Chương 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1. Cơ sở khoa học và thực tiễn của đề tài Lúa gạo không chỉ là nguồn cung cấp lương thực chủ yếu cho một nửa dân số trên thế giới mà còn là nguồn tạo công ăn việc làm và thu nhập lớn nhất cho những người dân ở nông thôn. Số người nghèo trên thế giới phụ thuộc vào việc trồng lúa và lấy gạo làm lương thực cao hơn bất cứ loại cây lương thực nào khác. Tuy nhiên, hoạt động sản xuất lúa gạo đã gây ra những tác động đáng kể đối với môi trường.
Những tập quán canh tác hiện nay khuyến khích tính đồng nhất gen di truyền. Điều này làm cho cây lúa dễ bị nhiễm sâu hại và dịch bệnh hơn. Canh tác tập quán cũng gây lãng phí các nguồn tài nguyên hiện đang trở nên ngày càng khan hiếm như tài nguyên nước, tài nguyên hóa thạch và hàng năm tiêu tốn khoảng 1/4 đến 1/3 tổng lượng nước ngọt tiêu thụ trên toàn thế giới. Những cánh đồng ngập úng quanh năm được bón nhiều phân hóa học góp phần tăng phát khí thải nhà kính, gây ra hiện tượng trái đất nóng lên.
Việc lạm dụng phân hóa học và các chất bảo vệ thực vật dẫn đến hiện tượng ô nhiễm đất và nước [43]. Hoạt động sản xuất lúa gạo cần được đẩy mạnh trong những thập kỷ tới để có thể đáp ứng được nhu cầu dân số ngày một gia tăng, đó là chưa tính đến tình trạng thiếu lương thực và dinh dưỡng hiện nay trên thế giới. Cần phải tăng sản lượng lúa gạo trong điều kiện diện tích đất tính theo đầu người giảm, nguồn nước phục vụ tưới tiêu ít hơn, không làm suy thoái môi trường và không làm kiệt quệ các nguồn lực của các hộ nông dân sản xuất nhỏ, những người chiếm đa số hộ nghèo trên thế giới. Việc tìm ra các giải pháp sản xuất lương thực tại địa phương đóng vai trò quan trọng trong công tác xóa đói và tạo cơ sở đảm bảo khi giá lương thực tăng cao.
n 5 Khan hiếm nguồn nước hiện đã trở thành một thực trạng đe dọa khoảng 2 tỷ người. Nhiệt độ tăng cao do tác động của biến đổi khí hậu sẽ làm tăng nhu cầu về nước cho hoạt động trồng trọt. Vì thế, sự khan hiếm nước càng trở nên nghiêm trọng hơn. Tính đến năm 2025, sẽ có 15-20 triệu hec-ta trong tổng số 79 triệu hec-ta diện tích trồng lúa cần được tưới tiêu (cung cấp 3/4 tổng nguồn cung lúa gạo cho thế giới) sẽ bị khan hiếm về nguồn nước [50].
Cũng theo ước tính, đến năm 2015, để xóa đói và suy dinh dưỡng cho dân số thế giới, cần có lượng nước ngọt bổ sung tương đương với lượng nước ngọt hiện đang được sử dụng phục vụ ngành nông nghiệp, công nghiệp và sinh hoạt hộ gia đình [30]. Cần phải tìm ra những giải pháp để tăng tính hiệu quả sử dụng nguồn nước (bao gồm cả nước tưới tiêu và nước mưa) trong nông nghiệp. SRI có lẽ là giải pháp tối ưu nhất cho người nông dân và các quốc gia nhằm thúc đẩy sự phát triển trong sản xuất nông nghiệp dựa vào cộng đồng. Đồng thời, SRI cho phép quản lý các nguồn tài nguyên đất và nước một cách bền vững hơn và thậm chí còn làm tăng năng lực sản xuất của những nguồn tài nguyên này trong tương lai.
Khi áp dụng SRI, nước cho canh tác lúa tưới tiêu sẽ giảm từ 25-50%. Việc cắt giảm lượng nước trong sản xuất lúa gạo có thể tiết kiệm nước cho việc trồng các loại cây lương thực khác, tăng đa dạng cây trồng và sử dụng cho các lĩnh vực khác như sinh hoạt gia đình, công nghiệp và môi trường. SRI đòi hỏi nhu cầu về nước ít hơn đồng nghĩa với việc người nông dân có thể tiếp tục trồng lúa tại các khu vực khan hiếm về nguồn nước [43]. Kỹ thuật thâm canh lúa cải tiến SRI (System of Rice Intensification) do Fr.J bắt đầu vào năm 1994 tại Tefy Saina, Madagasca.
Tại đây, kỹ thuật này đã làm năng suất lúa tăng lên gấp đôi, trung bình 8 tấn/ha mà không sử dụng thuốc BVTV. n 6 Theo nguyên lý của SRI, các biện pháp này sẽ cho kết quả tốt trong bất kỳ môi trường nào, mặc dù kết quả sẽ biến đổi. Kết quả cũng có thể khác nhau đối với việc sử dụng các giống lúa khác nhau. Cho đến nay, tất cả các giống đã phản ứng tích cực với phương pháp quản lý này.
Từ các thực nghiệm đồng ruộng của nông dân, đến nay việc áp dụng các biện pháp SRI đã được thực hiện ở 40 nước: Châu Á, Châu Phi và Châu Mỹ la tinh. SRI đang được đánh giá là kỹ thuật thâm canh đầy triển vọng bởi nó thỏa mãn được cả 2 mục tiêu là đạt được hiệu quả kinh tế và phát triển nông nghiệp bền vững [47], [29]. Đánh giá tác động của SRI tại 8 quốc gia (Bănglađet, Campuchia, Trung Quốc, Ấn Độ, Indonesia, Nê pan, Srilanka và Việt Nam) cho thấy lợi ích của SRI là “lúa gạo nhiều hơn, thu nhập cao hơn, ít tiêu tốn nước hơn”, cụ thể: sản lượng tăng 47%, nước tiết kiệm 40%, giảm chi phí trên mỗi hecta là 23% và tăng thu nhập là 68%/hecta [41] (xem phụ lục 1). Hệ thống canh tác lúa cải tiến SRI đã được Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn Việt Nam công nhận là một tiến bộ kỹ thuật mới và đã áp dụng tại 22 tỉnh thành của Việt Nam kể từ năm 2003.
Kết quả của hệ thống này hứa hẹn về mặt hiệu quả kinh tế cũng như sản xuất nông nghiệp bền vững. Mục đích chính của SRI là phát triển một hệ thống sản xuất lúa bền vững bao gồm nhóm các ý tưởng. Nguyên tắc và các ứng dụng thực tiễn dựa trên quản lý hiệu quả việc canh tác lúa để tối đa hóa năng suất. SRI đã được thử nghiệm thành công trong những điều kiện đa dạng tại một số địa phương ở Việt Nam, đặc biệt là những hộ nông dân có ít ruộng.
Người dân, các cán bộ nông nghiệp và các nhà nghiên cứu đã nhận thấy rằng SRI tạo ra sản lượng cao hơn cũng nhờ giảm nhu cầu của vật tư đầu vào, như giảm phân bón hóa học, thuốc trừ sâu, nước tưới. SRI cũng làm cho đất giữ được độ phì nhiêu và bảo vệ môi trường khỏi ô nhiễm [22]. Những nghiên cứu về bộ rễ lúa Trong quá trình sinh trưởng, phát triển của cây lúa, rễ đóng vai trò rất quan trọng, nó là cơ quan hút dinh dưỡng và vận chuyển chất dinh dưỡng nuôi cây. Rễ lúa thuộc loại rễ chùm, có cấu tạo sơ cấp, sau khi lúa nảy mầm, rễ mầm xuất hiện, tồn tại 5-7 ngày rồi rụng đi.
Từ các đốt trên thân mọc ra các rễ phụ, phát triển nhanh tạo thành rễ chùm, ăn nông. Số lượng và trọng lượng rễ tăng dần theo thời gian sinh trưởng từ cấy, đẻ nhánh, làm đòng và đạt cao nhất lúc trỗ bông, sau đó giảm dần đến khi lúa chín. Tốc độ hút nước của bộ rễ đạt cao ở thời kỳ làm đòng và trỗ bông. Sự phát triển và phân bố của bộ rễ lúa cũng tuân theo một quá trình nhất định.
Giai đoạn sinh trưởng dinh dưỡng rễ lúa ăn nông tập trung chủ yếu ở tầng đất 0-10cm. Khi cây lúa bước sang giai đoạn sinh trưởng sinh thực, rễ lúa phát triển mạnh về số lượng, trọng lượng và ăn sâu xuống tầng 30-50cm để hấp thu dinh dưỡng ở tầng sâu và giữ cho cây bám chắc vào đất, tránh đổ ngã khi mang đòng và mang hạt nặng. Thông qua màu sắc, độ lớn của rễ lúa, chúng ta biết được đời sống của cây lúa ra sao. Cây lúa khoẻ mạnh thì rễ trắng, vàng, to, mập, nhiều lông hút.
Gặp điều kiện bất lợi, cây lúa sinh trưởng còi cọc, rễ thường nhỏ, số lượng ít, có màu đen. Nếu trong đất có độc tố, ít oxy thì rễ sẽ bị thối, tanh. Hoạt động của bộ rễ lúa chịu ảnh hưởng của nhiệt độ (rễ phát triển tốt nhất ở nhiệt độ 28-320C), điều kiện dinh dưỡng và đất đai. Để bộ rễ phát triển tốt cần bón phân đầy đủ, cân đối và điều tiết nước hợp lý.
Theo Togari-matsuo (1977) đại bộ phận rễ phân bố ở lớp đất trồng trọt từ 12-15cm, dưới lớp đế cày số rễ rất ít. Trồng lúa trong chậu để quan sát sự n 8 phân bố của rễ đến 91cm thì thấy ở lớp đất 20cm có trên 30% tổng số rễ, lớp đất sâu dưới 50cm chỉ có 1-2% rễ. Vì vậy trong thực tế người ta coi như phạm vi hoạt động của rễ lúa nằm trong lớp đất cày, nghĩa là 20cm đất mặt [38]. Ở ruộng không bị ngập nước, không khí trong đất đầy đủ nên rễ hô hấp thuận lợi, sinh trưởng mạnh và cây lúa phân nhánh nhiều.
Ở ruộng nước đất thiếu không khí cây phải hút oxy từ trên không nhờ các bộ phận trên mặt đất để vận chuyển đến rễ làm cho rễ lúa hô hấp được thuận lợi. Ruộng nước nếu thiếu oxy rễ sinh trưởng kém, ăn nông, phát triển theo chiều ngang. Do đó cây hút kali và silic kém [38]. Một đặc điểm của hệ rễ cây lúa là luôn luôn tìm đến môi trường có thế hiệu oxy hóa khử thích hợp.
Trong ruộng lúa nước nói chung tầng đất mặt nhiều nước, thức ăn và oxy, nên ở thời kỳ đầu (từ lúc bắt đầu sinh trưởng đến giai đoạn giữa), rễ lúa thường phân bố ở tầng đất trên. Hệ rễ lúa lúc đó có hình bầu dục nằm ngang. Sau đó cùng với quá trình sinh trưởng, hệ rễ ăn sâu hơn, vì nước tưới đưa thức ăn và oxy xuống sâu hơn, làm cho lớp đất cũng tốt lên, rễ lại phát triển sâu xuống tầng đất dưới nên lúc này hệ rễ có hình quả trứng để lộn ngược. Hình dạng của hệ rễ ngoài ảnh hưởng của tính di truyền còn phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ đất, chiều sâu của lớp đất cày và tình hình bón phân, sự phân bố của phân bón [38].
Rễ cây lúa chủ yếu phát triển ở nơi mà rễ thấy có ẩm và nhiều chất dinh dưỡng. Chúng ta có thể làm cho rễ ăn sâu và đều khi rải phân ở những lớp đất khác nhau, mục đích là làm cho rễ sử dụng được một khối lượng dinh dưỡng lớn nhất. Ngược lại rễ cây có khuynh hướng chỉ tập trung nhiều ở trên mặt khi có các nguyên tố dinh dưỡng ở đó, và như vậy sẽ làm cho cây trồng dễ bị hạn hơn [15]. Những nghiên cứu về mật độ gieo cấy Mật độ là số cây, số khóm được trồng cấy trên một đơn vị diện tích, với lúa cấy thì mật độ được tính bằng đơn vị khóm/m2, lúa gieo thẳng được tính bằng số hạt mọc.