TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
Hạn hán thường xuyên đã trở thành một thách thức lớn đối với hàng triệu người dân nghèo ở nông thôn châu Á Vào năm 2004, một trận hạn hán nghiêm trọng đã gây thiệt hại nặng nề cho nông nghiệp, ước tính lên đến hàng trăm triệu đô la, đồng thời đẩy hàng triệu người vào tình trạng đói nghèo Mặc dù năng suất lúa ở những khu vực có hệ thống tưới tiêu đã tăng gấp đôi, nhưng tác động của hạn hán vẫn là một vấn đề nghiêm trọng mà nhiều cộng đồng phải đối mặt.
Năng suất lúa ở vùng canh tác nhờ nước trời chỉ tăng rất ít so với 30 năm trước, mặc dù đã gấp 3 lần Nguyên nhân là do khó khăn trong việc sử dụng giống lúa cải tiến do môi trường không đồng nhất và biến động Thêm vào đó, việc tạo ra giống lúa chịu hạn phù hợp với điều kiện khó khăn này vẫn còn rất hạn chế.
Nhu cầu lúa gạo ngày càng tăng, với dự báo của FAO cho thấy sản xuất cần tăng 21% mỗi năm từ 1990 đến 2025 để đáp ứng sự gia tăng dân số 1,7% hàng năm Tuy nhiên, trong 130 triệu ha đất trồng lúa hiện nay, khoảng 20% đang canh tác trong điều kiện khô hạn hoặc phụ thuộc vào nước mưa tự nhiên Sự khan hiếm nước tưới cho nông nghiệp đã trở thành vấn đề cấp bách, ảnh hưởng đến an toàn lương thực toàn cầu Tài nguyên nước không phải là vô tận, trong khi áp lực dân số và phát triển đô thị gia tăng nhu cầu nước cho sinh hoạt và công nghiệp Hạn hán, một trong những hậu quả nghiêm trọng của sự suy giảm nguồn nước, đã thúc đẩy việc ưu tiên đầu tư nghiên cứu tính chống chịu khô hạn trong cải tiến giống cây trồng trên toàn thế giới.
Việt Nam, một quốc gia đang phát triển, có nền nông nghiệp chiếm tỷ trọng lớn trong kinh tế Với 3/4 diện tích lãnh thổ là đất đồi núi, nhiều vùng 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 bấp bênh Tình hình cân đối lương thực, đặc biệt giữa miền xuôi và miền núi, cùng với việc đảm bảo ổn định lương thực cho các vùng sâu, vùng xa và vùng trồng cây công nghiệp, vẫn là thách thức lớn đối với sự ổn định kinh tế và canh tác định cư.
Cải tiến giống lúa và kỹ thuật canh tác là giải pháp hiệu quả để nâng cao sản lượng trong điều kiện khô hạn Việc sử dụng giống lúa có khả năng thích nghi và chống chịu cao giúp tiết kiệm chi phí và giảm thiểu thiệt hại do hạn hán Do đó, xác định và phát triển các giống lúa chịu hạn trở thành vấn đề cấp thiết, không chỉ cho các vùng thiếu nước mà còn cho những khu vực có hệ thống thủy lợi, vì 90% diện tích trồng lúa toàn cầu đều chịu ảnh hưởng của khô hạn trong một số giai đoạn sinh trưởng.
Để khắc phục hạn chế của các giống lúa cạn địa phương như thời gian sinh trưởng dài, độ thuần không cao, và khả năng chịu hạn khác nhau, việc tuyển chọn và hoàn thiện biện pháp kỹ thuật cho giống lúa chịu hạn mới là cần thiết Điều này sẽ mang lại hiệu quả cao cho các vùng thường xuyên bị hạn.
Biến đổi khí hậu hiện đang là mối quan tâm toàn cầu, đặc biệt tại vùng Nam Trung Bộ và Tây Nguyên, nơi hạn hán thường xuyên xảy ra, 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 một giải pháp tích cực và khả thi để cải thiện tình hình sản xuất nông nghiệp.
Dựa trên thực tiễn hiện tại, việc nghiên cứu và phát triển giống lúa chịu hạn cùng với lượng giống gieo sạ cho giống lúa mới tại Bình Định là vô cùng cần thiết, đáp ứng nhu cầu sản xuất trong khu vực.
MỤC ĐÍCH VÀ YÊU CẦU
Mục đích của đề tài
Thí nghiệm so sánh bộ giống lúa triển vọng của tập đoàn giống lúa chịu hạn mới đã được thực hiện, nhằm tuyển chọn một số giống lúa 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 so sánh các dòng lúa triển vọng của tập đoàn giống lúa chịu hạn mới nhằm tuyển chọn một giống lúa có triển vọng 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 lúa có đặc điểm ưu việt, từ đó cung cấp nguồn giống chất lượng 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, tạo ra 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 Do đó, nghiên cứu và tuyển chọn các giống lúa mới chịu hạn đang trở thành một nhiệm vụ cấp bách, đặc biệt trong bối cảnh biến đổi khí hậu hiện nay, nhất là tại các tỉnh Duyên hải miền Trung và 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 4.1 Đối tượng
Thí nghiệm được thực hiện để so sánh 20 dòng lúa và 1 giống lúa chịu hạn tiềm năng, nhằm tìm ra giống có năng suất ổn định, khả năng chống chịu sâu bệnh và điều kiện ngoại cảnh bất lợi Giống 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 biện pháp kỹ thuật để xác định 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 kém chất lượng Hiện nay, nghiên cứu và tuyển chọn giống lúa mới chịu hạn đang trở nên cấp thiết, đặc biệt trong bối cảnh biến đổi khí hậu, nhất là tại các tỉnh Duyên hải miền Trung và 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 cây sản xuất một lượng sản phẩm tối thiểu.
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 khi gặp điều kiện khô hạn hoặc khi tiềm năng nước trong mô tế bào 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 sinh tồn và phát triển, đồng thời duy trì năng suất mong muốn ngay cả khi phải đối mặt với điều kiện hạn chế về nước hoặc thiếu hụt nước trong các giai đoạn khác nhau.
Thoát hạn là khả năng thích ứng sớm của một loài thực vật, giúp chúng vượt qua tình trạng khan hiếm nước trước khi vấn đề này 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 thực vật trong việc chịu đựng tình trạng thiếu nước, được đánh giá thông qua mức độ và thời gian mà tiềm năng nước của cây giảm sút.
Phục hồi là khả năng tái sinh và duy trì năng suất của thực vật sau khi trải qua khủng hoảng nước, với thiệt hại do thiếu nước gây ra là tối thiểu.
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
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, giúp tăng độ nhớt của chất nguyên sinh tế bào Điều này cho phép nguyên sinh chất chịu đựng tình trạng mất nước cao Cơ chế chống hạn ở thực vật thể hiện qua khả năng hút nước, giữ nước và sử dụng nước một cách tiết kiệm.
- 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 CO 2 và ban ngày đóng lại.
+ Chúng có khả năng giảm chỉ số diện tích lá.
Cây có bộ lá hẹp và góc độ lá đặc biệt giúp lá di chuyển song song với ánh sáng mặt trời, hoặc 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 thế thẩm thấu bằng cách tích luỹ các chất vô cơ và hữu cơ như muối, khoáng chất, kali, axit hữu cơ và đường hòa tan, từ đó 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 Điều này giúp chất nguyên sinh chịu đựng được sự 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, 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 thiểu sự mất hơi nước có thể thực hiện thông qua việc điều chỉnh đóng mở khí khổng, lá cuộn lại hoặc thay đổi diện tích lá Đồng thời, sự tăng cường cung cấp nước được hỗ trợ bởi bộ rễ phát triển sâu, rễ to khỏe, số lượng nhiều và các 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 hoặc khả năng thích ứng với tình trạng 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 phụ thuộc vào sự thích nghi của cấu trúc rễ và chồi, giúp giảm thiểu sự mất nước và điều chỉnh áp suất thẩm thấu nội bào thông qua việc tích lũy các chất hoà tan, protein, axit amin, ion K+ và enzym phân huỷ gốc tự do, nhằm duy trì lượng nước tối thiểu trong tế bào Ngược lại, cơ chế chịu mất nước liên quan đến các thay đổi sinh hoá 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, giúp điều chỉnh áp suất thẩm thấu để bảo vệ các chồi non khỏi tình trạng khô hạn, đặc biệt 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 sự kết hợp của nhiều đặc tính khác nhau, được quy định bởi hệ gen Nghiên cứu cho thấy các yếu tố vật hậu học và hình thái học phản ánh khả năng chống chịu hạn, do các gen chống chịu hạn điều khiển, hình thành từ quá trình chọn lọc tự nhiên và tiến hóa Do đó, cây trồng có khả năng chống chịu hạn và đạt năng suất cao 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 rễ, thân, lá, khả năng phục hồi sau hạn và các yếu tố cấu thành năng suất.
Theo Bùi Chí Bửu và Nguyễn Thị Lang (2003), các gen kiểm soát tính chống chịu của cây có thể trùng lặp nhau khi đối mặt với những loại stress khác nhau Trong genome của lúa mì và lúa mạch, đã phát hiện rằng các yếu tố di truyền ảnh hưởng đến khả năng phản ứng của cây trước khô hạn, mặn và lạnh nằm trên cùng một bản đồ di truyền của nhiễm sắc thể tương đồng Có ít nhất 10 tính trạng số lượng (QTLs) liên quan đến từng khả năng chống chịu này, và chúng thường chồng chéo 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, việc 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 chất lượng hơn.
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 không chỉ liên quan đến thời gian và giai đoạn sinh trưởng của cây trồng mà còn phụ thuộc vào hiệu quả của mưa, bao gồm công thức mưa và lượng mưa Ngoài ra, các yếu tố như nhiệt độ cao, gió mạnh và độ ẩm thấp cũng làm tình hình hạn hán trở nên nghiêm trọng hơn.
Những đợt hạn hán liên tiếp vào các năm 1976, 1980, 1985 và 1987 đã gây ra thiệt hại lớn cho 21 quốc gia, ảnh hưởng đến đời sống của hơn 150 triệu người Trong thập kỷ 80, hạn hán đã buộc 10 triệu nông dân châu Phi phải rời bỏ quê hương để tìm kiếm sinh kế, mặc dù được sự hỗ trợ nhanh chóng 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, miền Trung và Nam Bộ Việt Nam đã trải qua 6 năm chịu ảnh hưởng của hạn hán, dẫn đến 700.500 ha diện tích trồng lúa bị tác động, trong đó 124.400 ha mất trắng, chiếm 16% tổng diện tích gieo trồng lúa hàng năm.
Theo Đào Xuân Học (chủ biên) (2002) [14].
Hạn hán gây tổn thất lớn cho sản lượng nông nghiệp và gia súc, không chỉ do thiếu nước mà còn bởi sâu bọ, bệnh cây và xói mòn đất Điều này làm giảm thu nhập của nông dân, dẫn đến hoạt động đầu cơ từ các nhà cung cấp, gia tăng thất nghiệp và rủi ro đầu tư cho các tổ chức tài chính, gây thiếu hụt vốn và thất thu ngân sách Sự giảm thu nhập cũng tác động tiêu cực đến ngành du lịch và giải trí, trong khi giá thực phẩm, năng lượng và hàng hóa khác tăng cao do nguồn cung thiếu hụt Đặc biệt, hạn hán trong giai đoạn sinh trưởng mạnh của lúa ảnh hưởng đến sự phát triển, và nếu xảy ra trong giai đoạn làm đòng đến trỗ, sẽ làm giảm năng suất và chất lượng lúa rõ rệt.
Hạn hán trong giai đoạn hồi xanh của cây lúa có thể làm chậm quá trình phục hồi hoặc thậm chí 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 ảnh hưởng đến khả năng đẻ nhánh, chiều cao và diện tích lá Đặc biệt, trong thời kỳ ngậm đòng, hạn hán gây ra tác động nghiêm trọng, ảnh hưởng đến giai đoạn tế bào sinh sản, làm thoái hóa hoa và cản trở quá trình hình thành gié và hạt.
Trong thời gian 11 ngày trước khi trổ, việc hạn chế nước trong 3 ngày có thể làm giảm nghiêm trọng năng suất, gây nghẹt đòng và khó khăn trong quá trình phơi màu thụ tinh, dẫn đến sự hình thành nhiều hạt lép.
Khi cây lúa ở giai đoạn hạt lép, năng suất không thể được bù đắp Hạn hán trong thời kỳ chín sữa làm giảm trọng lượng hạt và tăng tỷ lệ gạo bạc bụng 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 dẫn đến giảm 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 đang gia tăng trong khi nguy cơ khủng hoảng nước ngày càng rõ ràng Nếu không có sự sáng tạo và phát triển công nghệ thích hợp, chúng ta sẽ đối mặt với sự thiếu hụt cả hai nguồn tài nguyên này Nước sẽ trở thành hàng hóa quý giá khi con người tiêu thụ ngày càng nhiều cho ngành công nghiệp, nông nghiệp và sinh hoạt.
Trên toàn cầu, chỉ có khoảng 3% nước là nước ngọt, trong đó con người chỉ có thể sử dụng khoảng 1%, trong khi 2% còn lại bị đóng băng Từ 1% nước ngọt có thể 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 dân số toàn cầu ngày càng gia tăng và quỹ đất hạn chế, sự biến đổi khí hậu đang gây ra nhiều thách thức cho sản xuất nông nghiệp, bao gồm hạn hán và bão lũ thất thường Ví dụ, hạn hán tại Nga vào năm 2011 đã làm giảm sản lượng lương thực, khiến giá nông sản tăng cao và dẫn đến tình trạng thiếu lúa mì trên thị trường thế giới Tương tự, Trung Quốc 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, nhiều khu vực trải qua tình trạng hạn hán kéo dài, dẫn đến suy giảm nguồn tài nguyên và mực nước của các con sông lớn cạn kiệt Các chuyên gia cảnh báo rằng hiện tượng ấm lên toàn cầu đang đe dọa sản xuất lúa gạo trên toàn thế giới Nghiên cứu cho thấy, nhiệt độ trái đất đang gia tăng.
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 quốc gia ở Châu Á sẽ đối mặt với tình trạng thiếu nước nghiêm trọng, vì vậy 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
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 tăng, trong khi nguy cơ khủng hoảng nước đang được cảnh báo Nếu không có sự sáng tạo và phát triển công nghệ thích hợp, chúng ta sẽ đối mặt với tình trạng thiếu hụt cả nước và lương thực Nước đang dần trở thành hàng hóa quý giá do nhu cầu ngày càng tăng từ ngành công nghiệp, nông nghiệp và sinh hoạt gia đình.
Trên toàn cầu, chỉ có khoảng 3% nước là nước ngọt, trong đó con người chỉ có thể sử dụng khoảng 1%, còn 2% còn lại bị đóng băng Trong 1% nước ngọt có thể 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 vấn đề nghiêm trọng như hạn hán và bão lũ, ảnh hưởng nặng nề đến sản xuất nông nghiệp Ví dụ, hạn hán tại Nga vào năm 2011 đã dẫn đến mất mùa lương thực và giá nông sản tăng cao, gây thiếu hụt lúa mì trên thị trường toàn cầu Tương tự, Trung Quốc đang trải qua tình trạng hạn hán kéo dài kỷ lục trong 60 năm qua, với 5 triệu hecta đất canh tác từ Hà Nam đến Sơn Đông không nhận được mưa trong nhiều tháng.
Năm 2011, nhiều khu vực đối mặt với tình trạng hạn hán kéo dài, dẫn đến suy giảm nguồn tài nguyên và mực nước ở các con sông lớn ngày càng cạn kiệt Các chuyên gia cảnh báo rằng hiện tượng ấm lên toàn cầu đang đe dọa sản xuất lúa gạo trên toàn thế giới Một nghiên cứu khoa học chỉ ra rằng nhiệt độ trái đất đang gia tăng.
1 0 C thì sản lượng trên ruộng lúa giảm 10 %
Nghiên cứu và phát triển các giải pháp khoa học-công nghệ là cần thiết để đảm bảo an ninh lương thực và bảo vệ môi trường Dự báo đến năm 2025, nhiều quốc gia ở Châu Á sẽ đối mặt với tình trạng thiếu nước nghiêm trọng, trong khi các giống lúa chịu hạn có thể 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 lâu đời nhất của nhân loại Các nhà nghiên cứu đã đưa ra nhiều ý kiến về nguồn gốc của lúa trồng, nhưng nhiều người đồng thuận rằng lúa trồng đã xuất hiện ở châu Á khoảng 8000 năm trước Tuy nhiên, nguồn gốc chính xác của lúa trồng châu Á (Oryza Sativa L.) vẫn chưa được xác định rõ ràng (Lu.B.R và cộng sự, 1996).
Hầu hết các giống lúa cạn ở châu Á thuộc dạng Indica, với cấu trúc đặc trưng của lúa cạn tại Đông Nam Á Các giống lúa Ấn Độ thể hiện dạng trung gian giữa lúa nước và lúa cạn Đông Nam Á Nghiên cứu gần đây cho thấy mối quan hệ gần gũi giữa các giống lúa cạn Đông Nam Á.
Javanica của Indonesia hơn là dạng Indica, [41].
Theo nghiên cứu của Nguyễn Văn Hiển và Trần Thị Nhàn (1982), lúa cạn có nguồn gốc từ lúa nước, và quá trình hình thành lúa cạn bắt đầu từ dạng hình.
Lúa Indica được phát triển để rút ngắn thời gian sinh trưởng và có khả năng chịu hạn tốt Sự khác biệt giữa lúa nước và lúa cạn chủ yếu 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 Đặc biệt, lúa cạn có nguồn gốc phát triển từ lúa nước.
Trần Văn Minh và Lê Tiến Dũng (2005) cho rằng quá trình thuần hóa lúa Oryza sativa kéo dài đã tạo ra những biến dị đáng kể, phù hợp với các điều kiện canh tác khác nhau Theo đó, lúa được phân loại thành bốn loại chính: lúa cạn, lúa có tưới, lúa nước sâu và lúa nổi Trong đó, lúa cạn được trồng trên đất cao, thoát nước tốt, không có bờ ngăn để giữ nước, và hạt giống được gieo trong đất khô, phụ thuộc vào nước mưa tự nhiên trong suốt quá trình sinh trưởng.
Lúa cạn được trồng trên các vùng đất cao và sườn đồi phức tạp, nơi có sự đa dạng về các thành phần dân tộc thiểu số Mỗi dân tộc thiểu số sinh sống tại một khu vực địa lý riêng, với các tập quán canh tác và sở thích thực phẩm đặc trưng, dẫn đến việc phát triển các bộ giống lúa riêng biệt, khác biệt với những 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, mùa gieo trồng dài ký hiệu là UL
(Unfavorable upland with long growing season) diện tích chiếm khoảng 38 % diện tích lúa cạn thế giới.
- 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 trồng lúa ở Việt Nam thường gặp tình trạng thiếu nước hoặc không ổn định về nguồn tưới, đặc biệt tại các vùng đồng bằng sông Hồng, sông Cửu Long, trung du và duyên hải miền Trung và Nam Bộ Nhiều khu vực có diện tích đất bằng phẳng nhưng không có hệ thống thủy nông hoàn chỉnh, dẫn đến việc chỉ được tưới rất ít, trong khi những ruộng cao thường xuyên thiếu 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
68,03 triệu hecta lúa (chiếm 45,96%) thường xuyên phải đối mặt với thiên tai, trong đó 19,16 triệu hecta là lúa rẫy, 36,37 triệu hecta là lúa rainfed và 12,5 triệu hecta là lúa ngập nước Năng suất lúa ở những vùng khó khăn chỉ đạt 0,8-1,7 tấn/ha, tương đương 20-40% năng suất của vùng có nguồn nước chủ động Các giống lúa chủ yếu được gieo trồng ở đây là giống địa phương, có đặc điểm dài ngày, cao cây, dễ đổ và năng suất thấp, nhưng lại mang đến chất lượng gạo thơm ngon.
Giữa năm 1993 và 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, với năng suất trung bình 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.
Theo số liệu của FAO (2008), trên toàn thế giới có 114 quốc gia trồng lúa, phân bố ở tất cả các châu lục Cụ thể, Châu Phi có 41 quốc gia, Châu Á có 30 quốc gia, Bắc Trung Mỹ có 14 quốc gia, Nam Mỹ có 13 quốc gia, Châu Âu có 11 quốc gia, và Châu Đại Dương chỉ có 5 quốc gia trồng lúa.
Theo Trần Văn Đạt (1984) [56], trên thế giới có 4 vùng trồng lúa cạn chính: