CHƯƠNG I TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1. Cơ sở khoa học của đề tài Nước chắc chắn là một trong những nguồn tài nguyên quý giá nhất và giống như tất cả các sinh vật sống khác lúa cũng rất cần nước để hoàn thành chu kỳ sống của mình. Lúa không chỉ cần nước cho sinh trưởng và phát triển của nó mà nó còn có thể tạo ra năng suất cao, sản lượng tốt. Khô hạn được coi là một hạn chế lớn đối với sản xuất lúa ở các vùng đất cao, bao gồm gần 30% tổng diện tích lúa của thế giới, đe dọa đời sống của nhiều nông dân nghèo cùng với gia đình của họ.
Hạn hán ước tính thường xuyên ảnh hưởng đến 19 - 23 triệu ha đất lúa. Hạn hán nghiêm trọng và thường xuyên ảnh hưởng đến các vùng đất ở miền Nam và Đông Nam Á. Điều kiện thời tiết khu vực, địa hình và đặc điểm đất đai cũng gây ra nguy cơ hạn hán trong và ngoài các khu vực này. Vấn đề cải tiến giống và kỹ thuật canh tác đã và đang được đặt ra, việc sử dụng giống lúa có khả năng thích nghi và chống chịu cao là một biện pháp tiết kiệm chi phí hữu hiệu nhất.
Chính vì vậy, để nâng cao và ổn định sản lượng lúa trong điều kiện phụ thuộc nước trời, nhằm làm giảm thiệt hại do hạn hán gây ra thì việc xác định, chọn tạo ra các giống lúa cải tiến có khả năng chống chịu và cho năng suất ổn định đã trở thành một trong những vấn đề cấp thiết hiện nay. Mặt khác, tạo ra những giống lúa mang gen chịu hạn cũng là việc làm cần thiết cho cả những vùng trồng lúa không có đủ điều kiện thủy lợi bởi vì tình trạng thiếu nước có thể xảy ra ở hầu hết các vùng trồng lúa, theo thống kê có tới 90% diện tích trồng lúa trên thế giới chịu ảnh hưởng của khô hạn trong vài giai đoạn sinh trưởng. Ở những vùng nhiệt đới gió mùa dân số tăng nhanh đòi hỏi phải tăng nguồn cung cấp lương thực. Trong số những cây lương thực thì cây lúa là cây 3 n lương thực cổ truyền chính và có khả năng thích ứng rộng với điều kiện sinh thái của nhiều vùng.
Trong sự phát triển đó, việc mở rộng sản xuất lúa cần tìm ra được những giống lúa có khả năng chống chịu với điều kiện ngoại cảnh bất thuận ở những vùng khó khăn là một việc làm cấp thiết. Ở nước ta hình thức trồng lúa cạn đã tồn tại từ lâu đời và cung cấp một lượng lớn lương thực cho nhân dân đồng bào vùng cao. Tuy nhiên cho đến nay năng suất lúa cạn vẫn còn là một vấn đề lớn đối với các nhà khoa học, năng suất lúa cạn rất thấp trung bình chỉ đạt 1-2 tấn/ha. Nguyên nhân chủ yếu ảnh hưởng đến năng suất là giống, độ phì đất, hạn hán và kỹ thuật canh tác trong đó yếu tố giống đóng vai trò số một.
Qua các công trình nghiên cứu, nhiều tác giả trên thế giới và Việt Nam đều cho rằng lúa cạn có nguồn gốc từ lúa nước, những giống lúa cạn có khả năng trồng ở đất cạn vẫn sinh trưởng bình thường trên ruộng nước. Đây là đặc tính nông học đặc biệt của lúa khác với các cây trồng cạn khác. Nếu được thỏa mãn nhu cầu dinh dưỡng về nước và phân bón thì lúa cạn vẫn cho năng suất cao. Hiện nay diện tích đất một vụ lúa phụ thuộc hoàn toàn vào nước trời ở nước ta còn rất lớn đòi hỏi cần có bộ giống thích hợp để thâm canh tăng vụ.
Và để đạt được năng suất cao trên các ruộng chủ động nước đã có nhiều giống lúa được chọn tạo ra và có khả năng thích ứng rộng. Tuy nhiên những giống có thể đạt được năng suất cao trong điều kiện thuận lợi nhưng vẫn duy trì tốt năng suất trong điều kiện khô thì vẫn còn rất ít. Do đó việc nghiên cứu khả năng sinh trưởng, phát triển, năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất của các giống lúa cạn có triển vọng theo hướng này là rất cần thiết. Một số khái niệm về lúa cạn Trên thế giới có nhiều cách định nghĩa về lúa cạn.
Theo định nghĩa ở hội thảo nghiên cứu lúa cạn tại Bonake – Bờ Biển Ngà (1982) [35] thì “Lúa cạn là lúa được trồng trên đất thoát nước, không có sự tích trữ nước trên bề mặt, không được cung cấp nước, không đắp bờ và chỉ được tưới nhờ nước mưa tự nhiên”.P (1984) [36] lúa cạn là lúa trồng trong mùa mưa trên đất cao, đất thoát nước tự nhiên, trên những chân ruộng được đắp bờ hoặc không có bờ và không có lượng nước dự trữ thường xuyên trên bề mặt. Lúa cạn được hình thành từ lúa nước, nhờ quá trình thích ứng với những vùng trồng lúa thường gặp hạn mà xuất hiện các biến dị chịu hạn ngày càng cao. Vì vậy giống lúa cạn có khả năng sinh trưởng bình thường khi ở ruộng nước.P (1982) [42] dùng thuật ngữ “Lúa khô” (dryland rice) thay cho lúa cạn (upland rice) và định nghĩa: “Lúa cạn được trồng trong những thửa ruộng được chuẩn bị đất và gieo hạt dưới điều kiện khô, cây lúa sống phụ thuộc hoàn toàn vào nước trời” Theo Nguyễn Gia Quốc (1994) [16] lại chia lúa cạn làm 2 dạng: - Lúa cạn thực sự hay còn gọi là lúa nương (rẫy) là loại lúa trồng trên dốc của đồi núi, không có bờ ngăn nước, luôn không có nước ở chân, cây lúa sống nhờ nước trời. - Lúa cạn không hoàn toàn hay còn được gọi là lúa nước trời là loại lúa được trồng ở triền thấp không có hệ thống tưới tiêu chủ động, cây sống hoàn toàn bằng lượng nước mưa tại chỗ, có thể có nước dự trữ trên bề mặt ruộng và cung cấp nước cho cây lúa vào một thời điểm nào đó.T (1995) [26] thì ở Việt Nam từ “upland rice” có nghĩa là lúa rẫy ở Miền Nam, lúa cạn ở Trung Bộ và lúa nương ở Miền Bắc.3 Nguồn gốc lúa cạn Lúa cạn là một loại lúa trong hệ thống cây lúa ở Việt Nam.
Các nghiên cứu, kết luận của các tác giả trên thế giới và Việt Nam (Erưghin, Sasato, Đinh Dĩnh…) [13] đều cho rằng lúa cạn là do lúa nước biến thành. Trong quá trình sống của mình cây lúa đã chuyển từ sinh sống dưới nước lên cạn do yêu cầu của con người. Tuy là cây trồng thích ứng rộng và có tiềm năng năng suất 5 n cao, nhưng ở mỗi vùng sinh thái khác nhau thì năng suất cũng khác biệt do khả năng cung cấp nước, dinh dưỡng… khác nhau. Lúa nói chung và lúa cạn nói riêng là một trong những cây trồng cổ xưa nhất của loài người.
Có rất nhiều ý kiến khác nhau về sự xuất hiện của lúa trồng. Nhiều ý kiến thống nhất cho rằng lúa trồng xuất hiện ở Châu Á cách đây 8000 năm (Lu.R và cộng sự, 1996) [47]. Tổ tiên trực tiếp của lúa trồng Châu Á (Oryza sativa L.) vẫn còn chưa có những kết luận chính xác. Một số tác giả như Sampath và Rao (1951) [54], Sampath và Govidaswami (1958) [55], Oka (1974) [52] cho rằng O.sativa được tiến hoá từ lúa dại lâu năm O.rufipogon, còn các tác giả khác như Chatterjee (1951) [32], Chang T.T (1976) [30] lại cho rằng O.sativa được tiến hoá từ lúa dại O.
Các nhà khoa học Nhật Bản như Oka (1988) [51], Morishima và cộng sự (1992) [49] cho rằng kiểu trung gian giữa O.nivara giống với tổ tiên lúa trồng O.sativa hơn chính các loài lúa dại nhiều năm (O.rufipogon) hoặc hàng năm (O.sativa có nguồn gốc xuất sứ từ Trung Quốc (Decadolle A. Theo công bố của Chang T.sativa xuất hiện đầu tiên trên một vùng rộng lớn từ lưu vực sông Ganges dưới chân núi Himalaya qua Myanmar, Bắc Thái Lan, Lào đến Việt Nam và Nam Trung Quốc. Ông còn cho rằng lúa Indica phát sinh từ vùng Nepal, Myanmar, Vân Nam (Trung Quốc) đến khu vực sông Hoàng Hà và từ Việt Nam phát tán dần tận lên lưu vực sông Dương Tử, từ đó phát sinh những biến dị thích ứng và hình thành các chủng chịu lạnh Japonica (hoặc O. Từ Trung Quốc Japonica được hình thành rồi lan dần qua Triều Tiên sang Nhật Bản.
Lúa Indica phát tán xuống phía Nam tới Malaysia và lên phía Bắc tới miền trung Trung Quốc. Loại hình hạt dài, rộng và dày thuộc kiểu Javanica (Bulu hoặc Gundil) được hình thành ở Indonesia là sản phẩm của 6 n quá trình chọn lọc tự nhiên từ Indica. Kiểu Javanica từ đây chuyển qua Philippin, Đài Loan đến Ryukyus của Nhật Bản. Nghiên cứu của nhiều tác giả [14] cho thấy lúa cạn có nguồn gốc từ lúa nước, giữa lúa nước và lúa cạn vẫn mang những vết tích giống nhau, giải phẫu thân, bẹ lá của cây lúa cạn thấy có nhiều tổ chức không khí (giống ở lúa nước) nhưng không phát triển.
Những giống lúa cạn trồng ở đất cạn vẫn sinh trưởng bình thường trên ruộng có nước, đây là đặc tính nông học đặc biệt của cây lúa cạn, khác với các cây trồng khác giúp lúa cạn được phân bố rộng hơn. Qua nhiều nghiên cứu về lúa cạn cho thấy lúa cạn được hình thành từ lúa Indica, phát triển theo hướng chín sớm, có khả năng chống chịu tốt với hạn, nhất là hạn cuối mùa vụ, chống chịu sâu bệnh và chịu đất nghèo dinh dưỡng thích nghi cao với điều kiện sinh thái khó khăn. Đây là nguồn gen quý trong nông nghiệp nhằm lai tạo và chọn lọc giống lúa. Phân loại và yêu cầu về ngoại cảnh của lúa cạn 1.
Phân loại lúa cạn Theo Nguyễn Thị Lẫm (1999) [13] lúa cạn ngày nay bao gồm hai nhóm: - Nhóm giống lúa cạn cổ truyền: bao gồm những giống lúa địa phương, thích nghi cao và tồn tại lâu đời ở những vùng lúa cạn như các giống lúa: Mố, Mộ, Lốc…thường có tiềm năng năng suất thấp, nhưng có tính chống chịu cao. Những giống này được nông dân Tây Bắc, Việt Bắc, Tây Nguyên canh tác lâu đời trên nương rẫy theo dạng định canh. Với tập quán lâu đời trên nương rẫy có độ dốc lớn, lợi dụng độ phì tự nhiên để quảng canh, nông dân canh tác lúa cạn gieo trồng một vài vụ trên cùng một mảnh đất. Khi độ phì tự nhiên đã cạn kiệt dẫn theo năng suất lúa thấp và giảm nhanh qua hàng năm.
Tuỳ nhu cầu lương thực của người dân và gia súc nhiều hay ít mà người ta chặt phá rừng làm nương rẫy rộng hay hẹp. Đất càng nghèo dinh dưỡng thì diện tích chặt phá rừng càng rộng… Cứ 7 n như thế du canh kéo theo du cư. Mất rừng, mất nguồn nước, khí hậu khu vực thay đổi, hạn hán lũ lụt xảy ra ảnh hưởng đến năng suất, điều kiện sống của con người càng trở nên khó khăn hơn.