TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
Việc đối phó với hạn hán đã trở thành một phần không thể thiếu trong cuộc sống của hàng triệu người dân nghèo ở nông thôn châu Á Trận hạn hán khắc nghiệt năm 2004 đã gây thiệt hại nặng nề cho nông nghiệp, ước tính lên đến hàng trăm triệu đôla, đồng thời đẩy nhiều người vào cảnh đói nghèo Mặc dù ở những khu vực có hệ thống tưới tiêu, năng suất lúa đã tăng gấp đôi, nhưng vẫn còn nhiều thách thức cần phải vượt qua.
Năng suất canh tác nhờ nước trời hiện nay chỉ tăng lên rất nhỏ so với 30 năm trước, mặc dù đã gấp 3 lần Nguyên nhân chính là do việc sử dụng giống lúa cải tiến gặp khó khăn trong môi trường không đồng nhất và biến động Hơn nữa, việc tạo ra giống lúa chịu hạn để thích nghi với điều kiện khó khăn này vẫn còn rất hạn chế.
Nhu cầu lúa gạo toàn cầu đang gia tăng, với dự báo của FAO cho thấy sản lượng cần tăng 21% hàng năm từ 1990 đến 2025 để đáp ứng dân số tăng 1,7% mỗi năm Hiện nay, khoảng 20% diện tích 130 triệu ha đất trồng lúa đang gặp khó khăn do khô hạn hoặc phụ thuộc vào mưa tự nhiên Sự khan hiếm nước tưới cho nông nghiệp đã trở thành vấn đề nghiêm trọng, ảnh hưởng đến an toàn lương thực toàn cầu Tài nguyên nước không phải vô hạn, cùng với áp lực dân số và phát triển đô thị, khiến nhu cầu nước cho sinh hoạt và công nghiệp gia tăng Hạn hán, một hệ quả của sự suy giảm nguồn nước, đang được xem là mối đe dọa lớn Do đó, ưu tiên nghiên cứu tính chống chịu khô hạn trong cải tiến giống cây trồng đã được xác định là cần thiết trên toàn thế giới.
Việt Nam, một quốc gia đang phát triển, vẫn phụ thuộc nhiều vào sản xuất nông nghiệp, đặc biệt là ở các vùng đồi núi chiếm 3/4 diện tích lãnh thổ Tại đây, đất nông nghiệp chủ yếu là đất dốc, kém màu mỡ và thiếu hệ thống tưới tiêu chủ động, dẫn đến năng suất cây trồng thấp và không ổn định Vấn đề cân đối lương thực giữa miền xuôi và miền núi, cũng như đảm bảo lương thực cho các vùng sâu, vùng xa và vùng trồng cây công nghiệp, đang là thách thức lớn đối với sự ổn định kinh tế và phát triển canh tác ở những khu vực này.
Cải tiến giống lúa và kỹ thuật canh tác là cần thiết để nâng cao sản lượng trong điều kiện khô hạn Sử dụng giống lúa có khả năng thích nghi và chống chịu cao là biện pháp tiết kiệm chi phí hiệu quả Việc xác định và tạo ra các giống lúa chịu hạn trở nên cấp thiết nhằm giảm thiểu thiệt hại do hạn hán Đặc biệt, ngay cả những vùng có đủ điều kiện thủy lợi cũng cần giống lúa chịu hạn, vì 90% diện tích trồng lúa toàn cầu bị ảnh hưởng bởi khô hạn trong một số giai đoạn sinh trưởng.
Để cải thiện những hạn chế của các giống lúa cạn địa phương như thời gian sinh trưởng dài, chỉ trồng được một vụ trong mùa mưa, độ thuần không cao, khả năng chịu thâm canh kém và khả năng chịu hạn khác nhau, việc tuyển chọn và hoàn thiện biện pháp kỹ thuật cho giống lúa chịu hạn mới sẽ mang lại hiệu quả cao cho các vùng thường xuyên bị hạn.
Biến đổi khí hậu hiện nay đang là mối quan tâm toàn cầu, đặc biệt tại vùng Nam Trung bộ và Tây Nguyên, nơi hạn hán xảy ra thường xuyên, gây mất ổn định trong sản xuất và ảnh hưởng lớn đến đời sống người dân Việc chống hạn gặp nhiều khó khăn do thiếu nguồn nước và các hồ chứa nước thượng nguồn cạn kiệt Do đó, nghiên cứu và phát triển các giống lúa có khả năng chịu hạn tốt là giải pháp khả thi và tích cực cho sản xuất nông nghiệp.
Việc nghiên cứu và tuyển chọn giống lúa chịu hạn, cùng với xác định lượng giống gieo sạ cho giống lúa chịu hạn mới tại Bình Định, là cần thiết để đáp ứng nhu cầu sản xuất trong khu vực.
MỤC ĐÍCH VÀ YÊU CẦU
Mục đích của đề tài
Thí nghiệm so sánh các bộ giống lúa triển vọng của tập đoàn giống lúa chịu hạn mới nhằm tuyển chọn những giống có tiềm năng để đưa vào sản xuất.
- Nghiên cứu biện pháp kỹ thuật: lượng giống gieo sạ thích hợp cho giống lúa chịu hạn mới tại Bình Định
2.2 Yêu cầu của đề tài
Thí nghiệm đã được thực hiện để so sánh các dòng lúa triển vọng của tập đoàn giống lúa chịu hạn mới, nhằm tuyển chọn một giống lúa có tiềm năng cao để đưa vào sản xuất.
- Nghiên cứu biện pháp kỹ thuật: lượng giống gieo sạ thích hợp cho giống lúa chịu hạn mới tại Bình Định
Đánh giá các đặc điểm nông, sinh học và khả năng chống chịu sâu bệnh của các dòng lúa chịu hạn là cần thiết để xác định những dòng có đặc điểm tốt, phục vụ cho chương trình chọn giống lúa chịu hạn hiệu quả.
Yêu cầu của đề tài
3.1 Ý nghĩa khoa học của đề tài
Lúa là cây tự thụ phấn, nên quần thể lúa có kiểu gen và kiểu hình đồng nhất, với độ ổn định cao hơn so với các cây giao phấn Các giống lúa chất lượng cao thường có năng suất thấp hơn và dễ bị sâu bệnh hơn so với giống lúa kém chất lượng Hiện nay, việc nghiên cứu và tuyển chọn các giống lúa mới chịu hạn đang trở nên cấp bách, nhằm thích ứng với biến đổi khí hậu, đặc biệt là ở các tỉnh Duyên hải miền Trung.
Tây Nguyên đang phải đối mặt với tình trạng thiếu nước sản xuất trong vụ Hè Thu, vụ
Mùa năm 2015 và trong tương lai
3.2 Ý nghĩa thực tiễn của đề tài
- Đánh giá và tuyển chọn một giống lúa mới có khả năng chịu hạn tốt và có năng suất, chất lượng khá
- Góp phần giảm áp lực nước tưới cho sản xuất lúa nước của tỉnh Bình Định
4 ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI NGHIÊN CỨU
Thí nghiệm đã được thực hiện để so sánh 20 dòng lúa và 1 giống lúa chịu hạn tiềm năng, nhằm xác định năng suất ổn định, khả năng chống chịu sâu bệnh và điều kiện ngoại cảnh bất lợi Các giống lúa này có thời gian sinh trưởng dưới 100 ngày và chất lượng phù hợp với điều kiện canh tác tại Bình Định Nghiên cứu cũng tập trung vào việc xác định biện pháp kỹ thuật và lượng giống thích hợp cho giống lúa chịu hạn mới được chọn từ 20 dòng.
Thí nghiệm 1: Thí nghiệm so sánh bộ dòng lúa chịu hạn (Gồm 20 dòng và 1 giống đối chứng gồm các: DH 08; DH 11; DH 12; DH 13; DH 14; DH 15; DH 16;
DH 17; DH 26; DH 34; DH 36; DH 39; DH 40; DH 69; DH 71; DH 116; D761; D768;
D 777; D 800; CH 208 đối chứng) Sản xuất trong vụ Hè Thu 2014
Thí nghiệm 2: Nghiên cứu lượng giống gieo thích hợp cho giống lúa chịu hạn mới Với các công thức sau: CT1: 110 kg; CT2 (đối chứng): 140 kg; CT3: 170 kg và
CT4: 200 kg Sản xuất trong vụ Đông Xuân 2014 - 2015
- Đánh giá về đặc điểm sinh trưởng, phát triển và năng suất của 20 dòng và 1 giống lúa chịu hạn
- Đánh giá khả năng chống chịu điều kiện hạn hán bất thuận
- Xác định lượng giống gieo sạ thích hợp cho giống lúa chịu hạn mới tại Bình Định.
Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI
Ý nghĩa khoa học của đề tài
Lúa là cây tự thụ phấn, dẫn đến quần thể đồng nhất về kiểu gen và kiểu hình, với độ ổn định cao hơn so với cây giao phấn Các giống lúa chất lượng cao thường có năng suất thấp và dễ bị sâu bệnh hơn so với giống lúa chất lượng thấp Hiện nay, nghiên cứu và tuyển chọn giống lúa mới chịu hạn đang trở nên cấp thiết, nhằm ứng phó với biến đổi khí hậu, đặc biệt là tại các tỉnh Duyên hải miền Trung.
Tây Nguyên đang phải đối mặt với tình trạng thiếu nước sản xuất trong vụ Hè Thu, vụ
Mùa năm 2015 và trong tương lai.
Ý nghĩa thực tiễn của đề tài
- Đánh giá và tuyển chọn một giống lúa mới có khả năng chịu hạn tốt và có năng suất, chất lượng khá
- Góp phần giảm áp lực nước tưới cho sản xuất lúa nước của tỉnh Bình Định.
TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
Khái niệm về tính chống, né (trốn), tránh, chịu hạn, khả năng phục hồi sau hạn và các cơ chế của chúng
hạn và các cơ chế của chúng
1.1.3.1 Khái niệm về tính chống, né (trốn), tránh, chịu hạn và khả năng phục hồi sau hạn
Trên cơ sở khi nghiên cứu sự trao đổi chất của cây, Sullivan và Yoshida định nghĩa, [41]
Tính chống hạn là khả năng tồn tại và sinh trưởng của thực vật trong điều kiện thiếu nước, đồng thời cho phép chúng sản xuất một phần nhỏ nhất sản lượng cuối cùng.
Tính chịu hạn, hay còn gọi là khả năng chịu sự làm khô, là khả năng duy trì sự sống của tế bào và chức năng trao đổi chất của mô trong điều kiện khô hạn hoặc khi tiềm năng nước trong mô tế bào bị giảm.
Theo Gupta (1986), [59], phần lớn các nhà chọn giống sử dụng 5 thuật ngữ sau đây khi nói đến khả năng chống chịu hạn:
Chống hạn là khả năng của thực vật trong việc sống sót và phát triển ngay cả khi gặp phải điều kiện thiếu nước Điều này cho phép cây trồng duy trì năng suất mong muốn mặc dù bị giới hạn về nhu cầu nước ở các giai đoạn khác nhau.
Thoát hạn là khả năng của một loài thực vật để "chín sớm", giúp chúng đối phó với tình trạng khan hiếm nước trước khi nó trở thành yếu tố nghiêm trọng ảnh hưởng đến năng suất.
- Tránh hạn: là khả năng duy trì trạng thái trương nước cao của một loài thực vật trong suốt thời kỳ hạn
Chịu hạn là khả năng của loài thực vật trong việc chịu đựng tình trạng thiếu nước, được đo bằng mức độ và thời gian giảm tiềm năng nước trong cây.
Phục hồi là khả năng của một loài thực vật trong việc trở lại trạng thái sinh trưởng và duy trì năng suất sau khi trải qua khủng hoảng nước Những thiệt hại do thiếu nước gây ra đối với loài thực vật này thường không đáng kể.
Khả năng chống hạn ở thực vật có thể là một trong bất kỳ bốn khả năng trên hoặc là sự kết hợp của cả bốn khả năng đó
1.1.3.2 Các cơ chế chống chịu hạn
Theo Trần Nguyên Tháp (2000), chống hạn là khả năng của cây trồng duy trì chức năng sinh lý của mô tế bào và điều chỉnh áp suất thẩm thấu Thực vật có cơ chế chống hạn thể hiện qua khả năng hút nước, giữ nước và sử dụng nước một cách tiết kiệm, giúp nguyên sinh chất chịu đựng sự mất nước cao.
- Có khả năng giảm sự bốc thoát hơi nước thông qua:
+ Khả năng điều chỉnh đóng mở khí khổng: khi thiếu nước khí khổng đóng lại hoặc chỉ mở vào ban đêm để nhận CO2 và ban ngày đóng lại
+ Chúng có khả năng giảm chỉ số diện tích lá
Cây có bộ lá hẹp và góc độ lá phù hợp giúp lá hướng song song với ánh sáng mặt trời, đồng thời cuộn lại để giảm thiểu quá trình bốc hơi nước.
+ Mặt lá dày, có lông hoặc được phủ một lớp cutin dày
- Có khả năng duy trì sự cung cấp nước nhờ:
+ Có bộ rễ phát triển, ăn sâu với số lượng và công thức rễ cao
+ Rễ có mạch dẫn to và số lượng mạch dẫn nhiều để tăng cường vận chuyển nước từ rễ lên lá
Có khả năng giảm áp suất thẩm thấu bằng cách tích lũy các chất vô cơ và hữu cơ như muối, khoáng chất, kali, axit hữu cơ và đường hòa tan, giúp điều chỉnh áp suất thẩm thấu và sức trương của mô.
Màng tế bào và các cơ quan có khả năng duy trì tính nguyên vẹn về cấu trúc và chức năng sinh lý, đảm bảo độ nhớt và tính đàn hồi của chất nguyên sinh, giúp chất nguyên sinh chịu được mức độ mất nước cao.
* Cơ chế né (trốn) hạn
Theo Trần Nguyên Tháp (2000) [41] thực vật ở nhóm này thường là những loài có thời gian sinh trưởng ngắn, là những cây đoản sinh thường sống ở vùng sa mạc
Loại thực vật này có khả năng hoàn thành vòng đời nhanh chóng và thường kết thúc trước khi mùa khô đến Đặc điểm nổi bật của chúng là sự sinh trưởng và phát triển nhanh, cùng với tính mềm dẻo.
Khả năng của thực vật trong việc hạn chế mất hơi nước và tăng cường cung cấp nước khi gặp hạn là rất quan trọng Việc giảm mất hơi nước có thể thực hiện qua việc điều chỉnh đóng mở khí khổng, lá cuộn lại hoặc thay đổi diện tích lá Đồng thời, cung cấp nước được cải thiện nhờ bộ rễ ăn sâu, rễ to khỏe, số lượng nhiều và mạch dẫn có kích thước lớn.
Hạn là hiện tượng mất nước ở thực vật do tác động của môi trường xung quanh, theo Nguyễn Đức Ngữ (2002) Cây có khả năng chống chịu hạn bằng cách giữ nước thông qua các biến đổi hình thái, giúp tăng cường khả năng sinh tồn trong điều kiện khô hạn.
Theo Mussell và Staples (1979), Paleg và Aspimall (1981), Turner và Kramer
Trong môi trường thiếu nước, thực vật có hai cơ chế bảo vệ chính: cơ chế tránh mất nước và cơ chế chịu mất nước Cơ chế tránh mất nước liên quan đến khả năng thích nghi về cấu trúc của rễ và chồi, giúp giảm thiểu sự mất nước và tự điều chỉnh áp suất thẩm thấu nội bào bằng cách tích lũy các chất hoà tan, protein, axit amin, ion K+, và enzym phân hủy gốc tự do để duy trì lượng nước tối thiểu trong tế bào Ngược lại, cơ chế chịu mất nước liên quan đến những thay đổi sinh hóa trong tế bào, giúp tổng hợp các chất bảo vệ hoặc nhanh chóng bù đắp sự thiếu hụt nước.
Theo Nguyen H.T., Babu C.R., Blum A (1997) [67], khả năng chịu hạn của cây lúa được bộc lộ thông qua các biểu hiện sau:
- Giảm diện tích lá và rút ngắn thời gian sinh trưởng giúp cây sử dụng nước một cách hợp lý trong điều kiện thiếu nước
- Tăng khả năng đâm sâu của rễ để tận dụng nguồn nước ở tầng đất sâu đảm bảo tương ứng cho nhu cầu thoát hơi nước của bộ lá
Duy trì sức trương của tế bào là rất quan trọng, đặc biệt trong việc điều chỉnh áp suất thẩm thấu, giúp bảo vệ các chồi non khỏi tình trạng khô hạn trong điều kiện mất nước cực đoan.
- Kiểm soát mức độ thoát hơi nước trên bề mặt lá thông qua điều tiết độ mở của khí khổng.
Bản chất của tính chống chịu hạn
Tính chống chịu hạn của cây trồng là một tập hợp các đặc tính do hệ gen quy định, theo các nhà khoa học Nghiên cứu chỉ ra rằng các yếu tố vật hậu học và hình thái học phản ánh tính chống chịu hạn ở thực vật, và những yếu tố này được điều khiển bởi các gen chống chịu hạn, hình thành từ quá trình chọn lọc tự nhiên và tiến hoá Do đó, cây trồng có khả năng chống chịu hạn và duy trì năng suất trong điều kiện khô hạn là kết quả của sự tương tác đa gen trong các giai đoạn sinh trưởng, bao gồm sự phát triển của bộ rễ, thân, lá, đặc tính chống chịu hạn, khả năng phục hồi sau hạn, và các yếu tố cấu thành năng suất, như được nêu bởi Sasato (1968).
Theo nghiên cứu của Bùi Chí Bửu và Nguyễn Thị Lang (2003), các gen kiểm soát tính chống chịu có thể chồng lấn nhau với những loại stress khác nhau Trong genome của lúa mì và lúa mạch, di truyền ảnh hưởng đến phản ứng của cây đối với khô hạn, mặn và lạnh nằm trên cùng một bản đồ di truyền của nhiễm sắc thể Đã có ít nhất 10 tính trạng số lượng (QTLs) được xác định cho từng tính trạng chống chịu, và chúng nằm chồng lên nhau tại một số vùng của nhiễm sắc thể.
Theo Nguyễn Văn Hiển (2000) [12], nguyên nhân của tính chịu hạn ở cây trồng là nhờ vào các yếu tố sau:
- Đặc tính giải phẫu hình thái của thực vật để giảm bốc hơi nước (công thức khí khổng, chiều dầy tầng cutin, chiều dầy lá)
- Đặc tính chống chịu sinh lý của tế bào chất đối với việc mất nước, nhiệt độ cao, nồng độ muối (khả năng điều chỉnh tính thấm)
- Đặc tính sinh vật học của sự sinh trưởng và phát triển các giống (đặc biệt là tính chín sớm)
- Tính chịu hạn của thực vật liên quan tới tính thích ứng sinh thái của các giống
Trong nghiên cứu chọn tạo giống lúa chịu hạn, hiểu rõ bản chất của tính chịu hạn là rất quan trọng Điều này giúp các nhà chọn giống tăng tốc quá trình cải tiến giống và phát triển các giống lúa chịu hạn hiệu quả hơn, theo Nguyễn Văn Hiển.
1.1.5 Ảnh hưởng của hạn tới sản xuất nông nghiệp và biện pháp khắc phục nâng cao tính chống chịu hạn
* Ảnh hưởng của hạn tới sản xuất nông nghiệp
Hạn hán là hiện tượng tự nhiên xảy ra khi có sự mất cân bằng giữa lượng mưa và lượng bốc hơi trong khu vực Nó liên quan đến thời gian, giai đoạn sinh trưởng của cây trồng và hiệu quả của mưa, bao gồm cả công thức và lượng mưa Ngoài ra, các yếu tố như nhiệt độ cao, gió mạnh và độ ẩm thấp cũng làm tình trạng hạn hán trở nên nghiêm trọng hơn.
Các đợt hạn hán liên tiếp vào các năm 1976, 1980, 1985 và 1987 đã gây ra thảm họa lớn cho 21 quốc gia, ảnh hưởng đến hơn 150 triệu người Trong thập niên 80, hạn hán đã buộc 10 triệu nông dân châu Phi phải rời bỏ quê hương để tìm kiếm sinh kế, mặc dù đã nhận được sự cứu trợ từ cộng đồng quốc tế, nhưng vẫn có hơn 1 triệu người thiệt mạng.
Nạn đói khủng khiếp ở ấn Độ trong thế kỷ 18 do hạn hán gây ra vào các năm
1702 - 1704 và 1769 - 1770 với số người chết lên đến 5 triệu và năm 1987 lại xảy ra hạn hán nghiêm trọng kèm theo nạn đói lan rộng
Theo tài liệu khí tượng thủy văn, ở Việt Nam những năm bị hạn nặng trong vụ sản xuất đông xuân (tháng 1, 2, 3) là các năm 1959, 1961, 1970, 1984, 1986, 1989,
1993 và 1998 (8 năm) Những năm bị hạn nặng trong vụ mùa (tháng 6, 7, 8) là các năm 1960, 1961, 1963, 1964 ở Bắc Bộ (4 năm) và các năm 1983, 1987, 1988, 1990,
Từ năm 1988 đến 1998, khu vực Trung và Nam Bộ Việt Nam đã chịu ảnh hưởng nghiêm trọng từ hạn hán, với diện tích trồng lúa bị tác động lên tới 700.500 ha Trong đó, có 124.400 ha bị mất trắng, chiếm 16% tổng diện tích gieo trồng lúa hàng năm ở miền Trung.
Theo Đào Xuân Học (chủ biên) (2002) [14]
Hạn hán gây thiệt hại về sản lượng mùa vụ và gia súc không chỉ do thiếu nước mà còn do sâu bọ, bệnh cây và xói mòn đất Điều này dẫn đến giảm thu nhập của nông dân, kéo theo hoạt động đầu cơ từ các nhà cung cấp hàng hóa và dịch vụ, gây ra nạn thất nghiệp và tăng rủi ro đầu tư cho các tổ chức tài chính Hệ quả là thiếu hụt nguồn vốn và thất thu ngân sách nhà nước, ảnh hưởng đến đời sống nhân dân và các ngành du lịch, giải trí Giá thực phẩm, năng lượng và hàng hóa khác tăng do nguồn cung thiếu hụt, và một số địa phương phải nhập khẩu lương thực từ nơi khác Đặc biệt, hạn hán trong giai đoạn cây lúa đẻ nhánh chỉ ảnh hưởng đến sinh trưởng, nhưng nếu xảy ra trong giai đoạn làm đòng đến trỗ thì sẽ gây tổn hại nghiêm trọng đến năng suất và chất lượng lúa.
Hạn trong thời kỳ hồi xanh của cây lúa làm chậm quá trình hồi phục hoặc có thể gây chết cây do sức chống hạn yếu Trong giai đoạn đẻ nhánh, cây lúa có khả năng chịu hạn tốt hơn nhưng vẫn bị giảm khả năng đẻ nhánh, chiều cao và diện tích lá Đặc biệt, trong thời kỳ ngậm đòng, hạn gây ảnh hưởng nghiêm trọng, đặc biệt là ở giai đoạn tế bào sinh sản, dẫn đến thoái hóa hoa và cản trở quá trình hình thành gié và hạt.
Trong khoảng thời gian 11 ngày trước khi trổ, việc hạn chế nước trong 3 ngày có thể dẫn đến giảm năng suất nghiêm trọng, gây nghẹt đòng, khó khăn trong quá trình phơi màu thụ tinh và làm tăng khả năng hình thành nhiều hạt lép.
Khi cây lúa gặp hạn trong giai đoạn chín sữa, năng suất không thể bù đắp, dẫn đến trọng lượng hạt giảm và tỷ lệ gạo bạc bụng cao do sự tích lũy protein vào nội nhũ bị giảm Thiếu nước ở bất kỳ giai đoạn sinh trưởng nào của cây lúa đều có thể gây ảnh hưởng tiêu cực đến năng suất.
* Biện pháp nâng cao khả năng chống chịu hạn
Hiện nay trên thế giới có hai biện pháp sau:
- Sử dụng biện pháp kỹ thuật: như việc tôi hạt giống trước khi gieo, bón phân vi lượng nhằm tăng khả năng chống chịu cho cây với hạn,
- Chọn tạo và sử dụng giống chịu hạn
Trong hai biện pháp trên, biện pháp sử dụng giống chống chịu là biện pháp tích cực, lâu dài và hiệu quả cao nhất
1.2 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU LÚA CẠN VÀ LÚA CHỊU HẠN TRÊN THẾ
1.2.1 Tính cấp thiết của việc nghiên cứu và phát triển lúa chịu hạn
Trong bối cảnh biến đổi khí hậu hiện nay, nước và lương thực trở thành yếu tố thiết yếu cho sự tồn tại của con người Nhu cầu lương thực ngày càng tăng cao, trong khi nguy cơ khủng hoảng nước đang được cảnh báo trong tương lai gần Nếu không có sự sáng tạo và phát triển công nghệ phù hợp, chúng ta sẽ đối mặt với tình trạng thiếu hụt cả nước lẫn lương thực Nước sẽ ngày càng trở thành hàng hóa quý giá, khi con người sử dụng cho ngành công nghiệp, nông nghiệp và sinh hoạt với khối lượng lớn.
Trên thế giới, chỉ có khoảng 3% nước ngọt, trong đó con người chỉ sử dụng khoảng 1%, còn 2% bị đóng băng Từ 1% nước ngọt đó, khoảng 70% được dùng cho nông nghiệp, 20% cho công nghiệp, và 10% không thể sử dụng do ô nhiễm do con người gây ra.
Sự gia tăng dân số toàn cầu trong khi quỹ đất đai có hạn đang gây áp lực lớn lên sản xuất nông nghiệp Biến đổi khí hậu đã dẫn đến nhiều hiện tượng thời tiết cực đoan như hạn hán và bão lũ, gây thiệt hại nặng nề cho ngành nông nghiệp Ví dụ, hạn hán tại Nga vào năm 2011 đã làm giảm sản lượng lương thực, đặc biệt là lúa mì, khiến giá nông sản tăng cao và dẫn đến tình trạng thiếu lúa mì trên thị trường toàn cầu Tình hình cũng không khả quan tại Trung Quốc, nơi đang phải đối mặt với hạn hán kéo dài kỷ lục trong 60 năm qua, ảnh hưởng đến 5 triệu hecta đất canh tác tại các tỉnh như Hà Nam và Sơn Đông.
Năm 2011, nhiều khu vực trải qua tình trạng hạn hán kéo dài, dẫn đến suy giảm nguồn tài nguyên và mực nước các con sông lớn ngày càng cạn kiệt Các chuyên gia cảnh báo rằng tình trạng ấm lên toàn cầu đang đe dọa sản xuất lúa gạo trên toàn thế giới, theo một nghiên cứu khoa học.
1 0 C thì sản lượng trên ruộng lúa giảm 10 %
Việc nghiên cứu và phát triển các giải pháp khoa học-công nghệ phù hợp là cần thiết để đảm bảo an ninh lương thực và duy trì sự bền vững với thiên nhiên Dự báo đến năm 2025, nhiều nước châu Á sẽ đối mặt với tình trạng thiếu nước nghiêm trọng, do đó, các giống lúa chịu hạn sẽ mang lại hy vọng cho nông dân và góp phần vào việc bảo đảm an ninh lương thực.
1.2.2 Nguồn gốc và sự phân bố của cây lúa cạn, lúa chịu hạn
1.2.2.1 Nguồn gốc của cây lúa cạn, lúa chịu hạn
TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU LÚA CẠN VÀ LÚA CHỊU HẠN TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM
1.2.1 Tính cấp thiết của việc nghiên cứu và phát triển lúa chịu hạn
Trong bối cảnh biến đổi khí hậu hiện nay, nước và lương thực trở thành yếu tố thiết yếu cho sự tồn tại của con người Nhu cầu về lương thực ngày càng gia tăng, trong khi nguy cơ khủng hoảng nước đã được cảnh báo trong tương lai gần Nếu không có sự sáng tạo và phát triển công nghệ phù hợp, chúng ta sẽ đối mặt với sự thiếu hụt cả hai nguồn tài nguyên này Nước sẽ sớm trở thành hàng hóa quý giá, khi mà con người sử dụng nó cho các ngành công nghiệp, nông nghiệp và sinh hoạt với khối lượng ngày càng lớn.
Trên thế giới, chỉ có khoảng 3% nước là nước ngọt, và con người chỉ sử dụng khoảng 1% trong số đó, trong khi 2% còn lại bị đóng băng Trong 1% nước ngọt mà chúng ta sử dụng, khoảng 70% được dùng cho nông nghiệp, 20% cho công nghiệp, và 10% không thể sử dụng do ô nhiễm do con người gây ra.
Với sự gia tăng dân số toàn cầu và quỹ đất hạn chế, biến đổi khí hậu đang gây ra nhiều thách thức cho sản xuất nông nghiệp, bao gồm hạn hán và bão lũ thất thường Năm 2011, hạn hán tại Nga đã làm mất mùa nhiều loại lương thực, khiến giá nông sản tăng cao và dẫn đến tình trạng thiếu lúa mì trên thị trường thế giới Hiện nay, Trung Quốc cũng đang đối mặt với hạn hán kéo dài kỷ lục trong 60 năm qua, ảnh hưởng đến 5 triệu hecta đất canh tác từ Hà Nam đến Sơn Đông, không nhận được mưa trong nhiều tháng.
Năm 2011, tình trạng hạn hán kéo dài đã ảnh hưởng nghiêm trọng đến nhiều khu vực, dẫn đến suy giảm nguồn tài nguyên ở nhiều quốc gia và mực nước các con sông lớn ngày càng cạn kiệt Các chuyên gia cảnh báo rằng tình trạng ấm lên toàn cầu đang đe dọa sản xuất lúa gạo trên toàn thế giới, theo một nghiên cứu khoa học cho thấy nhiệt độ trái đất đang tăng lên.
1 0 C thì sản lượng trên ruộng lúa giảm 10 %
Nghiên cứu và phát triển các giải pháp khoa học-công nghệ phù hợp là cần thiết để đảm bảo an ninh lương thực và bảo vệ môi trường Dự báo đến năm 2025, nhiều nước Châu Á sẽ đối mặt với tình trạng thiếu nước nghiêm trọng, do đó, các giống lúa chịu hạn sẽ mang lại hy vọng cho nông dân và góp phần vào an ninh lương thực.
1.2.2 Nguồn gốc và sự phân bố của cây lúa cạn, lúa chịu hạn
1.2.2.1 Nguồn gốc của cây lúa cạn, lúa chịu hạn
Lúa, đặc biệt là lúa cạn, là một trong những cây trồng cổ xưa nhất của nhân loại Nhiều nghiên cứu cho thấy lúa trồng đã xuất hiện ở châu Á cách đây khoảng 8000 năm Tuy nhiên, vẫn chưa có kết luận rõ ràng về tổ tiên trực tiếp của lúa trồng châu Á (Oryza Sativa L.) theo Lu.B.R và cộng sự (1996).
Hầu hết các giống lúa cạn ở châu Á thuộc dạng Indica, với cấu trúc đặc trưng ở vùng Đông Nam Á Các giống lúa Ấn Độ thể hiện sự trung gian giữa lúa nước và lúa cạn Đông Nam Á Nghiên cứu gần đây cho thấy các giống lúa cạn Đông Nam Á có mối quan hệ gần gũi với dạng này.
Javanica của Indonesia hơn là dạng Indica, [41]
Theo nghiên cứu của Nguyễn Văn Hiển và Trần Thị Nhàn (1982), lúa cạn đã phát triển từ lúa nước, với quá trình hình thành lúa cạn bắt đầu từ dạng hình.
Giống lúa Indica được phát triển nhằm rút ngắn thời gian sinh trưởng và có khả năng chịu hạn tốt Sự khác biệt giữa lúa nước và lúa cạn nằm ở khả năng chịu hạn, trong đó các giống lúa cạn có thể sinh trưởng và phát triển bình thường trong điều kiện ruộng cạn, tương tự như trong ruộng nước Điều đặc biệt là lúa cạn có nguồn gốc từ lúa nước.
Trần Văn Minh và Lê Tiến Dũng (2005) cho rằng quá trình thuần hóa lúa Oryza sativa đã tạo ra những biến dị đáng kể tùy thuộc vào điều kiện canh tác khác nhau Theo đó, lúa được chia thành bốn loại: lúa cạn, lúa có tưới, lúa nước sâu và lúa nổi Lúa cạn được trồng trên đất cao thoát nước, không có bờ ngăn để lưu trữ nước, và hạt được gieo trong điều kiện khô, phụ thuộc vào nước mưa tự nhiên trong suốt quá trình sinh trưởng.
Lúa cạn được trồng trên đất cao và sườn đồi có địa hình phức tạp, nơi sinh sống của nhiều dân tộc thiểu số đa dạng Mỗi dân tộc thường gắn liền với một vùng địa lý cụ thể, có tập quán canh tác và sở thích thực phẩm riêng, dẫn đến sự hình thành các bộ giống lúa đặc trưng, khác biệt với các bộ giống của các dân tộc thiểu số lân cận.
Thuỷ và cộng sự, 1997 [43], Lưu Ngọc Trình và Đào Thế Tuấn, 1996 [45]), đây là những nguyên nhân hình thành nên nguồn gen lúa cạn rất phong phú, đa dạng
1.2.2.2 Phân bố của cây lúa cạn, lúa chịu hạn
Lúa cạn trên thế giới được trồng trên hầu hết các vùng đất cao, vùng đồng bào ít người, nhìn chung còn lạc hậu
Theo Surajit K Detta (1975), lúa cạn được trồng chủ yếu trên ba lục địa là châu Á, châu Phi và châu Mỹ La Tinh Theo IRRI (1975) [63]
Theo Trần Văn Đạt (1986), [56] môi trường trồng lúa cạn trên thế giới được chia thành 4 loại:
- Vùng đất cao, màu mỡ, mùa gieo trồng dài ký hiệu là FL (Favorable upland with long growing season) vùng này chiếm khoảng 11 % diện tích lúa cạn thế giới
- Vùng đất cạn thuận lợi, đất màu mỡ với mùa gieo trồng ngắn ký hiệu là FS (Favorable upland with short growing season) diện tích vùng này khoảng 25 %
Vùng đất cạn không thuận lợi, kém màu mỡ và có mùa gieo trồng dài được ký hiệu là UL (Unfavorable upland with long growing season) chiếm khoảng 38% diện tích lúa cạn toàn cầu.
- Vùng đất cao, kém màu mỡ, mùa gieo trồng ngắn ký hiệu là US (Unfavorable upland with short growing season) Ước tính diện tích vùng này chiếm khoảng 25 %
Lúa cạn Việt Nam được xếp trong vùng UL Ở Việt Nam, Vũ Tuyên Hoàng, Trương Văn Kính và các cộng sự (1995) [14],
[17], [18], [19], [21] đã phân vùng cây lúa cạn và chịu hạn về loại đất trồng chúng như sau:
- Đất rẫy (trồng lúa rẫy): nằm ở các vùng trung du, miền núi phía Bắc, miền Trung, Tây Nguyên và một phần của Đông Nam Bộ
Đất thiếu nước hoặc không ổn định về nguồn tưới, đặc biệt là trong trồng lúa phụ thuộc vào nước trời, phân bố rải rác ở các vùng đồng bằng sông Hồng, sông Cửu Long, trung du và duyên hải miền Trung và Nam Bộ Những khu vực này bao gồm cả các diện tích đất bằng phẳng nhưng chưa có hệ thống thủy nông hoàn chỉnh, chỉ được tưới rất ít, dẫn đến tình trạng nhiều ruộng cao thường xuyên cạn nước.
1.2.3 Tình hình nghiên cứu lúa cạn và lúa chịu hạn trên thế giới
1.2.3.1 Tình hình sản xuất lúa và lúa chịu hạn trên thế giới
Theo số liệu của FAO năm 1993 cho thấy, diện tích canh tác lúa của thế giới đạt
148 triệu hecta, trong đó Châu Á gieo cấy 133,3 triệu hecta lúa, chiếm 90,07 % Có
Khoảng 68,03 triệu hecta lúa, chiếm 45,96% tổng diện tích, thường xuyên bị thiên tai đe dọa Trong đó, 19,16 triệu hecta là đất cạn (lúa rẫy), 36,37 triệu hecta phụ thuộc hoàn toàn vào nước trời (lúa rainfed), và 12,5 triệu hecta là đất ngập nước Năng suất lúa ở những vùng khó khăn chỉ đạt từ 0,8-1,7 tấn/ha, tương đương 20-40% năng suất của vùng có hệ thống tưới tiêu chủ động Các giống lúa được gieo trồng chủ yếu là giống địa phương, có thời gian sinh trưởng dài, cây cao, khả năng chống đổ kém và năng suất thấp, nhưng lại có chất lượng gạo ngon.
Từ năm 1993 đến 2007, diện tích trồng lúa toàn cầu đã tăng thêm 8,7 triệu ha, đạt tổng diện tích 156,7 triệu ha vào năm 2007 Năng suất lúa trung bình trên thế giới đạt khoảng 4,0 tấn/ha.
Năng suất lúa đạt cao nhất 9,45 tấn/ha ở Australia và thấp nhất là 0,90 tấn/ha ở IRAQ