Luận án Nghiên cứu biện pháp tưới nước mặn kết hợp bón đạm và hỗ trợ dinh dưỡng để cải thiện sinh trưởng cây lúa trên đất nhiễm mặn

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ —o0o— NGUYỄN VĂN BO NGHIÊN CỨU BIỆN PHÁP TƯỚI NƯỚC MẶN KẾT HỢP BÓN ĐẠM VÀ HỖ TRỢ DINH DƯỠNG ĐỂ CẢI THIỆN SINH TRƯỞNG CÂY LÚA TRÊN ĐẤT NHIỄM MẶN LUẬN ÁN TIẾN SĨ NGÀNH KHOA HỌC CÂY TRỒNG MÃ SỐ NGÀNH: 62 62 01 10 2018 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ —o0o— NGUYỄN VĂN BO NGHIÊN CỨU BIỆN PHÁP TƯỚI NƯỚC MẶN KẾT HỢP BÓN ĐẠM VÀ HỖ TRỢ DINH DƯỠNG ĐỂ CẢI THIỆN SINH TRƯỞNG CÂY LÚA TRÊN ĐẤT NHIỄM MẶN LUẬN ÁN TIẾN SĨ NGÀNH KHOA HỌC CÂY TRỒNG MÃ SỐ NGÀNH: 62 62 01 10 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS. LÊ VĂN BÉ 2018 i TRANG CẢM TẠ Xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGs.Ts. Lê Văn Bé, Gs.Ts. Ngô Ngọc Hưng đã tận tình hướng dẫn, đóng góp ý kiến quý báu và hết lòng giúp đỡ để tôi hoàn thành luận án tốt nghiệp này. Chân thành cảm ơn Quý thầy cô giảng viên sau Đại học Trường Đại học Cần Thơ đã truyền đạt những kiến thức quý báu cho tôi trong thời gian học tại trường. Quý Thầy cô, các anh, chị và các em phòng thí nghiệm Bộ môn Khoa học Cây trồng, Bộ môn Sinh lý Sinh hóa, Bộ môn Khoa học đất, Khoa Nông nghiệp và SHƯD, Trường Đại học Cần Thơ đã nhiệt tình giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành đề tài tốt nghiệp. Sở Nông nghiệp và PTNT tỉnh Bạc Liêu, Chi cục Trồng trọt và Bảo vệ thực vật tỉnh Bạc Liêu đã tạo điều kiện cho tôi học tập và nghiên cứu tại Trường Đại học Cần Thơ trong suốt quá trình đào tạo. Thân gởi lời cảm ơn đến các thành viên lớp Nghiên cứu sinh khóa 2011 cùng lời chúc sức khỏe và thành công trong cuộc sống. Cuối cùng, xin gởi lời tri ân sâu sắc nhất vì tất cả sự ủng hộ to lớn cả về vật chất lẫn tinh thần của bà xã Mai Thị Ngọc Hương cùng gia đình đã giúp tôi hoàn thành luận án tốt nghiệp. Kính dâng! Cha mẹ suốt đời gian khổ nuôi dạy con khôn lớn nên người. Nguyễn Văn Bo ii TÓM TẮT Đề tài "Nghiên cứu biện pháp tưới nước mặn kết hợp bón đạm và hỗ trợ dinh dưỡng để cải thiện sinh trưởng cây lúa trên đất nhiễm mặn" được thực hiện nhằm (i) Xác định giai đoạn cây lúa mẫn cảm nhất khi bị nhiễm mặn; (ii) Khảo sát ảnh hưởng của dinh dưỡng bổ sung cải thiện sinh trưởng cây lúa khi tưới mặn. Đề tài đã thực hiện 5 thí nghiệm (2 thí nghiệm trong nhà lưới, 3 thí nghiệm ngoài đồng) trong thời gian từ tháng 02/2014 đến tháng 9/2016. Thí nghiệm 1 nghiên cứu ảnh hưởng của các giai đoạn tưới mặn được bố trí theo kiểu hoàn toàn ngẫu nhiên gồm 4 giống lúa (chuẩn kháng Pokkali, chuẩn nhiễm IR 28, OM 5451 và IR 50404) kết hợp với 4 giai đoạn tưới mặn (không tưới mặn, 10-20 ngày sau khi sạ (NSKS), 45-60 NSKS, 10- 20 và 45-60 NSKS) với 5 lần lặp lại, sử dụng nước tưới có độ mặn 4‰. Thí nghiệm 2 nghiên cứu ảnh hưởng của KNO3, CaO, n- Triacontanol, Brassinolide và Humate kali đến sinh trưởng và năng suất lúa nhà lưới trong điều kiện tưới mặn 4‰ NaCl vào giai đoạn 10- 20 ngày sau khi sạ được bố trí theo kiểu hoàn toàn ngẫu nhiên 1 nhân tố gồm 9 nghiệm thức (NT) với 4 lần lặp lại: NT1 (đối chứng), NT2 (phun KNO3, 10 g/lít nước), NT3 (Bón Humate kali 60%, 50 kg/ha), NT4 (bón lót CaO 1 tấn/ha), NT5 (Phun n-Triacontanol, 0,825 ppm), NT6 (Phun n-Triacontanol gấp đôi, 1,65 ppm), NT7 (kết hợp bón Humate kali 60% và phun Triacontanol gấp đôi), NT8 (kết hợp bón CaO và phun Triacontanol gấp đôi), NT9 (Phun Brassinolide, 1,6 g/lít). Thí nghiệm 3 nghiên cứu ảnh hưởng của KNO3, CaO, n- Triacontanol, Brassinolide và Humate kali đến sinh trưởng và năng suất lúa tưới mặn 4‰ NaCl trong điều kiện ngoài đồng tại huyện Long Phú, tỉnh Sóc Trăng được bố trí theo kiểu khối hoàn toàn ngẫu nhiên 1 nhân tố gồm 7 nghiệm thức (NT) với 3 lần lặp lại: NT1 (đối chứng), NT2 (phun KNO3, 10 g/lít nước), NT3 (Bón Humate kali 60%, 50 kg/ha), NT4 (bón lót CaO 1 tấn/ha), NT5 (Phun n-Triacontanol, 0,825 ppm), NT6 (kết hợp bón CaO và phun Triacontanol gấp đôi), NT7 (Phun Brassinolide, 1,6 g/lít). Thí nghiệm 4 nghiên cứu ảnh hưởng của KNO3, CaO, n- Triacontanol, Brassinolide và Humate kali đến sinh trưởng và năng suất lúa trên đất nhiễm mặn tại huyện Long Mỹ, tỉnh Hậu Giang được bố trí theo kiểu khối hoàn toàn ngẫu nhiên 1 nhân tố gồm 9 nghiệm thức (NT) với 4 lần lặp lại: NT1 (đối chứng), NT2 (phun KNO3, 10 g/lít nước), NT3 (Phun n- Triacontanol, 0,825 ppm), NT 4 (phun Brassinolide, 1,6g/lít nước), NT5 (bón lót CaO 1 tấn/ha), NT6 (kết hợp bón CaO và phun KNO3), NT7 (kết hợp bón iii CaO và phun Brassinolide), NT8 (kết hợp bón CaO, phun KNO3 và Brassinolide), NT9 (bón Humate kali, liều lượng 50 kg/ha). Đối với thí nghiệm 5 về liều lượng phân đạm và các chế độ tưới bố trí theo kiểu lô phụ gồm 3 cách quản lý nước (đất khô sau đó tưới ngập 5 cm, đất “nứt chân chim” (ẩm độ đất 60%) và sau đó tưới ngập 5 cm, đất ngập sâu 5 cm) kết hợp với 3 mức bón đạm (0N, 80N và 120N) với 4 lần lặp lại. Kết quả nghiên cứu cho thấy: (i) việc tưới mặn có ảnh hưởng đến sinh trưởng và năng suất của bốn giống lúa khảo sát. Trong đó, nghiệm thức tưới mặn vào giai đoạn 45-60 NSKC đạt được chiều cao, số chồi, các thành phần năng suất và năng suất tốt hơn so với tưới ở giai đoạn 10-20 NSKC hoặc 10-20 và 45-60 NSKC. Ngoài ra, giống lúa OM 5451 duy trì tốt sinh trưởng và đạt được năng suất cao hơn chứng tỏ chống chịu mặn tốt; (ii) phun KNO3, bón CaO, phun n-Triacontanol, bón CaO kết hợp phun n-Triacontanol, cải thiện tốt chiều cao cây, số chồi, số bông/m2, số hạt chắc/bông đồng thời làm tăng năng suất lúa trong điều kiện nhà lưới và ngoài đồng đối với đất nhiễm mặn tại huyện Long Phú, tỉnh Sóc Trăng; (iii) phun KNO3, phun n-Triacontanol, bón CaO kết hợp phun KNO3, bón CaO kết hợp phun Brassinolide, bón CaO kết hợp phun KNO3 và Brassinolide, bón Humate kali cải thiện tốt số bông/m 2, số hạt chắc/bông đồng thời làm tăng năng suất lúa trong điều kiện tưới nước mặn đối với đất nhiễm mặn tại huyện Long Mỹ, tỉnh Hậu Giang. Sử dụng các chất dạng bón hoặc phun tăng cường tích lũy proline trong cây lúa ở giai đoạn sinh trưởng 20, 50 và 65 ngày sau khi sạ; (iv) Bón phân N với liều lượng từ 80-120 kg/ha cải thiện tốt số bông/m2, số hạt chắc/bông, trọng lượng 1.000 hạt và năng suất lúa trong điều kiện tưới mặn. Các biện pháp tưới nước chỉ ảnh hưởng lên số bông/m2, số hạt chắc/bông nhưng không ảnh hưởng đến năng suất lúa. Cần nghiên cứu tiếp tục việc bổ sung các chất dinh dưỡng cải thiện khả năng chịu mặn cho lúa theo từng vùng đất nhiễm mặn khác nhau. Từ khoá: đất nhiễm mặn, giống lúa chịu mặn, giai đoạn tưới nước mặn. iv ABSTRACT The thesis "The study of the method of salt-water irrigation combined with nitrogen fertilization and nutritional support to improve rice growth on salt - affected soils" was conducted to (i) To Determine the most susceptible stage of the rice plant when salinized; (ii) examine effects of supplemented nutrition on rice growth when salinization. The thesis conducted 5 experiments (2 experiments in net house, 3 experiments in the field) in the period from February, 2014 to September, 2016. Experiment 1, which investigated the effect of saline drench stages, was in a completely randomized design including four rice varieties (Pokkali resistance, IR 28, OM 5451 and IR 50404) combined with four saline drench stages (no saline drench, 10-20 days after sowing (das), 45-60 das, 10-20 and 45-60 das) with 5 replications, using drenching water with salinity of 4‰. Experiment 2, which investigated the effects of KNO3, CaO, n- Triacontanol, Brassinolide and Potassium Humate on growth and yield of net- house rice in the saline drench of 4 ‰ NaCl in the period of 10-20 days after sowing, was in a completely randomized design including 1 factor with 9 treatments (NT) and 4 replications: NT 1 (control), NT2 (KNO3 spray, 10 g/liter of water), NT3 (60% potassium fertilizer, 50 kg ha-1), NT4 (n- Triacontanol spray, 0.825 ppm), NT6 (n-Triacontanol spray doublely, 1.65 ppm), NT7 (combined with 60% potassium humate and spray Triacontanol doublely, NT8 (combined with CaO and Triacontanol spray doublely), NT9 (Brassinolide spray, 1.6 g/liter). Experiment 3, which studied the effects of KNO3, CaO, n-Triacontanol, Brassinolide and Potassium Humate on growth and yield of rice drenched with 4‰ NaCl in field conditions in Long Phu district, Soc Trang province, was in a completely randomized design including 1 factor with 7 treatments (NT) and 3 replications: NT1 (control), NT2 (KNO3 spray, 10 g/liter of water), NT3 (60% potassium fertilizer, 50 kg ha-1), NT4 (n-triacontanol spray, 0.825 ppm), NT6 (combination of CaO and n-Triacontanol spray doublely), NT7 (brassinolide spray, 1.6 g/liter). Experiment 4, which studied the effects of KNO3, CaO, n-Triacontanol, Brassinolide and Potassium Humate on growth and yield of rice on salt- effected soils in Long My district, Hau Giang province, was in a completely randomized block design including 1 factor with 9 treatments (NT) and 4 replications: NT1 (control), NT2 (KNO3 spray, 10 g/liter of water), NT3 (n- Triacontanol spray, 0.825 ppm), NT4 (Brassinolide spray, 1.6 g/liter of water), v NT5 (basal fertilizing with 1 ton of CaO), NT6 (combination of CaO and KNO3 spray), NT7 (combination of CaO and Brassinolide), NT8 (combination of CaO, KNO3 and Brassinolide spray), NT9 (Humate Kali fertilization, 50 kg/ha). Experiment 5 was about the effects of nitrogen fertilizer dosage and irrigation regimes in Split plot design including 3 ways of water management (soil is dry then flooded 5 cm, soil is "cracking" (60% moisture) and then flooded 5 cm, soil flooded continously 5 cm) combined with 3 nitrogen levels (0N, 80N and 120N) with 4 replications. The results showed that: (i) salinization affects the growth and yield of the four rice varieties surveyed. In particular, the treatment of saline drench in the stage 45-60 das achieved higher height, shoots, yield components and yields than those of 10-20 das or 10-20 and 45-60 das. In addition, OM 5451 variety maintained good growth and achieved higher yields indicating good resistance to salinity; (ii) spraying KNO3, applying CaO, spraying n- Triacontanol, applying CaO in combination with n-Triacontanol improved plant height, number of shoots, the number of panicle per m2, the number of filled grains per panicle and increase rice yield under net-house and field conditions for salt-effected soils in Long Phu district, Soc Trang province; (iii) KNO3 spraying, n-Triacontanol spraying, CaO application combined with KNO3 spraying, CaO application combined with Brassinolide spray, CaO application combined with KNO3 and Brassinolide spraying, potassium humate application improved the number of panicle per m2 and the number of filled grains per panicle, at the same time, it increases the productivity of rice under saline drench conditions in salt-effected soils in Long My district, Hau Giang province. Usage of nutrients in broadcasting form or spraying for proline accumulation in rice at 20, 50 and 65 days after sowing; (iv) Applying fertilizer N at a rate of 80, 120 kg ha-1 significantly improved the number of panicle per m2, the number of filled grains per panicle, 1,000 grain weight and rice yield under saline drench conditions. The drench regimes only affect the number of panicle per m2, the number of filled grains per panicle but not affect rice yield. Further study on the addition of nutrients to improve salinity tolerance for rice under different salt affected soil zones should be continued. Keywords: Salt-effected soils, salinity tolerant rice, saline drench stage vi vii MỤC LỤC Nội dung Trang Lời cảm tạ ........................................................................................................ i Tóm tắt ............................................................................................................. ii Summary ......................................................................................................... iv Lời cam đoan .................................................................................................. vi Mục lục ........................................................................................................... vii Danh sách bảng .............................................................................................. xiv Danh sách hình ............................................................................................... xvii Chữ viết tắt .................................................................................................... xviii CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU .............................................................................. 1 CHƯƠNG 2: LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU ........................................................... 4 2.1 Cơ sở lý luận của vấn đề nghiên cứu .......................................................... 4 2.1.1 Ảnh hưởng của các giai đoạn nhiễm mặn đối với cây lúa ........................ 4 2.1.2 Ảnh hưởng của mặn đối với các đặc tính sinh trưởng và phát triển của cây lúa .................................................................................. 5 2.1.2.1 Ảnh hưởng của mặn đối với chiều cao cây lúa ..................................... 5 2.1.2.2 Mặn ảnh hưởng lên khả năng đẻ nhánh ................................................ 5 2.1.2.3 Mặn ảnh hưởng đến chiều dài bông lúa ................................................ 6 2.1.2.4 Số hạt chắc trên bông và tỷ lệ hạt chắc ................................................. 6 2.1.2.5 Ảnh hưởng của mặn đối với trọng lượng hạt ........................................ 6 2.1.2.6 Năng suất lúa trong điều kiện nhiễm mặn ............................................ 6 2.1.2.7 Hình thái bông lúa dưới ảnh hưởng của mặn ........................................ 7 2.1.2.8 Ảnh hưởng của mặn đến sự gia tăng số hạt lép trên bông ..................... 8 2.1.3 Khả năng chống chịu mặn của cây lúa ................................................... 10 2.1.3.1 Khả năng hấp thu và loại trừ Na+ của cây lúa ............................................... 10 2.1.3.2 Vai trò của tỷ lệ K+/Na+ đối với khả năng chịu mặn ở cây lúa .................... 13 2.1.3.3 Vai trò của proline đối với khả năng chịu mặn .................................... 14 viii 2.1.3.4 Chức năng của suberin trong rễ lúa đối với khả năng chịu mặn .................. 17 2.1.4 Bất lợi của mặn đối với sự đóng mở khí khẩu và quang hợp .................. 19 2.1.4.1 Mặn ảnh hưởng đến sự đóng mở khí khẩu .......................................... 19 2.1.4.2 Mặn ảnh hưởng đến quá trình quang hợp ............................................ 20 2.1.4.3 Ảnh hưởng của mặn lên hàm lượng diệp lục tố ................................... 22 2.1.4.4 Sự phát triển của mô khí và vòng casparian ........................................ 24 2.1.5 Quá trình cây lúa hấp thu dưỡng chất trong điều kiện mặn .......................... 25 2.2 Cơ sở thực tiễn của vấn đề nghiên cứu ...................................................... 27 2.2.1 Đặc điểm tự nhiên của huyện Long Mỹ ................................................. 27 2.2.1.1 Vị trí địa lý ......................................................................................... 27 2.2.1.2 Điều kiện khí hậu ................................................................................ 28 2.2.1.3 Đặc tính đất đai và tình hình xâm nhập mặn ....................................... 28 2.2.2 Đặc điểm tự nhiên của huyện Long Phú ................................................. 29 2.2.2.1 Vị trí địa lý ......................................................................................... 29 2.2.2.2 Điều kiện khí hậu ................................................................................ 30 2.2.2.3 Đặc tính đất đai và tình hình xâm nhập mặn ....................................... 30 2.2.3 Biện pháp quản lý nước trên đất nhiễm mặn .......................................... 31 2.2.3.1 Sử dụng nước lợ tưới cho lúa .............................................................. 31 2.2.3.2 Hiệu quả quản lý nước tưới trên ruộng lúa .......................................... 32 2.2.3.3 Ảnh hưởng của quản lý nước đối với sự mất nước tưới trên ruộng lúa ................................................................................................. 32 2.2.4 Hiệu quả sử dụng phân N trong điều kiện quản lý nước ruộng ............... 33 2.2.5 Một số kết quả nghiên cứu về vai trò của Ca2+, K+, Brassinolides (BRs), n-Triacontanol và Humate kali đối với khả năng chịu mặn của cây lúa ............ 34 2.2.5.1 Vai trò của Ca2+ .................................................................................. 34 2.2.5.2 Vai trò của K+ .................................................................................................................................... 35 2.2.5.3 Vai trò của brassinolides (BRs) ........................................................... 36 2.2.5.4 Vai trò của n-Triacontanol .................................................................. 37 2.2.5.5 Vai trò của Humate kali (KH) ............................................................. 38 2.2.6 Một số kết quả chọn tạo giống chịu mặn ................................................ 39 ix CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .............................................. 41 3.1 Cơ sở lý thuyết của luận án ....................................................................... 41 3.2 Vật liệu thí nghiệm ................................................................................... 42 3.2.1 Thời gian và địa điểm nghiên cứu .......................................................... 42 3.2.1.1 Thời gian ............................................................................................. 42 3.2.1.2 Địa điểm nghiên cứu ............................................................................ 42 3.2.2 Vật liệu thí nghiệm ................................................................................. 42 3.2.2.1 Vật liệu ................................................................................................ 42 3.2.2.2 Dụng cụ ............................................................................................... 44 3.3 Phương pháp thí nghiệm ............................................................................ 44 3.2.1 Thí nghiệm 1: Ảnh hưởng của các giai đoạn tưới mặn đến sinh trưởng và năng suất của 4 giống lúa trong điều kiện nhà lưới ...................................... 44 3.2.1.1 Bố trí thí nghiệm .................................................................................. 44 3.2.1.2 Liều lượng phân bón ............................................................................ 45 3.2.1.3 Chỉ tiêu theo dõi .................................................................................. 45 3.2.1.4 Phương pháp phân tích ........................................................................ 46 3.2.2 Thí nghiệm 2: Ảnh hưởng của Canxi oxít (CaO), KNO3, n-Triacontanol, Brassinolide và Humate kali đến sinh trưởng và năng suất lúa nhà lưới trong điều kiện tưới mặn 4‰ NaCl vào giai đoạn 10- 20 ngày sau khi sạ ....................... 48 3.2.2.1 Bố trí thí nghiệm .................................................................................. 48 3.2.2.2 Chỉ tiêu theo dõi .................................................................................. 50 3.2.3 Thí nghiệm 3: Ảnh hưởng của Canxi oxít (CaO), KNO3, n-Triacontanol, Brassinolide và Humate kali đến sinh trưởng và năng suất lúa tưới mặn 4‰ NaCl trong điều kiện ngoài đồng tại huyện Long Phú, tỉnh Sóc Trăng .............. 50 3.2.3.1 Bố trí thí nghiệm .................................................................................. 50 3.2.3.2 Chỉ tiêu theo dõi ....