Chương 1: TỔNG QUAN 1. Sự hình thành và đặc tính của đất mặn Hiện nay, diện tích đất nhiễm mặn chiếm 7% diện tích toàn thế giới. Đất bị ảnh hưởng mặn ở đại lục thuộc Châu Âu và Bắc Mỹ rất ít có khả năng trồng trọt. Ở châu Á, hơn 80% đất bị ảnh hưởng mặn có khả năng trồng trọt và đã khai thác cho sản xuất nông nghiệp.
Ở Châu Phi và Nam Mỹ, khoảng 30% đất bị nhiễm mặn có khả năng trồng trọt. Hiện tượng nhiễm mặn là mối đe doạ lớn nhất đến việc gia tăng sản lượng lương thực của các quốc gia Châu Á [32] Nguyên nhân phát sinh mặn do nhiều yếu tố, một là mặn ven biển hoặc vùng cửa sông do nước biển xâm thực vào mùa khô, có thể trồng trọt bình thường trong mùa mưa; hai là mặn bên trong đất do mao dẫn từ tầng dưới lên có thể do phá rừng, không có tán che phủ. Đất mặn là đất có độ dẫn điện (EC) từ 4dS/m trở lên ở 25oC, phần trăm sodium trao đổi ESP kém hơn 15, pH nhỏ hơn 8,5 [5]. Trong đất chứa một lượng muối hoà tan trong nước ở vùng rễ cây, làm ảnh hưởng đến hoạt động sinh trưởng của cây trồng.
Mức độ thiệt hại của đất mặn tuỳ thuộc vào loài cây trồng, giống cây, thời gian sinh trưởng, các yếu tố môi trường và tính chất của đất. Đất mặn được phân thành hai loại: (1) đất mặn nhiều; (2) đất mặn ít và trung bình. (1) Đất mặn nhiều (Hyper Salic Fluvisols) chiếm 0,03% diện tích đất tự nhiên. Đất được hình thành do sự bồi tụ của phù sa sông, biển hoặc hỗn hợp sông biển, nhưng do phân bố ở địa hình thấp, ven đầm phá, chịu trực tiếp của nguồn nước mặn nên đất bị mặn nhiều (hàm lượng Cl- dao động từ 0,05- 0,15%).
Đất thường có màu tím hoặc nâu, hơi xám đen. Thành phần cơ giới rất khác nhau tùy thuộc vào nguồn gốc đất bị mặn. Nơi đất cát bị mặn thì có thành phần cơ giới nhẹ, nơi đất phù sa bị mặn thì thành phần cơ giới lại rất nặng. Đất có phản ứng ít chua đến trung bình, nghèo mùn, đạm tổng số nghèo đến trung bình, nghèo lân tổng số, nồng độ Lê Thị Thu Trang 4 ĐH Khoa học Tự nhiên - ĐHQGHN TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Luận văn Thạc sĩ Khoa học Di truyền học Ca2+ và Mg2+ khá.
Loại đất này có độ mặn cao, có thể dùng để trồng cói hoặc nuôi trồng thủy sản, nếu giải quyết được có nước ngọt và chọn được giống lúa chịu mặn thì có thể trồng lúa 1 vụ hoặc 2 vụ [5]. (2) Đất mặn ít và trung bình (Molli Salic Fluvisols): Diện tích chiếm khoảng 1,22% diện tích đất tự nhiên, phân bố tập trung ở ven đồng bằng tiếp giáp vùng đất mặn nhiều, ven sông lớn hoặc các kênh rạch, đầm phá. Loại đất này có địa hình cao hơn, được hình thành do ảnh hưởng của mạch nước ngầm mặn hoặc do ảnh hưởng của nguồn nước mặn tràn vào không thường xuyên. Hình thái phẫu diện thường có màu xám hơi tím hoặc nâu tím nhạt, các lớp dưới có màu xám nâu hoặc xám xanh.
Thành phần cơ giới cũng rất khác nhau tùy thuộc vào nguồn gốc phát sinh [5]. Giới thiệu chung về đặc điểm vùng lúa nhiễm mặn ở Việt Nam Ở Việt Nam, đất nhiễm mặn tập trung ở vùng đồng bằng Sông Hồng và đồng bằng Sông Cửu Long. Tổng diện tích đất nhiễm mặn khoảng 1triệu ha, trong đó 139.610 ha đất mặn nhiều, tập trung ở vùng đồng bằng Sông Cửu Long khoảng 102.000ha, vùng Đông Nam Bộ khoảng 19.590ha, duyên hải miền Trung 11.420ha, khu IV cũ 6. Đất mặn trung bình và ít có diện tích 722.580 ha, trong đó ở vùng đồng bằng Sông Hồng với diện tích 586.420ha, đồng bằng Sông Cửu Long là 53.300ha, Khu IV cũ 38.350ha, duyên hải miền Trung 35.560ha và một ít ở Đông Nam Bộ (theo Hội Khoa học Đất Việt Nam, 2002).1: Hình ảnh lúa ngập mặn Lê Thị Thu Trang 5 ĐH Khoa học Tự nhiên - ĐHQGHN TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Luận văn Thạc sĩ Khoa học Di truyền học 1.
Đồng bằng sông Cửu Long Đồng bằng sông Cửu Long có nhiệt độ khí hậu trung bình hàng năm trên 27- 28oC, Số giờ nắng trung bình là 6giờ/ngày. Năng lượng bức xạ năm đạt 75- 80Kcal/cm2. Lượng mưa trung bình hàng năm toàn vùng là 1.800mm, phân bố không đều theo thời gian và không gian. Mưa lũ tập trung vào tháng 5 đến tháng 10; lượng mưa chiếm khoảng 90% lượng mưa cả năm.
Do đó, thuỷ triều có ảnh hưởng rất lớn đến toàn bộ đồng bằng sông Cửu Long. Nước mặn từ biển tràn vào sâu trong đất liền vào mùa khô. Các vùng lúa ven biển đồng bằng sông Cửu Long đều bị nhiễm mặn. Mức độ xâm nhập mặn tuỳ thuộc vào sự xâm nhập mặn của nước biển và tuỳ vào mùa trong năm, cao điểm vào khoảng tháng 3-4 là các tháng có lượng mưa ít [1].
Theo Lê Sâm (2003), đồng bằng sông Cửu Long có khoảng 1,8-2,1 triệu ha đất tự nhiên chịu ảnh hượng của mặn tập trung ở các tỉnh Cà Mau, Bạc Liêu, Kiên Giang, Trà Vinh, Sóc Trăng, Bến Tre, phần lớn là đất bị nhiễm mặn kết hợp với phèn, ngập nước. Bộ Nông nghiệp và PTNT (2001) chia vùng đồng bằng sông Cửu Long ra làm 6 vùng: vùng ven và giữa sông Tiền và sông Hâu, vùng Đồng Tháp Mười, vùng Tây sông Hậu, vùng Tứ giác Long Xuyên, vùng Bán đảo Cà Mau, vùng ven biển Đông. Trong đó các vùng bị ảnh hưởng mặn chính là: Vùng bán đảo Cà Mau: diện tích tự nhiên là 946. Diện tích đang sử dụng 676.000ha, gồm các loại đất: đất mặn và đất phèn chua.
Yếu tố chính ảnh hưởng đến sản xuất của vùng là thiếu nước ngọt và ảnh hưởng mặn Vùng ven biển Đông: diện tích tự nhiên 1. Diện tích đang sử dụng 844.000ha, gồm các loại đất phù sa, đất mặn và đất cát giồng. Yếu tố chính ảnh hưởng đến sản xuất của vùng là không ngập lũ, thiếu nước ngọt và ảnh hưởng của mặn. Đồng bằng Sông Hồng Sự nhiễm mặn tại các cửa sông thuộc các tỉnh đồng bằng Sông Hồng lên cao và xâm nhập vào trong nội địa từ 30-40km làm cho diện tích nhiễm mặn lên tới Lê Thị Thu Trang 6 ĐH Khoa học Tự nhiên - ĐHQGHN TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Luận văn Thạc sĩ Khoa học Di truyền học 100.000ha ở một số tỉnh: Hải Phòng, Nam Định, Thái Bình, Ninh Bình, Thanh Hoá… Trong đó, diện tích đất mặn ở tỉnh Thái Bình khoảng 18.000ha tập trung chủ yếu ở các huyện Thái Thuỵ, Tiền Hải, Kiến Xương… Tỉnh Hải Phòng khoảng 20.000ha tập trung ở huyện Tiên Lãng, Vĩnh Bảo, Kiến Thuỷ… Tỉnh Thanh Hoá có khoảng 22.000ha đất nhiễm mặn ở các huyện Hậu Lộc, Hà Trung, Hoằng Hoá… Ở Nam Định có khoảng 10.000ha chủ yếu ở các huyện Nghĩa Hưng, Xuân Trường, Giao Thuỷ… Các giống lúa mùa địa phương trước đây thường được gieo trồng là : Cườm, Nhộng, Tẻ Tép, Chiêm Bầu …năng suất thấp, chỉ đạt 18-20tạ/ha.
Gần đây một số giống chịu mặn trung bình như: Mộc Tuyền X21, VD97… cho năng suất khá cao nhưng có dạng hình cây yếu, ít chịu phân, cao cây, lá lướt. Dọc theo ven biển miền Trung đất cũng bị nhiễm mặn như Hà Tĩnh có khoảng 17.919ha, Quảng Bình có hơn 9.300ha, Ninh Thuận có gần 2300ha. Các giống lúa địa phương thường được canh tác tại các vùng này là: Thuận Yến, nếp Bờ Giếng, Trắng Điệp. Như vậy, đất nhiễm mặn là một trong những yếu tố gây khó khăn chính cho nghề trồng lúa ở Việt Nam.
Những năm gần đây, xu hướng chuyển đổi từ trồng lúa sang nuôi tôm nước lợ nhiễm mặn ở các tỉnh ven biển đã làm cho một số vùng lúa lân cận trở nên bị nhiễm mặn, gây ảnh hưởng xấu đến sản lượng lúa. Cơ sở di truyền tính chịu mặn ở lúa 1. Cơ chế chịu mặn của cây lúa Lúa là cây lương thực thích hợp nhất trên đất mặn, dù nó luôn được đánh giá là nhiễm mặn trung bình với mặn. Vì đất mặn luôn ở dưới điều kiện bị ngập nước, những cây trồng khác không thể sinh trưởng được ngoại trừ lúa [26].
Theo Ponnamperuma (1984) cây lúa chịu mặn trong suốt giai đoạn nẩy mầm; giai đoạn sinh trưởng dinh dưỡng; giai đoạn chín nhưng lại bị nhiễm trong giai đoạn mạ non và giai đoạn thụ phấn. Tuy nhiên, một nghiên cứu khác cho rằng, tại giai đoạn trỗ, cây lúa không mẫn cảm với mặn [26]. Do đó, sinh trưởng và phát triển của cây lúa phải được chia ra nhiều giai đoạn để nghiên cứu một cách đầy đủ về cơ chế chống chịu mặn của lúa. Lê Thị Thu Trang 7 ĐH Khoa học Tự nhiên - ĐHQGHN TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Luận văn Thạc sĩ Khoa học Di truyền học Trong điều kiện nhiễm mặn cao cây lúa sẽ chết, tuy nhiên trong môi trường mặn trung bình đến thấp chỉ ảnh hưởng đến khả năng sinh trưởng, phát triển của cây.
Hầu hết các cây bị mặn làm tổn hại thường có những triệu chứng biểu hiện như trắng đầu lá sau đó cháy, đẻ nhánh kém, sinh trưởng còi cọc, tỉ lệ hạt lép cao, số hạt/bông ít, thay đổi thời gian trỗ, rễ sinh trưởng kém, cuốn lá và năng suất thấp. Bên cạnh đó, cây lúa cũng có thay đổi sinh lý và sinh hoá dưới điều kiện mặn cao biểu hiện như vận chuyển Na+ cao đến đỉnh sinh trưởng, tích lũy natri nhiều hơn ở các lá già, hút Cl- , hút K+, P và Zn thấp, trọng lượng tươi và trọng lượng khô của đỉnh và rễ thấp… Hình 1.2: Các cơ chế chịu mặn ưu thế ở lúa Nghiên cứu sự tác động của yếu tố mặn làm tổn hại đến lúa cho thấy do cây tích lũy quá nhiều ion Na+ và Cl-; mà ion Na+ lại có tác động phá vỡ và cản trở vai trò sinh học của tế bào chất trong cây [85]. Ngược lại những cây được xem là chịu mặn (kháng mặn) thì nó có khả năng giảm hấp thu Na + và gia tăng hấp thu K+ để duy trì cân bằng lượng natri và kali trong cây bởi ion K+ có vai trò làm kích hoạt các enzyme và đóng, mở khí khổng tạo ra tính chống chịu mặn của cây Lê Thị Thu Trang 8 ĐH Khoa học Tự nhiên - ĐHQGHN TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Luận văn Thạc sĩ Khoa học Di truyền học [70]. Bên cạnh đó, vai trò của kẽm (Zn) trong chồi cũng có liên quan đến tính chịu mặn của cây lúa.
Khi hàm lượng kẽm trong chồi cao thì tính chống chịu mặn cao. Điều này được giải thích là do kẽm làm gia tăng hàm lượng nitơ trong chồi, dẫn đến việc sinh trưởng nhanh hơn và năng suất lúa cao hơn trong điều kiện mặn [26].