ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM
---------o0o---------
ĐẶNG HOÀNG HÀ
NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ TƯỚI NƯỚC
ĐẾN MÔI TRƯỜNG ĐẤT, BỘ RỄ, SINH TRƯỞNG VÀ PHÁT
TRIỂN GIỐNG LÚA KHANG DÂN 18
TẠI THÁI NGUYÊN
LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC CÂY TRỒNG
THÁI NGUYÊN - 2017
i
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM
---------o0o---------
ĐẶNG HOÀNG HÀ
NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ TƯỚI NƯỚC
ĐẾN MÔI TRƯỜNG ĐẤT, BỘ RỄ, SINH TRƯỞNG VÀ PHÁT
TRIỂN GIỐNG LÚA KHANG DÂN 18
TẠI THÁI NGUYÊN
Chuyên ngành: Khoa học cây trồng
Mã số: 62.62.01.10
LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC CÂY TRỒNG
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
1. PGS.TS. Hoàng Văn Phụ
2. PGS.TS. Nguyễn Tuấn Anh
THÁI NGUYÊN - 2017
ii
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan, đây là công trình nghiên cứu của tôi. Các số liệu, kết
quả nêu trong luận án là trung thực và chưa ai công bố trong bất kỳ công trình
nghiên cứu nào khác. Mọi trích dẫn trong luận án đều có nguồn gốc rõ ràng.
Ngày
/ 7 /2017
Nghiên cứu sinh
Đặng Hoàng Hà
i
LỜI CẢM ƠN
Luận án được hoàn thành với sự giúp đỡ của nhiều cá nhân và cơ quan
nghiên cứu. Trước hết tôi xin trân trọng cảm ơn PGS.TS. Hoàng Văn Phụ,
PGS.TS. Nguyễn Tuấn Anh với cương vị là người hướng dẫn khoa học đã có
nhiều đóng góp to lớn trong quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận án. Tôi xin
trân trọng cảm ơn lãnh đạo trường Đại học Nông Lâm – Đại học Thái Nguyên,
Lãnh đạo và tập thể giảng viên phòng Đào tạo, Khoa Nông học trường Đại học
Nông Lâm và Khoa Quốc tế - Đại học Thái Nguyên đã tạo điều kiện về cơ sở
vật chất và tinh thần, thời gian để tôi hoàn thành nghiên cứu của mình.
Tôi không thể hoàn thành luận án này nếu không có sự hỗ trợ của bố mẹ,
vợ, các con, và gia đình tôi về tinh thần và vật chất. Tôi cũng nhận được sự động
viên khích lệ của bạn bè đã giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện nghiên cứu của
mình.
Luận án này tôi xin dành thay lời cảm ơn tới tất cả các Thầy, Cô, đồng
nghiệp, bạn bè và gia đình với tình cảm trân trọng nhất.
Tôi xin trân trọng cảm ơn sự giúp đỡ quý báu đó!
Thái Nguyên, ngày
/ 7 /2017
Nghiên cứu sinh
Đặng Hoàng Hà
ii
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN................................................................................................... i
LỜI CẢM ƠN ....................................................................................................... ii
MỤC LỤC ............................................................................................................ iii
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ ........................................................ xi
MỞ ĐẦU ............................................................................................................... 1
1.1. Tính cấp thiết của đề tài ................................................................................ 1
1.2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài ...................................................................... 2
1.3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ....................................................... 2
1.3.1. Ý nghĩa khoa học......................................................................................... 2
1.3.2. Ý nghĩa thực tiễn ......................................................................................... 3
1.4. Điểm mới của đề tài ....................................................................................... 3
CHƯƠNG I. TỔNG QUAN TÀI LIỆU ................................................................ 4
1.1. Cơ sở khoa học và thực tiễn của đề tài ......................................................... 4
1.2. Đặc điểm hình thái, giải phẫu và sinh lý của bộ rễ lúa ................................. 4
1.2.1. Đặc điểm hình thái rễ ................................................................................ 4
1.2.1.1. Hình thái rễ lúa........................................................................................ 5
1.2.1.2. Đặc điểm cấu tạo của rễ lúa .................................................................... 6
1.2.2. Đặc điểm sinh lý của bộ rễ lúa .................................................................. 8
1.2.2.1. Một số nghiên cứu về bộ rễ và chức năng hấp thụ nước ........................ 8
1.2.2.2. Rễ lúa và chức năng hấp thụ chất dinh dưỡng ........................................ 8
1.2.2.3. Rễ cây và chức năng neo giữ .................................................................. 9
1.2.3. Ảnh hưởng của yếu tố di truyền đến sinh lý rễ lúa ................................... 9
1.2.4. Các đặc điểm hình thái và sinh lý của rễ ảnh hưởng đến sinh trưởng, phát
triển lúa.................................................................................................... 10
1.3. Điều kiện ngoại cảnh ảnh hưởng đến sinh trưởng và chức năng sinh lý của
rễ lúa ....................................................................................................... 10
1.3.1. Ảnh hưởng của chế độ tưới nước tới đất trồng lúa. ................................ 10
1.3.2. Ảnh hưởng của các chế độ nước tới phát triển rễ ..................................... 12
1.3.3. Ảnh hưởng của các chế độ nước tới sinh trưởng, năng suất lúa ............... 14
1.3.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến sinh trưởng của rễ ........................................ 17
1.3.4.1. Yếu tố vật lý .......................................................................................... 17
1.3.4.2. Yếu tố hóa học ...................................................................................... 19
1.3.4.3. Kỹ thuật canh tác................................................................................... 25
iii
1.4. Mối liên hệ của rễ lúa với sinh trưởng và phát triển của lúa ...................... 29
1.4.1. Giai đoạn mạ ........................................................................................... 29
1.4.2. Mối liên hệ của rễ với đẻ nhánh và phát triển của thân lá ...................... 30
1.4.3. Mối quan hệ của rễ với các yếu tố cấu thành năng suất ......................... 31
1.4.3.1. Số nhánh hữu hiệu (số bông/khóm, số bông/m2) .................................. 31
1.4.3.2. Số hạt và tỷ lệ hạt chắc ......................................................................... 32
1.4.3.3. Khối lượng 1000 hạt ............................................................................. 33
1.4.3.4. Năng suất............................................................................................... 33
1.4.3.5. Hệ số kinh tế và tỷ lệ rễ/thân lá............................................................. 35
1.4.4. Mối quan hệ của rễ với khả năng chịu chống chịu ................................. 36
1.4.4.1. Chịu lạnh ............................................................................................... 36
1.4.4.2. Chịu hạn ................................................................................................ 36
1.4.4.3. Chịu úng ................................................................................................ 38
1.4.4.4. Chống đổ ............................................................................................... 39
1.5. Kết luận rút ra từ phần tổng quan tài liệu ................................................... 39
CHƯƠNG II. ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG, PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU . 41
2.1. Đối tượng, phạm vi, địa điểm, thời gian nghiên cứu ................................... 41
2.1.1. Đối tượng nghiên cứu................................................................................ 41
2.1.2. Phạm vi nghiên cứu ................................................................................... 41
2.1.2.1. Nội dung: ................................................................................................ 41
2.1.2.2. Địa điểm nghiên cứu: ............................................................................. 41
2.1.2.3. Thời gian thực hiện thí nghiệm .............................................................. 41
2.2. Nội dung nghiên cứu .................................................................................... 41
2.3. Phương pháp nghiên cứu .............................................................................. 42
2.3.1. Khung phương pháp nghiên cứu ............................................................... 42
2.3.2. Bố trí thí nghiệm ....................................................................................... 42
2.3.3. Phương pháp theo dõi các chỉ tiêu và phân tích mẫu................................ 52
2.3.4. Phương pháp phân tích số liệu .................................................................. 55
CHƯƠNG III. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN .......................... 56
3.1. Sự ảnh hưởng của chế độ nước khác nhau đến môi trường đất lúa ............ 56
3.1.1. Chế độ nước ảnh hưởng đến dung trọng đất lúa ..................................... 56
3.1.2. Chế độ nước ảnh hưởng đến vi sinh vật đất lúa...................................... 57
3.1.3. Chế độ nước ảnh hưởng đến hóa tính đất lúa ......................................... 59
iv
3.2. Chế độ nước ảnh hưởng đến sự phát triển của bộ rễ lúa và mối quan hệ giữa
môi trường với sự phát triển của bộ rễ ở các chế độ nước khác nhau .... 63
3.2.1. Sinh trưởng của mạ dưới các chế độ nước khác nhau (thí nghiệm 1) .... 64
3.2.2. Sinh trưởng của bộ rễ lúa sau cấy dưới các chế độ nước khác nhau (thí
nghiệm 2) ................................................................................................ 66
3.2.2.1. Số rễ ...................................................................................................... 66
3.2.2.2. Chiều dài rễ ........................................................................................... 68
3.2.2.3. Đường kính rễ ....................................................................................... 69
3.2.2.4. Khối lượng rễ qua các thời kỳ............................................................... 71
3.2.2.5. Phân bố rễ trong đất qua các thời kỳ..................................................... 73
3.2.3. Tương quan giữa môi trường đất với bộ rễ lúa ......................................... 79
3.3. Ảnh hưởng của chế độ nước đến sinh trưởng của cây lúa và mối quan hệ
giữa các chỉ tiêu rễ với sinh trưởng của cây lúa ở các chế độ nước khác
nhau ......................................................................................................... 85
3.3.1. Ảnh hưởng của chế độ nước đến khả năng đẻ nhánh của cây lúa .......... 85
3.3.2. Ảnh hưởng của chế độ tưới nước đến chiều cao của cây lúa ................. 86
3.3.3. Tích lũy chất khô của thân lúa ................................................................ 86
3.3.4. Tích lũy chất khô của lá lúa .................................................................... 88
3.3.5. Tổng tích lũy chất khô của lúa ................................................................ 90
3.3.6. Tỷ lệ khối lượng rễ với khối lượng chất khô trên mặt đất ...................... 91
3.3.7. Tương quan giữa sự phát triển của bộ rễ và sinh trưởng thân lá của lúa 93
3.4.
Ảnh hưởng của chế độ nước khác nhau đến yếu tố cấu thành năng suất,
năng suất lúa và mối quan hệ giữa rễ với năng suất, sinh trưởng thân lá
với năng suất. ......................................................................................... 98
3.4.1. Các yếu tố cấu thành năng suất lúa ........................................................... 98
3.4.2. Năng suất lúa ............................................................................................. 99
3.4.3. Tương quan giữa sự phát triển của rễ và các yếu tố cấu thành năng suất
lúa .......................................................................................................... 100
3.4.4. Tương quan giữa sinh trưởng và các yếu tố cấu thành năng suất lúa ... 108
3.5. Sự tương tác giữa chế độ nước và phương pháp làm cỏ ảnh hưởng đến bộ
rễ và sinh trưởng năng suất lúa (thí nghiệm 4). .................................... 112
3.5.1. Số rễ ...................................................................................................... 115
3.5.2. Chiều dài rễ ........................................................................................... 117
3.5.3. Đường kính rễ ....................................................................................... 118
3.5.4. Khối lượng rễ ........................................................................................ 119
v
3.5.5. Phân bố rễ lúa qua các tầng đất............................................................. 120
3.5.6. Ảnh hưởng của chế độ nước và phương pháp làm cỏ đến khả năng tích
lũy chất khô của lúa .............................................................................. 124
3.5.7. Ảnh hưởng của chế độ nước và phương pháp làm cỏ đến các yếu tố cấu
thành năng suất và năng suất lúa........................................................... 125
KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ ............................................................................... 128
KẾT LUẬN ....................................................................................................... 128
ĐỀ NGHỊ ........................................................................................................... 129
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................. 130
Tiếng Việt .......................................................................................................... 130
Tiếng Anh .......................................................................................................... 132
vi
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Ký hiệu
CC
Chữ được viết tắt
Chiều cao cây
CEC
Khả năng trao đổi ion
CT
Công thức
DR
Chiều dài rễ/khóm
DKR
Đường kính rễ lúa
Kts
Hàm lượng kali tổng số
Nts
Hàm lượng đạm tổng số
NH
Số nhánh
NS
Năng suất
OM
Hàm lượng hữu cơ trong đất
PR
Tổng khối lượng rễ lúa
Pr1
Khối lượng rễ lúa tầng đất từ 0-5cm
Pr2
Khối lượng rễ lúa tầng đất từ 5-15cm
Pr3
Khối lượng rễ lúa tầng đất từ 15-25cm
pH
Giá trị pHKCl
Pts
Hàm lượng lân tổng số
Pl
Khối lượng lá
Pt
Khối lượng thân
Ptl
Khối lượng thân lá
Pts
Tổng khối lượng chất khô tích lũy
P1000
Khối lượng 1000 hạt
SR
Số rễ/khóm
Vts
Vi sinh vật tổng số
Vhk
Vi sinh vật hiếu khí
Vkk
Vi sinh vật kỵ khí
vii
DANH MỤC CÁC BẢNG
Trang
Bảng 3.1: Dung trọng đất
56
Bảng 3.2: Một số chỉ tiêu hóa tính của đất qua các thời kỳ
59
Bảng 3.3: Sinh trưởng của rễ và các chỉ tiêu thân lá mạ
64
Bảng 3.4: Hệ số tương quan các yếu tố rễ với các yếu tố đất giai đoạn
đẻ nhánh
82
Bảng 3.5: Hệ số tương quan các yếu tố rễ với các yếu tố đất giai đoạn
làm đòng
82
Bảng 3.6: Hệ số tương quan các yếu tố rễ với các yếu tố đất giai đoạn
trỗ
83
Bảng 3.7: Hệ số tương quan các yếu tố rễ với các yếu tố đất giai đoạn
chín sáp
83
Bảng 3.8: Hệ số tương quan các yếu tố rễ với các yếu tố đất giai đoạn
chín
84
Bảng 3.9: Số nhánh qua các giai đoạn
85
Bảng 10: Chiều cao cây lúa qua các giai đoạn
86
Bảng 3.11: Tổng tích lũy chất khô của thân qua các giai đoạn
87
Bảng 3.12: Tổng tích lũy chất khô của lá qua các giai đoạn
89
Bảng 3.13: Tổng tích lũy chất khô qua các giai đoạn
90
Bảng 3.14: Hệ số tương quan các yếu tố rễ với các chỉ tiêu sinh trưởng
giai đoạn đẻ nhánh
94
Bảng 3.15: Hệ số tương quan các yếu tố rễ với các chỉ tiêu sinh trưởng
giai đoạn làm đòng
95
Bảng 3.16: Hệ số tương quan các yếu tố rễ với các chỉ tiêu sinh trưởng
giai đoạn trỗ
96
Bảng 3.17: Hệ số tương quan các yếu tố rễ với các chỉ tiêu sinh trưởng
giai đoạn chín sáp
97
viii
Bảng 3.18: Hệ số tương quan các yếu tố rễ với các chỉ tiêu sinh trưởng
giai đoạn chín
98
Bảng 3.17: Các yếu tố cấu thành năng suất và năng suất
99
Bảng 3.20: Hệ số tương quan giữa các chỉ tiêu rễ với các yếu tố cấu
thành năng suất ở giai đoạn đẻ nhánh
101
Bảng 3.21: Hệ số tương quan giữa các chỉ tiêu rễ với các yếu tố cấu
thành năng suất ở giai đoạn làm đòng
102
Bảng 3.22: Hệ số tương quan giữa các chỉ tiêu rễ với các yếu tố cấu
thành năng suất ở giai đoạn trỗ
103
Bảng 3.23: Hệ số tương quan giữa các chỉ tiêu rễ với các yếu tố cấu
thành năng suất ở giai đoạn chín sáp
104
Bảng 3.24: Hệ số tương quan giữa các chỉ tiêu rễ với các yếu tố cấu
thành năng suất ở giai đoạn chín
105
Bảng 3.25: Hệ số tương quan các chỉ tiêu sinh trưởng với các yếu tố cấu
thành năng suất giai đoạn đẻ nhánh
109
Bảng 3.26: Hệ số tương quan các chỉ tiêu sinh trưởng với các yếu tố cấu
thành năng suất giai đoạn làm đòng
110
Bảng 3.27: Hệ số tương quan các chỉ tiêu sinh trưởng với các yếu tố cấu
thành năng suất giai đoạn trỗ
111
Bảng 3.28: Hệ số tương quan các chỉ tiêu sinh trưởng với các yếu tố cấu
thành năng suất giai đoạn chín sáp
112
Bảng 3.29: Hệ số tương quan các chỉ tiêu sinh trưởng với các yếu tố cấu
thành năng suất giai đoạn chín
113
Bảng 3.30: Nhiệt độ, ẩm độ và số giờ nắng tại huyện Phú bình, tỉnh
Thái Nguyên
114
Bảng 3.31: Số rễ qua các thời kỳ sinh trưởng dưới tác động của chế độ
nước và phương pháp làm cỏ
116
Bảng 3.32: Chiều dài rễ qua các thời kỳ sinh trưởng dưới tác động của
chế độ nước và phương pháp làm cỏ
118
Bảng 3.33: Đường kính rễ qua các thời kỳ sinh trưởng dưới tác động
119
ix
của chế độ nước và phương pháp làm cỏ
Bảng 3.34: Khối lượng rễ qua các thời kỳ sinh trưởng dưới tác động của
chế độ nước và phương pháp làm cỏ
120
Bảng 3.35: Khối lượng rễ lúa ở tầng đất từ 0-5cm qua các thời kỳ sinh
trưởng dưới tác động của chế độ nước và phương pháp làm cỏ
121
Bảng 3.36: Khối lượng rễ lúa ở tầng đất từ 5-15cm qua các thời kỳ sinh
trưởng dưới tác động của chế độ nước và phương pháp làm cỏ
123
Bảng 3.37: Khối lượng rễ lúa ở tầng đất từ 15-25cm qua các thời kỳ
sinh trưởng dưới tác động của chế độ nước và phương pháp làm cỏ
124
Bảng 3.38: Tổng tích lũy chất khô của cây lúa qua các thời kỳ sinh
trưởng dưới tác động của chế độ nước và phương pháp làm cỏ
125
Bảng 3.39: Năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất dưới tác động
của chế độ nước và phương pháp làm cỏ
126
x
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ
Trang
Hình 1.1. Sơ đồ mô tả bộ rễ lúa bị ảnh hưởng dưới tác động của nước và
các yếu tố trong môi trường đất
4
Hình 1.2. Hình thái rễ lúa
6
Hình 1.3. Cấu tạo mặt cắt ngang rễ lúa
7
Hình 2.1. Sơ đồ bố trí thí nghiệm 1
42
Hình 2.2. Sơ đồ bố trí thí nghiệm 2
44
Hình 2.3. Sơ đồ bố trí thí nghiệm 3
47
Hình 2.4. Sơ đồ bố trí thí nghiệm 4
49
Hình 3.1. Số lượng vi sinh vật của các công thức qua các thời kỳ
57
Hình 3.2. Số lượng rễ lúa qua các thời kỳ
66
Hình 3.3. Tổng chiều dài rễ lúa qua các thời kỳ
68
Hình 3.4. Trung bình đường kính rễ qua các thời kỳ
70
Hình 3.5. Tổng khối lượng rễ lúa qua các thời kỳ
71
Hình 3.6. Khối lượng rễ lúa tại tầng đất từ 0-5cm qua các thời kỳ
73
Hình 3.7. Khối lượng rễ lúa tại tầng đất từ 5-15cm qua các thời kỳ
75
Hình 3.8. Khối lượng rễ lúa tại tầng đất từ 15-25cm qua các thời kỳ
76
Hình 3.9. Tỷ lệ khối lượng rễ trên khối lượng chất khô thân, lá lúa qua
các giai đoạn
92
Hình 3.10. Mối tương quan giữa số rễ và năng suất qua các thời kỳ
107
Hình 3.11. Mối tương quan giữa khối lượng rễ và năng suất qua các thời
kỳ
108
Hình 3.12. Lượng mưa, số ngày mưa từ tháng 1 đến 10/6/2015
115
xi
MỞ ĐẦU
1.1. Tính cấp thiết của đề tài
Lúa là loại cây trồng quan trọng cung cấp lương thực cho hơn một nửa thế
giới. Trên thế giới có hai loài lúa trồng được xác định từ thời cổ đại cho đến
ngày nay, đó là loài lúa trồng châu Á (Oryza sativa) và loài lúa trồng châu Phi
(Oryza glaberrima). Tùy theo giống lúa và mùa vụ, thời gian sinh trưởng từ lúc
cấy đến khi thu hoạch khoảng từ 95- 145 ngày (Lê Anh Tuấn, 2012).
Bộ rễ có vai trò cực kỳ quan trọng trong quá trình trao đổi chất của cây
lúa, nó thực hiện các hoạt động như hút nước, dinh dưỡng, muối khoáng và có
vai trò vận chuyển nước, dinh dưỡng trong thân cây lúa (Bridgit et al, 2002). Sự
trao đổi chất của cây lúa đóng góp không chỉ sự sinh trưởng của thân lá, khả
năng chống chịu sâu bệnh mà còn có ảnh hưởng trực tiếp đến năng suất và chất
lượng gạo.
Cây lúa lấy chất dinh dưỡng chủ yếu nhờ vào rễ. Vì vậy, các yếu tố bên
ngoài như nhiệt độ, ánh sáng, chế độ nước, pH, vi sinh vật... có ảnh hưởng lớn
đến bộ rễ. Tùy theo mức độ mà ảnh hưởng trực tiếp đến hoạt động của hệ thống
rễ lúa và ảnh hưởng đến sự phát triển và năng suất lúa.
Trong thực tế cây lúa chỉ khoẻ mạnh và cho năng suất cao khi cây có bộ
rễ khoẻ mạnh, phát triển tốt, cây đẻ nhiều nhánh và đẻ tập trung giai đoạn đầu,
có nhiều bông / đơn vị diện tích và tỷ lệ hạt chắc trên bông cao. Do đó, việc đảm
bảo cây lúa đạt được năng suất cao, bên cạnh sự phát triển của lá, thân thì sự
phát triển của bộ rễ đóng vai trò vô cùng quan trọng trong việc cung cấp đủ dinh
dưỡng và nước cho cây phát triển đồng thời giảm thiểu những thiệt hại do việc
đổ gẫy gây ra.
Môi trường đất có các yếu tố như dinh dưỡng, kết cấu đất, ô xy, vi sinh
vật, pH, nước …. Trong đó nước có vai trò quan trọng trong việc giúp cây trồng
hấp thụ dinh dưỡng trong đất (Nguyễn Đình Mạnh, 2004).
Nước có ảnh hưởng đến sự phát triển của bộ rễ. Cùng một giống lúa canh
tác ở các điều kiện tưới nước khác nhau bộ rễ sẽ phát triển khác nhau. Chế độ
tưới nước với khối lượng, thời gian tưới cũng là yếu tố ảnh hưởng đến sự phát
triển của bộ rễ.
1
Nước không chỉ ảnh hưởng đến sự phát triển của bộ rễ mà còn ảnh hưởng
đến sự sinh trưởng, phát triển của thân, lá và năng suất lúa. Sinh lý ruộng lúa
năng suất cao là quá trình đảm bảo sự phát triển của các cá thể và của quần thể
đảm bảo quá trình quang hợp, hô hấp, khả năng hấp thụ dinh dưỡng phục vụ cho
quang hợp tốt. Để đáp ứng được nhu cầu dinh dưỡng cho cây sinh trưởng phát
triển, yêu cầu cây phải có bộ rễ tốt và khỏe hấp thu tốt dinh dưỡng trong môi
trường đất.
Tập quán canh tác lúa truyền thống thường đặc trưng bởi giữ nước liên
tục. Trong bối cảnh biến đổi khí hậu nước ngọt trở nên ngày càng khan hiếm,
đồng thời yêu cầu bảo vệ môi trường nông nghiệp đòi hỏi phải có biện pháp sử
dụng nước hiệu quả và hợp lý.
Hiện nay do biến đổi khí hậu nên điều kiện về nước phục vụ nông nghiệp
trở nên khó khăn trong đó cây lúa yêu cầu lượng nước lớn. Việc nghiên cứu mối
quan hệ ảnh hưởng của nước đến các yếu tố môi trường đất làm ảnh hưởng đến
sự sinh trưởng phát triển của bộ rễ lúa và sinh trưởng thân lá, năng suất là vấn đề
cần thiết, làm cơ sở cho đề xuất biện pháp kỹ thuật canh tác hợp lý nhằm nâng
cao năng suất cây lúa. Với lý do trên chúng tôi thực hiện đề tài: “Nghiên cứu
ảnh hưởng của chế độ tưới nước đến môi trường đất, bộ rễ, sinh trưởng và
phát triển giống lúa Khang dân 18 tại Thái Nguyên”.
1.2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
Xác định ảnh hưởng của chế độ nước tưới khác nhau đến các chỉ số môi
trường đất, sinh trưởng của bộ rễ và mối quan hệ giữa môi trường đất với sự
phát triển của bộ rễ, khả năng sinh trưởng, năng suất qua các giai đoạn sinh
trưởng phát triển của cây lúa nhằm xây dựng chế độ tưới nước thích hợp góp
phần nâng cao năng suất và hiệu quả kinh tế trong sản xuất, bảo vệ môi trường.
1.3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
1.3.1. Ý nghĩa khoa học
Tìm hiểu được mối quan hệ giữa sự sinh trưởng phát triển của rễ lúa dưới
tác động của các chế độ nước khác nhau với các chỉ tiêu lý, hóa, sinh của đất
làm cơ sở khoa học cho việc xác định chế độ nước tưới tiêu hợp lý nhằm tăng
năng suất lúa và hiệu quả sản xuất, bảo vệ môi trường.
2
1.3.2. Ý nghĩa thực tiễn
Kết quả nghiên cứu của đề tài được áp dụng trên thực tế giúp người trồng
lúa có kỹ thuật tưới tiêu hợp lý và phù hợp với sự sinh trưởng phát triển của cây
lúa làm tăng hiệu quả sản xuất bảo vệ môi trường.
Kết quả nghiên cứu xác định được mối quan hệ giữa tác động của chế độ
nước đến sự phát triển của bộ rễ, sinh trưởng của thân lá và năng suất. Xác định
sự phân bố rễ trong đất ở các thời kỳ sinh trưởng chính của cây lúa để có các đề
xuất nghiên cứu biện pháp kỹ thuật giúp cho cây lúa phát triển tốt nhất.
Từ kết quả nghiên cứu các quy trình kỹ thuật để áp dụng vào sản xuất
thực tế nhằm hạn chế tác động của biến đổi khí hậu và tăng hiệu quả sản xuất.
1.4. Điểm mới của đề tài
- Đề tài đã xác định được chế độ nước ảnh hưởng đến môi trường đất và có mối
quan hệ giữa các yếu tố môi trường ảnh hưởng đến sự phát triển của bộ rễ, sinh
trưởng và năng suất lúa ở các thời kỳ chính của cây lúa.
- Đề tài đã xác định được mối quan hệ giữa sự phát triển của bộ rễ ở các chế độ
tưới nước khác nhau với sự sinh trưởng, phát triển của thân lá, năng suất và các
yếu tố cấu thành năng suất ở các giai đoạn sinh trưởng chính của cây lúa giống
Khang dân 18.
- Đề tài đã nghiên cứu ảnh hưởng tương tác giữa chế độ nước và phương pháp
làm cỏ khác nhau đến sự phát triển của bộ rễ, sinh trưởng, năng suất lúa.
3
CHƯƠNG I
TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1. Cơ sở khoa học và thực tiễn của đề tài
Để thực hiện nghiên cứu chúng tôi đưa ra khung khái niệm nghiên cứu
nhằm xác định các yếu tố có ảnh hưởng trực tiếp và gián tiếp đến sinh trưởng
của bộ rễ lúa như sau:
Môi trường đất ảnh hưởng đến bộ rễ lúa
Nước
Độ
chặt
đất
Nước
Môi trường đất
Bộ rễ
lúa
Dinh dưỡng
dễ tiêu
pH
Ô xy
Vi sinh
vật
Dinh
dưỡng
tổng số
Hình 1.1 Sơ đồ mô tả bộ rễ lúa bị ảnh hưởng dưới tác động của nước và
các yếu tố trong môi trường đất
Nước ảnh hưởng đến môi trường đất và ảnh hưởng đến lý tính như kết
cấu, độ chặt của đất, độ pH, dinh dưỡng tổng số và dinh dưỡng dễ tiêu trong đất
( N, P, K), vi sinh vật đất và quá trình cố định/chuyển hóa dinh dưỡng do vi sinh
vật đất thực hiện do đó sẽ ảnh hưởng đến khả năng sinh trưởng của bộ rễ cũng
như ảnh hưởng gián tiếp đến sinh trưởng và năng suất của cây lúa.
1.2. Đặc điểm hình thái, giải phẫu và sinh lý của bộ rễ lúa
1.2.1. Đặc điểm hình thái rễ
Hình thái bên ngoài và cấu tạo bên trong của rễ các loài thực vật rất đa
dạng, nó phụ thuộc vào chức năng sinh lý của cây và thích ứng với môi trường
xung quanh. Theo Yoshida (1985), chiều dài của rễ lúa tại thời kỳ trỗ có thể đạt
4
15 đến 34 km trên một m2 đất đối với cây lúa nương. Bên cạnh những hình thái
đặc trưng rễ lúa cũng mang những nét tương đồng với các loại rễ cây một lá
mầm khác. Chính vì vậy, hình thái của rễ cây một lá mầm cũng như hình thái
riêng của cây lúa được trình bày dưới đây sẽ đem lại cái nhìn tổng quát hơn khi
đi sâu vào tìm hiểu hình thái rễ lúa.
1.2.1.1. Hình thái rễ lúa
Rễ là cơ quan chủ yếu trong việc hấp thụ nước và chất dinh dưỡng để
chuyển lên các cơ quan phía trên, nhờ đó cây trồng có thể phát triển và đạt năng
suất theo mong muốn. Rễ lúa thuộc loại rễ chùm, có cấu tạo sơ cấp, sau khi lúa
nảy mầm, rễ mầm xuất hiện, tồn tại 5 - 7 ngày rồi rụng đi. Từ các đốt trên thân
mọc ra các rễ phụ, phát triển nhanh tạo thành rễ chùm, ăn nông. Trong thời gian
sinh truởng số luợng và khối luợng rễ tăng dần từ cấy, đẻ nhánh, làm đòng và
đạt cao nhất lúc trỗ bông, giảm dần đến khi lúa chín. Rễ lúa hút nuớc, dinh
dưỡng nhiều nhất là thời kỳ làm đòng và trỗ bông. Giai đoạn sinh truởng dinh
dưỡng rễ lúa ăn nông chủ yếu tập trung ở tầng đất 0-10 cm. Khi cây lúa buớc
sang giai đoạn sinh truởng sinh thực, rễ lúa phát triển mạnh về số luợng, khối
luợng và có thể ăn sâu xuống tầng đất 30 - 50cm để hấp thu dinh duỡng ở tầng
đất sâu và giữ cho cây bám chắc vào đất, tránh đổ gẫy khi mang đòng.
Hệ thống rễ lúa là một hệ thống rễ xơ, có thể chia ra làm 3 nhóm: rễ mầm
(seminal root) - rễ mọc ra đầu tiên sau khi hạt nảy mầm, rễ trung diệp
(mesocotyl root) - trục giữa các mắt của lá bao mầm và nền của gốc tự do và rễ
đốt (nodal root) - rễ sau phôi. Các rễ bên sẽ mọc ra từ 3 nhóm rễ trên (Gowda et
al, 2011). Ba loại rễ trên khác nhau về giải phẫu, nguồn gốc và chức năng. Rễ
mầm phát triển 3 tới 5 cm chiều dài sau khi nảy mầm. Trong cây lúa, chỉ có một
rễ mầm hoặc rễ phôi và nó là rễ dài nhất trước thời kì ra lá thứ ba (Zhang et al,
2001). Nói chung, rễ mầm có khả năng hấp thụ kém và vai trò của chúng bị giới
hạn trong việc hút nước, chất dinh dưỡng trong giai đoạn sinh trưởng sinh
dưỡng của cây.
Các rễ trụ được lớn lên từ trục trung diệp (trục giữa các mắt của lá bao
mầm và nền của gốc tự do).
Các rễ nút là các rễ sau phôi, chúng mọc lên từ các mắt trên nền của thân
chính và chồi rễ, mọc sâu trong đất và tạo ra bộ khung cho toàn bộ bộ rễ lúa
(Gowda et al, 2011).
5
Theo Hong Wang (2005) có ba loại rễ bên khác nhau đã được tìm thấy ở
cây lúa, đó là:
+ Loại dài: dài và có đường kính lớn (0,2 tới 0,3 mm) có khả năng phân
nhánh;
+ Loại trung bình: dài và có đường kính lớn nhưng không phân nhánh;
+ Loại ngắn: ngắn và khỏe có đường kính từ 0,035 tới 0,1 mm, không
phân nhánh nhưng số lượng rất lớn.
Các loại rễ bên rất đa dạng về đặc điểm giải phẫu, có đặc điểm phát triển
riêng, và phản ứng trong các môi trường đất khác nhau (Yamauchi et al, 1996).
Mỗi mắt lúa có khoảng 5-25 rễ bất định, chúng mọc dài, nhiều nhánh và
lông hút. Tại mỗi mắt có hai vòng rễ: Vòng rễ trên to và khỏe, vòng rễ dưới nhỏ
và kém quan trọng, rễ bất định đầu tiên mọc ra từ mắt đầu tiên của trục trung
diệp.
Hình 1.2. Hình thái rễ lúa (Yoshida, 1985)
1.2.1.2. Đặc điểm cấu tạo của rễ lúa
Rễ lúa cũng có cấu tạo giải phẫu đặc biệt giúp cây lúa thích nghi với điều
kiện ngập nước. Trong rễ lúa, tế bào vỏ trong đứt gẫy tạo ra các mô không khí
(aerenchyma) thông với thân và lá. Tuy nhiên sự hình thành các khoang trống
này của cây lúa trong môi trường ngập nước cũng là nguyên nhân gây ra việc
năng suất lúa giảm khi so sánh giữa ruộng lúa ngập nước liên tục và ruộng theo
phương pháp nước cạn xen kẽ.
6
Lớp vỏ trong
Hình 1.3 Cấu tạo mặt cắt ngang rễ lúa (Yoshida, 1985)
Bên cạnh sự thay đổi về giải phẫu, rễ lúa cũng có những thay đổi về hình thái
phù hợp với điều kiện ngập nước. Sự thích nghi về mặt hình thái của rễ lúa có
thể kể đến như: sự dày lên của rễ bất định trong điều kiện oxy thấp, số lượng rễ
bất định tăng, diện tích bề mặt rễ tăng nhằm tăng diện tích trao đổi giữa không
khí và nước (Predeepa-Javahar, 2013); tỉ lệ tương đối của rễ và thân giảm xuống
có tác dụng giảm khoảng cách vận chuyển khí trong cây (Barrett-Lennard,
2003); số lượng và chiều dài rễ bên của lúa cũng giảm đi để phù hợp hơn với
điều kiện ngập nước; không bào của rễ tự dày lên và chống lại sự ngập nước
trong ruộng lúa (Insalud et al, 2006); và việc mất oxy trong rễ lúa được ngăn
chặn bằng việc tạo ra một rào cản không khí trong rễ lúa (Colmer et al, 2006).
Trong điều kiện trên đất khô thì số lượng rễ lúa nhiều hơn, khối lượng
khô của rễ lớn hơn so với trên đất ngập nước. Giống lúa cạn có số lượng rễ lớn,
độ lớn, độ dài và đặc biệt là độ dày vỏ rễ lớn hơn nhiều so với lúa nước. Điều đó
giúp cho rễ lúa cạn ăn sâu và phát triển tốt hơn trên đất khô cạn ít nước và đây
cũng là đặc tính chịu hạn của lúa cạn. Chiều dày vỏ rễ lớn hơn cũng giúp chúng
ta giải thích được một trong những nguyên nhân tại sao lúa cạn phát triển tốt ở
ruộng nước, ngược lại lúa nước chỉ phát triển ở ruộng nước mà không phát triển
tốt trong điều kiện hạn hán được (Predeepa-Javahar, 2013).
7
- Xem thêm -