Jagadish Timsina, M. L. Jat, và Kaushik Majumdar (IRRI – CIMMYT và IPNI – Viện nghiên cứu dinh dưỡng cây trồng quốc tế, 2010)

Hệ thống canh tác cây trồng Lúa - Ngô (R-M) đang được quan tâm lớn trong khu vực Nam Á, đặc biệt được nghiên cứu nhiều ở Bangladesh và miền Nam, miền Bắc Ấn Độ. Nhu cầu dinh dưỡng đối với hệ thống canh tác Lúa – ngô rất lớn, do sự hút thu dinh dưỡng của các cây trồng năng suất cao. Hiện có ít nghiên cứu về cân bằng dinh dưỡng đối với hệ thống canh tác năng suất cao và lấy đi từ đất nhiều dinh dưỡng ở Nam Á. Xây dựng, hoàn thiện và phổ biến hệ thống dinh dưỡng cây trồng thích hợp dựa trên nguyên tắc quản lý dinh dưỡng cho vùng đặc thù (Site Specific Nutrient Management – SSNM) đã được xác định ưu tiên nghiên cứu trong tương lai để tăng năng suất, lợi nhuận, và tính bền vững của hệ thống canh tác R-M.

Ở Nam Á, ngô nhanh chóng nổi lên là sự lựa chọn tốt đối với nông dân, coi đó là thành phần của hệ canh tác lúa. Động lực thúc đẩy sự thay đổi đó là do năng suất cao và lợi nhuận cao của ngô đông hoặc lúa mì đông ở Nam Á (Ali và cộng sự, 2008, 2009). Ngô cần ít nước hơn so với lúa và lúa nước và lúa mì vụ đông. Ngoài ra, trồng ngô còn được xem như một lựa chọn triển vọng trong việc giảm thiểu thạch tín - asen (As) trong khu vực sông Hằng ở Tây Bengal và Bangladesh, nơi có nhiều As trong nước và sự chuyển động của nó trong chuỗi thức ăn (đất - cây - động vật), một mối quan tâm lớn cần nghiên cứu. Ngô cũng được coi là một lựa chọn tốt hơn để đối phó với các bất thuận phi sinh vật như sự bất thuận nóng trong sản xuất lúa mì ở phía đông Ấn Độ và Bangladesh, và tình trạng khan hiếm nước ở bán đảo Ấn Độ. Ngô ít bị nhiễm sâu bệnh hơn so với lúa nước hoặc lúa mì vụ đông. Từ những ưu thế trên, cùng với sự phù hợp với cơ cấu 3 vụ cây trồng chủ lực ở Nam Á (Timsina và cộng sự, 2010) đã làm đa dạng hóa hệ thống canh tác hiện thời thành hệ canh tác lúa – ngô.

Hệ thống canh tác R-M năng suất cao lấy đi từ đất một lượng lớn dinh dưỡng khoáng. Nên quản lý dinh dưỡng hệ thống canh tác huy động dinh dưỡng như hệ R-M cần nhằm cung cấp phân bón đủ cho nhu cầu của các cây trồng thành phần, và áp dụng những phương thức thích hợp để giảm thiểu mất mát dinh dưỡng và tối đa hóa hiệu quả của sử dụng. Trong số tất cả các loại dinh dưỡng, N, P, K chiếm tỷ trọng lớn để tăng và ổn định năng suất. Tuy nhiên, hệ thống canh tác R-M năng suất cao cũng làm gia tăng các trở ngại phát sinh và hiện tượng thiếu hụt vi lượng, không những vì lượng lớn bị lấy đi mà còn do bón N. P và K với liều lượng cao để đạt năng suất cao thường dẫn đến thiếu vi lượng và các chất dinh dưỡng khác (Johnston và cộng sự, 2009).

Quản lý đạm trong hệ thống canh tác R-M đòi hỏi chú ý đặc biệt để giảm thiệt hại thất thoát ở mức tối thiểu và hiệu quả tối đa. Trong vụ gieo trồng lúa, mục tiêu quản lý phân bón là giảm thiểu mất N thông qua quá trình khử nitơ, bay hơi, và thẩm lậu N bằng cách bón sâu hoặc bón chia nhỏ để đáp ứng nhu cầu của cây và tăng hiệu quả sử dụng N. Sau đó điều kiện hiếu khí vào cuối vụ lúa sẽ có quá trình nitrat hóa của amonium mới tạo ra và đang tồn tại.

Khi gieo trồng vụ ngô tiếp theo, cần bón chia nhỏ lượng phân đạm để bổ sung vào quá trình khoáng hóa chất hữu cơ trong đất đáp ứng nhu cầu N cho cây trồng và không bị thất thoát, thậm chí trong điều kiện tưới đủ. Độ sẵn nước trong vụ khô mùa đông biến động theo hệ canh tác sinh thái R-M và sẽ quyết định năng suất vụ ngô, vì vậy quyết định nhu cầu đạm. Hiệu suất sử dụng N cao của hệ thống canh tác có thể đạt được nếu vụ ngô để lại ít N khoáng cào cuối vụ vì lượng tàn dư trong đất cao, đạm trong đất hoặc bị ức chế do cố định đạm bằng cây họ đậu như đậu xanh hoặc bị thất thoát, hoặc bị mất trong quá trình chế biến lúa gạo (Buresh và de Datta, 1991).

Lân có xu hướng tích lũy trong đất do được cố định bằng sắt (Fe) và nhôm (Al), đặc biệt là trong đất chua. Theo thời gian, số lượng lớn P có thể được cố định theo cách đó (Kirket và cộng sự, 1990), trong khi từ từ góp phần lượng P dễ tiêu trong đất. Tuy nhiên, sau lũ lụt lượng P dễ tiêu được sinh ra khá nhiều (Kirk và cộng sự, 1990) tăng nguồn cung cho lúa. Sau khi đất khô, sẽ giảm lượng lân dễ tiêu đối với ngô, một cây trồng phản ứng mạnh với phân lân ​​(Sah và Mikkelsen, 1989). Ở hệ canh tác thiếu lân, sự dịch chuyển đất khô - ướt lặp đi lặp lại trong hệ thống canh tác R-M sẽ sử dụng P nhiều, làm nghèo độ phì hơn đi.

Tăng nồng độ sắt II (Fe²⁺), mangan (Mn), và amonium (NH₄⁺) trong đất ngập nước khi trồng lúa sẽ thay thế K trong phức hợp trao đổi của dung dịch đất. Sự thay thế này, tuy nhiên, làm tạm dừng trong điều kiện không hiếu khí. Mặc dù thường có lượng K tổng số cao, dinh dưỡng K của hệ thống canh tác R-M trồng trên đất của vùng Nam Á không phải luôn luôn được đảm bảo. Điều này là do nhiều đất ngập phù sa kết cấu nặng ở Terai của Nepal và phía bắc và đông Ấn Độ, và các loại đất của Bangladesh chứa các khoáng chất K- cố định (DobeR-Mann và cộng sự, 1996, 1998). Cuối cùng, cần xem xét K đưa vào nước tưới hoặc nước mưa (DobeR-Mann và cộng sự 1998) cùng với K đưa vào từ trầm tích từ ngập nước, trong khi cần xây dựng một chiến lược quản lý K hợp lý cho các hệ thống canh tác R-M. Bón một lượng K đủ (đầu vào = đầu ra) có thể không đem lại lợi ích cho lúa và ngô trong trường hợp cây trồng ít phản ứng với K. Trong các tình huống như vậy, một số cho phép bón K dưới liều lượng duy trì (Buresh và cộng sự, 2010) dựa trên hiểu biết làm thế nào để khai thác với từng loại đất mà không bị ảnh hưởng đến độ phì đất.

Quản lý dinh dưỡng cho vùng đặc thù (SSMN) đối với hệ thống canh tác R-M

Tại Nam Á, khuyến cáo phân bón hiện nay đối với lúa gạo và ngô thường định trước tỷ lệ các loại phân cho cả vùng sản xuất rộng lớn. Tuy nhiên, sự tăng trưởng và nhu cầu các chất dinh dưỡng bổ sung của bất kỳ cây trồng nào có thể khác nhau rất nhiều giữa các ruộng, mùa vụ, và năm vì sự khác nhau về điều kiện sinh trưởng cây trồng, cây trồng, quản lý đất đai và khí hậu. SSNM đối với lúa và ngô cho phép điều chỉnh phân bón, đáp ứng nhu cầu từng cánh đồng cụ thể của loại cây trồng để bổ sung.

Nhiều bằng chứng từ các thí nghiệm SSNM ở Nam Á đang làm rõ việc ứng dụng và sự cần thiết của SSNM trong hệ thống canh tác R-M. Thí nghiệm SSNM trong hệ thống canh tác R-M ở Hyderabad, Ấn Độ, cho thấy năng suất cao nhất ở cả lúa gạo và ngô, và năng suất cao nhất thu được ở công thức SSNM (Timsina và cộng sự, 2010). Nếu không bón đạm ở công thức phân bón tối ưu thì năng suất lúa giảm khoảng 1 tấn/ha và ngô giảm 3 tấn/ha. Tương tự như trong trường hợp P và K bị thiếu, giảm năng suất tương ứng 0,8 tấn lúa/ha và 1,5 tấn ngô/ha. Điều này cho thấy N là dinh dưỡng hạn chế năng suất lớn nhất và ngô phản ứng với đạm mạnh hơn lúa, có thể do kết hợp hiệu ứng của tiềm năng năng suất ngô cao hơn lúa và đất từ điều kiện ngập nước đối với lúa chuyển thành đất hiếu khi tốt đối với ngô. Số liệu từ thí nghiệm SSMN được làm ở nhiều địa điểm trên 2 hệ thống canh tác đó là ngô – lúa mì (M-W), lúa – ngô (R-M) ở Ấn Độ (Timsina và cộng sự,2010) cho thấy sự cải thiện rõ rệt về năng suất của ngô theo SSNM so với khuyến cáo chung. Các ô không bón N, P hoặc K cũng bộc lộ sự khác biệt khả năng cung cấp dinh dưỡng trong đất ở các điểm nghiên cứu (nông nghiệp sinh thái). Các tác giả gợi ý rằng phản ứng của cây với lượng phân bón cũng như lượng dinh dưỡng lấy đi qua một vụ canh tác phải trở thành tiêu chí để khuyến cao theo các kịch bản không phản ứng hay phản ứng ở mức độ nào đó.

 Ở hai huyện phía Tây Bắc Bangladesh, năng suất hạt của các trang trại theo SSNM ở vụ ngô nhờ nước trời Rabi năng suất phản ứng với mức bón thêm N (Bảng 1).

Tiềm năng sản xuất lương thực dựa trên hệ canh tác lúa ở Dinajpur, Bangladesh (Pasuquin, 2007)

Bảng 1. Năng suất hạt (t/ha) ngô đông ở trang trại của các điểm thí nghiệm theo SSNM ở Bangladesh

Nguồn: Timsina cộng sự (2010)

Năng suất của các công thức không bón (N, P, K) biến động lớn theo ruộng của nông dân trong cùng huyện và cũng khác nhau nhiều giữa 2 huyện, chứng tỏ biến động lớn về khả năng cung cấp dinh dưỡng trong đất. Năng suất ở công thức không bón đạm rất thấp. Tuy nhiên, ở công thức P thấp và K thấp, năng suất của chúng xấp xỉ với công thức bón đủ NPK, chứng tỏ ngô phản ứng rõ với bón thêm N, và ít phản ứng với P và K do biến thiên nguồn cung trong đất. Độ biến động lớn về phản ứng với lượng N, P, K bón qua các vùng sinh thái nông nghiệp gợi ý sự cần thiết phải thực hiện SSNM để cải thiện năng suất của hệ canh tác R-M cũng như từng cây trong hệ đó.

Năng suất ngô ở công thức không bón N giảm mạnh có thể liên đới đến hàm lượng chất hữu cơ trong đất (SOM) do làm đất khô thoáng khí trên đất sau vụ lúa ngập nước (Pampolino và cộng sự 2010), có thể cần làm đất tối thiểu hoặc không làm đất trồng ngô với tàn dư giữ lại từ vụ lúa trước. Timsina và cộng sự (2010) giả thiết rằng trồng ngô sau vụ lúa làm đất tối thiểu hoặc không làm đất, và duy trì tàn dư cây trồng, có thể giúp bảo tồn SOM và duy trì độ phì của đất nếu quản lý dinh dưỡng được cải tiến. Thí nghiệm đang được tiến hành ở Nam Á, đặc biệt ở Ấn Độ và Bangladesh, so sánh ngô với lúa theo canh tác truyền thống, làm đất tối thiểu và không làm đất trong hệ thống canh tác R-M để chuẩn hóa quy trình quản lý chất dinh dưỡng.

Ước tính nhu cầu phân bón cho hệ thống R-M

Giống ngô lai trồng vụ đông ở Nam Á có thể đạt năng suất hạt từ 10 - 12 tấn/ha, với lượng sinh khối (không hạt) tương đương như vậy nữa. Với mỗi vụ sinh khối như vậy mỗi ha ngô lấy đi từ đất 200 kg N, 30 kg P, 167 kg K, và 42S kg (BARC, 2005). Nghiên cứu hệ thống canh tác R-M ở Bangladesh thể hiện lượng cân bằng theo chiều giảm N và K (Tương ứng 120-134 kg và 80-109 kg/ha), với cân bằng P theo chiều dương (Ali và cộng sự, 2008, 2009). Vì thế nhu cầu dinh dưỡng của hệ thống thâm canh R-M phải gắn với năng suất có thể đạt được ở từng loại cây thành phần cơ cấu (Yat). Buresh và Timsina (2008), ứng dụng mô hình mô phỏng cây trồng cho lúa và ngô, cho thấy năng suất hàng năm đạt được rất cao ở hệ canh tác R-M (17,3 t / ha), cao hơn so với hệ thống lúa gạo (R-R) (14,1 tấn / ha), gợi ý dinh dưỡng lấy đi từ đất nhiều và cần thiết bón thêm phân cho hệ R-M hơn là R-R (lúa – lúa) vì hệ canh tác này đạt đến tiềm năng cực đại. Mô hình ngô ước lượng đạt 11,1 tấn/ha, thực sự cao hơn nông dân báo cáo (8 t/ha), chứng tỏ cơ hội tăng năng suất ngô trong tương lai, thông qua cải thiện cây trồng và cải thiện quản lý dinh dưỡng. Năng suất ước lượng có thể sau đó dùng để đánh giá nhu cầu phân bón vì sự đa dạng hệ thống canh tác, mức độ thâm canh, và tăng năng suất.

Tương tự như vậy, Pasuquin và cộng sự(2007) đã chứng minh sự đa dạng hóa từ hệ thống canh tác lúa – lúa (R-R) hoặc hệ thống lúa – lúa mì (R-W) có thể ảnh hưởng đến sử dụng phân bón ở Bangladesh. Không thể sản xuất cây gì khác ngoài lúa gạo vào mùa hè (T.aman) trong mùa mưa, vì thế thay đổi tiềm năng năng suất phụ thuộc vào trông trọt ở vụ tiếp theo. Tiềm năng sản lượng cao đối với hệ thống canh tác R-M với khoảng 25 tấn hạt/ha/năm, tiếp theo là R-R (20 t/ha/năm) và hệ thống R- W (14 tấn/ha/năm) (Hình 1). Vì năng suất cây trồng có liên quan trực tiếp đến lượng chất dinh dưỡng hấp thu bởi cây trồng. Tiêu thụ phân bón được dự đoán sẽ tăng khi nông dân chuyển đổi từ hệ thống canh tác R-R hoặc hệ thống R-W sang hệ thống canh tác R-M do nhu cầu phân bón tăng cao để đạt mức sản lượng cao hơn. Dịch chuyển từ cây trồng này sang cây trồng khác xem ra có ảnh hưởng đến nhu cầu phân bón, nên khi chuyển từ cơ cấu 1 vụ thành 2 vụ, 2 vụ thành 3 vụ canh tác, sẽ dẫn đến tăng tiêu thụ phân bón để đáp ứng nhu cầu cũng như năng suất của nông dân tăng lên.

Xác định ưu tiên nghiên cứu quản lý dinh dưỡng cho hệ thống canh tác R-M

Canh tác ngô trở nên phổ biến và phát triển mạnh ở Nam Á, đặc biệt là ở Bangladesh và Nam Ấn Độ. Vấn đề đặt ra là làm thế nào để duy trì năng suất của hệ thống canh tác R-M thông qua chiến lược quản lý tổng hợp được độ phì đất. Độc canh sản xuất ngô lai năng suất cao sẽ dẫn đến cạn kiệt nhanh chóng khoáng chất dinh dưỡng từ đất vì cây ngô hấp thu chất dinh dưỡng nhiều hơn so với các loại ngũ cốc khác như lúa gạo hoặc lúa mì.

Chiến lược SSNM cho lúa và ngô, riêng từng cây, nay đã được xác lập rõ ràng (Fairhurst và cộng sự, 2007; Witt và cộng sự, 2007). Nghiên cứu và chuyển giao trong tương lai cần tập trung vào xây dựng những nguyên tắc SSNM cho hệ thống canh tác R-M về mục tiêu năng suất, nhu cầu cây trồng, hàm lượng dinh dưỡng trong đất, và độ phì đất còn tàn dư cây trồng trước. Hệ thống hỗ trợ quyết định (DSS) dựa trên những nguyên tắc xây dựng ở giai đoạn sau sẽ giúp nông dân và các cán bộ chỉ đạo khuyến nông áp dụng chiến lược SSNM cho các hệ thống canh tác R -M. Như vậy, DSS được gọi là quản lý dinh dưỡng (Buresh và cộng sự, 2010) và chuyên gia dinh dưỡng (Witt và cộng sự, 2009), đối với ngũ cốc ở Nam Á, đang ở giai đoạn hình thành và đánh giá.

Tuy nhiên, cần phải hiểu thêm về phạm vi và tốc độ suy giảm chất dinh dưỡng và sự thoái hóa lý tính của đất trong hệ thống thâm canh R-M ở Nam Á. Để đạt được sản lượng ngũ cốc, thậm chí cao hơn năng suất tiềm năng đòi hỏi một lượng phân bón lớn quản lý tốt hơn và quản lý tổng thể đất tốt hơn. Cần có các thí nghiệm quản lý dinh dưỡng ở trang trại nhằm tối ưu hóa lúa cao sản / ngô cao sản để hiểu được làm thế nào quản lý hệ thống canh tác ấy có thể đáp ứng các yêu cầu của lúa và ngô ở Nam Á trên cơ sở nguồn tài nguyên độ phì đất thấp.

                                                                        Biên dịch : Đinh Thị Hương – Lê Quý Kha.