Chương 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1. ĐẤT NHIỄM MẶN VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA NÓ ĐỐI VỚI CÂY LÚA 1. Khái quát về đất nhiễm mặn Đất nhiễm mặn là đất có chứa một lượng muối hòa tan cao đủ gây ảnh hưởng đến sự sinh trưởng và phát triển của cây trồng [4].
Đất mặn được hình thành do hai nguyên nhân: thứ nhất là sự tích tụ muối tự nhiên và thứ hai là do xâm thực mặn từ nước biển. Đất mặn do nguyên nhân thứ nhất thường hình thành trên các vùng khô hạn hoặc bán khô hạn, nơi lượng nước bốc thoát hơi cao hơn lượng mưa và hiện tượng tích tụ muối tự nhiên thường xuyên xảy ra. Các muối này chủ yếu là dạng anion Cl-, SO42- cùng với các cation Na+, Ca2+, Mg2+, K+. Chúng có thể hình thành từ quá trình phong hóa đất và khoáng, hay được di chuyển vào đất do mưa và nước tưới.
Với nguyên nhân thứ hai đất mặn được hình thành từ các vùng biển cũ trong lục địa, do các mạch nước ngầm nhiễm mặn nên muối được bốc lên theo các mao dẫn lên tầng đất mặt [4]. Dựa theo nồng độ muối hòa tan trong đất, người ta phân loại đất mặn thành nhiều loại khác nhau: Bảng 1. Các loại đất mặn (phân theo nồng độ) và ảnh hưởng đối với cây trồng [28] Phân loại Độ dẫn điện Nồng độ muối Ảnh hưởng đến cây trồng đất mặn của đất (dS/m) hòa tan (‰) Không mặn 0–2 0 – 1,28 Mặn ảnh hưởng không đáng kể Năng suất của nhiều loại cây có Mặn ít 2–4 1,28 – 2,56 thể bị giới hạn Mặn trung Năng suất của nhiều loại cây 4–8 2,56 – 5,12 bình trồng bị giới hạn Chỉ một số cây trồng chịu đựng Mặn 8 – 16 5,12 – 10,24 được Chỉ rất ít cây trồng chịu đựng Rất mặn > 16 > 10,24 được. 3 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Mỗi loại cây trồng có khả năng chịu mặn khác nhau, được đánh giá qua chỉ số ngưỡng chịu mặn.
Ngưỡng chịu mặn là giá trị mà tại đó, cây trồng bắt đầu bị thiệt hại năng suất được thể hiện qua bảng 1. Khả năng chịu mặn một số loại cây trồng [30] Ngưỡng chịu mặn Nồng độ STT Cây trồng Tên khoa học EC (dS/m) muối tan (‰) 1 Bắp Zea mays L. 1,7 1,088 2 Đậu phộng Arachis hypogaea L. 3,0 1,92 4 Đậu nành Glycine max (L.) Merrrill 5,0 3,2 Củ cải 5 Vulgaris Beta L.
7,0 4,48 đường 6 Mía Saccharum officinarum L. (Capitata Group) 1,8 1,152 8 Cà rốt Daucus carota L. 1,0 0,64 9 Đậu đũa Vigna unguiculata (L. 4,9 3,136 14 Khoai lang Ipomoea batatas (L.) 15 Cà chua 2,5 1,6 Karst.
Tình hình đất nhiễm mặn ở Việt Nam Ở Việt Nam, tình trạng đáng báo động về sự xâm nhập mặn diễn biến ngày càng tăng. Theo báo cáo của Bộ Khoa học và Công nghệ (2016) [1], cuối năm 2015 và những tháng đầu năm 2016, diễn biến xâm nhập mặn tại đồng bằng sông Cửu Long được đánh giá nặng nề nhất trong 100 năm qua. Ngay từ tháng 2, độ mặn đã duy trì ở mức cao và nghiêm trọng. Trên sông Tiền và sông Hậu, độ mặn là trên 45‰, xâm nhập 4 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com sâu tới 70 km tính từ cửa sông, thậm chí có nơi lên đến 85 km (trong khi theo Trung tâm phòng tránh và giảm nhẹ thiên tai thì độ mặn bằng 4‰ đã được coi là bị xâm nhập mặn) [1].
Tại Hội nghị biến đổi khí hậu tác động đến nông nghiệp, Rạch Giá, Kiên Giang năm 2013, nhiều tác giả đã nhấn mạnh, nếu mực nước biển dâng 12 cm (năm 2020); 30 cm (năm 2050) thì diện tích đất trồng lúa bị ngập vĩnh viễn tại khu vực đồng bằng sông Cửu Long sẽ là 1,4% và 6,0% tương ứng 1. Đặc biệt, việc nuôi trồng thủy sản không có quy hoạch cùng việc dự trữ nước của các đập thủy lợi, thủy điện của các quốc gia vùng thượng nguồn hay hiện tượng nước biển dâng làm cho nhiễm mặn ngày càng nghiêm trọng chủ yếu ở đồng bằng sông Cửu Long [2]. Tình trạng xâm nhập mặn tại đồng bằng sông Cửu Long [3] Các dòng sông ở Long An, Tiền Giang, Bến Tre, Trà Vinh, Vĩnh Long đang bị xâm nhập mặn sâu vào nội địa trên 70 km và có chiều hướng gia tăng nhanh. Độ mặn 5 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com đo được ở các điểm quan trắc cũng tăng.
Tại Sóc Trăng, độ mặn đo được từ tháng 01/2015 tại trạm Đại Ngãi là 8‰ trong và cuối tháng 3 là 6,5‰ trong khi cùng kỳ năm 2014 độ mặn chỉ tới 4‰. Tại Hậu Giang, tình hình xâm nhập mặn diễn biến rất phức tạp và cũng có chiều hướng gia tăng, độ mặn đo được ở thành phố Vị Thanh là 12‰, có thời điểm (cuối tháng 3/2015) mỗi ngày độ mặn tăng 0,5 - 1‰ và di chuyển sâu vào đất liền 2 - 3 km/ngày [7]. Các vùng lúa nhiễm mặn ở đồng bằng sông Hồng thuộc các tỉnh như Thái Bình, Hải Phòng, Nam Định, Ninh Bình, Thanh Hóa,… Vùng ven biển thuộc Hải Phòng bị nhiễm mặn khoảng 20.000 ha ở cả 2 dạng nhiễm mặn tiềm tàng và nhiễm mặn xâm nhiễm từ 0,3 - 0,5%. Tỉnh Thái Bình có khoảng 18.000 ha nhiễm mặn.
Tỉnh Nam Định có khoảng 10. Tỉnh Thanh Hóa có khoảng 22.000 ha đất nhiễm mặn. Quan trọng hơn, dưới tác động của biến đổi khí hậu toàn cầu như hiện nay, dự báo khi mức nước biển dâng cao, diện tích đất nhiễm mặn ở Việt Nam có thể sẽ tăng lên nhanh và đây sẽ là khó khăn rất lớn cho sản xuất lúa trong tương lai. Ảnh hưởng của đất nhiễm mặn đến sinh trưởng và phát triển của cây lúa 1.
Ảnh hưởng của mặn đến các giai đoạn sinh trưởng, phát triển của cây lúa Ảnh hưởng của mặn đến sinh trưởng, phát triển của cây lúa được đánh giá bằng mức độ thiệt hại ở từng giai đoạn sinh trưởng, phát triển khác nhau. Ở mức nhiễm mặn trung bình và thấp có thể ảnh hưởng xấu đến sinh trưởng và phát triển của cây, gây nên những thay đổi về hình thái, sinh lý, sinh hóa và làm giảm năng suất, trong khi mức độ nhiễm mặn cao sẽ làm cây chết [30]. Mối quan hệ giữa EC (Electro Conductivity - chỉ số diễn tả tổng nồng độ ion hòa tan trong dung dịch) và năng suất lúa được trình bày ở bảng 1. 6 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.
Quan hệ giữa EC và năng suất lúa Theo Akita [8], mặn làm giảm diện tích lá ở cây lúa. Trong điều kiện thiệt hại nhẹ, khối lượng khô có xu hướng tăng lên trong một thời gian, sau đó giảm nghiêm trọng vì diện tích lá giảm. Nếu ảnh hưởng mặn lớn hơn, khối lượng khô của chồi và rễ sẽ giảm tương ứng. Ở giai đoạn mạ, lá già hơn sẽ bị ảnh hưởng nhiều hơn lá non.
Ảnh hưởng của độ mặn thay đổi tùy theo giai đoạn sinh trưởng, phát triển của lúa. Một số nghiên cứu đã chỉ ra rằng cây lúa chịu được mặn trong quá trình nảy mầm, nhưng trở nên rất nhạy cảm trong thời kỳ mạ non. Mặc dù chịu được mặn trong suốt thời gian sinh trưởngvà phát triển, cây lúa lại rất nhạy cảm với độ mặn trong thời gian thụ phấn và thụ tinh [33]. Ảnh hưởng của mặn đến đặc điểm hình thái của cây lúa Năm 1980, Ponnamperuma và Bandyopadhya [7], đã chỉ ra những biểu hiện đặc trưng nhất về mặt hình thái do tác động của mặn là cây lúa sinh trưởng, phát triển kém, lá cuốn lại, khô đầu lá, phiến lá xuất hiện nhiều chấm lốm đốm màu trắng và lá bên dưới bị khô cháy.
Theo Singh (2006) [48], hầu hết các thông số như số nhánh ít, bông lép, số hoa trên bông ít, khối lượng 1000 hạt thấp và cháy lá đều là biểu hiện của sự ảnh hưởng mặn. 7 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail. Ảnh hưởng của mặn đến hình thái cây lúa [49] Các triệu chứng chính về mặt hình thái theo Singh (2006) [48] là lá chuyển màu nâu và chết (trong trường hợp mặn kiềm), cây thấp, đẻ nhánh kém, tăng số bông bất thụ, chỉ số thu hoạch thấp, giảm số hạt trên bông, giảm khối lượng 1000 hạt, năng suất thấp và thay đổi thời gian sinh trưởng, lá cuốn lại, lá khô trắng, rễ sinh trưởng kém và ruộng lúa sinh trưởng, phát triển không đồng đều. Ảnh hưởng của mặn đến đặc tính sinh lý, sinh hóa và điều hòa biểu hiện gen của cây lúa Theo Singh (2006) [48], dưới điều kiện mặn cao, hầu hết các cây trồng có những thay đổi về mặt sinh lý và sinh hoá như tăng vận chuyển Na+ tới chồi, tích lũy Natri nhiều hơn trong các lá già, tăng hấp thu ion Cl-, giảm hấp thu ion K+, giảm khối lượng tươi và khô của chồi và rễ, giảm hấp thu photpho và kẽm, thay đổi enzyme, tăng cường sự hoà tan các hợp chất hữu cơ không độc hại và tăng mức polyamine.
Theo Amirjani và Monhammad (2010) [9], mặn ảnh hưởng đến cả sự phát triển lá và tình trạng nước của cây lúa. Tác dụng thẩm thấu do độ mặn của đất có thể gây ra rối loạn cân bằng nước trong quá trình sinh trưởng, đồng thời hạn chế sự sinh trưởng, kích thích sự đóng khí khổng và làm giảm quá trình quang hợp. Cây phản ứng bằng cách điều chỉnh thẩm thấu, thường bằng cách tăng nồng độ Na+ và Cl- trong các mô của chúng, mặc dù sự tích lũy các ion vô cơ như vậy có thể gây độc, làm tổn thương tế bào cũng như làm ảnh hưởng cả quá trình quang hợp và hô hấp. Sự điều chỉnh phần 8 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com nào áp suất thẩm thấu này không đủ để tránh tình trạng thiếu nước trong cây, do đó làm sụt giảm hàm lượng nước trong rễ.
Khả năng chịu mặn của lúa chủ yếu theo hai cơ chế: loại trừ ion và khả năng thẩm thấu [36]. Loại trừ ion chủ yếu liên quan đến quá trình vận chuyển Na+ và Cl- trong rễ và ngăn ngừa sự tích tụ dư thừa của Na+ và Cl- trong lá. Loại trừ ion bao gồm việc tìm kiếm Na+ từ xylem, và thải loại Na+ ra khỏi tế bào. Khả năng chịu mặn của lúa được điều chỉnh bởi các tín hiệu đường dài làm giảm sự phát triển của chồi và được kích hoạt trước khi tích lũy Na+.
Khả năng chịu mặn của mô liên quan đến việc cô lập Na+ trong không bào, tổng hợp các chất tan tương thích và sản xuất các enzyme xúc tác phân giải hoạt tính độc của oxi.3 cho thấy phác hoạ các cơ chế và gen có liên quan đến khả năng chịu mặn ở lúa. Các nhóm gen liên quan đến khả năng chịu mặn ở mức độ rễ, thân và lá 9 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.