CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1. Tác động của hạn đến sinh trưởng và phát triển cây ngô 1. Khái niệm hạn Bất cứ một cây trồng nào cũng cần phải có nước để duy trì sự sống.
Mức độ cần nhiều hay ít phụ thuộc vào từng loại cây trồng và từng giai đoạn phát triển của chúng. Hạn đối với thực vật là khái niệm chỉ sự thiếu nước do môi trường gây nên trong suốt cả quá trình sống hay từng giai đoạn, làm ảnh hưởng đến quá trình sinh trưởng và phát triển. Mức độ tổn thương của cây trồng do khô hạn gây ra có nhiều mức khác nhau: chết, chậm phát triển hay phát triển bình thường. Những cây trồng phát triển bình thường trong điều kiện khô hạn gọi là “cây chịu hạn” và khả năng có thể giảm thiểu mức độ tổn thương do thiếu hụt nước gây ra gọi là “tính chịu hạn”.
Tuy nhiên, khó có thể xác định được thế nào là trạng thái hạn đặc trưng vì mức độ khô hạn do môi trường gây nên khác nhau theo từng mùa, từng năm, từng vùng địa lý và không thể dự đoán trước được. Mức độ khô hạn do môi trường ảnh hưởng trực tiếp đến sự phát triển của cây, nhẹ thì giảm năng suất, nặng thì có thể dẫn đến tình trạng huỷ hoại cây, mùa màng. Các yếu tố gây hạn của môi trường như thành phần thổ nhưỡng, thời tiết, khí hậu, nhiệt độ cao, gió nóng.đã gây nên hiện tượng thiếu nước của cây, nguyên nhân chính do mất cân bằng áp suất thẩm thấu giữa cây và môi trường, dẫn đến sự thiếu hụt nước của tế bào. Trong trường hợp này, tác động của môi trường bên ngoài rất lớn, gây ảnh hưởng đáng kể lên sự phát triển của cây.
Thông thường, hạn được phân biệt thành 3 loại là hạn không khí, hạn đất và hạn toàn diện [39]. Hạn không khí Hạn không khí thường có đặc trưng là nhiệt độ cao (39-42oC) và độ ẩm thấp (<65%). Hiện tượng này thường gặp ở những tỉnh miền Trung nước ta vào những đợt gió Lào và ở vùng Bắc bộ vào cuối thu, đầu đông. Hạn không khí còn xuất hiện ở một số nước trên thế giới như gió Chamsin ở Israel; gió Mistral ở miền nam nước Pháp đã làm ảnh hưởng nghiêm trọng đến một số loại cây trồng như phong lan, cam, chanh, đậu tương.
luan an 6 Hạn không khí ảnh hưởng trực tiếp lên các bộ phận của cây như hoa, lá, chồi non, nhất là ảnh hưởng đến quá trình tung phấn của cây. Đối với thực vật trong đó có cây ngô thì hạn không khí thường gây ra hiện tượng héo tạm thời vì nhiệt độ cao, độ ẩm thấp, làm cho mức độ thoát hơi nước nhanh vượt qua mức độ bình thường, lúc đó rễ hút nước không đủ để bù lại lượng nước mất, cây lâm vào tình trạng mất cân bằng về nước. Nước cũng là sản phẩm khởi đầu, trung gian và cuối cùng của các quá trình chuyển hoá hoá sinh, là môi trường để các phản ứng trao đổi chất xảy ra [163]. Vì vậy, việc cung cấp đủ nước cho cây chính là một biện pháp canh tác quan trọng.
Hướng nghiên cứu tăng cường tính chịu hạn của cây trồng là một trong những mục tiêu của các nhà chọn tạo giống. Mức độ thiếu hụt nước càng lớn thì ảnh hưởng càng xấu đến quá trình sinh trưởng của cây. Thiếu nước nhẹ thì làm giảm tốc độ sinh trưởng, thiếu nước trầm trọng sẽ dẫn đến biến đổi hệ keo nguyên sinh chất, làm tăng quá trình già hoá tế bào. Khi bị khô kiệt nước, nguyên sinh chất bị đứt vỡ cơ học dẫn đến tế bào mô bị tổn thương và chết.
Hạn đất Mức độ khô hạn của đất tuỳ thuộc vào sự bốc hơi nước trên bề mặt và khả năng giữ nước của đất. Hạn đất sẽ làm cho áp suất thẩm thấu của đất tăng cao đến mức cây không cạnh tranh được nước của đất và làm cho cây không thể lấy nước vào tế bào qua rễ, vì thế hạn đất có thể gây ra cho cây héo lâu dài. Hạn đất tác động trực tiếp đến bộ phận rễ của cây làm ảnh hưởng rất lớn đến quá trình sinh trưởng và phát triển của chúng. Đối với các loại cây trồng cạn, hạn đất cũng ảnh hưởng nghiêm trọng đến giai đoạn gieo hạt và nảy mầm.
Lượng nước trong đất không đủ sẽ làm cho mầm héo, nếu thiếu nước nặng sẽ gây thui chột mầm và chết. Hạn toàn diện Hạn toàn diện là hiện tượng hạn đất và hạn không khí xảy ra đồng thời. Trong trường hợp này, cùng với sự mất nước do không khí làm cho hàm lượng nước trong lá giảm nhanh dẫn đến nồng độ dịch bào tăng lên, mặc dù sức hút nước từ rễ của cây cũng tăng nhưng lượng nước trong đất đã cạn kiệt không đủ cung cấp cho cây. Hạn toàn diện thường dẫn đến hiện tượng héo vĩnh viễn, cây không có khả năng phục hồi.
Ở nước ta hạn toàn diện thường xảy ra ở các tỉnh miền Trung (Nghệ An, Hà Tĩnh), gây nên thiệt hại đáng kể đến năng suất cây trồng trong đó có cây ngô. Tác động của hạn đến sinh trưởng và phát triển cây ngô Trong môi trường canh tác cây trồng cạn nói chung và cây ngô nói riêng thì hạn là yếu tố tác động mạnh nhất tới sinh trưởng và phát triển của cây ngô chỉ sau yếu tố dinh dưỡng. Hạn tác động lên quá trình sản xuất ngô, làm giảm năng suất trung bình 17%, ở những vùng nhiệt đới thấp có thể giảm tới 40% thậm chí lên tới trên 70% [131]. Trong điều kiện hạn, các tính trạng hình thái, sinh lý của cây ngô bị biến đổi, mức độ biến đổi phụ thuộc vào vùng sinh thái, cường độ tác động, nguồn vật liệu.
Cây ngô tương đối mẫn cảm với hạn, bị ảnh hưởng ở mọi giai đoạn sinh trưởng, phát triển. Tuy nhiên, giai đoạn trước và sau trỗ bị ảnh hưởng mạnh nhất dẫn tới làm giảm năng suất [116]. Trong điều kiện hạn, phản ứng của cây ngô có một số thay đổi như: i) nẩy mầm chậm và tỷ lệ mọc thấp; ii) giảm kích thước cây, một số bộ phận phát triển không đầy đủ; iii) khí khổng đóng, quá trình quang hợp giảm thậm trí ngừng trệ do hệ thống enzyme bị phá huỷ; iv) giảm quá trình đồng hoá dinh dưỡng, kéo dài thời gian chênh lệch trong tung phấn phun râu, ngô con phát triển nhưng vô hiệu, giảm năng suất; v) trong điều kiện hạn nhẹ sẽ tăng tỷ lệ rễ/chồi, trong điều kiện hạn nặng, hệ rễ kém phát triển, quá trình hấp thụ dinh dưỡng trở nên khó khăn, quá trình vận chuyển ở thân bị ngừng trệ, tích luỹ dinh dưỡng ở hạt kém [116]. Các nhà khoa học trên thế giới đã đánh giá khả năng chịu hạn trên cây ngô đều cho rằng, nếu bị hạn trước khi trỗ cờ năng suất giảm 25%, còn bị hạn ở giai đoạn trỗ cờ thì năng suất giảm 50% và sau trỗ cờ là 21%.
Các tính trạng bị ảnh hưởng nhiều là chiều cao cây, kích thước lá, năng suất sinh học, số hạt trên bắp, kích thước bắp và khối lượng 1000 hạt. Các tính trạng tương quan nghịch với năng suất trong điều kiện hạn là: cao cây, năng suất sinh học, khoảng cách tung phấn – phun râu (ASI: Anthesis-Silking Interval), chiều dài bắp, số hạt trên hàng, số bắp trên cây. Dẫn liệu trên cho thấy hạn là yếu tố phi sinh học có tác động mạnh tới năng suất cây ngô [116]. Tóm lại, hạn ảnh hưởng tới toàn bộ quá trình sinh trưởng và phát triển của cây ngô dẫn đến năng suất giảm.
Ảnh hưởng của hạn đối với sản xuất ngô 1. Ảnh hưởng của hạn đối với sản xuất ngô trên thế giới luan an 8 Biến đổi khí hậu đã diễn ra trên toàn cầu, ngày càng phức tạp và khó dự đoán hơn. Các hiện tượng thời tiết cực đoan ngày càng tăng cả về cường độ và quy mô [152], dự báo ảnh hưởng nghiêm trọng đến toàn cầu. 70% lượng nước ngọt trên toàn cầu hiện nay được sử dụng cho nông nghiệp và điều này làm ảnh hưởng đến nguồn nước trong tương lai, khi dân số tăng lên 30% tương đương 9 tỷ người vào năm 2050 [60].
Theo Tổ chức Quản lý Hạn - NDMP (2011), khi tổng hợp các điều kiện khí hậu, dự báo sẽ xuất hiện những hiện tượng thời tiết cực đoan như rất lạnh trong mùa đông, rất nóng ở nhiều vùng vào mùa hè, hay thay đổi về cường độ cũng như phân bổ lượng mưa trên nhiều vùng của thế giới, phổ biến là biểu hiện của sự hạn chế về nước. Theo Matthew và cộng sự [114], dự báo đến năm 2050, tình trạng thiếu nước nghiêm trọng ở ngũ cốc sẽ tăng từ 18 - 25%. Điều này cũng được Ngân hàng Phát triển Châu Á (ADB) báo cáo, nếu xu hướng biến đổi khí hậu đến năm 2050 sẽ ảnh hưởng đến sản lượng của những cây trồng chủ yếu ở vùng nhiệt đới, đặc biệt Nam Á: ngô giảm 17%, lúa mì giảm 12%, gạo giảm 10% do biến đổi khí hậu gây ra bởi thời tiết cực đoan. Theo CIMMYT, bất thuận phi sinh học gây suy giảm năng suất, trong đó hạn là một trong những yếu tố chính.
Theo thống kê, thiệt hại hàng năm của sản lượng ngô thế giới bởi hạn là lớn, năm 1992 thiệt hại 19,0 triệu tấn ngô (15%) năm 1997 thiệt hại 20,4 triệu tấn (17%), năm 2002 thiệt hại 24 triệu tấn [53]. Theo ISAAA, năm 2012 tổng sản lượng ngô giảm 15%, năng suất giảm 21% bởi hạn gây ra, tương đương với 120 triệu tấn ngũ cốc, hạn gây thiệt hại bình quân 8%/năm tổng sản lượng ngô thế giới trong 20 năm (từ năm 1985 - 2005) [58], [83]. Dự báo đến năm 2025, những vùng bán khô hạn và khô hạn sẽ chịu ảnh hưởng nhiều hơn của biến đổi khí hậu, cả về thời gian, không gian, sẽ thường xuyên phải đối mặt với khô hạn trầm trọng hơn; nhiều diện tích đất bị khô hạn mới sẽ xuất hiện, hay mở rộng thêm trên khắp các châu lục, trong đó phần lớn tập trung ở châu Phi và châu Á. Các tác động trước mắt và lâu dài của biến đổi khí hậu đang đe dọa đến hầu hết 160 triệu ha ngô trên toàn cầu [58].
Hạn ảnh hưởng đến sản xuất ngô ở một số nước, như ở Mỹ năm 1934 hạn xảy ra trên diện rộng bao phủ gần 80% diện tích. Năm 2012 ảnh hưởng của hạn được cho là cao hơn nhiều và tồi tệ nhất trong 50 năm qua, tác động đến 26 trong 52 tiểu bang, chiếm ít nhất 55% diện tích [83]. Do hạn hán nên sản lượng luan an 9 ngô của Mỹ năm 2012 chỉ đạt 273,8 triệu tấn, giảm 13% so với năm 2011 (313,9 triệu tấn).