Giải quyết lương thực... Phần 3

12/8/2015

 

 

Trần Đăng Hồng, PhD

 

Phần 3. Phương cách giải quyết lương thực

Một trong những điều thiết yếu là sản xuất đủ lương thực cho con người trên đà gia tăng dân số, 9 tỉ người vào năm 2050, trong lúc đất canh tác bị thu nhỏ. Cơ quan Lương Nông Quốc Tế ước lượng thực phẩm phải gia tăng ít nhất 70% trong vòng 35 năm tới để mọi người mới đủ no. Với diện tích canh tác bị giới hạn, phương cách duy nhất để gia tăng lương thực là gia tăng năng xuất hoa màu qua việc cải thiện phương pháp sản xuất lương thực hữu hiệu và bền vững. Trong 60 năm qua, năng xuất cây lương thực gia tăng gấp nhiều lần là nhờ áp dụng cơ giới, phân bón, thuốc bảo vệ mùa màng và diệt cỏ dại, nhưng quan trọng nhất là xử dụng giống cải thiện.

Công nghiệp sinh học (biotechnology) và cách mạng xanh (green revolution).

Canh tân phương pháp tạo giống là yếu tố quan trong nhất để gia tăng năng xuất, gia tăng phẩm chất tùy theo nhu cầu khẩu vị, dinh dưỡng hay biến chế của thực phẩm. Chẳng hạn chỉ riêng yếu tố giống, trong thời gian 25 năm (1982-2007), tại Anh quốc năng xuất lúa mì vụ đông (làm bánh mì) gia tăng 93%, kiều mạch vụ đông (nấu rượu) tăng 92% và kiều mạch vụ xuân tăng 87%. Cũng tại Anh quốc trong 60 năm qua năng xuất lúa mì mùa đông gia tăng 3 lần, từ 2,5 tấn/ha ở giữa thập niên 1940s lên 8 tấn/ha ngày nay. Tại Vùng Châu thổ đồng bằng Cửu Long Việt Nam, năng xuất lúa vào đầu thập niên 1950s chỉ 2,5 tấn lúa/ha, mỗi năm chỉ canh tác một vụ lúa, nay năng xuất lên 9 tấn/ha/mùa hay khoảng 20 tấn /ha/năm với 3 vụ lúa/năm.

Một cách tổng quát, năng xuất của mọi hoa màu chánh đều gia tăng năng xuất khoảng 90% chỉ nhờ yếu tố giống.

Cách mạng xanh, ám chỉ sự tiến bộ của khoa học nông nghiệp và cải tạo giống, đã cứu hàng triệu người không chết đói. Công nghệ sinh học đã cung ứng những cải thiện lớn lao cho chăn nuôi, trồng trọt, ngư nghiệp, và công nghiệp.

Trong nông nghiệp, chúng ta vừa trải qua cuộc cách mạng xanh thứ nhất (từ cuối thập niên 1950s), đang trải qua cuộc cách mạng xanh thứ hai (bắt đầu từ khoảng 2010).

Cách mạng xanh thứ nhất G1.0 dựa trên phương pháp cổ truyền lai giống tốn rất nhiều thời gian và công sức mới lai tạo và tuyển chọn được một giống mới. Cách mạng xanh thứ nhất chú trọng vào tuyển chọn các gen chi phối đặc tính không quang cảm (photo insensitive, để trồng nhiều vụ lúa/năm), gen chi phối lá thẳng đứng (để xử dụng hữu hiệu ánh sáng mặt trời), gen thân lùn (chất quang tổng hợp chuyển vào gié lúa hơn vào thân và rể). Kết quả rõ ràng nhất của cách mạng xanh thứ nhất là sự ra đời giống IR8 có năng cao gấp 2-3 lần giống cổ điển, và sau đó hàng ngàn giống IR khác vừa có năng xuất cao, vừa chống sâu bệnh của Viện Lúa Gạo Quốc Tế IRRI hay các giống lúa mì của viện CYMMIT, v.v.

Thành quả khác của cuộc cách mạng xanh thứ 1 là kỹ thuật tạo giống lúa lai (hybrid rice) cho năng xuất vượt trội thêm 25-20%.

Cuộc cách mạng xanh thứ hai G2.0 áp dụng công nghiệp sinh học (biotechnology), đáng kể nhất là công nghiệp biến đổi gen (Genetic engineering, genetically modified organisms) và kỹ thuật đánh dấu gen (marker assisted selection). Thành tựu đầu tiên của cách mạng xanh G2.0 là vừa phóng thích giống lúa chịu đựng ngập lụt lâu dài. Trên thế giới có nhiều vùng bị lũ lụt thường xuyên mùa màng bị thiệt hại 100% nếu lúa bị ngập quá 10 ngày. Riêng giống lúa mới này do công nghệ sinh học mới của IRRI chuyển gen chịu ngập lụt SUB1 vào cây lúa. Giống lúa mới này cho năng xuất 4,5 tấn/ha khi bị ngập lụt kéo dài 17 ngày trong khi các giống lúa khác bị mất trắng.

 

 
  

Giống lúa chịu được khô hạn (trái) và giống chịu được lũ lụt (phải)

Lúa hạt vàng (golden rice) cung cấp gạo giàu carotene beta tức vitamine A cứu hàng triệu người khỏi mù lòa và thiếu dinh dưỡng.

 

Lúa hạt vàng Golden rice

Các nhà khoa học IRRI cũng thành công trong việc tạo một giống lúa “siêu kháng nước mặn” (super salt-tolerant rice), rễ cây lúa hấp thụ nước mặn nhưng khi đến lá thì lá cây thải muối ra không khí qua hạch muối. Gen kháng muối này tìm thấy ở giống lúa hoang dại Oryza coarctata.

Giống “siêu sorgho” (supersorghum) cao tới 5 m do các nhà lai tạo giống Nhật Bản xử dụng công nghệ sinh học để sản xuất đường và xăng sinh học.

 

Giống SuperSorghum được canh tác tại Úc, cây cao trên 4 m

Giống sorgho mới này được trồng thử ở Úc và Indonesia, cây cao tới 5m trong vòng 100 ngày, và như vậy có thể canh tác 3 vụ một năm, cho năng xuất đường gấp 3 lần cây mía.

 

Cuộc cách mạng xanh thứ ba G3.0, theo các nhà nghiên cứu lúa gạo IRRI, có lẻ bắt đầu vào khoảng 2030 với áp dụng phương pháp công nghiệp sinh học tiến bộ hơn để biến đổi các loại cây hoa màu có quang tổng hợp C3 thành quang tổng hợp C4 (Muốn biết C3 và C4 mời đọc: Cuộc cách mạng xanh thứ hai cho lúa) và cây lúa có khả năng lấy nitrogen từ không khí để tự biến thành phân đạm (nitrogen fixation), đồng thời hạt lúa chứa nhiều chất bổ dưỡng hơn.

Tất cả những thành quả mong đợi là do công nghệ sinh học chuyển gen hữu ích lấy từ thực vật hay động vật vào cây hoa màu. Chỉ có phương pháp chuyển gen bằng công nghệ sinh học mới có thể nhanh chóng tạo được giống mới thích ứng được môi trường khí hậu biến đổi như thời tiết nóng hơn hay lạnh hơn, khô hạn, lũ lụt ngập úng, hay canh tác trên các loại đất biên tế như đất đồi trọc, đất nhiễm mặn, phèn nặng, vùng đất sau khi khai thác quặng mỏ, đồi cát, sa mạc, v.v. Đây là phần đất chiếm rất lớn trên địa cầu mà không canh tác được.

Đất bị nhiễm mặn chiếm 20% diện tích canh tác trên thế giới. Các nhà khoa học thuộc University of Adelaide và cơ quan CSIRO (Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation) của Úc đã tìm được gen kháng mặn TmHKT1;5-A ở vị trí Nax2 của giống lúa mì hoang dại Triticum monococcum và đã thành công tạo được giống lúa mì cho năng xuất vượt trội hơn 25% trên đất nhiễm mặn nặng ở Úc. Gen kháng mặn vượt bực này sẽ được chuyển vào hệ gen của nhiều loại hoa màu khác để canh tác trên đất nhiễm mặn.

Cơ quan nghiên cứu Donald Danforth Plant Science Center ở St. Louis Hoa Kỳ nghiên cứu thành công tạo được giống khoai mì giàu protein gấp 4 lần, giàu vitamin E gấp 20 lần, giàu chất kẻm gấp 8 lần, đồng thời không có chứa độc tố cyanide.

 

Canh tác trong nước (Hydroponics, Aquaponics)

Thay vì trồng cây trong đất, rễ cây trồng được nuôi trong dung dịch nước hòa tan với đầy đủ chất dinh dưỡng, và dung dịch nước được luân chuyển trong một hệ thống kín và tái tạo. Phương pháp này rất tiết kiệm nước, chỉ 1/20 lượng nước so với canh tác bình thường, và cho năng xuất rất cao, được áp dụng sản xuất rau cải. Nếu giá điện rẻ, hay xử dụng điện mặt trời, phong điện, có thể trồng cây hoa màu trong nhà cao tầng, với ánh sáng nhân tạo đèn LED.

 

Sản xuất xà lách bằng thủy canh trong nhà kính ở Hòa Lan

Canh tác rong tảo

Biển và đại dương chiếm 3/4 diện tích địa cầu. Biển sẽ là môi trường sản xuất lương thực cho loài người một khi đất canh tác bị hạn chế. Rong biển (sea weed) đã được nghiên cứu nhiều và sản xuất để làm xăng sinh học. Rong biển rất bổ dưỡng, có thể biến chế thành thực phẩm cho người hay cho gia súc. Rong biển là thức ăn của người Nhật. Tảo nâu (kelp) tăng trưởng rất nhanh, như rong Macrocystis và Nereocystis có thể mọc nhanh 0,5 m/ngày. Hiện tại tảo đã được canh tác quy mô lớn ở biển Hawaii và nhiều nơi khác để biến chế xăng sinh học, và trong công nghiệp dược phẩm.

Reading, 8/2015