Chương 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1. Hạn hán và những ảnh hưởng bất lợi của hạn hán đối với cây trồng 1. Những thiệt hại của ngành trồng trọt do hạn hán gây ra Nền nông nghiệp toàn cầu trong thế kỷ 21 đang phải đối mặt với một thách thức khó khăn là cần phải tăng năng suất cây trồng lên gần 70% để có thể đáp ứng nhu cầu lương thực cho khoảng 9,7 tỷ người vào năm 2050 [24], [59].
Tuy nhiên, mục tiêu tăng năng suất cây trồng gặp phải nhiều thách thức docác khu vực canh tác đang ngày càng bị ảnh hưởng bởi các yếu tố ngoại cảnh bất lợi. Trong số các yếu tố bất lợi phi sinh học khác nhau thách thức tới sản xuất cây trồng trên toàn cầu, thì hạn hán là yếu tố ảnh hưởng tiêu cực nhất đang diễn ra ở hầu khắp các lục địa [59], [102], [106], [110]. Cùng với đó, sự ấm lên toàn cầu do biến đổi khí hậu (Hình 1.1) đang là nguyên nhân làm cho diện tích hạn hán trên thế giới được dự đoán có khả năng sẽ vượt quá 20% vào cuối thế kỷ này, đặc biệt ở vùng Trung và Nam Mỹ, các khu vực Trung và Tây Âu, và khu vực Nam Á [59]. Ở khu vực Nam Á, nơi có hơn 75% nông dân làm nông nghiệp phụ thuộc vào lượng mưa đã bị thiệt hại khoảng 84 tỷ USD được cho là do biến đổi khí hậu toàn cầu.
Hầu hết các loại cây trồng nhạy cảm với hạn hán, dẫn đến năng suất bị thiệt hại hơn 50% [109]. Khu vực Châu Phi bị ảnh hưởng nghiêm trọng bởi hạn hán gần như cứ sau 12 năm, nhưng thiệt hại nhất là vào giai đoạn 2009 – 2011 [102]. Trong khi đó, ở khu vực Đông Nam Á, hạn hán gây thiệt hại khoảng 40% năng suất cây trồng hàng năm [64]. Ngoài ra, biến đổi khí hậu cũng đã ảnh hưởng trực tiếp tới năng suất cây trồng cũng như vật nuôi ở khu vực Địa Trung Hải và Trung Đông [109].
6 luan an Hình 1. Biểu đồ nhiệt độ trên thế giới. Chú thích: Cập nhật ngày 03/07/2018 tại http://madriver.me/weather-world- map.html/current-weather-maps-weathercom-map-and-world-temperature-best-of-at. Hạn hán đã và đang xảy ra trên tất cả các châu lục trên thế giới với cường độ và tần suất khác nhau.
Khoảng 17% diện tích đất canh tác toàn cầu bị ảnh hưởng bởi hạn hán trong giai đoạn 1980 – 2006. Hạn hán chủ yếu ảnh hưởng tới cây trồng phụ thuộc vào lượng nước mưa tự nhiên, chiếm 80% tổng diện tích canh tác trên toàn thế giới [59]. Theo nghiên cứu của [94], có ít nhất 23 triệu hecta lúa nước ở khu vực châu Á (chiếm 20% tổng diện tích lúa trên thế giới) được canh tác trong điều kiện dễ bị hạn hán. Ở Pakistan, khoảng 33% lúa mỳ, 27% ngô, 56% cao lương và kê, 52% lúa mạch, 77% đậu gà, 84% lúa mạch, 24% cải dầu và mù tạt, và 100% cây thầu dầu là được canh tác trong điều kiện phụ thuộc vào nước mưa và do đó bị ảnh hưởng nặng nề bởi hạn hán [40].
Trong khi đó, phần diện tích canh tác bị ảnh hưởng vĩnh viễn bởi hạn hán trên thế giới được ước tính là khoảng 28% đối với cao lương, 20% lúa mỳ, 19% lúa mạch và 19% ở ngô [102], [106]. Các tỷ lệ phần trăm khác nhau đáng kể giữa các khu vực và từng năm (Bảng 1. 7 luan an Bảng 1. Diện tích canh tác của một số cây trồng bị ảnh hưởng bởi hạn hán trên thế giới Diện tích cây trồng bị Loại cây trồng Vùng ảnh hưởng bởi hạn hán (%) Lúa mạch (Hordeum vulgare L.) Australia 65-70 Nam Mỹ 50 Ngô (Zea mays L.) Đông Á 50 Châu Âu 60 Lúa (Oryza sativa L.) Đông Nam Á 65 Châu Phi 80 Lúa mỳ (Triticum aestivum L.) Nam Mỹ 47 Nam Á 65 Nguồn: [102] Hơn nữa, hạn hán cũng ảnh hưởng đến tổng năng suất cây trồng, sự ảnh hưởng này thay đổi theo từng vùng và mùa vụ và sự xuất hiện của stress khác như nhiệt độ cao (Bảng 1.
Theo công bố của [102] ước tính rằng, khoảng 36% tổng sản lượng cây trồng ở miền Đông Ấn Độ bị mất do hạn hán. Đặc biệt, biến đổi khí hậu toàn cầu làm gia tăng sự xuất hiện và mức độ nghiêm trọng của hạn hán, trong đó nhiệt độ tăng làm gia tăng sự bốc hơi nước. Số liệu ghi nhận Bảng 1.2 cho thấy, hạn hán đã làm giảm năng suất của một số cây trồng quan trọng như lúa, ngô, đậu tương, đậu gà, lạc, ngô,. ở một số nước trên thế giới.
Theo dự báo thì tình trạng hạn hán sẽ còn nghiêm trọng hơn trong những năm tới và các khu vực bị ảnh hưởng bởi hạn hán có thể tăng gấp đôi vào năm 2050. Các khu vực bị ảnh hưởng nhất trên thế giới có thể bao gồm Bắc và Trung 8 luan an Mỹ, Nam Trung Quốc và Nam Brazil. Tính chất thất thường và không thể đoán trước của chu kỳ hạn hán và lũ lụt cũng sẽ tăng lên [33], [102]. Ảnh hưởng của hạn hán đến năng suất của các cây trồng ở một số nước trên thế giới Loại cây trồng Năng suất giảm (%) Quốc gia Thầu dầu (Ricinus communis L.) 60 Pakistan Đậu tương (Glycine max L.) 46-71 Jordan 15 Pakistan Đậu gà (Cicer arietinum L.) 50-80 Pháp Lạc (Arachis hypogea L.) 55-72 Ấn Độ 43-80 Iran Ngô (Zea mays L.) 48 Cộng hòa Séc Khoai tây (Solanum tuberosum L.) 89 Cộng hòa Séc Lúa (Oryza sativa) 42-46 Ấn Độ Lúa mạch đen (Secale cereale L.) 52 Cộng hòa Séc Cao lương (Sorghum bicolor L.) 17 Pakistan Nguồn: [33], [102] Trong khi đó, Việt Nam cũng là nước chịu tác động không nhỏ bởi sự biến đổi khí hậu toàn cầu (Hình 1.
Tình trạng khô hạn cũng đã và đang ảnh hưởng trực tiếp tới sản xuất nông nghiệp Việt Nam. Theo [8], các vùng sản xuất nông nghiệp chính của Việt Nam hàng năm đều phải đối mặt với nhiều đợt hạn lớn, có thời điểm hạn đã ảnh hưởng tới 60% diện tích canh tác của các vùng sản xuất. Dựa theo báo cáo của Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn tính đến cuối tháng 3/2014, hơn 26 nghìn hecta diện tích cây trồng vụ Đông Xuân năm 9 luan an 2013 – 2014 bị thiếu nước, tập trung chủ yếu ở các tỉnh phía nam như Đắk Lắk, Ninh Thuận và Bình Phước, chỉ tính riêng tỉnh Ninh Thuận là 2.2), gồm 501 hecta bị thiệt hại 100%, 1.578 hecta bị giảm năng suất [2]. Bản đồ diện tích khô hạn tỉnh Ninh Thuận năm 2014-2016 (Nguồn: http://kttvntb.aspx?d=579) Gần đây hơn, từ đầu vụ sản xuất Hè Thu 2019, ở khu vực Trung Bộ, nắng nóng gần như xảy ra liên tiếp cùng với đó là sự thiếu hụt lượng mưa, dòng chảy nên một số tỉnh đã xảy ra tình trạng hạn hán, thiếu nước.
Hàng chục nghìn hecta lúa và cây trồng quan trọng khác tiếp tục đối mặt với tình trạng hạn hán phải điều chỉnh kế hoạch sản xuất, thậm chí có diện tích mất trắng (https://dantocmiennui.vn/xa-hoi/san-xuat-nong-nghiep- doi-dien-voi-han-han-gia-tang/234339. Qua đây có thể thấy, hạn hán là một trong những nguyên nhân gây thiệt hại đáng kể nhất cho năng suất cây trồng và an ninh lương thực trên toàn cầu. Hạn hán và nguyên nhân gây ra hạn hán ở cây trồng Thực vật là một trong những loài sinh vật tự nhiên thường xuyên tiếp xúc với các bất lợi môi trường khác nhau bao gồm cả bất lợi sinh học và phi sinh học. Hạn là một trong những bất lợi phi sinh học quan trọng nhất ảnh hưởng tiêu cực tới quá trình sinh trưởng và phát triển của thực vật.
Hạn được biết tới như là một đặc trưng thường xuyên xuất hiện của khí hậu ở hầu hết các khu vực, đặc biệt là khu vực khô cằn và bán khô cằn; và các đặc điểm của nó có thể rất khác nhau từ vùng này sang vùng khác. Hạn là một thuật ngữ chung để mô tả các hiện tượng khí quyển hoặc thời tiết và thường được giải thích là khoảng thời gian không có mưa. Hạn rất khó để xác định; nó có thể được mô tả dựa trên một số quan điểm thông qua việc quan sát các thấu kính khí tượng, nông nghiệp, thủy văn và kinh tế xã hội. Nói chung, dựa trên quan điểm của nông nghiệp và sinh lý, thì hạn xảy ra khi lượng nước có sẵn cho cây trồng bị giảm do độ ẩm của đất thấp tại một thời điểm nhất định [24], [33], [102], [106].
Mặt khác, bất lợi về nước (hay sự thiếu hụt nước) trong thực vật xảy ra khi tốc độ thoát hơi nước từ bề mặt lá cao hơn sự hấp thụ nước của rễ. Sự mất cân bằng trong quá trình hấp thụ nước và mất nước từ thực vật chủ yếu xảy ra khi tiềm năng nước của đất thấp hơn tiềm năng nước của rễ cây. Hầu hết các điều kiện khí quyển gây ra tình trạng thiếu nước liên tục là do sự thoát hơi nước hoặc bốc hơi. Bởi vậy, hạn trong nông nghiệp chỉ xuất hiện sau một đợt hạn khí tượng.
Nhìn chung, trong điều kiện bình thường thì hạn là một thảm họa thiên tai đối với nhiều khu vực và nó lại càng trở thành vấn đề rất quan trọng khi con người sử dụng nước một cách lãng phí. Ngoài ra, một số vùng lượng mưa là vừa đủ nhưng lượng mưa không đồng nhất dẫn đến sự bất lợi về nước ở thực vật. Nhìn nhận một cách thực tế, hạn xảy ra ở tất cả các nước phát triển cũng như đang phát triển, và tất cả xã hội đều phải chịu tác động của hiện tượng tự nhiên này [33], [102], [106]. 11 luan an Ngày nay, sự biến đổi khí hậu toàn cầu đã làm thay đổi lượng mưa ở nhiều vùng trên thế giới, từ đó dẫn đến sự gia tăng về nhiệt độ và lượng cacbon điôxít (CO2).
Tuy nhiên, cũng có nhiều nguyên nhân khác gây ra hiện tượng stress hạn ở cây trồng như nhiệt độ cao, cường độ chiếu sáng mạnh, gió khô, tất cả chúng đều làm tăng sự bốc hơi nước từ đất. Ngoài ra, các yếu tố này cũng làm tăng sự mất nước từ cây và từ đó làm cho chúng bị thiếunước. Đôi khi, stress hạn không thực sự xuất hiện do sự thiếu hụt nước trong môi trường. Trong một số trường hợp, mặc dù có đủ lượng nước trong đất nhưng một số tác nhân ở đất như độ mặn cao, nhiệt độ đất thấp, và ngập úng đã ức chế và làm giảm sự hấp thụ nước của rễ và sau đó dẫn tới stress về nước trong cây trồng.
Loại stress hạn này được gọi là hạn giả hay hạn sinh lý và điều kiện khí quyển không phải là yếu tố quyết định trong trường hợp này [83], [106]. Các triệu chứng hạn khác nhau ở cây trồng là do tùy thuộc vào loài thực vật, giai đoạn phát triển, điều kiện sinh trưởng và các yếu tố môi trường khác.