2.4. NHỮNG NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN ĐẾN YẾU TỐ HẠN CHẾ TRONG ĐẤT
2.4.1. Những nghiên cứu trên thế giới
2.4.1.1. Nghiên cứu yếu tố hạn chế về tính chấtvật lý đất
Hạn chế về tính chất vật lý thường được hiểu là đất có kết cấu kém, ít tơi xốp, khả năng giữ nước, giữ dinh dưỡng kém và vì vậy thường ảnh hưởng đến sinh trưởng và phát triển của cây trồng. Hạn chế này có thể do phát sinh từ nguồn gốc hình thành của đất và cũng có thể phát sinh từ quá trình canh tác.Điều này cũng đã được nhiều nghiên cứu đề cập nhưng rất ít và thậm chí không đề cập đến sự thay đổi tính chất vật lý ở đất trồng cà phê. Tuy nhiên, vấn đề thoái hóa vật lý cũng đãđược ISRIC (1997)đề cập trong “Nghiên cứu về thoái hóa đất ở khu vực Nam và Đông Nam Châu Á” cho thấy tại khu vực này có 9% đất bị thoái hóa về vật lý đất, không kể 21% thoái hóa do xói mònđất cũng xuất hiện yếu tố hạn chế về vật lý đất. Sự thoái hóa vật lý cũng đồng nghĩa với việc biến đổi tính chất vật lý của đất theo chiều hướng bất lợi đối với sản xuất nông nghiệp và được coi là yếu tố hạn chế. Những đất bị thoái hóa thường do bị phá vỡ kết cấu, tầng mặt bị bào mòn, rửa trôi sét, hình thành tầng tích séttạo nên những mặt chắn dẫn đến khả năng thấm nước chậm, đất kém tơi xốp, khả năng giữ nước, giữ dinh dưỡng kém. Hiện tượng này xảy ra khá phổ biến không chỉ trên đất bỏ hóa mà ngay cả trên đất đang canh tác nông nghiệp.
Thành phần cơ giới đất có liên quan đến sự phát triển của các loại nấm bệnh gây hại trong đất. Townshensand Berry (1972) cho rằng tuyến trùng Pratylenchus penetrans và P. minyus dễ dàng xâm nhập và gây hại ngô trên các loại đất có dung trọng thấp. Ferris and Bernard (1971) cho thấy có sự liên quan giữa kiểu đất và mật độ tuyến trùng trong đất trồng đậu nành, mật độ tuyến trùng cũng có liên quan với độ ẩm đất.
Vi nấm có vai trò quan trọng trong duy trì cấu trúc đất. Việc sử dụng máy móc được coi như là yếu tố làm suy thoái đất. Vi nấm giúp duy trì cấu trúc đất nhờ sự phát triển của sợi nấm trong đất như là cấu trúc khung cho các hạt đất liên kết vào , tạo ra các điều kiện mà nó cho phép sự hình thành các vi hạt kết (đoàn lạp),cố định các hạt kết bằng các sợi nấm và các rễ cây trồng để hình thành các hạt kết lớn hơn, cung cấp nguồn cácbon trực tiếp cho cây trồng (Miller and Jastrow, 2000). Cácbon của đất chủ yếu hình thành nên chất hữu cơ cần thiết để liên kết các hạt đất, trực tiếp ảnh hưởng đến hình thànhđoàn lạp đất.
2.4.1.2. Nghiên cứu yếu tố hạn chế về tính chấthóa học đất
Theo Buringh (1979) yếu tốhạn chế chính trên đất phát triển từ đá bazanlà lân dễ tiêu, tiếp theo là kali và lưu huỳnh. Sự thiếu hụt lân dễ tiêu đến mức trở thành yếu tố hạn chế là do trong đất bazan giàu sesquyoxyt nên lân dễ tiêu đã bị cố định mặc dù đá bazan là loại đá khi phong hoá cho đất giàu lân. Cũng theo Buringh (1979), hạn chế chính của đất bazan trồng trọt là thiếu kali, các nguyên tố trung lượng như canxi, magiê, lưu huỳnh thậm chí có thể thiếu cả silic nếu trồng cỏ. Một số nguyên tố vi lượng hòa tan trong môi trường pH thấp như kẽm, mangan cũng cóthể thiếu hụt nhưng đôi khi là độc tố đối với cây trồng.
Trong khi đó cà phê là loại cây trồng có nhu cầu dinh dưỡng khá cao, đặc biệt là đạm và kali. Theo Roelofsen and Coolhaas (1940), lượng dinh dưỡng để tạo ra 1 tấn cà phê nhân là: 35 kg N, 6 kg P2O5, 50 kg K2O, 4 kg CaO, 4 kg MgO và nhiều nguyên tố trung và vi lượng khác. Với nhu cầu dinh dưỡng lớn như vậy nếu không cung cấp đầy đủ cho cà phê, năng suất sẽ thấp và dẫn đến đất bị suy thoái, xuất hiện yếu tố hạn chế về hóa học. ISRIC (1997) trong chương trình nghiên cứu về thoái hóa đất ở khu vực Nam và Đông Nam Châu Á cho thấy, diện tích thoái hóa hóa học tại khu vực này có đến 24%. Sự thoái hóa hóa học cũng đồng nghĩa với việc suy giảm các tính chất hóa học trong đất đến mức cạn kiệt làm suy giảm sức sản xuất của đất. Tuy nhiên, cũng như hạn chế về vật lý, hạn chế về hóa học phụ thuộc vào nguồn gốc đá mẹ hình thànhđất, chế độ phân bón.
Độ chua của đất ảnh hưởng đến đặc điểm hóa tính, lý tính và sinh học đất (Bradi andWeil, 2002). Ngoài ra pH đất còn tác động đến vi sinh vật, sinh khối của vi sinh vật, hoạt động, cấutrúc quần thể vi sinh vật đất cũng như thay đổi trong hoạt động của vi sinh (Anderson, 1994). Nghiên cứucủa Sánchez-de León et al. (2006) cho thấy bón phân hữu cơ từ vỏ cà phê đã xử lý (20 tấn/ha) đã làm tăng lượng giun đất, tăng sinh khối của vi sinh vật đất và do vậy góp phần cải thiện được tính chất lý
hóa học đất, giúp cây sinh trưởng và phát triển tốt, đề kháng được các loại sâu bệnh hại.
Goldman et al. (1989) nhận thấy ở đất chua áp lực thẩm thấu của rễ bị kìm hãm,đặc biệt ở tầng đất cái có tỷ lệ Ca/Al thấp, dẫn đến sự phân bố bộ rễ nông hơn và vì vậy quá trình sử dụng nước cũng như dinh dưỡng bị hạn chế, gây rửa trôi dinh dưỡng. Trong đất chua, đặc biệt chua do nồng độ Al3+cao thìảnh hưởng rõđến sự tăng trưởng của rễ và sự hút nước, gây hiện tượng thiếu dinh dưỡng và gây nên stress hạn (Marschner, 1991).
Độ pH đất cũng là một trong những yếu tố quan trọng không chỉ ảnh hưởng đến khả năng trao đổi khoáng của cây mà còn liên quanđến sự phát sinh ra bệnh từ đất, pH có thể ảnh hưởng trực tiếp đến sự phát triển nấm bệnh trong đất, đồng thời cònảnh hưởng gián tiếp đến quá trình chuyển biến hóa học hay sinh học trong đất.
Chẳng hạn khi pH thấp, hàm lượng nhôm di động tăng, gây thối rễ cây tạo tiền đề cho nấm bệnh xâm nhập. Bên cạnh đó độ chua của đất trồng còn có mối liên quan chặt chẽ tới sự bùng phát gây hại của một số vi sinh vật gây hại trong đất. Một số vi khuẩn gây hại trong đất chỉ phát triển gây hại trong một ngưỡng pH nhất định, một số nấm ký sinh gây bệnh phát triển rất mạnh khi gặp điều kiện pH thích hợp (thông thường là khi chỉ số pH thấp), thêm vào đó chỉ số pH trong đất cũng có tương quan chặt với độ hữu dụng của một số nguyên tố dinh dưỡng đất. Tác giả Ramirez (1998) chỉ ra rằng: chế độ bón phân cho cà phêở vùng đất bị tuyến trùng gây hại cần phải được điều chỉnh một cách thích hợp để chỉ số pH đất không dao động ở mức thấp.
Một mặt việc sử dụng phân hóa học là rất tốt cho sự sinh trưởng và phát triển mạnh của bộ rễ cây trồng, nhưng mặt khác đó lại là điều kiện thuận lợi để làm tăng mật số tuyến trùng trong hệ rễ (Shmitt and Riggs, 1989).
Theo Murach and Ulrich (1988) thì khiđất bị chua hóa cho phép nghĩ đến việc gia tăng nhôm hòa tan và vì vậy có thể gây độc cho cây trồng. Độc nhôm từ đó có thể là một yếu tố giới hạn quan trọngvới cây trồng trên đất chua trong đó có cây cà phê. Năng suất cây trồng gia tăng nếu lượng nhôm trong đất giảm xuống. Von Uexkull (1992) nghiên cứu cho thấy khi đất có nồng độ Al3+di động thừa, rễ cây có thể bị hư hỏng, teo tóp, xoắn lại và giảm khối lượng. Điều này cũng đãđược Foy et al. (1978), Taylor (1988), Klotz and Horst (1988) khẳng định.
Huang et al. (1992b) cho rằng khi nồng độ nhôm trao đổi trong đất cao sẽ kìm hãm sự hấp thu Ca, Mg trong màng tế bào gây ra tình trạng thiếu Ca và Mg trong
cây, đặc biệtlà chứng thiếu Mg thể hiện rất rõ ràng.
Theo Sheila et al. (2007) thìđất trồng cà phê sau một thời gian dài, chuẩn bị bước vào tái canh thì pH, lân dễ tiêu có xu hướng giảm so với đất rừng và do vậy mật độ vi sinh vật hữu ích giảm, trong đó đáng chú ý là mật độ nấm đối kháng Trichoderma spp. giảm tạo điều kiện cho các loại vi sinh vật gây hại tấn công cà phê khi trồng tái canh.
Nồng độ Al3+ trong dung dịch đất thường thấp hơn 1mg/lít ở pH > 5,5 nhưng tăng mạnh ở pH thấp. Thừa Al3+ trong đất làm cản trở sự hấp thu, vận chuyển và đồng hóa các chất dinh dưỡng chủ yếu như K, P, Ca, Mg, Fe và có thể cản trở các quá trình hoạt động của vi sinh vật trong việc cung cấp dinh dưỡng cho cây trồng. Về mức độ tế bào, độc tố Al3+làm ảnh hưởng đến chức năng và cấu trúc màng bán thấm, tổng hợp ADN và tham gia vào quá trình nguyên nhiễm, quá trình kéo dài của tế bào.
Hầu như tất cả các nghiên cứu độc nhôm trên cây cà phê đều thực hiện trên cây cà phê chè (Coffea arabica L). Trong một thí nghiệm trong phòng trên cà phê chè 7 tháng tuổi trồng trong chậu, Pavan and Bingham (1982) thấy rằng sự giảm sinh trưởng của cây non có tương quan chặt với giá trị hoạt động của nhôm trong đất. Giới hạn gây độc của giá trị hoạt động của nhôm gần 4 x 10-6. Nồng độ nhôm trong lá có tương quan chặt với khả năng hoạt động của nhôm. Giới hạn gõy hại cho rễ và tăng trưởng của thõn lần lượt là 62 và 100 àg/g. Theo Maria (2006), khi nghiên cứu độc nhôm trên cà phê Colombia, loại đất trồng cà phê có nguồn gốc dung nham núi lửa (Andisols) có đặc điểm là đất chua, giàu chất hữu cơ và có hiện tượng đ ộc nhôm có một số kết quả như sau: Khi chiết nhôm trao đổi với 3 nồng độ của KCl đã có sự khác nhau về nồng độ dịch chiết, phức hợp nhôm với hữu cơ dường như không độc với cây, dung dịch đất không cho thấy có nồng độ nhôm ở mức gây hại, không có ảnh hưởng tổn thư ơng đến rễ cà phê.
Golzalez(2007) đã nghiên cứu tương tác giữa chất hữu cơ với nhôm có khả năng trao đổi trong đất trồng cà phê chèở Puerto Rico cho thấy nhôm trao đổi cao ở tầng 20-40 cm, tầng mà có ít chất hữu cơ. Dung dịch CuCl2chiết được nhôm cao nhất ở tầng 0-20 cm so với dung dịch AlCl3và KCl.
Giống như nhôm di động, mangan (thường ở dạng Mn2+trong dung dịch đất) cũng là một yếu tố dinh dưỡng cần thiết của cây trồng, tuy nhiên khi nồng độ tăng cao, nó lại là yếu tố gây độc cho cây (Marscher, 1995). Nồng độ của mangan trong
dung dịch đất được kiểm soát do hàm lượng mangan tổng số trong đất, pH đất và khả năng trao đổi điện tích âm. Do vậy khi đất có hàm lượng mangan cao, độc tố của mangan có thể xuất hiện khi pH thấp hơn 6,0 (ở mức này Al vẫ n đang ở dạng không hòa tan). Trong môi trường giàu điện tích âm gây ra khi đất tưới nước quá nhiều, thoát nước kém, bón quá nhiều chất hữu cơ, độc tố do mangan có thể xảy ra kể cả khi pH ở mức kiềm (Hue,1988).
Trong một nghiên cứu về độc tố mangan trên đất Oxisolsở Hawaii, Hue and Mai (2002) thấy nồng độ Mn trong dung dịch chiết tăng lên 100 lần khi pH giảm đi 1 đơn vị. Thạch cao (CaSO4.2H2O) có tác dụng giảm mangan hòa tan trong dung dịch tốt hơn canxi và việc bón phân xanh và các chất rắn hữu cơ thông thường làm tăng độc tố mangan trong đất. Loại cây trồng khác nhau và ngay cả giữa các dòng trong cùng một giống cũng có khả năng chống chịu khác nhau với độc tố mangan (Foy et al., 1978).
Theo Lumbanraja et al. (1998) thì vườn cà phê trồng 20 năm, chuẩn b ị cho trồng tái canh thì hàm lượng dinh dưỡng trong đất có xu hướng giảm so với khi bắt đầu trồng mới từ đất rừng. Điều đáng quan tâm là CEC, Ca giảm mạnh ở tầng 0-20 cm chứng tỏ chất lượng đất đã bị suy giảm. Khi chất lượng đất bị suy giảm thì khả năngcung cấp dinh dưỡng cho cây cà phê bị hạn chế.
Nghiên cứu của Sheila et al. (2007) đã chỉ ra rằng: đất trồng cà phê sau một thời gian dài và bước vào tái canh thì pH và P2O5dễ tiêu có xu hướng giảm so với đất rừng. Đây cũng chính là lý do làm cho mật độ vi sinh vật hữu ích (Trichoderma spp.) trong đất giảm, điều này tạo cơ hội lớn cho các vi sinh vật gây hại sinh trưởng, phát triển và tấn công cây cà phê tái canh.
2.4.1.3. Nghiên cứu yếu tố hạn chế về sinh học đất
Nhiều nghiên cứu cho thấy sau một thời gian trồng cà phê, nhất là độc canh dẫn đến trong đất xuất hiện một số lượng lớn vi sinh vật gây hại làm cho cà phê không sinh trưởng, phát triển được, thậm chí bị chết. Đáng chú ý là tuyến trùng, loài tuyến trùng gây hại chính trên cây cà phê là Pratylenchus coffeae. Điều này đãđược Lordello (1972), xác định ngay tại Nam Mỹ, về sau Campos et al. (1990) đã tìm thấy ở El Sanvador, Java vàẤn Độ, Cộng hòa Dominique, El Savador, Guatemala, Puerto Rico, Costa Rica, Brazil, Barbados, Martinique, Tanzania, Madagascar và Indonesia. Tuy nhiên theo Bredo thì tuyến trùng Pratylenchus coffeae chỉ gây hại trên cà phê chè (Coffea Arabica Line) và cà phê vối (Coffea Canephora Var.
Robusta) nhưng không gây hại trên cà phê mít (Coffea Liberica Bull Var. Excelsa).
Tuyến trùng (nematodes) là một nhóm động vật không xương sống, đa bào có kích thước rất bé dài khoảng 0,1-0,5 mm (mắt thường không thể nhìn thấy). Vòng đời của tuyến trùng ký sinh gây hại khoảng 25-70 ngày và phát triển qua 3 giai đoạn chính, bao gồm giai đoạn trứng, giai đoạn ấu trùng và giai đoạn trưởng thành. Hệ số sinh sản của tuyến trùng rất cao, một cá thể tuyến trùng cái trưởng thành có thể đ ẻ trên 2.000 trứng (Castillo and Wintgens, 2004).
Nhiều nghiên cứu trên thế giới đã nhận định rằng tuyến trùng là một trong những nguyên nhân chính gây suy giảm sức sản xuất dẫn đến phải thanh lý trước tuổi của các vùng chuyên canh cà phê. Campos et al. (1990) nhận thấy rằng ở El Salvador, Java vàẤn Độ thì Pratylenchus coffeae là loài tuyến trùng gây hại chính trên cây cà phê.
Tuyến trùng gây vết thương rễ cà phê Pratylenchus coffeae là loài gây hại nặng trên cà phê chè ở miền Nam Ấn Độ. Vào những năm 80, thập kỷ XX, Pratylenchus coffeaeđã gây hại hàng nghìn ha cà phê chè tại đây, gây thiệt hại trê n 20 triệu Rupi (Krishnappa,1985).
Palanichamy (1973) cho biết: Với số lượng tuyến trùng Pratylenchus coffeae từ 500-5.000 con trong rễ thì cây con 40 ngày tuổi và 120 ngày tuổi của giống Robusta bị gây hại nặng, trong khi các cây 1 năm tuổi chống chịu đư ợc ở mật độ lây nhiễm này.
Bên cạnh loài tuyến trùng gây vết thương rễ thì tuyến trùng gây u sưng rễ cà phê (Meloidogyne spp.) cũng gây thiệt hại kinh tế rất lớn cho nhiều quốc gia trồng cà phê trên thế giới. Theo thống kê, sản lượng cà phê tại Trung Mỹ giảm 10% do nhóm tuyến trùng này gây hại (Sasser, 1979), tại Guatemala sả n lượng giảm khoảng 40% (Alvarado, 1997), tại Brazil sản lượng giảm 15-35% tùy theo từng vùng trồng cà phê (Castillo and Wintgens, 2004). Tại bang Veracruz thuộc Mexico, có khoảng 20.000 ha cà phê chè bị nhiễm tuyến trùng nốt sưng Meloidogyne incognita (Hernández, 1992).
Ngoài tuyến trùng thì nấm cũng được cho là tác nhân gây hại trên cà phê.
Rai et al. (1974) nghiên cứu về bệnh nấm rễ cây cà phê đã phát hiện 164 loài nấm trong đất, trong đó có 144 loài thuộc nấm bất toàn. Các nấm gây hại rễ cây giai đoạn cây non thường là Phythium, Phytophthora, Fusarium, Selerotium và Rhizoetonia (Mehrotra, 1980). Người ta còn nhận thấy các nấm Armillaria mellea và một số loài Fusarium thường là những tác nhân gây bệnh thối rễ, cổ rễ và cả phần thân dưới đất của cà phê .
Nghiên cứu về biện pháp tiêu diệt tuyến trùng cũng đã có nhiều nhưng đều thống nhất, biện pháp có hiệu quả nhất là lựa chọn các giống có tính chống chịu hoặc có khả năng kháng tuyến trùng. Fiola and Lalancette (2000) cho rằng hầu hết các loài tuyến trùng có thể giảm một cách đáng kể khi bón chất chitin trong vỏ của những loài giáp xác (tôm, cua,...) vào trong đất. Giải thích về hiệu quả của bón chitin, tác giả cho rằng do những loài nấm phân hủy chất chitin đồng thời cũng tấn công trứng tuyến trùng, một loại trứng cũng có cấu tạo từ chitin. Sự gia tăng khối lượng chất chitin đồng thời cũng có ý nghĩa gián tiếp làm tăng số lượng nguồn nấm phân hủy này.
2.4.1.4. Nghiên cứu tái canh cà phê
Cà phê là mặt hàng nông sản xuất khẩu có giá trị cao trên thế giới, với diện tích trên 10 triệu hecta cây cà phê đóng góp không nhỏ đến sự phát triển kinh tế của các nước trồng cà phê. Mặc dù được xem là loại cây công nghiệp lâu năm, nhưng tuổi thọ khai thác có hiệu quả của cây cà phê cũng có giới hạn trong vòng 20 -25 năm,sau chu kỳ đó cây cà phê cần phải được trồng lại hoặc được trẻ hóa nhằm khai thác vườn cà phê có hiệu quả.
Nguyên nhân cần phải nhổ bỏ cà phê và trồng lại là do cây cà phê bị già cỗi cho năng suất thấp, không có hiệu quả kinh tếhoặc do vườn cây bị sâu bệnh gây hại.
Cho đến nay việc tái canh đãđược thực hiện ở nhiều nước trên thế giới trong đó chỉ có hai quốc gia thông báo đã thực hiện tái canh cây cà phê vì sâu bệnh hại đó là Uganda và Indonesia. Ở Uganda, do vườn cà phê bị tàn phá bởi bệnh chết héo (Coffee wilt disease) do nấm Fusarium xylariodes gây ra nên người trồng cà phê buộc phải trồng lại. Các khảo sát gần đây cho thấy bệnh chết héo hiện diện ở hầu hết các vùng trồng cà phê của Uganda, nơi có đến 90% trang trại trồng cà phê bị nhiễm bệnh. Hiện nay các chương trình tái canh cà phêở Uganda đều được chính phủ tài trợ. Uganda đã có chương trình chọn giống cà phê vối hiệu quả, được bắt đầu từ năm 1956 và đã cho ra 6 dòng vô tính. Các dòng nàyđãđược nhân giống bằng cách cắt chồi và sau đó nuôi cấy mô vào những năm của thập niên 1990 trong dự án phục hồi cây cà phê. Ban đầu các vườn ươm được xây dựng ở tất cả các vùng trồng cà phê để nhân giống với số lượng lớn của các kiểu gen này để thay thế các vườn cà phê vối già cỗi. Các vườn ươm này sau đó được bổ sung thêm trang thiết bị dưới sự quản lý của Viện Nghiên cứu Nông nghiệp Kawada để thực hiện nhân giống nuôi cấy mô. Trong những năm 1998-1999, khoảng 10,3 triệu cây giống vô tính cà phê vối đã được sản xuất trong chương trình vườn ươm giống cà phê.