Luận văn nghiên cứu một số chỉ tiêu sinh lý đánh giá khả năng chịu hạn của các giống lúa nương trồng tại huyện thuận châu sơn la

luận văn

BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO TRƯỜNG ðẠI HỌC NễNG NGHIỆP HÀ NỘI

-
 -

NGUYỄN VĂN KHOA

Nghiên cứu một số chỉ tiêu sinh lý đánh giá khả năng chịu hạn của các giống lúa nương

trồng tại huyện Thuận Châu - Sơn La

LUẬN VĂN THẠC SĨ NễNG NGHIỆP

Chuyờn ngành: Trồng trọt

Mó số: 60.62.01 Người hướng dẫn khoa học: TS Nguyễn Thị Kim Thanh

HÀ NỘI - 2010

LỜI CAM ðOAN

Tôi xin cam ñoan ñây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu, kết quả trong luận án hoàn toàn trung thực và chưa ñược công bố trong bất kỳ công trình nào khác

TÁC GIẢ LUẬN VĂN

`

LờI CảM ƠN

LờI CảM ƠN

Trong suốt thời gian nghiên cứu tôi luôn nhận được sự chỉ dẫn tận tình của các thày cô giáo, sự giúp đỡ động viên của gia đình, bạn bè đồng nghiệp

Nhân dịp này tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc

và chân thành đến cô giáo TS Nguyễn Thị Kim Thanh, Bộ môn Sinh lý thực vật, Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội đã tận tình giúp đỡ hướng dẫn tôi trong việc định hướng đề tài cũng như trong suốt quá trình thực hiện và hoàn thành luận văn

Tôi xin chân thành cảm ơn tập thể các thày cô giáo trong Khoa nông học, Viện đào tạo sau đại học, Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội đã giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt thời gian học tập và thực hiện đề tài

Tôi xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu, Ban Chủ nhiệm khoa Nông – Lâm, Trường Đại học Tây Bắc đã tạo điều kiện thuận lợi về thời gian và cơ sở vật chất cho tôi trong suốt quá trình học tập và thực hiện đề tài

Tôi xin chân thành cảm ơn Phòng Nông nghiệp, phòng thống kê huyện Thuận Châu, Sơn La đã tạo điều kiện cung cấp số liệu và địa bàn tốt nhất để tiến hành đề tài

Tôi xin cảm ơn các bạn sinh viên K48 đại học Nông học, Khoa Nông – Lâm trường Đại học Tây Bắc đã cùng tôi thực hiện những thí nghiệm nghiên cứu trong đề tài

Xin cảm ơn sự giúp đỡ của tất cả bạn bè, đồng nghiệp Cảm ơn vợ, con và những người thân trong gia đình đã

là điểm tựa về tinh thần và vật chất cho tôi trong những năm tháng học tập và hoàn thành luận văn

Tác giả luận văn

Nguyễn Văn Khoa

MỤC LỤC

Lời cam ñoan………i

Lời cảm ơn……… …ii

Mục lục………iii

Danh mục bảng……… vi

Danh mục hình……… vii

Danh mục chữ viết tắt……… viii

1 MỞ ðẦU 71

1.1 Tính cấp thiết của ñề tài 1

1.2 Mục ñích và yêu cầu của ñề tài 3

1.2.1 Mục ñích 3

1.2.2 Yêu cầu 3

1.3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của ñề tài 3

1.3.1 Ý nghĩa khoa học của ñề tài 3

1.3.2 Ý nghĩa thực tiễn của ñề tài 4

2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 5

2.1 Khái niệm về lúa cạn và lúa chịu hạn 5

2.2 Khái niệm về hạn và tính chống chịu hạn ở thực vật 6

2.2.1 Khái niệm về hạn 6

2.2.2 Phân loại hạn 7

2.2.3 Tính chống chịu hạn ở thực vật 8

2.3 Phản ứng của cây lúa ñối với hạn 14

2.3.1 Cơ sở lý thuyết 14

2.3.2 Những thời ñiểm hạn ảnh hưởng mạnh ñến năng suất lúa 14

2.4 Nghiên cứu và sản xuất lúa cạn, lúa chịu hạn trong và ngoài nước 17

2.4.1 Nghiên cứu và sản xuất lúa cạn, lúa chịu hạn trên thế giới 17

2.4.2 Những nghiên cứu và sản xuất lúa cạn, lúa chịu hạn tại Việt Nam27 2.4.3 Sản xuất lúa nương (lúa cạn) tại huyện Thuận Châu, Sơn La 30

3 đỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 32

3.1 đối tượng, ựịa ựiểm và thời gian nghiên cứu 32

3.1.1 đối tượng và vật liệu nghiên cứu 32

3.1.2 địa ựiểm nghiên cứu 33

3.1.3 Thời gian nghiên cứu 33

3.2 Nội dung nghiên cứu 33

3.3 Phương pháp nghiên cứu 33

3.3.1 đánh giá khả năng nảy mầm và sinh trưởng mầm của các giống lúa nương trong ựiều kiện hạn nhân tạo bằng KCLO3 33

3.3.2 Nghiên cứu các chỉ tiêu sinh lý ựánh giá khả năng chịu hạn của các giống lúa nương trồng trong ựiều kiện nhà lưới 34

3.3.3 đánh giá khả năng chịu hạn của các giống lúa nương trồng ngoài ựồng ruộng trong ựiều kiện nước trời (không tưới) 35

3.3.4 Chỉ tiêu theo dõi: 36

3.3.5 Kỹ thuật gieo trồng: 38

3.4 Phương pháp xử lý số liệu 38

4 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 39

4.1 đánh giá khả năng nảy mầm và sinh trưởng mầm của các giống lúa nương trong phòng thắ nghiệm 39

4.1.1 đánh giá khả năng nảy mầm của của các giống lúa nương trong ựiều kiện hạn nhân tạo bằng KClO3 39

4.1.2 đánh giá khả năng sinh trưởng cây con của của các giống lúa nương trong ựiều kiện hạn nhân tạo bằng KClO3 42

4.2 đánh giá các chỉ tiêu sinh lý liên quan ựến khả năng chịu hạn của các giống lúa nương trồng trong ựiều kiện nhà lưới 46

4.2.1 đánh giá khả năng ựiều chỉnh áp suất thẩm thấu rễ của các giống lúa nương bị hạn ở giai ựoạn 3 Ờ 4 lá trong ựiều kiện nhà lưới 46

4.2.2 đánh giá khả năng giữ nước của lá và tỷ trọng lá của các giống lúa

thắ nghiệm trong giai ựoạn trỗ bông 49

4.2.3 Khả năng quang hợp của các giống lúa nương khi gây hạn nhân tạo ở giai ựoạn ựẻ nhánh và trỗ bông 52

4.2.4 đánh giá cường ựộ thoát hơi nước của các giống lúa nương trong ựiều kiện gây hạn nhân tạo ở giai ựẻ nhánh và giai ựoạn trỗ bông 55

4.2.5 đánh giá hiệu suất sử dụng nước của các giống lúa thắ nghiệm trong ựiều kiện gây hạn nhân tạo ở giai ựoạn ựẻ nhánh và trỗ bông 58

4.2.6 đánh giá ảnh hưởng của hạn giai ựoạn ựẻ nhánh và trỗ bống ựến các yếu tố cấu thành năng suất và năng suất của các giống lúa nương 60

4.3 đánh giá khả năng sinh trưởng phát triển của một số giống lúa nương trong ựiều kiện nước trời trên ựồng ruộng 66

4.3.1 Một số ựặc ựiểm hình thái liên quan ựến khả năng chịu hạn của các giống lúa nương trồng trong ựiều kiện nước trời 66

4.3.2 Các yếu tố cấu thành năng suất và năng suất của các giống lúa nương trồng trong ựiều kiện nước trời 68

4.3.3 đánh giá mức ựộ nhiễm sâu bệnh hại của các giống ựiều kiện chịu nước trời 72

5 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 76

1 Kết luận 76

2 đề nghị 77

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2.1 Diện tích, năng suất và sản lượng lúa nương tại Thuận Châu trong

những năm gần ñây 30 Bảng 3.1 Tên, ký hiệu và ñặc ñiểm của các giống lúa nương nghiên cứu 32 Bảng 4.1 Khả năng nảy mầm của của các giống lúa nương trong ñiều kiện

hạn nhân tạo bằng KClO3 40 Bảng 4.2 Khả năng sinh trưởng cây con của các giống lúa nương trong ñiều

kiện hạn nhân tạo bằng dung dịch KClO3 43 Bảng 4.3 Khả năng ñiều chỉnh áp suất thẩm thấu rễ của các giống lúa nương khi bị hạn ở giai ñoạn 3-4 lá………46 Bảng 4.4 Khả năng giữ nước trong lá của các giống lúa nương trong giai

ñoạn trỗ bông 50 Bảng 4.5 Tỷ trọng diện tích lá của các giống lúa nương nghiên cứu 51 Bảng 4.6 Khả năng quang hợp của các giống lúa thí nghiệm trong ñiều kiện

gây hạn nhân tạo ở giai ñoạn ñẻ nhánh và trỗ (µmolCO2/m2/s) 53 Bảng 4.7 Cường ñộ thoát hơi nước của các giống lúa nương khi gây hạn nhân

tạo giai ñoạn ñẻ nhánh và giai ñoạn trỗ (mmolH20/m2/s) 57 Bảng 4.8 Hiệu suất sử dụng nước của các giống lúa nương trong ñiều kiện

gây hạn nhân tạo giai ñoạn ñẻ nhánh và trỗ (mgCO2/gH2O) 59 Bảng 4.9 Ảnh hưởng của việc gây hạn ở các giai ñoạn khác nhau ñến các yếu

tố cấu thành năng suất 61 Bảng 4.10 Ảnh hưởng của việc gây hạn ở các giai ñoạn khác nhau ñến năng

suất của các giống lúa thí nghiệm 64 Bảng 4.11 Khả năng chịu hạn của các dòng, giống lúa ở một số giai ñoạn gặp

hạn trong ñiều kiện nước trời tại Thuận Châu, Sơn La (ñiểm) 67 Bảng 4.12 Các yếu tố cấu thành năng suất của các giống lúa thí nghiệm 70 Bảng 4.13 Năng suất thực thu của các giống lúa trên ñồng ruộng 71 Bảng 14: Mức ñộ nhiễm sâu bệnh hại của các giống trong 2 ñiều kiện có tưới

và nước trời (ñiểm) 73

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

CH : Chịu hạn

TGST : Thời gian sinh trưởng

ASTT : Áp suất thẩm thấu

NSTT : Năng suất thực thu

CIAT : Trung tâm Nông nghiệp nhiệt ñới Quốc tế

IRRI : Viện nghiên cứu lúa Quốc tế

IRAT : Viện nghiên cứu Nông nghiệp nhiệt ñới

IITA : Viện Nông nghiệp nhiệt ñới Quốc tế

ICA : Viện Nông nghiệp Colombia

1 MỞ ðẦU

1.1 Tính cấp thiết của ñề tài

Lúa gạo là một trong những cây lương thực quan trọng nhất của loài người Trên thế giới, cây lúa ñược xếp vị trí thứ 2 sau cây lúa mì về diện tích

và sản lượng Ở Châu Á, lúa gạo ñược coi là cây lương thực quan trọng nhất chiếm diện tích 135 triệu ha trong tổng số 148,4 triệu ha của thế giới [2]

Ở Việt Nam, diện tích canh tác lúa khoảng 4,36 triệu ha, trong ñó có 2,2 triệu ha là ñất thâm canh lúa, chủ ñộng tưới tiêu nước, còn lại hơn 2,1 triệu ha là ñất canh tác lúa trong ñiều kiện khó khăn Trong 2,1 triệu ha trên

có khoảng 0,5 triệu ha lúa cạn, khoảng 0.8 triệu ha nếu có mưa to và tập trung thì hay bị ngập úng và còn lại là khoảng 0,8 triệu ha là ñất bấp bênh nước (Vũ Tuyên Hoàng và cs, 1995)[15] Theo số liệu thống kê (năm 2006), trong những năm gần ñây diện tích gieo trồng lúa hàng năm có khoảng 7,3 – 7,5 triệu ha, thì có tới 1,5 – 1,8 triệu ha thường bị thiếu nước và khoảng 1,5 – 2,0 triệu ha cần phải có sự ñầu tư ñể chống úng khi gặp mưa to và tập trung [16]

Sự khô hạn là nguyên nhân chính giới hạn sản lượng lúa gạo trong ñiều kiện canh tác nhờ nước trời trên thế giới Theo Evenson và ctv (1996) ñã ñánh giá năng suất lúa gạo bị mất do sự khô hạn hàng năm là 18 triệu tấn chiếm 4

% tổng sản lượng và ước tính khoảng 3,6 triệu USD

Mặc dù năng suất và sản lượng lúa ở nước ta trong những năm gần ñây không ngừng ñược nâng lên một cánh vững chắc Năm 1996 năng suất lúa trung bình cả nước ñạt 37,7 tạ/ha, ñến năm 2000, ñạt 42,2 tạ/ha và năng suất

2002 ñạt 45,5 tạ/ha; nhưng năng suất lúa vùng canh tác nhờ nước trời ñạt rất thấp, chỉ ñạt từ 10 ñến 18 tạ/ha Những vùng có diện tích lúa canh tác nhờ nước trời ở Việt Nam chủ yếu tập trung ở các tỉnh Miền núi phía Bắc và Tây Nguyên, ñây cũng chính là các vùng kinh tế khó khăn thường xảy ra thiếu

lương thực tại chỗ

Thuận Châu là một huyện miền núi, nằm phía Tây Bắc của tỉnh Sơn La,

có tổng diện tích tự nhiên là 153.589,6 ha Thuận Châu có ñặc ñiểm thời tiết tiểu khí hậu diễn biến khá phức tạp và chia thành 2 mùa rõ rệt, ñó là mùa khô rất dài, từ tháng 10 ñến tháng 04 năm sau và mùa mưa ngắn từ tháng 05 ñến tháng 09 nhưng lượng mưa lớn nên rất khó khăn cho sản xuất nông nghiệp [22]

Tổng diện tích cây lương thực toàn huyện là 13.419 ha trong ñó diện tích ngô 8.632 ha, lúa nước 3.112 ha và diện tích ñất lúa nương là 1.691ha (2008) [22], ñây là nguồn lương thực chính của ñồng bào người dân tộc thiểu

số tại các xã này, tuy nhiên năng suất lúa nương rất thấp trung bình chỉ ñạt 1 tấn ñến 1,5 tấn/ha không cung cấp ñủ lương thực tại chỗ cho ñồng bào dân

tộc Các giống lúa mới năng suất cao thường không thích hợp với ñiều kiện

hạn và lạnh của ñịa phương nên không thể ñưa lên ñược

Lúa nương tại Thuận Châu tập trung chủ yếu tại 5 xã vùng cao là nơi sinh sống của các dân tộc Thái, H'Mông Tại ñây, người dân còn lưu giữ khá nhiều các giống lúa nương ñịa phương có những ñặc ñiểm rất quý như: dẻo, thơm, chất lượng cao, tương ñối ña dạng và ñặc biệt có khả năng chịu hạn và chịu lạnh tốt Trong ñiều kiện khô hạn, các giống lúa này vẫn phát triển và cho năng suất nhất ñịnh ðây chính là nguồn gen rất quý phục vụ cho công tác chọn tạo các giống lúa cạn, lúa chịu hạn cho các vùng canh tác nhờ nước trời Lúa nương tại Thuận Châu ñược người dân trồng vào mùa mưa (tháng 4 ñến tháng 10) với phương thức canh tác hết sức ñơn giản, chỉ làm ñất, gieo hạt rồi

ñể lúa tự mọc dưới ñiều kiện nước mưa, hầu như không bón phân và phòng trừ sâu bệnh Việc thu hoạch và bảo quản cũng ñược thực hiện hết sức ñơn giản với những phương tiện thô sơ, ñồng thời vấn ñề thiếu lương thực xảy ra thường xuyên nên các giống lúa ñịa phương ngày một thoái hoá lẫn tạp và có

nguy cơ bị mất dần

Xuất phát tư những lý do trên, nhằm mục ựắch tìm hiểu tình hình sản xuất, thu thập một số giống lúa nương ựịa phương phục vụ cho công tác nghiên cứu và giảng dạy tại trường đại học Tây Bắc, chúng tôi thực hiện ựề

tài nghiên cứu: "Nghiên cứu một số chỉ tiêu sinh lý ựánh giá khả năng chịu hạn của các mẫu giống lúa nương trồng tại huyện Thuận Châu Ờ Sơn LaỢ

1.2 Mục ựắch và yêu cầu của ựề tài

1.2.2 Yêu cầu

- đánh giá khả năng chịu hạn của một số giống lúa nương ựịa phương thông qua các chỉ tiêu sinh lý bằng phương pháp gây hạn nhân tạo trong phòng thắ nghiệm và trong chậu vại

- đánh giá khả năng sinh trưởng phát triển và ựặc ựiểm sinh lý liên quan ựến tắnh chịu hạn của một số giống lúa nương ựịa phương trồng ngoài ựồng ruộng ở ựiều kiện nước trời (không tưới)

1.3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của ựề tài

1.3.1 Ý nghĩa khoa học của ựề tài

Kết quả của ựề tài cung cấp dẫn liệu khoa học về ựặc ựiểm sinh trưởng

phát triển và ựặc ựiểm sinh lý liên quan ựến tắnh chịu hạn của một số giống lúa nương trồng trong ựiều kiện hạn nhân tạo và ựiều kiện chịu nước trời tại Thuận Châu, Sơn La

Kết quả của ñề tài có thể sử dụng làm tài liệu tham khảo cho những nghiên cứu, học tập liên quan ñến tính chống chịu hạn của cây lúa nói chung

và cây lúa nương nói riêng

1.3.2 Ý nghĩa thực tiễn của ñề tài

Kết quả của ñề tài nhằm ñề xuất một số giống lúa nương có khả năng chịu hạn, sinh trưởng phát triển và năng suất cao trồng trong ñiều kiện chịu nước trời tại Thuận Châu, Sơn La và các vùng lân cận có ñặc ñiểm ñịa hình tương tự

2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU

2.1 Khái niệm về lúa cạn và lúa chịu hạn

Nhiều nhà khoa học trên thế giới quan tâm nghiên cứu về lúa cạn và lúa chịu hạn ựã ựưa ra các khái niệm như sau

Theo Chang T.T và Bardenas (1965) [30] ; Surajit K.DeDatta (1975) [9] cho rằng: " lúa cạn là loại lúa hoàn toàn ựược gieo trên ựất khô, ựất không

có bờ, nó sống tuỳ thuộc vào ẩm ựộ do lượng mưa cung cấp (nhờ nước trời)"

Khush G.S (1984) và Trần Văn đạt (1986): "Lúa cạn ựược trồng trong mùa mưa, trên trân ựất cao, ựất thoát nước tự nhiện trên những trân ruộng không có bờ hoặc ựược ựắp bờ và không co nước dự trữ thường xuyên trên bề mặt Lúa cạn ựược hình thành và phát triển từ lúa nước ựể thắch nghi với những vùng trồng lúa thường gặp hạn"

Các nhà chọn giống Việt Nam cũng có quan niệm về lúa cạn tương tự như trên Tác giả Bùi Huy đáp (1987) ựịnh nghĩa: "Lúa cạn là loại lúa gieo trồng trên ựất cao như là các loại hoa màu trồng trên cạn khác, không tắch nước trong ruộng và hầu như không bao giờ ựược tưới thêm Nước cho lúa chủ yếu do nước mưa cung cấp và ựược giữ lại trong ựất" [6]

Theo Nguyễn Gia Quốc (1994) [23] thì lúa cạn ựược chia làm hai dạng:

- Lúa cạn thực sự (lúa rẫy, Dry rice hoặc upland rice): là loại lúa thường ựược trồng trên các triền dốc của ựồi, núi không có bờ ngăn và luôn luôn không có nước Cây lúa hoàn toàn sử dụng lượng nước mưa ngấm trong ựất ựể sinh trưởng và phát triển

- Lúa cạn không hoàn toàn (lúa nước trời Rainfed rice): là loại lúa trồng trên triền thấp, không có hệ thống tưới tiêu chủ ựộng, cây lúa sống hoàn toàn bằng nước mưa tại chỗ, nước mưa có thể dự trữ trên bề mặt ruộng ựể cung

cấp cho cây lúa

Vũ Tuyên Hoàng và Trương Văn Kắch,Ầ[17] ựịnh nghĩa phân vùng cây lúa cạn và chịu hạn theo loại hình ựất trồng ở nước ta như sau:

- đất rẫy (trồng lúa rẫy, Upland rice hay Dry rice): nằm ở các vùng trung du miền núi phắa Bắc, miền Trung, Tây Nguyên và một phần của đông Nam Bộ

- đất lúa thiếu nước hoặc bấp bên về nước (loại hình cây lúa nhờ nước trời hay Rainfed rice): nằm rải rác ở các vùng ựồng bằng, trung du, ựồng bằng ven biển đông và Nam Bộ, kể cả ựồng bằng Sông Hồng, ựồng bằng Sông Cửu Long Kể cả diện tắch ựất bằng phẳng nhung không có hệ thống thuỷ nông hay hệ thống thuỷ nông chưa hoàn chỉnh vẫn nhờ nước trời hoặc có một phần ắt nước tưới, ruộng ở vị trắ cao thường xuyên mất nước

Do ựiều kiện sống thường xuyên bị hạn hoặc thiếu nước nên nhiều giống lúa cạn có khả năng chịu hạn tốt Tuy nhiên một số giống lúa nước cũng có khả năng chịu hạn ở một số giai ựoạn của chúng

2.2 Khái niệm về hạn và tắnh chống chịu hạn ở thực vật

2.2.1 Khái niệm về hạn

Theo J.H Hulse (1989) từ "hạn" tiếng Anh là "drought", xuất phát từ ngôn ngữ Anglo Ờ Saxon có nghĩa là "ựất khôỢ (dryland)

Dere C Hsiao (1980) ựịnh nghĩa: " Hạn là mất cân bằng nước của thực

vật thể hiện trong sự liên quan hữu cơ giữa ựất - thực vật Ờ khắ quyển"

Theo Gibbs (1975), hạn hay ựúng hơn là sự thiếu hụt nước ở cây trồng

là sự mất cân bằng giữa việc cung cấp nước và nhu cầu nước Còn Mather (1986), hiện tượng hạn trong sản xuất nông nghiệp thực chất là do thiếu sự cung cấp ựộ ẩm cho sự sinh trưởng tối ựa của cây trồng từ lượng mưa hoặc từ lượng nước dự trữ trong ựất (dẫn theo [9])

2.2.2 Phân loại hạn

Khi nghiên cứu về nguyên nhân gây nên hạn, nhiều tác giả cho rằng việc thiếu nước mưa thường xuyên là nguyên nhân chắnh gây nên hạn hán Vấn ựề về thời gian mưa, khoảng cách thời gian giữa các lần mưa quyết ựịnh ựến tắnh chất hạn cục bộ hay hạn khốc liệt [31]

Theo Hoàng Minh Tấn và cs (2006) [24] ựưa ra khái niệm về hạn và phân loại hạn như sau:

Hạn là hiện tượng xảy ra khi cây bị thiếu nước Do thiếu nước mà lượng nước hút vào cây không bù ựắp ựược lượng nước bay hơi ựi qua các bộ phận trên mặt ựất, làm cho cây mất cân bằng nước và bị héo Có ba dạng hạn ựối với cây:

* Hạn ựất xảy ra khi lượng nước dự trữ cho cây hấp thu trong ựất bị

cạn kiệt nên cây không hút ựủ nước và mất cân bằng nước Hạn ựất thường xảy ra với các vùng có lượng mưa trung bình rất thấp và kéo dài nhiều tháng trong năm như các tỉnh miền Trung, Tây Nguyên vào mùa khô

* Hạn không khắ xảy ra khi ựộ ẩm không khắ quá thấp làm cho quá

trình thoát hơi nước của cây quá mạnh và cũng có thể dẫn ựến mất cân bằng nước trong cây Hạn không khắ thường xảy ra ở các vùng có gió khô và nóng như mùa có gió Tây Nam của các tỉnh miền Trung, mùa khô ở Tây Nguyên hoặc ựôi lúc gió mùa đông Bắc cũng có ựộ ẩm không khắ thấp

* Hạn sinh lý xảy ra do trạng thái sinh lý của cây không cho phép cây

hút nước ựược mặc dù trong môi trường không thiếu nước Do rễ cây không lấy ựược nước mà quá trình bay hơi nước vẫn diễn ra nên cây vẫn mất cân bằng nước Vắ dụ như khi ựất yếm khắ, rễ cây thiếu oxi ựể hô hấp nên không

có ựủ năng lượng cho hút nước; hoặc khi nồng ựộ muối trong ựất quá cao, vượt quá nồng ựộ dịch bào của rễ làm rễ cây không hút nước ựược; hay trường hợp nhiệt ựộ của ựất quá thấp cũng xảy ra hạn sinh lý

Hạn sinh lý nếu nghiêm trọng và kéo dài thì cũng tác hại như hạn ñất và không khí Nếu hạn ñất kết hợp với hạn không khí thì mức ñộ tác hại ñối với cây còn tăng lên nhiều

Nhiều nghiên cứu của các tác giả chỉ ra rằng hạn ở Việt Nam chủ yếu là hạn ñất và thường xẩy ra ở các vùng có lượng mưa trung bình rất thấp, kéo dài nhiều tháng trong năm như các tỉnh Tây Bắc, miền Trung, Tây Nguyên… vào mùa khô Hạn không khí ñôi khi xảy ra nhưng cục bộ ở các vùng có gió khô và nóng như Tây Nam, các tỉnh miền Trung

2.2.3 Tính chống chịu hạn ở thực vật

2.2.3.1 Tác hại của hạn ñối với thực vật

Hạn là một yếu tố tác ñộng rất nhiều ñến quá trình sinh trưởng của thực

vật Theo Hoàng Minh Tấn và cs (2006) [24] thì hạn ñã gây ảnh hưởng ñến

các quá trình sau của thực vật:

* Hệ thống keo nguyên sinh chất của thực vật bị biến ñổi mạnh

- Thay ñổi các tính chất lý hoá của chất nguyên sinh: Tăng ñộ nhớt chất nguyên sinh làm chậm các hoạt ñộng sống, giảm mức ñộ phân tán, khả năng thuỷ hoá và tính ñàn hồi của keo nguyên sinh chất

- Thay ñổi ñặc tính hoá keo từ trạng thái sol rất linh ñộng thuận lợi cho các hoạt ñộng sống sang trạng thái coaxecva hoặc gel kém linh ñộng, cản trở các hoạt ñộng sống

* Quá trình trao ñổi chất lúc thiếu nước sẽ bị ñảo lộn từ hoạt ñộng

tổng hợp là chủ yếu khi ñủ nước chuyển hướng sang phân giải khi thiếu nước Quá trình phân giải quan trọng nhất là phân giải protein và axit nucleic Kết quả là giải phóng và tích luỹ NH3 gây ñộc cho cây và có thể làm cây chết

* Hoạt ñộng sinh lý bị kìm hãm

- Thiếu nước sẽ ức chế hoạt ñộng quang hợp do khí khổng ñóng nên thiếu CO2, lục lạp có thể bị phân huỷ, ức chế sự tổng hợp diệp lục, lá bị héo

và khô chết làm giảm diện tích quang hợp, sự vận chuyển sản phẩm quang hợp ra khỏi lá và về cơ quan dự trữ bị tắc nghẽn

- Thiếu nước ban ñầu sẽ làm tăng hô hấp vô hiệu, về sau giảm hô hấp nhanh, hiệu quả sử dụng năng lượng của hô hấp rất thấp vì hô hấp sản sinh nhiệt là chính

- Hạn làm mất cân bằng nước trong cây: lượng nước thoát ra lớn hơn

lượng nước hấp thu vào cây làm cho cây bị héo

- Dòng vận chuyển vật chất trong cây bị ức chế rất mạnh Sự hút chất khoáng giảm do tốc ñộ dòng thoát hơi nước giảm Thiếu nước kìm hãm tốc ñộ vận chuyển chất ñồng hoá về các cơ quan dự trữ và có thể có hiện tượng

"chảy ngược dòng" các chất ñồng hoá từ các cơ quan dự trữ về các cơ quan

dinh dưỡng Kết quả là làm giảm năng suất kinh tế của cây trồng

* Quá trình sinh trưởng và phát triển bị kìm hãm

- Ức chế sinh trưởng

Thiếu nước thì ñỉnh sinh trưởng không tiến hành phân chia ñược, quá trình dãn của tế bào bị ức chế làm cho cây sinh trưởng chậm Do ñó, nước ñược xem là yếu tố rất nhạy cảm trong sự sinh trưởng của tế bào Trong trường hợp cần ức chế sinh trưởng không cần thiết của cây như lúc cây có nguy cơ bị lốp thì ta có thể tạo ñiều kiện khô hạn ñể ức chế sự dãn kéo dài của

tế bào, ức chế sinh trưởng chiều cao Ví dụ ta có thể rút nước phơi ruộng cho lúa vào giai ñoạn ñứng cái là lúc phần lớn các tế bào ñang tập trung dãn

- Ức chế ra hoa kết quả

Thiếu nước ảnh hưởng ñến quá trình phân hoá hoa và ñặc biệt là quá trình thụ tinh Khi gặp hạn, hạt phấn không nảy mầm, ống phấn không sinh trưởng ñược, sự thụ tinh không xảy ra và hạt sẽ bị lép, giảm năng suất nhiều 2.2.3.2 Bản chất của cây thích nghi và chống chịu khô hạn

Mỗi một loài thực vật khi gặp ñiều kiện hạn chúng ñều có những phản ứng khác nhau ñể có thể tồn tại và phát triển, các nhà khoa học ñã nghiên cứu

và ñưa ra rất nhiều thuật ngữ khác nhau ñể nói ñến khả năng chống chịu hạn, tuy nhiên theo Hoàng Minh Tấn và cs (2006) [24] thì thực vật có một số cơ chế thích nghi và chống chịu khô hạn như sau:

* Tránh hạn (trốn hạn)

- Những thực vật này thường sống ở những sa mạc khô hạn, có thời gian mưa rất ngắn trong năm ðây là những thực vật có thời gian sinh trưởng rất ngắn gọi là các cây ñoản sinh Hạt của chúng nảy mầm ngay khi bắt ñầu có mưa, ñất còn ẩm Sau ñó, chúng sinh trưởng và phát triển rất nhanh chóng, hình thành hạt rồi chết trước khi mùa khô ñến Hạt của chúng chịu hạn rất tốt vì có thời gian ngủ nghỉ rất dài suốt mùa khô ñợi ñến mùa mưa năm sau lại nảy mầm

- Nói chung, những thực vật này không có những ñặc trưng chống chịu hạn thực sự mà nó chỉ có chu kỳ sống quá ngắn ngủi nên tránh ñược hạn và có ñặc tính phát triển dẽo dai Nghiên cứu sâu về các thực vật ñoản sinh người ta nhận thấy chúng có hai nhóm: Một nhóm nhờ nước mưa về mùa ñông thường

có dạng lá hình hoa thị ñể tăng khả năng nhận ánh sáng yếu hơn trong mùa ñông và có con ñường quang hợp C3, còn nhóm khác nhờ nước mưa mùa hè

và chúng có con ñường quang hợp C4 ñể tăng khả năng quang hợp và tích luỹ

- Trong công tác giống cây trồng chống chịu hạn, các nhà chọn giống

quan tâm nhiều ñến tính chín sớm, có thời gian sinh trưởng ngắn Với các giống chín sớm, ta có thể bố trí thời vụ ñể tránh ñược thời kỳ hạn nặng trong năm Thực tế thì các giống chín sớm cũng có khả năng chống hạn tốt hơn các giống khác

* Giảm khả năng mất nước

Giảm sự mất nước với các cây trồng cũng là ñặc trưng thích ứng với khô hạn Có nhiều cách mà các thực vật chịu hạn có ñược là:

- ðặc tính quan trọng nhất là ñóng khí khổng ñể giảm sự thoát hơi nước khi gặp hạn Khí khổng của những thực vật chịu hạn này thường rất nhạy cảm với thiếu nước Các thực vật loại này thường sống ở sa mạc và thường là các thực vật

CAM nên có xu hướng mở khí khổng vào ban ñêm ñể nhận CO2 Các cây xương rồng ở sa mạc có thể ñóng khí khổng liên tục trong thời gian rất dài nếu sức hút nước của ñất quá lớn Ví dụ sau 7 tháng không có mưa thì sức hút nước của cây chỉ tăng 1 - 6 atm, trong khi ñó sức hút nước của ñất tăng 90 atm Các nghiên cứu của Viện lúa Quốc tế IRRI cho thấy, mức ñộ ñóng khí khổng của lúa cạn cao hơn nhiều so với lúa nước

- Các thực vật chống chịu hạn thường có tầng cutin dày hơn ñể giảm lượng nước bay hơi qua cutin

- Giảm sự hấp thu năng lượng ánh sang mặt trời bằng cách vận ñộng lá theo hướng song song với tia sáng tới ñể nhận năng lượng ít nhất, nhất là vào ban trưa hoặc có thể cuộn lá lại hay cụp lá xuống

- Giảm diện tích lá ñể giảm bề mặt bay hơi nước Lá của nhiều thực vật

có thể biến thành gai như xương rồng Lá của chúng thường sinh trưởng rất chậm khi thiếu nước Lá rất nhạy cảm với thiếu nước nên một số lá bị rụng ñi hay khô chết ñi ñể giảm bề mặt bay hơi nước

* Duy trì khả năng hấp thu nước

- Có hệ rễ phát triển rất mạnh và phân bố sâu xuống mạch nước ngầm

ñể lấy nước Số lượng và mật ñộ rễ cũng rất cao và tỷ lệ rễ/thân lá cao hơn

nhiều nhất là khi chúng gặp hạn

- Về giải phẩu thì chúng có số lượng và ñường kính mạch dẫn tăng lên

ñể tăng khả năng vận chuyển nước lên thân lá

- Tăng áp suất thẩm thấu và sức hút nước của mô bằng khả năng ñiều chỉnh thẩm thấu của các thực vật này Các chất ñiều chỉnh thẩm thấu có thể là muối kali, axit hữu cơ, ñường tuỳ theo loại cây trồng Khả năng ñiều chỉnh thẩm thấu (tự làm tăng áp suất thẩm thấu) là ñặc tính quan trọng nhất của thực vật chống chịu hạn

Chính nhờ các ñặc ñiểm mang tính bản chất của các cây thích nghi và chống chịu hạn mà giúp cây lấy ñược nước có hiệu quả nhất trong ñiều kiện cung cấp nước rất khó khăn

* Duy trì tính nguyên vẹn về cấu trúc, chức năng sinh lý của tế bào

- ðặc ñiểm chung nhất của thực vật chống chịu hạn là trong ñiều kiện thiếu nước, chất nguyên sinh của tế bào vẫn giữ ñược nguyên vẹn mà không

bị thương tổn về cấu trúc và chức năng Hệ thống màng không bị tổn thương nên không dò rỉ các chất ra ngoài, các bào quan vẫn duy trì cấu trúc và chức năng

- ðộ nhớt và tính ñàn hồi duy trì ở mức cao Các protein và enzym bền vững, không bị biến tính và không bị phân huỷ lúc thiếu nước

* Các hoạt ñộng trao ñổi chất và sinh lý vẫn duy trì ñược mà không

bị ñảo lộn khi gặp hạn

Quá trình sinh trưởng và phát triển cũng như việc hình thành năng suất ñược tiến hành ở mức ñộ khác nhau tuỳ theo khả năng chống chịu hạn của chúng Năng suất của các cây trồng giảm nhiều hay ít tuỳ theo mức ñộ hạn và khả năng chống chịu hạn của chúng

- Gần ñây, nhờ sự phát triển của sinh học phân tử người ta ñã ñi sâu vào

nghiên cứu bản chất của tính chống chịu hạn của thực vật ở mức phân tử Các nghiên cứu này phát hiện sự giống nhau về cơ chế chống chịu hạn ở mức ñộ phân tử rất rõ ràng so với sinh lý học và hình thái học Các chỉ thị phân tử ñã

sử dụng ñể nghiên cứu bản hất tính chống chịu khô hạn ñều tập trung vào ba ñặc tính quan trọng nhất giúp cây có khả năng chống chịu khô hạn là: (1) Khả năng ăn sâu của rễ xuống tầng ñất phía dưới; (2) Khả năng ñiều tiết áp suất thẩm thấu giúp cây bảo vệ mô không bị tổn hại khi mất nước; (3) Khả năng kiểm soát sự mất nước qua khí khổng của lá

Trong ñó hiện tượng ñiều tiết áp suất thẩm thấu là một ñặc tính quan trọng giúp mô tích luỹ các chất hoà tan một cách chủ ñộng trong tế bào (Hoàng Minh Tấn, Nguyễn Quang Thạch, Vũ Quang Sáng, (2006)

Một số nghiên cứu của các tác giả khác cho rằng khả năng phục hồi sau hạn cũng là một trong những yếu tố rất quan trọng giúp thực vật có thể phát triển ñược tại những vùng hạn hán [21]

- Khả năng phục hồi: là khả năng phục hồi lại sự sinh trưởng phát triển

và cho năng suất của một loài thực vật sau khi xảy ra khủng hoảng nước, những thiệt hại do sự thiếu hụt nước gây ra là không ñáng kể

Cơ chế phục hồi: Sự phục hồi ñược thể hiện ở một số cơ chế sau:

(i) Lớp rễ ăn nông góp phần thúc ñẩy nhanh sự hút nước khi có mưa xảy ra sau một thời kỳ hạn

(ii) Phản ứng siêu cảm: tế bào thực vật phản ứng một cách nhanh chóng bằng việc ngủ nghỉ khi có sự thiếu nước xảy ra và cũng ngay lập tức phục hồi hiệu quả làm việc của chúng khi có nước trở lại [21]

Ngoài ra một số các tác giả khác còn ñưa ra nhiều ý kiến khác nhau về

cơ chế chống chịu hạn ở thực vật như: Sự phủ lông tơ tránh thoát nước, số nhánh ñẻ ít có lợi cho tính chống hạn ở lúa gạo và lúa mì…Sự chống, chịu hạn của thực vật có thể là một trong những khả năng trên hoặc là sự kết hợp của tất cả các khả năng ñó Hiện nay, ñã có rất nhiều các ñặc tính kể trên ñược các nhà chọn giống sử dụng khi tiến hành công tác chọn giống cây trồng chịu hạn Thế nhưng thường các ñặc tính này sẽ kéo theo các thay ñổi trong qúa

trình trọn lọc hay còn gọi là "hiệu ứng pleiotropic", tạm dịch là "hiệu ứng ña

hướng của tính trạng" Một ñặc tính nào ñó làm tăng hiệu quả sử dụng nước

thường ñi kèm với "hiệu ứng pleiotropic" Ngoài ra, ñể tăng khả năng chịu

hạn sẽ thường nhận ñược kết quả là giảm năng suất [21]

2.3 Phản ứng của cây lúa đối với hạn

2.3.1 Cơ sở lý thuyết

Hiện nay, đã cĩ nhiều nghiên cứu về quá trình, cơ chế và các tính trạng phức tạp quyết định năng suất lúa trong điều kiện nước tưới hạn chế, mỗi nghiên cứu lại đi sâu tìm hiểu về một vấn đề cụ thể của cơ chế chống chịu lại với điều kiện thiếu nước khác nhau của cây lúa

Tuy nhiên Fukai and Cooper (2001) đã tĩm tắt lại ở 3 cơ chế lớn ảnh hưởng đến năng suất đĩ là mức độ nghiêm trọng của hạn và khả năng dự đốn hạn của mơi trường mục tiêu, tiềm năng năng suất, hình thức tránh hạn và chịu hạn [31]

Khi mức hạn trung bình năng suất giảm dưới 50%, tiềm năng năng suất

là một cơ chế quan trọng trong TPE (target population of environment) Ở mức nghiêm trọng hơn, yêu cầu cơ chế chống chịu hạn, nếu hạn nghiêm trọng nhưng cĩ thể dự đốn được và giai đoạn sinh trưởng cuối thì cơ chế tránh hạn

là hiệu quả với các giống chín sớm Hạn xảy ra ở giữa vụ và khơng theo quy luật yêu cầu cải tiến giống cĩ khả năng chống chịu hạn

Do vậy cách tiếp cận chính cho chọn giống cho mơi trường hạn

(i) Cải tiến tiềm năng năng suất, tùy thuộc vào kiểu hạn chọn lọc thời gian chín phù hợp tránh hạn

(ii) Chọn lọc chịu hạn trong thời kỳ ra hoa khơng nên chọn những dịng giống cần sử dụng quá nhiều nước ở giai đoạn này (tạo ra khối lượng chất khơ

DM lớn) và tháo hết nước thời kỳ trỗ khủng khoảng nước, với lúa cạn và cây trồng ưa khí khác cĩ thể cĩ cơ hội tăng số lượng thốt hơi nước của hệ thống

rễ khỏe [31]

2.3.2 Những thời điểm hạn ảnh hưởng mạnh đến năng suất lúa

Khi nghiên cứu về tác hại của hạn với cây lúa, Fische, Fukai and Cooper đã phân ra các thời điểm hạn ảnh hưởng đến từng giai đoạn phát triển

khác nhau của cây lúa như sau: [19], [31]

- Hạn ựầu vụ:

Trong giai ựoạn sinh trưởng sinh dưỡng, số lượng nước sử dụng tương ứng với lượng thoát hơi nước và sản phẩm chất khô tạo ra Diện tắch lá phát triển nhanh hơn do tăng cả số nhánh và diện tắch lá Thoát hơi nước và sử dụng nước hữu hiệu nhanh hơn, khi khép tán thoát hơi nước xác ựịnh chủ yếu bằng ựộ dẫn nước thông qua khắ khổng, khi khắ khổng ựóng ựộ thoát nước thông qua lớp cutin của lá Khi khắ khổng mở cả hai quá trình quang tổng hợp

và thoát hơi nước ựều ở mức cao

Nếu hạn xảy ra rất sớm có thể lùi thời gian cấy ựể tránh hạn, nhưng mạ

có thể già dẫn ựến năng suất thấp Kiểu gen khác nhau ảnh hưởng của mạ già ựến năng suất khác nhau, nhưng cơ chế này chưa ựược hiểu biết nhiều, một số chương trình nghiên cứu cấy tuổi mạ khác nhau ựể nghiên cứu tập ựoàn có các kiểu gen phản ứng khác nhau khi trì hoãn cấy [19]

Nếu hạn xảy ra muộn hơn khi ựã bắt ựầu ựẻ nhánh: khả năng chịu hạn dựa trên diện tắch lá còn xanh và khả năng ựẻ nhánh của chúng sau khi hạn, ựiều này ựược chứng minh khả năng khác nhau của các giống tại giai ựoạn ựầu sinh trưởng của cây [19]

Nhìn chung, sự khô hạn giai ựoạn sinh trưởng sinh dưỡng có thể giảm nhẹ hơn về năng suất so với khô hạn vào lúc cuối vụ bởi vì sự phục hồi ở giai ựoạn sinh trưởng sinh dưỡng tốt hơn

- Hạn giữa vụ không liên tục

đó là sự khô hạn gián ựoạn, là sự kiện khô hạn diễn ra ựan xen giữa những trận mưa Mặc dù thời gian hạn diễn ra ngắn nhưng những thời kỳ không mưa có thể ựược lặp lại Khi hạn không liên tục xảy ra xung quanh thời ựiểm trỗ, số hạt/bông và cuối cùng là năng suất hạt bị ảnh hưởng rõ rệt [31] Thời gian trỗ thường bị trì hoãn 2 Ờ 3 tuần dưới ựiều kiện hạn, trong

một số trường hợp khơng hình thành hạt Sự trỗ thốt liên quan đến sức trương và trì hồn trỗ là tương quan nghịch với tiềm năng nước của cây (Pantuwan và cộng sự, 2002) Trì hỗn phát triển của hoa cái (râu) và hoa đực (cờ ngơ) thơng qua biểu hiện chệnh lệch trỗ cờ phun râu ( ASI) do ảnh hưởng của hạn sử dụng trong nghiên cứu ở ngơ và sử dụng tính trạng này để đánh giá chọn lọc rất hiệu quả trong chọn giống ngơ chịu hạn Sử dụng trì hồn ra hoa như một tính trạng quan trọng để chọn lọc giống lúa chịu hạn [31]

- Hạn cuối vụ:

Khi hạn cuối vụ xảy ra, tất cả nước hữu hiệu ở vùng rễ được sử dụng cho thốt hơi nước, cây sẽ héo liên tục và chết, năng suất phụ thuộc vào việc tránh ảnh hưởng của hạn xung quanh thời gian mẫn cảm là thời gian trỗ và khả năng sử dụng nước ở các tầng đất khác nhau của cây lúa [31]

Nếu diễn biến của hạn là dự đốn trước thì tốt nhất cải tiến năng suất là tránh hạn, tuy nhiên thời gian ra hoa vẫn bị trì hỗn nếu hạn cuối vụ bắt đầu trước ra hoa sau đĩ hết hạn Nhưng mục tiêu nhận biết kiểu gen chín sớm dưới điều kiện khơng hạn và thời gian trì hỗn trỗ tối thiểu nhất khi gặp hạn

Hạn cuối vụ, hút nước của bộ rễ và hiệu quả sử dụng nước quyết định lượng sản phẩm chất khơ tạo ra (năng suất hạt), cũng như các cây trồng khác khả năng hút nước phụ thuộc vào chiều dài rễ và mật độ rễ (O’Toole 1982, Lilley and Fukai 1994a)

Dưới điều kiện nước và đất bình thường rễ lúa cĩ tổng chiều dài cao hơn ngơ Mặc dù vậy, cĩ những chứng minh rằng dưới điều kiện hạn nặng, lúa cạn thiếu khả năng để duy trì sinh trưởng bộ rễ Một so sánh lúa cạn và ngơ, tổng chiều dài rễ giảm 66% với lúa và 8% với ngơ, ngay cả những giống lúa

cĩ bộ rễ tốt hơn trong điều kiện hạn trung bình cũng suy giảm (Kondo và cộng sự, 1999) Phân bố của bộ rễ lúa trong đất đơi khi khác nhau hơn các cây khác Lúa đất cao khoảng 70% chiều dài rễ phân bố ở lớp đất mặt 10cm,

nhưng ngô chỉ 50% (Kondo và cộng sự, 1999) Lúa ñất thấp canh tác nhờ nước trời ñến 85% rễ phân bố ở lớp ñất mặt, trái ngược với các cây trồng khác như ngô, lúa hút nước ở các lớp ñất sâu kém hiệu quả hơn Vì vậy tăng chiều dài rễ ở lớp ñất sâu vẫn là một tính trạng cần quan tâm ñối với lúa cạn Có những chứng minh lúa canh tác nhờ nước trời kiểu gen khác nhau, khả năng xuyên sâu qua các lớp rắn khác nhau (Samson và cộng sự, 2002) Cần có những nghiên cứu chứng minh mật ñộ rễ thấp tại lớp ñất sâu như là một kết quả tăng khả năng xuyên sâu của rễ, ñể có thể hút nước và tăng năng suất hạt (Samson và Wade, 1998) Sự trái ngược giữa ñiều kiện ñất hạn và thời gian ñất ngập nước yếm khí là thách thức ñối với cải tiến năng suất lúa thông qua cải tiến hệ thống rễ lúa ở lúa ñất thấp canh tác nhờ nước trời [31]

Các cây duy trì hoặc giữ nước nhiều hơn trong thời kỳ chắc hạt, và cũng sẽ duy trì bộ lá xanh dài hơn, khô lá xảy ra ít hơn các lá mát hơn do thoát hơi nước

Sử dụng nước hiệu quả ñược xác ñịnh bởi các bon ñược ñồng hóa do quang hợp trên một ñơn vị thoát hơi nước, một số cây trồng biến dị kiểu gen

có ý nghĩa trong sử dụng nước hiệu quả (WUE) hướng ñến sử dụng những biến dị này trong chương trình tạo giống Ở lúa mì thông số WUE là hữu ích trong chọn lọc năng suất cao dưới các ñiều kiện ñủ nước hơn là chọn năng suất dưới ñiều kiện hạn Ở lúa rất ít tài liệu ñề cập biến dị về kiểu gen sử dụng nước ñóng góp hình thành năng suất dưới ñiều kiện hạn, do vậy chưa có những thảo luận sử dụng thông số WUE cho chọn giống lúa chịu hạn tại thời ñiểm này [31]

2.4 Nghiên cứu và sản xuất lúa cạn, lúa chịu hạn trong và ngoài nước

2.4.1 Nghiên cứu và sản xuất lúa cạn, lúa chịu hạn trên thế giới

2.4.1.1 Tình hình sản xuất lúa cạn, lúa chịu hạn trên thế giới

Theo số liệu thống kê của FAO năm 2006, diện tích trồng lúa trên toàn

thế giới khoảng 152 triệu ha (Châu Á chiểm khoảng 90%), có 67,83 triệu ha thường bị thiên tai ñe doạ, trong ñó có 55,53 triệu ha thường bị thiếu nước, trong số này có 19,16 triệu ha là ñất cạn (lúa rẫy – upland rice) à 36,37 triệu

ha ñất hoàn toàn nhờ nước trời (rainfed rice) Năng suất lúa ở những vùn này chỉ khoảng 0,8 – 1,7 tấn/ha trong khi năng suất bình quân trên thế giới khoảng

4 tấn/ha (dẫn theo [9])

Ở Châu Á, là khu vực chiếm tới 90 % diện tích lúa thế giới, tuy nhiên diện tích lúa canh tác nhờ nước trời chiếm tới 50%, những khu vực này lại có năng suất rất thấp bởi vì những giống lúa cải tiến rất khó sử dụng trong môi trường không ñồng nhất, một phần bởi các giống lúa chịu hạn ñịa phương còn rất ít [31]

Hiện nay, các phương thức canh tác lúa cạn trên thế giới rất phong phú, bao gồm từ du canh ở Malaysia, Philippin, Tây Phi ñến hình thức canh tác ñược trang bị cơ giới hiện ñại ở một số nước Mỹ Latin như Braxin, Colombia…

Năm 1997, toàn Châu Mỹ Latin có hơn 5,3 triệu ha trồng lúa cạn và lúa nước trời Theo CIAT (1973), năng suất lúa cạn trung bình ñạt 1,3 tấn/ha, Braxin co diện tích trồng lúa cạn lớn nhất và năng suất ñạt khoảng 1,2 – 1,5 tấn/ha (De Datta và Beachell) (dẫn theo [32])

2.4.1.2 Nghiên cứu lúa cạn, lúa chịu hạn trên thế giới

Những năm gần ñây công tác nghiên cứu chọn tạo các giống lúa cạn, lúa chịu hạn ñang là một mục tiêu quan trọng của các Viện, Trung tâm nghiên cứu Quốc tế cũng như trong nước [5] Viện lúa Quốc tế IRRI ñã thành lập ngành lúa cạn do tiến sĩ T.T Chang ñứng ñầu năm 1970 Năm 1973, IRRI bắt ñầu ñưa ra "Chương trình ñánh giá và ứng dụng di truyền (GEU)", một trong những mục tiêu chính của chương trình này là thu thập nguồn gen, nghiên cứu vật liệu cà chọn giống lúa chống chịu hạn ðây là một chương trình lớn, có sự

ựóng góp của nhiều chương trình nghiên cứu của các nước sản xuất lúa gạo, ựặc biệt là các nước Châu Á Châu Phi và Mĩ Latinh cũng thành lập những trung tâm quốc tế nghiên cứu về lúa cạn như IRAT, WARDA và CIAT [32] Năm 1983, ban ựiều hành của các trung tâm nghiên cứu lúa cạn (URETCO) ựược thành lập Từ ựây, các chương trình nghiên cứu lúa cạn ở các nước ựược mở rộng, [21] Một loạt những thành tựu nghiên cứu về lúa cạn ựã ựạt ựược như sau:

a) Nghiên cứu về nhu cầu nước và khả năng chịu hạn của cây lúa:

Nhu cầu nước của cây lúa là khác nhau giữa các nhóm lúa như lúa nước, lúa cạn, lúa chịu nước sâu hay lúa nổi Nhu cầu nước của cây lúa cũng khác nhau giữa các thời kỳ sinh trưởng phát triển của cây, trong ựó nhiều nghiên cứu khẳng ựịnh giai ựoạn mẫn cảm nhất ựối với hạn của cây lúa là giai ựoạn sinh trưởng sinh thực Những giống lúa cạn có thể phục hồi khi tưới nước hoặc có mưa, nhưng những giống lúa có tưới nếu bị hạn, khả năng phục hồi kém hay không thể phục hồi

Ở giai ựoạn nảy mầm, ựối với lúa cạn tỷ lệ nảy mầm chịu ảnh hưởng rất lớn bởi lượng mưa ựầu vụ, giai ựoạn ựẻ nhánh lúa cần lượng nước lớn hơn và giảm dần ựến khi chắn, giai ựoạn này nếu thiếu nước hay thừa nước (nước quá sâu) ựều ánh hưởng hạn chế ựến khả năng ựẻ nhánh Giai ựoạn trỗ thiếu nước dẫn ựến hiện tượng nghẹn ựòng, tỷ lệ lép cao Giai ựoạn vào chắc, thiếu nước cũng dẫn ựến tỷ lệ lép cao giảm năng suất [31]

Nước là một yếu tố ảnh hưởng quyết ựịnh ựến sản xuất lúa Phân bố lượng mưa là yếu tố quan trọng hạn chế năng suất của lúa canh tác nhờ nước trời Loại hình canh tác này chiếm khoảng 80% diện tắch canh tác lúa ở Nam

và đông Nam Châu Á, vùng này có lượng mưa khoảng 2000mm/năm nhưng lại chủ yếu tập trung vào một số tháng của mùa mưa điều này có nghĩa là các vùng canh tác lúa nhờ nước trời tại ựây chỉ trồng ựược một vụ lúa trong một

năm vào mùa mưa, ngay cả những nơi có lượng mưa thấp 1200mm/năm cũng trồng ñược Lúa nương không thể phát triển ñược nếu lượng mưa hàng tháng thấp hơn 200mm (Brown, 1969) Ở Việt Nam, những vùng canh tác nhờ nước trời chủ yếu là lúa nương (lúa rẫy) ở miền núi phía Bắc, Bắc Trung Bộ và Tây Nguyên

b) Nghiên cứu về ñặc trưng hình thái và sinh trưởng

Theo T.T Chang và ctv (1972) [30], ở hầu hết các giống lúa cạn ñịa phương thường có thân to và dày, bị già cỗi nhanh chóng khi lúa chín nên chúng dễ ñổ ngã vào giai ñoạn chín Chiều cao của các giống lúa cạn dao ñộng từ 80cm ở Nhật Bản ñến 175cm ở một vài giống lúa nương ở Thái Lan Các giống lúa cạn ở Philippine nhìn chung cao trên 150cm khi trồng trong ñiều kiện ruộng cạn

Các giống lúa cạn thường ñẻ nhánh ít hơn so với lúa nước, khả năng ñẻ nhánh biến ñộng của các giống lúa cạn làm hạn chế năng suất của chúng ngay trong ñiều kiện canh tác phù hợp [30]

Theo Chang và ctv [30], phần lớn các giống lúa cạn nhiệt ñới có bộ lá màu xanh nhạt thường ñi với ñặc ñiểm lá dài và rủ xuống, các giống lúa cạn ñịa phương có diện tích lá lớn hơn các giống lúa bán lùn, nhưng ñộng thái tăng trưởng và số lá lại kém hơn lúa nước

Nhiều nghiên cứu cho thấy rằng bộ rễ của các giống lúa cạn ăn sâu hơn 20cm trong khi rễ lúa nước ăn nông hơn Theo Hasegawa (1963), sự tổ hợp của hai hay nhiều các ñặc trưng của bộ rễ dưới ñây hình thành nên các giống lúa cạn chịu hạn tốt hơn như: tỷ lệ các rễ to cao, bộ rễ dài và to, hệ thống rễ dày ñặc và hệ thống rễ nhánh, rễ phụ phát triển ñồng ñều xung quanh các rễ chính Kotaba và ctv (1996), tỷ lệ rễ trên thân lá của các giống lúa cạn cao hơn lúa nước ñáng tin cậy ở cả hai ñiều kiện ñủ nước và hạn, tỷ lệ này so với ngô (một cây trồng cạn) là tương ñương Ở lúa giống lúa nước IR20 tỷ lệ này

rất thấp (49mg/g) trong khi phần lớn các giống lúa cạn như OS4, E425, Palawa, M1-48…có tỷ lệ này gần tương ñương với ngô (101-120mg/g) (dẫn theo [9])

Kết quả nghiên cứu 1000 giống lúa cạn ñịa phương, các nhà khoa học IRRI tổng kết: các giống lúa cạn ñịa phương thường cao cây, bộ rễ ăn sâu và phân bố dày ñặc; khả năng ñẻ nhánh kém và không tập trung; bộ lá màu xanh nhạt, lá dài, chỉ số diện tích lá không cao; bông to và dài; hầu như không phản ứng với ánh sáng Thời gian sinh trưởng từ 95 - 140 ngày Hạt to tròn, tỷ lệ lép thấp; chống chịu giỏi với hạn, bện ñạo ôn, mẫm cảm với rầy và bện virus; chịu phân kém ñặc biệt là phân ñạm, năng suất rất thấp nhưng ổn ñịnh [6]

c) Nghiên cứu về cấu tạo giải phẫu và hoạt ñộng sinh lý chống hạn

Nhiều tác giả cho rằng, sự ñóng khí khổng ở thực vật khi hạn là một ñặc ñiểm thích ứng Henzell và Kaul (1975) lại nhận thấy các dòng lúa mì và mạch chống hạn nhất có tế bào khí khổng không nhạy cảm

Các nhà sinh lý cho rằng, áp suất thẩm thấu ñóng vai trò quan trọng, tạo nên khả năng chống chịu hạn ở cây trồng Theo F.W.G.Baker (dẫn theo[19]), vai trò của áp suất thẩm thấu liên quan ở mức có ý nghĩa với năng suất lúa mì trồng trong ñiều kiện thiếu nước và hạn Những nghiên cứu gần ñây khẳng ñịnh: áp suất thẩm thấu cũng liên quan ñến tỷ lệ nảy mầm và ñề nghị có thể sử dụng ñể xác ñịnh những kiểu gen có áp suất thẩm thấu cao

Một trong những cơ chế tạo nên tính chống hạn ở thực vật là hình thành

và tích luỹ proline Mermand (1989) ñã xây dựng ñược phương pháp xác ñịnh hàm lượng proline trong lá lúa (dẫn theo [27]), ở ñây có thể nói proline như một yếu tố chống lại sự mất nước ở cây trồng trong giai ñoạn thiếu nước, biểu hiện là proline ñiều khiển giữ lại hàm lượng nước cao hơn trong lá, kích thích hoạt ñộng của phản ừng nitrat hoá, bảo vệ và kìm hãm hoạt ñộng của enzym trong suốt giai ñoạn hạn, ngoài ra proline cũng tạo ñiều kiện thuận lợi cho quá

trình trao ñổi chất ở giới hạn mất nước nhất ñịnh

Hiện nay, người ta biết rằng: nghiên cứu sinh lý học ñã tìm ra 3 hợp phần chính ñóng góp vào sự kiện chống chịu khô hạn của cây lúa là (Nguyễn Thị Lang và ctv, 1997) [3]

(i) Khả năng ăn sâu của rễ xuống tầng ñất phía dưới;

(ii) Khả năng ñiều tiết áp suất thẩm thấu giúp cây bảo vệ mô không bị tổn hại do mất nước

(iii) Khả năng kiểm soát sự mất nước của lá

Về các hoạt ñộng sinh lý của cây lúa thì thời gian trỗ hoa sớm có thể sẽ rất có lợi cho những vùng cao, vì lượng nước ở ñây thường bị mất sớm hơn những vùng thấp (Homma và ctv., 2003) (dẫn theo[27]) Sự duy trì thế nước cao trong lá dưới ñiều kiện khô hạn dựa trên sự thích nghi lâu dài liên quan ñến khả năng trỗ và trỗ thoát của bông, Jearakongman (2005) ñã phát hiện mối quan hệ chặt chẽ giữa khả năng trỗ thoát và thế nước cao trong lá lúa dưới ñiều kiện khô hạn của 55 dòng ñẳng gen của giống IR64 thông qua tính trạng QTLs bộ rễ từ giống Azucena ñã ñược giới thiệu (dẫn theo[9])

Sức trương của tế bào ñược xác ñịnh một phần bằng tiềm năng thẩm thấu, cây có thể ñiều chỉnh tiềm năng thẩm thấu ñể duy trì sức trương dưới ñiều kiện bất thuận ðiều chỉnh thẩm thấu (Osmotic adjustment - OA) có thể

có mối quan hệ cao với một số giống (indica), ñến 1,5 MPa (mega pascal) khi

ño ở 70% hàm lượng nước liên kết (RWC - relative water content) (Babu và cộng sự, 1999) Giá trị này có thể so sánh với kê, một cây trồng chịu hạn ðồng thời cải tiến áp suất thẩm thấu ở kê gợi ý rằng năng suất có thể tăng lên 5% dưới ñiều kiện hạn cụ thể (Hammer và cộng sự,1999) (dẫn theo [19])

d) Nghiên cứu về di truyền tính chịu hạn

Ngày nay nhờ nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật bản ñồ gen nhiều nhà khoa học ñã xác ñịnh ñược vị trí và vai trò của một số vùng gen liên quan ñến khả năng chống chịu hạn Các ñặc trưng như bộ rễ ăn sâu, khoẻ, khả năng

ñiều chỉnh thẩm thấu, khả năng duy trì thế nước trong lá ở ñiều kiện khô hạn… ñều quyết ñịnh quan trọng ñến khả năng chịu hạn của cây trồng [2], [7]

Chống chịu hạn là ñặc tính cực kỳ phức tạp, bị ảnh hưởng bởi sự thể hiện ñồng thời cả một hệ thống gen mục tiêu và bị ảnh hưởng bởi các yếu tố môi trường, vật lý, hoá học (Soltis 2003) ðiều này làm cho những tiến bộ nhất ñịnh về cải biến di truyền tính chống chịu khô hạn xảy ra rất chậm chạp Chiến lược có hiệu quả ñã ñược ghi nhận là làm tăng lượng ñường dễ hoà tan, các hợp chất cần thiết thông qua việc tiếp cận với kỹ thuật chuyển nạp gen những hợp chất ñó là proline, trehalose, betaine, manitol, ñóng vai trò như những thể bảo vệ thẩm thấu (osmoprotestants)

Người ta ñã chuyển nạp thành công gen HVA1 mã hoá nhóm protein 3 LAE (late embryogenesis abundant) là nhóm protein hoạt hoá amino acid ưa nước có vai trò bảo vệ cây chống chịu sự kiện mất nước từ cây lúa mạch vào cây lúa, nó ñã thể hiện tính chống chịu khô hạn trong ñiều kiện ñồng ruộng (Xiao và ctv.,2007)

Bằng việc sử dụng marker trợ giúp chọn lọc (MAS) người ta tìm ra các vùng gen liên quan ñến tính trạng rễ lúa ñược ñịnh vị trên nhiễm sắc thể số 1,

2, 3, 4, 5, 9 và 11 của cây lúa Một vùng gen trên nhiễm sắc thể số 4 ñược xác ñinh là chứa các locus tính trạng số lượng chính quyết ñịnh chiều cao cây, năng suất hạt, số hạt trên bông trong ñiều kiện thiếu nước [19] Babu (2003) [21] ñã chứng minh vùng gen ký hiệu RG939-RG476-RG214 trên nhiễm sắc thể số 4 của cây lúa quyết ñịnh quan hệ của bộ rễ với tính trạng chịu hạn; Xiang (2003) công bố gen MAPK5 có vai trò tăng cường sức chống chịu của cây lúa với các khủng hoảng môi trường trong ñó có hạn

Nhìn chung còn rất nhiều những nghiên cứu về di truyền ở mức ñộ khác nhau về các tính trạng liên quan ñến khả năng chịu hạn ở cây lúa Tuy nhiên cho ñến nay chưa có một giông lúa nào ñược chọn tạo thành công nhờ phương pháp sử dụng các gen chịu hạn trên ñể chuyển vào cây lúa Nhưng

đây là một hướng đang được các nhà khoa học đẩy mạnh nghiên cứu vì nĩ cĩ thể rút ngắn thời gian chọn lọc được các giống lúa chịu hạn tốt

e) Một số tính trạng quan trọng được đề nghị trong nghiên cứu chọn lọc các giống lúa cạn, lúa chịu hạn

Theo các tác giả G Atlin, K.S Fischer, S Fukai (2009) [18], [21], [31] thì cĩ một số tính trạng cơ bản cĩ liên quan chặt chẽ đến năng suất và cĩ thể

sử dụng để tiến hành chọn giống cải tiến năng suất dưới điều kiện hạn đĩ là:

- Chọn lọc các tính trạng trực tiếp liên quan đến năng suất:

Các tính trạng liên quan trực tiếp đến năng suất trong các điều kiện hạn

là yếu tố quan trọng nhất trong các chương trình chọn giống lúa cạn

Chọn lọc trực tiếp năng suất thường đạt hiệu quả cao, tuy nhiên việc chọn lọc này cần tiến hành trên diện rộng và tốn nhiều thời gian mới cĩ thể chọn lọc được những giống mong muốn cho mơi trường mục tiêu

- Chọn lọc các tính trạng gián tiếp:

Tính trạng gián tiếp là những đặc điểm của thực vật khác tính trạng năng suất, những tính trạng gián tiếp cung cấp thơng tin bổ sung để xác định thay đổi năng suất dưới điều kiện hạn Năng suất hạt dưới điều kiện hạn là tính trạng cơ bản để chọn lọc giống cho mơi trường hạn, nhưng đơi khi những tính trạng gián tiếp cũng rất hữu ích cho chọn lọc Tính trạng gián tiếp là những đặc điểm của cây trồng liên kết với năng suất dưới điều kiện bất thuận, chúng cung cấp những thơng tin bổ sung cho nhà tạo giống sử dụng khi chọn lọc

*Các tính trạng gián tiếp được khuyến nghị sử dụng là:

+ Thời gian trỗ và chín (rất hữu ích trong trường hợp đợt hạn cĩ thể dự

đốn được) Lúa rất mẫn cảm với thiếu hụt nước trước trỗ 50%, khoảng 12 ngày trước trỗ đến sau khi trỗ 7 ngày Nếu kiểu thiếu hụt nước ở địa phương

cĩ thể dự đốn trước được thì lựa chọn giống và thời vụ tránh hạn là phương

án hiệu quả nhất để cải thiện chống chịu hạn

+ Sự trì hỗn trỗ của lúa ( là một chỉ tiêu đánh giá khả năng chịu hạn

rất tốt cho kiểu hạn xen kẽ giữa mùa vụ)

Khi thí nghiệm lúa chịu hạn thiếu hụt nước vào thời kỳ trước ra hoa thường xảy ra trì hoãn trỗ bông, các dòng trì hoãn dài hơn sẽ có xu hướng tạo ra số hạt nhỏ hơn, ngay cả sau ñó không thiếu hụt nước

+ Tỷ lệ ñậu hạt

Khi hạn xảy ra gần thời ñiểm ra hoa, giai ñoạn mẫn cảm nhất, ảnh hưởng ñến yếu tố hình thành năng suất chủ yếu là phần trăm ñậu hạt Tương quan di truyền giữa năng suất dưới ñiều kiện hạn và tính trạng này là rất cao Tình trạng kết hạt do ảnh hưởng của hạn tại thời ñiểm ra hoa là khá ñặc thù,

và nó cho thấy thông tin rõ ràng hơn phản ứng của kiểu gen với ñiều kiện bất thuận hơn là tính trạng năng suất vì năng suất là do tổ hợp của nhiều tính trạng và ảnh hưởng của cả quá trình sinh trưởng phát triển chứ không chỉ là hạn tại thời ñiểm ra hoa

+ ðiểm ñộ tàn lá ( khô hoặc cháy)

Xác ñịnh ñộ tàn lá: Quan sát chung triệu chứng của lá trong một ô trên

cơ sở tổng diện tích lá bị khô ñể cho ñiểm, một hệ thống thang ñiểm thông dụng là từ 0 – 5 ñiểm, ñiểm 0 = còn xanh; ñiểm 5 = toàn bộ lá khô

Theo dõi ñánh giá vài lần theo chu kỳ hạn, theo dõi chỉ tiêu này vào buổi sáng là phù hợp hơn bởi vì khô khi hạn nhưng có thể phục hồi sau hạn và khả năng trở lại về ban ñêm của bộ lá

+ ðộ cuộn lá

Khả năng cuộn lá là một ñặt ñiểm giúp làm giảm sự thoát nước, chỉ tiêu này ñược sử dụng với hạn trong giai ñoạn sinh dưỡng, hệ số di truyền cao ~ 0,8 nhưng thấp hoặc không liên kết với năng suất, chỉ thị tốt cho chịu hạn (Courtols và cộng sự, 2000)

+ Nhiệt ñộ tán lá

Do vai trò chính của sự thoát hơi nước là làm mát lá, nhiệt ñộ tán lá và

sự giảm của nhiệt ñộ tán liên quan ñến nhiệt ñộ không khí xung quanh chỉ ra

sự thoát hơi nước làm mát lá như thế nào dưới môi trường hạn gay gắt Mối quan hệ nhiệt ñộ tán lá thấp ở lúa trong ñiều kiện hạn chỉ ra mối quan hệ khả năng hút nước tốt hơn hoặc cây có khả năng duy trì tình trạng nước tốt hơn

Sự tương quan giữa nhiệt ñộ tán lá thấp với năng suất cuối cùng dưới ñiều kiện hạn khi nhiệt ñộ tán lá ñược ño tại thời ñiểm gần ra hoa (Garrity và O’Toole, 1995) (dẫn theo [31])

+ Những tính trạng khác

Những tính trạng có liên quan ñến chịu hạn là ñộ cuốn lá, ñiểm cuốn lá khi bắt ñầu hạn Những giống không biểu hiện cuốn lá cho biết tình trạng nước trong cây của giống ñó tốt hơn, có thể do ñộ sâu của rễ tốt cho phép nó tiếp tục hút nước hiệu quả ñể ñiều chỉnh áp xuất thẩm thấu duy trì sức trương của tế bào

g) Kết quả nghiên cứu chọn tạo giống lúa cạn và lúa chịu hạn

Năm 1970, tại Philippine, các giống lúa chịu hạn như C22, UPLRi3, UPLRi5 ñược tạo ra với chiều cao cây vừa phải, ñẻ nhánh chung bình nhưng năng suất khá và chất lượng gạo tốt, tiếp ñó là giống UPLRi6 năng suất khá

và khả năng phục hồi tốt

Năm 1966, Viện IRAT, IITA và WARDA ñồng thời ñưa ra các giống như TOX 86-1-3-1; TOX 356-1-1; TOX 718-1 và TOX 72-2, những giống lúa này có khả năng chịu hạn và chống chịu bện tốt IRRI cũng ñã tiến hành khảo nghiệm 2000 dòng và giống lúa tuyển chọn từ Châu Á, Châu Phi và Mỹ Latin năm 1974 và ñã tuyển chọn ñược một vài giống chín sớm, chống chịu hạn tốt,

có ñộ mẩy cao ñã ñược ñưa và sản xuất là N22, Cartuna, Padi Tatakin

ðể phát triển diện tích trồng lúa cạn ở Braxin, Viện Nông nghiệp Campinas (IAC) ñã tạo ra một loạt các giống lúa cao cây nhưng chịu hạn tốt như IAC1246; IAC47; IAC25… trong ñó IAC25 là giống ngắn ngày và thoát ñược thời kỳ hạn của ñịa phương và còn ñược biết ñến với tên Veranico

Thông qua chương trình thử nghiệm quốc tế có tên là INGER, các ñợt

thắ nghiệm ựược tiến hành hàng năm diễn ra ở nhiều vị trắ thuộc các nước như

Ấn độ, Mianmar, Nepal, Nigieria, Philippin, Thái Lan, Braxin, Việt NamẦvà tại IRRI, ựặc biệt ựược mở rộng quy mô lớn từ năm 1990 (dẫn theo[26])

2.4.2 Những nghiên cứu và sản xuất lúa cạn, lúa chịu hạn tại Việt Nam

Việt Nam là một trong những nước sản xuất lúa hàng ựấu trên thế giới với diện tắch trồng lúa khoảng 4,36 triệu ha, trong ựó có 2,2 triệu ha là ựất thâm canh chủ ựộng nước và khoảng 2,1 triệu ha là ựất canh tác lúa có khó khăn, trong ựó có khoảng 0,5 triệu ha là ựất lúa cạn, tập trung chủ yếu thuộc các tỉnh vùng Trung du Miến Núi Phắa Bắc (54,3%), Tây Nguyên (25,3%) và đông Nam Bộ, Duyên hải Miền Trung, Bắc Trung Bộ (Vũ Tuyên Hoàng 1995) [19] Năng suất lúa cạn, lúa nương tại những vùng này rất thấp, chỉ ựạt trung bình khoảng 1- 1,2 tấn/ha, bằng 30 Ờ 50% năng suất trung bình cả nước Theo báo cáo của các ựịa phương, sản lượng lúa cạn toàn quốc năm 2001 khoảng 241 nghìn tấn, tuy chiếm diện tắch và sản lượng không lớn, nhưng lúa cạn là cây trồng truyền thống, là phương thức giải quyết lương thực tại chỗ ựối với ựồng bào các dân tộc thiểu số vùng cao Vì vậy phát triển lúa cạn sẽ góp phần ổn ựịnh ựời sống của nhân dân, hạn chế du canh du cư ựốt nương làm rẫy, giữ gìn, bảo vệ môi trường sinh thái, nhất là ựối với các tỉnh có tỷ lệ lúa cạn cao so với tổng diện tắch lúa của cả tỉnh như; Lai Châu 52,85%; Sơn

trôi ngày càng nghiêm trọng, bên cạnh ñó việc thiếu ăn thường xuyên cũng là một nguyên nhân khiến ñồng bào dân tộc không có khả năng giữ lại những giống lúa của mình [3]

Theo nghiên cứu của Vũ Tuyên Hoàng và cs, 1995 [16], [17] thì ở Việt Nam, diện tích canh tác lúa khoảng 4,36 triệu ha, trong ñó có 2,2 triệu ha là ñất thâm canh lúa, chủ ñộng tưới tiêu nước, còn lại hơn 2,1 triệu ha là ñất canh tác lúa trong ñiều kiện khó khăn Trong 2,1 triệu ha trên có khoảng 0,5 triệu ha lúa cạn, khoảng 0.8 triệu ha nếu có mưa to và tập trung thì hay bị ngập úng và còn lại là khoảng 0,8 triệu ha là ñất bấp bênh nước (Vũ Tuyên Hoàng và cs, 1995) [16]

Theo Bùi Chí Bửu và Nguyễn Thị Lang, (2001) [3] cho thấy, ñến nay

có trên 1.800 mẫu giống lúa ñịa phương và 160 quần thể lúa hoang ñược sưu tầm và bảo quản tại Viện lúa ðồng bằng Sông Cửu Long Nguồn tài nguyên

di truyền cây lúa ở nước ta rất phong phú, ña rạng Từ nguồn vật liệu này chúng ta ñã tạo ra nhiều tổ hợp lai, nhiều giống tốt có tính chống chịu cao với

sâu bệnh và ñiều kiện ngoại cảnh bất thuận

Trần Nguyên Tháp (2001) [26] sử dụng thí nghiệm ñánh giá khả năng chịu hạn nhân tạo của cây lúa ở trong phòng ñã khuyến cáo sử dụng KCLO3

3% hoặc nồng ñộ ñường Saccarin 0,8-1% ñể xử lý hạt Nguyễn Văn Doãng (2002) [5] ñã nghiên cứu và ñề nghị sử dụng phương pháp xác ñịnh áp suất thẩm thấu của hạt phấn bằng dung dịch Polyethylen glycol trong trọn tạo giống lúa mì và lúa chịu hạn Theo tác giả những giống chịu hạn có áp suất thẩm thấu cao và ngược lại

Vũ Tuyên Hoàng, Trương Văn Kích (2002) [17] công bố vai trò của gen chống hạn trong sự ñiều chỉnh hàm lượng proline trong lá lúa ở ñiều kiện môi trường thay ñổi Các giống chịu hạn tốt hàm lượng proline trong lá cao Các nghiên cứu của Nguyễn Duy Bảo, Nguyễn Hữu Nghĩa, Tạ Minh Sơn [9], khi ñánh giá khả năng chịu nóng; nghiên cứu hệ thống rễ và xác lập mối tương quan giữa khả năng chống hạn với sinh trưởng thân lá và bộ rễ của

22 giống lúa thuộc 3 nhóm chịu hạn giỏi, khá và kém ựã nhận xét:

+ Giữa lúa cạn cổ truyền và lúa cạn cải tiến ở giai ựoạn 20 ngày không

có sự sai khác về chiều cao cây, chiều dài rễ; nhưng ở giai ựoạn 60 ngày thì

có sự khác biệt có ý nghĩa, có thể coi ựây là chỉ tiêu chọn giống

+ Chiều cao cây có tương quan nghịch với khả năng mẫn cảm hạn (Chiều cao cây càng thấp thì nhiễm hạn tăng và ngược lại)

Viện Cây lương thực và cây thực phẩm ựã có 3 giống thuộc dòng CH ựược công nhận Quốc gia là giống CH2, CH3, CH133 và hàng loạt các dòng, giống chịu hạn khác có triển vọng (Vũ Tuyên Hoàng và cộng sự, 1995) [16] Các giống CH ựược nghiên cứu trên vùng ựất cạn Việt Yên, Bắc Giang và Hải Dương cho thấy chúng có thời gian sinh trưởng 120 Ờ 130 ngày, thân cứng, lá ựứng và dày, khả năng ựẻ nhánh trung bình và có bộ rễ phát triển vả về chiều rộng và chiều sâu

Trong giai ựoạn 1995 Ờ 1997, Vũ Tuyên Hoàng, Trương Văn Kắch và cộng sự [17] ựã công bố thêm 3 giống măng ựặc tắnh tốt như: năng suất cao, khả năng chịu hạn khá, thắch ứng với vùng ựất nghèo dinh dưỡng và bị hạn là CH5, CH7 và CH132 Năm 2002 giống CH5 ựược công nhận giống Quốc gia

và ựược trồng rộng rãi ở nhiều vùng khó khăn về nước

Năm 1993, từ bộ giống lúa INGER, Viện Khoa học Nông nghiệp Miền Nam ựã chọn ựược các giống lúa cạn ựịa phương và chịu hạn tốt như: LC88-66; LC88-67; LC90-14; LC90-12; LC90-4; LC90-5Ầ, là những giống lúa cạn ựang ựược phát triển mạnh tại Tây Nguyên, đông Nam Bộ và một số khu vực thuộc Trung du Bắc Bộ [7]

Năm 2004 và 2008, Viện Bảo vệ thực vật ựã lần lượt ựưa ra các giống lúa cạn mới: LC93-1, LC93-2, LC93-4 Các giống lúa cạn cải tiến này tỏ ra vượt trội các giống lúa cạn thuộc thế hệ trước và giống lúa cạn ựịa phương Tiêu biểu là giống LC93-1 ựang ựược trồng rộng rãi ở các tỉnh Miền núi phắa Bắc và các tỉnh Miền Trung Tây Nguyên LC93-1 có năng suất cao gấp rưỡi ựến gấp hai các giống lúa cạn ựịa phương, chất lượng tốt, hạt gạo trong, cơm dẻo

2.4.3 Sản xuất lúa nương (lúa cạn) tại huyện Thuận Châu, Sơn La

Lúa nương là cây lương thực rất quan trọng cho người dân sinh sống ở các huyện vùng cao, ñây là nguồn cung cấp lương thực tại chỗ không thể thiếu của người dân nơi ñây

Hiện nay cả về diện tích, năng suất và cơ cấu giống lúa nương ngày càng suy giảm nghiêm trọng mà nguyên nhân chủ yếu do các vùng canh tác chu yếu trên chân ñất cao, không chủ ñộng nước ñồng thời cơ cấu giống lúa chưa phù hợp, không có khả năng chịu hạn nên năng suất thấp, hiệu quả kinh tế không cao

Thuận Châu là một trong những huyện có diện tích lúa nương lớn nhất của tỉnh Sơn La Trong những năm gần ñây, cũng giống như nhiều khu vực khác, diện tích lúa nương giảm xuống một cách nhanh chóng

Bảng 2.1 Diện tích, năng suất và sản lượng lúa nương tại Thuận Châu

trong những năm gần ñây

Năm

Diện tích

lúa nương

(ha)

% so tổng DT lúa

Năng suất lúa nương (tạ/ha)

% so với lúa nước

Sản lượng lúa nương (tấn)

% so với tổng SL lúa

Nguồn: Niên giám thống kê huyện Thuận Châu năm 2005 - 2010

Theo số liệu thống kê cho thấy trong những năm gần ñây, diện tích lúa nương của Thuận Châu chiếm từ 36,9 – 58,64% so với tổng diện tích lúa Tuy

nhiên từ năm 2005 ñến năm 2009 diện tích lúa nương giảm khá nhiều, năm

2005 và 2006 diện tích là 4436 ha chiếm 58,64% tổng diện tích lúa toàn huyện, ñến 2009 chỉ còn 1906 ha như vậy là sau 4 năm diện tích lúa nương giảm tới 57,03% và chỉ chiếm 37,08% so với tổng diện tích lúa của toàn huyện

Nguyên nhân của hiện tượng giảm diện tích lúa nương này là do gặp nhiều khó khăn về thời tiết bất thuận, hạn hán xảy ra thường xuyên nên không khuyến khích ñược việc mở rộng diện tích trồng lúa nương

Về năng suất lúa nương, tại Thuận Châu khá thấp, chỉ ñạt từ 9,74 ñến 10,48 tạ/ha So với lúa nước thì năng suất chỉ ñạt 16,68 – 20,17% Năng suất thấp như vậy là do trình ñộ thâm canh của người dân thấp, mức ñầu tư chăm sóc ít, ñồng thời thiếu sự chỉ dẫn về các giống chống chịu với ñiều kiện bất thuận, trong ñó ñặc biệt là giống chống chịu hạn ñể ñưa vào trồng tại các chân ñất thường xuyên gặp hạn Từ năm 2005 ñến 2009 năng suất lúa nương có xu hướng giảm nhưng mức ñộ giảm là không nhiều Năng suất thấp dẫn ñến tổng sản lượng cũng thấp, chỉ ñạt từ 1876,57 tấn ñến 4648,93 tấn chiếm 6,79 ñến 11,83% tổng sản lượng thóc của toàn huyện, trong ñó năm 2005, 2006 có sản lượng lớn nhất

Trước tình hình sản xuất lúa nương hiện nay, chính quyền ñịa phương chỉ ñạo cần phải ñánh giá lại một cách cụ thể về tình hình sản xuất lúa nương, xác ñịnh những khó khăn ñể tìm giải pháp khắc phục Trong ñó việc ñánh giá khả năng chịu hạn của các giống lúa nương ñịa phương ñể có những ñề xuất hợp lý về các giống lúa trồng trên các chân ñất thường xuyên gặp hạn tại huyện Thuận Châu, tỉnh Sơn La