Nguồn: Pixabay/CC0 Public Domain.

Trồng nhiều cây lương thực cùng nhau là một phương thức canh tác bền vững hơn, cách này bắt chước các cộng đồng thực vật hoang dã có năng suất cao. Quá trình này, được gọi là xen canh, tận dụng các tính năng bổ sung của các loại cây trồng khác nhau để tối đa hóa sản lượng và giảm thiểu nhu cầu về phân bón và các hoạt động khác có hại cho môi trường. Ví dụ, người dân bản địa ở Bắc Mỹ từ lâu đã trồng ngô, đậu và bí cùng nhau để tối đa hóa năng suất của mỗi loại cây và giảm nhu cầu tưới nước hoặc phân bón.

Laura Stefan, tác giả chính, nghiên cứu sinh tại ETH Zurich và hiện đang làm nghiên cứu sau tiến sỹ tại Agroscope - Viện Nghiên cứu Nông nghiệp của Liên đoàn Thụy Sĩ, giải thích: “Hầu hết các loại cây trồng thương mại đã được lai tạo để tạo ra những đặc điểm giúp chúng có năng suất cao khi trồng đơn canh. Những cây trồng này có thể không phù hợp trong hệ thống đa canh, điều này có thể làm giảm lợi ích của việc trồng xen canh”.

Để tìm hiểu thêm về khả năng thích ứng của các loại cây trồng khác nhau, nhóm nghiên cứu đã trồng các loài lúa mì, yến mạch, đậu lăng, lanh, camelina và rau mùi trong các ô nhỏ. Các ô bao gồm 13 tổ hợp của hai loài, bốn hỗn hợp của bốn loài khác nhau, trong các ô có bón phân hoặc không bón phân. Các thí nghiệm được lặp lại trong ba năm liên tiếp, mỗi năm sử dụng hạt giống được thu thập từ các ô của năm trước để đánh giá tác động thế hệ của việc trồng trong các hệ thống khác nhau. Trong năm thứ ba, họ lấy các chỉ tiêu đặc điểm và năng suất của cây. Họ phát hiện ra rằng những cây trồng đa canh trong hai thế hệ sẽ thích nghi với nhau để cạnh tranh ít hơn và hợp tác với nhau nhiều hơn. Tuy nhiên, lợi thế về năng suất của các loại cây đa canh này so với các cây trồng độc canh chỉ tăng lên ở các ô được bón phân. Qua hai thế hệ, những cây trồng cùng nhau trong các ô đơn canh hoặc hỗn hợp các loài đều cao cây hơn. Lá được tạo ra ít tốn dinh dưỡng hơn hoặc lá mỏng hơn, cho thấy có một sự tăng trưởng với sự sản xuất sinh khối nhanh chóng.

Nadine Engbersen, đồng tác giả, tham gia nghiên cứu khi đang làm nghiên cứu sinh tại Viện Khoa học Nông nghiệp tại ETH Zurich, Thụy Sĩ cho biết: “Nghiên cứu của chúng tôi cho thấy cây hàng năm thích nghi nhanh chóng, dễ hợp tác hơn chỉ trong hai thế hệ, nhưng điều này không dẫn đến lợi thế năng suất tăng lên mà không cần phân bón. Thật bất ngờ, tất cả các cây đều phát triển để có nhiều đặc điểm giống nhau hơn là chuyên hóa để có sự riêng biệt”.

Theo các tác giả, nghiên cứu thực hiện trong thời gian ngắn - chỉ trong ba năm - nên có thể giải thích tại sao không có sự khác biệt nhiều. Nghĩa là, ít có khả năng xảy ra nhiều thay đổi di truyền trong thời gian đó. Tuy nhiên, sự chọn lọc di truyền của các kiểu gen cụ thể có thể đã xảy ra đối với những loài có biến thể kiểu gen hiện có. Hơn nữa, sự thay đổi biểu sinh làm bật hoặc tắt các gen có thể giải thích một số sự thích nghi của những cây trồng được quan sát. Các vi sinh vật hoặc các nguồn dinh dưỡng được truyền từ thế hệ thực vật này sang thế hệ cây khác thông qua hạt giống cũng có thể giải thích một số sự thích nghi nhanh chóng này.

Các nghiên cứu dài hạn có thể quan sát thấy nhiều sự thích nghi hơn do đột biến gen hoặc tái tổ hợp gen, sự sắp xếp lại trình tự DNA của thực vật. Các kết quả hiện tại cho thấy lai tạo chọn lọc có thể làm phát sinh các đặc điểm tối ưu hóa sự hợp tác và năng suất trong các lô đa loài.

Christian Schöb, trưởng nhóm Sinh thái Nông nghiệp, trước đây tại ETH Zurich và hiện tại làm việc tại Đại học Rey Juan Carlos, kết luận: “Phát hiện của chúng tôi có ý nghĩa quan trọng đối với việc chuyển đổi sang nền nông nghiệp đa dạng hơn. Từ kết quả nghiên cứu, chúng tôi cũng đề xuất các cây giống để trồng trong các ô hỗn hợp loài có thể cải thiện hơn nữa năng suất và giảm nhu cầu phân bón và các hoạt động có hại khác”.

Nghiên cứu được công bố trên eLife.

Huỳnh Thị Đan Anh theo Phys.org