Cải thiện sản lượng lúa mì nhờ luân canh cùng cây guar

Cây guar mọc gần Vernon, Texas (Hoa Kỳ). Ảnh: Waltram Ravelombola/Texas A&M AgriLife.

Tiến sĩ Waltram Ravelombola, nhà lai tạo cây trồng hữu cơ và đặc sản tại Trung tâm Nghiên cứu và Khuyến nông Texas A&M AgriLife - cho biết: “Guar là một loại cây trồng có khả năng chịu hạn, đầu vào thấp và không cần phân bón đắt tiền”.

"Chúng tôi biết guar cải thiện sức khỏe của đất và sau đó tăng năng suất của lúa mì, khiến nó trở thành một loại cây luân canh tốt để các nhà sản xuất xem xét ở phía Nam Đại bình nguyên", ông nói thêm.

Ravelombola đang thực hiện năm cuối cùng của dự án do Viện Nông nghiệp và Thực phẩm Quốc gia của Bộ Nông nghiệp Hoa Kỳ (USDA) tài trợ, có tiêu đề "Tăng cường Dịch vụ Hệ sinh thái Thông qua Tích hợp cây guar vào Hệ thống Canh tác Lúa mì ở phía Nam Đại bình nguyên". Dự án bắt đầu vào năm 2018 và sẽ hoàn thành trong năm nay.

Guar là cây họ đậu, có nghĩa là rễ của nó có thể kết hợp với vi khuẩn Rhizobium trong đất để chuyển nitơ trong khí quyển thành phân bón cho cây và đất. Nó thích nghi với điều kiện bán khô hạn của Texas và là một trong những cây trồng chịu hạn tốt nhất, với lượng nước sử dụng tương đối thấp.

Tuy nhiên, nghiên cứu mới là cần thiết để cải thiện sản lượng và phẩm chất cố định đạm của cây trồng. Ravelombola cho biết các giống guar mà dự án này đang nghiên cứu để cải tiến đã ra đời cách đây 35 năm hoặc hơn.

Ông nói: “Chúng tôi muốn cung cấp cho nông dân nhiều lựa chọn hơn để đa dạng hóa hệ thống cây trồng của họ. Ví dụ, với giá phân bón cao như hiện nay, nếu chúng ta có một loại giống nào có nốt sần tốt hơn, nó có thể cố định nhiều nitơ khí quyển hơn và để lại lượng nitơ dư cho vụ sau, do đó giảm nhu cầu phân bón tổng hợp cho vụ sau".

Mục tiêu dài hạn và ngắn hạn của nghiên cứu
Mục tiêu dài hạn của nghiên cứu là tăng cường và ổn định sản xuất guar ở Mỹ và tăng tính bền vững của các hệ thống canh tác lúa mì ở khu vực phía Nam Đai bình nguyên.

Mục tiêu trước mắt là định lượng sự phát triển của lúa mì và cây guar, năng suất, sự hấp thụ nitơ và tạo nốt sần cũng như hiệu quả sử dụng lượng mưa. Ngoài ra, Ravelombola đang nghiên cứu các động lực của chu kỳ nitơ trong đất và hiệu quả sử dụng nitơ, lưu trữ carbon hữu cơ trong đất và hoạt động sinh học của đất.

AgriLife Research đang trồng khoảng 400 loại guar trên diện tích khoảng 8 mẫu Anh trong các mảnh đất nhỏ. Hai khu đất nghiên cứu ở Chillicothe, trên diện tích 4 mẫu Anh, và ở Lockett, trên diện tích 2 mẫu. Dự án của ông cũng bao gồm nghiên cứu trên 1 mẫu Anh với Công ty New Deal Grain Co. Một mảnh đất rộng 1 mẫu khác gần Lubbock, được trồng với sự hợp tác của Tiến sĩ Calvin Trostle, nhà nông học thuộc Dịch vụ khuyến nông của Texas A&M AgriLife.

Trostle nói: “Guar là một loại cây chịu nhiệt, chịu hạn tốt. "Trong phạm vi biến đổi khí hậu làm cho khí hậu của chúng ta ấm hơn và khô hơn và có thể ảnh hưởng đến việc trồng trọt ở Texas, guar sẽ hoạt động tương đối tốt hơn so với các loại cây trồng khác mà chúng ta trồng".

Ông cho biết các báo cáo cũ hơn cho thấy năng suất cây bông trên đất khô tăng lên tới 15% sau khi được trồng luân canh cùng cây guar, nhưng cần phải nghiên cứu thêm để đánh giá phát hiện này với các giống hiện đại.

Trostle nói: “Một lần nữa, guar là một loại cây họ đậu, và bất cứ lúc nào chúng ta cũng có thể có được một loại cây họ đậu phát triển tốt trong điều kiện khí hậu khô hạn – và giúp cố định nitơ - đây là một lợi ích to lớn cho người nông dân và sự ổn định của hệ thống cây trồng".

Guar được trồng từ giữa tháng 5 đến tháng 7 và thu hoạch sau đợt đông giá đầu tiên, được sử dụng để làm rụng lá cây, thường vào tháng 10 hoặc đầu tháng 11. Guar có thể được thu hoạch bằng cách sử dụng luân canh kết hợp hầu hết với các loại ngũ cốc.

Trong năm cuối cùng của dự án được tài trợ này, Ravelombola cho biết ông sẽ làm việc để cải thiện kiểu hình của guar bằng cách sử dụng các công nghệ như máy bay không người lái, UAV và mô hình cây trồng 3D. Ông cũng sẽ điều tra cơ sở di truyền của sự cố định nitơ trong guar.

Tối đa hóa sự cố định đạm của cây guar
Cố định nitơ là khả năng cây trồng, với sự hợp tác của vi khuẩn trong đất, hấp thụ nitơ trong khí quyển và do đó làm giảm nhu cầu phân bón nitơ thương mại. 

Ravelombola cho biết: “Mối quan tâm chính là vẫn còn rất nhiều nghiên cứu cần thiết để có chế phẩm phù hợp cho guar".

Một số vi sinh vật có lợi, hoặc chế phẩm, có thể được áp dụng cho đất hoặc hạt giống, nhưng không phải tất cả đều tối ưu cho guar. “Các chế phẩm hiện có dành cho đậu tương, lạc và đậu đũa", Ravelombola thông tin.

Ông cho biết, việc thử nghiệm liên tục trên một loạt các chế phẩm hiện có sẽ xác định loại nào có thể thích nghi với guar và "hy vọng sẽ thu hẹp phạm vi đó trong một hoặc hai năm nữa".

“Có thể có các chế phẩm khác nhau hoạt động khác nhau với các giống cây trồng khác nhau", ông nói. "Chúng tôi muốn hiểu cơ sở di truyền của sự cố định nitơ - phản ứng với việc bổ sung chế phẩm dựa trên cả kiểu gen của chế phẩm và guar".

Làm cho cây guar phù hợp với mùa vụ
Một mục tiêu khác là phát triển một loại guar ngắn ngày sẽ cho thu hoạch vào tháng 9 nếu được trồng vào giữa tháng 6.

Ravelombola cho biết: “Một cây guar 90 ngày sẽ là lý tưởng để luân canh trồng với lúa mì, đặc biệt nếu lúa mì được trồng phục vụ cho chăn thả và làm ngũ cốc.

Chương trình AgriLife Research có các dòng nhân giống cho môi trường Texas, nhưng ông cho biết ông cũng đang thử nghiệm các dòng của Mạng Thông tin Tài nguyên Mầm mầm (Germplasm Resources Information Network) của USDA để tìm ra bất kỳ dòng nào thích nghi với điều kiện Texas.

Có thể mất tới 5 năm để phát triển một giống cây ngắn ngày, và ông chỉ mới bắt đầu đánh giá những dòng giống đó vào năm ngoái. Quá trình này sẽ lặp lại trong năm nay, và sau đó ba năm tiếp theo sẽ bao gồm các thử nghiệm nâng cao về năng suất.

Trong khi nông dân chưa nhanh chóng áp dụng guar, Ravelombola hy vọng điều đó sẽ thay đổi khi nghiên cứu được hoàn thiện và phổ biến cho các nhà sản xuất.