Chương 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1. Cơ sở khoa học và thực tiễn của đề tài Đối với cây lúa từ lâu đã có câu ca dao “Nhất nước, nhì phân” điều đó nói lên nhu cầu nước của cây lúa rất lớn.Tuy nhiên trong lúc khan hiếm nước như hiện nay thì việc trồng lúa gặp rất nhiều khó khăn. Người nông dân có thể bị thất thu, hoặc mất trắng toàn bộ trong vụ đó. Với địa hình đồi núi chiếm ¾ diện tích, cả nước, lúa cạn đã tồn tại từ lâu đời cung cấp một lượng lớn lương thực cho đồng bào vùng cao.
Đây là nguồn gen quí trong lai tạo và chọn giống lúa do lúa cạn có những đặc tính nông học đặc biệt, khác với những cây trồng khác,giúp lúa cạn được phân bố rộng hơn. Qua nhiều nghiên cứu về lúa cạn cho thấy, lúa cạn được hình thành từ lúa tiên, phát triển theo hướng chín sớm, có khả năng chống chịu tốt với hạn, nhất là hạn cuối vụ mùa, chống chịu sâu bệnh và chịu đất nghèo dinh dưỡng, thích nghi cao với điều kiện sinh thái khó khăn. Vai trò của lúa cạn ngày càng được quan tâm, việc nghiên cứu và đưa vào sản xuất những giống lúa cạn có khả năng thích ứng nhịp nhàng trong từng điều kiện cụ thể, phù hợp với điều kiện canh tác của từng địa phương là việc làm cần thiết và mang lại hiệu quả cao. Giới thiệu chung về cây lúa cạn 1.
Khái niệm về lúa cạn Nghiên cứu của Đinh Dĩnh (1961) [2], cho rằng nguồn gốc lúa cạn là do từ lúa nước, trong quá trình sống của mình đã chuyển từ dưới nước lên cạn do yêu cầu của con người. Tuy lúa là cây trồng thích ứng rộng nhưng ở mỗi vùng sinh thái khác nhau thì năng suất cũng khác biệt do khả năng cung cấp nước, 6 dinh dưỡng,… khác nhau. Lúa cạn sống ở những nơi khó khăn, không có nguồn nước tưới, hoàn toàn dựa vào nước trời trên những chân đất nương bãi, ruộng bậc thang hoặc những mặt bằng với độ dốc khác nhau từ 0-400. Cũng theo Nguyễn Thị Lẫm (2003) [12], thì lúa cạn được chia thành hai loại: Lúa cạn cổ truyền: được nông dân Tây Bắc, Việt Bắc,… canh tác lâu đời trên nương rẫy theo dạng định canh hoặc du canh.
Năng suất lúa canh tác theo hình thức này không ổn định, giảm theo độ phì đất.P (1984) [35], lúa cạn được coi là lúa trồng trong mùa mưa trên đất cao, đất thoát nước tự nhiên, trên những chân ruộng được đắp bờ hoặc không có bờ và không có lượng nước dự trữ thường xuyên trên bề mặt. Lúa cạn được hình thành từ lúa nước, nhờ quá trình thích ứng với những vùng trồng lúa thường gặp hạn mà suất hiện các biến dị chịu hạn ngày càng cao.Vì vậy giống lúa cạn có khả năng sinh trưởng bình thường khi ở ruộng nước.E (1982) [39], dùng thuật ngữ “Lúa khô” (dryland rice) thay cho lúa cạn (upland rice) và định nghĩa: “Lúa cạn được trồng trong những thửa ruộng được chuẩn bị đất và gieo hạt dưới điều kiện khô, cây lúa sống phụ thuộc hoàn toàn vào nước trời”. Theo định nghĩa tại Hội thảo nghiên cứu lúa cạn ở Bonake (1982), Bờ Biển Ngà : “Lúa cạn được trồng trên đất thoát nước, không có sự tích trữ nước trên bề mặt, không được cung cấp nước và không đắp bờ, chỉ được tưới nhờ mưa tự nhiên”. Theo Nguyễn Gia Quốc (1994) [17], chia lúa cạn thành 2 dạng: - Lúa cạn thực sự hay còn gọi là lúa nương (rẫy), là loại trồng trên các triền dốc của đồi núi, không có bờ ngăn nước, luôn không có nước ở chân, cây lúa sống nhờ nước trời.
7 - Lúa cạn không hoàn toàn hay lúa nước trời là loại lúa trồng ở triền thấp không có hệ thống tưới tiêu chủ động, cây sống hoàn toàn bằng lượng nước mưa tại chỗ, có thể có nước dự trữ trên bề mặt ruộng và cung cấp nước cho cây lúa vào một thời điểm nào đó. Lúa không chủ động nước hoặc sống nhờ nước trời: loại này được phân bố trên nương bằng, chân đồi, soi bãi có độ dốc nhỏ hơn 50, có đắp bờ hoặc không đắp bờ, hoặc trên ruộng bậc thang đã được gia cố, nhưng cũng dễ bị mất nước sau khi mưa một thời gian ngắn. Những giống lúa cạn gieo trên chân ruộng này là những giống lúa cạn mới lai tạo, có khả năng chịu hạn trong những giai đoạn nhất định, hiệu suất sử dụng nước cao. Những giống lúa cạn khác với lúa nước ở khả năng lấy nước một cách tích cực trong điều kiện thiếu nước nhờ những đặc điểm quý như bộ rễ phát triển mạnh, rễ to mập, ăn sâu, phần vỏ rễ dầy,… Những giống lúa cạn là những giống khi bị hạn ở một số giai đoạn sinh trưởng nhất định không làm ảnh hưởng nhiều đến năng suất và khi gặp khô hạn trong quá trình sinh sống thì mức độ giảm năng suất ít hơn nhiều so với những giống lúa nước cũng ở điều kiện đó.Còn khi gặp đìều kiện có nước, được thâm canh đầy đủ thì năng suất khá hơn.2 Những đặc điểm sinh trưởng của lúa cạn Về đặc điển hình thái: Lúa cạn hầu hết được trồng trong những khu vực có điều kiện khó khăn về nước, nơi mà các giống lúa cải tiến năng suất cao thường khó phát triển, vì vậy hiện nay hầu hết các giống lúa cạn vẫn là giống địa phương được người dân tự lưu giữ qua nhiều năm.
Hầu hết các đặc điểm hình thái của lúa cạn là sự thích nghi với điều kiện sinh trưởng trong môi trường thiếu nước và có nhiều cỏ dại. Trong đó, khả năng phát triển mạnh của bộ rễ cũng như thân cây to và dày sẽ thuận lợi cho khả năng huy động nước trong điều kiện hạn. Thân cao và lá dài phù hợp cho việc phát triển và cạnh tranh với cỏ dại. Trong hơn 1000 giống lúa lai lưu trữ tại IRRI đã được 8 nghiên cứu cho thấy, phần lớn các giống lúa cạn đều có đặc điểm trung là cao cây, chiều cao có thể từ 100 cm - 180 cm, khả năng đẻ nhánh ít, trung bình chỉ 3 - 5 nhánh/khóm.
Thân cây lúa cạn lớn hơn lúa nước, lá dài và nhỏ, đặc biệt lúa cạn có hệ rễ ăn sâu hơn lúa nước, lúa cạn thường có kích thước hạt lớn, nhiều giống có râu hạt rất dài (IRRI, 1975). Các nghiên cứu về đặc điểm các giống lúa cạn Philippines, Nhật Bản, Brazil, Peru cũng có kết quả tương tự Chang et al (1972) [27]. Ở Việt Nam, nghiên cứu của tác giả Nguyễn Đức Thạnh (2000) [35] cho thấy, lúa cạn vùng Cao Bằng, Bắc Kạn hầu hết là lúa địa phương, có thời gian sinh trưởng từ 120 - 150 ngày, khả năng đẻ nhánh ít, tỷ lệ nhánh hữu hiệu từ 28,58 - 62,1%, chiều cao cây từ 109,5 - 145,5 cm, và hầu hết các giống đều có khả năng chịu hạn tốt. Về sinh trưởng, do sinh trưởng trong điều kiện đất cạn, nên lúa cạn sinh trưởng chậm, diện tích lá ít hơn so với lúa nước, tỷ lệ nhánh hữu hiệu thấp, thời gian trỗ chậm hơn và kéo dài hơn lúa nước.
Do đó lúa cạn tạo ra ít chất khô hơn và năng suất hạt thấp hơn. Về thời gian sinh trưởng, hầu hết các giống lúa cạn có thời gian sinh trưởng từ trung bình đến dài ngày. Phản ứng của cây lúa đối với các điều kiện hạn khác nhau Lúa là cây trồng rất mẫn cảm với hạn do hệ thống rễ nhỏ, khí khổng rất nhạy cảm và lá nhanh bị già hóa khi gặp hạn Hirasawa (1999) [41]. Lúa cũng như các cây trồng khác có thể kháng hạn theo 3 cơ chế khác nhau là: Trốn hạn, tránh hạn và chịu hạn.
Trốn hạn là hình thức phát triển nhanh chóng trong thời gian có lượng nước dồi dào và kết quả là cây hoàn thành chu kỳ sống hoặc hoàn thành sinh trưởng giai đoạn cần nước trước khi bị. Tránh hạn là khả năng phát triển rễ mạnh, có khả năng hút nước từ các lớp đất sâu hoặc giảm thoát nước mà không ảnh hưởng đến sản lượng. Cơ chế điều chỉnh thẩm thấu mà theo đó làm tăng sức trương của tế bào trong điều kiện thiếu nước 9 được coi là cơ chế chịu hạn. Khả năng chịu hạn hình thành khi hạn xuất hiện được gọi là cơ chế thích nghi.
Khi hạn xảy ra ở đầu vụ hoặc cuối vụ và có thể dự đoán được thì việc lựa chọn cơ chế trốn hạn với các giống ngắn ngày là một lợi thế. Khi hạn xảy ra bất thường và không thể dự đoán được thì cơ chế chống hạn và chịu hạn là quan trọng. Có rất nhiều nghiên cứu khác nhau về quá trình, cơ chế và các tình trạng quyết định năng suất lúa trong điều kiện nước tưới hạn chế Fischer et al., (2003) [33] đã tóm tắt lại ở 3 thành phần lớn ảnh hưởng đến năng suất lúa khi gặp hạn là: (1) Mức độ nghiêm trọng của hạn và khả năng dự đoán hạn của môi trường mục tiêu, (2) Tiềm năng năng suất, (3) Hình thức tránh hạn và chịu hạn. Mối quan hệ giữa 3 thành phần này với các điều kiện hạn khác nhau được trình bày trong hình 1.
Tính nghiêm trọng của hạn Không dự Tính trạng đoán được chịu hạn Tiềm năng năng suất Năng suất Có thể dự đoán được Trốn hạn Hình 1.1: Sơ đồ của 3 thành phần dưới điều kiện môi trường hạn (tiềm năng năng suất, hình thức trốn hạn và tình trạng chịu hạn) và mối quan hệ giữa năng suất và các hình thức hạn khác nhau ở lúa Theo sơ đồ hình 1.1, khi cây lúa không gặp hạn, tiềm năng năng suất quyết định năng suất hạt. Từ bên trái sang bên phải của sơ đồ, hạn có xu hướng nghiêm trọng hơn, khi đó trốn hạn hoặc chịu hạn trở thành quan trọng. 10 Nếu theo chiều đứng từ dưới lên, hạn có thể dự đoán được thì kiểu hình chín sớm hoặc thời gian gieo trồng là lựa chọn tốt (trốn hạn), nhưng hạn không dự đoán được thì tính trạng chịu hạn là lựa chọn duy nhất. Khi hạn ở mức trung bình, năng suất giảm 50% thì tiềm năng năng suất là một cơ chế quan trọng.
Hạn ở mức nghiêm trọng hơn, yêu cầu cơ chế chống chịu hạn, nếu hạn nghiêm trọng nhưng có thể dự đoán được và ở giai đoạn sinh trưởng cuối thì cơ chế trốn hạn là hiệu quả với các giống chín sớm. Hạn xảy ra ở giữa vụ và không theo quy luật thì yêu cầu cơ chế chống chịu hạn. Khi nghiên cứu về tác hại của hạn với cây lúa, Fischer et al.
