CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU NGHIÊN CỨU 1.1 Cơ sở khoa học của đề tài Hầu hết các quá trình sinh lý trong cây như sinh trưởng phát triển và quá trình hình thành năng suất đều chịu ảnh hưởng sâu sắc của sự thiếu hụt nước trong đất và trong cây. Tuy nhiên, phản ứng của các giống cây trồng khác nhau đối với hạn không giống nhau. Trong cùng một điều kiện hạn như nhau nhưng một số giống vẫn sinh trưởng bình thường hoặc chỉ giảm một phần năng suất, nhưng cũng có những giống thì giảm mạnh, thậm chí có giống còn không cho thu hoạch. Như vậy là các giống khác nhau đã có những đặc trưng chống chịu khác nhau và do đó các giống cũng có cơ chế chịu hạn khác nhau.
Chính vì vậy khâu giống là một khâu rất quan trọng trong sản xuất trồng trọt. Mỗi vùng, mỗi thời vụ, điều kiện khí hậu thổ nhưỡng cần có những giống phù hợp với điều kiện đó. Để đánh giá và chọn tạo lúa cạn cần nắm rõ khái niệm về lúa cạn và đặc điểm chịu hạn ở cây lúa 1.1 Khái niệm về lúa cạn Theo nghiên cứu của các tác giả trên thế giới và Việt Nam đều cho rằng nguồn gốc lúa cạn là do từ lúa nước, trong quá trình sống của mình đã chuyển từ dưới nước lên cạn do yêu cầu của con người. Tuy lúa là cây trồng thích ứng rộng 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 cạn sống ở những nơi khó khăn, không có nguồn nước tưới, hoàn toàn dựa vào nước trời trên những chân đất nương, bãi, ruộng bậc thang hoặc những mặt bằng với độ dốc khác nhau từ 0 đến 400 [8]. Tác giả Bùi Huy Đáp (1978) định nghĩa: “Lúa cạn là loại lúa gieo trồng 13 n trên đất cao, như là các loại hoa màu trồng cạn khác, không tích nước trong ruộng và hầu như không bao giờ được tưới thêm. Nước cho lúa chủ yếu do nước mưa cung cấp và được giữ lại trong đất” [4]. Theo Nguyễn Thị Lẫm (2003), thì lúa cạn được chia thành hai loại: Lúa cạn cổ truyền: được nông dân Tây Bắc, Việt Bắc,… canh tác lâu đời trên nương rẫy theo dạng định canh hoặc du canh.
Năng suất lúa canh tác theo hình thức này không ổn định, giảm theo độ phì đất. Lúa không chủ động nước hoặc sống nhờ nước trời: loại này được phân bố trên nương bằng, chân đồi, soi bãi có độ dốc nhỏ hơn 50, có đắp bờ hoặc không đắp bờ, hoặc trên ruộng bậc thang đã được gia cố, nhưng cũng dễ bị mất nước sau khi mưa một thời gian ngắn. Những giống lúa cạn gieo trên chân ruộng này là những giống lúa cạn mới lai tạo, có khả năng chịu hạn trong những giai đoạn nhất định, hiệu suất sử dụng nước cao. Những giống lúa cạn khác với lúa nước ở khả năng lấy nước một cách tích cực trong điều kiện thiếu nước nhờ những đặc điểm quý như bộ rễ phát triển mạnh, rễ to mập, ăn sâu, phần vỏ rễ dầy,… Những giống lúa cạn là những giống khi bị hạn ở một số giai đoạn sinh trưởng nhất định không làm ảnh hưởng nhiều đến năng suất và khi gặp khô hạn trong quá trình sinh sống thì mức độ giảm năng suất ít hơn nhiều so với những giống lúa nước cũng ở điều kiện đó.
Còn khi gặp đìều kiện có nước, được thâm canh đầy đủ thì năng suất khá hơn [8].2 Đặc tính chống chịu hạn ở cây lúa Sự thể hiện tính chống chịu khô hạn được quan sát thông qua những tính trạng cụ thể như hình thái rễ, lá, chồi thân, phản ứng co nguyên sinh, bao phấn, quá trình trỗ bông, v.v… Những tính trạng như vậy gọi là tính trạng thành phần. Khả năng chống chịu hạn thể hiện ở tất cả các đặc tính về khả năng hút nước, giữ nước và sử dụng nước tiết kiệm [23]: 14 n - Khả năng làm giảm sự bốc thoát hơi nước thông qua hoạt động sinh lý gồm khả năng điều chỉnh đóng mở khí khổng thông qua độ cuốn của lá, làm giảm diện tích lá, có lông che phủ hoặc lớp cutin dày tạo hàng rào ngăn cản sự mất nước qua khí khổng. - Khả năng duy trì sự cung cấp nước thông qua bộ rễ phát triển, ăn sâu, mật độ rễ cao; có khả năng giảm thế thẩm thấu bằng tích luỹ chất vô cơ, hữu cơ. - Có khả năng duy trì tính nguyên vẹn về cấu trúc và chức năng sinh lý của tế bào và các cơ quan tử, đảm bảo độ nhớt và tính đàn hồi của chất nguyên sinh.
Ngoài ra khả chịu hạn còn thông qua thời gian sinh trưởng ngắn giúp cây có thể né tránh được hạn cuối vụ, hoặc đầu vụ. Như vậy khả năng chịu hạn của lúa cạn phụ thuộc vào giống và chịu tác động bởi yếu tố ngoại cảnh như khí hậu, đất đai. Việc nghiên cứu lựa chọn các giống lúa cạn thích hợp cho từng vùng là một yêu cầu cấp thiết để tăng năng suất lúa cạn.2 Tình hình sản xuất và nghiên cứu lúa cạn trong nước và trên thế giới 1.1 Tình hình sản xuất và nghiên cứu lúa cạn trên thế giới 1.1 Tình hình sản xuất lúa cạn trên thế giới Lúa cạn chiếm tỷ trọng không lớn so với diện tích lúa thế giới. Năm 1974 là 22,7 triệu ha.
Hiện nay trên toàn thế giới có khoảng 150 triệu ha trồng lúa cung cấp trên 600 triệu tấn thóc mỗi năm, trong đó vùng trồng lúa được tưới thường xuyên vào khoảng 79 triệu ha (chiếm 52,7 %), diện tích trồng lúa bị hạn là 54 triệu ha (chiếm 36%), diện tích đất dốc được tưới tràn là 11 triệu ha (chiếm 7,33%) và diện tích lúa cạn là 14 triệu ha (chiếm 9,33%) [8]. Diện tích lúa cạn phân bố không đều, tập trung chủ yếu ở Châu Á, Châu Mỹ La Tinh và Châu phi. Năng suất lúa cạn trên thế giới còn thấp, 15 n bình quân đạt 1 tấn/ha. Những vùng thuận lợi ở Châu Mỹ Latinh có thể đạt 2,5 tấn/ha [14].1 Tình hình sản xuất lúa cạn trên thế giới Châu lục trên thế giới Diện tích (nghìn ha) Sản lượng (nghìn tấn) Châu Á 12.793 Châu Mỹ Latinh 6.803 (Trích theo tài liệu số [8]) Trong từng khu vực, diện tích gieo trồng lúa cạn ở các nước cũng khác nhau.
Những nước trồng nhiều như Ấn Độ, Brazil, Indonesia, Bangladesh. Về tỷ lệ diện tích lúa cạn so với lúa nước ở từng quốc gia cũng khác nhau, có nước trồng 100% diện tích lúa cạn như Liberia, Togo (96%), Venezuela (90%),…[14]. Ở Châu Á khoảng 50% đất trồng lúa là canh tác nhờ nước trời, mặc dù năng suất lúa ở những vùng có tưới đã tăng gấp 2 đến 3 lần so với 30 năm trước đây, nhưng ở vùng canh tác nhờ nước trời năng suất tăng lên ở mức rất nhỏ, bởi vì những vùng này sử dụng giống lúa cải tiến rất khó khăn do môi trường không đồng nhất và biến động. Một phần bởi vì có rất ít giống lúa chịu hạn [23].
Theo Pandey và Khiêm (2002) lúa cạn ở vùng Đông Nam Á có khoảng 50 triệu ha, với hơn 100 triệu người sống nhờ vào canh tác lúa cạn. Ở một số tính miền núi thì lúa cạn đóng vai trò chủ đạo trong sản xuất, ví dụ ở vùng miền núi phía Bắc Việt nam, lúa cạn chiếm 46% giá trị sản xuất lương thực (Minot và cs, 2006) [24]. 16 n Năng suất lúa bị thiệt hại do hạn hán là khá cao ở phía Đông Bắc Thái Lan, phía Đông Ấn Độ, Bangladesh và Indonesia, năng suất giảm ước tính từ 13% -35% (Jongdee và cs. Nông dân ở vùng cao phần lớn là người nghèo, tỷ lệ đó ở Lào chiếm 52%, 59% ở Việt Nam, 68% ở Nepal, 45% ở miền Bắc Ấn Độ, tỷ lệ đói nghèo đến nay đã vượt quá mức trung bình của các quốc gia tương ứng.
Ngoài ra nghèo đói ở vùng cao thường do mất an ninh lương thực theo mùa và kinh niên (Minot và cs, 2003, Pandey và cs, 2005). Ở vùng sâu, vùng xa ở Lào, Nelpal, Ấn Độ, Việt Nam sản xuất gạo thường không đủ để đáp ứng tiêu dùng trong vùng. Ở Việt nam, nhu cầu về gạo của gần 1/3 hộ gia đình vượt quá khả năng sản xuất của địa phương (Pandey và Khiêm, 2001), mặc dù Việt Nam là nước xuất khẩu gạo lớn [22]. Dân số ở vùng cao tăng nhanh gây áp lực lên các nguồn tài nguyên, thời gian bỏ hoang giảm, độ màu mỡ của đất suy giảm, tăng xói mòn và suy thoái môi trường.
Năng suất cây trồng giảm dẫn đến sự xâm lấn rừng để canh tác. Quá trình này diễn ra càng làm gia tăng sự nghèo đói và mất an ninh lương thực. Vậy đảm bảo an ninh lương thực cho vùng cao là một giải pháp để bảo vệ các nguồn tài nguyên. Vấn đề đặt ra là phải có bộ giống tốt và có các dịch vụ hỗ trợ nông nghiệp (phân bón, thuốc bảo vệ thực vật, tín dụng,…) để tăng năng suất lúa cạn lên.2 Tình hình nghiên cứu lúa cạn trên thế giới ● Phương pháp đánh giá tính chịu hạn Theo B.
Rubin [12] có 4 phương pháp đánh giá chủ yếu đó là: 1- Phương pháp đánh giá ngoài đồng ruộng. Đây là phương pháp đánh giá trực tiếp trong điều kiện tự nhiên, là phương pháp đáng tin cậy nhất nhưng đòi hỏi nhiều công phu và thời gian dài bởi vì hạn không thường xuyên xảy ra hàng năm. 17 n 2- Phương pháp trồng trong nhà hạn do L.X Livinov (1933) đề xuất, tạo nên khu vực hạn bằng cách đào 1 mương sâu 80cm, sau đó đặt lên một khung gỗ để khi có mưa thì căng lên một tấm bạt không thấm nước. Phương pháp này cồng kềnh và khả năng di động kém nên không phổ biến rộng rãi.
3- Phương pháp gây héo do I.I Tumanov (1929) đề nghị, phương pháp này dựa trên cơ sở của quá trình khủng hoảng nước khi trồng cây trong bình sinh dưỡng tưới không đủ nước. Tuy nhiên đây cũng là phương pháp chưa hoàn chỉnh vì nó đã bỏ qua vai trò của bộ rễ. 4- Phương pháp đánh giá tính chịu nóng trong phòng khô. Đây là phương pháp đánh giá khả năng của chất nguyên sinh trong tế bào chống lại các tác động của nhiệt độ và sự thoát hơi nước trong điều kiện nhiệt độ cao và ẩm độ ngày càng thấp và tốc độ gió gây hạn không khí cao.
Tuy nhiên nếu tiến hành đơn độc các phương pháp trên đều có những nhược điểm nhất định, vì vậy Ghenken P.A (1956) đã xây dựng các phương pháp gián tiếp để đánh giá tính chịu hạn và chịu nóng của cây dựa trên cơ sở của mối quan hệ giữa các đặc điểm hình thái với các tính chất sinh lý của chúng.