Nghiên cứu ảnh hưởng của liều lượng đạm đến hiệu quả sử dụng đạm của các giống lúa mới năng suất cao - Trịnh Thị Sen

109 TẠP CHÍ KHOA HỌC, Đại học Huế, Số 67, 2011 NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA LIỀU LƯỢNG ĐẠM ĐẾN HIỆU QUẢ SỬ DỤNG ĐẠM CỦA CÁC GIỐNG LÚA MỚI NĂNG SUẤT CAO Trịnh Thị Sen, Trần Văn Tý Trường Đại học Nông Lâm, Đại học Huế TÓM TẮT Nghiên cứu được thực hiện trên đồng ruộng với 3 lượng bón đạm trên hai giống lúa năng suất cao Momiroman và Nipponbare tại Nhật Bản trong vụ Hè Thu 2009. Kết quả nghiên cứu cho thấy khi tăng lượng đạm bón đã làm giảm tất cả các chỉ tiêu liên quan đến hiệu quả sử dụng đạm và nhìn chung hiệu quả sử dụng đạm của giống lúa mới năng suất cao “Momiroman” là cao hơn so với giống đối chứng “Nipponbare”. Tuy nhiên, hiệu quả sinh khối của đạm (BEN) ở giống Momiroman thấp hơn so với giống Nipponbare, ngoại trừ ở mức bón đạm 2N. Ngược lại, hiệu quả sử dụng đạm đầu vào (IEN) của giống Momiroman là cao hơn giống Nipponbare. So với giống đối chứng, hiệu quả thu hồi đạm của giống Momiroman là thấp hơn nhưng khi tăng mức bón đạm từ 1N đến 2N, hiệu quả thu hồi đạm của giống Momiroman chỉ giảm 7,8 % trong khi đó giống Nipponbare là 18,5 %. Hiệu quả nông học của đạm ở giống Momiroman tại mức bón 1N là cao hơn so với giống Nipponbare, nhưng thấp hơn ở mức bón 2N. Hiệu suất phân đạm của giống Momiroman là cao hơn so với giống Nipponbare ở cả 2 mức bón, ở mức bón 1N cao hơn 40,5 g/g và 2N là 9,0 g/g. Tăng liều lượng bón đạm đã làm giảm hiệu quả sinh khối của đạm ở tất cả các thời kỳ sinh trưởng của cả hai giống. Bón đạm đã cải thiện rõ hiệu quả quang hợp của đạm và giống Momiroman có hiệu quả quang hợp của đạm cao hơn giống Nipponbare. Từ khóa: Hiệu quả sử dụng đạm, lượng bón, Momiroman, Nipponbare. 1. Đặt vấn đề Lúa (Oryza Sativa L.) là cây lương thực quan trọng trên thế giới, đồng thời là nguồn lương thực chính của người dân tại vùng Đông Nam Á, và hiện tại có hơn một nửa dân số trên thế giới sống còn nhờ vào cây lương thực này (Manzoor và đồng tác giả, 2006). Trong các yếu tố dinh dưỡng cần thiết với cây trồng thì đạm là một trong những nguyên tố dinh dưỡng hạn chế lớn nhất đến năng suất lúa. Do đó quản lý dinh dưỡng đạm được xem là vấn đề then chốt để đạt năng suất cao. Trong các nghiên cứu liên quan đến cây lúa, các nhà khoa học đã đầu tư nhiều thời gian và công sức để nghiên cứu về quản lý dinh dưỡng đạm hơn là các yếu tố dinh dưỡng khác, bởi vì nó mang lại hiệu quả 110 cao hơn trong đầu tư phân bón (Dawson và đồng tác giả, 2008). Rosegrant và đồng tác giả (2001) cho rằng tổng nhu cầu về lúa gạo sẽ tiếp tục gia tăng trên thế giới, với tốc độ hàng năm khoảng 1%. Do đó đòi hỏi phải mở rộng diện tích đất canh tác hàng năm hoặc thâm canh tăng vụ để tăng năng suất lúa từ 5.3 tấn/ha ở thời điểm hiện tại lên 7.0 tấn/ha để đáp ứng nhu cầu lương thực vào năm 2020. Theo ước tính, nếu như năng suất lúa bình quân 7.0 tấn/ha thì nhu cầu đạm của nó sẽ là 200 kg N/ha ((Dobermann, 2000; Dobermann và đồng tác giả 2003). Phân hóa học đóng vai trò quan trọng trong vấn đề tăng năng suất lúa, đặc biệt là phân đạm. Tuy nhiên, hệ số sử dụng đạm của lúa ở Châu Á nhìn chung là thấp, khoảng từ 30 đến 50% (Prasad và DeDatta, 1979; Cassman và đồng tác giả 1993, 1996a; Panda và đồng tác giả 1995). Vì vậy, nâng cao hiệu quả sử dụng đạm là một mục tiêu quan trọng cho sản xuất lúa, đặc biệt đối với các giống lúa năng suất cao. Momiroman là một giống lúa mới năng suất cao vừa được lai tạo thành công và đưa vào trong sản xuất tại Nhật Bản năm 2008. Năng suất của giống này đạt trên 9 tấn/ha trong điều kiện thuận lợi. Vì vậy, các nghiên cứu gần đây tại Nhật Bản đang tập trung vào xác định ảnh hưởng của liều lượng đạm đến các chỉ tiêu sinh trưởng, phát triển và năng suất của giống lúa này nhằm tăng năng suất hơn nữa. Để giảm tải tình trạng sử dụng phân đạm hóa học quá cao, làm cho hiệu quả đầu tư trong sản xuất giảm xuống, ảnh hưởng đến chất lượng nông sản phẩm cũng như chất lượng môi trường đất và nước thì nghiên cứu nâng cao hiệu quả sử dụng đạm trong sản xuất lúa là một trong những vấn đề cần thiết nhằm nâng cao hiệu quả sản xuất lúa và góp phần cải thiện chất lượng môi trường ngày càng tốt hơn. 2.Vật liệu và phương pháp nghiên cứu 2.1.Vật liệu nghiên cứu - Giống: Hai giống lúa Momiroman và Nipponbare được sử dụng trong thí nghiệm, với giống Nipponbare làm đối chứng. Đây là hai giống lúa lai năng suất cao của Nhật Bản, giống Nipponbare được lai tạo vào năm 1990 và Momiroman được lai tạo vào năm 2008. - Phân bón: Sử dụng phân đạm phân giải chậm có tên gọi là đạm 100 ngày (N fertilizer with 100 days) cùng với phân lân Supe và Kaliclorua. 2.2. Địa điểm và thời gian - Địa điểm: Thí nghiệm đồng ruộng được tiến hành tại trung tâm thực nghiệm của Trường Đại học Okayama, Nhật Bản. - Thời gian: Thí nghiệm được gieo trồng trong vụ Hè Thu năm 2009. 111 2.3. Phương pháp nghiên cứu 2.3.1. Công thức và phương pháp bố trí thí nghiệm Thí nghiệm gồm ba mức đạm trên nền 80kg K20 và 80 kgP205/ha trên hai giống lúa trên. - Mức 1: 0 kgN/ha (0N) - Mức 2: 80 kgN/ha (1N) - Mức 3: 160 kgN/ha (2N) Đạm được bón lót một lần cùng với lân và kali trước khi cấy Thí nghiệm được bố trí theo phương pháp khối hoàn toàn ngẫu nhiên (RCBD) với ba lần lặp lại lại, mỗi mức bón là một ô. Diện tích mỗi ô thí nghiệm 34 m2. 2.3.2. Các chỉ tiêu nghiên cứu - Hiệu quả sinh khối của đạm (BEN) = BY/AN - Hiệu quả sử dụng đạm đầu vào (IEN) = GY/AN - Hiệu quả thu hồi của đạm tại mức bón 1N (RE1N) = (A1N- A0N)/APN - Hiệu quả thu hồi của đạm tại mức bón 2N (RE2N) = (A2N- A0N)/APN - Hiệu quả nông học của đạm tại mức bón 1N (AE1N) = GY1-GY0/INA - Hiệu quả nông học của đạm tại mức bón 2N (AE2N) = GY2-GY0/INA - Hiệu suất phân đạm (PFPN) = GY/APN - Hiệu quả quang hợp của đạm (PEN) = CER/LNC Trong đó: BY: Năng suất sinh khối (g/m2), AN: Đạm tích lũy (g/m2), A0N: Đạm tích lũy tại mức bón 0kg/ha (g/m2), A1N: Đạm tích lũy tại mức bón 80kg/ha (g/m2), A2N: Đạm tích lũy tại mức bón 160 kg/ha (g/m2), APN: Lượng đạm bón, INA: Lượng đạm bón tăng lên (g m -2), GY: Năng suất (g m-2), GY0: Năng suất tại mức bón 0 kgN/ha (g m-2), GY1: Năng suất tại mức bón 80 kgN/ha (g m-2), GY2: Năng suất tại mức bón 160 kgN/ha (g m -2 ), CER: Tốc độ quang hợp (µmol/m2/s), LNC: Hàm lượng đạm trong lá (mgN/dm2). 2.3.3. Phương pháp theo dõi các chỉ tiêu nghiên cứu - Năng suất sinh khối (BY): Lấy mẫu trên 1m2 (20 khóm) của các lần nhắc ở các mức bón đạm lúc thu hoạch. Phơi khô mẫu và cân trọng lượng để tính năng suất sinh khối. - Năng suất hạt được tính theo công thức sau: 112 Năng suất = (100 - hàm lượng nước trong hạt) (100 - 14,5) × Trọng lượng hạt - Đạm tích lũy (AN) = Năng suất sinh khối × hàm lượng đạm trong cây Hàm lượng trong cây được phân tích bằng máy CN-Corder (MT-700, Yanaco Industry) - Tốc độ quang hợp (CER): được đo bằng máy đo quang hợp xách tay (CIRAS-1, Koio Industry) - Hàm lượng đạm trong lá (LNC) được tính theo công thức sau: LNC = Hàm lượng đạm Diện tích lá 3. Kết quả nghiên cứu và thảo luận 3.1. Ảnh hưởng của liều lượng đạm đến hiệu quả sinh khối của đạm, hiệu quả sử dụng đạm đầu vào, hiệu quả thu hồi đạm, hiệu quả nông học của đạm và hiệu suất phân đạm Kết quả theo dõi được thể hiện qua bảng 1. Bảng 1. Ảnh hưởng của liều lượng đạm đến một số chỉ tiêu liên quan đến hiệu quả sử dụng đạm của lúa Giống Lượng N (kg/ha) Năng suất sinh khối (g/m 2 ) Năng suất hạt (g/m 2 ) N tích lũy (g/m 2 ) Hiệu quả sinh khối sử dụng N (g/g) Hiệu quả đầu vào sử dụng N (g/g) Hiệu quả thu hồi N (%) Hiệu quả nông học của N (g/g) Hiệu suất phân N (g/g) Nipponbare 0 (0N) 1.146,4 488 7,4 154,3 65,7 - - - 80 (1N) 1.613,5 590 13,8 116,6 42,6 80,1 12,7 73,7 160 (2N) 1.538,7 656 17,3 89,0 38,0 61,6 10,5 41,0 Momiroma n 0 (0N) 1.577,7 713 11,0 143,5 64,9 - - - 80 (1N) 1.799,4 914 16,1 111,7 56,7 63,9 25,1 114,2 160 (2N) 1.820,8 799 20,0 91,2 40,0 56,1 5,4 50,0 Nguồn biến động ANOVA Lượng N (A) ns ** ** ** ** ** ** ** Giống (B) ns ** ns ns * ns ** ** A*B * ns ns ns * ns ns * **: Sai khác có ý nghĩa tại mức 0,01. 113 *: Sai khác có ý nghĩa tại mức 0,05. ns: Sai khác không có ý nghĩa tại mức 0,05. Kết quả bảng 1 cho thấy: Khi tăng lượng đạm bón đã không tăng hiệu quả sinh khối của đạm và hiệu qủa sử dụng đạm đầu vào và nhìn chung hiệu quả sử dụng đạm của giống Momiroman là cao hơn Nipponbare. Hiệu quả sinh khối của đạm ở giống Momiroman tại các mức bón đạm là: 143,5 (0N), 111,7 (1N) và 64,9 g/g (2N) và giống Nipponbare là 154,3 (0N), 116,6 (1N) và 89,0 g/g (2N). Hiệu quả sử dụng đạm đầu vào của giống Momiroman đạt 64,9 g/g tại mức bón 0N, 56,7 g/g tại mức bón 1N và 40,0 g/g tại mức bón đạm cao nhất (2N) và tương tự như vậy với giống Nipponbare đạt lần lượt là 65,7 g/g (0N), 42,6 g/g (1N) và 38,0 g/g (2N). Jiang và đồng tác giả (2004), Peng và đồng tác giả (2006) cho rằng nếu như tăng lượng đạm quá cao sẽ dẫn đến giảm hiệu quả sinh khối của đạm và hiệu quả sử dụng đạm đầu vào. Có sự sai khác có ý nghĩa về hiệu qủa thu hồi của đạm (REN) giữa mức bón 1N và 2N trên cả hai giống lúa nghiên cứu. REN tại mức bón 1N cao hơn 2N ở cả hai giống, giống Momiroman đạt 63,9 % (1N) và 56,1% (2N), giống Nipponbare đạt 80,1 % (1N) và 61,6% (2N). Kết quả này chỉ ra rằng, tại mức bón đạm cao hơn, REN đạt thấp hơn. REN của Momiroman là thấp hơn Nipponbare tại cả hai mức bón, bởi vì đạm tích lũy ở mức bón 0N của Momiroman là cao hơn so với Nipponbare. Kết quả nghiên cứu của Doberman và đồng tác giả (2002), Peng và đồng tác giả (2006) đã cho thấy rằng khi tăng lượng đạm thì năng suất bình quân tăng từ 11 đến 40% và REN tăng từ 31 đến 40%. Kết quả nghiên cứu của chúng tôi chỉ phù hợp với trường hợp thứ nhất. Hiệu quả nông học của đạm (AEN) giảm có ý nghĩa (P<0,01) khi tăng lượng đạm và ở mức bón 1N, giống Momiroman có AEN lớn hơn giống Nipponbare nhưng thấp hơn tại mức bón 2N do giảm năng suất. Kết quả này là phù hợp với những nghiên cứu trước đó của Peng và đồng tác giả (2006), Haefele và đồng tác giả (2008). Như vậy, kết quả nghiên cứu này cho thấy AEN là khá tốt và kết quả này là tương tự với nghiên cứu của Dobermann và Faihurst (2000). Tương tự như AEN, hiệu suất phân đạm (PFPN) giảm khi tăng lượng đạm bón và PFPN của giống Momiroman là cao hơn so với giống Nipponbare. Điều này có nghĩa là tăng lượng N bón đã làm tăng năng suất nhưng tốc độ tăng ở mức bón 1N là cao hơn mức bón 2N và ở giống Momiroman lớn hơn giống Nipponbare. Tại mức bón 1N, giống Momiroman có PFPN cao hơn giống Nipponbare là 40,5 g/g và tại mức bón 2N là 9,0 g/g. 3.2. Ảnh hưởng của liều lượng đạm đến hiệu quả sinh khối của đạm ở một số thời kỳ sinh trưởng, phát triển của lúa Hiệu quả sinh khối sử của đạm là một trong những chỉ tiêu quan trọng trong đánh giá hiệu quả sử dụng đạm của cây. Kết quả nghiên cứu được thể hiện ở bảng 2. 114 Bảng 2. Ảnh hưởng của liều lượng đạm đến hiệu quả sinh khối của đạm ở một số thời kỳ sinh trưởng, phát triển của lúa Đơn vị: g/g Giống Lượng N bón (kg/ha) Thời kỳ sinh trưởng Mạ Làm đòng Trỗ Vào chắc Nipponbare 80 (1N) 34,0 100,0 131,5 154,3 160 (2N) 28,8 76,8 109,4 133,5 Momiroman 80 (1N) 30,2 82,3 124,5 160,0 160 (2N) 58,6 71,6 117,0 142,3 Đồ thị. Hiệu quả sinh khối của đạm tại các mức bón đạm khác nhau. 0 40 80 120 160 200 Mạ Làm đòng Trỗ Vào chắc Các thời kỳ sinh trưởng H iệ u q u ả si n h k h ối c ủ a đ ạm ( g g-1 ) Nipponbare 1N Nipponbare 2N Momiroman 1N Momiroman 2N Đồ thị. Hiệu quả sinh khối của đạm tại các mức bón đạm khác nhau. Số liệu ở bảng 2 và đồ thị cho thấy: Khi tăng liều lượng đạm đã làm giảm hiệu quả sinh khối của đạm (BEN) ở tất cả các thời kỳ sinh trưởng của cả hai giống lúa. Tuy nhiên, cũng có sự khác nhau về BEN ở các lượng đạm bón cũng như giữa hai giống. Nhìn chung, tại mức bón 1N giống Nipponbare có BEN lớn hơn giống Momiroman ở tất cả các thời kỳ sinh trưởng, ngoại trừ thời kỳ vào chắc. BEN của giống Momiroman tại mức bón 1N ở thời kỳ vào chắc là 160 g/g và Nipponbare là 154,3 g/g. Điều này cũng có thể được giải thích rằng lượng đạm tích lũy trong cây tại mức bón 1N của giống Momiroman là thấp hơn giống Nipponbare tại thời kỳ vào chắc. Ngược lại, tại mức bón 2N giống Momiroman có BEN lớn hơn giống Nipponbare ở tất cả các thời 115 kỳ sinh trưởng, ngoại trừ thời kỳ làm đòng. BEN tại mức bón 2N ở thời kỳ làm đòng của giống Momiroman và giống Nipponbare lần lượt là: 71,7 và 76,8 g/g. Tóm lại, BEN giảm khi tăng lượng đạm bón là do tăng hàm lượng đạm tích lũy trong cây. 3.3. Ảnh hưởng của liều lượng đạm đến hiệu quả quang hợp của đạm ở một số thời kỳ sinh trưởng, phát triển của lúa Bảng 3. Ảnh hưởng của liều lượng đạm đến hiệu quả quang hợp của đạm (PEN) ở một số thời kỳ sinh trưởng, phát triển của lúa Đơn vị: µmol/s Giống Lượng N bón (kg/ha) Thời kỳ sinh trưởng Làm đòng Trỗ Vào chắc Chín Nipponbare 80 (1N) 6,2 2,7 3,0 1,1 160 (2N) 5,4 3,9 3,5 1,4 Momiroman 80 (1N) 5,6 4,6 3,7 3,0 160 (2N) 5,3 4,6 4,2 4,0 Nguồn biến động ANOVA Lượng N (A) ns * ns * Giống (B) ** ** * ** A*B ns ns ns ns **: Sai khác có ý nghĩa tại mức 0,01. *: Sai khác có ý nghĩa tại mức 0,05. ns: Sai khác không có ý nghĩa tại mức 0,05. Kết quả ở bảng 3 cho thấy: Hiệu quả quang hợp của đạm (PEN) đã giảm theo các thời kỳ sinh trưởng, phát triển. Nhìn chung, PEN tại mức bón 2N là cao hơn 1N, ngoại trừ thời kỳ làm đòng và giống Momiroman có PEN lớn hơn giống Nipponbare. 4. Kết luận - Tăng lượng đạm bón đã làm giảm tất cả các chỉ tiêu liên quan đến hiệu quả sử dụng đạm của lúa. + Hiệu quả sinh khối của đạm ở giống Momiroman là thấp hơn giống Nippobare tại mức bón 0N và 1N nhưng cao hơn mức bón 2N. + Hiệu quả đầu vào của đạm ở giống Momiroman cao hơn giống Nipponbare tại mức bón 1N và 2N nhưng thấp hơn ở mức không bón (0N). 116 + Tại mức bón 1N, hiệu quả nông học của đạm ở giống Nipponbare là nhỏ hơn giống Momiroman nhưng lại cao hơn tại mức bón 2N. + Hiệu quả thu hồi đạm của giống Nipponbare cao hơn giống Momiroman và hiệu suất phân đạm của giống Momiroman cao hơn giống Nipponbare. - Tăng liều lượng đạm đã làm giảm hiệu quả sinh khối của đạm ở tất cả các thời kỳ sinh trưởng của cả hai giống. - Tăng liều lượng đạm đã làm cải thiện rất tốt hiệu quả quang hợp của đạm và giống Momiroman có hiệu quả quang hợp của đạm lớn hơn giống Nipponbare. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. Dawson J. C., Huggins D. R. & Jones S. S., Characterizing nitrogen use efficiency in natural and agricultural ecosystems to improve the performance of cereal crops in low- input and organic agricultural systems, Field Crops Research, 107, (2008), 89-101. [2]. Dobermann A., Witt C., Abdulrachma S., Gines H., Nagarajan R., Son T. T., Tan P. S., Wang G. H., Chien N. V., Thoa V. T. K., Phung C. V., Stalin P., Muthukrishanan P., Ravi V., Babu M., Chatuporn S., Kongchum M., Sun Q., Fu R., Simbahan G. C. & Adviento M. A. A., Site-specific nutrient management for intensive rice cropping systems in Asia, Field Crops Research, 74, (2002), 37-66. [3]. Ida M., Ohsugi R., Sasaki H., Aoki N. & Yamagishi T., Contribution of nitrogen absorbed during ripening period to grain filling in a high-yielding rice variety, Takanari, Plant production Science, 12, (2009), 176-184. [4]. Jiang L., Dai T., Jian D., Cao W., Gan X. & Wei S., Characterizing physiological N-use efficiency as influenced by nitrogen management in three rice cultivars, Field Crops Research, 88, (2004), 239-250. [5]. Peng S., Buresh R. J., Huang J., Yang J., Zou Y., Zhong X., Guanghuo, Wang G. & Zhang F., Strategies for overcoming low agronomic nitrogen use efficiency in irrigated rice systems in China, Field Crops Research, 96, (2006), 37-47. 117 STUDY ON NITROGEN USE EFFICIENCY OF NEW HIGH-YIELDING RICE CULTIVARS AT DIFFERENT LEVELS OF NITROGEN FERTILIZER Trinh Thi Sen, Tran Van Ty College of Agriculture and Forestry, Hue University SUMMARY The field experiment was conducted in summer 2009 in Japan with three levels of N on 2 rice varieties. Results indicated that increasing N rate decreased all the nitrogen use efficiency parameters, and in general nitrogen use efficiency of a newly developed high-yielding rice cultivar, “Momiroman” was higher than control cultivar “Nipponbare”. However, biomass use efficiency was lower in Momiroman than in Nipponbare except that in 2N. Contrary to biomass use efficiency, internal N use efficiency of Momiroman was higher than Nipponbare. Comparison with control cultivar, recovery efficiency of N was lower in Momiroman, but the dose of N fertilizer was increased from 1N to 2N. Recovery efficiency of N in Momiroman decreased only 7,8% while Nipponbare was 18,5%. Agronomic N use efficiency at 1N was higher in Momiroman than Nipponbare, but lower at 2N. Nitrogen use efficiency was higher in Momiroman than Nipponbare at the both N levels. The higher of Momiroman in nitrogen use efficiency compariing with Nipponbare at 1N was 40,5 g g -1 and at 2N was 9,0 g g -1 . Increasing the dose of N fertilizer decreased the biomass N use efficiency at every growth stage for both cultivars. The biomass N use efficiency at 1N was higher in Nipponbare than Momiroman but lower than that at 2N at all growth stages, except that at the panicle initiation stage. Nitrogen fertilizer improved photosynthetic N use efficiency fair clearly, and Momiroman was higher than Nipponbare. Key words: Nitrogen use efficiency, levels of nitrogen fertilizer, Momiroman, Nipponbare.