CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1. CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1.3. Tình hình nghiên cứu cỏ dại hại cây lúa trên thế giới
Water House (1995) đã xác định có 113 loài cỏ dại trên ruộng lúa nước ở khu vực Đông Nam Á. Các họ thực vật quan trọng là Poaceae với 40 loài, chiếm 29%, sau đó là Cyperaceae có 16 loài, chiếm 12%. Trên lúa cấy, các loài cỏ dại quan trọng bao gồm: Cỏ lồng vực Echinichloa crus-galli, cỏ năn Scirpus planiculmis, rau mác Sagittaria pygmaea, cây nhãn tử Potamogeton distinctus, cỏ chác Paspalum distichum, cỏ lác xòe Cyperus serotinus, cỏ đuôi phụng Leptochloa chinensis, cỏ ớt Monochoria vaginalis, cỏ dùi bấc Scirpus juncoides, cỏ lác dù Cyperus diffomis, cỏ nhọ nồi Eclipta prostrate, cỏ nghể Polygonum amphibium, và rau dệu Alternanthera philoxeroides (Zhang, 1996).
Số lượng loài cỏ dại trong ruộng lúa nước ở Nhật Bản, Thái Lan, Indonesia, Philipin, Đài Loan, Hàn Quốc, Malaysia và Ấn Độ lần lƣợt là 102, 105, 127, 129, 27,
Theo Holm et al. (1977), (Chauhan và cộng sự 2013, Chauhan & Abugho 2013) E. crusgalli là loài cỏ dại độc hại thứ ba trên toàn thế giới và là một vấn đề lớn đối với an ninh lương thực. Con người phải kiểm soát E. crus-galli bằng cách phun thuốc diệt cỏ làm thiệt hại về kinh tế và ảnh hưởng tiêu cực đến sức khỏe con người và môi trường (Moody 1993, Narwal 1999). Ở Philippines, cỏ dại này cũng là một trong những loại cỏ dại nghiêm trọng nhất trên các ruộng lúa (Baltazar 2017). Khả năng sinh sản cao của nó là một trong những lý do quan trọng nhất cho nó đƣợc phát tán rộng rãi và duy trì mật độ cao mỗi mùa (Holm 1997, Lundemo et al. 2009). Trong điều kiện Việt Nam, cỏ dại này có thể sản xuất trung bình 3.000 đến 3.500 hạt/cây (An 2010). Ngoài ra, sự tồn tại và ngủ nghỉ của hạt giống cũng cho phép cỏ dại xâm lấn mạnh hơn. Theo Chin (1998) vào mùa xuân, thời gian ngủ của E. crus-galli kéo dài khoảng 60 đến 70 ngày, trong khi vào mùa hè nó kéo dài từ 100 đến 120 ngày. Sau khi ngủ, hạt giống E. crusgalli có thể nảy mầm bất cứ lúc nào trong năm trong điều kiện thuận lợi.
Tuy nhiên, trong một số trường hợp, lúa ở mật độ đủ cao có thể vượt trội hơn E.
crus-galli (Holm và cộng sự 1977). Theo (Chauhan & Abugho 2013), thí nghiệm của họ cho thấy khi trồng lúa ở 16 cây/m2, E. crus-galli chỉ sản xuất từ 54 đến 87 hạt /cây. Nó có nghĩa là tăng số lần cắt có thể ngăn chặn sự phát triển của E. crus-galli.
1.1.3.2. Nghiên cứu tác hại cỏ dại
Cỏ dại là một trong bốn nhóm dịch hại quan trong nhất trên ruộng lúa, cùng với sâu bệnh, chuột. Thiệt hại do cỏ dại gây ra đối với lúa là rất lớn. Theo thống kê các nước trồng lúa châu Á, cỏ dại có thể giảm tới 60% năng suất lúa. Theo Holm L.G (1977), cỏ lồng vực Echinochloa crus-galli và E. colona đứng thứ ba và bốn trong các loài cỏ gây hại lớn nhất thế gíới. Kết quả các thí nghiệm trước đây cho thấy sự giảm sút của năng suất lúa tỷ lệ với mật độ cỏ dại, cứ 100 cây cỏ/m2 làm giảm 17% năng suất, từ 100 đến 200 cây cỏ/m2 thì năng suất giảm thêm 10%.
Bảng 1.4. Quan hệ giữa mật độ cỏ mật độ cây trồng và tổn thất năng suất lúa
Mật độ cỏ (cây/m2 )
Tỷ lệ tổn thất (%)
Mật độ cây trồng (cây/m2)
Tỷ lệ tổn thất (%)
11 25 32 57
54 49 108 40
269 79 334 25
Nguồn từ Smith 1968 theo Agro - Pesticide - FAO, 1998 Theo tổng kết của Smith (1983), tổn thất do cỏ dại gây cho các nước trồng lúa dao động từ 10-15% sản lƣợng.
Theo Arai M (1972) lúa cấy không làm cỏ năng suất giảm 20 - 40%, lúa gieo thẳng không làm cỏ năng suất giảm 70 - 90%. Theo ƣớt tính, tổng thiệt hại hàng năm do cỏ dại gây ra đối với sản xuất lúa gạo trên toàn thế giới vào khoảng 46 triệu USD.
Bảng 1.5. Ảnh hưởng đến năng suất lúa một số loài cỏ dại
Tên cỏ dại Tên khoa học Tỉ lệ năng suất lúa giảm (%) Lồng vực nước Echinichloa crus-galli 70 – 87
Rau mác Monochoria spp. 25 – 84
Cỏ cháo Cyperus difformis 40 – 80
Cỏ bợ Marsilea quadriflia 45 – 56
Nguồn: Nguyễn Vĩnh Trường, Cỏ dại, 2014 Bảng 1.6. Mật độ cỏ và tỉ lệ năng suất lúa
Mật độ cỏ (cây/m2) Tỷ lệ năng suất lúa (%)
0 100
100 83,2
200 73,1
300 69,4
400 65,5
500 63,0
600 60,6
>600 56,8
Nguồn: Nguyễn Vĩnh Trường, Cỏ dại, 2014 Bảng 1.7. Cạnh tranh cỏ dại và tỷ lệ năng suất lúa
Thời kỳ cạnh tranh cỏ dại
Mật độ cỏ (cây/m2)
Trọng lƣợng khô cỏ dại
(g/m2)
Số bông lúa (bông/m2)
Tỉ lệ năng suất lúa
(%)
Không để cỏ cạnh tranh 0,0 0,00 477,0 100,0
Để cỏ cạnh tranh đến lúc lúa 3 lá 110,0 12,50 468,5 99,7 Để cỏ cạnh tranh đến lúc lúa đẻ nhánh tối đa 463,7 122,36 411,0 86,8 Để cỏ cạnh tranh đến lúc lúa đứng cái 286,5 181,66 405,0 83,0 Để cỏ cạnh tranh đến lúa lúa làm đ ng 126,7 183,86 386,0 71,9 Để cỏ cạnh tranh đến lúc lúa trổ 109,5 188,61 379,0 76,3
Nguồn: Nguyễn Vình Trường, Cỏ dại, 2014
Sự gây hại của cỏ dại đối với cây trồng là do quá trình sinh trưởng và phát triển cỏ dại xuất hiện giữa cỏ và cây trồng. Trong quá trình cạnh tranh này, ƣu thế nghiêng về cỏ dại, vì nhiều lí do, mà trước hết là hiệu quả quang hợp của cỏ luôn luôn cao hơn cây trồng. Trong sự hiểu biết về năng lực canh tranh to lớn của cỏ, điều đầu tiên phải được biết chúng trở nên thích ứng rất tốt với môi trường bởi quá trình chọn lọc tự nhiên rất dài. Ngược lại, cây trồng được chọn lọc trong một thời gian dài theo hướng chất lƣợng và năng suất cao, và nhƣ vậy chúng đã mất đi khả năng chịu đựng mà nó có ở thực vật hoang dại.
Bảng 1.8. Ảnh hưởng của các loại cỏ tới năng suất lúa IR38
Quần thể cỏ Trọng lƣợng cỏ (g/m2)
Tỷ lệ giảm năng suất do cỏ (%)
Gieo vãi Cấy Gieo vãi Cấy
Cỏ hòa thảo 325 285 86 75
Cỏ năn lác + lá rộng 250 110 24 0
Cỏ hòa thảo + năn lác + lá rộng 540 330 100 67
Không cỏ 0 0 - -
Nguồn: Data, 1969 theo Agro - Peticide - FAO, 1981 1.1.3.3. Nghiên cứu quản lý cỏ dại
Các nghiên cứu về biện pháp phòng trừ cỏ dại ít đƣợc chú trọng và ít đƣợc đầu tư nghiên cứu từ cuối những năm 1800 và đầu những năm 1900, ngay cả con người bị gây bệnh bởi những thực vật không mong muốn giữa các cánh đồng canh tác từ thời kỳ trước Công Nguyên, việc phòng trừ cỏ dại nhiều thế kỉ như là công việc phụ của chuẩn bị đất. Các biện pháp phòng trừ cỏ dại sơ khai gồm cuốc cỏ, làm cỏ bằng tay cũng nhƣ các biện pháp luân canh cây trồng. Mặc dù cuốc cỏ là hiếm ở các nước đã phát triển, loại bỏ cỏ dại bằng tay là chủ yếu của các nước đang phát triển.
Cho tới những năm gần đây, nghiên cứu hiểu biết về quần thể cỏ dại và các thử nghiệm phòng trừ cỏ dại trong một vụ cây trồng phần lớn chƣa rút ra kết luận và kiểm soát cỏ dại là công việc nặng nhọc đối với lao động nông nghiệp.
Biện pháp trừ cỏ bằng hóa học đầu tiên đƣợc đề cập khi các hợp chất vô cơ được mô tả để sử dụng trừ cỏ chọn lọc. Một số hóa chất trừ cỏ trước năm 1940 là muối, sắt sulfate, acid sufuric và sulfate đồng (Klingman và Ashton, 1975). Các hợp chất này đƣợc sử dụng ở Đức, Pháp, Hoa Kỳ, nhƣng cho đến năm 1940, chất diệt cỏ đƣợc sử dụng rộng rãi nhƣ một hình thức kiểm soát cỏ dại. Thuốc trừ cỏ 2,4-D của Pokomy vào năm 1941 đã mở ra một cơ hội mới cho người dùng một lựa chọn rẻ hơn về kiểm soát cỏ dại đối với sản xuất nông nghiệp. Đặc tính của 2,4-D đƣợc coi là cuộc cách mạng hóa học sản xuất lương thực toàn cầu, lần lượt tạo ra nhiều sự chú ý đến kiểm soát cỏ dại.
Những năm 1940 và năm 1950 chứng kiến sự bùng nổ thuốc diệt cỏ tổng hợp.
Vào năm 1950 đã có khoảng 25 thuốc diệt cỏ đã sử dụng (Timmons, 2005), đến cuối những năm 1950 và 1960 nhiều loại thuốc diệt cỏ xuất hiện trên thị trường để kiểm soát cỏ dại là biện pháp thay thế sức lao động con người. Để đáp ứng được nhu cầu của người sử dụng trên thị trường, ngày nay thuốc diệt cỏ thay đổi chủng loại, tính năng trừ cỏ ít làm ảnh hưởng môi trường sinh thái và không phải là đối tượng mục tiêu tác động (Zimdahl,1999). Ví dụ thuốc trừ cỏ Glyphosate đƣợc giới thiệu 1970 và cung cấp kiểm soát cỏ dại tuyệt vời với những liều lƣợng thấp hơn (Ross và Lembi,1999).
Trong những năm 1980 và năm 1990, giới thiệu th uốc diệt cỏ bao gồm các hợp chất mới với giá cả thấp hơn so với trước và khối lượng sử dụng giảm mặc dù thuốc diệt cỏ đã đƣợc gia tăng. Năm 1991, Nhật Bản đã chi 530 triệu USD cho thuốc trừ cỏ cho lúa, bình quân 265 USD/ha.
1.1.3.4. Nghiên cứu khả năng kháng thuốc trừ cỏ của cỏ lồng vực
Các báo cáo đầu tiên về cỏ lồng vực kháng butachlor đã đƣợc ghi nhận vào năm 1993 bởi Tang-Hong Yuan tại Trung Quốc và Chanya Maneechote vào năm 1998 tại Thái Lan (Heap, 2014). Nghiên cứu của Marsh và ctv. (2009) tại Philippines ghi nhận sự xuất hiện các dòng cỏ lồng vực (Echinochloa crusgalli và Echinochloa labrescens) mà mức độ mẫn cảm thấp hơn 3 - 4 lần so với dòng mẫn cảm đối với pretilachlor sau 4,1 - 4,3 năm sử dụng. Nghiên cứu cũng đã xác định mức độ mẫn cảm của cỏ lồng vực với hỗn hợp butachlor + propanil và ghi nhận đƣợc 17/19 quần thể có mức độ mẫn cảm thấp hơn từ 5,6-9 lần so với các quần thể mẫn cảm. Từ kết quả thí nghiệm và các ghi nhận trên thế giới, có thể nhận thấy tình trạng giảm mức độ mẫn cảm với thuốc của các loài cỏ chính, đặc biệt là cỏ lồng vực trên ruộng lúa sạ trong nước đang diễn ra và có khả năng tăng cao trong thời gian tới khi diện tích lúa sạ ngày càng phát triển và không có hoạt chất hiệu quả với cơ chế tác động mới diệt cỏ tiền nảy mầm đƣa vào sử dụng.
Theo Leylani M. Juliano., Madonna C. Casimero., and., Rick Llewellyn, (2010), cỏ lồng vực (Echinochloa crus-galli [L.] Beauv.) là một loại cỏ dại gặp nhiều khó khăn trong sản xuất lúa gạo đã đƣợc xác nhận lần đầu tiên có khả năng chống cả chloroacetamide (butachlor) và acetanilide (propanil) các nhóm thuốc diệt cỏ thường đƣợc sử dụng trực tiếp cho lúa ở Philippines. Tính kháng của thuốc trừ cỏ cho thấy rằng 17 trong 18 mẫu quần thể cỏ có 94% đều kháng butachlor + propanil. Thí nghiệm cho thấy rằng liều sử dụng butachlor + propanil trên quần thể cỏ lồng vực nhưng người ta không đƣợc kiểm soát ở mức gấp đôi mức khuyến cáo (1,4 kg ai hoặc 2 lít /ha) và 7 quần thể không đƣợc kiểm soát ở liều lƣợng 4 lít/ha (2,8 kg ai/ha). Thí nghiệm đảm bảo liều sử dụng butachlor và propanil riêng biệt chỉ ra rằng các quần thể sau này kháng với cả các thuốc diệt cỏ. Giá trị LD50 cho butachlor quần thể propanil dao động
từ 0,6 lít/ha (0,42 kg ai) đến 2,9 lít/ha (2,03 kg ai) chỉ 1,9-9,1 lần độ nhạy ít hơn quần thể ít biết đến. Vì vậy, nhận thức của nông dân là để trừ cỏ đạt hiệu quả thì cần tăng liều lƣợng, nồng độ của thuốc, nhƣng lại dẫn đến khả năng kháng thuốc của cỏ. Do đó, sự phát triển tính kháng trong thuốc diệt cỏ với số lƣợng lớn đã trở thành một mối đe dọa trong sản xuất lúa gạo và sẽ làm thay đổi quản lý cỏ dại trong sản xuất hạt gạo trực tiếp. Nỗ lực trong việc nâng cao nhận thức về quản lý cỏ dại bằng thuốc diệt cỏ và thực hiện một hệ thống kết hợp hiệu quả quản lý cỏ dại là cần thiết.
Theo Dilipkumar Masilamany, Adzemi Mat Arshad, và Chuah Tse Seng nghiên cứu này đã được tiến hành để kiểm tra các hiệu ứng kết hợp của hoa hướng dương chứa nước lá chiết xuất với mức giá thấp hơn pretilachlor trên cỏ lồng vực xuất hiện và sinh trưởng trong đất ruộng lúa là đất thịt pha cát dưới điều kiện nhà kính.
Điều thú vị là, các giá trị ED95 (tỷ lệ đó gây ra 95% ức chế) của pretilachlor cho sự xuất hiện và trọng lượng tươi của cỏ lồng vực đã giảm xuống đến 79% và 82%, tương ứng, khi được trộn với chất chiết xuất từ lá hướng dương trong loạt đất thịt pha cát.
Những kết quả này chứng tỏ rằng chất chiết xuất từ lá hướng dương có khả năng làm giảm tỷ lệ pretilachlor để ức chế sự hình thành và phát triển của cỏ lồng vực trong ruộng lúa.
Theo Lee, In-Yong, Oh-DoKwon, Chang-Seok Kim, Jeongran Lee, Byung- Chul Moon and Jae-Eup Park ( 2012), hiệu quả của việc kiểm soát cỏ bởi thuốc diệt cỏ đã đƣợc nghiên cứu b ằ n g nhiều biện pháp trừ cỏ khác nhau, quản lý cỏ dại tổng hợp trên cỏ lồng vực kháng thuốc diệt cỏ Echinochloa oryzoides ở một ruộng lúa. Hiệu lực của thuốc diệt cỏ trên đất trồng lúa áp dụng phương pháp kiểm soát của cỏ E. oryzoides kháng thuốc diệt cỏ là rất cao với oxadiargyl 1,7% EC, oxadizon 12% EC và fentrazamide, oxadiargal 3,3% EC. Pentaxazon 5% SC đạt trên 98%. Mặc dù một số E. oryzoides nổi lên là 31 ngày sau khi kiểm soát cỏ dại.
Đến giai đoạn lần thứ 2 của E. oryzoide, 6 loại thuốc diệt cỏ, azimsulfuron, carfenstole 1,05% GR bensulfurometyl, benzobicyclone mafenacet 24,52% bensulfuronmethyl fentrazamide 7% SC, bensulfuro - metyl, mafenacet oxadiargyl 21,6% SC, benzobicyclone, mafenacet, penoxulam 21,5% mafenacet, pyrazosulfuron-ethyl 3,5% GR có thể kiểm soát E. oryzoide.
Đến giai đoạn lần thứ 3 nghiên cứu này chỉ ra rằng nó là rất quan trọng để lựa chọn các loại thuốc diệt cỏ phù hợp cho điều trị và áp dụng chúng tại thời điểm đúng để đạt đƣợc một mức độ kiểm soát của E. oryzoides kháng ACCase- và ALS diệt cỏ.
Sự xuất hiện của cỏ dại kháng thuốc trừ cỏ đã tăng lên trong thập kỷ qua, nhƣng theo các báo cáo đầu tiên của cỏ dại tính kháng thuốc trừ cỏ đƣợc ghi nhận sớm nhất vào những năm 1950, trên cây cỏ bồ công anh và cây cà rốt hoang dại đã đƣợc báo cáo là có khả năng kháng thuốc trừ cỏ 2,4-D. Hợp chất C3H3N3 kháng thuốc một loại cỏ
phổ biến lần đầu tiên đƣợc báo cáo trong 1968 tại Washington và cho đến nay, khả năng chống hợp chất triazin (C3H3N3) kháng thuốc diệt cỏ đã được ghi nhận thường xuyên nhất. Khoảng 100 loài cỏ dại đã đƣợc báo cáo là có khả năng kháng thuốc diệt cỏ của một quần thể cỏ dại.
Tính kháng thuốc diệt cỏ là một hiện tƣợng mà nhờ đó hiệu quả của thuốc diệt cỏ trên một loại cỏ dại bị giảm đi. Nó có thể phát triển từ việc sử dụng cùng một loại thuốc diệt cỏ để kiểm soát cùng một loại cỏ dại trong nhiều mùa và khi mật độ cỏ dại thích nghi với thuốc diệt cỏ đƣợc sử dụng (Jasieniuk et al. 1996, Neve và cộng sự 2009, Shaner 2014). Hơn nữa, cường độ của thuốc diệt cỏ càng cao thì càng có nhiều áp lực lựa chọn đƣợc đặt lên quần thể cỏ dại. Thông qua việc lựa chọn đột biến, kháng thuốc đƣợc quan sát thấy khi một số cỏ dại trong quần thể có thể chịu đƣợc một liều thuốc diệt cỏ bình thường. Valverde và Itoh (2001) và Vencill et al. (2012) cũng nhấn mạnh tầm quan trọng của sự lặp lại trong việc sử dụng thuốc diệt cỏ để phát triển tính kháng thuốc diệt cỏ. Những phát hiện tương tự cũng được tìm thấy bởi nhiều nhà nghiên cứu nhƣ Tharayil Santhakumar (2003), Preston và cộng sự. (1999). Theo Shaner (2014) thuốc diệt cỏ lần đầu tiên đƣợc giới thiệu vào cuối những năm 1940, tuy nhiên không phải cho đến những năm 1990 đã kháng thuốc diệt cỏ nhanh chóng tăng trên toàn thế giới với một loạt các chế độ thuốc diệt cỏ và đe dọa an ninh lương thực (Powles & Yu 2010, Délye et al. 2013). Kháng thuốc diệt cỏ đã tăng lên đáng kể ở nhiều quốc gia (Juliano et al. 2010, Mennan et al. 2012).
Propanil là thuốc diệt cỏ đầu tiên đƣợc giới thiệu để kiểm soát E. crus-galli trên ruộng lúa từ năm 1962 (Smith Jr 1965, Park và cộng sự 2010) vì tính chọn lọc của nó giữa lúa và E.crus-galli (Baltazar & Smith Jr 1994). Tuy nhiên, E. crus-galli cho thấy sự đề kháng với thành phần hoạt tính này vào năm 1989 (Carey et al. 1995). Sự đề kháng của E. crus-galli với propanil cũng đƣợc báo cáo ở Mỹ do hậu quả của việc sử dụng thuốc diệt cỏ liên tục trong 30 năm trên cỏ dại này (Hill và cộng sự 1994, Kendig
& Rishel 1996). Đề kháng với glyphosate của E. crus-galli xảy ra lần đầu tiên vào năm 1995 (Johnson & Gibson 2006) và lịch sử sử dụng liên tục thuốc diệt cỏ này đã tích lũy kháng thuốc (Bradshaw et al. 1997). Tuy nhiên, đến năm 2005 chỉ có khoảng 36%
nông dân lo ngại về tính kháng thuốc diệt cỏ glyphosate trong một cuộc khảo sát ở Ấn Độ, trong khi hầu hết nông dân không chấp nhận sử dụng chiến lƣợc để ngăn chặn sự phát triển kháng thuốc diệt cỏ (Johnson & Gibson 2006).
Ngoài ra, Juliano et al. (2010) nói rằng propanil và butachlor không thể quản lý E. crus-galli kháng ngay cả ở gấp đôi tỷ lệ đƣợc khuyến cáo trên các trang trại lúa ở Philippines. Tuy nhiên, thật khó để thuyết phục nông dân về mối quan tâm mà họ cần phải có về tính kháng thuốc diệt cỏ. Nông dân dường như có thể chấp nhận kết quả này bởi vì những người trồng lúa đang phụ thuộc vào glyphosate và các chất diệt cỏ khác để quản lý cỏ dại (Shaner 2014).