Chương 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1. GIỚI THIỆU CÂY LÚA CẠN Lúa cạn là một thuật ngữ được đề cập đến trong nhiều công trình nghiên cứu và các tài liệu chuyên khảo về cây lúa ở trong và ngoài nước. Trên thế giới, Chang và Bardenas (1965) [63] hay Surajit (1975) [159] đều cho rằng: “Lúa cạn là loại lúa được gieo hạt trên các loại đất khô, có thể là đất dốc hoặc đất bằng nhưng đều không có bờ, sống phụ thuộc hoàn toàn vào nước mưa cung cấp”. Trong cuốn sách “Upland rice A Global Perspective” (tạm dịch là “Lúa cạn - Một nhận thức toàn cầu”), Gupta và O'toole (1986) cũng có chung định nghĩa về lúa cạn trong Hội thảo về lúa cạn tại Bờ biển Ngà năm 1982: “lúa cạn được trồng trên đất thoát nước, không có sự tích trữ nước trên bề mặt, không được cung cấp nước và không đắp bờ chỉ được tưới nhờ nước mưa tự nhiên” [85].
Các nhà nghiên cứu Embrapa (1984) và Ahmadi (2004) trong báo cáo về lúa cạn tại Hội thảo về lúa gạo tại Italia cũng cùng chung quan điểm này [51], [70]. Theo Viện nghiên cứu lúa quốc tế (IRRI - International Rice Research Institute), lúa cạn là loại cây trồng mà hạt giống được gieo trực tiếp trên các 7 mảnh đất khô, không có bờ bao và không có sự tích lũy nước ở bề mặt ruộng trong suốt thời gian cây lúa sinh trưởng và phát triển [95]. Ở Việt Nam, theo Bùi Huy Đáp (1977), lúa cạn là loại lúa được gieo trồng trên đất cao như là một loại hoa mầu trồng cạn khác và thường không có mực nước trong ruộng và cũng hầu như không bao giờ được tưới thêm, nước cho lúa chủ yếu do mưa cung cấp [11]. Nguyễn Gia Quốc (1994) thì chia lúa cạn thành hai dạng: • Lúa cạn thật sự hay lúa rẫy, lúa nương là loại lúa được trồng trên triền dốc của đồi, núi, không có bờ ngăn giữ nước, luôn luôn không có nước chân, mực thủy cấp sâu, cây lúa sử dụng độ ẩm do mưa mang đến và ngấm sâu vào đất.
• Lúa cạn không hoàn toàn hay lúa nước trời – là loại lúa được trồng ở triền thấp hoặc các vùng đồng bằng, không có hệ thống tưới tiêu chủ động, cây sống hoàn toàn bằng lượng nước mưa tại chỗ và mực thủy cấp khá cao có thể cung cấp bổ sung nước cho cây lúa ở một số thời điểm nào đó [41]. Các tác giả Arraudeau, Xuan (1994) cho rằng “upland rice” có nghĩa là lúa rẫy ở miền Nam, lúa cạn ở Trung Bộ và là lúa nương ở miền Bắc [55]. Theo Trần Văn Đạt (2005), lúa rẫy, lúa nương, lúa cạn, lúa khô đều chỉ một loại lúa nước trời trên đất khô, là một loại lúa được trồng trên đất dễ rút nước, không bị ngập, không có bờ bao và nhờ vào nước trời [13]. Nguồn gốc và đặc điểm của cây lúa cạn Lúa trồng thuộc họ Graminae, chi Oryza, loài Oryza sativa L.
và loài Oryza glaberrina. Bên cạnh hai loài lúa trồng này, chi Oryza còn có nhiều loài khác nhau (khoảng từ 19 đến 25 loài) do lịch sử phát triển và nghiên cứu nên sự phân loại các loài lúa dại không có sự thống nhất (trừ hai loài lúa trồng là Oryza sativa L. và Oryza glaberrina). chủ yếu phân bố ở 8 châu Á, hiện nay đang được trồng phổ biến ở khắp các nước trồng lúa trên thế giới.
glaberrina được trồng chủ yếu ở châu Phi, phần lớn tập trung một số nước Tây Phi. Hai loại lúa trồng đều có nguồn gốc từ lúa dại là O. Từ tổ tiên O. perennis qua các loại hình trung gian Oryza rapipogon (lúa dại lâu năm) và Oryza nivara (lúa dại hàng năm) rồi tiến hóa thành O.
Do thích ứng với điều kiện khí hậu, lúa O. lại tiếp tục tiến hóa làm hai nhóm chính: indica thích hợp với khí hậu nhiệt đới, japonica thích ứng với khí hậu lạnh và cho năng suất cao (japonica ôn đới), ngoài ra còn có nhóm phụ thứ ba là javanica (japonica nhiệt đới). Đối với lúa trồng châu Phi cũng từ O.perennis qua các loại hình trung gian Oryza longistaminata rồi tiến hóa lên thành O. Theo công bố của Chang (1976) thì O.
xuất hiện đầu tiên trên một vùng rộng lớn từ lưu vực sông Gamges dưới chân núi Hymalaya qua Myama, Bắc Thái Lan, Lào đến Việt Nam và Nam Trung Quốc [64]. Theo tổng hợp của Trần Văn Đạt, hiện nay có 4 giả thuyết về nguồn gốc của cây lúa mà được các nhà nghiên cứu đề cập đến nhiều nhất là nguồn gốc từ Trung Quốc, Ấn Độ, Đông Nam Á và đa trung tâm. Theo giả thuyết đa trung tâm cho rằng nguồn gốc cây lúa trồng châu Á có thể bắt nguồn từ nhiều địa điểm một cách đồng bộ và độc lập [13]. Cây lúa là một loại thực vật thủy sinh không hoàn toàn và ban đầu có thể được trồng ở dưới thung lũng với nguồn nước dồi dào.
Sau đó, cùng với sự gia tăng dân số, cây lúa được trồng trên những mảnh đất dốc hơn và các vùng đất cao nguyên tơi xốp hơn là cơ sở cho sự phát triển của các giống lúa cạn. Như vậy, lúa cạn có nguồn gốc từ lúa nước, giữa lúa cạn và lúa nước vẫn mang những đặc điểm giống nhau, giải phẫu thân, bẹ lá của cây lúa cạn thấy 9 có nhiều tổ chức thông 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. Nhiều nghiên cứu cho thấy lúa cạn được hình thành từ lúa nước, phát triển theo hướng chín sớm, có bộ rễ dài và dày, có khả năng chống chịu tốt với hạn, nhất là hạn cuối mùa vụ, chống chịu sâu bệnh và chịu đất nghèo dinh dưỡng [85].
Garrity (1984) cho rằng lúa cạn được hình thành từ lúa nước, nhờ quá trình thích ứng với những vùng trồng lúa thường gặp hạn, làm xuất hiện những biến dị chịu hạn ngày càng cao. Vì vậy, giống lúa cạn có khả năng sinh trưởng bình thường khi ở ruộng nước [83]. Lúa cạn được trồng ở châu Á, châu Phi, và châu Mỹ La Tinh. Ở châu Á, khu vực phân bố theo hệ sinh thái của lúa cạn lớn hơn nhiều so diện tích trồng lúa nước, bởi vì lúa cạn có thể được trồng luân canh với nhiều loại cây trồng khác.
Địa hình trồng lúa cạn rất đa dạng, có thể là ở dưới các thung lũng hoặc các khu vực đất dốc và nhấp nhô. Ở vùng Nam và Đông Nam châu Á, hầu hết lúa cạn được trồng trên sườn núi với độ dốc khác nhau từ 0 đến hơn 30%. Ở Tây Phi, lúa cạn được trồng trên đồi ở khu vực có độ ẩm khá hay ở khu đất bằng phẳng, ở nơi dễ bị hạn hán và ở các khu rừng ẩm ướt. Đất trồng lúa cạn trải dài từ những vùng đất bị xói mòn và bạc màu ở Tây Phi đến những mảnh đất núi lửa màu mỡ ở một số vùng của Đông Nam Á.
Do đó, kết cấu của đất, khả năng giữ nước, khả năng trao đổi cation, tình trạng dinh dưỡng và các vấn đề khác về đất là khác nhau rất lớn. Khu vực Nam và Đông Nam châu Á có nhiều vùng đất trồng lúa cạn bị xói mòn, chua và hàm lượng phospho cao. Hơn nữa, tình trạng đất chua và độc tố nhôm cùng với sự thiếu hụt chất dinh dưỡng và khả năng giữ nước kém là hạn chế phổ biến của đất ở những khu vực này. 10 Nhiệt độ của hầu hết các vùng của châu Á, châu Mỹ La Tinh và châu Phi là tương đối thuận lợi cho sự sinh trưởng và phát triển của cây lúa cạn, ngoại trừ một số khu vực vùng cao ở Ấn Độ, Indonesia, Myanmar, Nepal và Thái Lan.
Nhiệt độ trung bình tối thiểu và tối đa là 20 và 30° C ở các nước châu Mỹ La Tinh, 20 và 32° C ở Nam Á, và 18 - 35° C ở châu Phi. Trong khi đó, nhiệt độ tối ưu cho quang hợp tối đa của cây lúa là 25-30° C [85], [93], [95], [96]. Lúa gạo cung cấp 2/3 lượng calo cho 3 tỉ người châu Á, 1/3 lượng calo cho 1,5 tỉ người ở châu Phi và châu Mỹ La Tinh [96]. Trong gạo có đầy đủ các thành phần dinh dưỡng.
Hạt lúa có khoảng 11% - 13% nước; 1,55% - 2,85% chất béo; 5,12% - 9,89% đạm; 6,55% - 11,2% xellulose; 60,92% - 66,99% tinh bột và 3,58%- 6,99% tro, vitamin, các loại enzym và các chất khoáng (nhiều nhất là Si, P, K, Na, Mg). Một kg gạo sẽ cung cấp 3. Về tinh bột, gạo nếp và gạo tẻ có sự khác nhau, tinh bột gạo tẻ chủ yếu có cấu tạo mạch thẳng (amylose), còn ở gạo nếp có trên 80% tinh bột là mạch nhánh (amylopectin), do vậy gạo lúa nếp dẻo hơn và còn có mùi thơm nhờ vào các andehyt dễ bay hơi. Protein gạo được chia thành 3 loại chính (protein hoạt tính chủ yếu là các loại enzym, protein cấu tạo, protein dự trữ).
Trong đó protein dự trữ có tỷ lệ cao nhất. Protein dự trữ trong gạo bao gồm: glutein chiếm 80%, albumin và globulin: 15%; prolamin: 5% [1]. Tình hình sản xuất và nghiên cứu lúa cạn 1. Tình hình sản xuất lúa cạn Lúa là cây lương thực quan trọng có diện tích 156,688 triệu ha ở thế giới, trong đó châu Á chiếm 140,036 triệu ha.
Ở Việt Nam, diện tích và sản lượng lúa gạo liên tục gia tăng qua các năm (bảng 1. Đến năm 2008, diện tích sản xuất lúa của Việt Nam là 7,305 triệu ha, sản lượng khoảng 38,725 triệu tấn, năng suất bình quân gần 5 tấn/ha và xuất khẩu 4,6 triệu tấn gạo. Diện tích và sản lượng lúa cả năm của Việt Nam Năm Diện tích (nghìn ha) Sản lượng (nghìn tấn) 1990 6042,8 19225,1 1995 6765,6 24963,7 2000 7666,3 32529,5 2005 7329,2 35832,9 2008 7414,3 38725,1 (Theo Tổng cục Thống kê Việt Nam) Theo thống kê của FAO năm 2008, trong cơ cấu sản xuất lương thực của thế giới, lúa mì, lúa gạo và ngô chiếm hơn 80%, còn lại là những loại cây lương thực khác. Trong đó, ngô có sản lượng cao nhất (826.247 triệu tấn) sau đó là lúa gạo (685.696 triệu tấn) rồi đến lúa mì (683.
Tuy nhiên, khi xét về mặt giá trị hàng hóa thì lúa gạo lại đứng ở vị trí cao nhất sau đó là lúa mì và ngô [5], [73]. Trong cơ cấu sản xuất lúa gạo trên thế giới hiện nay, diện tích lúa cạn chiếm không nhiều, khoảng 13% tổng diện tích trồng lúa trên thế giới và 4% tổng sản lượng lúa gạo của toàn cầu.