Biến đổi khí hậu như con quái vật tàng hình đe dọa cây lúa

Hơn 3,5 tỷ người trên thế giới đang sống dựa vào hàm lượng calo từ cây lúa, nhưng các loại hình biến đổi khí hậu đang đe dọa loại cây lương thực quan trọng này.

Nông dân ở Đồng bằng sông Cửu Long của Việt Nam nhổ bỏ những cây lúa chết do bị nhiễm mặn từ Biển Đông. Ảnh: AFP

Nỗi lo mất mùa 

Nông dân trồng lúa ở Trung Quốc, Ấn Độ, Bangladesh, Indonesia, Việt Nam - những quốc gia trồng lúa nhiều nhất - cũng như ở Nigeria, nhà sản xuất gạo lớn nhất châu Phi đang lo lắng về những thiệt hại mà biến đổi khí hậu sẽ gây ra đối với sản xuất lúa gạo.

Theo dữ liệu năm 2018 của FAO, Trung Quốc vẫn là nhà sản xuất lúa gạo hàng đầu thế giới, với 214 triệu tấn, tiếp đến là Ấn Độ, Bangladesh, Indonesia và Việt Nam.

Để tiết kiệm và thậm chí thúc đẩy sản xuất, những người trồng lúa, kỹ sư và nhà nghiên cứu đã chuyển sang thói quen tưới tiết kiệm nước và ngân hàng gen lúa lưu trữ hàng trăm nghìn giống lúa để sẵn sàng lai tạo ra các giống mới, thích ứng với khí hậu. Với việc biến đổi khí hậu đang diễn biến khó lường, với việc các nhà nghiên cứu nâng cao cảnh báo về các mối đe dọa liên quan, như ô nhiễm asen và các bệnh do vi khuẩn càng cho thấy nhu cầu đổi mới ngày càng tăng.

Nhà di truyền học thực vật Pamela Ronald thuộc Đại học California, Davis cho biết: “Biến đổi khí hậu đang đe dọa các vùng trồng lúa trên toàn thế giới. Đó không phải là vấn đề trong tương lai mà nó đang xảy ra. Nếu mất mùa lúa, chúng ta sẽ thiếu đói”.

Tai ương nước mặn

Hầu hết các giống lúa đều được cấy trồng trên các cánh đồng, thường chứa mực nước dao động khoảng 10 cm. Tình trạng mực nước này liên tục sẽ giúp ngăn chặn cỏ dại và các loại sâu bệnh. Tuy nhiên nếu mực nước đột ngột lên quá cao, chẳng hạn như mưa lũ, cây lúa có thể bị chết.

Chính vì vậy để đạt được sự cân bằng lượng nước sẽ là cả một cuộc chiến đối với nhiều nông dân trồng lúa, đặc biệt là ở châu Á, nơi sản xuất hơn 90% lượng gạo cho toàn thế giới.

Các vựa lúa lớn ở Nam và Đông Nam Á, chẳng hạn như Đồng bằng sông Cửu Long ở Việt Nam, nơi có tài nguyên đất bằng phẳng, màu mỡ, lý tưởng cho việc trồng lúa. Nhưng những vùng thấp trũng này lại rất nhạy cảm với sự thay đổi của chu kỳ nước, bởi vì châu thổ này nằm trên bờ biển và hạn hán mang đến một mối đe dọa khác là nước mặn.

Những tác động của hạn mặn đã rất rõ ràng ở Đồng bằng sông Cửu Long. Khi sông cạn, nước mặn từ Biển Đông xâm lấn ngược trở lại và nó có thể len ​​lỏi vào đất và kênh mương tưới tiêu của toàn vùng đồng bằng này.

Bjoern Sander, chuyên gia về biến đổi khí hậu tại Viện Nghiên cứu Lúa gạo Quốc tế (IRRI) cho biết: “Nếu tưới lúa bằng nước quá mặn, đặc biệt là ở một số giai đoạn (đang phát triển), nông dân có nguy cơ mất trắng 100% vụ mùa”.

Trong đợt hạn hán năm 2015 và 2016, nước mặn xâm nhập sâu vào đất liền ở châu thổ này tới 90 km, phá hủy 405.000 ha lúa. Năm 2019 và 2020, hạn hán và xâm nhập mặn trở lại, tiếp tục làm thiệt hại 58.000 ha lúa.

Theo một báo cáo năm 2020 của Ủy ban Kinh tế và Xã hội khu vực Châu Á - Thái Bình Dương, các tình trạng này ở Đông Nam Á sẽ ngày một gia tăng và lan rộng hơn .

Bão gió bất thường

Hàng năm từ khoảng tháng 4 đến tháng 10, gió mùa thường khởi động trên các vùng biển Nam và Đông Nam Á. Ước tính có khoảng 80% lượng mưa của Nam Á được đổ vào mùa này và có thể gây ra lũ lụt tàn phá mùa màng.

Bản đồ sản lượng lúa gạo thế giới của FAO năm 2018. (đơn vị: triệu tấn). Nguồn: Ourworldindata.org

Bangladesh là một trong những nước sản xuất gạo dễ bị lũ lụt nhất trong khu vực, vì nó nằm ở các cửa sông Hằng, sông Brahmaputra và sông Meghna. Vào tháng 6 năm 2020, mưa lũ đã làm ngập khoảng 37% lãnh thổ nước này, làm hư hại khoảng 83.000 ha lúa. Các nhà nghiên cứu phát biểu trên tạp chí Science Advances ước đoán, lượng mưa lũ vào các đợt gió mùa ở Nam Á sẽ tăng lên cùng với biến đổi khí hậu. 

Tuy nhiên mực nước cao và thấp lại không phải là toàn bộ câu chuyện. Lúa thường phát triển tốt nhất ở những nơi có ngày nóng và đêm mát hơn. Nhưng ở nhiều vùng trồng lúa, nhiệt độ ban ngày có xu hướng trở nên quá nóng dẫn đến cây lúa dễ bị tác động nhiệt nhất trong giai đoạn giữa của quá trình sinh trưởng, trước khi chúng bắt đầu đóng hạt. Nền nhiệt độ cực cao, trên 35°C, có thể làm giảm số lượng hạt chỉ trong vài tuần, hoặc thậm chí vài ngày. Ghi nhận vào tháng 4 năm ngoái ở Bangladesh, có hai ngày liên tiếp nhiệt độ lên tới 36°C đã phá hủy hàng nghìn ha lúa.

Ở Nam và Đông Nam Á, các hiện tượng nắng nóng khắc nghiệt như vậy dự báo ​​sẽ trở nên phổ biến cùng với biến đổi khí hậu, và kéo theo những hậu quả khác chưa lường được đối với lúa gạo trong thời gian tới.

Một trong những mối đe dọa lớn nhất đó là bệnh bạc lá do vi khuẩn, một loại bệnh chết chóc đối với cây trồng do vi khuẩn Xanthomonas oryzae pv gây ra. Dịch bệnh này đã khá phổ biến ở Đông Nam Á và đang gia tăng ở châu Phi, được báo cáo là làm giảm năng suất lúa lên tới 70% đối với lúa một vụ.

Jan Leach, một nhà nghiên cứu bệnh thực vật tại Đại học Bang Colorado ở Fort Collins (Mỹ), cho biết: “Chúng tôi biết rằng với nhiệt độ cao hơn, bệnh dịch sẽ trở nên tồi tệ hơn do hầu hết các gen giúp cây lúa chống lại bệnh bạc lá vi khuẩn dường như trở nên kém hiệu quả hơn khi nhiệt độ tăng. Và khi thế giới ấm lên, các biên giới mới có thể mở ra thêm các mầm bệnh trên lúa”.

Ngoài ra, nhiệt độ tăng có thể mang đến “vấn đề kép” về asen. Trong một nghiên cứu năm 2019 trên tạp chí Nature Communications, E. Marie Muehe, nhà hóa sinh tại Trung tâm Nghiên cứu Môi trường Helmholtz ở Leipzig (Đức), khi đó đang làm việc tại Đại học Stanford, đã chỉ ra rằng trong điều kiện khí hậu đó, asen sẽ xâm nhập vào cây lúa nhiều hơn. Hàm lượng asen cao làm tăng nguy cơ sức khỏe cho con người khi tiêu thụ gạo, đồng thời làm suy giảm sự phát triển của thực vật.

Asen tự nhiên xuất hiện trong đất, mặc dù ở hầu hết các vùng, nguyên tố độc hại này đều ở mức rất thấp. Tuy nhiên, gạo đặc biệt dễ bị nhiễm asen do được trồng trong điều kiện ngập nước và do đất trồng lúa thiếu ôxy và các vi sinh vật phát triển mạnh trong môi trường thiếu ôxy này đã giải phóng asen khỏi đất khiến cây lúa có thể hút asen qua bộ rễ của chúng. Từ đó, nguyên tố độc hại này được phân phối khắp các mô và hạt của cây.

Bà Muehe và các cộng sự đã trồng thí nghiệm một giống lúa của California ngay tại địa phương, nơi có hàm lượng asen thấp bên trong các nhà kính được kiểm soát khí hậu. Muehe nói, việc tăng nhiệt độ và mức độ carbon dioxide để phù hợp với các kịch bản khí hậu trong tương lai đã làm tăng hoạt động của các vi sinh vật sống trong đất lúa và làm tăng lượng asen trong ngũ cốc. Và nguy hiểm là năng suất lúa giảm dần, và dự báo trong điều kiện khí hậu sắp tới, năng suất lúa sẽ giảm 16%.

Cần những giống lúa tốt hơn

Hiện bộ sưu tập giống lúa gạo lớn nhất thế giới đang được lưu giữ ở Philippines, cơ sở này đặt tại thành phố Los Baños. Tại đây, một ngân hàng gen lúa quốc tế, do IRRI quản lý, đang nắm giữ hơn 132.000 loại hạt giống lúa từ các vùng miền trên khắp thế giới.

Hơn 132.000 giống lúa được lưu giữ tại Ngân hàng gen lúa gạo ở Philippines. Ảnh: IRRI

Những hạt giống này đã được làm khô và xử lý, bảo quản cẩn thận trong các túi giấy và chuyển vào hai cơ sở lưu trữ - một cơ sở được làm lạnh từ 2˚ đến 4˚C để có thể sử dụng luôn, và một cơ sở được làm lạnh đến -20˚C để lưu trữ dài hạn.

Ngoài ra để phục vụ mục tiêu an toàn hơn, một nguồn hạt giống dự phòng khác cũng được lưu giữ tại Trung tâm Bảo tồn Tài nguyên Di truyền Quốc gia ở Fort Collins, (Mỹ) và hầm hạt giống đông lạnh Svalbard được cất giấu trong một ngọn núi ở Na Uy.

Tất cả những điều này được thực hiện nhằm bảo vệ sự đa dạng sinh học của cây lúa và tích lũy một lượng vật chất di truyền có thể được sử dụng để tạo ra các thế hệ lúa gạo trong tương lai. Vấn đề này xuất phát từ việc nông dân không còn sử dụng nhiều giống lúa truyền thống, thay vào đó họ thường chọn các giống mới có năng suất cao hơn hoặc khỏe hơn.

Tuy nhiên theo các nhà khoa học, các giải pháp cho các vấn đề liên quan đến khí hậu có thể ẩn chứa trong DNA của chính những chủng giống cũ đó. Đó chính là cách chủng giống Sub1 được phát hiện.

Gen Sub1 cho phép cây lúa chịu được thời gian dài ngập hoàn toàn dưới nước. Nó được phát hiện vào năm 1996 trên một giống lúa truyền thống được trồng ở bang Orissa của Ấn Độ, và thông qua việc lai tạo nó đã được đưa vào bộ giống được trồng ở các vùng dễ bị tổn thương do lũ lụt ở Nam và Đông Nam Á. Các giống lúa này còn được gọi là “lúa lặn”, có thể tồn tại trong hơn hai tuần hoàn toàn ngập trong nước.

Một số nhà nghiên cứu hiện đang tìm kiếm xa hơn sự biến đổi gen được lưu giữ trong ngân hàng gen lúa, thay vào đó tìm kiếm các gen hữu ích từ các loài khác, bao gồm cả thực vật và vi khuẩn. Tuy nhiên việc chèn các gen từ loài này vào loài khác, hoặc chỉnh sửa gen hiện vẫn còn đang gây tranh cãi, như gần đây là về loại gạo biến đổi gen Golden Rice, giàu beta-carotene, một tiền chất của vitamin A. Để tạo ra gạo này, các nhà nghiên cứu đã ghép một gen từ hoa thủy tiên vàng và một gen khác từ vi khuẩn vào một loại gạo châu Á.

Biến đổi khí hậu chính là một con quái vật nhiều đầu và mỗi vùng trồng lúa sẽ phải đối mặt với những vấn đề cụ thể khác nhau. Để giải quyết những vấn đề đó đòi hỏi sự hợp tác giữa nông dân địa phương, các quan chức chính phủ và cộng đồng các nhà nghiên cứu quốc tế.