Ảnh hưởng của ngập úng đến sinh trưởng và năng suất cây trồng

Trong những năm gần đây, đô thị hóa và sự biến đổi khí hậu đã và đang gây ra những tác động xấu cho ngành nông nghiệp. Sự nóng lên của trái đất làm mực nước biển dâng cao, mưa kéo dài hoặc mưa lớn gây gập lụt diện rộng. Ngập úng là một trong những yếu tố phi sinh học ảnh hưởng đến sự sinh trưởng phát triển, cuối cùng làm giảm năng suất cây trồng. Trên toàn cầu, lũ lụt là nguyên nhân gây thiệt hại gần 2/3 năng suất cây trồng từ năm 2006 đến năm 2016, trị giá hàng tỷ USD (FAO, 2018).

Hình 1: Ảnh hưởng của ngập úng đến cây trồng

Ngập úng ảnh hưởng đến sự đóng khí khổng của lá cây, dẫn đến giảm hoạt động quang hợp do sự phân hủy chất diệp lục và sự già hóa của lá (Yan & cs., 2018). Ngập úng có ảnh hưởng trực tiếp đến sự khuếch tán oxy trong mô thực vật. Từ đó gây cản trở việc trao đổi oxy và hô hấp của ty thể giữa các tế bào, cuối cùng làm gián đoạn các hoạt động sinh lý và sinh hóa của thực vật (Liu & cs., 2012). Việc trao đổi khí bị hạn chế cũng có thể ảnh hưởng đến khả năng chịu úng của cây, gây ra sự tích tụ hoặc suy giảm nhanh chóng các hormone thực vật (Kuroha & cs., 2018).

Khi cây trồng bị ngập úng, bộ rễ cây không thể phát triển bình thường, có thể bị chết do thiếu oxy. Kết quả là làm giảm khả năng hấp thụ nước và chất dinh dưỡng qua hệ thống rễ, cũng như khả năng vận chuyển chúng đến các cơ quan khác của cây, điều này có thể tác động tiêu cực đến sự sinh trưởng phát triển và năng suất cây trồng (Herzog & cs., 2016). Ngoài ra, ngập ứng còn làm giảm thế năng nước, hàm lượng nitơ trong lá, tốc độ đồng hóa CO₂, độ dẫn khí khổng và tốc độ quang hợp của bộ lá. Từ đó, có thể gây ra tình trạng già lá và vàng lá nhanh hơn (Zheng & cs., 2009; Vũ Tiến Bình, 2019). Những thực vật nhạy cảm với ngập úng bị suy giảm bộ máy quang hợp, dẫn đến việc sản xuất quá mức các ROS (Reactive Oxygen Species) phân tử. Từ đó có thể làm tổn thương cấu trúc tế bào và cản trở quá trình trao đổi chất trong cây (Herzog & cs., 2016). ROS gây ra hiện tượng lipoperoxid hóa làm tổn thương màng tế bào, enzyme, axit nucleic và protein, dẫn đến chết tế bào (Pais & cs., 2023).

Một nghiên cứu được thực hiện nhằm đánh giá ảnh hưởng của ngập úng ở các giai đoạn sinh trưởng đến một số chỉ tiêu sinh lý và năng suất cá thể cây đậu xanh giống ĐXVN5. Kết quả cho thấy ngập úng làm giảm chiều cao, số lá, chiều dài rễ chính và khối lượng rễ khô, cũng như giảm hàm lượng nước tương đối, chỉ số SPAD và khả năng tích lũy chất khô cây đậu xanh giống ĐXVN5 ở các giai đoạn nghiên cứu trong cả 2 vụ xuân và hè năm 2018. Ngập úng cũng làm giảm các yếu tố cấu thành năng suất và năng suất cá thể cây đậu xanh giống ĐXVN5 ở cả 4 giai đoạn sinh trưởng trong 2 vụ nghiên cứu. Cây ở giai đoạn 5-6 lá có khả năng sinh trưởng và chịu úng tốt hơn trong điều kiện ngập úng. Ngập úng ở giai đoạn ra hoa bị ảnh hưởng nặng nề nhất, cho năng suất cá thể thấp nhất (Vũ Tiến Bình, 2019).

Hình 2: Màu sắc lá và trạng thái héo của cây đậu xanh vụ hè 2018 ở các giai đoạn sinh trưởng sau 1 tuần ngập úng (Vũ Tiến Bình, 2019)

Một nghiên cứu khác được tiến hành trên cây ngô nhằm đánh giá sự biến đổi cấu trúc bộ rễ trong điều kiện thiếu hụt oxy vùng rễ. Đặc điểm bộ rễ của 30 dòng ngô thuần được kiểm tra trong môi trường có xử lý thiếu hụt oxy vùng rễ bằng dung dịch agar 0,1%. Thiếu hụt oxy vùng rễ và ngập úng ảnh hưởng tới sự phát triển bộ rễ và khả năng tích lũy chất khô của tập đoàn dòng ngô thuần tham gia thí nghiệm. Sự phát triển về chiều dài bộ rễ (RLD) giảm 25% trong điều kiện thiếu hụt oxy vùng rễ và giảm 41% trong điều kiện ngập úng. Sự phát triển của bộ rễ trong điều kiện thiếu hụt oxy vùng rễ có liên quan chặt với khả năng chịu ngập ở cây ngô. Nghiên cứu này đã chọn lọc được 9 dòng ngô chống chịu thiếu hụt oxy vùng rễ tốt bao gồm VNT2, VNT3, VNT7, VNT9, VNT12, VNT13, VNT14, VNT24 và VNT25 có chỉ số HTI về tổng chiều dài bộ rễ >0,9. Khả năng chống chịu thiếu hụt ôxy vùng rễ (THI) có tương quan thuận và chặt với khả năng chịu ngập dựa trên tính trạng tổng chiều dài rễ (Nguyễn Văn Lộc & cs., 2019).

Hình 3: Hệ thống rễ sau 7 ngày xử lý thiếu hụt ôxy của các dòng ngô giảm sinh trưởng phát triển rõ ràng (a) so với đối chứng (b) (Nguyễn Văn Lộc & cs., 2019).

Tài liệu tham khảo

1. FAO, F. (2018). The impact of disasters and crises on agriculture and food security.

2. Herzog, M., Striker, G.G., Colmer, T.D., Pedersen, O. (2016). Mechanisms of waterlogging
tolerance in wheat - a review of root and shoot physiology. Plant Cell Environ. 39,
1068–1086.

3. Kuroha, T., Nagai, K., Gamuyao, R., Wang, D.R., Furuta, T., Nakamori, M., Kitaoka, T.,
Adachi, K., Minami, A., Mori, Y. (2018). Ethylene-gibberellin signaling underlies
adaptation of rice to periodic flooding. Science 361, 181–186.

4. Liu, Z., Kumari, S., Zhang, L., Zheng, Y., Ware, D. (2012). Characterization of miRNAs in response to short-term waterlogging in three inbred lines of Zea mays. PloS One 7,
e39786.

5. Nguyễn Văn Lộc, Phạm Quang Tuân, Nguyễn Việt Long (2019). Sự phát triển của bộ rễ ngô trong điều kiện thiếu hụt oxy và ngập úng . Tạp chí Khoa học Nông nghiệp Việt Nam 2019, 17(1): 11-21.

6. Pais, I.P., Moreira, R., Semedo, J.N., Ramalho, J.C., Lidon, F.C., Coutinho, J., Macas, B.,
Scotti-Campos, P. (2023). Wheat Crop under Waterlogging: Potential Soil and Plant
Effects. Plants-Basel 12.

7. Vũ Tiến Bình (2019). Ảnh hưởng của ngập úng ở các giai đoạn sinh trưởng đến một số chỉ tiêu sinh lý và năng suất cá thể cây đậu xanh. Tạp chí Khoa học Nông nghiệp Việt Nam 2019, 17(3): 178-186.

8. Yan, K., Zhao, S.J., Cui, M.X., Han, G.X., Wen, P. (2018). Vulnerability of photosynthesis
and photosystem I in Jerusalem artichoke (Helianthus tuberosus L.) exposed to
waterlogging. Plant Physiol. Biochem. 125, 239–246.

9. Zheng, C.F., Jiang, D., Liu, F.L., Dai, T.B., Jing, Q., Cao, W.X. (2009). Effects of salt and
waterlogging stresses and their combination on leaf photosynthesis, chloroplast ATP
synthesis, and antioxidant capacity in wheat. Plant Sci. 176, 575–582.

Vũ Tiến Bình, Khoa Nông học, Học viện Nông nghiệp Việt Nam