Đánh giá hiệu quả sử dụng nước cho cây cà phê bằng kỹ thuật đồng vị

Gần 70% lượng nước ngọt khai thác được sử dụng cho nông nghiệp, ước tính đến năm 2050 sẽ cần thêm 19% để đáp ứng nhu cầu lương thực cho dân số toàn cầu ngày càng tăng. Tuy nhiên, hiệu quả sử dụng nước hiện nay trên toàn cầu chỉ dưới 40%. Vì vậy, nhu cầu cấp thiết là nâng cao hiệu quả bằng cách tăng năng suất cây trồng và giảm tiêu thụ nước.

Đối với cây cà phê, nước không chỉ đáp ứng cho nhu cầu ra hoa, đậu quả mà còn tăng khả năng sinh trưởng và phát triển của cây trong điều kiện khô hạn và quyết định đến năng suất. Tại Tây Nguyên, canh tác cà phê chủ yếu theo hình thức thâm canh, đồng nghĩa với việc sử dụng nước cao, nhất là vào các tháng mùa khô. Tuy nhiên, các kết quả điều tra cho thấy phần lớn nông dân sử dụng nước chưa hợp lý, gây tổn thất và cạn kiệt nguồn tài nguyên nước. Các tác động của biến đổi khí hậu diễn ra ngày càng mạnh mẽ, làm cho tài nguyên nước ngày càng giảm, dẫn đến nguy cơ thiếu nước. Do vậy, cần có những hiểu biết đầy đủ và giải pháp nước tưới phù hợp, ứng dụng tiến bộ khoa học kỹ thuật nhằm sử dụng nước có hiệu quả, tiết kiệm đồng thời đem lại năng suất và chất lượng cao.

Theo kết quả nghiên cứu của Viện Khoa học Kỹ thuật Nông Lâm nghiệp Tây Nguyên, nông dân trồng cà phê ở Tây Nguyên có xu hướng tưới nhiều hơn so với nhu cầu thực tế của cây cà phê. Trong khi lượng khuyến cáo, kỹ thuật phổ biến ở mức 100 m³/ha/lần tưới. Ước tính mỗi năm, ngành sản xuất cà phê ở Tây Nguyên đã lãng phí trên 180 triệu m³ nước tưới trong mùa khô. Việc sử dụng lượng nước tưới nhiều hơn cần thiết gây lãng phí nguồn nước mặt, sụt giảm mực nước ngầm, thất thoát chất dinh dưỡng trong đất do rửa trôi và làm giảm hiệu quả kinh tế trong canh tác.

Lâm Đồng - một trong các tỉnh khu vực Tây Nguyên, là địa phương đứng thứ 2 cả nước (sau Đắk Lắk) về phát triển cây cà phê. Lâm Đồng có hai mùa rõ rệt và lượng mưa phân bố không đều trong năm. Mưa tập trung chủ yếu từ tháng 5 đến tháng 11. Trong mùa khô từ tháng 12 đến tháng 4 năm sau, lượng mưa không đáng kể dẫn đến nguy cơ thiếu nước nghiêm trọng cho sản xuất nông nghiệp trong giai đoạn này.

Mới đây, Viện Nghiên cứu hạt nhân đã thực hiện đề tài “Nghiên cứu, đánh giá chỉ số hiệu suất sử dụng nước (WUE) cho cây cà phê dựa trên kỹ thuật đồng vị bền δ¹³C”. Đề tài nhằm mục tiêu xác định chỉ số WUE dựa trên đồng vị bền δ¹³C để nghiên cứu mối liên hệ giữa sự hấp thụ carbon của cây cà phê và sự thất thoát nước. Các nhà khoa học đã khám phá ra rằng các đồng vị carbon bền và nhiệt độ của lá có thể đánh giá tác động của thời tiết khô hạn đối với cây cà phê. Nguyên tắc của việc sử dụng đồng vị bền carbon làm chỉ thị cho tình trạng hạn hán đó là: khi phân tích thành phần đồng vị bền δ¹³C trong lá cây, có thể phát hiện cây có bị stress do điều kiện khô hạn hay không.

Đề tài đã tiến hành nghiên cứu trên cây cà phê Robusta tại một vườn canh tác tại huyện Đức Trọng, tỉnh Lâm Đồng. Mẫu lá cà phê được thu góp theo nhiều đợt khác nhau trong năm, mẫu được lấy theo mùa tưới, chế độ tưới và các tầng lá cây. Các thông số nhiệt độ, lượng mưa, độ ẩm trong khu vực nghiên cứu cũng được thu thập thông qua thiết bị quan trắc lắp đặt tại hiện trường và được so sánh đối chiếu với các số liệu khí tượng của Trạm Quan trắc khí tượng thuỷ văn huyện Đức Trọng, tỉnh Lâm Đồng.

Dựa vào các dữ liệu vi khí hậu (nhiệt độ, độ ẩm và lượng mưa) quan trắc tại chỗ, số liệu phân tích δ¹³C và hàm lượng carbon của các mẫu lá cà phê, giá trị tính toán hệ số phân biệt tỉ số carbon Δ¹³C và WUE tại vị trí nghiên cứu, các kiểm định thống kê đã được thực hiện để xác định mối tương quan δ¹³C, hàm lượng carbon, WUE với các thông số vi khí hậu. Chỉ số hiệu quả sử dụng nước WUE và δ¹³C tương quan dương với nhiệt độ, độ ẩm và lượng mưa; trong khi hàm lượng carbon tương quan âm. Đề tài cũng đã xây dựng phương pháp nghiên cứu và phương pháp luận để tính toán chỉ số hiệu suất sử dụng nước cho cây trồng theo mùa canh tác. Qua khảo sát, đã xác định chỉ số hiệu suất sử dụng nước theo thời gian chăm sóc theo tháng để theo dõi quá trình sử dụng nước cho cây sinh trưởng và phát triển từ tỉa cành và mới thu hoạch, vào mùa khô có giá trị WUE ~ 0,153 tăng lên vào mùa mưa WUE ~ 2. Vào các giai đoạn canh tác và chăm sóc cây khác nhau, cũng đã làm thay đổi chỉ số sử dụng nước trong quá trình sinh trưởng.

Như vậy, thông qua việc phân tích giá trị đồng vị bền δ¹³C trong mẫu lá cây cà phê tại khu vực nghiên cứu, đề tài đã áp dụng tính toán chỉ số hiệu suất sử dụng nước theo thời gian của cây cà phê và đánh giá ảnh hưởng của các yếu tố khí hậu (nhiệt độ, lượng mưa và độ ẩm) đến sự thất thoát nước của cây cà phê.

Nghiên cứu này là cơ sở tiến hành các nghiên cứu chuyên sâu hơn để tính toán, xác định lượng nước tưới phù hợp cho cây cà phê. Trong khuôn khổ thời gian và kinh phí đề tài, nghiên cứu đã bước đầu xây dựng công cụ phân tích δ¹³C của lá cây và phương pháp xác định WUE dựa trên δ¹³C. Việc khảo sát, đánh giá hiệu suất sử dụng nước của cây cà phê tại Lâm Đồng nói riêng và Tây Nguyên nói chung cần được tiến hành với nhiều giống cây cà phê khác nhau, trên các độ tuổi khác nhau và điều kiện khí hậu khác nhau. Trên cở sở đó có thể hỗ trợ đưa ra các khuyến cáo giúp nông dân về chế độ tưới sao cho hiệu quả và tính toán được hiệu suất sử dụng nước của vườn cà phê là tối ưu nhất, tăng hiệu quả kinh tế trong canh tác cà phê và các loại nông sản khác.