MỞ ĐẦU 1 1.1 Tính cấp thiết của đề tài 1 1.2 Mục tiêu nghiên cứu 2 1.3 Phạm vi nghiên cứu 3 1.4 Những đóng góp mới của luận án 3 1.5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 4 PHẦN 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 5 2.1 Vai trò của cây đậu xanh, tình hình sản xuất đậu xanh trên thế giới và Việt Nam 5 2.1 Vai trò của cây đậu xanh 5 2.2 Tình hình sản xuất đậu xanh trên thế giới và Việt Nam 6 2.2 Đặc điểm khí hậu, đất đai và hệ thống cây trồng trên vùng đất cát ven biển tỉnh Nghệ An 11 2.1 Đặc điểm khí hậu của tỉnh Nghệ An 11 2.2 Đặc điểm của đất cát ven biển Nghệ An 14 2.3 Hệ thống cây trồng trên vùng đất cát ven biển Nghệ An 16 2.3 Khả năng chịu hạn của cây họ đậu và cây đậu xanh 17 2.1 Khái niệm về hạn 17 2.2 Các loại hạn với cây trồng 18 2.3 Cơ chế chống chịu hạn của thực vật 19 2.4 Đặc điểm hình thái, sinh lý, sinh hóa liên quan đến tính chịu hạn của cây họ đậu 21 iii 2.5 Tình hình nghiên cứu về khả năng chịu hạn trên cây đậu xanh 25 2.4 Tình hình nghiên cứu các biện pháp kỹ thuật trên cây đậu xanh 30 2.1 Công tác chọn tạo giống đậu xanh trên thế giới và Việt Nam 30 2.2 Nghiên cứu các biện pháp canh tác trên cây đậu xanh 35 PHẦN 3 VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 44 3.1 Địa điểm nghiên cứu 44 3.2 Thời gian nghiên cứu 44 3.3 Đối tƣợng và vật liệu nghiên cứu 44 3.1 Đối tƣợng nghiên cứu 44 3.2 Vật liệu nghiên cứu 45 3.4 Nội dung nghiên cứu 45 3.5 Phƣơng pháp nghiên cứu 46 3.1 Đánh giá thực trạng sản xuất đậu xanh trên vùng đất cát ven biển tỉnh Nghệ An 46 3.2 Đánh giá khả năng chịu hạn của các giống đậu xanh nghiên cứu 47 3.3 Nghiên cứu xác định một số giống đậu xanh phù hợp gieo trồng trong điều kiện canh tác nhờ nƣớc trời ở vụ Hè Thu trên vùng đất cát ven biển Nghệ An 50 3.4 Nghiên cứu một số biện pháp kỹ thuật nhằm nâng cao năng suất và khả năng chịu hạn cho các giống đậu xanh đƣợc lựa chọn trong vụ Hè Thu trên vùng đất cát ven biển Nghệ An 50 3.5 Xây dựng mô hình thử nghiệm đậu xanh trên đất cát ven biển 52 3.6 Các chỉ tiêu và phƣơng pháp xác định 54 3.1 Các chỉ tiêu về sinh trƣởng phát triển 54 3.2 Các chỉ tiêu sinh lý 54 3.3 Các chỉ tiêu về các yếu tố cấu thành năng suất và năng suất 55 3.4 Đánh giá chất lƣợng hạt của các giống đậu xanh 55 3.5 Các chỉ tiêu hóa lý tính của đất 56 3.6 Các chỉ tiêu về khả năng chống chịu 56 3.7 Đánh giá hiệu suất sử dụng phân bón và hiệu quả kinh tế 57 3.8 Phƣơng pháp cho điểm xác định các yếu tố hạn chế sản xuất đậu xanh 57 3.7 Phƣơng pháp xử lý số liệu 57 iv PHẦN 4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 58 4.1 Thực trạng sản xuất đậu xanh trên vùng đất cát ven biển Nghệ An 58 4.1 Diện tích, năng suất và sản lƣợng đậu xanh của tỉnh và vùng đất cát ven biển Nghệ An 58 4.2 Thực trạng kỹ thuật sản xuất đậu xanh trên vùng đất cát ven biển Nghệ An 60 4.2 Đánh giá khả năng chịu hạn của các giống đậu xanh 68 4.1 Ảnh hƣởng của gây hạn sinh lý (thế thẩm thấu) đến khả năng mọc mầm của các giống đậu xanh 68 4.2 Ảnh hƣởng của hạn đến các chỉ tiêu sinh lý, sinh trƣởng phát triển và hình thành năng suất của các giống đậu xanh 74 4.3 Nghiên cứu xác định một số giống đậu xanh phù hợp gieo trồng trong điều kiện canh tác nhờ nƣớc trời ở vụ Hè Thu trên đất cát ven biển Nghệ An 87 4.1 Thời gian sinh trƣởng của các giống 87 4.2 Chiều cao cây và số cành cấp 1 88 4.3 Chỉ số diện tích lá của các giống 90 4.4 Khả năng chống chịu của các giống đậu xanh 91 4.5 Các yếu tố cấu thành năng suất của các giống 93 4.6 Năng suất của các giống 96 4.7 Đánh giá chất lƣợng của các giống đậu xanh 97 4.4 Nghiên cứu một số biện pháp kỹ thuật nhằm nâng cao năng suất và khả năng chịu hạn cho các giống đậu xanh triển vọng 101 4.1 Ảnh hƣởng của các mức phân bón kali đến khả năng sinh trƣởng, phát triển, năng suất và khả năng chịu hạn của các giống đậu xanh triển vọng trên vùng đất cát ven biển Nghệ An 101 4.2 Ảnh hƣởng của mật độ trồng đến khả năng sinh trƣởng, phát triển và năng suất của các giống đậu xanh triển vọng 115 4.3 Ảnh hƣởng của một số phƣơng thức giữ ẩm đến khả năng sinh trƣởng, phát triển và năng suất của một số giống đậu xanh triển vọng vụ Hè Thu trên vùng đất cát ven biển Nghệ An 123 4.5 Xây dựng mô hình ứng dụng các kết quả nghiên cứu cho cây đậu xanh trên vùng đất cát ven biển Nghệ An 130 v 4.1 Đánh giá khả năng sinh trƣởng, các yếu tố cấu thành năng suất và năng suất hạt khô của các mô hình thử nghiệm 130 4.2 Đánh giá hiệu quả kinh tế của các mô hình thử nghiệm 132 PHẦN 5 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 137 5.2 Kiến nghị 138 Danh mục các công trình công bố có liên quan đến luận án 139 Tài liệu tham khảo 140 Phụ lục 155 vi DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Nghĩa tiếng Việt ABA Axit abxixic (Abscisic acid) ANOVA Phân tích phƣơng sai (Analysis of variance) AVRDC Trung tâm nghiên cứu và phát triển rau màu châu Á (The World Vegetable Center) BNNPTNT Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn BVTV Bảo vệ thực vật CEC Dung tích trao đổi cation (Cation Exchange Capacity) CĐQH Cƣờng độ quang hợp CĐTHN Cƣờng độ thoát hơi nƣớc ĐTHBHN Độ thiếu hụt bão hòa nƣớc HSSDN Hiệu suất sử dụng nƣớc LAI Chỉ số diện tích lá (Leaf area index) LEA Protein LEA (Late embryogensis abundant) LMR Hàm lƣợng nƣớc trong rễ (Root moisture content) LRWC Hàm lƣợng nƣớc tƣơng đối trong lá (Leaf relative water content) LTP Gen LTP (Lipid transfer protein) LWC Hàm lƣợng nƣớc trong lá (Leaf moisture content) NSTT Năng suất thực thu P 1000 Khối lƣợng 1000 hạt PEG - 6000 Polyethylene glycol - 6000 PTGA Phƣơng thức giữ ẩm QCVN Qui chuẩn Việt Nam ROS Sự tích lũy các gốc tự do (Reactive oxygen species) TGST Thời gian sinh trƣởng TI Hệ số chịu hạn (Tolerance index) TTT Thế thẩm thấu VKHNNVN Viện Khoa học Nông nghiệp Việt Nam vii DANH MỤC BẢNG STT Tên bảng Trang 2.1 Thành phần sinh hóa của đậu xanh dƣới các hình thức sử dụng 5 2.2 Nhiệt độ không khí trung bình hàng tháng tại thành phố Vinh, tỉnh Nghệ An (Số liệu trung bình trong nhiều năm) 11 2.3 Lƣợng mƣa (mm) trung bình toàn tháng một số nơi của tỉnh Nghệ An 12 2.4 Đặc điểm lý, hóa tính của đất cát ven biển điển hình tỉnh Nghệ An (Phẫu diện VN25) 15 2.5 Cơ cấu cây trồng trên vùng đất cát ven biển Nghệ An 16 3.1 Đặc điểm hình thái của các mẫu giống đậu xanh thí nghiệm 44 3.2 Thế thẩm thấu tính theo khối lƣợng PEG-6000 tan trong 1kg H2O 49 4.1 Diện tích, năng suất và sản lƣợng đậu xanh của tỉnh Nghệ An 58 4.2 Diện tích, năng suất và sản lƣợng đậu xanh trên vùng đất cát ven biển Nghệ An năm 2012 59 4.3 Kỹ thuật sản xuất đậu xanh trên vùng đất cát ven biển Nghệ An 61 4.4 Phân tích SWOT thực trạng sản xuất đậu xanh trên vùng đất cát ven biển Nghệ An 64 4.5 Các yếu tố chính hạn chế sản xuất đậu xanh trên vùng đất cát ven biển Nghệ An 65 4.6 Ảnh hƣởng của thế thẩm thấu đến tỷ lệ mọc mầm của các giống đậu xanh sau 7 ngày xử lý hạn 69 4.7 Ảnh hƣởng của các thế thẩm thấu đến chiều dài rễ mầm và chiều dài mầm của các giống đậu xanh sau 7 ngày xử lý hạn 71 4.8 Ảnh hƣởng của các thế thẩm thấu đến khối lƣợng khô cây mầm và hệ số chịu hạn của các giống đậu xanh thí nghiệm 72 4.9 Ảnh hƣởng của thời kỳ bị hạn đến cƣờng độ quang hợp của các giống đậu xanh trong điều kiện nhà lƣới 75 4.10 Ảnh hƣởng của thời kỳ hạn đến cƣờng độ thoát hơi nƣớc của các giống đậu xanh trong điều kiện nhà lƣới 77 4.11 Ảnh hƣởng của thời kỳ hạn đến độ thiếu hụt bão hòa nƣớc của lá và hàm lƣợng nƣớc tƣơng đối của các giống đậu xanh 80 4.12 Ảnh hƣởng của hạn đến các yếu tố cấu thành năng suất các giống đậu xanh trong điều kiện nhà lƣới 84 viii 4.13 Ảnh hƣởng của hạn đến năng suất cá thể của các giống đậu xanh trong điều kiện nhà lƣới 86 4.14 Thời gian sinh trƣởng trung bình trong vụ Hè Thu 2012 và 2013 của các giống đậu xanh tại Nghi Lộc và Diễn Châu 88 4.15 Chiều cao cây và số cành cấp 1 của các giống đậu xanh trong vụ Hè Thu 2012 và 2013 tại Nghi Lộc và Diễn Châu 89 4.16 Chỉ số diện tích lá trung bình trong vụ Hè Thu 2012 và 2013 của các giống đậu xanh tại Nghi Lộc và Diễn Châu 91 4.17 Khả năng chống chịu của các giống đậu xanh trong vụ Hè Thu năm 2012 và 2013 tại Nghi Lộc và Diễn Châu 92 4.18 Các yếu tố cấu thành năng suất của các giống đậu xanh trong vụ Hè Thu năm 2012 và 2013 tại Nghi Lộc và Diễn Châu 94 4.19 Năng suất thực thu của các giống đậu xanh trong vụ Hè Thu năm 2012 và 2013 tại Nghi Lộc và Diễn Châu 96 4.20 Hàm lƣợng protein và tinh bột của các giống đậu xanh 98 4.21 Một số chỉ tiêu lý hóa tính của đất trƣớc thí nghiệm (tầng 0-20 cm) 101 4.22 Ảnh hƣởng của các mức phân bón kali đến một số chỉ tiêu sinh trƣởng của các giống đậu xanh thời kỳ quả mẩy vụ Hè Thu 2013 và 2014 103 4.23 Tỷ lệ rễ/toàn cây và độ dày lá của các giống đậu xanh thí nghiệm 106 4.24 Hàm lƣợng prolin tích lũy và diệp lục trong lá ở các mức bón kali khác nhau khi cây bị hạn 15 ngày tại thời kỳ quả mẩy 107 4.25 Ảnh hƣởng của các mức phân bón kali đến các yếu tố cấu thành năng suất, năng suất và hiệu suất phân bón của các giống đậu xanh trong vụ Hè Thu năm 2013 và 2014 109 4.26 Hàm lƣợng lân và kali trong thân lá và trong hạt thời kỳ quả chín của các giống đậu xanh triển vọng ở các mức bón kali khác nhau 112 4.27 Kết quả phân tích đất sau 2 vụ trồng đậu xanh ở các mức bón kali khác nhau 114 4.
Tổng quan luận án
Đề tài luận án tiến sĩ "Nghiên cứu một số biện pháp kỹ thuật nhằm nâng cao khả năng chịu hạn cho cây đậu xanh vụ Hè Thu trên vùng đất cát ven biển tỉnh Nghệ An" do nghiên cứu sinh Phan Thị Thu Hiền thực hiện tại Học viện Nông nghiệp Việt Nam (2017), chuyên ngành Khoa học cây trồng (mã số: 62.10 / 62 62 01 10), dưới sự hướng dẫn của PGS. Phạm Văn Chương và TS. Nguyễn Đình Vinh.
Tính cấp thiết và khoảng trống nghiên cứu
Nghệ An có 21.428 ha đất cát ven biển tập trung tại các huyện Quỳnh Lưu, Diễn Châu, Nghi Lộc, thị xã Cửa Lò và thành phố Vinh. Đất có thành phần cơ giới thô, kết cấu rời rạc, dung tích hấp thu thấp, nghèo mùn, đạm, lân và kali dễ tiêu. Trong vụ Hè Thu, điều kiện khí hậu rất khắc nghiệt do chịu tác động trực tiếp của gió Phơn Tây Nam khô nóng kéo dài (từ tháng 5 đến tháng 8), trong khi nguồn nước tưới hạn chế, sản xuất chủ yếu dựa vào nước trời.
Cây đậu xanh (Vigna radiata L. Wilczek) là cây trồng quan trọng trong cơ cấu luân canh vụ Hè Thu trên đất cát ven biển với diện tích trên 500 ha (chiếm 10% tổng diện tích đậu xanh toàn tỉnh). Tuy nhiên, năng suất đậu xanh của vùng chỉ đạt mức thấp (khoảng 0,71 tấn/ha) do nông dân chủ yếu gieo trồng các giống địa phương đã thoái hóa (như giống Đậu Tằm), kỹ thuật canh tác quảng canh, thiếu các giải pháp giữ ẩm và bón phân hợp lý. Các công trình nghiên cứu về cây đậu xanh tại Việt Nam trước đó chủ yếu tập trung trên đất phù sa ven sông; các nghiên cứu về tính chịu hạn và quy trình kỹ thuật đồng bộ cho đậu xanh canh tác nhờ nước trời trên đất cát ven biển còn rất hạn chế. Do đó, việc nghiên cứu tuyển chọn giống đậu xanh chịu hạn và xác định các biện pháp kỹ thuật canh tác thích hợp là yêu cầu cấp thiết của thực tiễn sản xuất.
Mục tiêu nghiên cứu
- Mục tiêu tổng quát: Xác định một số giống đậu xanh và các biện pháp canh tác phù hợp để đạt năng suất và hiệu quả kinh tế cao trong điều kiện canh tác nhờ nước trời của vụ Hè Thu trên vùng đất cát ven biển tỉnh Nghệ An.
- Mục tiêu cụ thể:
- Mục tiêu 1: Đánh giá thực trạng sản xuất đậu xanh nhằm xác định các yếu tố hạn chế trong sản xuất đậu xanh hiện nay trên vùng đất cát ven biển tỉnh Nghệ An.
- Mục tiêu 2: Đánh giá khả năng chịu hạn của các giống đậu xanh trong điều kiện gây hạn nhân tạo.
- Mục tiêu 3: Xác định một số giống đậu xanh có thời gian sinh trưởng ngắn ngày và trung ngày, có khả năng chịu hạn tốt, thích nghi với điều kiện sinh thái vụ Hè Thu của vùng đất cát ven biển tỉnh Nghệ An.
- Mục tiêu 4: Đánh giá tác động của một số kỹ thuật trồng, chăm sóc trong điều kiện canh tác nhờ nước trời (mức bón phân kali, mật độ gieo trồng, phương thức giữ ẩm) nhằm nâng cao khả năng chịu hạn và năng suất của các giống đậu xanh được lựa chọn trên vùng đất cát ven biển tỉnh Nghệ An.
- Mục tiêu 5: Xây dựng mô hình thử nghiệm ứng dụng các kết quả nghiên cứu cho cây đậu xanh vụ Hè Thu trên vùng đất cát ven biển tỉnh Nghệ An.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu: 12 giống đậu xanh triển vọng có nguồn gốc từ các Viện, Trung tâm Nghiên cứu Phát triển đậu đỗ thuộc Viện Khoa học Nông nghiệp Việt Nam.
- Phạm vi nội dung: Đánh giá khả năng chịu hạn giai đoạn nảy mầm trong phòng thí nghiệm; đánh giá sinh lý, sinh trưởng và năng suất khi gây hạn nhân tạo trong nhà lưới ở các giai đoạn ra hoa, ra hoa rộ, quả mẩy; khảo nghiệm đồng ruộng 12 giống; nghiên cứu liều lượng phân kali, mật độ gieo trồng và chất giữ ẩm; xây dựng mô hình trình diễn.
- Phạm vi không gian và thời gian: Đề tài thực hiện tại các huyện Diễn Châu và Nghi Lộc, tỉnh Nghệ An trong giai đoạn 2012 – 2016.
Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án
Luận án đã tổng hợp các nghiên cứu trong nước và quốc tế về cây đậu xanh và cơ chế chịu hạn của thực vật:
Giá trị và tình hình sản xuất đậu xanh
Tác giả viện dẫn số liệu thành phần sinh hóa của đậu xanh theo Calloway et al. (1994), Shanmugasundaram et al. (2009), Zhang et al. (2014) và Nair et al. (2012), khẳng định đậu xanh chứa hàm lượng protein cao (20,3 - 24,5 g/100 g hạt), giàu axit amin thiết yếu (đặc biệt là lysine), các chất khoáng (Fe, Zn) và vitamin. Sản xuất đậu xanh toàn cầu đạt trên 6 triệu ha với sản lượng 3 triệu tấn, tập trung tại Ấn Độ (3,5 triệu ha, sản lượng 1,2 triệu tấn - Nair et al., 2012; Pannu and Singh, 1993), Trung Quốc (trên 700.000 ha, sản lượng 980.000 tấn), Pakistan (231.100 ha, năng suất 0,72 tấn/ha - Aslam et al., 2010), Myanmar, Sri Lanka (Ranawake et al., 2011). Tại Việt Nam, diện tích ước tính 60.000 - 80.000 ha, năng suất trung bình 0,6 - 0,8 tấn/ha (Nguyễn Văn Chương et al., 2016; Cục thống kê Hà Tĩnh, 2014; Cục thống kê Nghệ An, 2014).
Cơ chế chịu hạn và chỉ tiêu sinh lý ở cây họ đậu
Văn bản điểm lại các nghiên cứu về cơ chế chịu hạn ở thực vật: thoát hạn, chịu hạn, tránh hạn và phục hồi (Chaves et al., 2003; Barnabás et al., 2008; Taiz and Zeiger, 2006; Neumann, 2008; Acquaah, 2007; Bartels and Sunkar, 2005; Beltrano and Ronco, 2008).
- Ảnh hưởng của hạn đến sinh trưởng và bộ máy quang hợp: Sadasivam et al. (1988), Lisar et al. (2012), Ahmed et al. (2002), Flexas et al. (2006), Lawlor and Tezara (2009), Dulai et al. (2006) chứng minh hạn làm giảm thế nước, giảm diện tích lá, ức chế enzyme carboxylase/oxygenase và ATP synthase.
- Chỉ thị sinh lý, sinh hóa: Sự ổn định hàm lượng diệp lục (Manivannan et al., 2007; Mafakheri et al., 2010; Hassanzadeh et al., 2009; Arunyanark et al., 2008; Ghassemi-Golezani and Lotfi, 2012); hàm lượng nước tương đối trong lá (LRWC) và hiệu suất sử dụng nước (Ahmed et al., 2002; Rahbarian et al., 2011; Yang and Miao, 2010; Hossain et al., 2010; Trần Anh Tuấn et al., 2007; Vũ Ngọc Thắng et al., 2016); tích lũy proline để điều hòa thẩm thấu (Serpil et al., 2004; Nguyễn Văn Mã, 2015; Chu Hoàng Mậu và Hà Tiến Sỹ, 2007).
- Cơ sở phân tử: Biểu hiện của gen mã hóa protein LEA, chaperonin, LTP trong đáp ứng mất nước tế bào (Trần Thị Thanh Huyền, 2011; Nguyễn Vũ Thanh Thanh et al., 2006, 2010, 2011; Chu Hoàng Mậu et al., 2008; Trần Thị Phương Liên et al., 2003).
- Đánh giá hạn trên đậu xanh: Tác động của hạn ở các thời kỳ sinh trưởng (Agrawal, 1980; Thomas et al., 2004; Rafiei et al., 2011; Sadeghipour, 2008; Ambachewa et al., 2014; Pannu and Singh, 1993; Sengupta et al., 2011; Kumar et al., 2013); phương pháp tạo áp suất thẩm thấu bằng PEG-6000 giai đoạn nảy mầm (Heikal and Shaddad, 1982; Dutta and Bera, 2008; Michel and Kaufmann, 1973; Vũ Ngọc Thắng et al., 2011).
Công tác giống và kỹ thuật canh tác
Tác giả tổng quan chương trình chọn tạo giống của AVRDC (Shanmugasundaram et al., 2009; Nair et al., 2012), Thái Lan (Subramanyam et al., 1988), Trung Quốc (Zhang et al., 2014) và Việt Nam qua các giai đoạn (Trần Đình Long và Lê Khả Tường, 1998; Tạ Kim Bính, 2000; Bùi Việt Nữ, 1995; Lê Khả Tường, 2000; Trần Đình Long và Nguyễn Thị Chinh, 2005).
Khoảng trống luận án giải quyết
Hầu hết các nghiên cứu đậu xanh ở Việt Nam thực hiện trên đất phù sa, điều kiện chủ động nước. Chưa có nghiên cứu hệ thống đánh giá tính chịu hạn gắn liền với điều kiện sinh thái đất cát ven biển Nghệ An chịu tác động của gió Phơn Tây Nam, chưa xác định được tổ hợp kỹ thuật nông học (giống, phân kali, mật độ, chất giữ ẩm) thích hợp cho phương thức canh tác nhờ nước trời vụ Hè Thu tại địa bàn này.
Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu
Khung lý thuyết và phân tích
Nghiên cứu dựa trên lý thuyết về cân bằng nước và áp suất thẩm thấu của tế bào thực vật, phản ứng quang hợp - thoát hơi nước dưới áp lực khô hạn, cơ chế tích lũy chất hòa tan (proline) để duy trì sức trương tế bào, và mối quan hệ giữa các yếu tố cấu thành năng suất hạt đậu xanh với các yếu tố kỹ thuật nông học (dinh dưỡng kali, mật độ quần thể, độ ẩm đất).
Phương pháp nghiên cứu cụ thể
- Đánh giá thực trạng sản xuất: Sử dụng phương pháp đánh giá nhanh nông thôn có sự tham gia của người dân (PRA) và phỏng vấn nhóm cung cấp thông tin chủ lực (KPI); phân tích ma trận SWOT; phương pháp cho điểm xác định các yếu tố hạn chế sản xuất tại Diễn Châu và Nghi Lộc.
- Đánh giá khả năng chịu hạn trong phòng thí nghiệm và nhà lưới:
- Giai đoạn nảy mầm: Gây hạn sinh lý bằng dung dịch Polyethylene glycol - 6000 (PEG-6000) ở các mức thế thẩm thấu khác nhau (tính theo công thức khối lượng PEG-6000 hòa tan trong 1 kg H2O theo Michel and Kaufmann). Xác định tỷ lệ mọc mầm, chiều dài rễ mầm, chiều dài thân mầm, khối lượng khô cây mầm và hệ số chịu hạn (Tolerance Index - TI).
- Giai đoạn sinh trưởng sinh thực: Gây hạn nhân tạo trong nhà lưới ở 3 thời kỳ (bắt đầu ra hoa, ra hoa rộ, quả mẩy). Đo cường độ quang hợp (CĐQH), cường độ thoát hơi nước (CĐTHN) bằng máy đo quang hợp TPS-2 (Mỹ); xác định hàm lượng nước tương đối trong lá (LRWC) theo phương pháp của Okono (2010); xác định độ thiếu hụt bão hòa nước (ĐTHBHN).
- Khảo nghiệm đồng ruộng và biện pháp kỹ thuật:
- Thử nghiệm giống theo Quy chuẩn Kỹ thuật Quốc gia QCVN 01-62:2011/BNNPTNT.
- Thí nghiệm bón phân kali với các mức bón K2O khác nhau trên nền phân bón cố định (5 tấn phân chuồng + 300 kg vôi bột + 30 kg N + 60 kg P2O5/ha).
- Thí nghiệm mật độ gieo trồng (các mức cây/m2) và phương thức giữ ẩm đất (sử dụng chất giữ ẩm AMS-1 liều lượng 30 kg/ha so với đối chứng không xử lý và các biện pháp giữ ẩm khác).
- Phương pháp phân tích đất và sinh hóa thực vật:
- Đất: Chất hữu cơ tổng số xác định theo phương pháp Walkley - Black; đạm tổng số xác định theo phương pháp Kjeldahl.
- Lá cây: Hàm lượng diệp lục xác định theo phương pháp Wintermans and De Mots (1965); hàm lượng proline tự do theo phương pháp Bates et al.
- Thân lá và hạt: Lân tổng số xác định bằng phương pháp so màu xanh molipđen; kali tổng số xác định bằng quang kế ngọn lửa.
- Phương pháp xử lý số liệu: Số liệu được phân tích phương sai (ANOVA) để so sánh các nghiệm thức thí nghiệm.
Nội dung chính theo từng chương
Phần 1 và Phần 2: Mở đầu và Tổng quan tài liệu
Phần này làm rõ cơ sở khoa học và thực tiễn của đề tài, nêu bật điều kiện tự nhiên tỉnh Nghệ An và phẫu diện đất cát ven biển điển hình (VN25).
| Độ sâu (cm) | Dung trọng (g/cm³) | Tỷ trọng | Độ xốp (%) | Độ ẩm (%) | Tỷ lệ cát 2,0-0,2 mm (%) | OC (%) | N (%) | P₂O₅ tổng số (%) | K₂O tổng số (%) | P₂O₅ dễ tiêu (mg/100g) | K₂O dễ tiêu (mg/100g) | pH H₂O |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 0 - 20 | 1,51 | 2,65 | 43,0 | 24,3 | 76,4 | 0,52 | 0,06 | 0,10 | 0,22 | 5,50 | 3,76 | 7,5 |
| 20 - 40 | 1,40 | 2,64 | 47,0 | 22,3 | 71,1 | 0,17 | 0,02 | 0,04 | 0,40 | 4,25 | 2,35 | 7,0 |
| 40 - 90 | 1,43 | 2,73 | 47,6 | 28,6 | 80,3 | 0,09 | 0,01 | 0,05 | 0,51 | 2,00 | 2,35 | 7,9 |
| 90 - 150 | 1,44 | 2,68 | 46,3 | 31,2 | 96,2 | 0,04 | 0,01 | 0,06 | 0,50 | 3,70 | 2,35 | 8,2 |
Dữ liệu cho thấy đất cát tầng mặt (0-20 cm) có tỷ lệ hạt cát thô chiếm 76,4%, dung tích trao đổi cation (CEC) thấp (9,00 lđl/100 g đất), hàm lượng chất hữu cơ (0,52%) và đạm tổng số (0,06%) rất nghèo. Khí hậu mùa hè có nhiệt độ cao (nhiệt độ tuyệt đối lên tới 42,7°C), gió Phơn khô nóng thổi từ 20 đến 70 ngày/năm.
Phần 3: Vật liệu và phương pháp nghiên cứu
Trình bày chi tiết danh mục 12 giống đậu xanh thí nghiệm, quy trình gây hạn bằng PEG-6000, quy chuẩn QCVN 01-62:2011/BNNPTNT, các công thức bón phân kali, mật độ khoảng cách và chất giữ ẩm AMS-1, phương pháp phân tích hóa lý tính đất và chỉ tiêu sinh lý cây trồng.
Phần 4: Kết quả và thảo luận
4.1 Thực trạng sản xuất đậu xanh trên vùng đất cát ven biển Nghệ An
- Toàn tỉnh Nghệ An có diện tích đậu xanh biến động từ 4.722 ha, trong đó vùng bãi ven sông có trên 1.600 ha (năng suất 0,81 tấn/ha), vùng bán sơn địa trên 2.000 ha (năng suất 0,64 tấn/ha), vùng đất cát ven biển trên 500 ha (năng suất 0,71 tấn/ha).
- Khảo sát kỹ thuật canh tác cho thấy tập quán sản xuất mang tính quảng canh: 100% hộ sử dụng giống địa phương tự để giống (chủ yếu là giống Đậu Tằm thoái hóa), tỷ lệ bón phân hữu cơ và phân vô cơ cân đối rất thấp, không áp dụng biện pháp che phủ hay giữ ẩm đất. Phân tích SWOT và cho điểm xác định hạn hán đầu và giữa vụ kết hợp gió Phơn Tây Nam là yếu tố hạn chế lớn nhất đến năng suất đậu xanh.
4.2 Đánh giá khả năng chịu hạn của các giống đậu xanh
- Giai đoạn nảy mầm: Xử lý thế thẩm thấu bằng PEG-6000 sau 7 ngày làm giảm tỷ lệ mọc mầm, chiều dài rễ mầm, chiều dài mầm và khối lượng khô cây mầm. Hệ số chịu hạn (TI) và tỷ lệ mọc mầm giúp phân lập nhóm giống có khả năng chịu hạn tốt ở giai đoạn mọc mầm gồm VN99-3, KP11, ĐX208, ĐX16 và ĐX22.
- Giai đoạn sinh thực: Gây hạn nhân tạo làm giảm cường độ quang hợp (CĐQH), cường độ thoát hơi nước (CĐTHN), hàm lượng nước tương đối trong lá (LRWC) và làm tăng độ thiếu hụt bão hòa nước (ĐTHBHN). Cây bị hạn ở thời kỳ quả mẩy làm giảm năng suất cá thể nghiêm trọng nhất (giảm từ 43,4% đến 59,3% so với đối chứng tưới đủ nước). Các giống ĐX208, ĐX16, ĐX22 duy trì được LRWC cao, ĐTHBHN thấp và có khả năng phục hồi quang hợp tốt sau hạn.
4.3 Xác định giống đậu xanh phù hợp gieo trồng nhờ nước trời vụ Hè Thu
Khảo nghiệm 12 giống tại Nghi Lộc và Diễn Châu trong 2 năm 2012 và 2013 xác định được 3 giống triển vọng:
- Giống ĐX16: Thời gian sinh trưởng ngắn (68 ngày tại Nghi Lộc, 67 ngày tại Diễn Châu), chiều cao cây 48,2 - 50,6 cm, số cành cấp 1 đạt 2,1 - 2,4 cành, chống đổ tốt, ít nhiễm sâu bệnh chính, năng suất thực thu đạt 1,38 - 1,48 tấn/ha.
- Giống ĐX208: Thời gian sinh trưởng 80 - 82 ngày, sinh trưởng khỏe, chịu hạn tốt, năng suất thực thu đạt 1,52 - 1,62 tấn/ha.
- Giống ĐX22: Thời gian sinh trưởng 80 - 82 ngày, số quả chắc/cây cao, khối lượng 1000 hạt lớn, năng suất thực thu đạt 1,64 - 1,71 tấn/ha.
- Đánh giá chất lượng hạt: Các giống được tuyển chọn có hàm lượng protein đạt từ 22,5% đến 24,1%, hàm lượng tinh bột từ 48,2% đến 51,6%, đáp ứng thị hiếu tiêu dùng và chế biến.
4.4 Nghiên cứu một số biện pháp kỹ thuật nâng cao năng suất và khả năng chịu hạn
- Ảnh hưởng của phân bón kali: Bón kali làm tăng tỷ lệ rễ/toàn cây, tăng độ dày lá, tăng số lượng nốt sần, thúc đẩy tích lũy proline và ổn định hàm lượng diệp lục trong lá khi bị hạn 15 ngày ở thời kỳ quả mẩy. Mức bón 60 kg K2O/ha cho năng suất thực thu cao nhất (đạt 1,65 - 1,75 tấn/ha đối với ĐX22; 1,55 - 1,68 tấn/ha đối với ĐX208; 1,42 - 1,52 tấn/ha đối với ĐX16) và hiệu suất phân bón tối ưu trên nền 5 tấn phân chuồng + 300 kg vôi bột + 30 kg N + 60 kg P2O5/ha.
- Ảnh hưởng của mật độ gieo trồng: Mật độ thích hợp cho giống phân cành trung bình và thời gian sinh trưởng dài hơn (ĐX208 và ĐX22) là 20 cây/m2 (khoảng cách 50 cm x 10 cm); mật độ thích hợp cho giống ngắn ngày, tán gọn (ĐX16) là 25 cây/m2 (khoảng cách 40 cm x 10 cm).
- Ảnh hưởng của phương thức giữ ẩm: Sử dụng chất giữ ẩm AMS-1 liều lượng 30 kg/ha giúp duy trì độ ẩm đất ở tầng 0 - 20 cm cao hơn đối chứng từ 2,1% đến 3,8%, làm giảm nhiệt độ đất ở độ sâu 5 cm trong những ngày nắng nóng, từ đó làm tăng số quả/cây và tăng năng suất thực thu của các giống thêm 12,5 - 18,4% so với đối chứng không xử lý giữ ẩm.
4.5 Xây dựng mô hình ứng dụng kết quả nghiên cứu
Mô hình thử nghiệm quy mô 1 ha/huyện tại Nghi Lộc và Diễn Châu áp dụng đồng bộ giống mới (ĐX208, ĐX22, ĐX16), phân bón (bón 60 kg K2O/ha kết hợp phân chuồng, vôi bột, N, P2O5), mật độ chuẩn và chất giữ ẩm AMS-1 cho kết quả:
- Năng suất hạt khô đạt 1,51 - 1,68 tấn/ha (cao hơn sản xuất đại trà ngoài mô hình từ 0,80 đến 0,97 tấn/ha, tức tăng hơn gấp đôi).
- Hiệu quả kinh tế: Lợi nhuận thuần đạt 21,5 - 26,8 triệu đồng/ha, tỷ suất lợi nhuận đạt từ 1,15 đến 1,42 lần, cao hơn rõ rệt so với tập quán canh tác truyền thống của nông dân địa phương.
Kết quả và những đóng góp mới
Đóng góp mới về mặt lý luận và thực tiễn
- Cung cấp dẫn liệu khoa học hệ thống về các chỉ tiêu sinh lý, hóa sinh liên quan đến khả năng chịu hạn của cây đậu xanh: Xác định hàm lượng nước tương đối trong lá (LRWC) cao, độ thiếu hụt bão hòa nước (ĐTHBHN) thấp, khả năng duy trì hàm lượng diệp lục, tăng cường tích lũy proline và tốc độ phục hồi quang hợp sau hạn là các chỉ thị quan trọng phản ánh tính chịu hạn của giống.
- Xác định thời kỳ quả mẩy là giai đoạn mẫn cảm nhất với stress khô hạn ở cây đậu xanh, làm giảm từ 43,4% đến 59,3% năng suất hạt.
- Tuyển chọn được 3 giống đậu xanh triển vọng ĐX208, ĐX16 và ĐX22 thích nghi với điều kiện canh tác nhờ nước trời vụ Hè Thu trên đất cát ven biển Nghệ An: thời gian sinh trưởng 68 - 82 ngày, chống chịu sâu bệnh tốt, năng suất đạt 1,3 - 1,7 tấn/ha.
- Xây dựng hoàn chỉnh gói kỹ thuật canh tác thích hợp cho đậu xanh trên vùng đất cát ven biển Nghệ An:
- Bón phân cho 1 ha: 5 tấn phân chuồng + 300 kg vôi bột + 30 kg N + 60 kg P2O5 + 60 kg K2O.
- Mật độ trồng: 20 cây/m2 đối với giống ĐX208 và ĐX22; 25 cây/m2 đối với giống ĐX16.
- Biện pháp giữ ẩm: Sử dụng chất giữ ẩm AMS-1 với liều lượng 30 kg/ha.
Kiến nghị
- Đề nghị Sở Nông nghiệp và Phát triển nông thôn tỉnh Nghệ An và các huyện ven biển đưa các giống ĐX208, ĐX16, ĐX22 cùng gói kỹ thuật canh tác vào cơ cấu sản xuất vụ Hè Thu trên đất chuyên màu cát ven biển.
- Tiếp tục nghiên cứu hoàn thiện biện pháp phòng trừ sâu đục quả trong điều kiện biến động thời tiết cuối vụ và mở rộng thử nghiệm trên các tiểu vùng sinh thái đất cát khác ở Bắc Trung Bộ.
Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp
- Hạn chế: Nghiên cứu tập trung trên tập đoàn 12 giống đậu xanh và bố trí thí nghiệm tại 2 huyện đại diện (Diễn Châu và Nghi Lộc) trong phạm vi tỉnh Nghệ An; các yếu tố kỹ thuật tập trung vào phân kali, mật độ và chất giữ ẩm AMS-1 trong điều kiện canh tác hoàn toàn nhờ nước trời vụ Hè Thu, chưa khảo sát các chế độ luân canh phức tạp hơn hoặc tác động của phân vi sinh.
- Hướng nghiên cứu tiếp: Mở rộng đánh giá các giống triển vọng trên các dạng lập địa đất cát ven biển khác của vùng Duyên hải Miền Trung; nghiên cứu sâu hơn ở mức độ phân tử các gen liên quan đến tính chịu hạn (LEA, LTP) của các dòng giống được tuyển chọn trong điều kiện thực địa.
Giá trị tham khảo
- Đối tượng thụ hưởng: Các nghiên cứu sinh, học viên cao học, giảng viên chuyên ngành Khoa học cây trồng, Nông học, Sinh lý thực vật; cán bộ kỹ thuật tại Trung tâm Khuyến nông, Chi cục Trồng trọt và Bảo vệ thực vật các tỉnh Duyên hải Miền Trung; các nhà quản lý nông nghiệp xây dựng đề án chuyển đổi cơ cấu cây trồng thích ứng với biến đổi khí hậu.
- Nội dung đáng tham khảo:
- Phương pháp sàng lọc tính chịu hạn sinh lý bằng PEG-6000 và đo đạc trao đổi khí bằng máy TPS-2.
- Số liệu chi tiết về đặc tính lý hóa đất cát ven biển (phẫu diện VN25).
- Quy trình kỹ thuật đồng bộ về bón kali và chất giữ ẩm AMS-1 nâng cao hiệu quả sử dụng nước trên đất cát.
Câu hỏi thường gặp
1. Những giống đậu xanh nào được luận án xác định là phù hợp nhất cho vụ Hè Thu trên vùng đất cát ven biển Nghệ An?
Luận án xác định được 3 giống đậu xanh triển vọng gồm ĐX16 (thời gian sinh trưởng ngắn 68 ngày, năng suất 1,3 - 1,5 tấn/ha), ĐX208 (thời gian sinh trưởng 80 - 82 ngày, năng suất 1,5 - 1,6 tấn/ha) và ĐX22 (thời gian sinh trưởng 80 - 82 ngày, năng suất 1,6 - 1,7 tấn/ha). Các giống này có khả năng chịu hạn, chống đổ và kháng sâu bệnh chính tốt.
2. Giai đoạn sinh trưởng nào của cây đậu xanh chịu thiệt hại năng suất nặng nhất khi gặp hạn?
Kết quả thí nghiệm gây hạn nhân tạo trong nhà lưới chỉ ra rằng thời kỳ quả mẩy là giai đoạn nhạy cảm nhất với stress khô hạn; hạn ở thời kỳ này làm năng suất cá thể của các giống đậu xanh giảm mạnh nhất, từ 43,4% đến 59,3% so với điều kiện tưới nước đầy đủ.
3. Công thức bón phân và mật độ gieo trồng được khuyến nghị trong luận án là gì?
- Công thức phân bón cho 1 ha gồm: 5 tấn phân chuồng + 300 kg vôi bột + 30 kg N + 60 kg P2O5 + 60 kg K2O.
- Mật độ gieo trồng: 20 cây/m2 (khoảng cách 50 cm x 10 cm) đối với giống ĐX208 và ĐX22; 25 cây/m2 (khoảng cách 40 cm x 10 cm) đối với giống ĐX16.
4. Luận án đã thử nghiệm chất giữ ẩm nào và liều lượng sử dụng ra sao?
Luận án đã thử nghiệm chất giữ ẩm AMS-1 với liều lượng 30 kg/ha. Chất giữ ẩm này giúp tăng độ ẩm đất tầng mặt từ 2,1% đến 3,8%, giảm nhiệt độ đất ở độ sâu 5 cm trong những ngày nắng nóng gay gắt và làm tăng năng suất hạt từ 12,5% đến 18,4% so với đối chứng.
5. Yếu tố tự nhiên chính nào hạn chế sản xuất đậu xanh vụ Hè Thu tại đất cát ven biển Nghệ An?
Khí hậu vụ Hè Thu có nền nhiệt độ cao kết hợp với gió Phơn Tây Nam khô nóng kéo dài từ tháng 5 đến tháng 8 gây hạn đất và hạn không khí nghiêm trọng, trong khi đất cát ven biển có thành phần cơ giới thô (76,4% cát tầng mặt), khả năng giữ nước kém và canh tác hoàn toàn phụ thuộc vào nước trời.
Kết luận
Luận án của nghiên cứu sinh Phan Thị Thu Hiền đã giải quyết vấn đề nâng cao khả năng chịu hạn cho cây đậu xanh vụ Hè Thu trên vùng đất cát ven biển tỉnh Nghệ An. Công trình đã tuyển chọn được 3 giống đậu xanh triển vọng (ĐX208, ĐX16, ĐX22) và xác định gói kỹ thuật canh tác đồng bộ gồm bón 60 kg K2O/ha trên nền phân hữu cơ, vôi, N, P, mật độ 20 - 25 cây/m2 và bổ sung 30 kg AMS-1/ha. Kết quả ứng dụng mô hình thực tế chứng minh năng suất hạt khô đạt 1,51 - 1,68 tấn/ha, tăng hơn gấp đôi so với tập quán canh tác truyền thống và mang lại hiệu quả kinh tế cao cho người dân vùng đất cát duyên hải.