TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
Hạn hán thường xuyên đã trở thành một phần không thể thiếu trong cuộc sống của hàng triệu người nghèo ở nông thôn châu Á Năm 2004, một trận hạn hán nghiêm trọng đã gây thiệt hại nông nghiệp lên đến hàng trăm triệu đô la và đẩy hàng triệu người vào cảnh đói nghèo Mặc dù năng suất lúa ở các vùng có hệ thống tưới tiêu đã tăng gấp đôi, nhưng tình trạng hạn hán vẫn là thách thức lớn đối với sự phát triển bền vững của khu vực.
Năng suất canh tác nhờ nước trời hiện nay chỉ tăng lên rất nhỏ so với 30 năm trước, gấp 3 lần Sự khó khăn trong việc sử dụng giống lúa cải tiến tại các vùng này là do 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 còn rất hạn chế.
Nhu cầu lúa gạo ngày càng tăng, theo FAO, sản xuất cần tăng 21% mỗi năm từ 1990 đến 2025 để đáp ứng dân số tăng 1,7% hàng năm Trong 130 triệu ha đất trồng lúa, khoảng 20% đang canh tác trong điều kiện khô hạn hoặc phụ thuộc vào nước mưa Sự khan hiếm nước tưới đã được cảnh báo tại nhiều hội nghị khoa học, và khô hạn sẽ là yếu tố chính ảnh hưởng đến an ninh lương thực toàn cầu Tài nguyên nước cho nông nghiệp không phải vô tận, cùng với áp lực dân số và đô thị hóa gia tăng nhu cầu nước cho sinh hoạt và công nghiệp Do đó, khan hiếm nước cho nông nghiệp là vấn đề cấp thiết toàn cầu Hạn hán là một trong những hậu quả nghiêm trọng của sự suy giảm nguồn nước, dẫn đến 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 đóng góp lớn vào kinh tế quốc dân Với 3/4 diện tích lãnh thổ là đất đồi núi, nông nghiệp chủ yếu ở các vùng này gặp khó khăn do đất dốc, kém màu mỡ và thiếu hệ thống tưới tiêu chủ động, dẫn đến năng suất cây trồng thấp và không ổn định Tình hình cân đối lương thực giữa miền xuôi và miền núi, cùng với việc đảm bảo lương thực cho các vùng sâu, vùng xa và vùng trồng cây công nghiệp, vẫn là thách thức lớn cho sự ổn định kinh tế và canh tác bền vững ở những khu vực này.
Cải tiến giống lúa và kỹ thuật canh tác là vấn đề cấp thiết nhằm nâng cao và ổn định sản lượng trong điều kiện khô hạn Việc sử dụng giống lúa có khả năng thích nghi và chống chịu cao không chỉ giúp tiết kiệm chi phí mà còn giảm thiểu thiệt hại do hạn hán gây ra Đặc biệt, việc chọn tạo các giống lúa chịu hạn là cần thiết không chỉ cho những vùng trồng lúa thiếu nước mà còn cho cả những khu vực có hệ thống thủy lợi, bởi vì khoảng 90% diện tích trồng lúa toàn cầu bị ảnh hưởng bởi khô hạn trong một số giai đoạn sinh trưởng.
Để khắc phục những hạn chế của giống lúa cạn địa phương như thời gian sinh trưởng dài, chỉ trồng được một vụ trong mùa mưa, độ thuần không cao, chịu thâm canh kém và khả năng chịu hạn khác nhau, việc tuyển chọn và hoàn thiện 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 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 ảnh hưởng lớn đến sản xuất và đời sống của người dân Việc chống hạn gặp nhiều khó khăn do thiếu nước, trong khi các hồ chứa thượng nguồn đang cạn kiệt Do đó, nghiên cứu và phát triển các giống lúa chịu hạn tốt là một giải pháp khả thi và tích cực để ứng phó với tình hình này.
Dựa trên thực tiễn hiện tại, việc nghiên cứu và chọn lọc giống lúa chịu hạn cùng với lượng giống gieo sạ cho giống lúa chịu hạn mới tại Bình Định là rất 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 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.
2.2 Yêu cầu của đề tài
Thí nghiệm nhằm so sánh các dòng lúa triển vọng của tập đoàn giống lúa chịu hạn mới đã được thực hiện, với mục tiêu 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 nhằm xác định những dòng lúa có đặc tính 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, 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 hơn và dễ bị sâu bệnh hơn so với giống lúa kém chất lượng Việc nghiên cứu và tuyển chọn giống lúa mới chịu hạn là cần thiết để ứng phó với biến đổi khí hậu hiện nay, đặc biệt 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 tiến hành nhằm so sánh 20 dòng lúa và 1 giống lúa chịu hạn có tiềm năng cho năng suất ổn định, khả năng chống chịu sâu bệnh và điều kiện ngoại cảnh khắc nghiệt 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 trong số 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, 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 hơn và dễ bị sâu bệnh hơn so với giống lúa kém chất lượng Hiện nay, việc nghiên cứu và tuyển chọn giống lúa mới chịu hạn đang được chú trọng để thích ứng với biến đổi khí hậu, đặc biệt là ở 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, cho phép cây vẫn sản xuất một phần nhỏ 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 thiếu nước 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 sống sót, phát triển và duy trì năng suất mong muốn ngay cả khi phải đối mặt với tình trạng hạn chế nước hoặc thiếu hụt nước trong các giai đoạn khác nhau.
Thoát hạn là khả năng của một loài thực vật phát triển nhanh chóng trước khi tình trạng khủng hoảng nước trở thành yếu tố hạn chế năng suất một cách nghiêm trọng.
- 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 một loài thực vật trong việc chịu đựng tình trạng thiếu nước Điều này được đo lường thông qua mức độ và khoảng thời gian mà tiềm năng nước trong thực vật giảm xuống.
Phục hồi là khả năng tái sinh và duy trì năng suất của loài thực vật sau khi trải qua khủng hoảng nước, với thiệt hại do thiếu nước gây ra là 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
Chống hạn là khả năng của cây trồng duy trì chức năng sinh lý và điều chỉnh áp suất thẩm thấu, giúp nguyên sinh chất chịu đựng sự mất nước Theo Trần Nguyên Tháp (2000), thực vật có cơ chế chống hạn 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.
Các loài thực vật thường sở hữu bộ lá hẹp hoặc góc độ lá đặc biệt, cho phép chúng di chuyển song song với ánh sáng mặt trời Điều này giúp giảm thiểu quá trình bốc hơi nước thông qua sự cuộn lại của lá.
+ 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, kali, axit hữu cơ và các chất 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 cấu trúc và chức năng sinh lý, đảm bảo độ nhớt và tính đàn hồi của chất nguyên sinh, giúp chất nguyên sinh chịu đựng 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 linh hoạt cao.
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 mất nước có thể thông qua điều chỉnh khí khổng, lá cuộn lại hoặc giảm diện tích lá Đồng thời, sự tăng cường cung cấp nước đến từ bộ rễ sâu, khỏe, với số lượng lớn 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, từ đó giúp chúng tồn tại 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 phụ thuộc vào sự thích nghi về cấu trúc và hình thái của rễ và chồi, nhằm giảm thiểu mất nước, đồng thời tự điều chỉnh áp suất thẩm thấu nội bào qua việc tích luỹ các chất hoà tan, protein, axit amin, ion K+, và enzym phân huỷ 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 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 để bảo vệ các chồi non khỏi tình trạng khô hạn, đặc biệt trong điều kiện mất nước cực đoan Khả năng điều chỉnh áp suất thẩm thấu giúp tế bào giữ được độ ẩm cần thiết, từ đó đảm bảo sự sống và phát triển của cây.
- 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
Các nhà khoa học cho rằng tính chống chịu hạn của cây trồng là sự tổng hợp các 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 tính chống chịu hạn, do các gen chống chịu hạn điều khiển và hình thành qua chọn lọc tự nhiên và tiến hoá Do đó, cây trồng chống chịu hạn có năng suất trong điều kiện hạn là kết quả của sự tương tác đa gen trong các giai đoạn sinh trưởng và phát triển, bao gồm sự phát triển của bộ rễ, thân, lá, khả năng phục hồi sau hạn và các yếu tố cấu thành năng suất.
Theo nghiên cứu của Bùi Chí Bửu và Nguyễn Thị Lang (2003), các gen kiểm soát tính chống chịu của cây có thể trùng lặp với nhiều loại stress khác nhau Trong genome của lúa mì và lúa mạch, các ảnh hưởng di truyền liên quan đến phản ứng của cây đối với khô hạn, mặn và lạnh được xác định nằm trên cùng một bản đồ di truyền của các nhiễm sắc thể Đặc biệt, có ít nhất 10 tính trạng số lượng (QTLs) được phát hiện cho từng đặc tính chống chịu này, và chúng thường chồng chéo tại một số vùng cụ thể trên 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 tính chịu hạn là rất quan trọng Điều này sẽ hỗ trợ các nhà chọn giống trong việc cải tiến nhanh chóng các giống lúa chống chịu và phát triển những giống lúa chịu hạn tốt 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 liên quan đến thời gian, giai đoạn sinh trưởng của cây trồng và hiệu quả của mưa 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 trong 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 cộng đồng quốc tế đã nhanh chóng hỗ trợ, nhưng vẫn có hơn 1 triệu người thiệt mạng, theo Đào Xuân.
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, diện tích trồng lúa ở miền Trung và Nam Bộ Việt Nam chịu ảnh hưởng nặng nề do hạn hán, với tổng diện tích bị ảnh hưởng lên đến 700.500 ha Trong đó, có 124.400 ha mất trắng, chiếm 16% tổng diện tích gieo trồng lúa hàng năm trong khu vực.
Theo Đào Xuân Học (chủ biên) (2002) [14].
Hạn hán gây tổn thất về sản lượng mùa vụ và gia súc không chỉ do thiếu nước mà còn do sâu bọ, bệnh cây và xói mòn đất, dẫn đến giảm thu nhập của nông dân Tình trạng này kích thích 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, dẫn đến thiếu hụt nguồn vốn và thất thu ngân sách nhà nước Thu nhập giảm cũng ảnh hưởng đến ngành du lịch và giải trí, trong khi giá thực phẩm, năng lượng và hàng hóa khác tăng do nguồn cung thiếu hụt Đặc biệt, sự khan hiếm lương thực ở một số địa phương buộc phải nhập khẩu từ nơi khác hoặc từ nước ngoài Đối với lúa, hạn hán trong giai đoạn sinh trưởng mạnh có thể ảnh hưởng đến sự phát triển, nhưng nếu xảy ra trong giai đoạn làm đòng đến trỗ thì sẽ gây hại nghiêm trọng đến năng suất và chất lượng lúa.
Hạn hán trong thời kỳ hồi xanh của cây lúa làm chậm quá trình hồi phục hoặc 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, dẫn đến giảm số lượng đẻ nhánh, chiều cao cây và diện tích lá Đặc biệt, trong thời kỳ ngậm đòng, hạn hán gây tác động nghiêm trọng, ảnh hưởng đến quá trình phân bào và làm thoái hóa hoa, cản trở sự hình thành gié và hạt.
Trong thời gian 11 ngày trước khi trổ, việc hạn chế nước chỉ 3 ngày có thể dẫn đến sự giảm sút nghiêm trọng về năng suất, gây nghẹt đòng và làm khó khăn cho quá trình phơi màu thụ tinh, đồng thời hình thành nhiều hạt lép.
Khi hạt lép, cây lúa không thể bù đắp năng suất, đặc biệt trong giai đoạn chín sữa, dẫn đến giảm trọng lượng hạt 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 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 sống của con người Nhu cầu 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 sẽ ngày càng trở thành hàng hóa quý giá do nhu cầu sử dụng trong ngành công nghiệp, nông nghiệp và sinh hoạt gia đình tăng cao.
Trên thế giới hiện nay, chỉ có khoảng 3% nước ngọt, trong đó con người chỉ có thể sử dụng khoảng 1% Phần còn lại 2% bị đóng băng Trong số 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 có hạn, 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 giảm sản lượng lương thực và đẩy giá nông sản tăng cao, 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, nhiều khu vực trên thế giới 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 hiện tượng ấm lên toàn cầu đang đe dọa sản xuất lúa gạo, một nghiên cứu khoa học 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 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, do đó, các giống lúa chịu hạn sẽ mang lại hy vọng cho nông dân và góp phần vào việc đảm bảo 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 đóng vai trò thiết yếu cho sự tồn tại của con người Nhu cầu lương thực ngày càng tăng, trong khi nguy cơ khủng hoảng nước đang được cảnh báo trong tương lai gần Nếu không 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 sử dụng với khối lượng ngày càng lớn cho ngành công nghiệp, nông nghiệp và sinh hoạt hàng ngày.
Trên thế giới, chỉ có khoảng 3% nước ngọt, trong đó con người chỉ có thể sử dụng khoảng 1% Khoảng 2% nước ngọt 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 gia tăng và quỹ đất có hạn, biến đổi khí hậu đang gây ra nhiều hiện tượng thời tiết cực đoan như hạn hán và bão lũ, ảnh hưởng nghiêm trọng đến sản xuất nông nghiệp Ví dụ, hạn hán tại Nga năm 2011 đã làm mất mùa lương thực và khiến giá nông sản tăng cao, dẫn đến tình trạng thiếu lúa mì trên thị trường quốc tế Tương tự, Trung Quốc đang trải qua hạn hán kéo dài kỷ lục 60 năm, với 5 triệu hecta đất canh tác từ Hà Nam đến Sơn Đông không nhận được mưa trong nhiều tháng.
Năm 2011 chứng kiến tình trạng hạn hán kéo dài ở nhiều khu vực, dẫn đến suy giảm nguồn tài nguyên tại nhiều quốc gia và mực nước ở các con sông lớn ngày càng cạn kiệt Các chuyên gia cảnh báo rằng sự ấm lên toàn cầu đang đe dọa sản xuất lúa gạo trên toàn thế giới 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 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, và việc sử dụng giống lúa chịu hạn sẽ mang lại hy vọng cho nông dân, góp phần vào an ninh lương thực cho nhân loại.
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, được xem là một trong những cây trồng cổ xưa nhất của nhân loại Nhiều nghiên cứu cho 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.
Hầu hết các giống lúa cạn ở châu Á thuộc dạng Indica, với cấu trúc đặc trưng ở 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 mối quan hệ gần gũi giữa các giống lúa cạn Đông Nam Á và dạng này.
Javanica của Indonesia hơn là dạng Indica, [41].
Nghiên cứu của Nguyễn Văn Hiển và Trần Thị Nhàn (1982) cho thấy 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 với mục tiêu rút ngắn thời gian sinh trưởng và khả năng chịu hạn tốt Sự khác biệt chính giữa lúa nước và lúa cạn là khả năng chống chịu với điều kiện khô hạn Các giống lúa cạn có thể sinh trưởng và phát triển bình thường trong điều kiện ruộng cạn, tương tự như khi trồng trong ruộng nước, và lúa cạn thực chất phát triển từ lúa nước.
Trần Văn Minh và Lê Tiến Dũng (2005) cho rằng quá trình thuần hóa lúa Oryza sativa đã dẫn đến sự hình thành các biến dị khác nhau do điều kiện canh tác đa dạng 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, không có bờ ngăn để giữ nước, và hạt giống được gieo trong đất khô, phụ thuộc vào nước mưa trong suốt quá trình sinh trưởng.
Lúa cạn được trồng trên đất cao và sườn đồi với địa hình phức tạp, nơi có sự đa dạng về các thành phần dân tộc thiểu số Mỗi dân tộc thiểu số sinh sống tại những vùng địa lý nhất định, mang theo tập quán canh tác và thị hiếu thực phẩm riêng, dẫn đến sự hình thành các bộ giống lúa đặc trưng, khác biệt so với 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, 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 thiếu nước hoặc bấp bênh về nguồn tưới tiêu, chủ yếu gặp ở các vùng đồng bằng sông Hồng, sông Cửu Long, cùng với trung du và duyên hải miền Trung và Nam Bộ Những khu vực này bao gồm diện tích đất bằng phẳng nhưng chưa có hệ thống thủy nông hoàn chỉnh, chỉ được tưới tiêu rất hạn chế, dẫn đến tình trạng 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
Gần 68 triệu hecta lúa, chiếm 45,96% tổng diện tích, thường xuyên đối mặt với thiên tai, trong đó có 19,16 triệu hecta lúa rẫy, 36,37 triệu hecta lúa được tưới nước từ trời và 12,5 triệu hecta lúa ngập nước Năng suất lúa ở những vùng khó khăn chỉ đạt từ 0,8 đến 1,7 tấn/ha, tương đương 20-40% năng suất của các vùng có nguồn nước chủ động Các giống lúa được trồng chủ yếu là giống địa phương, có thời gian sinh trưởng dài, cây cao, dễ đổ và năng suất thấp, nhưng lại mang lại chất lượng gạo ngon.
Giữa năm 1993 và 2007, diện tích trồng lúa toàn cầu đã tăng thêm 8,7 triệu ha, đạt tổng cộng 156,7 triệu ha vào năm 2007, với năng suất lúa bình quân 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 dẫn đầu với 41 quốc gia, tiếp theo là Châu Á với 30 quốc gia, Bắc Trung Mỹ có 14 quốc gia, Nam Mỹ có 13 quốc gia, Châu Âu có 11 quốc gia, và cuối cùng là Châu Đại Dương với chỉ 5 quốc gia trồng lúa.
Theo Trần Văn Đạt (1984) [56], trên thế giới có 4 vùng trồng lúa cạn chính: