Một kỹ thuật nông nghiệp mới do các nhà khoa học Mỹ và Trung Quốc hợp tác phát triển có tiềm năng giải quyết 3 thách thức lớn toàn cầu: dân số ngày càng tăng, tác động của biến đổi khí hậu, áp lực kinh tế và môi trường đối với ngành nông nghiệp.

Hình (a): Lúa được bón nano-selen (RF+Se ENMS) có chất lượng tốt hơn lúa bón ít phân (RF) hoặc lúa trồng theo phương pháp thông thường (CK). Hình (b): Thí nghiệm thực địa kiểm tra lượng khí thải nhà kính của cây lúa bổ sung nano-selen.

Giải quyết hạn chế của cuộc Cách mạng Xanh

Một nguyên nhân chính dẫn đến thành công của “Cách mạng Xanh” ở giữa thế kỷ trước là phát minh phân bón tổng hợp giàu nitơ, cho phép nông dân tăng đáng kể năng suất cây trồng. Tuy nhiên, loại phân bón này có những nhược điểm là chi phí sản xuất tốn kém, quá trình sản xuất thải ra lượng lớn khí cácbon điôxít (CO2) và phần lớn nitơ bị rửa trôi.

Hầu hết các cây trồng chỉ hấp thụ khoảng 40-60% lượng nitơ nhận được và chỉ số này được gọi là hiệu suất sử dụng nitơ (NUE). Ở cây lúa, NUE có thể giảm xuống còn 30%, tức 70% lượng phân mà nông dân bón trên đồng ruộng chảy ra sông, hồ và biển. Điều này góp phần gây ra hiện tượng phú dưỡng làm ô nhiễm sông hồ và một loạt vấn đề môi trường khác, đồng thời gây lãng phí rất lớn tiền bạc chi cho phân bón.

Khi đi vào đất, nitơ tương tác với nhiều phản ứng hóa học và hoạt động của vi sinh vật đầy phức tạp. Các quá trình này cuối cùng tạo ra lượng lớn các khí nhà kính mạnh như mêtan (CH4), amoniac (NH3) và nitơ ôxít (NO). Bản thân quá trình sản xuất phân bón nitơ cũng tiêu tốn nhiều năng lượng, góp phần làm tăng lượng khí thải toàn cầu.

Hiệu quả trên thực địa

Trong một nghiên cứu đăng trên Kỷ yếu của Viện Hàn lâm Khoa học Mỹ (PNAS), nhóm nhà khoa học tại các đại học Massachusetts-Amherst (Mỹ) và Giang Nam (Trung Quốc) cho thấy việc ứng dụng các hạt selen ở kích thước nano (nano-selen) có thể giảm lượng phân bón cần thiết khi trồng lúa mà vẫn duy trì năng suất, cải thiện hàm lượng dinh dưỡng, mức độ đa dạng vi sinh vật trong đất và giảm phát thải khí nhà kính.

Nhóm tác giả cũng lần đầu tiên chứng minh các phương pháp xử lý bằng selen như thế đã hoạt động hiệu quả trong điều kiện thực tế. Họ phát hiện khi bón phân nano-selen lên lá và thân cây lúa, tác động xấu của bón phân đạm đối với môi trường đã giảm tới 41% và lợi ích kinh tế tăng 38,2% trên mỗi tấn lúa, so với các phương pháp thông thường. 

“Chúng tôi phun nhẹ dung dịch nano-selen lên ruộng lúa đang phát triển. Sự tiếp xúc trực tiếp này đồng nghĩa cây lúa hấp thụ selen hiệu quả hơn nhiều so với việc bón phân vào đất”, Giáo sư Chuanxi Wang, đồng tác giả, chia sẻ.

Selen giúp quá trình quang hợp của cây tăng hơn 40%. Quang hợp tăng đồng nghĩa cây hấp thụ nhiều CO2 hơn, sau đó chuyển hóa thành carbohydrate. Các carbohydrate này đi xuống và giúp rễ cây phát triển. Rễ lớn và khỏe mạnh hơn sẽ giải phóng nhiều hợp chất hữu cơ, nuôi dưỡng các lợi khuẩn trong đất. Chính những vi khuẩn này sẽ cộng sinh với rễ lúa để hút thêm nitơ và amoniac từ đất vào cây, làm tăng NUE từ 30% lên 48,3%, đồng thời giảm khoảng 19-46% lượng nitơ ôxít và amoniac thải ra khí quyển.

Do lượng chất dinh dưỡng được cung cấp nhiều hơn, cây lúa sẽ cho năng suất cao hơn. Trong đó, hạt lúa giàu dinh dưỡng hơn: hàm lượng prôtêin, một số axít amin thiết yếu và selen cũng tăng. Trên hết, nhóm nghiên cứu nhận thấy việc ứng dụng nano-selen cho phép nông dân giảm 30% nhu cầu sử dụng phân đạm.

Trồng lúa hiện là nguồn sống của hơn 3,5 tỉ người, chiếm hơn 43% dân số thế giới. Kỹ thuật nông nghiệp mới hứa hẹn giải 3 bài toán khó, bao gồm dân số toàn cầu ngày càng tăng, biến đổi khí hậu và chi phí kinh tế/môi trường ngày càng cao. 

MINH DŨNG (Theo SciTechDaily)