Tổng quan luận án

Xâm nhập mặn tại vùng Đồng bằng sông Cửu Long, đặc biệt tại tám tỉnh ven biển gồm Tiền Giang, Bến Tre, Trà Vinh, Sóc Trăng, Bạc Liêu, Cà Mau, Kiên Giang và Hậu Giang, có xu hướng gia tăng và lấn sâu vào nội đồng. Dữ liệu từ Trung tâm Khí tượng Thủy văn Trung ương (2016) cho thấy độ mặn trung bình trên các cửa sông giáp biển biến động từ 14,4‰ (năm 2013), 14,3‰ (năm 2014), 15,8‰ (năm 2015), tăng vọt lên 20,5‰ (năm 2016) và đạt 16,2‰ (năm 2017). Mặn xâm nhập năm 2016 xuất hiện sớm hơn 2 tháng so với năm 2015; năm 2017 mặn đến sớm hơn trung bình nhiều năm từ 1 đến 1,5 tháng. Thiệt hại đối với sản xuất lúa ghi nhận ở mức cao: vụ Mùa và Thu Đông năm 2015 có 90.000 ha lúa bị ảnh hưởng năng suất (trong đó thiệt hại nặng khoảng 50.000 ha với Kiên Giang chiếm 34.000 ha, Sóc Trăng 6.300 ha, Bạc Liêu 5.800 ha); vụ Đông Xuân 2015–2016 có 139.000 ha bị ảnh hưởng nặng (chiếm 11% diện tích gieo trồng của tám tỉnh ven biển).

Vào đầu vụ lúa Hè Thu (gieo sạ từ cuối tháng 4 đến đầu tháng 5 dương lịch), lượng mưa tự nhiên còn rất thấp, cây lúa thường xuyên đối mặt với nguy cơ thiếu nước ở giai đoạn mạ và đẻ nhánh. Để duy trì sự sống cho cây lúa, người sản xuất buộc phải sử dụng nguồn nước lợ trong kênh rạch để tưới. Khi nồng độ mặn vượt quá ngưỡng chịu đựng (độ dẫn điện EC trong đất trên 3,0 mS/cm và trong nước tưới trên 2,0 mS/cm theo Tanwar, 2003), cây lúa bị tổn thương nghiêm trọng hoặc chết rụi. Mặc dù nhiều nghiên cứu đã xác định cây lúa phản ứng khác nhau theo từng thời kỳ, việc xác định chính xác thời điểm mẫn cảm tính theo ngày sau khi sạ (NSKS) cùng các biện pháp can thiệp dinh dưỡng trước khi tưới mặn vẫn là một khoảng trống thực tiễn cần giải quyết.

Luận án tiến sĩ ngành Khoa học Cây trồng (mã số 62 62 01 10) của nghiên cứu sinh Nguyễn Văn Bo, dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS. Lê Văn Bé tại Trường Đại học Cần Thơ, được triển khai nhằm thực hiện hai mục tiêu cụ thể:

  1. Xác định giai đoạn cây lúa mẫn cảm nhất khi bị nhiễm mặn;
  2. Khảo sát ảnh hưởng của dinh dưỡng bổ sung cải thiện sinh trưởng cây lúa khi tưới mặn.

Đối tượng nghiên cứu của luận án gồm:

  • Bốn giống lúa: Pokkali (giống chuẩn kháng), IR 28 (giống chuẩn nhiễm), OM 5451 và IR 50404;
  • Nguồn nước tưới mặn nhân tạo (pha muối NaCl ở nồng độ 4‰) và nguồn nước nhiễm mặn tự nhiên tại địa bàn nghiên cứu;
  • Các hợp chất cung cấp dinh dưỡng và điều hòa sinh trưởng: Canxi oxít (CaO), Kali nitrat ($KNO_3$), $n$-Triacontanol, Brassinolide và Humate kali 60%;
  • Phân đạm vô cơ (với ba mức bón: 0N, 80N và 120 kg N/ha);
  • Ba chế độ quản lý nước mặt ruộng.

Phạm vi nghiên cứu:

  • Thời gian thực hiện: Từ tháng 02/2014 đến tháng 09/2016;
  • Không gian thực hiện: Gồm các thí nghiệm trong nhà lưới tại Bộ môn Khoa học Đất (Khoa Nông nghiệp và Sinh học Ứng dụng, Trường Đại học Cần Thơ) và các thí nghiệm ngoài đồng ruộng tại xã Phú Hữu (huyện Long Phú, tỉnh Sóc Trăng) và xã Vĩnh Viễn A (huyện Long Mỹ, tỉnh Hậu Giang).

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Luận án đã hệ thống hóa các công trình nghiên cứu trong và ngoài nước liên quan đến tác động của mặn và khả năng thích ứng của cây lúa qua các hướng chính:

Ảnh hưởng của các giai đoạn nhiễm mặn đến sinh trưởng và năng suất: Lafitte (2004) chỉ ra lúa chịu mặn tốt khi nảy mầm nhưng mẫn cảm ở giai đoạn mạ và sinh sản, ít mẫn cảm ở giai đoạn đẻ nhánh và vào chắc. Falah (2010) quan sát thấy lúa bị tác động mạnh sau cấy và trổ bông nhưng chịu được ở giai đoạn chín. Asch (2000) khẳng định mặn làm giảm số bông hữu thụ, khối lượng 1.000 hạt, tăng tỷ lệ hạt bất thụ, trong đó thời điểm tượng khối sơ khởi là nhạy cảm nhất. Ngược lại, Aref and Rad (2012) ghi nhận giai đoạn trổ bông và chín chịu mặn tốt hơn giai đoạn đầu, đồng thời chỉ ra nếu dùng nước tưới $EC = 2\text{ mS/cm}$ thì năng suất giảm 25%, $EC = 4\text{ mS/cm}$ giảm 70%, $EC = 6\text{ mS/cm}$ giảm 80% và $EC = 8\text{ mS/cm}$ làm năng suất giảm tới 97%. Fraga et al. (2010), Zeng and Shannon (2000a), Zeng et al. (2001) cùng nhấn mạnh độ mặn nước tưới quyết định mức độ bất thụ hạt và suy giảm số bông. Gridhar (1988) và Phap (2006) ghi nhận mặn làm chậm trổ bông, kéo dài thời gian sinh trưởng 5–10 ngày và làm chậm chín khoảng 1 tuần. Khatun and Flowers (1995a), Abdullah et al. (2001) chứng minh mặn làm giảm sức sống hạt phấn và khả năng tiếp nhận của núm nhụy.

Tác động của mặn lên các chỉ tiêu nông học và hình thái bông: Shalhevet (1995) ghi nhận mặn ức chế chồi mạnh hơn rễ. Pushpam and Rangasamy (2002) phát hiện giống nhiễm (IR-20, IR-50) bị giảm chiều cao và rễ nhiều hơn giống kháng (Pokkali). Razzaque et al. (2009) thấy chiều cao bắt đầu giảm từ ngưỡng $3\text{ mS/cm}$, trong khi Choi et al. (2003) ghi nhận mức giảm ở độ mặn 5‰ do áp suất thẩm thấu cản trở hút nước (Gain et al., 2008). Akbar et al. (1972) và Heenan et al. (1988) chỉ ra nồng độ mặn 4–5‰ làm giảm số chồi nghiêm trọng. Grattan et al. (2002), Beatriz et al. (2002) và Hasamuzzaman et al. (2009) khẳng định mặn làm giảm mạnh số chồi mang bông do tích lũy chất đồng hóa kém, chiều dài bông giảm từ nồng độ 30 mM NaCl, số hạt trên bông thấp nhất ở 150 mM NaCl và độ mặn 4‰ làm giảm 50% số hạt chắc (Zaibunnisa et al., 2002). Ota et al. (1956), Kapp (1947), Kaddah and Fakhry (1962), Munn (2002) xác nhận mặn làm hạt nhỏ, giảm khối lượng 1.000 hạt và suy giảm năng suất nghiêm trọng. Nghiên cứu hình thái của Hoshikawa (1989), Counce et al. (2000), Cui et al. (1995) và Zeng et al. (2001) cho thấy mặn làm thoái hóa nhánh gié sơ cấp, thứ cấp và mầm hoa, đặc biệt trong khoảng thời gian từ giai đoạn 3–5 lá đến tượng khối sơ khởi.

Cơ chế sinh lý, hấp thu ion, vai trò của proline và suberin: Ramani and Kannan (1986), Wang et al. (1988), Aslam and Qureshi (1989) chỉ ra giống kháng có tốc độ vận chuyển $Na^+$ lên chồi thấp hơn 4 lần so với giống mẫn cảm nhờ cơ chế hấp thu chọn lọc và loại trừ qua rễ (Yeo and Flowers, 1982; Akita and Cabuslay, 1990). Asch et al. (1997b, 2000) và Krishnamurthy et al. (2009, 2011) mô tả $Na^+$ bị chặn tại gốc và bẹ lá trước khi lên phiến lá. Munns et al. (2002, 2006) tổng kết 4 cơ chế chịu mặn: loại trừ, pha loãng sinh trưởng, chia ngăn nhỏ (cô lập $Na^+$ ở lá già để bảo vệ lá non theo Islam et al., 2011), và duy trì tỷ lệ $K^+/Na^+$ cao (Senguttuvel et al., 2013). Cramer et al. (1985), Walia et al. (2005), Senadheera et al. (2009), Dionisio-Sese and Tobita (1998) ghi nhận màng tế bào rò rỉ chất điện phân khi $Na^+$ thay thế $Ca^{2+}$. Ngô Đình Thức (2006) khẳng định vai trò then chốt của $K^+$ trong việc cân bằng nội bào. Về chất điều hòa thẩm thấu, Hare and Cress (1997), Kavi Kishor et al. (2005), Ashraf and Foolad (2007) nhấn mạnh proline bảo vệ cấu trúc protein và màng tế bào. Sinh tổng hợp proline được chứng minh qua con đường men $P5CS$ (Igarashi et al., 1997) hoặc $\delta-OAT$ (Roosens et al., 1998), bên cạnh vai trò của glycinebetaine (Yang et al., 2003; Shahid et al., 2011). Lin and Kao (1996), Shah et al. (2002), Hien et al. (2003), Pongprayoon et al. (2008), Moradi and Ismail (2007) xác định mức tích lũy proline tương quan thuận với độ mặn. Nguyễn Văn Bo và ctv. (2011) đã phát hiện việc cung cấp $Ca^{2+}$ làm tăng hàm lượng proline trong cây bị nhiễm mặn. Về hàng rào giải phẫu rễ, Krishnamurthy et al. (2009, 2011) phát hiện suberin béo, suberin thơm và đai Casparian phát triển ở nội bì và ngoại bì rễ giống Pokkali nhanh và dày hơn nhiều so với giống IR20, tạo thành rào cản ngoại bào ngăn chặn dòng vận chuyển thụ động $Na^+$ vào mạch gỗ; quá trình này có sự tham gia của men P450 ($CYP86A1$, $CYP86A9$) và elongase (Hofer et al., 2008; Anil et al., 2007).

Quang hợp, dinh dưỡng khoáng và các chất hỗ trợ: Amirjani (2010), Gale and Zeroni (1984), Sultana et al. (1999) chỉ ra mặn làm giảm áp suất trương, đóng khí khẩu, ức chế quang hợp và phá hủy diệp lục tố qua men chlorophyllase (Reddy and Vora, 1986). Moradi and Ismail (2007) giải thích việc suy giảm tỷ lệ diệp lục tố a/b là nguyên nhân chính làm giảm quang hợp. Về cân bằng khoáng, Romero et al. (1997), Shannon and Grieve (1999), Kaya et al. (2007) khẳng định $Na^+$ cạnh tranh hấp thu với $K^+, Ca^{2+}, Mg^{2+}$, còn $Cl^-$ ức chế hấp thu $NO_3^-, PO_4^{2-}, SO_4^{2-}$. Việc bổ sung $Ca^{2+}$ giúp duy trì tính toàn vẹn của màng (Rengel, 1992a, 1992b; Makoi and Verplancke, 2010). Herman Lips et al. (1990) chứng minh $KNO_3$ nồng độ 600 ppm ngăn chặn tích lũy $Cl^-$ và hạn chế hấp thu $Na^+$. Anuradha and Rao (2003), Tania Das and Shukla (2011) xác nhận Brassinolide kích thích tích lũy proline và duy trì sắc tố. Pandey et al. (2001) và Pal et al. (2007) ghi nhận phun $n$-Triacontanol làm tăng nồng độ đạm lá cờ, tăng chiều dài bông và số hạt chắc. Awan et al. (2003) và Mehdi et al. (2007) chứng minh bón đạm từ 120 đến 137,5 kg N/ha giúp lúa đạt năng suất tối đa trên đất mặn.

Khoảng trống nghiên cứu được lựa chọn giải quyết: Các công trình đi trước chủ yếu đánh giá ảnh hưởng mặn trong điều kiện thủy canh hoặc ghi nhận định tính giai đoạn mẫn cảm chung, chưa lượng hóa rõ tác động của việc tưới nước mặn ngắn hạn theo từng mốc số ngày sau sạ (10–20 NSKS so với 45–60 NSKS) trên đất lúa ĐBSCL. Đồng thời, chưa có công trình nào kiểm chứng đồng bộ hiệu quả phối hợp giữa việc xử lý dinh dưỡng (CaO, $KNO_3$, Humate kali) và chất kích thích sinh trưởng ($n$-Triacontanol, Brassinolide) kết hợp liều lượng đạm và chế độ tưới nước nhằm phục hồi cây lúa sau sốc mặn ngoài đồng ruộng thực tế.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Luận án dựa trên cơ sở lý thuyết về cân bằng ion đối kháng ($Na^+$ đối kháng $K^+$ và $Ca^{2+}$; $Cl^-$ đối kháng $NO_3^-$), cơ chế điều hòa thẩm thấu tế bào nhờ các hợp chất hữu cơ tương thích (đặc biệt là axit amin proline), cơ chế hình thành hàng rào ngăn cản ngoại bào (đai Casparian và phiến suberin ở rễ) và lý thuyết về nhu cầu đạm cùng cơ chế giữ ẩm đất mặt ruộng.

Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm được tiến hành qua 5 thí nghiệm riêng biệt với các thiết kế và công thức xử lý như sau:

Thí nghiệm Địa điểm & Điều kiện Thiết kế thí nghiệm Số nghiệm thức & Lặp lại Yếu tố và công thức xử lý
Thí nghiệm 1 Nhà lưới Bộ môn Khoa học Đất, ĐH Cần Thơ Hoàn toàn ngẫu nhiên (CRD) 2 nhân tố 16 nghiệm thức, 5 lần lặp lại - Nhân tố 1 (4 giống): Pokkali, IR 28, OM 5451, IR 50404.
- Nhân tố 2 (4 chế độ tưới mặn 4‰ NaCl): Không tưới mặn; tưới 10–20 NSKS; tưới 45–60 NSKS; tưới cả 10–20 và 45–60 NSKS.
Thí nghiệm 2 Nhà lưới Bộ môn Khoa học Đất, ĐH Cần Thơ Hoàn toàn ngẫu nhiên (CRD) 1 nhân tố 9 nghiệm thức, 4 lần lặp lại Tưới mặn 4‰ NaCl ở 10–20 NSKS, khảo sát chất bổ sung:
- NT1: Đối chứng (không bổ sung);
- NT2: Phun $KNO_3$ (10 g/lít);
- NT3: Bón Humate kali 60% (50 kg/ha);
- NT4: Bón lót CaO (1 tấn/ha);
- NT5: Phun $n$-Triacontanol (0,825 ppm);
- NT6: Phun $n$-Triacontanol liều gấp đôi (1,65 ppm);
- NT7: Humate kali 60% + $n$-Triacontanol liều gấp đôi;
- NT8: CaO + $n$-Triacontanol liều gấp đôi;
- NT9: Phun Brassinolide (1,6 g/lít).
Thí nghiệm 3 Ngoài đồng tại xã Phú Hữu, huyện Long Phú, Sóc Trăng Khối hoàn toàn ngẫu nhiên (RCBD) 1 nhân tố 7 nghiệm thức, 3 lần lặp lại Tưới mặn 4‰ NaCl ở 10–20 NSKS trên đất mặn ngoài đồng:
- NT1: Đối chứng;
- NT2: Phun $KNO_3$ (10 g/lít);
- NT3: Bón Humate kali 60% (50 kg/ha);
- NT4: Bón lót CaO (1 tấn/ha);
- NT5: Phun $n$-Triacontanol (0,825 ppm);
- NT6: Bón CaO + $n$-Triacontanol liều gấp đôi (1,65 ppm);
- NT7: Phun Brassinolide (1,6 g/lít).
Thí nghiệm 4 Ngoài đồng tại xã Vĩnh Viễn A, huyện Long Mỹ, Hậu Giang Khối hoàn toàn ngẫu nhiên (RCBD) 1 nhân tố 9 nghiệm thức, 4 lần lặp lại Canh tác trên đất nhiễm mặn tự nhiên, bổ sung dinh dưỡng:
- NT1: Đối chứng;
- NT2: Phun $KNO_3$ (10 g/lít);
- NT3: Phun $n$-Triacontanol (0,825 ppm);
- NT4: Phun Brassinolide (1,6 g/lít);
- NT5: Bón lót CaO (1 tấn/ha);
- NT6: Bón CaO + Phun $KNO_3$;
- NT7: Bón CaO + Phun Brassinolide;
- NT8: Bón CaO + Phun $KNO_3$ + Phun Brassinolide;
- NT9: Bón Humate kali 60% (50 kg/ha).
Thí nghiệm 5 Ngoài đồng tại xã Vĩnh Viễn A, huyện Long Mỹ, Hậu Giang Ô phụ (Split-plot) 2 nhân tố 9 nghiệm thức, 4 lần lặp lại - Lô chính (3 chế độ tưới): Đất khô nứt nẻ sau đó tưới ngập 5 cm; Đất nứt chân chim (ẩm độ 60%) sau đó tưới ngập 5 cm; Đất ngập sâu liên tục 5 cm.
- Lô phụ (3 mức bón đạm): 0 kg N/ha (0N), 80 kg N/ha (80N) và 120 kg N/ha (120N).

Về nguồn tư liệu và dữ liệu phân tích:

  • Mẫu đất: Lấy tại tầng mặt (0–20 cm) và tầng sâu (20–40 cm) tại Long Mỹ và Long Phú trước và sau thí nghiệm để xác định các chỉ tiêu lý hóa (Bảng 3.1, Bảng 3.2, Bảng 4.20, Bảng 4.26, Bảng 4.27).
  • Chỉ tiêu đất và nước: Đo độ dẫn điện trong đất ($ECe$), độ dẫn điện của nước ($ECw$), pH đất, pH nước, hàm lượng $Na^+$ hòa tan trong dung dịch đất, phần trăm natri trao đổi (ESP), dung tích hấp thu cation (CEC).
  • Chỉ tiêu sinh trưởng nông học: Chiều cao cây lúa, số chồi/$m^2$ (hoặc chồi/chậu), chiều dài lá cờ, chiều dài bông lúa qua các giai đoạn sinh trưởng.
  • Chỉ tiêu năng suất: Số bông/chậu (hoặc số bông/$m^2$), số hạt chắc/bông, tỷ lệ hạt lép, khối lượng 1.000 hạt, năng suất lý thuyết, năng suất thực tế và chỉ số thu hoạch (Harvest Index - HI).
  • Chỉ tiêu sinh hóa và giải phẫu thực vật: Nồng độ proline tích lũy trong mô lá ở các giai đoạn 20, 45, 50 và 65 NSKS (được phân tích theo phương pháp trích ly so màu qua việc lập đường chuẩn proline, tính theo đơn vị $\mu\text{mol/g}$ trọng lượng khô DW); giải phẫu rễ quan sát sự lắng tụ của lớp suberin và vòng Casparian ở nội bì và ngoại bì rễ dưới kính hiển vi phát huỳnh quang màu vàng xanh ở giai đoạn 25 NSKS.
  • Phương pháp xử lý số liệu: Số liệu thu thập được xử lý thống kê bằng phương pháp phân tích phương sai (ANOVA) và so sánh trung bình nghiệm thức theo các thuật toán thống kê trên máy tính.

Nội dung chính theo từng chương

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU

Chương này tập trung trình bày bối cảnh thực tiễn của tình trạng xâm nhập mặn tại vùng Đồng bằng sông Cửu Long giai đoạn 2013–2017, dẫn chứng các số liệu thiệt hại kinh tế trên cây lúa vụ Mùa, Thu Đông 2015 và Đông Xuân 2015–2016. Tác giả nêu bật nghịch lý sản xuất vụ Hè Thu khi nông dân thiếu nước ngọt đầu vụ buộc phải dùng nước kênh nhiễm mặn để tưới nhằm cứu vãn mùa màng. Từ đó, chương xác định mục tiêu nghiên cứu, khẳng định tính mới (tìm ra thời điểm mẫn cảm 10–20 NSKS và giải pháp bổ sung dinh dưỡng CaO, Humate kali, $KNO_3$, $n$-Triacontanol, Brassinolide nhằm hạn chế giảm năng suất) cùng ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của luận án.

CHƯƠNG 2: LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU

Chương 2 tổng hợp toàn diện các cơ sở lý luận và cơ sở thực tiễn của đề tài:

  • Cơ sở lý luận: Phân tích sâu sắc tác động bất lợi của mặn theo từng giai đoạn phát triển của cây lúa; ảnh hưởng của nồng độ ion muối lên chiều cao, khả năng đẻ nhánh, chiều dài bông, tỷ lệ lép và khối lượng hạt; các cơ chế sinh lý thích ứng của lúa bao gồm cơ chế hấp thu chọn lọc và loại trừ $Na^+$, kiểm soát tỷ lệ $K^+/Na^+$, vai trò của chất điều hòa thẩm thấu proline và glycinebetaine, cấu trúc ngăn chặn ngoại bào của suberin và đai Casparian ở rễ; các tổn hại do mặn đối với khí khổng, quá trình đồng hóa $CO_2$, hàm lượng diệp lục tố a, b và caroten; các quy luật cạnh tranh dinh dưỡng khoáng ($N, P, K, Ca, Mg$).
  • Cơ sở thực tiễn: Mô tả điều kiện địa lý, khí hậu (lượng mưa trung bình 1.733 mm, nhiệt độ 26,6°C, bốc hơi 1.200 mm/năm), đặc điểm ba nhóm đất (đất nhiễm mặn ít 5.347 ha, đất phèn 17.433 ha, đất phù sa 5.372 ha) cùng diễn biến xâm nhập mặn từ Biển Tây theo sông Cái Lớn (độ mặn lên tới 10–12‰ vào năm 2016) tại huyện Long Mỹ, tỉnh Hậu Giang; đặc điểm tự nhiên của huyện Long Phú, tỉnh Sóc Trăng; tổng kết kinh nghiệm sử dụng nước lợ tưới cho lúa, kỹ thuật quản lý nước ngập khô luân phiên và hiệu lực sử dụng phân đạm trong điều kiện mặn.

CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Chương này mô tả chi tiết quy trình thực nghiệm: địa điểm, vật liệu nghiên cứu (4 giống lúa, hóa chất, phân bón), thiết kế và bố trí 5 thí nghiệm (2 thí nghiệm chậu trong nhà lưới, 3 thí nghiệm ô lớn ngoài đồng ruộng tại Long Phú và Long Mỹ). Trình bày hệ thống chỉ tiêu theo dõi về đất ($ECe$, pH, cation trao đổi), chỉ tiêu sinh trưởng nông học, các thành phần năng suất hạt, kỹ thuật lập đường chuẩn đo nồng độ proline mô lá, quy trình cắt lát vi phẫu phát hiện suberin rễ lúa và phương pháp xử lý số liệu thống kê.

CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

Chương 4 là phần nội dung thực nghiệm trọng tâm, được chia thành 5 phần tương ứng với 5 thí nghiệm:

  • 4.1 Ảnh hưởng của các giai đoạn tưới mặn đến sinh trưởng và năng suất của 4 giống lúa trong điều kiện nhà lưới: Việc tưới nước mặn 4‰ NaCl làm biến động độ dẫn điện $ECe$ (Bảng 4.1), pH đất (Bảng 4.2), làm tăng lượng $Na^+$ hòa tan (Hình 4.1) và chỉ số ESP (Hình 4.2). Giai đoạn 10–20 NSKS là thời điểm cây lúa mẫn cảm nhất: số chồi, chiều cao cây (Bảng 4.3, 4.4), chiều dài lá cờ và chiều dài bông (Bảng 4.5) bị ức chế nghiêm trọng, dẫn đến khối lượng hạt/chậu suy giảm nặng nhất. Ngược lại, tưới mặn ở giai đoạn 45–60 NSKS cho thấy cây lúa phục hồi tốt hơn, đạt các chỉ tiêu nông học và năng suất cao hơn rõ rệt (Bảng 4.6). Giống OM 5451 thể hiện khả năng chống chịu mặn vượt trội so với IR 50404 và IR 28, duy trì năng suất và khối lượng hạt cao. Phân tích hóa sinh ghi nhận nồng độ proline tăng vọt khi cây bị sốc mặn (Bảng 4.7). Ảnh kính hiển vi huỳnh quang xác nhận ở 25 NSKS, lớp suberin ở cả nội bì và ngoại bì rễ của giống chịu mặn phát huỳnh quang màu vàng xanh dày và liên tục hơn hẳn giống nhiễm (Hình 4.4, Hình 4.5).
  • 4.2 Ảnh hưởng của CaO, $KNO_3$, $n$-Triacontanol, Brassinolide và Humate kali trong nhà lưới (tưới mặn 4‰ ở 10–20 NSKS): Các nghiệm thức bổ sung dinh dưỡng giúp kiểm soát sự suy giảm $ECe$ và pH đất (Bảng 4.8, 4.9), gia tăng chiều cao cây (Bảng 4.10) và số chồi/chậu (Bảng 4.11). Khi thu hoạch, các nghiệm thức can thiệp giúp tăng số bông/chậu, tăng số hạt chắc và khối lượng hạt (Bảng 4.12), giúp năng suất hạt lúa tăng từ 43,7% đến 62,2% so với nghiệm thức đối chứng không xử lý. Đồng thời, các nghiệm thức phun hoặc bón dinh dưỡng kích thích tích lũy proline cao hơn đối chứng (Hình 4.6).
  • 4.3 Thí nghiệm ngoài đồng tại Long Phú, Sóc Trăng (tưới mặn 4‰ ở 10–20 NSKS): Kết quả đồng ruộng khẳng định việc phun $KNO_3$, bón CaO, phun $n$-Triacontanol đơn lẻ hoặc kết hợp bón CaO với phun $n$-Triacontanol liều gấp đôi làm tăng chiều cao cây (Bảng 4.15), tăng số chồi/$m^2$ (Bảng 4.16), cải thiện số bông/$m^2$ và số hạt chắc/bông, đưa năng suất thực tế ngoài đồng tăng từ 17,8% đến 26,1% so với đối chứng (Bảng 4.17). Cây trồng xử lý các hợp chất duy trì mức tích lũy proline cao ở các thời điểm 20, 50 và 65 NSKS (Hình 4.7).
  • 4.4 Thí nghiệm trên đất nhiễm mặn tại Long Mỹ, Hậu Giang: Dưới biến động lượng mưa (Hình 4.8, 4.9) và độ mặn tự nhiên của nước ruộng (Bảng 4.18, 4.19), các nghiệm thức bổ sung dinh dưỡng (đặc biệt là nghiệm thức kết hợp bón CaO với phun $KNO_3$ và Brassinolide, hoặc bón Humate kali) đã cải thiện tính chất hóa học đất cuối vụ (Bảng 4.20), thúc đẩy chiều cao cây (Bảng 4.21), gia tăng số chồi/$m^2$ (Bảng 4.22), tăng số bông/$m^2$, số hạt chắc/bông, chỉ số thu hoạch HI (Bảng 4.24) và năng suất thực tế (Bảng 4.23). Các nghiệm thức này duy trì hàm lượng proline cao ở các giai đoạn 20, 45 và 65 NSKS (Bảng 4.25).
  • 4.5 Ảnh hưởng của liều lượng phân đạm và chế độ tưới tại Long Mỹ, Hậu Giang: Thí nghiệm theo dõi biến động pH, EC nước và đất ở độ sâu 0–20 cm và 20–40 cm (Bảng 4.26, 4.27, Hình 4.11). Bón phân đạm ở mức 80 và 120 kg N/ha giúp tăng vượt trội chiều cao cây (Bảng 4.28), số chồi/$m^2$ (Bảng 4.29), chiều dài lá cờ (Bảng 4.30), chiều dài bông (Bảng 4.31), số bông/$m^2$ (Bảng 4.33), số hạt chắc/bông (Bảng 4.34), trọng lượng 1.000 hạt (Bảng 4.35) và năng suất thực tế (Bảng 4.36) so với công thức không bón đạm (0N). Ba chế độ tưới nước (đất khô sau tưới 5 cm, đất nứt chân chim ẩm độ 60% sau tưới 5 cm, đất ngập liên tục 5 cm) có tạo ra sự khác biệt về số bông/$m^2$ và số hạt chắc/bông nhưng không làm thay đổi có ý nghĩa thống kê đối với năng suất lúa thực tế thu hoạch cuối vụ.

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT

Chương 5 tóm tắt các kết luận cốt lõi rút ra từ chuỗi 5 thí nghiệm và nêu đề xuất nghiên cứu tiếp theo về việc bổ sung dinh dưỡng hỗ trợ cây lúa chịu mặn theo từng vùng đất nhiễm mặn đặc thù tại ĐBSCL.

Kết quả và những đóng góp mới

Luận án đã đóng góp các cứ liệu khoa học và giá trị ứng dụng thực tiễn trong công tác canh tác lúa vùng đất nhiễm mặn:

Đóng góp mới về mặt khoa học:

  • Xác định được mốc thời gian mẫn cảm nhất của cây lúa khi tưới nước mặn (4‰ NaCl) là giai đoạn 10–20 ngày sau khi sạ (thời kỳ bắt đầu đẻ nhánh). Ở giai đoạn này, sốc mặn làm triệt tiêu số chồi non, cản trở phân hóa mầm hoa và làm giảm năng suất hạt nặng nề nhất; trong khi việc tưới mặn ở giai đoạn 45–60 NSKS ít gây ảnh hưởng tiêu cực hơn, cây có khả năng tự phục hồi tốt hơn.
  • Chứng minh giống lúa OM 5451 duy trì sinh trưởng ổn định, có số bông/$m^2$, tỷ lệ hạt chắc và năng suất thực tế cao trong điều kiện bị tưới mặn, khẳng định đây là giống có tính chống chịu mặn tốt tương đương chuẩn kháng Pokkali trong thực tiễn sản xuất.
  • Làm sáng tỏ cơ chế sinh lý thích ứng: Việc xử lý dinh dưỡng (CaO, $KNO_3$, Humate kali) kết hợp chất điều hòa sinh trưởng ($n$-Triacontanol, Brassinolide) kích hoạt quá trình tự tổng hợp và tích lũy proline trong mô cây ở các mốc 20, 45, 50 và 65 NSKS, giúp duy trì áp suất thẩm thấu nội bào. Cung cấp ion $Ca^{2+}$ và $K^+$ làm giảm thiểu sự tích lũy ion độc hại $Na^+$ và $Cl^-$, đồng thời thúc đẩy sự lắng tụ của lớp suberin ở cả nội bì và ngoại bì rễ lúa (quan sát rõ qua huỳnh quang màu vàng xanh ở 25 NSKS), hình thành rào cản ngăn chặn sự xâm nhập thụ động của muối vào mạch gỗ.

Đóng góp mới về mặt thực tiễn và giải pháp đề xuất:

  • Xác lập giải pháp kỹ thuật can thiệp dinh dưỡng trước khi tưới mặn:
    • Trong điều kiện nhà lưới: Xử lý các hợp chất dinh dưỡng giúp phục hồi sinh trưởng và đưa năng suất hạt lúa tăng từ 43,7% đến 62,2% so với đối chứng không xử lý.
    • Trong điều kiện đồng ruộng đất mặn tại Long Phú (Sóc Trăng): Phun $KNO_3$ (10 g/lít), bón lót CaO (1 tấn/ha), phun $n$-Triacontanol (0,825 ppm hoặc liều gấp đôi 1,65 ppm) hoặc phối hợp bón CaO với phun $n$-Triacontanol giúp năng suất lúa thực tế tăng từ 17,8% đến 26,1% so với đối chứng.
    • Trên đất mặn tự nhiên tại Long Mỹ (Hậu Giang): Bón lót CaO (1 tấn/ha) kết hợp phun $KNO_3$ (10 g/lít) và Brassinolide (1,6 g/lít), hoặc bón Humate kali 60% (50 kg/ha) cải thiện rõ rệt số bông/$m^2$, số hạt chắc/bông và năng suất thực tế.
  • Khẳng định liều lượng bón phân đạm hợp lý trong điều kiện đất nhiễm mặn có tưới mặn là từ 80 đến 120 kg N/ha, giúp nâng cao số bông/$m^2$, số hạt chắc/bông, trọng lượng 1.000 hạt và năng suất hạt.
  • Xác định biện pháp tưới nước: Chế độ tưới giữ ẩm đất "nứt chân chim" (ẩm độ đất 60%) rồi mới tưới ngập 5 cm hoặc để đất khô rồi mới tưới ngập 5 cm không làm giảm năng suất hạt so với chế độ giữ ngập sâu liên tục 5 cm, mở ra giải pháp tiết kiệm nước ngọt và quản lý linh hoạt nguồn nước tưới trong điều kiện khô hạn, xâm nhập mặn.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Căn cứ theo nội dung văn bản luận án trình bày:

  • Luận án mới chỉ thực hiện khảo sát các biện pháp can thiệp kỹ thuật trong giới hạn 5 thí nghiệm tại nhà lưới Đại học Cần Thơ và hai địa bàn cụ thể là huyện Long Phú (tỉnh Sóc Trăng) và huyện Long Mỹ (tỉnh Hậu Giang) trong giai đoạn từ tháng 02/2014 đến tháng 09/2016. Do đó, các kết luận phản ánh đặc thù tính chất đất phèn mặn và đất nhiễm mặn của hai địa phương nêu trên.
  • Hướng nghiên cứu tiếp theo được tác giả đề xuất: Cần tiếp tục nghiên cứu việc bổ sung các chất dinh dưỡng để cải thiện khả năng chịu mặn cho cây lúa theo từng vùng đất nhiễm mặn khác nhau tại Đồng bằng sông Cửu Long, nhằm điều chỉnh liều lượng và chủng loại phân bón phù hợp với từng loại đất và biên độ mặn biến động thực tế.

Giá trị tham khảo

Luận án cung cấp giá trị tư liệu khoa học hữu ích cho các nhóm đối tượng:

  • Nghiên cứu sinh, học viên cao học và giảng viên ngành Khoa học Cây trồng, Trồng trọt, Nông học, Sinh lý Thực vật và Khoa học Đất: Tham khảo quy trình bố trí thí nghiệm đa nhân tố đánh giá stress mặn (CRD, RCBD, Split-plot); phương pháp phân tích chỉ tiêu hóa sinh thực vật (đo hàm lượng proline qua đường chuẩn so màu); kỹ thuật vi phẫu mô học phát hiện tầng suberin nội bì và ngoại bì rễ lúa dưới kính hiển vi huỳnh quang.
  • Cán bộ khuyến nông và nhà quản lý nông nghiệp: Sử dụng dữ liệu tại Chương 4 để hướng dẫn nông dân vùng ven biển kỹ thuật chủ động ứng phó với hạn mặn đầu vụ Hè Thu: tuyệt đối tránh bơm nước mặn vào ruộng ở giai đoạn 10–20 NSKS; áp dụng phun $KNO_3$ (10 g/lít), Brassinolide (1,6 g/lít), $n$-Triacontanol hoặc bón CaO (1 tấn/ha), Humate kali (50 kg/ha) trước khi tưới mặn để giảm thiểu rủi ro mất mùa; áp dụng liều bón 80–120 kg N/ha kết hợp tưới ngập khô luân phiên khi ẩm độ đất đạt 60% để tiết kiệm nước tưới.

Câu hỏi thường gặp

1. Giai đoạn sinh trưởng nào cây lúa mẫn cảm nhất khi bị tưới nước mặn và giai đoạn nào ít bị ảnh hưởng hơn?
Kết quả Thí nghiệm 1 trong nhà lưới cho thấy giai đoạn 10–20 ngày sau khi sạ (NSKS - thời kỳ đẻ nhánh) là giai đoạn cây lúa mẫn cảm nhất với nước mặn 4‰ NaCl; mặn làm giảm số chồi, cây chậm phục hồi và năng suất hạt thấp nhất. Ngược lại, giai đoạn 45–60 NSKS lúa chịu mặn tốt hơn, các chỉ tiêu chiều cao, số chồi, số hạt chắc/bông và năng suất hạt đều cao hơn có ý nghĩa so với việc tưới mặn ở giai đoạn 10–20 NSKS hoặc tưới mặn cả hai giai đoạn.

2. Việc bổ sung các chất dinh dưỡng giúp cải thiện năng suất hạt lúa bao nhiêu phần trăm so với đối chứng khi bị tưới mặn?
Trong điều kiện nhà lưới (Thí nghiệm 2), việc bổ sung các chất (KNO3, CaO, $n$-Triacontanol, Brassinolide, Humate kali) giúp năng suất lúa cao hơn từ 43,7% đến 62,2% so với nghiệm thức đối chứng không xử lý. Trong điều kiện đồng ruộng ngoài đồng tại Long Phú - Sóc Trăng (Thí nghiệm 3), các nghiệm thức xử lý dinh dưỡng giúp năng suất lúa thực tế cao hơn từ 17,8% đến 26,1% so với đối chứng.

3. Giống lúa nào trong 4 giống khảo nghiệm thể hiện tính chống chịu mặn tốt nhất trong sản xuất?
Trong 4 giống khảo nghiệm (Pokkali, IR 28, OM 5451 và IR 50404), bên cạnh giống chuẩn kháng Pokkali, giống lúa thuần OM 5451 duy trì sinh trưởng ổn định, đạt số chồi cao, các thành phần năng suất tốt và năng suất hạt cao hơn hẳn giống IR 50404 và giống chuẩn nhiễm IR 28, chứng tỏ khả năng thích ứng và chống chịu mặn tốt trong điều kiện tưới mặn.

4. Mức bón đạm (N) và chế độ quản lý nước nào được xác định là tối ưu trên đất nhiễm mặn tại Long Mỹ, Hậu Giang?
Mức bón phân đạm từ 80 đến 120 kg N/ha cải thiện rõ rệt số bông/$m^2$, số hạt chắc/bông, trọng lượng 1.000 hạt và năng suất hạt lúa so với công thức 0N. Về quản lý nước, chế độ tưới ngập khô luân phiên (đất khô sau tưới 5 cm, hoặc đất nứt chân chim ẩm độ 60% sau tưới 5 cm) không làm giảm năng suất lúa so với việc giữ nước ngập liên tục 5 cm, cho phép áp dụng để tiết kiệm nước ngọt.

5. Cơ chế giải phẫu rễ liên quan đến khả năng hạn chế hấp thu natri ở giống lúa chịu mặn được phát hiện như thế nào?
Qua quan sát kính hiển vi phát huỳnh quang ở 25 NSKS, giống lúa chịu mặn Pokkali hình thành lớp suberin phát huỳnh quang màu vàng xanh hoàn chỉnh và liên tục ở cả nội bì và ngoại bì rễ tại các vị trí gần chóp rễ hơn (20–30 mm) so với giống mẫn cảm IR 20/IR 28. Cấu trúc phiến suberin này đóng vai trò như rào cản ngoại bào kỵ nước, ngăn cản dòng vận chuyển tự do của $Na^+$ vào mạch gỗ, giúp hạn chế tích lũy $Na^+$ trong thân và lá lúa.

Kết luận

Luận án tiến sĩ của tác giả Nguyễn Văn Bo đã giải quyết trọn vẹn hai mục tiêu nghiên cứu thông qua hệ thống 5 thí nghiệm được thiết kế chặt chẽ từ nhà lưới đến đồng ruộng tại Sóc Trăng và Hậu Giang. Đề tài xác định chính xác thời điểm 10–20 NSKS là giai đoạn cây lúa mẫn cảm nhất với việc tưới nước mặn, đồng thời chứng minh giống OM 5451 có khả năng thích ứng mặn tốt. Luận án đã xác lập thành công các giải pháp kỹ thuật bổ sung dinh dưỡng (CaO, $KNO_3$, Humate kali, $n$-Triacontanol, Brassinolide) kết hợp mức bón đạm 80–120 kg N/ha và chế độ tưới ẩm 60% giúp tăng năng suất thực tế ngoài đồng từ 17,8% đến 26,1%. Các kết quả nghiên cứu cung cấp cơ sở sinh lý học thực vật chuẩn xác và mang lại quy trình ứng phó kỹ thuật thiết thực cho sản xuất lúa vùng xâm nhập mặn Đồng bằng sông Cửu Long.