Rễ ngô tiết ra một số hóa chất ảnh hưởng đến chất lượng của đất. Ở một số cánh đồng, hiệu ứng này làm tăng hơn 4% sản lượng lúa mì trồng sau ngô trên cùng một loại đất. Điều này đã được chứng minh bởi các nhà nghiên cứu từ Đại học Bern. Mặc dù những phát hiện từ một số thí nghiệm đồng ruộng cho thấy rằng những tác động này rất khác nhau, nhưng về lâu dài, chúng vẫn có thể giúp cho việc trồng ngũ cốc trở nên bền vững hơn mà không cần thêm phân bón hoặc thuốc trừ sâu.

Thực vật sản xuất rất nhiều hóa chất đặc biệt. Một số trong số này được giải phóng vào đất và ảnh hưởng đến chất lượng của nó. Điều này lại ảnh hưởng đến cây tiếp theo mọc trong đất. Cho đến nay, có rất ít nghiên cứu về mức độ mà các hóa chất thải ra có thể được sử dụng trong nông nghiệp để tăng năng suất. Tuy nhiên, gần đây, các nhà nghiên cứu từ Viện Khoa học Thực vật (IPS) tại Đại học Bern đã tiến hành các thí nghiệm thực địa trong lĩnh vực này. Với phát hiện của họ được công bố trên tạp chí khoa học eLife, các nhà nghiên cứu chứng minh rằng các chất chuyển hóa chuyên biệt từ rễ cây ngô có thể làm tăng sản lượng lúa mì được trồng sau đó trong điều kiện nông nghiệp thực tế.

Hóa chất rễ ngô ảnh hưởng đến lúa mì như thế nào

Trên cơ sở các nghiên cứu trước đó được thực hiện bởi các nhà nghiên cứu tại Viện Khoa học Thực vật (IPS) tại Đại học Bern, người ta đã biết rằng cái gọi là benzoxazinoids - hóa chất tự nhiên mà cây ngô giải phóng qua rễ - làm thay đổi thành phần của vi sinh vật trong đất trên rễ và do đó ảnh hưởng đến sự phát triển của các cây tiếp theo mọc trong đất. Nghiên cứu hiện tại đã điều tra xem phản hồi giữa đất và thực vật có xảy ra trong điều kiện nông nghiệp thực tế hay không.

Valentin Gfeller, người đã làm việc cho dự án khi còn là nghiên cứu sinh tiến sĩ tại IPS và hiện đang làm việc tại Viện Nghiên cứu Nông nghiệp Hữu cơ FiBL, giải thích: “Những thí nghiệm thực địa như vậy là cần thiết để kiểm tra khả năng ứng dụng của nghiên cứu cơ bản vào thực tế và do đó đánh giá lợi ích nông học tiềm năng”.

Trong một thí nghiệm đồng ruộng kéo dài hai năm, ban đầu hai dòng ngô được trồng, chỉ một trong số đó giải phóng benzoxazinoit vào đất. Ba giống lúa mì mùa đông sau đó được trồng trên các loại đất có điều kiện khác nhau. Trên cơ sở này, có thể chứng minh rằng sự bài tiết benzoxzinoids giúp cải thiện sự nảy mầm và tăng khả năng đẻ nhánh, tăng trưởng và năng suất cây trồng.

Ít sâu bệnh hơn, chất lượng như nhau

Ngoài sản lượng vụ mùa tăng lên, mức độ phá hoại của một số loài gây hại cũng thấp hơn. Matthias Erb, Giáo sư về Tương tác Sinh học tại Viện Khoa học Thực vật, người đứng đầu nghiên cứu giải thích: “Mức tăng năng suất 4% nghe có vẻ không ngoạn mục, nhưng nó vẫn có ý nghĩa quan trọng khi xem xét việc nâng cao năng suất lúa mì mà không cần thêm đầu vào. Liệu những tác động của loại này có thực sự tạo ra sự khác biệt đáng kể đối với năng suất nông nghiệp tổng thể và tính bền vững hay không vẫn còn phải xem xét, vì năng suất còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác. Nghiên cứu chứng minh tiềm năng của việc sử dụng các hợp chất thực vật chuyên biệt để cải thiện năng suất cây trồng thông qua luân canh theo từng giống cụ thể”.

Trong khuôn khổ Hợp tác nghiên cứu “Một sức khỏe” (IRC) tại Đại học Bern, cũng có thể nghiên cứu chất lượng lúa mì ở cấp độ của từng nguyên tố hóa học. Cùng với Viện Địa lý của Đại học Bern và Agroscope, trung tâm nghiên cứu nông nghiệp của Thụy Sĩ, có thể chứng minh rằng việc tăng sản lượng thu hoạch do benzoxazinoids không có bất kỳ tác động tiêu cực nào đến chất lượng hạt lúa mì.

Hóa chất thực vật tồn tại trong đất

Để hiểu rõ hơn về cơ chế cơ bản, các nhà nghiên cứu đã hoàn thành nhiều phân tích về đất và rễ. Các cây trồng sản xuất benzoxazinoid tích lũy các hóa chất này và các sản phẩm thoái hóa của chúng trong đất gần rễ. Hơn nữa, với sự hợp tác của Đại học Basel, người ta đã xác nhận rằng benzoxazinoit ảnh hưởng đến cộng đồng vi khuẩn và nấm ở trong và trên rễ ngô. Tuy nhiên, chất dinh dưỡng của đất không bị thay đổi. Benzoxazinoids cũng được chứng minh là đặc biệt bền vững trong đất. Mức độ mà sự tăng trưởng của lúa mì và năng suất tổng thể bị ảnh hưởng trực tiếp hoặc gián tiếp bởi benzoxazinoit thông qua các vi sinh vật đất sẽ được nghiên cứu thêm.

Tính chất của đất rất quan trọng

Để kiểm tra tác động của các đặc tính của đất, cùng với Đại học Basel và Agroscope, nhóm nghiên cứu đã tiến hành một thí nghiệm thực địa khác kéo dài hai năm để tìm hiểu xem phản hồi giữa đất và thực vật do benzoxazinoid như thế nào tại một cánh đồng có các thành phần phức tạp hơn. Thành phần hóa học của đất và vi sinh vật trên cánh đồng này thay đổi đáng kể. Các nhà nghiên cứu đã thành công trong việc chỉ ra rằng ảnh hưởng của benzoxazinoids đối với sự phát triển và sức đề kháng của lúa mì phụ thuộc vào thành phần khác nhau này. Valentin Gfeller giải thích: “Hiểu rõ hơn về tác động của các đặc tính đất đối với phản hồi đất-thực vật là rất quan trọng trong nông nghiệp bền vững trong tương lai”.