Luận án Tiến sĩ Khoa học cây trồng: Nghiên cứu đặc điểm nông sinh học liên quan đến khả năng chịu hạn và một số biện pháp kỹ thuật canh tác lúa cạn địa phương tại vùng Tây Bắc Việt Nam

Chia sẻ: Na Na | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:206

Thêm vào BST

Báo xấu

171
lượt xem 29
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục đích nghiên cứu: Thu thập, xác định đặc tính nông sinh học liên quan đến khả năng chịu hạn của các giống lúa cạn và đề xuất một số biện pháp kỹ thuật phù hợp với điều kiện canh tác nhờ nước trời tại vùng Tây Bắc Việt Nam.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận án Tiến sĩ Khoa học cây trồng: Nghiên cứu đặc điểm nông sinh học liên quan đến khả năng chịu hạn và một số biện pháp kỹ thuật canh tác lúa cạn địa phương tại vùng Tây Bắc Việt Nam

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM NGUYỄN VĂN KHOA NGHIÊN CỨU ĐẶC ĐIỂM NÔNG SINH HỌC LIÊN QUAN ĐẾN KHẢ NĂNG CHỊU HẠN VÀ MỘT SỐ BIỆN PHÁP KỸ THUẬT CANH TÁC LÚA CẠN ĐỊA PHƯƠNG TẠI VÙNG TÂY BẮC VIỆT NAM LUẬN ÁN TIẾN SĨ NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC NÔNG NGHIỆP - 2016
HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM NGUYỄN VĂN KHOA iii NGHIÊN CỨU ĐẶC ĐIỂM NÔNG SINH HỌC LIÊN QUAN ĐẾN KHẢ NĂNG CHỊU HẠN VÀ MỘT SỐ BIỆN PHÁP KỸ THUẬT CANH TÁC LÚA CẠN ĐỊA PHƯƠNG TẠI VÙNG TÂY BẮC VIỆT NAM Chuyên ngành: Khoa học cây trồng Mã số: 62 62 01 10 Người hướng dẫn khoa học: 1. PGS.TS. Phạm Văn Cường 2. TS. Nguyễn Thị Kim Thanh HÀ NỘI - 2016
LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các kết quả nghiên cứu được trình bày trong luận án là trung thực, khách quan và chưa dùng bảo vệ để lấy bất kỳ học vị nào. Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận án đã được cảm ơn, các thông tin trích dẫn trong luận án này đều được chỉ rõ nguồn gốc. Hà Nội, ngày tháng năm 2016 Tác giả luận án NGUYỄN VĂN KHOA i
LỜI CẢM ƠN Trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận án, tôi đã nhận được sự hướng dẫn, chỉ bảo tận tình của các thầy cô giáo, sự giúp đỡ, động viên của đồng nghiệp, gia đình. Nhân dịp hoàn thành luận án, cho phép tôi được bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc tới PGS.TS. Phạm Văn Cường và TS. Nguyễn Thị Kim Thanh đã tận tình hướng dẫn, dành nhiều công sức, thời gian và tạo điều kiện cho tôi trong suốt quá trình học tập và thực hiện đề tài. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới Ban Giám đốc, Ban Quản lý đào tạo, Bộ môn Cây lương thực, Khoa Nông học - Học viện Nông nghiệp Việt Nam, Dự án JICA-JST-DCG, đã tận tình giúp đỡ tôi trong quá trình học tập, thực hiện đề tài và hoàn thành luận án. Tôi xin chân thành cảm ơn Ban Giám Hiệu, cán bộ, giảng viên và sinh viên khoa Nông Lâm trường Đại học Tây Bắc, Dự án JICA-TBU đã hỗ trợ và tạo điều kiện cho tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài. Xin chân thành cảm ơn gia đình, người thân, bạn bè, đồng nghiệp đã tạo mọi điều kiện thuận lợi giúp đỡ tôi về mọi mặt, động viên khuyến khích tôi hoàn thành luận án./. Hà Nội, ngày tháng năm 2016 Nghiên cứu sinh NGUYỄN VĂN KHOA ii
MỤC LỤC Lời cam đoan ................................................................................................................ i Lời cảm ơn ................................................................................................................... ii Mục lục ...................................................................................................................... iii Danh mục chữ viết tắt...................................................................................................vi Danh mục bảng .......................................................................................................... vii Danh mục hình .............................................................................................................ix PHẦN 1. MỞ ĐẦU .......................................................................................................1 1.1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI .......................................................................1 1.2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU ................................................................................2 1.3. PHẠM VI NGHIÊN CỨU ..................................................................................2 1.3.1. Đối tượng nghiên cưu ........................................................................................ 2 1.3.2. Giới hạn phạm vi nghiên cứu ............................................................................. 2 1.4. NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA ĐỀ TÀI .........................................................3 1.5. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ Ý NGHĨA THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI ..................3 1.5.1. Ý nghĩa khoa học ............................................................................................... 3 1.5.2. Ý nghĩa thực tiễn ............................................................................................... 3 PHẦN 2. TỔNG QUAN TÀI LIỆU...............................................................................4 2.1. ĐẶC ĐIỂM TỰ NHIÊN, KHÍ HẬU VÙNG TÂY BẮC .....................................4 2.1.1. Vị trí địa lý vùng Tây Bắc .................................................................................. 4 2.1.2. Đặc điểm địa hình .............................................................................................. 4 2.1.3. Đặc điểm khí hậu ............................................................................................... 5 2.2. TÌNH HÌNH SẢN XUẤT LÚA CẠN TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM ..........7 2.2.1. Giới thiệu chung về lúa cạn................................................................................ 7 2.2.2. Tình hình sản xuất lúa cạn trên thế giới và ở Việt Nam ...................................... 8 2.3. ĐẶC ĐIỂM SINH TRƯỞNG VÀ CHỊU HẠN Ở CÂY LÚA CẠN ..................11 2.3.1. Đặc điểm sinh trưởng của lúa cạn .................................................................... 11 2.3.2. Phản ứng của cây lúa đối với các điều kiện hạn khác nhau ............................... 12 2.3.3. Đặc điểm hình thái, giải phẫu liên quan đến khả năng chịu hạn của cây lúa...... 15 2.3.4. Đặc điểm sinh lý liên quan đến khả năng chịu hạn ở cây lúa ............................ 18 2.3.5. Di truyền tính chịu hạn ở cây lúa ..................................................................... 22 2.4. CÔNG TÁC CHỌN TẠO GIỐNG LÚA CẠN..................................................25 iii
2.4.1. Công tác chọn tạo giống lúa cạn trên thế giới ................................................... 25 2.4.2. Công tác chọn tạo giống lúa cạn, lúa chịu hạn tại Việt nam .............................. 27 2.5. KỸ THUẬT CANH TÁC LÚA CẠN ...............................................................29 2.5.1. Thời vụ trồng lúa cạn ....................................................................................... 29 2.5.2. Sử dụng phân bón ở lúa cạn ............................................................................. 29 2.5.3. Các ký thuật canh tác khác ở cây lúa cạn.......................................................... 35 PHẦN 3. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ....................................... 38 3.1. ĐỊA ĐIỂM NGHIÊN CỨU...............................................................................38 3.2. THỜI GIAN NGHIÊN CỨU ............................................................................38 3.3. ĐỐI TƯỢNG VÀ VẬT LIỆU NGHIÊN CỨU..................................................38 3.4. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU .............................................................................39 3.4.1. Nội dung 1: Tình hình sản xuất và đặc điểm nông sinh học của các mẫu giống lúa cạn thu thập tại vùng Tây Bắc .......................................................................... 39 3.4.2. Nội dung 2: Nghiên cứu các đặc điểm nông sinh học liên quan đến khả năng chịu hạn của một số giống lúa cạn vùng Tây Bắc ..................................................... 39 3.4.3. Nội dung 3: Nghiên cứu một số biện pháp kỹ thuật nâng cao năng suất lúa cạn vùng Tây Bắc................................................................................................... 39 3.2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .................................................................. 41 3.2.1. Phương pháp điều tra, khảo sát và thu thập mẫu giống lúa cạn ......................... 41 3.2.2. Phương pháp bố trí thí nghiệm và theo dõi các chỉ tiêu .................................... 41 PHẦN 4. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ............................................. 50 4.1. TÌNH HÌNH SẢN XUẤT VÀ ĐẶC ĐIỂM SINH HỌC CỦA CÁC MẪU GIỐNG LÚA CẠN THU THẬP TẠI VÙNG TÂY BẮC ..................................50 4.1.1. Đánh giá hiện trạng sản xuất lúa cạn vùng Tây Bắc ......................................... 50 4.1.2. Đặc điểm hình thái, nông học và đa dạng di truyền tập đoàn các mẫu giống lúa cạn vùng Tây Bắc ............................................................................................ 56 4.2. ĐẶC ĐIỂM NÔNG SINH HỌC LIÊN QUAN ĐẾN KHẢ NĂNG CHỊU HẠN CỦA MỘT SỐ GIỐNG LÚA CẠN VÙNG TÂY BẮC.....................................69 4.2.1. Đánh giá khả năng đâm xuyên của rễ mầm. ..................................................... 69 4.2.2. Đánh giá khả năng chịu hạn giai đoạn cây con 3 lá .......................................... 73 4.2.3. Đánh giá đặc điểm nông sinh học liên quan đến khả năng chịu hạn giai đoạn đẻ nhánh và trỗ bông ............................................................................................ 79 iv
4.2.4. Đánh giá khả năng sinh trưởng, phát triển và chịu hạn của một số giống lúa cạn trong điều kiện nước trời và điều kiện có tưới .................................................. 89 4.3. NGHIÊN CỨU BIỆN PHÁP KỸ THUẬT CANH TÁC LÚA CẠN ............... 103 4.3.1. Hiệu quả sử dụng phân đạm của lúa cạn vùng Tây Bắc .................................. 103 4.3.2. Ảnh hưởng của mật độ trồng và mức phân đạm bón đến sinh trưởng, phát triển và năng suất lúa cạn vùng Tây Bắc ................................................................ 113 PHẦN 5. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .................................................................... 121 5.1. KẾT LUẬN .................................................................................................... 121 5.2. KIẾN NGHỊ ................................................................................................... 122 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ ......................................................... 123 v
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Nghĩa tiếng Việt AE Hiệu suất nông học của phân bón B/C Số bông / cây BV Dải bảo vệ CCC Chiều cao cây CDRX3 Chiều dài rễ đâm xuyên qua 3 lớp sáp CĐQH Cường độ quang hợp CĐTN Cường độ thoát nước CHDCND Cộng hòa dân chủ nhân dan ĐC Đối chứng ĐKRX3 Đường kính rễ đâm xuyên qua 3 lớp sáp H/B Số hạt / bông HLNTĐ Hàm lượng nước tương đối HSSDN Hiệu suất sử dụng nước TCDR Tổng chiều dài rễ KLLBHN Khối lượng lá bão hòa nước KLLK Khối lượng lá khô kiệt KLKTL Khối lượng khô thân lá KLKR Khối lượng khô rễ KLLT Khối lượng lá tươi LAI Chỉ số diện tích lá NL Nhắc lại NNTr Giống lúa Nếp Nương Tròn NSCT Năng suất cá thể NSLT Năng suất lý thuyết NSTT Năng suất thực thu NUE Hiệu suất sử dụng nitơ tạo năng suất P1000 Khối lượng 1000 hạt PE Hiệu suất sinh lý của phân bón SPAD Chỉ số đánh giá hàm lượng diệp lục SPD Split plot design TB Trung bình TGST Thời gian sinh trưởng TLC Tỷ lệ hạt chắc TLPH Tỷ lệ cây phục hồi TLRX1 Tỷ lệ rễ đâm xuyên qua 1 lớp sáp TLRX2 Tỷ lệ rễ đâm xuyên qua 2 lớp sáp TLRX3 Tỷ lệ rễ đâm xuyên qua 3 lớp sáp TSR Tổng số rễ UE Hiệu quả sử dụng phân bón WUE Hiệu suất sử dụng nước vi
DANH MỤC BẢNG STT Tên bảng Trang 2.1 So sánh nhiệt độ mùa đông ở Tây Bắc với các vùng khác 5 2.2 Đặc trưng chế độ mưa Bắc Tây Bắc 6 2.3 Đặc trưng chế độ mưa ở Nam Tây Bắc 7 2.4 Diện tích lúa chịu ảnh hưởng của hạn ở châu Á 9 Diện tích, năng suất và sản lượng lúa cạn so tổng diện tích lúa vùng 4.1 50 Tây Bắc Diện tích, năng suất và sản lượng lúa cạn phân theo các tỉnh tại vùng Tây 4.2 51 Bắc năm 2014 4.3 Hiện trạng canh tác lúa cạn vùng Tây Bắc 52 4.4 Kết quả thu thập các giống lúa cạn vùng Tây Bắc 53 4.5 Ảnh hưởng của mật độ đến năng suất lúa cạn vùng Tây Bắc 53 4.6 Ảnh hưởng của mức phân bón đến năng suất lúa cạn vùng Tây Bắc 54 4.7 Phân loại tập đoàn giống lúa cạn theo dạng hình lúa nếp, lúa tẻ 56 4.8 Phân nhóm tập đoàn các mẫu giống lúa cạn theo thời gian sinh trưởng 57 4.9 Phân nhóm tập đoàn giống lúa cạn theo chiều cao và số nhánh hữu hiệu 58 4.10 Phân nhóm tập đoàn các mẫu giống lúa cạn theo chiều dài bông 59 4.11 Phân nhóm tập đoàn các mẫu giống lúa cạn theo kích thước hạt 60 4.12 Năng suất và khả năng chịu hạn của các mẫu giống lúa cạn 61 4.13 Các chỉ thị SSR cho alen đặc trưng ở 5 mẫu lúa nếp và 7 mẫu lúa tẻ 63 4.14 Đặc điểm một số mẫu giống lúa cạn có triển vọng 68 4.15 Khả năng đâm xuyên của rễ mầm các giống lúa cạn 70 Khả năng sinh trưởng của thân lá, rễ và sự tích lũy chất khô của cây con 4.16 74 khi bị hạn 7 ngày so với đối chứng không hạn Hàm lượng Proline tích lũy và lượng nước tương đối của cây con khi bị 4.17 76 hạn 7 ngàyvà đối chứng không hạn 4.18 Tương quan giữa các chỉ tiêu chịu hạn giai đoạn cây con 79 Cường độ quang hợp (CĐQH) của các mẫu giống lúa ở giai đoạn bị hạn 4.19 80 và phục hồi (µmol CO2 /m2 lá/s) Cường độ thoát hơi nước (CĐTN) của các giống lúa ở giai đoạn hạn và 4.20 82 phục hồi (mmol H2O/m2 lá/s) vii
4.21 Chỉ số SPAD các giống lúa cạn khi gây hạn ở các giai đoạn khác nhau 85 Các yếu tố cấu thành năng suất và năng suất cá thể của các giống lúa cạn 4.22 86 trong điều kiện gây hạn giai đoạn đẻ nhánh Các yếu tố cấu thành năng suất và năng suất cá thể của các giống lúa cạn 4.23 87 trong điều kiện gây hạn giai đoạn trỗ bông Thời gian sinh trưởng, chiều cao cây, số nhánh và tỷ lệ nhành hữu hiệu 4.24 90 của các giống lúa trong điều kiện đủ nước và nước trời Chỉ số diện tích lá qua các giai đoạn sinh trưởng của các giống lúa trong 4.25 92 điều kiện đủ nước và nước trời (m2lá/ m2 đất) Chỉ số diệp lục (SPAD) qua các giai đoạn sinh trưởng của các giống lúa 4.26 93 trong điều kiện đủ nước và nước trời Khả năng tích lũy chất khô qua các giai đoạn sinh trưởng của các giống 4.27 94 lúa trong điều kiện đủ nước và nước trời (g chất khô/m2 đất trồng) Các yếu tố cấu thành năng suất của các giống lúa trong điều kiện đủ 4.28 98 nước và nước trời 4.29 Năng suất của các giống lúa trong điều kiện đủ nước và nước trời 99 Hệ số tương quan giữa năng suất thực thu với các chỉ tiêu sinh trưởng, 4.30 100 phát triển của cây trong điều kiện đủ nước và nước trời Khả năng chịu hạn của các giống lúa trong điều kiện nước trời vụ mùa 4.31 102 năm 2014 4.32 Ảnh hưởng của mức đạm bón đến sinh trưởng thân lá ở lúa cạn 104 Ảnh hưởng của phân đạm đến các yếu tố cấu thành năng suất và năng 4.33 106 suất lúa cạn Lượng nitơ trong thân lá, trong hạt và khả năng hấp thu nittơ của 4.34 110 lúa cạn 4.35 Hiệu quả sử dụng phân đạm đối với lúa cạn 111 Ảnh hưởng của mật độ và phân đạm đến khả năng đẻ nhánh, chỉ số 4.36 114 SPAD và cường độ quang hợp Ảnh hưởng của mật độ và mức bón đạm khác nhau đến các yếu tố cấu 4.37 117 thành năng suất, năng suất và hiệu quả của phân đạm viii
DANH MỤC HÌNH STT Tên hình Trang Sơ đồ của 3 thành phần dưới điều kiện môi trường hạn (Tiềm năng năng 2.1 suất, hình thức trốn hạn và tính trạng chịu hạn) và mối quan hệ giữa 13 năng suất với các hình thức hạn khác nhau ở lúa 3.1 Sơ đồ nghiên cứu tổng quát 40 3.2 Mô hình thí nghiệm đánh giá khả năng đâm xuyên của rễ mầm 43 3.3 Sơ đồ thiết kế của thí nghiệm 6 46 3.4 Sơ đồ thiết kế của thí nghiệm 8 49 4.1 Hình ảnh điện di một số mẫu giống lúa cạn vùng Tây Bắc 62 4.2 Kết quả phân tích PIC của lúa nếp (A) và lúa tẻ (B 64 4.3 Phân nhóm 62 mẫu giống lúa nếp theo phân tích tương đồng di truyền 65 4.4 Phân nhóm 26 mẫu giống lúa tẻ theo phân tích tương đồng di truyền 66 Tương quan giữa tổng số rễ/10 cây với tỷ lệ rễ (A), đường kính rễ (B) và 4.5 71 chiều dài rễ của các rễ thâm nhập qua 3 lớp sáp (C) Tương quan giữa tỷ lệ rễ thâm nhập qua 3 lớp sáp với đường kính rễ (A), 4.6 chiều dài rễ (B) và giữa đường kính (C) với chiều dài các rễ thâm nhập 72 qua 3 lớp sáp Tương quan giữa chiều dài rễ (DR) với chiều cao cây (CCC) (A), 4.7 khốilượng khô thân lá (KLKTL) (B), khối lượng khô rễ (KLKR) (C) và 75 hàm lượng proline (D) 4.8 Lượng proline tích lũy của các giống trong điều kiện hạn và không hạn 77 Tương quan giữa hàm lượng proline với CC (A), TCDR (B), KLKR (C), 4.9 78 KLKTL (D), HLNTĐ (E), TLPH (F) Tương quan giữa cường độ quang hợp và thoát hơi nước trong điều kiện 4.10 trước hạn, hạn, phục hồi ở giai đoạn đẻ nhánh (A) và giai đoạn trỗ 83 bông (B) Hiệu suất sử dụng nước của các mẫu giống lúa trong giai đoạn đẻ nhánh 4.11 84 (A) và trỗ bông (B) Tương quan giữa cường độ quang hợp lúc phục hồi hạn giai đoạn đẻ 4.12 88 nhánh và giai đoạn trỗ với năng suất cá thể ix
Tương quan giữa chất khô tích lũy với diện tích lá trong các giai đoạn đẻ 4.13 95 nhánh (A), trỗ bông (B) và chín sáp (C) trong điều kiện đủ nước và nước trời Tương quan giữa chất khô tích lũy với hàm lượng diệp lục (SPAD) trong 4.14 các giai đoạn đẻ nhánh (A), trỗ bông (B) và chín sáp (C) trong điều kiện 96 đủ nước và nước trời Tương quan giữ mức đạm với chiều cao cây (A), số nhánh/khóm (B), chỉ 4.15 số SPAD (C), năng suất sinh vật học (D), số hạt chắc/bông (E) và năng 108 suất hạt (F) Tương quan giữ mức bón đạm với lượng nitơ hấp thu trong cây (G), hiệu 4.16 quả sinh lý (H), hiệu quả nông học (I) và hiệu quả sử dụng phân bón (K) 112 của giống Nếp Nương Tròn và giống LC93-1. Tương quan giữ mức bón đạm với số nhánh/m2, cường độ quang hợp, tỷ 4.17 116 lệ bông hữu hiệu và chỉ số SPAD 4.18 Năng suất thực thu ở các mức đạm và mật độ trồng khác nhau 118 Tương quan giữa năng suất thực thu với chỉ số SPAD và cường độ 4.19 119 quang hợp 4.20 Tương quan giữa yếu tố cấu thành năng suất và năng suất 119 x
TRÍCH YẾU LUẬN ÁN Tên tác giả: Nguyễn Văn Khoa Tên Luận án: Nghiên cứu đặc điểm nông sinh học liên quan đến khả năng chịu hạn và một số biện pháp kỹ thuật canh tác lúa cạn địa phương tại vùng Tây Bắc Việt Nam Chuyên ngành: Khoa học cây trồng Mã số: 62 62 01 10 Tên cơ sở đào tạo: Học viện Nông nghiệp Việt Nam Mục đích nghiên cứu Thu thập, xác định đặc tính nông sinh học liên quan đến khả năng chịu hạn của các giống lúa cạn và đề xuất một số biện pháp kỹ thuật phù hợp với điều kiện canh tác nhờ nước trời tại vùng Tây Bắc Việt Nam. Phương pháp nghiên cứu - Đánh giá các đặc điểm hình thái, nông học của cây lúa cạn vùng Tây Bắc dựa theo tiêu chuẩn đánh giá nguồn gen cây lúa của IRRI 2002. - Đánh giá đa dạng di truyền bằng phương pháp sử dụng chỉ thị phân tử SSR. - Nghiên cứu khả năng đâm xuyên của rễ mầm qua 3 lớp sáp có độ cứng 1,5Mpa. Khả năng phát triển của bộ rễ khi gặp hạn ở giai đoạn cây con 3 lá bằng phương pháp SCAN rễ và phần mềm phân tích rễ WinRhizo. Phân tích hàm lượng proline giai đoạn cây con 3 lá theo phương pháp của (Bates et al., 1973). - Nghiên cứu hàm lượng diệp lục và khả năng quang hợp, thoát hơi nước của cây lúa bằng phương pháp sử dụng máy đo chỉ số diệp lục SPAD - 502Plus của Nhật Bản và máy đo cường độ quang hợp TPS-2 của Mỹ. - Nghiên cứu khả năng hấp thu đạm, phân tích hàm lượng nitơ trong thân lá theo phương pháp kjedahl. xi
Kết quả chính và kết luận - Vùng Tây Bắc có 53,2 nghìn ha lúa cạn, chiếm 36,9% diện tích tổng diện tích lúa toàn vùng, do điều kiện khó khăn về nước, thiếu giống, thiếu phân bón và kỹ thuật chưa phù hợp nên năng suất chỉ đạt từ 10 – 14 tạ/ha. - Đã thu thập được 88 mẫu giống lúa cạn tại vùng Tây Bắc, trong đó chủ yếu là các mẫu giống có thời gian sinh trưởng trên 125 ngày (chiếm 72,7%), chiều cao cây trên 125 cm (chiếm 88,6%) và khả năng đẻ nhánh ít (< 5 nhánh/ khóm) (chiếm 90,9%). Trong 88 mẫu giống lúa cạn có 62 mẫu giống lúa nếp, 26 mẫu giống lúa tẻ. Ở mức độ tương đồng di truyền 66%, tập đoàn 62 mẫu giống lúa nếp được phân thành 4 nhóm và 26 mẫu giống lúa tẻ được phân thành 3 nhóm khác nhau về di truyền. - Phát hiện được các đặc điểm hình thái liên quan đến khả năng chịu hạn tốt của cây lúa cạn gồm: Chiều dài rễ, đường kính rễ và khối lượng rễ lớn, khả năng đâm xuyên của rễ mầm tốt, khả năng đẻ nhánh tốt, tỷ lệ bông hữu hiệu và tỷ lệ hạt chắc cao trong đó quan trọng nhất là chiều dài rễ, khối lượng rễ khô và tỷ lệ hạt chắc. - Các đặc điểm sinh lý quan đến khả năng chịu hạn tốt của cây lúa gồm: Khả năng tích lũy hàm lượng proline, hàm lượng nước tương đối trong lá cao khi gặp hạn, khả năng duy trì hàm lượng diệp lục và phục hồi quang hợp tốt sau hạn, sự tích lũy hàm lượng chất khô cao ở giai đoạn trỗ và chín sáp, trong đó quan trọng nhất là khả năng phục hồi quang hợp sau hạn. - Giới thiệu được 3 mẫu giống lúa cạn gồm: Nếp Nương Tròn, Khẩu Vặn Lón, Thóc Gie, đây là những mẫu giống có khả năng chịu hạn tốt và có tiềm năng năng suất cao trong điều kiện canh tác nhờ nước trời tại vùng Tây Bắc. - Hiệu suất sử dụng đạm trong tạo sinh khối và năng suất hạt của giống Nếp nương tròn lần lượt đạt 6,9 gN/kg thân lá và 13,8 gN/kg hạt. Hiệu quả sử dụng đạm đến năng suất cao nhất đạt 39,2 mg hạt/mg N trong điều kiện trồng trong chậu và đạt 15,3kg/ kg N trong điều kiện đồng ruộng, tương đương so với giống LC93-1. Trong điều kiện canh tác nhờ nước trời vùng Tây Bắc, giống Nếp Nương Tròn đạt được năng suất cao nhất (39,0 tạ/ha) khi gieo trồng ở mật độ 40 khóm/ m2 và bón 80 kgN/ha. xii
THESIS ABSTRACT PhD candidate: Nguyen Van Khoa Thesis title: Research on agro-biologic traits related to drought tolerance and some technical methods for local upland rice cultivation in Northwest region of Vietnam Major: Crop science Code: 62 62 01 10 Educational organization: Vietmam National University of Agriculture (VNUA) Research Objectives To collect, determine the agro-biologic traits related to drought tolerance of upland rice varieties and propose several techical meansures appropriate with rain-fed farming condition in Northwestern region of Vietnam Materials and Methods - To evaluate the morphological and agronomical traits of upland rice in Northwest region according to the standard evaluation system for rice, IRRI 2002. - Estimation of the genetic diversity by molecular marker method SSR. - Research on the radicle-penetration ability through 3 wax layers of 1.5Mpa in hardness. Growth ability of roots in 3 leaf stage under drought condition is studied by root scanning method and WinRhizo root analysis software. The proline content in 3 leaf stage is analyzed through method of Bates et al. (1973). - Measuring chlorophyll content and photosynthesis ability, transparation of rice is conducted by the method using SPAD - 502Plus chlorophyll meter of Japan and TPS-2 photosynthesis system of USA. - Measuring the nitrogen absorption ability, analyzing the nitrogen content of stem uses Kjedahl method. Main fidings and conclusions - Northwest region has 53.2 thousand ha of paddy rice, accounting for 36.9% of total rice area of region. Due to the water shortage, the lack of seed and fertilizer, the inappropriate technique, the productivity only attains from 1,03 to 1,35 ton/ha. - A total of 88 varieties of paddy rice were already collected in Nortwest region, of which the majority have over 125 day growth time (account for xiii
72,7%), over 125 cm height (account for 88.6%) and low tillering ability (< 5 tillers/ hill) (account for 90.9%). Among 88 varieties of paddy rice, there are 62 sticky rice and 26 ordinary rice. At degree of 66% homology, 62 sticky rice samples are divided into 4 groups and 26 ordinary rice samples are divided into 3 groups of different genes. - The morphological traits related to drought tolerance of rice is identified from the factors such as sizable root length, root diameter, root volume, good radicle penetration ability, good tillering ability, high ratio of effective panicle and qualified seeds. Among them, the root length, dried root volume and the ratio of qualified seeds are the most significant. - The physiological traits related to good drought tolerance of rice is identified from the factors such as proline accumulating ability, high relative content of water in leaf under drought condition, the ability to retain the chlorophyll content and good photosynthesis restoration after drought condition, the good accumulation of dry substance at the stage of reproduction and waxy ripening period. Among them, the photosynthesis restoration ability after drought condition plays the most important role. - 3 varieties of paddy rice are introduced namely: Nep Nuong Tron, Khau Van Lon, Thoc Gie which have good resistance to drought and potentially high productivity under rainfed cultivation condition in Northwest region. - The efficiency of using nitrogen in biomass production and the seed productivity of Nep Nuong Tron variety attain 6.9 gN/kg for tiller and 13.8 gN/kg for seed. The effect of using nitrogen in productivity reach the peak of 39.2 mg seed/mg N for plant in pot and 15.3kg/kg N for plant in field, equivalent to those of LC93-1 variety. Under the rainfed cultivation condition in Northwest region, Nep Nuong Tron variety reach the highest productivity (3.9 ton per ha) when sowing density is 40 cluster/ m2 and the amount of fertilizer is 80 kgN/ha. xiv
PHẦN 1. MỞ ĐẦU 1.1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Lúa (Oryza Sativa L.) là một trong những cây lương thực quan trọng nhất của loài người. Diện tích trồng lúa trên thế giới khoảng 163,2 triệu ha trong đó 90% diện tích lúa là ở Châu Á (Maclean et al., 2013). Việt Nam là một trong những nước có sản lượng lúa hàng đầu thế giới, năm 2014, sản lượng lúa của Việt Nam đạt trên 44 Triệu tấn, đứng thứ 5 thế giới sau Trung Quốc, Ấn Độ, Banglades và Indonesia (FAO, 2015). Từ năm 2000 đến nay, Việt Nam luôn là nước xuất khẩu gạo lớn thứ 2 thế giới sau Thái Lan. Cùng với lúa nước, lúa cạn chiếm một vị trí không nhỏ trong đời sống hàng ngày, đặc biệt đối với nông dân vùng cao, vùng sâu. Diện tích lúa cạn trên thế giới có khoảng 15 triệu ha, chiếm 14% tổng diện tích trồng lúa. Trong số này, Châu Á có khoảng 10 triệu ha, trong đó Nam Á chiếm 60%, số còn lại ở Đông Nam Á (Maclean et al., 2013). Tại Việt Nam, diện tích lúa cạn có khoảng 500.000 ha trong đó khu vực Tây Bắc có diện tích lúa cạn khoảng gần 60.000 ha. Năng suất lúa cạn vùng Tây Bắc rất thấp, chỉ đạt từ 10 đến 14 tạ/ha. Tuy nhiên tại những vùng khô hạn, các giống lúa cải tiến không thể trồng được, do đó lúa cạn vẫn là nguồn lương thực chính cho người dân. Phát triển sản xuất lúa cạn một cách hợp lý ở vùng cao vừa để giải quyết vấn đề lương thực tại chỗ, vừa bảo vệ môi trường, tái sinh và bảo vệ rừng là vấn đề có tầm quan trọng hiện nay. Năng suất lúa cạn thấp chủ yếu do thiếu giống, thiếu phân và kỹ thuật canh tác chưa phù hợp. Các giống lúa cạn ở vùng Tây Bắc rất đa dạng và phong phú, nhiều giống có khả năng chịu hạn khá tốt, năng suất cao. Đây chính là nguồn gene rất quý có thể sử dụng để chọn lọc các giống lúa cạn phục vụ sản xuất. Tuy nhiên cũng có rất nhiều giống có nhược điểm là cao cây, thời gian sinh trưởng dài và năng suất thấp. Ngoài ra trong quá trình canh tác lâu dài với các biện pháp kỹ thuật đơn giản, các giống lúa địa phương ngày một thoái hoá lẫn tạp, và có nguy cơ bị mất dần. Vì vậy, việc thu thập, đánh giá và tuyển chọn các giống lúa địa phương phục vụ sản xuất là rất quan trọng. Bên cạnh yếu tố về giống thì vấn đề kỹ thuật sản xuất chưa phù hợp, đầu tư ít cũng là một nguyên nhân lớn làm cho năng suất lúa cạn thấp. Trong những 1
điều kiện không thuận lợi về giao thông thuỷ lợi, hạn chế về tưới tiêu, việc áp dụng các biện pháp kỹ thuật cao vào sản xuất là rất khó khăn. Chính vì vậy việc nghiên cứu để từ đó đưa ra các biện pháp kỹ thuật canh tác phù hợp nhằm nâng cao năng suất lúa cạn tại vùng Tây Bắc cũng là một vấn đề cần quan tâm. Nghiên cứu về lúa cạn trên thế giới đã được tiến hành từ nhiều năm, các nghiên cứu tập chung vào đánh giá các đặc điểm hình thái, sinh lý sinh hóa và di truyền liên quan đến tính chịu hạn của cây lúa đồng thời chọn tạo các giống lúa cạn phục vụ sản xuất. Tuy nhiên đến nay chương trình chọn tạo, nhân giống lúa tập trung vào khả năng chịu hạn chưa tạo ra được nhiều giống lúa cạn phục vụ sản xuất (Bernier et al., 2008). Tại Việt Nam, những năm gần đây cũng đã có một số nhà khoa học nghiên cứu về cây lúa cạn, các nghiên cứu chủ yếu được thực hiện tại Hà Nội, Thái Nguyên, Cao Bằng, Bắc Kạn và Tây Nguyên. Tại vùng Tây Bắc, chưa có một nghiên cứu nào nghiên cứu một cách có hệ thống về lúa cạn, mặc dù đây là một trong những vùng có diện tích lúa cạn lớn trong cả nước. Vì vậy, việc nghiên cứu để tìm ra các đặc điểm hình thái và sinh lý liên quan đến tính chịu hạn để chọn lọc ra một số giống lúa cạn phục vụ cho vùng Tây Bắc là rất cần thiết. 1.2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU Thu thập, xác định đặc tính nông sinh học liên quan đến khả năng chịu hạn của các giống lúa cạn và đề xuất một số biện pháp kỹ thuật phù hợp với điều kiện canh tác nhờ nước trời tại vùng Tây Bắc Việt Nam. 1.3. PHẠM VI NGHIÊN CỨU 1.3.1. Đối tượng nghiên cưu Tập đoàn các mẫu giống lúa cạn thu thập tại vùng Tây Bắc Việt Nam (Sơn La, Điện Biên, Lai Châu). 1.3.2. Giới hạn phạm vi nghiên cứu - Điều tra, đánh giá các giống lúa cạn địa phương tại 3 tỉnh thuộc khu vực Tây Bắc gồm Sơn La, Điện Biên và Lai Châu. - Nghiên cứu một số đặc điểm nông sinh học liên quan đến tính chịu hạn của cây lúa cạn vùng Tây Bắc. Bước đầu nghiên cứu khả năng hấp thu, đồng hóa đạm và ảnh hưởng của mật độ, mức phân đạm bón đến sinh trưởng, phát triển và năng suất lúa cạn vùng Tây Bắc. - Thời gian nghiên cứu: Đề tài được thực hiện từ năm 2012 đến năm 2015. 2
1.4. NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA ĐỀ TÀI - Thu thập và đánh giá được một số đặc điểm nông sinh học của 88 mẫu giống lúa cạn địa phương vùng Tây Bắc phục vụ bảo tồn và chọn giống. - Phát hiện được các đặc điểm nông học (số lượng, kích thước, khả năng đâm xuyên của rễ mầm, khả năng đẻ nhánh, khả năng đậu hạt), đặc điểm sinh lý (tích lũy proline, hàm lượng diệp lục, khả năng quang hợp, phục hồi quang hợp, tích lũy chất khô) liên quan đến tính chịu hạn và năng suất của cây lúa cạn địa phương vùng Tây Bắc. - Giới thiệu được 3 mẫu giống lúa cạn địa phương (Nếp Nương Tròn, Khẩu Vặn Lón, Thóc Gie) là những mẫu giống chịu hạn tốt và có tiềm năng năng suất cao trong điều kiện canh tác nhờ nước trời vùng Tây Bắc Việt Nam. - Xác định được đặc điểm hấp thu, đồng hóa đạm và mật độ gieo trồng thích hợp, cho năng suất cao đối với giống lúa cạn tại vùng Tây Bắc Việt Nam. 1.5. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ Ý NGHĨA THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI 1.5.1. Ý nghĩa khoa học - Cung cấp những dẫn liệu khoa học về đặc điểm nông sinh học và đặc điểm hình thái, sinh lý liên quan đến tính chịu hạn của cây lúa cạn vùng Tây Bắc. - Cung cấp thông tin về đặc điểm hấp thu và đồng hóa đạm của giống lúa cạn vùng Tây Bắc. - Luận án là tài liệu tham khảo có giá trị về khoa học cho việc nghiên cứu, giảng dạy và phát triển các giống lúa cạn có tiềm năng năng suất cao trong các vùng có điều kiện sinh thái hạn. 1.5.2. Ý nghĩa thực tiễn - Thu thập được 88 mẫu giống lúa cạn, trong đó có 62 mẫu giống lúa nếp và 26 mẫu giống lúa tẻ. Đã phân nhóm các mẫu giống lúa cạn dựa vào đặc điểm nông học và di truyền để phục vụ bảo tồn và sử dụng. - Xác định được 3 mẫu giống lúa cạn có năng suất cao, chịu hạn tốt, phù hợp với vùng Tây Bắc là Nếp Nương Tròn, Khẩu Vặn Lón và Thóc Gie. - Xác định được lượng phân đạm bón và mật độ gieo trồng thích hợp cho giống lúa Nếp Nương Tròn tại vùng Tây Bắc. 3
PHẦN 2. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.1. ĐẶC ĐIỂM TỰ NHIÊN, KHÍ HẬU VÙNG TÂY BẮC 2.1.1. Vị trí địa lý vùng Tây Bắc Vùng Tây Bắc được xác định bởi toạ độ địa lý: Từ 20014’ đến 22030’ vĩ độ Bắc, và từ 102010’ đến 105055’ kinh độ Đông. Tây Bắc bao gồm 4 tỉnh Lai Châu, Điện Biên, Sơn La và Hoà Bình. Tổng diện tích tự nhiên của toàn vùng là 3733000,99 ha (chiếm khoảng 11,3% diện tích tự nhiên cả nước). Phía Bắc của Vùng giáp với tỉnh Vân Nam - Trung Quốc, phía Tây giáp 2 tỉnh Luông Pra Băng và Phông Sa Lỳ - CHDCND Lào, phía Đông Bắc giáp tỉnh Lào Cai, phía Đông giáp tỉnh Yên Bái, Phú Thọ, còn phía Nam tiếp giáp với các tỉnh Ninh Bình, Hà Nội. Vùng Tây Bắc có ý nghĩa quan trọng trong việc giao lưu kinh tế dọc thung lũng với đồng bằng sông Hồng, và với các tỉnh phía Tây Nam Trung Quốc, Thượng Lào. Bên cạnh vị thế về phát triển kinh tế, vùng này còn có ý nghĩa đặc biệt về an ninh quốc phòng (Lê Bá Thảo, 2009). 2.1.2. Đặc điểm địa hình Tây Bắc có địa hình núi cao, mở rộng đồ sộ nhất so với các khu địa lý khác ở Việt Nam, ba mặt Bắc, Đông, Tây là những dãy núi lớn, địa hình đội cao và giữa là hệ thống các mạch núi xen sơn nguyên, cao nguyên đá vôi, các bồn địa, vùng trũng lớn nhỏ mà địa thế thấp hẳn xuống. Sự tương phản giữa địa hình nâng cao ở Bắc, Tây Bắc và địa hình giảm thấp đột ngột ở phần Nam và Đông Nam của khu vức chi phối rất lớn các đặc điểm khí hậu, quá trình xâm thực ngoại lực và ảnh hưởng của quá trình này tới các khu đồng bằng lân cận. Địa hình khu Tây Bắc điển hình cho địa hình nhiệt đới được trẻ hoá với độ chia cắt sâu phổ biến từ : 250 - 400 m/km2, ở các tỉnh Điện Biên và Lai Châu độ chia cắt sâu đạt trên 400 m/km2, chia cắt ngang phổ biến 1,25 - 2,0 km/km2. Địa hình miền đồi núi Tây Bắc đều có sườn rất dốc, đại bộ phận từ 150 - 250 nhiều vùng trên 250, các khối núi cao cấu tạo từ granit, đỉnh sắc, nhọn, sườn dốc khá ưu thế. Đây là vùng núi và cao nguyên, có địa hình sắp xếp gần như theo một hướng thấp dần từ Tây Bắc đến Đông Nam, gồm những dãy núi hiểm trở chạy dài xen kẽ những thung lũng hẹp và những cao nguyên khá rộng. Phần lớn diện tích có độ cao không tới 1000 m, nhưng cũng có những đỉnh rải rác vượt quá 2000 m ở phía cực Tây Bắc (dãy Pa Si Lung) và ở biên giới Việt - Lào (dãy Pu Đen Đinh, Pu Sam Sao). Xen lẫn các dãy núi cao và thấp là các dãy núi trung bình, đồi gò, 4