Tổng quan nghiên cứu

Cây thạch đen hay còn gọi là sương sáo với tên khoa học Mesona chinensis Benth là cây trồng nông nghiệp mang lại giá trị kinh tế nổi bật tại các vùng núi phía Bắc Việt Nam. Theo khảo sát thực tế, năng suất thạch đen khô trung bình đạt trên 4,0 tấn/ha, với mức giá thu mua dao động quanh 25.000 đồng/kg, giúp người sản xuất đạt doanh thu từ 100 đến 120 triệu đồng/ha; trường hợp thâm canh tốt có thể đạt 10 đến 15 tấn/ha và mang lại doanh thu 250 đến 300 triệu đồng/ha. Tuy nhiên, tại huyện Na Rì, tỉnh Bắc Kạn, diện tích thạch đen đã sụt giảm nghiêm trọng từ trên 200 ha năm 2009 xuống chỉ còn gần 140 ha năm 2016, tập trung phần lớn ở xã Vũ Loan với khoảng 60 ha. Nguyên nhân cốt lõi bắt nguồn từ tập quán canh tác tự phát, kỹ thuật chọn đoạn thân nhân giống chưa đồng nhất, mật độ gieo trồng không phù hợp và tỷ lệ bón phân chưa cân đối giữa hữu cơ và vô cơ.

Đề tài nghiên cứu được thực hiện nhằm xác định phương pháp nhân giống bằng các đoạn hom tối ưu, xác lập mật độ trồng và tổ hợp phân bón thích hợp nhất nhằm nâng cao năng suất thân lá, tỷ lệ sống và hàm lượng pectin trong cây thạch đen tại địa phương. Phạm vi nghiên cứu được triển khai tập trung trên đất ruộng một vụ tại xã Vũ Loan, huyện Na Rì, tỉnh Bắc Kạn trong suốt chu kỳ từ tháng 3 năm 2018 đến tháng 10 năm 2018, bao gồm vụ Xuân và vụ Hè Thu. Về mặt giá trị khoa học và thực tiễn, công trình hoàn thiện các chỉ tiêu kỹ thuật canh tác chuẩn mực, hỗ trợ nâng cao năng suất thạch khô địa phương từ mức 3,8 đến 4,0 tấn/ha lên trên 4,8 tấn/ha, bảo tồn hàm lượng hoạt chất quý gồm polyphenol và pectin chiếm trên 50% trong sinh khối khô, từ đó tạo sinh kế xóa đói giảm nghèo bền vững cho đồng bào các dân tộc Tày, Nùng tại địa bàn nghiên cứu.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng dựa trên sự kết hợp giữa lý thuyết sinh lý dinh dưỡng khoáng thực vật và quy luật tích lũy sinh khối của các loài thực vật thân thảo thuộc họ Hoa Môi (Lamiaceae). Cây thạch đen có đặc điểm bò lan, thân 4 cạnh mềm, phân nhánh mạnh từ gốc và có khả năng hình thành rễ phụ tại các mấu thân khi tiếp xúc với đất ẩm. Quá trình tích lũy hoạt chất tạo gel và chất chống oxy hóa chịu sự chi phối chặt chẽ bởi chế độ dinh dưỡng khoáng đa lượng kết hợp hàm lượng mùn hữu cơ.

Mô hình nghiên cứu tập trung vào mối quan hệ tương tác giữa 3 yếu tố kỹ thuật nông học tác động trực tiếp đến động thái tăng trưởng và chất lượng dược tính:

  • Loại vật liệu nhân giống sinh dưỡng vô tính gồm 3 dạng đoạn hom: hom gốc, hom thân và hom ngọn.
  • Mật độ quần thể cây trồng trên đơn vị diện tích dao động từ 60.000 đến 120.000 cây/ha.
  • Tổ hợp phân bón phối trộn giữa phân hữu cơ vi sinh Sông Gianh ở các mức từ 2,0 đến 3,5 tấn/ha kết hợp cân đối tỷ lệ phân khoáng nguyên chất N, P2O5 và K2O.

Khái niệm chính trong nghiên cứu bao gồm: tốc độ sinh trưởng chiều dài thân đo bằng cm/ngày, tốc độ ra lá tính theo lá/ngày, hệ số nhân giống xác định qua bội số nhân khối lượng thân lá thu được so với lượng giống đem trồng, năng suất thân lá lý thuyết tính theo tấn/ha và hàm lượng pectin tạo gel hòa tan đo bằng phương pháp kết tủa pectat canxi.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn số liệu thực nghiệm được thu thập trực tiếp thông qua 3 thí nghiệm đồng ruộng bố trí theo phương pháp khối ngẫu nhiên hoàn chỉnh (RCBD) với 3 lần lặp lại tại xã Vũ Loan:

  • Thí nghiệm 1 khảo sát 3 loại hom giống trên diện tích 135 m2 (15 m2/ô, kích thước 3 x 5 m) với mật độ 100.000 cây/ha trong vụ Xuân 2018.
  • Thí nghiệm 2 khảo sát 6 công thức mật độ khoảng cách trồng trên tổng diện tích 540 m2 (30 m2/ô, kích thước 6 x 5 m) trong vụ Hè Thu 2018.
  • Thí nghiệm 3 khảo sát 4 công thức tổ hợp phân bón trên diện tích 360 m2 (30 m2/ô, kích thước 6 x 5 m) trong vụ Hè Thu 2018, so sánh công thức đối chứng (2,0 tấn phân hữu cơ vi sinh + 35 kg N + 32 kg P2O5 + 60 kg K2O/ha) với các công thức tăng dần phân hữu cơ vi sinh và giảm dần phân khoáng.

Cỡ mẫu quan trắc được thiết kế chuẩn mực: trên mỗi ô thí nghiệm cố định 5 cây ngẫu nhiên theo đường chéo góc để đo đếm định kỳ 10 ngày một lần về chiều cao cây và số lá mới ra. Tỷ lệ sống được theo dõi định kỳ 5 ngày một lần từ khi cắm hom. Phương pháp phân tích sinh hóa sử dụng định tính khả năng tạo gel và định lượng pectat canxi bằng cách kết tủa trong môi trường kiềm loãng để giải phóng nhóm methoxyl. Việc lựa chọn thiết kế RCBD và phân tích phương sai thống kê nông học đảm bảo loại bỏ hoàn toàn các sai số do độ phì đất không đồng đều giữa các dải ruộng bậc thang vùng đồi núi.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Thực nghiệm đồng ruộng tại huyện Na Rì đã ghi nhận những phát hiện kỹ thuật mang tính bước ngoặt:

Thứ nhất, loại hom ngọn thể hiện ưu thế sinh trưởng vượt bậc so với hom thân và hom gốc. Tỷ lệ sống của hom ngọn đạt trên 95,2%, thời gian bén rễ và phục hồi xanh chỉ mất từ 5 đến 7 ngày, nhanh hơn 4 ngày so với hom gốc (tỷ lệ sống chỉ đạt khoảng 81,6%). Tốc độ ra lá của hom ngọn đạt 0,38 lá/cây/ngày, cao hơn 18,5% so với hom thân và 31,0% so với hom gốc, giúp hệ số nhân giống đạt mức cao nhất trên 8,4 lần.

Thứ hai, mật độ canh tác quyết định trực tiếp đến năng suất thu hoạch thân lá. Công thức trồng ở mật độ 100.000 cây/ha (khoảng cách 40 x 25 cm) cho năng suất thân lá khô đạt trên 4,82 tấn/ha, tăng 22,4% so với mật độ đối chứng 80.000 cây/ha (đạt khoảng 3,94 tấn/ha). Mật độ quá dày ở mức 120.000 cây/ha khiến tỷ lệ rụng lá chân tăng thêm 14,2% do thiếu ánh sáng ở tầng dưới, trong khi mật độ thưa 60.000 cây/ha không tận dụng hết diện tích đất, làm giảm năng suất quần thể.

Thứ ba, việc tối ưu hóa tỷ lệ phân bón hữu cơ vi sinh giúp tăng năng suất và hàm lượng hoạt chất. Công thức bón 3,0 tấn phân hữu cơ vi sinh kết hợp 18 kg N + 16 kg P2O5 + 30 kg K2O/ha cho năng suất thực thu cao nhất, đồng thời hàm lượng pectin đạt mức 12,4 mg/ml, cao hơn 15,8% so với công thức đối chứng sử dụng nhiều phân bón vô cơ.

Thảo luận kết quả

Khả năng ra rễ và tái sinh nhanh của đoạn hom ngọn xuất phát từ việc tập trung mô phân sinh ngọn với hàm lượng phytohormone auxin nội sinh cao, thúc đẩy quá trình phân chia tế bào và bật chồi nách sớm. Ngược lại, đoạn hom gốc đã bị hóa gỗ một phần, tế bào già cỗi làm giảm tốc độ phát sinh rễ mới.

Đối với mật độ và dinh dưỡng, cây thạch đen có thân bò lan nên mật độ 100.000 cây/ha tạo độ che phủ mặt đất hoàn hảo sau 60 ngày trồng, vừa giữ ẩm cho tầng đất mặt vừa ức chế cỏ dại cạnh tranh dinh dưỡng. Việc tăng lượng phân hữu cơ vi sinh Sông Gianh lên mức 3,0 tấn/ha giúp cải tạo kết cấu đất dốc xói mòn tại Na Rì, tạo môi trường thuận lợi cho hệ vi sinh vật rễ phát triển, từ đó tăng cường hấp thu dưỡng chất và thúc đẩy tổng hợp chuỗi phân tử pectin hòa tan.

Các dữ liệu nghiên cứu được biểu diễn rõ nét qua biểu đồ động thái tăng trưởng chiều cao cây theo chu kỳ 10 ngày và bảng so sánh phương sai năng suất lý thuyết giữa các công thức. Kết quả này hoàn toàn tương thích với các công bố quốc tế của các nhà khoa học nông nghiệp khi nghiên cứu về mối quan hệ giữa sinh khối thân lá và hàm lượng hoạt chất polysaccharide trên cây thạch đen tại các vùng sinh thái tương đồng.

Đề xuất và khuyến nghị

Nhằm chuẩn hóa quy trình kỹ thuật thâm canh cây thạch đen tại vùng đồng bào miền núi, 4 giải pháp trọng tâm cần được triển khai:

Thứ nhất, tiêu chuẩn hóa vật liệu nhân giống bằng cách sử dụng 100% hom đoạn ngọn có chiều dài từ 10 đến 15 cm, mang từ 4 đến 5 đốt lá khỏe mạnh, sạch sâu bệnh. Mục tiêu đạt tỷ lệ cây sống trên vườn ươm trên 95% và hệ số nhân giống đạt trên 8,0 lần, triển khai nhân rộng vào khung thời vụ tháng 3 hàng năm dưới sự chỉ đạo của Trạm Khuyến nông huyện Na Rì.

Thứ hai, điều chỉnh mật độ canh tác diện rộng sang mức chuẩn 100.000 cây/ha với khoảng cách hàng cách hàng 40 cm, cây cách cây 25 cm trên luống rộng 1,5 m và cao 20 đến 25 cm. Giải pháp này hướng đến chỉ tiêu nâng năng suất thạch khô đại trà đạt từ 4,5 đến 5,0 tấn/ha trong vụ Hè Thu từ tháng 6 đến tháng 10, do các Hợp tác xã nông nghiệp tại các xã Vũ Loan, Kim Lư và Cư Lễ trực tiếp tổ chức hướng dẫn xã viên.

Thứ ba, chuyển đổi phương thức bón phân theo hướng hữu cơ hóa, bón lót toàn bộ 3,0 tấn phân hữu cơ vi sinh kết hợp 16 kg P2O5, sau đó chia làm 2 đợt bón thúc tại thời điểm sau trồng 30 ngày và 60 ngày với tổng lượng 18 kg N và 30 kg K2O/ha. Biện pháp này giúp giảm thiểu 35% lượng phân khoáng hóa học, nâng tỷ lệ hoạt chất pectin thương phẩm lên trên 12 mg/ml, giao cho các Tổ khuyến nông cộng đồng phối hợp cùng hộ dân thực hiện.

Thứ tư, Ủy ban nhân dân huyện Na Rì và Sở Nông nghiệp và Phát triển nông thôn tỉnh Bắc Kạn cần xây dựng cơ chế hỗ trợ thành lập các tổ hợp tác bao tiêu và bảo quản sau thu hoạch, chuẩn hóa công nghệ sấy và đóng gói nguyên liệu khô nhằm duy trì giá bán ổn định ở mức 25.000 đến 30.000 đồng/kg, nâng giá trị thu nhập của người trồng thạch đen lên trên 150 triệu đồng/ha/năm trong giai đoạn 2020 - 2025.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Công trình nghiên cứu mang lại giá trị ứng dụng thiết thực cho 4 nhóm đối tượng trọng điểm:

Nhóm 1 gồm các cán bộ quản lý nông nghiệp, khuyến nông viên cấp tỉnh và huyện: Tài liệu cung cấp cơ sở khoa học và thông số thực nghiệm để ban hành quy trình kỹ thuật khuyến nông chuẩn, phục vụ công tác quy hoạch vùng trồng thạch đen hàng hóa tập trung trên 200 ha tại các huyện Na Rì (Bắc Kạn), Thạch An (Cao Bằng) và Tràng Định (Lạng Sơn).

Nhóm 2 gồm các hộ nông dân và ban điều hành Hợp tác xã nông nghiệp vùng cao: Nhận tài liệu hướng dẫn kỹ thuật canh tác từng bước chi tiết, từ cách chọn hom ngọn, kỹ thuật lên luống, mật độ trồng đến công thức bón phân cân đối, giúp tăng ngay từ 20 đến 30% năng suất thân lá thực tế và tiết kiệm chi phí đầu tư phân bón.

Nhóm 3 gồm các giảng viên, học viên cao học và sinh viên chuyên ngành Khoa học cây trồng và Nông học: Luận văn là hình mẫu điển hình về phương pháp bố trí thí nghiệm đồng ruộng RCBD đối với cây dược liệu thân thảo, phương pháp theo dõi các chỉ tiêu nông học định kỳ 10 ngày/lần và quy trình phân tích định lượng hoạt chất pectat canxi.

Nhóm 4 gồm các doanh nghiệp chế biến thạch, thực phẩm giải khát và dược liệu: Tiếp cận các dữ liệu chuẩn xác về chu kỳ tích lũy pectin, thời điểm thu hoạch tối ưu khi cây chớm xuất hiện nụ hoa để chủ động ký kết hợp đồng thu mua nguyên liệu đạt chất lượng cao phục vụ dây chuyền chế biến công nghiệp.

Câu hỏi thường gặp

Phương pháp nhân giống cây thạch đen bằng loại hom nào mang lại tỷ lệ sống và năng suất cao nhất? Thực nghiệm đồng ruộng khẳng định nhân giống bằng hom đoạn ngọn dài 10 đến 15 cm có 4-5 đốt cho hiệu quả cao nhất với tỷ lệ sống đạt trên 95,2%, thời gian bén rễ rút ngắn 4 ngày và hệ số nhân giống đạt trên 8,4 lần, vượt trội hoàn toàn so với hom đoạn gốc chỉ đạt tỷ lệ sống khoảng 81,6%.

Mật độ gieo trồng cây thạch đen bao nhiêu là tối ưu nhất cho sinh trưởng và năng suất thân lá? Mật độ canh tác tối ưu là 100.000 cây/ha với khoảng cách 40 x 25 cm, giúp tán lá phủ kín luống sau 60 ngày trồng, hạn chế cỏ dại và đạt năng suất thân lá khô trên 4,82 tấn/ha, cao hơn 22,4% so với mật độ 80.000 cây/ha theo tập quán cũ.

Công thức bón phân nào giúp tối ưu hóa năng suất và hàm lượng pectin trong cây thạch đen? Công thức tối ưu gồm 3,0 tấn phân hữu cơ vi sinh kết hợp 18 kg N + 16 kg P2O5 + 30 kg K2O/ha, bón lót toàn bộ phân vi sinh cùng lân và bón thúc 2 đợt, giúp năng suất thân lá đạt đỉnh và hàm lượng pectin đạt 12,4 mg/ml, tăng 15,8% so với bón nhiều phân vô cơ.

Thời điểm thu hoạch cây thạch đen thích hợp nhất để đạt chất lượng tạo gel cao nhất là khi nào? Thời điểm thu hoạch lý tưởng nhất là khi cây thạch đen vươn dài thân và bắt đầu xuất hiện nụ hoa đầu cành, đây là giai đoạn hàm lượng pectin và hợp chất polyphenol trong thân lá đạt nồng độ tích lũy cao nhất trên 50% khối lượng chất khô.

Cây thạch đen mang lại hiệu quả kinh tế thực tế như thế nào cho nông dân vùng cao? Với năng suất trung bình 4,0 đến 4,8 tấn thạch khô/ha và giá bán ổn định khoảng 25.000 đồng/kg, người trồng thạch đen thu về từ 100 đến 120 triệu đồng/ha; khi áp dụng quy trình thâm canh cải tiến có thể đạt thu nhập từ 150 đến 200 triệu đồng/ha, khẳng định vai trò là cây trồng xóa đói giảm nghèo chủ lực.

Kết luận

  • Đoạn hom ngọn là vật liệu nhân giống sinh dưỡng tối ưu nhất, đạt tỷ lệ sống vượt trên 95% và hệ số nhân giống đạt trên 8,4 lần.
  • Mật độ canh tác chuẩn 100.000 cây/ha (khoảng cách 40 x 25 cm) giúp tối ưu hóa sinh khối thân lá, nâng năng suất thạch khô đạt trên 4,8 tấn/ha.
  • Tổ hợp bón lót 3,0 tấn phân hữu cơ vi sinh kết hợp cân đối phân khoáng 18N - 16P2O5 - 30K2O nâng cao 15,8% hàm lượng hoạt chất pectin tạo gel.
  • Luận văn cung cấp toàn diện cơ sở khoa học và giải pháp thực hành nông học hoàn chỉnh cho cây thạch đen tại địa bàn huyện Na Rì, tỉnh Bắc Kạn.
  • Mô hình canh tác cải tiến trực tiếp nâng cao thu nhập của nông hộ vùng cao lên mức 150 đến 200 triệu đồng/ha/vụ.

Để tiếp tục phát huy giá trị của cây thạch đen trong giai đoạn tới, các địa phương cần đẩy mạnh chuyển giao quy trình kỹ thuật đến từng thôn bản, kết hợp đầu tư hạ tầng sơ chế, bảo quản sấy khô đồng bộ và xây dựng chuỗi liên kết sản xuất gắn với doanh nghiệp chế biến công nghiệp nhằm mở rộng thị trường tiêu thụ bền vững trong nước và xuất khẩu.