5. Những đóng góp mới của luận án
1.2.2. Cơ sở khoa học và những nghiên cứu về phân bón cho cây lúa
1.2.2.1. Những nghiên cứu về phân bón cho cây lúa trên thế giới
Trong lịch sử phát triển nông nghiệp, phân bón luôn được xem là yếu tố quan trọng trong hệ thống canh tác để tăng năng suất cây trồng. Theo Viện Khoa học Nông nghiệp Rumani “Không cách nào hiệu lực hơn ể
nâng cao năng suất bằng phân bón” [29].
Tại Ấn Độ, phân bón đã góp phần quan trọng trong việc tăng sản lượng ngũ cốc của nước này từ 1% năm 1950 lên đến 58% năm 1995. Theo đánh giá
của M.Velayutham, mức đóng góp vào sản lượng lương thực gia tăng của phân bón là 60% [75].
Hiệp hội phân bón quốc tế (IFA) đã tiến hành nghiên cứu tại các nước phát triển trong những năm 1970 chỉ rõ: Nếu không sử dụng phân bón thì sản lượng lương thực ở các nước này chắc chắn sẽ giảm 40-50% [8]. Đánh giá của FAO (1984) cho thấy 50% sản lượng nông nghiệp tăng ở các nước đang phát triển trong thập kỷ 70 là do sử dụng phân bón [124].
Viện lúa Quốc tế (IRRI), Ủy ban lúa gạo Quốc tế (IRC), Viện nghiên cứu nông hóa Mỹ đã khẳng định: Gần 50% năng suất là do tác dụng của phân bón, còn hơn 50% kia là do các yếu tố khác như giống, nước, chăm sóc [29]. Nhờ kỹ thuật canh tác cải tiến trong đó chủ yếu là nhờ tăng cường sử dụng phân bón mà trong 2 thập kỷ, tổng sản lượng lương thực của toàn thể Châu Âu tăng gấp 3 lần [124].
Theo Puri (1991) ở khu vực Châu Á Thái Bình Dương, từ năm 1979 - 1989 sản lượng ngũ cốc tăng, trong đó 75% là do sử dụng phân bón [86]. Theo số liệu của Nga thì trên đất xấu phân bón quyết định 60 - 70% năng suất, còn đất tốt chỉ từ 45 - 50%.
Theo Patrick và cs (1968), Kobayashi (1995): Khi nghiên cứu khả năng cạnh tranh của 2 giống lúa Hokuriki 52 và Yamakogame về phản ứng với điều kiện phân bón khác nhau cho thấy, cây lúa có tính thích ứng cao trong điều kiện tự nhiên ít phân và tăng số lượng cây con ở mỗi đối tượng, trong khi đó các giống cạnh tranh yếu bị thất bại nghiêm trọng trong điều kiện trồng trọt bình thường, điều đó có nghĩa là giống khỏe (Hokuriki 52) sẽ gây ảnh hưởng nhiều cho giống cạnh tranh yếu (Yamakogame) khi có đủ phân bón [104], [99].
Theo Shi và cs (1986) cho rằng: Phân bón có tác dụng thúc đẩy hoạt động quang hợp. Kết quả nghiên cứu các giống lúa Indica có phản ứng với phân bón là tăng diện tích lá lớn hơn so với giống lúa Japonica, nhưng lại phản ứng yếu hơn khi hàm lượng phân bón tăng. Khi bàn về năng suất tác giả cho biết: Năng suất là kết quả của những giống có phản ứng tốt với phân bón
và biện pháp kỹ thuật. Ở vùng ôn đới, giống Japonica thường cho năng suất
cao vì nó phản ứng tốt với phân bón [109].
* Các nghiên cứu về ạm cho lúa trên thế giới: Tìm hiểu hiệu suất phân đạm đối với lúa Iruka (1963) thấy: Bón đạm với liều lượng cao thì hiệu suất cao nhất là bón vào lúc lúa đẻ nhánh, sau đó giảm dần, với liều lượng thấp thì bón vào lúc lúa đẻ và trước trỗ 10 ngày có hiệu quả cao [117]. Theo Schunutz và Hartman, 1994 tại Đức, nếu giảm một nửa lượng phân đạm trong trồng trọt thì năng suất cây trồng sẽ giảm 22% trong thời gian ngắn; 25 - 30% trong thời gian dài, thu nhập trang trại giảm 12%, lợi nhuận của các trang trại giảm 40%, tổng sản lượng hoa màu giảm 10% [100], [74]. Kết quả nghiên cứu của Sinclair (1989) cũng chỉ ra rằng hiệu suất phân đạm cho lúa rất khác nhau, 1kg N cho từ 3,1 - 23 kg thóc [110].
Theo Shuichi Yoshida (1985) cho thấy, lượng đạm cây hút ở thời kỳ đẻ nhánh quyết định tới 74% năng suất. Bón nhiều đạm làm cây đẻ nhánh khỏe và tập trung, tăng số bông/m2; số hạt/bông, nhưng trọng lượng 1000 hạt ít thay đổi. Mặt khác tác giả lại cho rằng ở các nước nhiệt đới lượng các chất dinh dưỡng (N, P, K) cần để tạo ra 1 tấn thóc trung bình là 20,5 kg N; 5,1 kg P2O5; 4,4 kg K2O [79]. Theo Takahasi (1987) cho biết giữa đẻ nhánh ở cây lúa và tỉ lệ đạm tích lũy trong lá lúa liên quan mật thiết với nhau [124].
Theo Yang (1999): Ở nhiều nước trên thế giới thường hay bón phân chuồng và phân ủ cho lúa để làm tăng độ phì nhiêu cho đất như Trung Quốc, Ấn Độ, Việt Nam, Malaysia và các nước vùng Đông Nam Á [117]. Trong thời gian gần đây phân khoáng đã được dùng phổ biến và phân chuồng được dùng bón lót làm tăng năng suất lúa và tăng hiệu quả của phân khoáng. Thí nghiệm của Ying (1998) cho thấy: Sự tích lũy đạm, lân và kali ở các cơ quan trên mặt đất của cây lúa không kết thúc ở thời kỳ trỗ mà còn được tích lũy tiếp ở các giai đoạn tiếp theo của cây [118].
* Các nghiên cứu về lân cho lúa trên thế giới: Theo nhận xét của Tanaka: bón lân xúc tiến quá trình sinh trưởng của cây trong thời kỳ đầu,
đồng thời có thể rút ngắn thời gian sinh trưởng mà đặc biệt là những vùng lạnh thì hiệu quả đó càng rõ [83]. Buba (1960) cho biết lúa nước là loại cây trồng cần ít lân, do đó khả năng hút lân từ đất mạnh hơn cây trồng cạn. Nghiên cứu của Brady và Nylec (1985) cho thấy hầu hết các loại cây trồng hút không quá 10 - 13% lượng lân bón vào đất trong năm, đặc biệt là cây lúa có khả năng hút lân khi hàm lượng lân trong đất khoảng 0,2 ppm hoặc thấp hơn một chút là có thể cho năng suất tối đa. Tuy vậy, cần bón lân kết hợp với các loại phân khác như đạm, kali mới nâng cao được hiệu quả của nó.
Các công trình nghiên cứu của De Datta (1989), Koyama (1981), Sinclair (1989) và Vlek (1986) nghiên cứu về đặc điểm bón phân cho các giống lúa đều đi đến kết luận: Giống mới yêu cầu về phân bón nhiều nhất là lân, cao hơn giống cũ. Bón lân làm tăng khả năng hút đạm và kali, là cơ sở để tăng năng suất cây trồng. Để đánh giá khả năng cung cấp lân của đất cho cây trồng, người ta dựa vào hàm lượng lân dể tiêu, phân lân bón cho lúa có hiệu quả đứng thứ 2 sau đạm, nhưng trong một vài trường hợp, ở những đất nghèo dinh dưỡng thì phân lân lại làm tăng năng suất nhiều hơn đạm. Tuy nhiên bón phân lân cùng với đạm là điều kiện tốt để phát huy hiệu quả cao của phân lân. Khi cây bị thiếu lân cây non có bộ lá hẹp, thường bị cuộn lại, sức đẻ nhánh giảm và đẻ muộn, giai đoạn đẻ nhánh kéo dài. Ở thời kỳ lúa đẻ nhánh và tròn mình, phân lân có ảnh hưởng tốt đối với cây lúa, nó làm cho trọng lượng của phần trên mặt đất của cây lúa tăng khá lớn, sau đó đến thời kỳ chín mức tăng của trọng lượng thân cây giảm. Ở những chân đất tương đối phì nhiêu, hiệu quả của phân lân đối với năng suất lúa không lớn. Bón lân làm cho lúa cứng cây và tăng khả năng chống đổ [69], [85], [84], [100], [115].
Theo Sarker (2002) khi nghiên cứu ảnh hưởng lâu dài của lân đối với lúa cho thấy: “Hiệu suất của lân đối với hạt ở giai đoạn đầu cao hơn giai đoạn cuối và lượng lân hút ở giai đoạn đầu chủ yếu phân phối ở các cơ quan sinh trưởng. Do đó, phải bón lót để đáp ứng nhu cầu dinh dưỡng cho cây lúa” [107].
* Các nghiên cứu về kali cho lúa trên thế giới: Ở Đức người ta tính
U.C.Koporgov (1975) để đạt năng suất 3- 10 tấn/ha thì lượng kali được khuyến cáo là từ 85 - 310 kg K2O/ha. Kết quả nghiên cứu của trại thí nghiệm Cuban (Liên Xô cũ) cho biết để thu được 4 tấn thóc/ha thì cần bón 35 - 50 kg K2O, trung bình là 44 kg K2O/ha [9]. Các thí nghiệm của Patrick (1968) đều cho thấy kali có vai trò quan trọng trong giai đoạn trước và sau làm đòng, thiếu kali ở giai đoạn này năng suất lúa giảm mạnh [104].
Trên thế giới, vai trò của kali cho cây lúa đã được nghiên cứu và khẳng định. Gia-côp khi nghiên cứu về vai trò của kali cho thấy: Cường độ quang hợp càng mạnh khi hàm lượng kali trong tế bào càng lớn. Song muốn có cường độ quang hợp cao cần phải có đủ ánh sáng. Khi thiếu kali thì nồng độ sắt trong tế bào hạ thấp, quá trình tổng hợp tinh bột, protein chậm [79], [94].
Theo Shuichi Yoshida (1985) cho biết khoảng 20% tổng lượng kali cây hút là được vận chuyển vào hạt, lượng còn lại được tích lũy trong các bộ phận khác của cây [51].
Smit- Xui (1962) thấy giữa việc hút đạm và kali có mối tương quan thuận, tỷ lệ K2O/N thường là 1,26. Theo nhiều tác giả khác cho biết tỷ lệ K2O/N rất quan trọng, nếu cây hút nhiều đạm thì dễ thiếu kali, do đó thường phải bón kali ở những ruộng lúa bón nhiều đạm [52]. Vì vậy, trên đất nghèo kali bón cân đối đạm - kali có ý nghĩa rất quan trọng.
Theo quan điểm của Koyama (1981): Kali xúc tiến tổng hợp đạm trong cây. Thiếu kali cây lúa dễ bị bệnh tiêm lửa, đạo ôn, thối rễ, bạc lá, thân cây yếu dễ bị đổ. Lúa được bón đầy đủ kali, lá chuyển màu xanh vàng, lá dài hơn và trỗ sớm hơn 2 - 3 ngày. Kali có tác dụng làm tăng số nhánh hữu hiệu, tăng chiều cao cây, bông dài hơn và phẩm chất hạt tốt hơn [100].
Shi M.S và Deng.J.Y (1986) nghiên cứu về kali cho thấy: Kali là nguyên tố dinh dưỡng không đáp ứng được nhu cầu của cây trồng so với Ca và Mg, kali ở trong đất thường ở dạng khó tiêu nên cây trồng khó hút, do đó nhu cầu của cây lúa về bón kali cần nhiều hơn so với Ca và Mg [109].
Kết quả nghiên cứu của Sinclair (1989) cho thấy lúa hút kali vào thời kỳ đẻ nhánh sẽ có tác dụng làm tăng số bông, số hạt, ở thời kỳ làm đòng làm tăng
số hạt và tăng trọng lượng nghìn hạt. Vì vậy, thiếu kali ở giai đoạn này làm năng suất giảm mạnh. Đây cũng là cơ sở cho biện pháp bón kali hợp lý [110].
Thí nghiệm của Kobayashi (1995) chỉ ra rằng khi bón đủ kali, giai đoạn từ bắt đầu đẻ nhánh đến phân hoá đòng có tốc độ hút kali cao nhất sau đó giảm. Bón kali khi lúa phân hoá đòng có thể làm tăng số hạt trên bông [99].
Theo Ying (1998) khi nghiên cứu về đặc điểm dinh dưỡng, kỹ thuật bón phân cho lúa lai năng suất cao ở Bắc Kinh cho thấy: Đối với lúa ngắn ngày, giai đoạn trỗ cây lúa hút 43,1% lượng kali và tổng lượng kali cần để đạt năng suất cao là 217,7 kg/ha. Còn đối với lúa dài ngày, cây hút lượng kali tương đối đều ở các giai đoạn sinh trưởng, giai đoạn lúa trỗ bông hút 31,9% và tổng lượng cần là 263,75 kg/ha. Tác giả cho thấy, bón kali ở giai đoạn khác nhau cũng cho hiệu quả khác nhau [118].
Theo Yang (1999), kali đẩy mạnh sự đồng hoá cacbon của cây lúa, xúc tiến việc chuyển hoá và vận chuyển sản phẩm quang hợp. Thiếu kali hoạt động của sắt bị ảnh hưởng, do đó ảnh hưởng tới quang hợp dẫn đến lá bị vàng. Bón đủ kali, diệp lục và các sắc tố đều tăng (tuy nhiên, kali không phải là thành phần của sắc tố), việc hình thành gluxit được đẩy mạnh, trọng lượng lá tăng, kali tham gia vào quá trình chuyển hoá đường thành gluco. Khi đủ kali thì tỷ lệ saccaroza và tinh bột đều cao [117].
Nghiên cứu về vai trò của kali, nhiều tác giả cho biết ở đất trũng ít khi bị thiếu kali. Hàm lượng kali thấp hoặc thiếu kali thường đi kèm với ngộ độc sắt trong đất đỏ, chua, phèn [89], [103], [114].
Theo kết quả nghiên cứu của Sarker (2002) từ khi cây lúa bắt đầu bén rễ đến cuối đẻ nhánh, đối với vụ sớm và vụ muộn đều hút một lượng kali tương đương nhau. Từ khi phân hoá đòng đến lúc bắt đầu trỗ, cây lúa hút kali nhiều nhất và sau đó lại giảm, nhưng từ khi trỗ đến thời kỳ hạt chắc và chín thì tỷ lệ hút kali ở vụ muộn lại cao hơn vụ sớm. Ở giai đoạn đầu hiệu suất của kali cao sau đó giảm dần và đến giai đoạn cuối lại cao. Do lúa cần lượng kali lớn nên cần bón kali bổ sung đến giai đoạn trỗ, đặc biệt ở giai đoạn hình thành hạt là rất cần thiết [107].
1.2.2.2. Tình hình nghiên cứu về phân bón cho lúa Việt Nam.
Phân bón được người nông dân ở Việt Nam sử dụng từ rất lâu đời cùng với sự phát triển của nền nông nghiệp. Con người đã biết sử dụng phân bón để nâng cao năng suất cây trồng từ rất sớm nhưng chủ yếu là sử dụng các loại phân hữu cơ. Từ trước Công Nguyên con người đã quan tâm đến việc bón phân hữu cơ cho ruộng [17].
Theo Bùi Đình Dinh (1995), tổng lượng N, P, K được bón cho 1 ha canh tác năm 1993 tăng gấp 3,5 lần so với năm 1981 là nhân tố quan trọng làm cho năng suất cây trồng tăng đáng kể so với chỉ bón N, P: Năng suất lúa tăng được 49% trên đất dốc tụ, tăng 53% trên đất bạc màu, tăng 21% trên đất xám bạc màu [18].
* Các nghiên cứu về ạm cho lúa Việt Nam: Trong các nguyên tố dinh dưỡng, đạm là chất dinh dưỡng quan trọng nhất. Cây lúa cần đạm trong tất cả các giai đoạn sinh trưởng, tuy nhiên giai đoạn đẻ nhánh lúa cần nhiều đạm nhất (Nguyễn Văn Hoan, 2003) [35]. Cung cấp đủ đạm và đúng lúc làm cho lúa đẻ nhánh nhanh, tập trung tạo nhiều nhánh hữu hiệu. Đạm thúc đẩy hình thành đòng và các yếu tố cấu thành năng suất khác như số hạt/bông, khối lượng 1.000 hạt và tỷ lệ hạt chắc. Vì vậy, bón đạm ở giai đoạn làm đòng ảnh hưởng quyết định đến năng suất. Mặt khác bón đạm làm tăng hàm lượng protein nên ảnh hưởng đến chất lượng gạo. Đạm cũng ảnh hưởng tới đặc tính vật lý và sức đề kháng đối với sâu bệnh hại lúa. Thừa hoặc thiếu đạm đều làm lúa dễ bị nhiễm sâu bệnh hại do sức đề kháng giảm (Nguyễn Như Hà, 2006), (Nguyễn Văn Hoan, 2006) [29], [36].
Thiếu đạm làm cho cây lúa thấp, đẻ nhánh kém, đòng nhỏ, khả năng trỗ kém, số hạt/bông ít, lép nhiều, năng suất thấp. Thừa đạm làm cho lá to, dài, phiến lá mỏng, nhánh vô hiệu nhiều, lúa trỗ muộn, cây cao, lốp, đổ non ảnh hưởng xấu đến năng suất và phẩm chất lúa. Trong quá trình sinh trưởng, cây lúa có nhu cầu đạm tăng đều từ thời kỳ đẻ nhánh tới trỗ và giảm sau trỗ. Lượng đạm cần thiết để tạo ra một tấn thóc từ 17-25 kg N, trung bình 22,2 kg N (Nguyễn Như Hà, 2006), (Nguyễn Thị Lẫm, 2003) [29],[42].
Phạm Văn Cường (2005) cho biết khi tăng lượng đạm bón thì chỉ số diện tích lá (LAI), trọng lượng chất khô (DM) và tốc độ tích luỹ chất khô (Crop growth rate-CGR) của lúa lai vượt trội so với lúa thuần, đặc biệt ở giai đoạn sau cấy 4 tuần, năng suất của các giống lúa đều tăng, tuy nhiên năng suất của lúa lai tăng nhiều hơn năng suất của lúa thuần. Năng suất hạt của các giống lúa thí nghiệm ở các mức phân bón có tương quan thuận ở mức ý nghĩa với LAI và CGR ở giai đoạn đầu của quá trình sinh trưởng, số bông/m2 và số hạt/bông [13].
Trong các giai đoạn sinh trưởng thì bắt đầu từ đẻ nhánh đến đẻ rộ hàm lượng đạm trong thân lá luôn cao sau đó giảm dần. Như vậy cần tập trung bón đạm mạnh vào giai đoạn này. Tuy nhiên thời kỳ hút đạm mạnh nhất quan sát thấy ở lúa lai là từ đẻ rộ đến làm đòng, mỗi ngày lúa lai hút 3.520 g N/ha chiếm 34,68% tổng lượng hút, tiếp đến mới là giai đoạn từ bắt đầu đẻ nhánh đến đẻ rộ, mỗi ngày cây hút 2.737 g N/ha chiếm 26,82% tổng lượng hút. Vì lý do này mà bón lót và bón thúc thật tập trung là rất cần thiết nhằm cung cấp đủ đạm cho lúa lai. Ở giai đoạn cuối, tuy lúa lai hút đạm không mạnh như ở 2 giai đoạn đầu song giữ một tỉ lệ N cao và sức hút N mạnh rất có lợi cho quang hợp tích lũy