IV. Cơ sở lí luận và phương pháp nghiên cứu 1 Cơ sở lý thuyết
1.1. Nguồn gốc và đặc tính sinh học của cỏ Paspalum atratum
Nguồn gốc: Paspalum atratum mọc hoang tự nhiên ở bang Mato Grosso do Sul, Brasil, được thu thập bởi Valls năm 1986 và đặt tên là BRA 009610.Thái Lan bắt đầu nghiên cứu giống cỏ này từ năm 1994, tại trường đại học Ubon Ratchathani, hiện nay nó trở thành nguồn thức ăn chủ lực cho gia súc ở nước này và một số quốc gia khác.
Paspalum atratum mới du nhập vào nước ta trong vài năm gần đây nên số liệu nghiên cứu chưa nhiều.
Đặc tính sinh học:Paspalum atratum thuộc họ hòa thảo, mọc thành bụi cao khoảng 80 – 120 cm, nếu kể cả chiều dài phát hoa có thể cao đến 2 mét. Lá rộng 3 – 4 cm, khi kéo thẳng có thể dài 50 cm (Nguyễn Đăng Khôi và ctv, 1981). Cỏ Paspalum atratum trổ hoa vào khoảng từ
tháng 2 đến tháng 4 hàng năm. Mỗi phát hoa có từ 6 – 12 chùm hoa, hoa có nhiều hạt, hạt có màu nâu đỏ và sáng, có khoảng 200.000 – 350.000 hạt/kg (Hare et al, 1999). Cỏ Paspalum atratum là cỏ có nhiều lá, gia súc rất thích ăn, nhưng trong mùa khô thì nhiều xơ, cứng và độ ngon miệng của gia súc giảm (Dương Hoàng Phúc, 2004). Đây là loại cỏ thích nghi với vùng đất có độ màu mỡ trung bình hoặc kém.
Hình 1: Cỏ Paspalum atratum trồng trên đất cát (nguyễn Văn Phú, 2006)
Nó đặc biệt thích nghi ở vùng đất bị ngập úng và nhiễm phèn (http://www.dalat.gov.vn). Tuy nhiên cỏ sẽ ngừng phát triển nếu ngập úng kéo dài, cỏ có thể trồng bằng hạt hoặc bằng gốc (Nguyễn Thị Hồng Nhân, 2005). Cỏ vẫn sinh trưởng trong điều kiện khô hạn nhưng không tốt (Nguyễn Văn Phú, 2006). Paspalum
có khả năng sống chung với nhiều cây thức ăn gia súc khác, thích nghi trồng với mật độ cao và chen chúc nhiều loại. Nhờ khả năng sống dưới bóng râm tốt, phát triển được khi trồng dưới tán cây lớn (Nguyễn Đăng Khôi và Dương Hữu Thời, 1981).
Các kết quả nghiên cứu ở Thái Lan cho thấy giống cỏ này khá phù hợp với vùng đất phèn, nghèo dinh dưỡng, sinh trưởng tốt trên vùng đất ngập như vùng Đông Bắc Thái Lan và cũng có khả năng sống được trong mùa khô (Hare et al,1999). Theo Barcellos
et al (1997), cỏ Paspalum sinh trưởng rất tốt ở Brazil trên đất ít mưa, lượng mưa tốt nhất khoảng 1500 mm/năm và có thể tồn tại được trong điều kiện khô hạn; đất có hàm lượng chất hữu cơ thấp; đất ngập úng.
1.2. Tiềm năng về năng suất
Nghiên cứu của Nguyễn Thị Mùi và ctv (2005), khi trồng cỏ Paspalum atratum
với mật độ thích hợp có thể cho năng suất chất xanh đến 179 tấn/ha/năm ở năm thứ nhất và 260 tấn/ha/năm ở năm thứ hai trên vùng đất Thái Nguyên. Theo kết quả của Nguyễn Tường Cát (2005), khi trồng cỏ Paspalum trên đất không khảo sát đặc tính sinh trưởng và tính năng sản xuất của cỏ Paspalum atratum năng suất chất xanh đạt được là 314 tấn/ha/năm. Nguyễn Văn Phú (2006), nghiên cứu ảnh khoảng cách trồng lên đặc tính sinh trưởng và năng suất cỏ Paspalum atratum khi trồng trên đất cát cho năng suất chất xanh khoảng 110 tấn/ha/năm và năng suất chất khô cao nhất ở khoảng cách trồng 30 x 30 cm là 2,68 tấn/ha/lứa cắt. Theo Hứa Quang Hải (2007), khi trồng cỏ
Paspalum atratum ở khoảng cách 40 x 40 cm là 329 tấn/ha/năm và năng suất chất khô là trung bình là 6,3 tấn/ha/lứa cắt. Kết quả đạt được trong thí nghiệm của Dương Hoàng Phúc (2004) cho năng suất chất xanh cỏ Paspalum atratum là 312 tấn/ha/năm và năng suất chất khô là 5,75tấn/ha/lứa cắt khi trồng ở khoảng cách 40 x 40 cm với mức phân bón 70 kg N/ha. Một nghiên cứu khác của Trương Ngọc Trưng (2005) về cỏ
Paspalum atratum, cho rằng năng suất chất xanh của cỏ Paspalum atratum có khuynh hướng gia tăng theo khoảng cách trồng. Trong nghiên cứu của Kalmbacher et al
(1997), năng suất của cỏ Paspalum atratum qua theo dõi hai địa điểm Ona và Immokalee, Florida cho thấy năng suất chất khô chịu ảnh hưởng bởi năm trồng. Có đến 80% năng suất chất khô được tạo ra trong mùa mưa.
Theo ghi nhận của Hare et al, (1999) về cỏ Paspalum atratum thì đây là giống cỏ tốt nhất về mặt năng suất lẫn sự tồn tại qua mùa nước lẫn mùa khô khi đất trồng bị ngập trong mùa nước như vùng Đông bắc Thái Lan, năng suất chất khô đạt được 20 tấn/ha trong sáu tháng mùa nuớc. Nguyễn Thị Hồng Nhân (2005) thì cho rằng năng suất Paspalum atratum có thể đạt được từ 120 – 180 tấn/ha/năm. Nông dân chăn nuôi rất thích trồng cỏ này vì cho năng suất cao, dễ trồng, phát triển nhanh và có thể chăn thả được.
1.3. Giá trị dinh dưỡng
Hàm lượng protein thô của Paspalum là 8,6% khi thực hiện trồng xen cỏ này trong vườn cây ăn trái ở Chiangmai, Thái Lan (Wira, 2000). Qua phân tích giá trị dinh dưỡng của cỏ Paspalum atratum trồng trên đất ở Cần Thơ trong thí nghiệm của Nguyễn Thị Mộng Nhi (2006) vật chất khô (DM) là 12,76%, protein thô (CP) 10,89%, béo (EF) 0,51%, tro 16,31%, xơ acid (ADF) 29,95%, xơ trung tính (NDF) 60,58%. Một đánh giá về giống Paspalum atratum ở trường đại học bang Florida, Hoa kỳ (www.fao.org/ag/AGPC/doc/pasture/Pizzaro.htm), nhận thấy chất hữu cơ tiêu hóa in vitro biến động từ 50 – 68% và trung bình protein thô là 11%. Bên cạnh đó nghiên cứu của Coasta et al, (1999), cho thấy năng suất chất khô biến động từ 1,4 đến 6,4 tấn/ha/năm và hàm lượng protein thô khoảng 6 – 12% (FAO,
www.fao.org/ag/AGP/APC/doc/pasture/pazzaro.htm).
Hare và ctv (2001), Paspalum khi thu hoạch vào mùa nước ở khoảng cách 20- 30 ngày/lần sẽ cho giá trị dinh dưỡng cao hơn 60 ngày (protein cao hơn và xơ thô ít hơn). Nếu thu hoạch ở mùa khô thì khoảng cách này có thể mở rộng ra đến 40 ngày. Một nghiên cứu khác của Kalmbaccher et al., (1997), nhận thấy protein thô trong cỏ
60 ngày cắt theo trình tự. Nói chung protein thô và chất hữu cơ tiêu hóa in vitro có khuynh hướng giảm khi thời gian thu hoạch gia tăng.
1.4. Một số yếu tố ảnh hưởng đến năng suất và chất lượng thức ăn xanh1.4.1. Khí hậu: Khí hậu nhiệt đới gió mùa của nước ta có ảnh hưởng rất lớn 1.4.1. Khí hậu: Khí hậu nhiệt đới gió mùa của nước ta có ảnh hưởng rất lớn đến khả năng sinh trưởng và phát triển của câythức ăn gia súc nói chung. Với cỏ hòa thảo, hầu hết đều sinh trưởng nhanh vào mùa hè, ra hoa kết trái vào mùa thu và gần như ngừng sinh trưởng vào mùa đông nhưng đến mùa xuân thì phát triển nhanh và cho nhiều lá. Cỏ hòa thảo có ưu điểm là sinh trưởng nhanh cho năng suất cao nhưng nhược điểm cơ bản là nhanh hóa xơ, giá trị dinh dưỡng theo đó cũng giảm nhanh (Vũ Duy Giảng vàctv, 1995).
1.4.2. Đất đai: Độ phì nhiêu của đất đai là yếu tố vô cùng quan trọng, là khả năng đáp ứng của đất đối với nhu cầu của cây trồng về chất dinh dưỡng, với số lượng, năng đáp ứng của đất đối với nhu cầu của cây trồng về chất dinh dưỡng, với số lượng, dạng và tỷ lệ thích hợp để cây có thể sinh trưởng và tạo ra sinh khối lớn nhất. Đất nào có khả năng đáp ứng nhu cầu cây trồng cao, cho năng suất cao thì được xem là phì nhiêu và ngược lại. Ở ĐBSCL thường sử dụng một số thang đánh giá chính như dung trọng, pH, chất hữu cơ, % đạm tổng số, % lân tổng số, % kali tổng số, … (Ngô Ngọc Hưng, 2004 ).
1.4.3. Kỹ thuật canh tác: Việc làm sạch cỏ dại và làm đất kỹ là quan trọng bậc nhất, đến khi cây phát triển muốn duy trì thảm cỏ phải có chế độ phân bón vừa phải, nhất, đến khi cây phát triển muốn duy trì thảm cỏ phải có chế độ phân bón vừa phải, nên thu cắt hoặc chăn thả hợp lý. Thời gian thu hoạch có ảnh hưởng đến hàm lượng dưỡng chất có trong cỏ để cung cấp cho gia súc, năng suất của cỏ, sự tồn tại lâu dài hoặc chống tàn lụi của cỏ. Năng suất và thành phần dưỡng chất của cây cỏ sẽ tăng theo tuổi và đến khi có bông kết hạt thì giảm dần. Ngoài ra tỷ lệ nước của cỏ non cao hơn cỏ già nhiều. Vì vậy nếu thu hoạch lúc cỏ quá non cho gia súc ăn, gia súc dễ bị tiêu chảy, dưỡng chất kém. Ngược lại nếu cỏ quá già thì dưỡng chất kém, nhiều xơ.
1.4.4. Phân bón: theo Nguyễn Văn Tuyền (1971) một số công thức phân bón sử dụng cho đồng cỏ như sau: sử dụng cho đồng cỏ như sau:
+ Phân chuồng: phân chuồng bón 20 – 50 tấn/ha, được rãi trên mặt đất với số lượng trên, tùy đất tốt xấu. Xong dùng bừa trộn lộn phân với đất cho thêm hoai chừng 10 ngày trước khi trồng.
+ Phân hoá học: đối với cỏ hoà thảo: 100 kg N, 60 kg P2O5 30 kg K2O/ha. Trong đó 50 kg N + 60 kg + P2O5 30 kg K2O/ha được trộn đều và bón ngay sau khi trồng 10 ngày và 50 kg N còn lại bón sau khi thu hoạch vụ thứ nhất.
1.4.5. Hàm lượng oxy hòa tan trong nước (DO)
Hàm lượng oxy hòa tan trong nước (mg/l) là lượng oxy từ không khí có thể hòa tan vào trong nước thông qua tiếp xúc bề mặt của nước và không khí phụ thuộc vào nhiệt độ, áp suất và độ mặn của nước. Oxy hòa tan trong nước sẽ tham gia vào quá trình trao đổi chất, duy trì năng lượng cho quá trình phát triển, sinh sản, tái sản xuất cho các vi sinh vật sống dưới nước. Hàm lượng oxy hòa tan trong nước giúp ta xác định chất lượng nước (Đặng Kim Chi, 1999).
1.5. Các quá trình xảy ra trong đất ngập nước 1.5.1. Quá trình thay đổi về vật lý 1.5.1. Quá trình thay đổi về vật lý
Đất khi bị ngập các khoảng trống của đất chiếm đầy nước nên sự trao đổi khí giữa đất và không khí giảm đi rất nhanh. Tùy thuộc vào nhiệt độ và tỷ số hô hấp trong đất mà oxy giảm nhanh trong vài giờ hoặc vài ngày, đất trở nên kỵ khí (Jackson and Drew, 1984). Ota et al (1981) cho rằng oxy hòa lẫn trên mặt nước khuếch tán và thẩm thấu vào đất, do đó oxy nhờ thẩm thấu qua nước cung cấp cho vùng rễ bị hạn chế rất lớn.
1.5.2 Quá trình biến đổi về hóa lý đất
Một trong những biểu hiện của quá trình hóa học đất ngập nước rõ rệt là quá trình khử:
Fe3+ + e- Fe2+
Mn4+ + 2 e- Mn2+
SO4- + 8 e- S2-
Các sản phẩm Fe2+, Mn2+, S2- ở nồng độ thấp không gây độc cho cây nhưng nồng độ cao sẽ gây ngộ độc cho cây trồng (Jackson and Drew, 1984).
Sự giảm oxy sẽ tạo ra sự phân giải kỵ khí của các chất hữu cơ và quá trình khử oxygen của các chất. Đất ngập nước sản sinh sản phẩm của sự phân giải chất hữu cơ, CH4, H2, CO2,và H2S,... (Ponnamperuma, 1964).
1.6. Các quá trình biến đổi của cây khi bị ngập nước
Sự thiếu oxy trong đất ngập nước là nguyên nhân chính ảnh hưởng trực tiếp đến bộ rễ cây trồng từ đó làm thay đổi toàn bộ quá trình biến dưỡng của cây.
1.6.1 Quá trình quang hợp
Quang hợp là chuỗi phản ứng về biến đổi năng lượng ánh sáng thành năng lượng hóa học mà tế bào có thể sử dụng để tổng hợp chất hữu cơ, CO2 của khí quyển thành đường
Trong tế bào lá cây, lục lạp là bào quan chuyên hóa sự quang hợp, là nhà máy biến đổi năng lượng ánh sáng thành năng lượng hóa học. Tsukarahara và Kozlowski (1986) đa số cây khi bị ngập thì khẩu đóng lại nên giới hạn trao đổi khí qua con đường khí khẩu của lá. Khẩu lá đóng lại làm lá không thể hấp thu CO2 từ khí quyển để quang hợp. Một số loài có khả năng chịu ngập thì khẩu lá không đóng lại (Jackson, 1994). Rễ cây thiếu oxy sẽ hô hấp kỵ khí tạo ra rất ít năng lượng để duy trì cơ chế hấp thụ của rễ. Ngoài ra chính ethylene hình thành trong cây dẫn đến sự thành lập enzyme chlorophyllase, enzyme này phân hủy cấu trúc diệp lục tố làm mất màu xanh, làm giảm khả năng quang hợp của lá (Mai Trần Ngọc Tiếng, 1998). Ota (1981) thành phần dinh dưỡng vô cơ giảm cũng là nhân tố hạn chế chức năng quang hợp của lá. Nhiều ghi nhận cho thấy mức độ quang hợp của cây bị giảm ngay khi bắt đầu ngập, sau vài ngày ngập mức độ quang hợp thay đổi tùy thuộc vào khả năng chịu ngập của cây.
1.6.2. Quá trình hô hấp
Hô hấp là một loạt các phản ứng hóa học bắt đầu bằng sự phân giải đường và kết thúc bằng sự thải CO2 và H2O. Hàng chục phản ứng sở dĩ xảy ra được là do trong tế bào chủ yếu là trong ty thể có những chất protein phức tạp gọi là men xúc tác, các quá trình oxy hóa khử tạo ra nhiều chất trung gian để tổng hợp chất hữu cơ như chất béo, protein, ... (Đào Thế Tuấn, 1978).
Đối với đất ngập nước, oxy ở rễ cây thiếu nghiêm trọng, nếu cây có khả năng vận chuyển oxy từ trên xuống thì cây vẫn hô hấp bình thường (Jackson and Drew, 1984) sản phẩm tạo thành là CO2 và H2O. Nếu khả năng vận chuyển oxygen xuống ở đất ngập bị hạn chế, rễ cây hô hấp trong điều kiện kỵ khí, sản phẩm tạo thành là ethanol hoặc acid lactic. Ethanol là độc tố đối với tế bào thực vật ngay cả ở hàm lượng nhỏ nên một số cây có khả năng chống chịu với môi trường ngập thì ethanol thường bị đẩy ra khỏi tế bào rễ vào môi trường nước xung quanh (Nguyễn Văn Uyển, 1997). Năng lượng tạo ra trong quá trình hô hấp được thu giữ dưới dạng Adenosine Triphosphat (ATP), ATP được dùng trong nhiều quá trình như sinh tổng hợp, các loạt hoạt động trong tế bào (hấp thụ, vận chuyển, phân phối, ...). Hole et al (1992) năng lượng tạo ra từ 1 mol đường hexose trong điều kiện hiếu khí là 36 ATP, còn trong điều kiện kỵ khí chỉ có 2 ATP. Do ATP tổng hợp được trong điều kiện kỵ khí rất thấp nên ảnh hưởng rất lớn đến biến dưỡng cây trồng, thậm chí đình trệ mọi hoạt động của cây.
1.6.3. Khả năng hấp thu dinh dưỡng của rễ
Rễ là cơ quan dinh dưỡng của cây, giúp cho cây đứng vững, hút nước và chất khoáng cho cây trồng. Trong điều kiện ngập, các tổ chức màng mỏng bên trong rễ tách rời tạo thành những khoang khí lớn, các khoang khí này được hình thành ngay sau khi nguyên sinh chất trong một nhóm tế bào bị hủy và chết. Khi tế bào chất bị hư hại, mất tính căng, tính thấm của tế bào giảm, tế bào nhăn nheo và co lại (Ponnamperuma, 1964). Rễ hấp thu chủ động giảm đến lúc hoàn toàn không có nên ảnh hưởng rất lớn đến quá trình biến dưỡng của cây. Rễ bị tổn thương và hô hấp trong môi trường kỵ khí do sự tích lũy độc tố. Một số loài đáp ứng lại với sự ngập úng bằng cách mọc ra nhiều rễ phụ gần mặt nước hay thành lập mô khí để lấy oxy cung cấp cho rễ hô hấp, tạo nhiều năng lượng cho hoạt động tồn tại của cây (Mai Trần Ngọc Tiếng, 1998).
1.7. Một số cơ chế thích nghi của cây trồng trong điều kiện ngập nước
Trong chu kỳ sống của thực vât cần thiết phải lấy O2 và CO2 trực tiếp cho sự biến dưỡng hô hấp và như là sự chuyển đổi năng lượng nhờ quang hợp, gọi chung là quá trình trao đổi khí. Quá trình trao đổi khí bị ngăn cản sẽ làm cho cây trồng: có thể có những thay đổi để cây tiếp tục sống gọi là sự thích nghi hoặc cây bị chết.
Trong môi trường đất ngập nước, đất thường bị thiếu oxy rễ cây không có đủ O2 cần thiết cho sự biến dưỡng hô hấp và sau đó cây trồng cũng không thể nhận được CO2 cho sự đồng hóa carbon. Vì vậy, cây trồng muốn tiếp tục sự sống thì bản thân cây trồng phải có sự thay đổi để thích nghi với điều kiện môi trường. Một số cơ chế cây trồng có khả năng hình thành để thích nghi trong điều kiện ngập nước như:
1.7.1. Hình thành mô dẫn khí (aerenchyma)
Aerenchyma là một mô dẫn khí tìm thấy ở rễ cây trồng trong điều kiện yếm khí, nó giúp cho sự trao đổi khí giữa chồi và rễ nhằm duy trì sự sống của cây trồng (Visser