Tài liệu 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

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