Sau hơn 9.000 năm canh tác, lúa hàng năm hiện đã có sẵn như một loại cây lâu năm có tuổi thọ cao. Sự tiến bộ này có nghĩa là nông dân có thể gieo trồng chỉ một lần và thu hoạch tới tám vụ mà không phải hy sinh năng suất, một bước thay đổi quan trọng liên quan đến việc “phân phối lại” hoặc cắt giảm lúa hàng năm để thu hoạch vụ thứ hai, yếu hơn.
>> Tham khảo: Photon nhỏ nhất thế giới trong vật liệu điện môi.
Một báo cáo mới trên tạp chí Nature Sustainability ghi lại kết quả nông học, kinh tế và môi trường của việc trồng lúa lâu năm trên khắp tỉnh Vân Nam của Trung Quốc.
Hiện tại, cây trồng được trang bị lại đang thay đổi cuộc sống của hơn 55.752 nông dân sản xuất nhỏ ở miền nam Trung Quốc và Uganda.
“Nông dân đang áp dụng giống lúa lâu năm mới vì nó mang lại lợi ích kinh tế cho họ. Nông dân ở Trung Quốc, giống như mọi nơi khác, đang già đi.
Mọi người đều đến thành phố, những người trẻ tuổi đang chuyển đi nơi khác. Trồng lúa tốn nhiều công sức và chi phí Erik Sacks, giáo sư tại Khoa Khoa học Cây trồng tại Đại học Illinois và đồng tác giả của báo cáo cho biết, nhờ không phải gieo trồng hai lần một năm, họ tiết kiệm được rất nhiều thời gian và công sức.
>> Tham khảo: Kỹ thuật mang tính cách mạng để tạo ra hydro hiệu quả hơn từ nước.
Sacks, cùng với tác giả cấp cao Fengyi Hu và Dayun Tao, bắt đầu làm việc để phát triển lúa lâu năm vào năm 1999 với sự hợp tác giữa Viện Khoa học Nông nghiệp Vân Nam và Viện Nghiên cứu Lúa gạo Quốc tế.
Trong những năm tiếp theo, dự án đã phát triển bao gồm Đại học Illinois, Đại học Vân Nam và Đại học Queensland. Một đối tác khác, The Land Institute, đã cung cấp kiến thức chuyên môn về sinh thái nông nghiệp và nhân giống ngũ cốc lâu năm, cùng với tài trợ hạt giống để đảm bảo tính liên tục của dự án.
Các nhà nghiên cứu đã phát triển giống lúa lâu năm thông qua lai tạo, lai giống lúa hàng năm được thuần hóa ở châu Á với giống lúa lâu năm hoang dã từ Châu Phi.
Tận dụng các công cụ di truyền hiện đại để đẩy nhanh quá trình, nhóm nghiên cứu đã xác định được giống lai đầy triển vọng vào năm 2007, trồng thử nghiệm trên diện rộng vào năm 2016 và cho ra đời giống lúa lâu năm thương mại đầu tiên, PR23, vào năm 2018.
>> Tham khảo: Sự tiến hóa của rễ cây có thể đã dẫn đến sự tuyệt chủng hàng loạt.
Nhóm nghiên cứu quốc tế đã dành 5 năm để nghiên cứu hiệu suất của lúa lâu năm cùng với lúa hàng năm tại các trang trại trên khắp tỉnh Vân Nam.
Với một vài trường hợp ngoại lệ, năng suất lúa lâu năm [6,8 megagram/ha] tương đương với lúa hàng năm [6,7 megagram/ha] trong bốn năm đầu tiên.
Năng suất bắt đầu giảm vào năm thứ năm do nhiều yếu tố khác nhau, khiến các nhà nghiên cứu khuyến nghị gieo lại lúa lâu năm sau bốn năm.
Nhưng vì họ không phải gieo trồng mỗi mùa nên nông dân trồng lúa lâu năm đã sử dụng lao động ít hơn gần 60% và chi gần một nửa cho hạt giống, phân bón và các yếu tố đầu vào khác.
Sacks cho biết: “Việc giảm lao động, thường do phụ nữ và trẻ em thực hiện, có thể được thực hiện mà không cần thay thế bằng thiết bị chạy bằng nhiên liệu hóa thạch, đây là một cân nhắc quan trọng khi xã hội hướng tới mục tiêu cải thiện sinh kế đồng thời giảm phát thải khí nhà kính liên quan đến sản xuất nông nghiệp”.
Lợi ích kinh tế của lúa lâu năm khác nhau giữa các địa điểm nghiên cứu, nhưng lợi nhuận dao động từ 17% đến 161% so với lúa hàng năm.
>> Tham khảo: Một phức hợp protein từ tế bào gốc thực vật điều chỉnh sự phân chia và phản ứng của chúng với căng thẳng.
Ngay cả ở những vùng và những năm mà lúa lâu năm bị giảm năng suất tạm thời do sâu bệnh, nông dân vẫn thu được lợi nhuận kinh tế cao hơn so với trồng cây hàng năm.
“Vụ đầu tiên đó, khi họ trồng lúa hàng năm và lúa lâu năm cạnh nhau, về cơ bản mọi thứ đều giống nhau. Năng suất như nhau, chi phí như nhau, không có lợi thế,” Sacks nói.
“Nhưng vụ thứ hai và mọi vụ tiếp theo đều được giảm giá rất nhiều, vì bạn không phải mua hạt giống, không phải mua nhiều phân bón, không cần nhiều nước và không cần phải cấy lúa đó. Đó là một lợi thế lớn.”
Tránh làm đất hai lần một năm, canh tác lúa lâu năm cũng mang lại những lợi ích đáng kể về môi trường. Nhóm nghiên cứu đã ghi nhận carbon hữu cơ trong đất cao hơn và nitơ được lưu trữ trong đất trồng lúa lâu năm. Các thông số chất lượng đất bổ sung cũng được cải thiện.
“Các loại cây hàng năm năng suất cao hiện đại thường đòi hỏi phải loại bỏ hoàn toàn thảm thực vật hiện có để thiết lập và thường đòi hỏi đầu vào chính là năng lượng, thuốc trừ sâu và phân bón.
Sự kết hợp giữa xáo trộn đất lặp đi lặp lại và đầu vào cao có thể phá vỡ các dịch vụ hệ sinh thái thiết yếu theo những cách không bền vững, đặc biệt là đối với đất,” Hu, giáo sư và trưởng khoa tại Trường Nông nghiệp tại Đại học Vân Nam nói.
“Lúa lâu năm không chỉ mang lại lợi ích cho nông dân bằng cách cải thiện hiệu quả lao động và chất lượng đất mà còn giúp bổ sung các hệ thống sinh thái cần thiết để duy trì năng suất trong thời gian dài.”
>> Tham khảo: Giảm thiểu tác động môi trường của thuốc diệt cỏ.
Một phần khác của nghiên cứu đã đánh giá khả năng chịu nhiệt độ thấp của lúa lâu năm, với mục tiêu dự đoán vùng phát triển tối ưu của nó trên khắp thế giới.
Mặc dù khả năng tiếp xúc đáng kể với thời tiết lạnh hạn chế quá trình tái sinh, nhóm nghiên cứu dự đoán cây trồng có thể hoạt động ở nhiều địa điểm không có sương giá.
Mặc dù họ đã tiến hành thử nghiệm tại trang trại và đưa ra ba giống lúa lâu năm dưới dạng sản phẩm thương mại ở Trung Quốc và một ở Uganda, nhưng các nhà nghiên cứu vẫn chưa hoàn thành việc cải tiến cây trồng.
Họ có kế hoạch sử dụng các công cụ di truyền hiện đại tương tự để nhanh chóng đưa các đặc điểm mong muốn như hương thơm, khả năng kháng bệnh và khả năng chịu hạn vào cây trồng mới, có khả năng mở rộng phạm vi tiếp cận trên toàn cầu.
“Mặc dù những phát hiện ban đầu về lợi ích môi trường của lúa lâu năm rất ấn tượng và đầy hứa hẹn, nhưng cần có nhiều nghiên cứu và tài trợ hơn để hiểu được toàn bộ tiềm năng của lúa lâu năm,” Tim Crews, Nhà khoa học trưởng tại Viện Đất đai và đồng tác giả nghiên cứu cho biết.
“Các câu hỏi về khả năng hấp thụ và tính bền vững của các-bon và cân bằng khí nhà kính trong các hệ thống trồng lúa nước lâu năm vẫn còn. Các nhà nghiên cứu cũng phải đạt được tiến bộ trong việc trồng lúa nương lâu năm, điều này có thể hạn chế xói mòn đất rất không bền vững trên các vùng đất nông nghiệp trên khắp Đông Nam Á.
>> Tham khảo: Mạch sinh học tổng hợp có thể phản hồi trong vòng vài giây.
Như công trình nghiên cứu của nhóm Tiến sĩ Hu tại Đại học Vân Nam tiến bộ, Viện Đất đai và một mạng lưới cộng tác viên ngày càng phát triển sẽ tiếp tục hỗ trợ những nỗ lực nghiên cứu và nhân rộng này cho cây lúa lâu năm trên toàn cầu.”
Sacks nói thêm: “Tôi nghĩ bây giờ, với lúa lâu năm trên ruộng của nông dân, chúng ta đã có một bước ngoặt. Chúng ta đã nuôi sống nhân loại bằng cách trồng những loại ngũ cốc này hàng năm kể từ buổi bình minh của nông nghiệp, nhưng đó không nhất thiết là cách tốt hơn.
Bây giờ chúng ta có thể lựa chọn một cách có ý thức để tạo ra một vụ mùa tốt hơn, một nền nông nghiệp tốt hơn, bền vững hơn. Chúng ta có thể sửa chữa những sai lầm của lịch sử.”
