất thực thu thấp nhất, chỉ đạt 39,86 tạ/ha, sụt giảm tới 43,2% so với công thức tối ưu M1N3.

Thứ tư, hiệu suất sử dụng đạm (NUE) và hiệu quả kinh tế có xu hướng giảm dần khi tăng lượng đạm bón lên mức cao. NUE đạt giá trị cao nhất tại mật độ 30 khóm/m2 mức bón 60 kg N/ha với 40,43 kg thóc/kg N. Khi nâng lượng đạm lên mức 150 kg N/ha, NUE suy giảm nghiêm trọng và chuyển sang giá trị âm. Về mặt tài chính, công thức M1N3 mang lại thu nhập thuần cao nhất đạt 37.060 nghìn đồng/ha, cao gấp hơn 2,1 lần so với công thức M3N5 chỉ đạt khoảng 17.000 nghìn đồng/ha.

Thảo luận kết quả

Các kết quả thực nghiệm chỉ ra rằng việc tăng mật độ cấy lên 40 khóm/m2 kết hợp bón thừa đạm (150 kg N/ha) không những không làm tăng năng suất mà còn gây phản tác dụng nghiêm trọng. Khi ruộng lúa quá rậm rạp, chỉ số diện tích lá tăng vọt nhưng tạo ra hiện tượng tự che khuất lẫn nhau giữa các tầng lá, làm giảm cường độ quang hợp thuần và gia tăng tỷ lệ nhánh vô hiệu. Hơn nữa, vi khí hậu ẩm ướt trong tán lúa dày đặc khiến mật độ sâu cuốn lá nhỏ và tỷ lệ nhiễm bệnh khô vằn, đạo ôn tăng cao, làm giảm tỷ lệ hạt chắc và khối lượng 1000 hạt.

Để trực quan hóa các mối tương quan phức tạp này, dữ liệu nghiên cứu có thể được biểu diễn hiệu quả thông qua hệ thống biểu đồ và bảng phân tích chuyên sâu. Một bảng ma trận hai chiều so sánh 15 công thức thí nghiệm sẽ làm nổi bật sự biến thiên của 4 yếu tố cấu thành năng suất gồm: số bông/m2, số hạt/bông, tỷ lệ hạt chắc và khối lượng 1000 hạt. Đồng thời, một đồ thị đường thể hiện động thái tích lũy chất khô (CGR) kết hợp với biểu đồ cột kép biểu diễn năng suất thực thu và thu nhập thuần sẽ chứng minh rõ ràng xu thế: điểm uốn năng suất và lợi nhuận kinh tế tối ưu của giống Kim Cương 111 luôn hội tụ tại mức bón 90 kg N/ha trên nền mật độ 30 khóm/m2.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên kết quả thực nghiệm khoa học, tác giả đề xuất 4 khuyến nghị kỹ thuật cụ thể nhằm phát huy tối đa tiềm năng của giống lúa Kim Cương 111 trong sản xuất vụ xuân:

Thứ nhất, chuẩn hóa mật độ gieo cấy ở mức thưa hợp lý. Nông dân tại các vùng canh tác lúa tương đồng tại Hà Nội cần duy trì mật độ cấy chuẩn 30 khóm/m2 (khoảng cách hàng cách hàng 18 cm, cây cách cây 18 cm), cấy mạ non từ 4 đến 4,5 lá với số lượng 1 dảnh/khóm. Giải pháp này giúp tiết kiệm lượng giống gieo ban đầu khoảng 15 đến 20 kg/ha và tạo điều kiện cho lúa đẻ nhánh sớm, khỏe.

Thứ hai, áp dụng quy trình bón phân cân đối với mức đạm chuẩn 90 kg N/ha. Phòng Nông nghiệp và Phát triển nông thôn cùng các Hợp tác xã Nông nghiệp cần chỉ đạo người dân tuyệt đối không bón vượt mức 120 kg N/ha. Quy trình bón cho 1 ha cần phối hợp đồng bộ: 90 kg N + 75 kg P2O5 + 75 kg K2O, thực hiện phân kỳ theo 3 giai đoạn nghiêm ngặt: bón lót sâu trước cấy (100% lân + 25% đạm), bón thúc đẻ nhánh sớm (45% đạm + 50% kali) và bón đón đòng (30% đạm + 50% kali).

Thứ ba, áp dụng phương pháp điều tiết nước tưới ướt khô xen kẽ theo kỹ thuật thâm canh cải tiến. Duy trì mực nước nông 3 đến 5 cm trong 1 tuần đầu sau cấy và giai đoạn bón thúc đẻ nhánh; tiến hành rút cạn nước phơi ruộng nứt nẻ chân chim khi lúa đạt số nhánh tối đa nhằm ức chế triệt để nhánh vô hiệu, sau đó giữ nước trở lại ở giai đoạn làm đòng đến chín sáp.

Thứ tư, đẩy mạnh công tác khuyến nông và xây dựng cánh đồng mẫu lớn. Trạm Khuyến nông huyện Thanh Oai cần phối hợp với Ủy ban nhân dân các xã triển khai các mô hình trình diễn quy mô 10 đến 20 ha trong các vụ xuân tiếp theo. Mục tiêu phấn đấu đạt năng suất thực thu bình quân trên 70 tạ/ha và gia tăng thu nhập thuần cho nông dân thêm 10 đến 15 triệu đồng/ha so với tập quán canh tác cũ.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nội dung và số liệu khoa học của luận văn mang lại giá trị ứng dụng thiết thực cho 4 nhóm đối tượng chính:

Nhóm thứ nhất là cán bộ khuyến nông, chuyên viên kỹ thuật nông nghiệp cấp huyện và xã. Tài liệu cung cấp cơ sở dữ liệu thực nghiệm chuẩn xác để xây dựng các tài liệu hướng dẫn kỹ thuật thâm canh, lịch thời vụ và quy trình phòng trừ dịch hại tổng hợp cho các giống lúa thuần mới.

Nhóm thứ hai là ban quản trị các hợp tác xã nông nghiệp và các hộ nông dân trực tiếp sản xuất. Luận văn cung cấp hướng dẫn cụ thể về tỷ lệ phân bón, mật độ cấy và phương pháp điều tiết nước, giúp người trồng lúa cắt giảm chi phí phân đạm lãng phí từ 20 đến 30% và nâng cao lợi nhuận kinh tế thực tế.

Nhóm thứ ba là sinh viên, học viên cao học và các nhà khoa học chuyên ngành Khoa học cây trồng, Nông học và Đất - Dinh dưỡng cây trồng. Công trình là tài liệu tham khảo giá trị về phương pháp thiết kế thí nghiệm ô chia (Split-plot), kỹ thuật theo dõi các chỉ tiêu sinh lý thực vật và phân tích hiệu suất sử dụng đạm.

Nhóm thứ tư là các doanh nghiệp nghiên cứu, sản xuất và kinh doanh giống cây trồng, phân bón. Doanh nghiệp có thể sử dụng dữ liệu để hoàn thiện quy trình canh tác đi kèm khi chuyển giao giống lúa Kim Cương 111 ra thị trường, cũng như phát triển các công thức phân bón NPK chuyên dùng cho lúa vụ xuân.

Câu hỏi thường gặp

Mật độ cấy nào mang lại hiệu quả năng suất cao nhất cho giống lúa Kim Cương 111 trong vụ xuân? Mật độ cấy 30 khóm/m2 (khoảng cách 18 cm x 18 cm) mang lại năng suất cao nhất. Kết quả thực nghiệm cho thấy mật độ này giúp cây lúa đẻ nhánh hữu hiệu đạt 7,03 bông/khóm, nâng năng suất thực thu lên mức kỷ lục 70,19 tạ/ha, cao hơn hẳn so với mật độ dày 40 khóm/m2 chỉ đạt 39,86 tạ/ha.

Vì sao bón đạm ở mức cao 150 kg N/ha lại làm suy giảm nghiêm trọng năng suất lúa? Bón 150 kg N/ha khiến cây lúa phát triển thân lá quá mức, dẫn đến hiện tượng lốp đổ và tỷ lệ nhánh vô hiệu cao. Tán lá rậm rạp làm giảm quang hợp thuần và bùng phát sâu cuốn lá, bệnh đạo ôn, bệnh khô vằn, làm năng suất thực thu giảm sâu xuống dưới 40 tạ/ha.

Hiệu suất sử dụng phân đạm (NUE) của giống lúa đạt giá trị tối ưu ở công thức nào? Hiệu suất sử dụng phân đạm đạt mức cao nhất 40,43 kg thóc/kg N ở công thức cấy thưa 30 khóm/m2 kết hợp lượng bón 60 kg N/ha. Khi tăng lượng đạm lên mức 150 kg N/ha, hiệu suất hấp thụ đạm giảm mạnh và rơi xuống giá trị âm do thất thoát dinh dưỡng ra môi trường.

Quy trình bón phân cân đối cho giống Kim Cương 111 cần phân kỳ theo tỷ lệ như thế nào? Tổng lượng phân khuyến nghị cho 1 ha gồm 90 kg N, 75 kg P2O5 và 75 kg K2O. Tỷ lệ phân kỳ tối ưu gồm: Bón lót sâu 100% lân cùng 25% đạm; bón thúc đẻ nhánh sớm 45% đạm kết hợp 50% kali; bón đón đòng khi lúa phân hóa đòng với 30% đạm và 50% kali còn lại.

Cấy thưa với mật độ 30 khóm/m2 có làm gia tăng công lao động làm cỏ trong ruộng lúa hay không? Cấy thưa 30 khóm/m2 không làm tăng công làm cỏ nếu kết hợp tốt với kỹ thuật giữ nước nông 3 đến 5 cm trong 1 tuần đầu và làm cỏ sục bùn đồng thời ở 2 lần bón thúc. Cây lúa mọc khỏe sẽ nhanh chóng giao tán, che phủ mặt đất và ức chế hoàn toàn cỏ dại phát triển.

Kết luận

  • Luận văn đã xác định chính xác công thức canh tác tối ưu cho giống lúa thuần Kim Cương 111 trong vụ xuân tại Thanh Oai là mật độ cấy 30 khóm/m2 kết hợp mức bón 90 kg N/ha trên nền 75 kg P2O5 và 75 kg K2O/ha.
  • Công thức kỹ thuật tối ưu này đã đem lại năng suất thực thu vượt trội đạt 70,19 tạ/ha và thu nhập thuần đạt mức cao nhất 37.060 nghìn đồng/ha.
  • Công trình đóng góp hệ thống dẫn liệu khoa học hoàn chỉnh và đáng tin cậy về động thái sinh trưởng, biến động chỉ số diện tích lá, sự tích lũy chất khô và phản ứng sâu bệnh của giống lúa mới.
  • Trong giai đoạn tiếp theo từ năm 2019 trở đi, cần tiếp tục mở rộng nghiên cứu ảnh hưởng của mật độ và chế độ bón phân cho giống Kim Cương 111 trong điều kiện vụ mùa và trên các loại chân đất khác nhau của vùng Đồng bằng sông Hồng.
  • Các cơ quan quản lý nông nghiệp và bà con nông dân hãy nhanh chóng ứng dụng quy trình kỹ thuật cấy thưa hợp lý và bón đạm cân đối này vào thực tiễn sản xuất để tối đa hóa lợi nhuận kinh tế và hướng tới nền nông nghiệp bền vững.