Cải tạo đất đã làm giảm thiệt hại do châu chấu và tăng gấp đôi năng suất

Thay đổi môi trường đất nơi cây trồng phát triển có thể làm thay đổi cách thức châu chấu cắn phá cây trồng. Đất khỏe hơn khiến cây trồng không hấp dẫn đối với châu chấu và làm tăng đáng kể sản lượng thu hoạch. Nguồn: Shutterstock.

“Chúng rất phá hoại khi có số lượng lớn, nhưng nếu chỉ một con châu chấu trên một cánh đồng thì có gì mà không thích nhỉ”, Arianne Cease nói khi bà nhắc đến châu chấu (locust). Cease là người đứng đầu Sáng kiến Châu chấu Toàn cầu của Đại học Bang Arizona (ASU), nơi bà nghiên cứu hành vi của châu chấu và cách kiểm soát các đàn châu chấu phá hoại. Mặc dù nghiên cứu của bà tập trung vào việc giảm thiệt hại cho cây trồng và cộng đồng, bà cũng dành nhiều sự tôn trọng cho chính loài côn trùng này.

Đàn châu chấu vẫn là mối đe dọa toàn cầu

Với nhiều người, các đàn châu chấu gợi nhớ đến những tai họa cổ xưa, nhưng mối nguy này hoàn toàn có thật ngày nay. Trên khắp thế giới, các đàn châu chấu có khả năng tàn phá mùa màng trên những vùng rộng lớn, hủy hoại sinh kế và ở một số nơi còn làm gián đoạn giáo dục cũng như triển vọng kinh tế dài hạn của trẻ em. Một đàn châu chấu riêng lẻ có thể trải rộng hàng trăm dặm vuông - tương đương quy mô của một thành phố lớn như New York hay Phoenix.

Đó là lý do Cease và nhóm nghiên cứu quốc tế của bà đặc biệt chú ý khi họ xác định được một cách tiếp cận đơn giản dựa trên đất canh tác để làm giảm châu chấu gây hại cây trồng. Các nhà khoa học sớm nhận ra rằng phương pháp này có thể mang lại những hệ quả thay đổi cuộc sống. Theo hiểu biết của họ, đây là nghiên cứu đầu tiên thử nghiệm phương pháp này trong môi trường canh tác thực tế và chứng minh nó cũng có hiệu quả ở ngoài phòng thí nghiệm.

Thử nghiệm ý tưởng với người nông dân ở Senegal

Các nhà nghiên cứu đã hợp tác với người nông dân ở Senegal, nơi thường xuyên phải đối mặt với sự bùng phát của cào cào (grasshopper) Senegal. Không giống châu chấu sa mạc (desert locust), loài này không tạo ra các đàn khổng lồ, nhưng sự xuất hiện thường xuyên và các nhóm nhỏ của chúng có thể gây hại còn nghiêm trọng hơn cho người nông dân địa phương. Những người nông dân này trước đây đã hợp tác với Cease và thúc đẩy một nghiên cứu thực địa quy mô rộng lớn hơn.

Mỗi người nông dân trồng hai lô cây kê (millet) - một lô được bón phân đạm và một lô để nguyên không xử lý. Sự khác biệt rất rõ ràng. Các lô được bón phân đạm có ít châu chấu hơn, ít thiệt hại mùa màng hơn và sản lượng thu hoạch gấp đôi so với các lô không xử lý.

“Đột phá này diễn tả một bước tiến quan trọng trong quản lý bền vững các loài gây hại di cư, mang đến một công cụ dựa vào cộng đồng giúp mở rộng nhiều lựa chọn về phương pháp kiểm soát hiện có”, Cease, người cũng là Phó giáo sư tại Trường Bền vững và Trường Khoa học Sự sống của ASU nói.

Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Scientific Reports. Phó giáo sư Mamour Touré của Đại học Université Gaston Berger tại Saint-Louis, Senegal, là tác giả chính, trong khi Cease là nghiên cứu viên chính của dự án được USAID hỗ trợ.

“Kết quả có ý nghĩa rất lớn đối với cộng đồng khoa học và cả người nông dân Senegal”, Touré nói. “Nghiên cứu đã giúp họ hiểu rõ hơn về châu chấu và cào cào, cũng như một giải pháp thực tế để kiểm soát chúng ở cấp độ địa phương”.

Vì sao chất lượng đất ảnh hưởng hành vi châu chấu

Sáng kiến Châu chấu Toàn cầu là một phần của Phòng thí nghiệm Tương lai Toàn cầu Julie Ann Wrigley và tập trung vào nhiều hệ thống ảnh hưởng đến các đợt bùng phát châu chấu. Điều kiện môi trường, sinh học và hành vi côn trùng, áp lực kinh tế, chính sách công và quản lý đất đai đều góp phần vào các chu kỳ tàn phá và cũng tạo ra cơ hội để ngăn chặn chúng.

Sau hơn 15 năm nghiên cứu, Cease phát hiện ra một khuôn mẫu nhất quán. Cây trồng được trồng trên đất nghèo dinh dưỡng có xu hướng thúc đẩy bùng phát châu chấu vì những cây đó chứa hàm lượng carbohydrate cao và rất ít protein.

“Sự mất cân bằng carbohydrate này là tối ưu cho quần thể châu chấu và cào cào tạo đàn”, Cease nói. Giống như các vận động viên sức bền dựa vào carbohydrate để lấy năng lượng, châu chấu phụ thuộc vào các loại cây giàu tinh bột để cung cấp nhiên liệu cho việc di chuyển đường dài của chúng.

Cây trồng được trồng trên đất giàu đạm nói lên một câu chuyện khác. Chúng chứa nhiều protein hơn và ít carbohydrate hơn, khiến chúng trở thành thức ăn không ưa thích của châu chấu. Cơ thể chúng khó xử lý lượng protein dư thừa và không nhận đủ năng lượng để phát triển mạnh.

Cây giàu protein ngăn chặn châu chấu gây hại

Những phát hiện này dẫn đến một câu hỏi then chốt: Liệu việc thay đổi cân bằng giữa protein và carbohydrate trong cây trồng có thể ngăn chặn thiệt hại do châu chấu gây ra hay không? Các thí nghiệm trong phòng thí nghiệm trước đó và quan sát thực địa đã gợi ý rằng điều này có thể xảy ra, nhưng ý tưởng chưa bao giờ được thử nghiệm trên các trang trại đang canh tác ngoài đồng. Với Cease, khoảng trống đó khiến bước nghiên cứu tiếp theo trở nên hiển nhiên. Hai ngôi làng ở Senegal từng hợp tác với bà đã tình nguyện tham gia. Trang trại của họ thường xuyên chịu tổn thất nặng nề do các đàn cào cào Senegal.

Trong thí nghiệm, 100 người nông dân tham gia mỗi người trồng hai lô cây kê- một lô được bón phân đạm và một lô không xử lý để so sánh.

Các nhà nghiên cứu không chắc liệu châu chấu có thể vẫn xâm nhập vào các lô đã xử lý từ các lô lân cận chưa xử lý hay liệu cây giàu protein hơn có thu hút các loài gây hại khác hay không. Để tìm hiểu, nhóm đã đếm số châu chấu và đo mức độ thiệt hại của cây trồng ba lần trong suốt mùa sinh trưởng và ghi lại sản lượng khi thu hoạch.

Kết quả mang tính quyết định. Các lô đất được xử lý có ít châu chấu hơn, ít tổn thương lá hơn và sản lượng kê gấp đôi khi thu hoạch. Nhóm cũng không tìm thấy bằng chứng cho thấy việc bổ sung đạm làm trầm trọng thêm các vấn đề sâu hại khác.

Từ phân bón đến giải pháp ủ phân

Mặc dù phân đạm được cung cấp cho nghiên cứu, đây không phải là lựa chọn dài hạn thực tế đối với nhiều cộng đồng nông nghiệp. Kiểm soát bền vững đòi hỏi các phương pháp nằm trong khả năng thu nhập của người nông dân đồng thời bảo vệ sức khỏe đất.

“Công việc đang thực hiện hiện tập trung hoàn toàn vào phân ủ, và chúng tôi dường như đang đạt được cùng kết quả”, Cease nói.

Nguồn tài trợ của USAID cho dự án kết thúc vào đầu năm 2025, nhưng người nông dân ở Senegal đã tự mình tiếp tục phương pháp ủ phân, theo khuyến cáo của kết quả nghiên cứu.

“Người nông dân nhất trí nói rằng họ không còn đốt tàn dư cây trồng sau khi dọn đất nữa, mà thay vào đó thực hành ủ phân để bón cho ruộng, qua đó giúp giảm sự xâm nhiễm của châu chấu. Người nông dân đã nắm vững kỹ thuật này nhờ dự án”, Touré nói.

Nhóm nghiên cứu hiện đang tìm kiếm thêm tài trợ để mở rộng công trình sang các khu vực khác bị ảnh hưởng nặng nề bởi châu chấu.

Vì sao nghiên cứu châu chấu quan trọng đối với Hoa Kỳ

Hiện tại, Hoa Kỳ không có loài châu chấu bản địa nào. Vậy tại sao lại nghiên cứu chúng? Cease cho biết điều đó có thể thay đổi. Bà đang theo dõi chặt chẽ châu chấu Trung Mỹ, loài có phạm vi phân bố chỉ cách biên giới Hoa Kỳ khoảng 200 dặm.

“Chúng tôi có thể nói với độ chắc chắn khá cao rằng Texas sẽ rất phù hợp cho châu chấu trong khoảng 10 đến 15 năm nữa”, Cease nói. “Chúng có trở thành vấn đề hay không vẫn chưa thể xác định, nhưng đó chắc chắn là điều chúng ta nên quan tâm”.

Ngay cả khi không có châu chấu (locusts), cào cào (grasshoppers) đã gây ra những thách thức lớn trên khắp đất nước. Có 12 loài chủ chốt được gọi chung là “Dirty Dozen”. Theo Bộ Nông nghiệp Hoa Kỳ, 12 loài cào cào đồng cỏ này (cộng thêm một loài dế) nằm trong số những mối đe dọa dịch hại nghiêm trọng nhất ở miền tây Hoa Kỳ. Khi chúng tạo đàn, chúng có thể ăn trụi cỏ chăn thả và cạnh tranh thức ăn với gia súc, tạo ra các vấn đề nghiêm trọng cho người chăn nuôi.

Trong khi thuốc trừ sâu hóa học vẫn là công cụ kiểm soát chính, Sáng kiến Châu chấu Toàn cầu đang nỗ lực xác định các giải pháp thay thế an toàn hơn cho con người và môi trường. Những gì các nhà khoa học học được từ các đợt bùng phát châu chấu ở nước ngoài có thể chứng minh là rất quan trọng trong nước, giúp Hoa Kỳ quản lý tốt hơn các loài côn trùng gây hại di cư và chuẩn bị cho khả năng một ngày nào đó châu chấu vượt qua biên giới.

Nguyễn Tiến Hải theo Phys.org