Tổng quan nghiên cứu

Việt Nam hiện là một trong những quốc gia xuất khẩu gạo hàng đầu thế giới với sản lượng xuất khẩu bình quân hàng năm đạt khoảng 6 đến 7 triệu tấn, chiếm xấp xỉ 30% tổng lượng gạo giao dịch trên toàn cầu. Tuy nhiên, giá trị hạt gạo xuất khẩu của nước ta thường thấp hơn từ 50 đến 100 USD/tấn so với sản phẩm cùng loại của Thái Lan hay Ấn Độ do phần lớn diện tích canh tác vẫn sử dụng các giống lúa Indica phẩm cấp trung bình, thiếu hụt các dòng lúa chất lượng cao phục vụ phân khúc cao cấp. Trong khi đó, nhóm giống lúa Japonica hạt tròn hiện chiếm khoảng 20% tổng diện tích lúa toàn cầu và 12% thị phần xuất khẩu quốc tế với giá bán cao gấp 2 đến 3 lần gạo thông thường, đạt từ 800 đến 1.000 USD/tấn.

Tại huyện vùng cao biên giới Xín Mần, tỉnh Hà Giang, địa hình đồi núi dốc đứng với độ cao trung bình từ 600 m đến 1.200 m so với mực nước biển cùng nền nhiệt độ trung bình năm chỉ dao động từ 20,8°C đến 22,3°C đã tạo nên những rào cản khí hậu lớn cho cây lúa thuần nhiệt đới. Trong tổng số 26.690,35 ha đất nông nghiệp toàn huyện, diện tích gieo trồng lúa chỉ chiếm 3.075,42 ha với năng suất bình quân khiêm tốn đạt khoảng 53,2 tạ/ha. Tập quán canh tác manh mún, lạm dụng phân bón không cân đối và mật độ cấy chưa chuẩn xác đã hạn chế nghiêm trọng tiềm năng kinh tế của vùng đất dốc.

Xuất phát từ thực tiễn trên, đề tài luận văn thạc sĩ khoa học cây trồng của tác giả Ngô Văn Tăng được thực hiện nhằm so sánh, tuyển chọn giống lúa Japonica ưu việt và xác định liều lượng đạm bón cùng mật độ cấy chuẩn xác cho giống lúa J02. Nghiên cứu được triển khai tại xã Thèn Phàng, huyện Xín Mần trong hai vụ liên tiếp gồm vụ Mùa năm 2016 và vụ Xuân năm 2017.

Ý nghĩa thực tiễn cốt lõi của công trình là xây dựng thành công gói kỹ thuật thâm canh giúp nâng cao năng suất thực thu của giống lúa J02 đạt mức 67,8 đến 69,2 tạ/ha, vượt 22,1% so với giống đối chứng ĐS1, mang lại hiệu quả kinh tế cao nhất đạt 46,9 triệu đồng/ha, tạo động lực chuyển đổi từ sản xuất tự cung tự cấp sang canh tác lúa hàng hóa giá trị cao cho đồng bào các dân tộc thiểu số địa phương.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng dựa trên nền tảng lý thuyết phân loại học và sinh thái học nông nghiệp của loài lúa trồng châu Á (Oryza sativa L.), bao gồm ba loài phụ chính là Indica, Japonica và Javanica. Theo các nghiên cứu kinh điển của Kato và Viện Nghiên cứu Lúa Quốc tế (IRRI), loài phụ Japonica sở hữu đặc tính chịu lạnh xuất sắc với ngưỡng nhiệt sinh trưởng thấp ở mức xung quanh 15°C, chiều cao cây thấp đến trung bình, thân cứng chống đổ ngã, bản lá to màu xanh đậm, hàm lượng amylose thấp từ 14% đến 17% kết hợp hàm lượng amylopectin cao giúp hạt cơm mềm dẻo, đậm đà và có hương thơm đặc trưng.

Khung lý thuyết thứ hai được vận dụng là quy luật mật độ và năng suất quần thể cây trồng của Holiday và mô hình động thái đẻ nhánh của Yoshida. Mối quan hệ giữa mật độ gieo cấy và năng suất lúa biểu diễn theo dạng đường cong parabol, trong đó việc tăng mật độ vượt ngưỡng tới hạn sẽ làm giảm số hạt chắc trên bông do sự cạnh tranh gay gắt về ánh sáng và dinh dưỡng khoáng giữa các cá thể.

Bên cạnh đó, nguyên lý dinh dưỡng khoáng cân đối của De Datta và quy luật khủng hoảng dinh dưỡng trong hai giai đoạn đẻ nhánh và làm đòng chỉ rõ cây lúa cần được cung cấp lượng đạm tối ưu để phát triển diện tích lá tối đa nhưng không gây lốp đổ hay kéo dài thời gian sinh trưởng. Các khái niệm trung tâm bao gồm: Chỉ số diện tích lá (LAI), Khối lượng tích lũy chất khô (DM), Năng suất lý thuyết (NSLT), Năng suất thực thu (NSTT) và Hiệu suất sử dụng phân đạm (Kkt).

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu của luận văn được thu thập trực tiếp qua hai thí nghiệm đồng ruộng có kiểm soát tại cánh đồng thôn Khâu Tinh, xã Thèn Phàng, huyện Xín Mần kết hợp chuỗi dữ liệu khí tượng quan trắc từ Trạm Khí tượng Hoàng Su Phì.

Thí nghiệm 1 tiến hành trong vụ Mùa 2016 nhằm so sánh 5 giống lúa Japonica gồm ĐS1 (làm đối chứng), J02, TBJ3, ĐS3 và J01. Thí nghiệm được bố trí theo khối ngẫu nhiên hoàn chỉnh (RCB) gồm 5 công thức với 3 lần nhắc lại, diện tích mỗi ô thí nghiệm là 20 m2, tổng diện tích khu thí nghiệm 500 m2. Cỡ mẫu điều tra sinh trưởng là 10 khóm trên mỗi ô thí nghiệm, lấy mẫu theo phương pháp đường chéo 5 điểm với tần suất định kỳ 5 ngày một lần.

Thí nghiệm 2 triển khai trong vụ Xuân 2017 nhằm đánh giá ảnh hưởng tương tác giữa 3 mật độ cấy (M1: 35, M2: 40, M3: 45 khóm/m2) và 4 mức phân đạm bón (N1: 0, N2: 50, N3: 80, N4: 110 kg N/ha) trên giống lúa J02. Thí nghiệm được thiết kế theo kiểu ô lớn - ô nhỏ (Split-plot) với 3 lần nhắc lại gồm 36 ô thí nghiệm, diện tích mỗi ô nhỏ là 12 m2, tổng diện tích mặt bằng 600 m2. Nền phân bón chung cho tất cả các công thức gồm 8 tấn phân chuồng + 420 kg vôi bột + 90 kg P2O5 + 70 kg K2O/ha. Cỡ mẫu theo dõi là 5 khóm/ô lấy ngẫu nhiên theo đường chéo 5 điểm với chu kỳ đo đếm 7 ngày/lần.

Toàn bộ số liệu thực nghiệm được xử lý thống kê sinh học qua phương pháp phân tích phương sai (ANOVA) bằng phần mềm chuyên dụng IRRISTART phiên bản 5.0 nhằm kiểm định sai khác có ý nghĩa thống kê ở mức xác suất p < 0,05 (LSD0,05 và CV%). Việc lựa chọn IRRISTART 5.0 là hoàn toàn xác đáng vì đây là công cụ chuẩn mực quốc tế do IRRI thiết kế riêng cho các mô hình thí nghiệm nông học Split-plot và RCB, giúp loại bỏ tối đa các sai số ngẫu nhiên do biến dị đồng ruộng vùng cao.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Thứ nhất, qua thí nghiệm so sánh giống vụ Mùa 2016, tất cả 5 giống lúa Japonica đều thể hiện khả năng thích ứng tốt với thời gian sinh trưởng ngắn từ 130 đến 138 ngày. Trong đó, giống J02 nổi bật với thời gian sinh trưởng ngắn nhất là 130 ngày (sớm hơn giống đối chứng ĐS1 khoảng 8 ngày), chiều cao cây cuối cùng đạt 114,5 cm, đẻ nhánh khỏe và tập trung với số nhánh hữu hiệu đạt từ 205,5 đến 330 nhánh/m2. Giống J02 đạt năng suất thực thu cao nhất với 69,2 tạ/ha, vượt trội hơn giống đối chứng ĐS1 tới 22,1%.

Thứ hai, mật độ cấy trong khoảng từ 35 đến 45 khóm/m2 không làm thay đổi tổng thời gian sinh trưởng của giống lúa J02 nhưng có tác động rõ rệt đến động thái đẻ nhánh và cấu trúc bông. Mật độ cấy dày 45 khóm/m2 cho số bông trên đơn vị diện tích cao nhất, giúp bù đắp sự suy giảm nhẹ về số hạt trên bông của từng cá thể và mang lại năng suất tổng thể vượt trội so với mật độ 35 khóm/m2.

Thứ ba, mức phân đạm bón có mối tương quan thuận với thời gian sinh trưởng và chỉ số diện tích lá (LAI). Khi tăng lượng đạm từ 0 kg N/ha lên 110 kg N/ha, thời gian sinh trưởng của giống J02 tại Xín Mần bị kéo dài thêm từ 2 đến 6 ngày. Tuy nhiên, năng suất lúa không tăng tuyến tính vô hạn mà đạt đỉnh tại mức bón 80 kg N/ha.

Thứ tư, công thức phối hợp giữa mật độ cấy 45 khóm/m2 và lượng đạm bón 80 kg N/ha (kết hợp 90 kg P2O5, 70 kg K2O, 8 tấn phân chuồng và 420 kg vôi bột) trong vụ Xuân 2017 đã ghi nhận năng suất thực thu cao nhất đạt 67,8 tạ/ha, tăng hơn 38% so với công thức đối chứng không bón đạm. Về mặt kinh tế, công thức này mang lại tổng thu nhập thuần cao nhất toàn bộ thí nghiệm, đạt 46,9 triệu đồng/ha. Mức độ nhiễm các loại sâu bệnh hại chính như sâu cuốn lá, sâu đục thân và bệnh khô vằn đều ở mức rất nhẹ, chỉ từ điểm 1 đến điểm 3 theo thang phân cấp của IRRI.

Thảo luận kết quả

Sở dĩ giống lúa J02 đạt năng suất cao vượt trội là nhờ bộ rễ phát triển khỏe, khả năng oxy hóa rễ mạnh mẽ của dòng Japonica cùng hoạt tính cao của các enzyme catalase và peroxidase, giúp cây chống chịu tốt với điều kiện nhiệt độ thấp vùng cao. Khi bón đạm ở mức 80 kg N/ha, chỉ số diện tích lá LAI đạt trạng thái tối ưu ở giai đoạn trỗ bông, tạo điều kiện cho quá trình quang hợp tích lũy chất khô diễn ra mạnh mẽ nhất về hạt.

Ngược lại, khi nâng lượng đạm lên mức cực đại 110 kg N/ha, quần thể cây phát triển quá rậm rạp làm giảm độ thông thoáng, tăng độ che khuất giữa các tầng lá, dẫn đến hiệu suất quang hợp thuần giảm và làm giảm tỷ lệ hạt chắc. Hiện tượng này hoàn toàn trùng khớp với định luật tiệm tiến của Holiday và các kết quả nghiên cứu trước đây của Lục Minh Thắng tại huyện Bắc Quang, Hà Giang khi năng suất lúa J02 đạt đỉnh ở mức bón cân đối 90 kg N/ha kết hợp mật độ 45 khóm/m2 đạt 63,3 đến 66,6 tạ/ha.

Về phương diện trực quan hóa dữ liệu học thuật, sự biến thiên năng suất và tương tác đa nhân tố giữa 3 mức mật độ và 4 liều lượng phân đạm có thể được biểu diễn một cách sinh động thông qua biểu đồ đường tương tác hai chiều (Two-way interaction plot). Song song đó, động thái tích lũy chất khô qua các giai đoạn đẻ nhánh rộ, trỗ bông và chín sáp nên được tóm tắt bằng biểu đồ cột nhóm kết hợp bảng số liệu phân tích phương sai ANOVA chi tiết nhằm làm nổi bật sai khác có ý nghĩa thống kê giữa các nghiệm thức.

Đề xuất và khuyến nghị

Thứ nhất, chuyển đổi và mở rộng cơ cấu giống lúa: Ủy ban nhân dân huyện Xín Mần cùng Phòng Nông nghiệp và Phát triển nông thôn cần ban hành kế hoạch mở rộng diện tích gieo cấy giống lúa thuần Japonica J02 lên quy mô từ 500 đến 1.000 ha trong giai đoạn 2018 đến 2020. Giải pháp này nhằm thay thế dần các giống lúa lai nhập nội chi phí cao và các giống lúa thuần thoái hóa, hướng tới mục tiêu nâng tỷ lệ lúa chất lượng cao toàn huyện lên trên 40% tổng diện tích gieo cấy.

Thứ hai, chuẩn hóa quy trình kỹ thuật bón phân thâm canh: Trung tâm Khuyến nông tỉnh Hà Giang và Trạm Khuyến nông huyện Xín Mần cần ban hành sổ tay hướng dẫn thâm canh chuẩn cho giống J02. Định mức bón tối ưu trên mỗi hecta được xác lập nghiêm ngặt gồm: 80 kg N + 90 kg P2O5 + 70 kg K2O kết hợp nền 8 tấn phân chuồng hoai mục và 420 kg vôi bột. Kỹ thuật bón phân phải thực hiện đúng tỷ lệ: bón lót toàn bộ phân chuồng, vôi, lân cùng 40% đạm và 10% kali; bón thúc đẻ nhánh sớm với 50% đạm và 30% kali; bón đón đòng với 10% đạm và 60% kali còn lại nhằm đạt target tăng hiệu suất sử dụng đạm trên 35%.

Thứ ba, cố định mật độ cấy chuẩn trên đồng ruộng: Các hợp tác xã nông nghiệp và tổ khuyến nông cơ sở cần tổ chức tập huấn đầu bờ, hướng dẫn bà con nông dân duy trì mật độ cấy chuẩn xác 45 khóm/m2 (khoảng cách cấy 20 x 11 cm), mỗi khóm cấy từ 2 đến 3 dảnh non, cấy nông tay từ 2 đến 3 cm. Giải pháp này cần triển khai đồng loạt ngay từ vụ Xuân 2018 nhằm đảm bảo số bông hữu hiệu đạt từ 280 đến 320 bông/m2 và tỷ lệ hạt chắc đạt trên 85%.

Thứ tư, xây dựng thương hiệu và chuỗi liên kết tiêu thụ sản phẩm: Sở Khoa học và Công nghệ tỉnh Hà Giang chủ trì phối hợp với các doanh nghiệp chế biến nông sản xây dựng nhãn hiệu chứng nhận "Gạo Japonica Xín Mần" trong giai đoạn 2018 đến 2022. Thiết lập mô hình liên kết bốn nhà bao tiêu lúa gạo với giá thu mua cao hơn lúa thường từ 20% đến 30%, đảm bảo nâng giá trị bán lẻ thành phẩm đạt từ 25.000 đến 30.000 đồng/kg, duy trì lợi nhuận ròng ổn định trên 45 triệu đồng/ha cho nông dân.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nhóm thứ nhất là các nhà khoa học, nghiên cứu viên và học viên cao học chuyên ngành Khoa học cây trồng, Nông học, Di truyền và Chọn giống cây trồng. Tài liệu cung cấp cơ sở dữ liệu thực nghiệm chuẩn xác về sinh lý dinh dưỡng, chỉ số diện tích lá và phản ứng thích nghi của giống lúa Japonica chịu lạnh tại vùng á nhiệt đới núi cao, phục vụ viết giáo trình và định hướng nghiên cứu chọn tạo giống mới.

Nhóm thứ hai là cán bộ quản lý nông nghiệp, chuyên viên Phòng Nông nghiệp và PTNT, cán bộ khuyến nông tại các tỉnh trung du và miền núi phía Bắc. Công trình là căn cứ khoa học vững chắc để các nhà hoạch định chính sách xây dựng đề án tái cơ cấu ngành trồng trọt, chuyển đổi lịch thời vụ và quy hoạch vùng chuyên canh lúa chất lượng cao.

Nhóm thứ ba là các doanh nghiệp sản xuất giống cây trồng, công ty chế biến và xuất khẩu lúa gạo. Luận văn cung cấp bức tranh toàn diện về tiềm năng sinh trưởng, năng suất và phẩm chất thương phẩm của giống lúa thuần hạt tròn J02, giúp doanh nghiệp đánh giá tính khả thi khi đầu tư liên kết xây dựng vùng nguyên liệu lúa đặc sản phục vụ thị trường nội địa và xuất khẩu.

Nhóm thứ tư là các chủ nhiệm hợp tác xã nông nghiệp và hộ nông dân trực tiếp canh tác lúa tại địa bàn huyện Xín Mần cũng như các tiểu vùng sinh thái tương đồng. Người sản xuất có thể ứng dụng trực tiếp công thức bón phân 80 kg N/ha và mật độ cấy 45 khóm/m2 vào đồng ruộng của mình để đạt năng suất thực thu 67,8 tạ/ha, tối đa hóa lợi nhuận kinh tế gia đình.

Câu hỏi thường gặp

Giống lúa Japonica J02 có những ưu điểm sinh học nào vượt trội so với các giống lúa truyền thống tại vùng núi cao? Giống J02 có khả năng chịu lạnh rất tốt với ngưỡng nhiệt sinh trưởng thấp 15°C, thân cây cứng cáp giúp chống đổ ngã vượt trội và chống chịu sâu bệnh mức độ cao. Trong vụ Mùa 2016 tại Xín Mần, giống đạt năng suất 69,2 tạ/ha, vượt giống đối chứng ĐS1 tới 22,1%, cho chất lượng cơm dẻo, đậm vị và có hương thơm đặc trưng.

Tại sao mật độ cấy 45 khóm/m2 lại mang lại năng suất cao nhất cho giống J02 tại Xín Mần? Mật độ 45 khóm/m2 tạo ra sự cân bằng hoàn hảo giữa sức đẻ nhánh của từng cá thể và mật độ bông hữu hiệu trên một mét vuông đất, đạt trên 300 bông/m2. Cấy ở mật độ này giúp tận dụng tối đa năng lượng bức xạ mặt trời mà không gây hiện tượng cạnh tranh dinh dưỡng hay làm giảm tỷ lệ hạt chắc như các mật độ quá dày.

Việc tăng lượng đạm bón lên mức 110 kg N/ha có giúp tăng thêm năng suất cho lúa J02 không? Không, việc bón thừa đạm ở mức 110 kg N/ha làm kéo dài thời gian sinh trưởng của cây lúa thêm từ 2 đến 6 ngày, khiến cây phát triển thân lá quá mức, tăng nguy cơ nhiễm sâu bệnh và làm giảm tỷ lệ kết hạt. Thực nghiệm chứng minh mức bón 80 kg N/ha mới là điểm tối ưu cho năng suất thực thu cao nhất đạt 67,8 tạ/ha.

Nền phân bón lót bổ trợ trong quy trình canh tác giống J02 gồm những thành phần gì? Nền phân bón chuẩn cho mỗi hecta gồm 8 tấn phân chuồng hoai mục kết hợp 420 kg vôi bột, 90 kg P2O5 và 70 kg K2O. Toàn bộ phân chuồng, vôi bột và phân lân được bón lót sâu cùng 40% đạm và 10% kali trước khi bừa cấy nhằm khử chua đất dốc, kích thích bộ rễ mạ non hồi xanh nhanh trong vụ Xuân lạnh giá.

Khả năng chống chịu sâu bệnh hại của giống lúa J02 trong điều kiện tự nhiên tại Xín Mần ra sao? Theo hệ thống tiêu chuẩn đánh giá nguồn gen lúa của IRRI, giống lúa J02 thể hiện tính chống chịu rất tốt với các đối tượng dịch hại nguy hiểm như sâu đục thân, sâu cuốn lá và bệnh khô vằn. Trong suốt chu kỳ sinh trưởng ở cả hai vụ, mức độ nhiễm sâu bệnh hại của giống chỉ dừng lại ở mức nhẹ từ điểm 1 đến điểm 3.

Kết luận

  • Tuyển chọn thành công giống lúa thuần Japonica J02 có thời gian sinh trưởng ngắn 130 ngày, khả năng chống chịu sâu bệnh tốt và đạt năng suất đỉnh 69,2 tạ/ha tại huyện Xín Mần, vượt trội 22,1% so với đối chứng ĐS1.
  • Xác định mật độ cấy lý tưởng cho giống lúa J02 là 45 khóm/m2 (cấy từ 2 đến 3 dảnh/khóm), đảm bảo số bông hữu hiệu đạt trên 300 bông/m2.
  • Chuẩn hóa liều lượng phân bón tối ưu ở mức 80 kg N/ha kết hợp 90 kg P2O5, 70 kg K2O, 8 tấn phân chuồng và 420 kg vôi bột trên mỗi hecta, giúp năng suất thực thu đạt 67,8 tạ/ha trong vụ Xuân.
  • Khẳng định hiệu quả kinh tế vượt trội của gói kỹ thuật với mức thu nhập thuần đạt cao nhất 46,9 triệu đồng/ha, cao hơn hẳn các công thức canh tác truyền thống.
  • Đóng góp luận cứ khoa học vững chắc phục vụ chuyển dịch cơ cấu cây trồng nông nghiệp hàng hóa cho vùng đồng bào dân tộc thiểu số miền núi phía Bắc.

Về định hướng tiếp theo, địa phương cần nhanh chóng triển khai các mô hình trình diễn khuyến nông quy mô từ 50 đến 100 ha trong giai đoạn 2018 đến 2020, hoàn thiện chuỗi liên kết chế biến và tiêu thụ sản phẩm đến năm 2022. Các cơ quan quản lý nông nghiệp, hợp tác xã và bà con nông dân hãy chủ động phối hợp áp dụng đồng bộ quy trình kỹ thuật thâm canh giống lúa J02 để nâng cao thu nhập bền vững và xây dựng thành công thương hiệu lúa gạo đặc sản cho vùng cao Hà Giang.