Tổng quan nghiên cứu

Sản xuất lúa gạo toàn cầu đóng vai trò huyết mạch trong việc bảo đảm an ninh lương thực cho hơn một nửa dân số thế giới. Tại Việt Nam, ngành trồng lúa duy trì sản lượng ổn định trên 45,6 triệu tấn vào năm 2016 và đóng góp từ 4 đến 5 triệu tấn gạo xuất khẩu mỗi năm. Tuy nhiên, áp lực đô thị hóa và công nghiệp hóa đang khiến diện tích đất canh tác nông nghiệp suy giảm trung bình khoảng 73.000 ha mỗi năm. Tại tỉnh Thái Bình, trung tâm sản xuất lúa gạo trọng điểm của vùng Đồng bằng sông Hồng với diện tích gieo trồng trên 160.000 ha và tổng sản lượng lúa hàng năm đạt trên 1 triệu tấn, năng suất bình quân tuy duy trì ở mức cao từ 125 đến 130 tạ/ha/năm nhưng đang dần chạm ngưỡng trần sinh học.

Vấn đề cấp thiết đặt ra là cơ cấu giống lúa chất lượng cũ, tiêu biểu như Bắc Thơm 7, đang có biểu hiện thoái hóa rõ rệt, mẫn cảm cao với bệnh bạc lá và bệnh đạo ôn, làm tăng chi phí bảo vệ thực vật và suy giảm hiệu quả kinh tế. Trước thực tế đó, giống lúa thuần chất lượng cao Đông A1 được chọn tạo từ nguồn gen nhập nội với tiềm năng năng suất đạt từ 58 đến 65 tạ/ha, vượt trội từ 15% đến 20% so với Bắc Thơm 7. Luận văn thạc sĩ chuyên ngành Khoa học cây trồng thực hiện tại huyện Đông Hưng, tỉnh Thái Bình trong giai đoạn 2015 - 2016 nhằm xác định chính xác liều lượng phân đạm bón và mật độ cấy thích hợp cho giống lúa Đông A1.

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của công trình thể hiện rõ nét qua việc hoàn thiện quy trình canh tác chuẩn hóa, nâng cao hệ số sử dụng phân bón, giảm thiểu áp lực sâu bệnh hại, hướng tới mục tiêu gia tăng giá trị thu hoạch trên 1 ha canh tác đạt từ 80 đến 90 triệu đồng/năm và hỗ trợ tỉnh Thái Bình mở rộng diện tích lúa chất lượng cao lên mức 28.000 ha.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng trên nền tảng lý thuyết dinh dưỡng khoáng và sinh thái học cây lúa của Yoshida (1981) kết hợp các công trình của Bùi Huy Đáp (1980) và Đào Thế Tuấn (1980). Phân đạm là yếu tố dinh dưỡng khoáng hàng đầu chi phối toàn bộ quá trình sinh trưởng sinh dưỡng, xúc tiến sự phân hóa chồi, gia tăng chỉ số diện tích lá và thúc đẩy quá trình tích lũy vật chất khô. Hiệu suất sử dụng phân đạm được đánh giá thông qua mối tương quan chặt chẽ giữa tỷ lệ đạm thu hồi của cây với số kilôgam thóc tạo thành trên mỗi kilôgam đạm nguyên chất được bón vào đất.

Song song với chế độ dinh dưỡng, nghiên cứu vận dụng quy luật phân bố cấu trúc quần thể cây trồng và mô hình quan hệ parabol giữa mật độ cấy với năng suất hạt của Matsuo (1997) và Nguyễn Văn Hoan (2003). Các khái niệm cốt lõi được định lượng gồm: số dảnh hữu hiệu trên khóm, tỷ lệ hạt chắc trên bông, khối lượng 1000 hạt, năng suất lý thuyết và năng suất thực thu. Giống lúa Đông A1 sở hữu đặc tính nông sinh học vượt trội với hàm lượng Amylose ở mức 10,53%, tỷ lệ gạo lật đạt 80,19% và chiều dài hạt gạo đạt 6,41 mm, đòi hỏi chế độ thâm canh phân bón cân đối nhằm phát huy tối đa tiềm năng chất lượng hạt thương phẩm.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng nguồn vật liệu là hạt giống lúa thuần Đông A1 cấp nguyên chủng do Công ty Cổ phần Tổng công ty Giống Cây trồng Thái Bình cung cấp, sử dụng giống Bắc Thơm 7 làm đối chứng. Thí nghiệm đồng ruộng được thiết kế theo phương pháp ô phụ (split-plot) với 3 lần lặp lại theo tiêu chuẩn của Gomez & Gomez (1984). Quy mô thí nghiệm gồm nhân tố chính là 4 mức phân đạm (P1: 80 kg N/ha, P2: 100 kg N/ha, P3: 120 kg N/ha, P4: 140 kg N/ha trên nền cố định 100 kg P2O5 + 100 kg K2O + 500 kg phân hữu cơ vi sinh/ha) và nhân tố phụ là 3 mức mật độ cấy (M1: 45 khóm/m2, M2: 50 khóm/m2, M3: 55 khóm/m2), diện tích mỗi ô phụ là 10 m2.

Quy trình theo dõi, đánh giá đặc điểm nông sinh học, hình thái và mức độ nhiễm sâu bệnh hại được thực hiện nghiêm ngặt theo Hệ thống tiêu chuẩn đánh giá cây lúa của Viện Nghiên cứu Lúa Quốc tế IRRI (2002). Việc lấy mẫu tuân thủ nguyên tắc ngẫu nhiên đại diện trên từng ô thí nghiệm nhằm loại trừ sai số ngoại cảnh. Toàn bộ số liệu thực nghiệm được xử lý phân tích phương sai (ANOVA) bằng phần mềm chuyên dụng IRRISTAT 5.0 và Microsoft Excel nhằm kiểm định mức độ sai khác có ý nghĩa thống kê ở ngưỡng tin cậy 95% (P < 0,05). Nghiên cứu được triển khai xuyên suốt hai vụ canh tác gồm vụ Mùa năm 2015 (tháng 6 đến tháng 10/2015) và vụ Xuân năm 2016 (tháng 2 đến tháng 6/2016) tại Trung tâm nghiên cứu phát triển sản phẩm mới, xã Đông Cường, huyện Đông Hưng, tỉnh Thái Bình.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Thứ nhất, mật độ cấy và liều lượng phân đạm hầu như không làm biến đổi thời gian sinh trưởng của giống lúa Đông A1. Thời gian sinh trưởng ở vụ Mùa 2015 dao động từ 112 đến 114 ngày, trong khi ở vụ Xuân 2016 kéo dài từ 129 đến 131 ngày do ảnh hưởng của nền nhiệt độ thấp đầu vụ. Khi tăng lượng đạm bón, chiều cao cây tăng từ 103,1 cm lên 109,7 cm; kích thước lá đòng mở rộng và động thái đẻ nhánh diễn ra nhanh chóng, đạt đỉnh điểm ở công thức bón 120 kg N/ha kết hợp mật độ 50 khóm/m2.

Thứ hai, các yếu tố cấu thành năng suất có sự phản ứng nhạy bén với sự phối hợp giữa mật độ và liều lượng đạm. Mật độ cấy tăng từ 45 lên 55 khóm/m2 làm gia tăng số bông/m2 nhưng làm giảm số hạt chắc trên bông từ 145,7 hạt xuống còn 136,1 hạt. Ở vụ Xuân 2016, công thức kết hợp mật độ 55 khóm/m2 với mức bón 120 kg N/ha mang lại năng suất thực thu cao nhất, đạt trên 60 tạ/ha. Ngược lại, trong vụ Mùa 2015, công thức mật độ 50 khóm/m2 kết hợp mức bón 100 kg N/ha đạt đỉnh cao về năng suất và tỷ lệ hạt chắc.

Thứ ba, mức độ phát sinh sâu bệnh hại chịu tác động trực tiếp từ mật độ và dinh dưỡng. Khi bón phân đạm quá cao (140 kg N/ha) kết hợp cấy dày (55 khóm/m2), tỷ lệ nhiễm các đối tượng nguy hiểm như đạo ôn, khô vằn và rầy nâu gia tăng từ điểm 1 lên điểm 3-5. Tuy nhiên, giống Đông A1 thể hiện tính kháng bệnh bạc lá vượt trội (điểm 3) so với giống đối chứng Bắc Thơm 7 (nhiễm nặng ở điểm 7-9).

Thứ tư, hiệu quả kinh tế đạt giá trị tối ưu tại các công thức cân đối, giúp giảm thiểu 15% đến 20% chi phí phân bón vô cơ lãng phí và hạ giá thành thuốc bảo vệ thực vật.

Thảo luận kết quả

Hiện tượng suy giảm năng suất khi bón đạm vượt ngưỡng 120 kg N/ha và cấy quá dày (trên 55 khóm/m2) bắt nguồn từ quy luật cạnh tranh ánh sáng trong tán lá (Matsuo, 1997). Khi mật độ quá dày kết hợp thừa đạm, diện tích lá phát triển quá mức gây che cớm lẫn nhau, làm giảm cường độ quang hợp thuần của các tầng lá phía dưới, đồng thời tạo ẩm độ cao kích thích nấm bệnh phát sinh. Kết quả này hoàn toàn tương đồng với các công bố của Nguyễn Thị Lan và Đỗ Thị Hường (2009) trên giống lúa thuần N46 và nghiên cứu của Nguyễn Ích Tân (2012) trên giống lúa Japonica J02.

Hệ số tương tác giữa đạm và mật độ có thể được trực quan hóa rất rõ ràng thông qua đồ thị động thái đẻ nhánh theo trục thời gian, thể hiện rõ điểm đạt dảnh tối đa và số nhánh hữu hiệu. Bên cạnh đó, việc sử dụng biểu đồ cột nhóm đa chỉ tiêu để biểu diễn đồng thời số bông/m2, số hạt chắc/bông và năng suất thực thu giữa 12 công thức thí nghiệm sẽ làm nổi bật quy luật bù trừ năng suất. Bảng ma trận phân tích phương sai hai nhân tố giúp nhà quản lý và kỹ sư nhận diện chính xác ngưỡng bón đạm tối hảo cho từng mùa vụ cụ thể.

Đề xuất và khuyến nghị

Một là, áp dụng đồng bộ quy trình mật độ và phân bón chuẩn hóa theo mùa vụ: Đối với vụ Xuân, bà con nông dân và các hợp tác xã cần duy trì mật độ cấy 55 khóm/m2 kết hợp bón 120 kg N + 100 kg P2O5 + 100 kg K2O/ha; đối với vụ Mùa, điều chỉnh mật độ cấy về mức 50 khóm/m2 kết hợp bón 100 kg N + 100 kg P2O5 + 100 kg K2O/ha. Thời gian triển khai ngay trong các khung thời vụ gieo cấy hàng năm nhằm đạt target metric năng suất từ 58 đến 65 tạ/ha.

Hai là, chuẩn hóa kỹ thuật bón phân đạm theo phương thức chia kỳ dinh dưỡng: Bón lót sâu 100% lân + 40% đạm + 30% kali trước khi cấy; bón thúc đẻ nhánh sớm (chiếm 50% đạm + 20% kali) sau cấy từ 10 đến 12 ngày; bón đón đòng (10% đạm còn lại + 50% kali) khi lúa phân hóa đòng. Kỹ thuật này do nông dân trực tiếp thực hiện nhằm đạt mục tiêu nâng cao hiệu suất thu hồi đạm lên trên 15 kg thóc trên 1 kg N bón vào đất.

Ba là, quy hoạch và xây dựng vùng sản xuất tập trung theo mô hình cánh đồng lớn: Ủy ban nhân dân huyện Đông Hưng và Sở Nông nghiệp & PTNT tỉnh Thái Bình chủ trì phối hợp mở rộng diện tích gieo cấy giống Đông A1 từ 500 ha lên 3.000 ha trong giai đoạn 2017 - 2020, tạo tiền đề xây dựng thương hiệu gạo chất lượng cao Thái Bình.

Bốn là, tăng cường chuyển giao kỹ thuật và liên kết chuỗi giá trị: Công ty Cổ phần Tổng công ty Giống Cây trồng Thái Bình chủ trì tổ chức định kỳ từ 15 đến 20 lớp tập huấn kỹ thuật canh tác mỗi vụ cho các tổ chức khuyến nông cơ sở, cam kết cung ứng 100% giống nguyên chủng và bao tiêu sản phẩm thóc thương phẩm với giá thu mua cao hơn thị trường từ 10% đến 15%.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nhóm thứ nhất, các nhà quản lý nông nghiệp và cơ quan khuyến nông cấp tỉnh, huyện: Luận văn cung cấp luận cứ khoa học thực chứng để tham mưu ban hành cơ cấu giống cây trồng và quy trình thâm canh chuẩn xác cho các vùng sinh thái Đồng bằng sông Hồng.

Nhóm thứ hai, kỹ sư nông học và cán bộ kỹ thuật tại các doanh nghiệp sản xuất giống: Tài liệu là cẩm nang chi tiết để xây dựng quy trình hướng dẫn canh tác đi kèm hạt giống thương phẩm, giúp nâng cao tỷ lệ đậu hạt và độ thuần đồng ruộng.

Nhóm thứ ba, các nhà khoa học, giảng viên và học viên cao học chuyên ngành Khoa học cây trồng: Công trình là nguồn tài liệu tham khảo giá trị về phương pháp thiết kế thí nghiệm ô phụ split-plot, hệ thống tiêu chuẩn đánh giá IRRI và phương pháp xử lý dữ liệu thống kê sinh học bằng phần mềm IRRISTAT.

Nhóm thứ tư, các chủ trang trại, hợp tác xã và hộ nông dân sản xuất lúa hàng hóa: Dữ liệu từ luận văn giúp người sản xuất trực tiếp cắt giảm từ 15% đến 20% chi phí phân bón vô cơ dư thừa, hạn chế thất thoát thuốc bảo vệ thực vật và gia tăng lợi nhuận trên mỗi héc-ta đất canh tác.

Câu hỏi thường gặp

Giống lúa Đông A1 có những đặc điểm nông sinh học nổi bật nào so với giống Bắc Thơm 7?
Giống lúa Đông A1 có thời gian sinh trưởng vụ Xuân từ 130 đến 135 ngày và vụ Mùa từ 105 đến 112 ngày, năng suất bình quân đạt từ 58 đến 65 tạ/ha, cao hơn Bắc Thơm 7 từ 15% đến 20%. Giống sở hữu dạng hình gọn, cứng cây, chống đổ tốt và đặc biệt chống chịu bệnh bạc lá đạt điểm 3, vượt trội hoàn toàn so với Bắc Thơm 7 thường bị nhiễm nặng ở điểm 7-9.

Tại sao lượng đạm khuyến cáo cho vụ Xuân (120 kg N/ha) lại cao hơn vụ Mùa (100 kg N/ha)?
Vụ Xuân có thời gian sinh trưởng kéo dài từ 129 đến 131 ngày, nhiệt độ đầu vụ thấp làm mạ bén rễ chậm nên cây cần lượng đạm cao hơn để kích thích đẻ nhánh và duy trì diện tích lá quang hợp. Ngược lại, vụ Mùa thời tiết nắng nóng, mưa nhiều, cây sinh trưởng nhanh trong 112 đến 114 ngày, việc giảm lượng đạm xuống 100 kg N/ha giúp tránh hiện tượng lốp đổ và giảm áp lực sâu bệnh.

Cấy mật độ quá dày (trên 55 khóm/m2) kết hợp bón đạm cao gây ra những tác hại cụ thể nào?
Mật độ quá dày kết hợp thừa đạm khiến quần thể lúa bị che cớm, giảm cường độ ánh sáng chiếu tới tầng lá dưới, làm số hạt chắc trên bông giảm từ 145,7 xuống dưới 136,1 hạt. Đồng thời, độ ẩm vi khí hậu trong ruộng tăng cao làm tăng mức độ gây hại của bệnh khô vằn, đạo ôn và rầy nâu từ mức nhẹ lên điểm 3-5.

Các chỉ tiêu chất lượng gạo của giống lúa Đông A1 được đánh giá như thế nào?
Gạo Đông A1 có tỷ lệ gạo lật đạt 80,19%, tỷ lệ gạo xát trắng đạt 64,44% và tỷ lệ gạo nguyên đạt 63,5%. Chiều dài hạt gạo đạt 6,41 mm với tỷ lệ dài/rộng là 3,17, hàm lượng Amylose ở mức lý tưởng 10,53%, cơm khi nấu có mùi thơm đặc trưng, độ bền thể gel mềm, vị đậm đà và độ mềm đạt điểm 4 theo tiêu chuẩn khảo nghiệm.

Nên chia các đợt bón phân đạm như thế nào để đạt hiệu suất sử dụng cao nhất?
Quy trình bón đạm tối ưu cần chia làm 3 đợt rõ ràng: bón lót sâu 40% tổng lượng đạm trước khi cấy, bón thúc đẻ nhánh rộ 50% lượng đạm kết hợp làm cỏ sau cấy 10 đến 12 ngày, và bón đón đòng 10% lượng đạm còn lại khi cây lúa bắt đầu phân hóa đòng nhằm hạn chế thoái hóa hoa và nâng tỷ lệ hạt chắc.

Kết luận

  • Luận văn xác định công thức kỹ thuật tối ưu cho vụ Xuân là mật độ 55 khóm/m2 kết hợp mức bón 120 kg N + 100 kg P2O5 + 100 kg K2O/ha, mang lại năng suất thực thu đạt trên 60 tạ/ha.
  • Xác định công thức kỹ thuật tối ưu cho vụ Mùa là mật độ 50 khóm/m2 kết hợp mức bón 100 kg N + 100 kg P2O5 + 100 kg K2O/ha, giúp tiết kiệm chi phí phân bón và kiểm soát dịch hại.
  • Chứng minh giống lúa thuần Đông A1 có khả năng kháng bệnh bạc lá vượt trội (điểm 3 so với điểm 7-9 của Bắc Thơm 7) và cho năng suất vượt trội từ 15% đến 20%.
  • Cung cấp cơ sở dữ liệu thực chứng cho các cơ quan khuyến nông hoàn thiện quy trình canh tác và giúp nông dân cắt giảm từ 15% đến 20% chi phí phân bón vô cơ dư thừa.
  • Đề ra định hướng giai đoạn 2017 - 2020 mở rộng quy mô sản xuất giống Đông A1 lên 3.000 ha tại tỉnh Thái Bình nhằm phát triển thương hiệu lúa gạo chất lượng cao.

Để nâng cao năng suất và gia tăng lợi nhuận kinh tế trên mỗi hecta đất canh tác, các hợp tác xã nông nghiệp và bà con nông dân hãy áp dụng ngay gói quy trình kỹ thuật mật độ và phân bón chuẩn hóa này trong vụ sản xuất kế tiếp.