Sự trỗi dậy của "công nghệ cũ" trong cuộc chiến mới

Khi Tiến sĩ Andrew McKenzie-Gopsill, nhà khoa học nghiên cứu tại Bộ Nông nghiệp và Thực phẩm Canada (AAFC), quyết định lôi một thiết bị cũ kỹ phủ bụi trong kho ra để thử nghiệm cho ý tưởng mới, chính ông cũng không dám kỳ vọng quá nhiều. Đó là năm 2021, và thiết bị này vốn dĩ đã được phát minh từ 10 năm trước cho một mục đích hoàn toàn khác. Thiết bị đó được gọi là "máy nghiền dây khoai tây" (potato vine crusher).

Nguyên bản, cỗ máy này là đứa con tinh thần của Tiến sĩ Christine Noronha (đồng nghiệp của ông tại AAFC). Nó được thiết kế gồm hai trục lăn kim loại gắn vào động cơ, hoạt động nhờ máy phát điện 10 mã lực. Mục tiêu ban đầu của nó là gắn vào sau máy thu hoạch khoai tây để nghiền thân dây khoai tây, qua đó tiêu diệt ấu trùng sâu. Tuy nhiên, Tiến sĩ McKenzie-Gopsill lại nhìn thấy ở cỗ máy này một tiềm năng khác: Kiểm soát hạt cỏ dại trong quá trình thu hoạch.

Tiến sĩ McKenzie-Gopsill giải thích: "Thông thường, khi thu hoạch, máy móc sẽ tách nông sản ra và phun trả lại tàn dư thực vật – bao gồm cả hạt cỏ dại – trở lại ruộng đồng. Điều này vô tình gieo mầm cho cỏ dại phát triển vào vụ sau. Kiểm soát hạt cỏ dại khi thu hoạch là việc chúng ta thu gom toàn bộ số hạt này hoặc tiêu diệt chúng ngay tại chỗ, không cho chúng có cơ hội quay lại đất".

Đây là một tư duy cực kỳ quan trọng trong bối cảnh hiện nay. Theo báo cáo của Tổ chức Lương thực và Nông nghiệp Liên hợp quốc (FAO), tình trạng cỏ dại kháng thuốc diệt cỏ đang gia tăng ở mức báo động trên toàn cầu. Tại Việt Nam, nông dân cũng đang chật vật khi các loại thuốc cỏ thông thường ngày càng kém hiệu quả. Việc tìm ra một giải pháp cơ học, không dùng hóa chất như HWSC là hướng đi tất yếu của nền nông nghiệp sinh thái.

Từ phòng thí nghiệm đến những con số ấn tượng

Để kiểm chứng giả thuyết "nghiền nát hạt cỏ dại", Tiến sĩ McKenzie-Gopsill đã đưa chiếc máy nghiền dây khoai tây đến Trang trại Nghiên cứu Harrington của AAFC. Tại đây, ông đã thiết lập một mô phỏng thu hoạch khoai tây đầy công phu.

Nhóm nghiên cứu đã thu thập cây khoai tây từ đồng ruộng, trộn thêm vào đó các loại hạt cỏ dại phổ biến thường xuất hiện trong canh tác khoai tây, sau đó đưa hỗn hợp này đi qua máy nghiền bằng tay. Hỗn hợp sau khi nghiền nát được đem đi ươm trong các đĩa petri và trong đất để kiểm tra khả năng nảy mầm (tỷ lệ hạt sống sót và phát triển thành cây).

Kết quả ban đầu vào năm 2022 đã khiến giới chuyên môn kinh ngạc: Trong điều kiện đĩa petri, tỷ lệ nảy mầm của một số loài cỏ dại giảm từ 60% đến 95%; còn trong thử nghiệm với đất (gần với điều kiện tự nhiên hơn), tỷ lệ nảy mầm của cỏ chân ngỗng (lambsquarters) và dền gai (pigweed) giảm 50%. Các loài hạt cỏ dại có kích thước lớn hơn thậm chí còn bị tiêu diệt mạnh hơn, với tỷ lệ giảm nảy mầm từ 50% đến 75%.

Phát hiện này đánh dấu một cột mốc lịch sử: Đây là lần đầu tiên công nghệ kiểm soát hạt cỏ dại cơ giới hóa được áp dụng thành công cho một loại cây trồng như khoai tây. Trước đây, các công nghệ tương tự như Máy hủy hạt giống Harrington – một phát minh nổi tiếng của Úc - chủ yếu chỉ được áp dụng cho các loại cây ngũ cốc như lúa mì hay lúa mạch.

Cuộc "thử lửa" trên đồng ruộng

Tuy nhiên, từ phòng thí nghiệm ra đến đồng ruộng luôn là một khoảng cách lớn. Liệu cỗ máy có hoạt động hiệu quả giữa bụi bặm, đất đá và tốc độ vận hành thực tế của một vụ thu hoạch khoai tây? Năm 2023, Nicolle MacDonald, một nhà sinh học thuộc Chương trình Giảm thiểu Rủi ro Thuốc bảo vệ thực vật của AAFC, đã bắt tay cùng Tiến sĩ McKenzie-Gopsill để trả lời câu hỏi này. Chương trình mà Nicolle đang thực hiện tập trung vào việc tìm kiếm các giải pháp thay thế thuốc trừ sâu, hướng tới một nền nông nghiệp an toàn hơn.

Để thử nghiệm, nhóm nghiên cứu đã gắn máy nghiền dây khoai tây vào một máy thu hoạch khoai tây thông thường. Họ sử dụng một phương pháp rất sáng tạo: thả các túi lưới chứa hạt cỏ dại vào máy nghiền trong quá trình thu hoạch. Các loại cỏ được chọn để thử nghiệm đều là những "kẻ thù" quen mặt của nhà nông: cải dầu tự sinh (volunteer canola), cỏ lồng vực (barnyard grass), cỏ chân ngỗng, dền gai, corn spurry (cỏ ngọc thực)... Các túi lưới này giúp nhóm nghiên cứu thu hồi lại chính xác lượng hạt đã đi qua máy để đánh giá, đồng thời đảm bảo chúng chịu tác động y hệt như những hạt cỏ trôi nổi tự do trong máy. Sau khi thu hoạch, các túi lưới này được ghim lại trên mặt đất hoặc chôn nhẹ xuống đất để mô phỏng quá trình ngủ đông. Một số được để vài tuần, số khác để qua cả mùa đông.

Kết quả thực tế cho thấy tính khả thi cao của giải pháp này:

- Cải dầu tự sinh: Tỷ lệ nảy mầm giảm 26%.

- Cỏ lồng vực: Giảm 21%.

- Cỏ chân ngỗng: Giảm 14%.

- Dền gai: Giảm 13%.

- Cỏ corn spurry: Giảm dưới 1%.

Nhà sinh học Nicolle MacDonald chia sẻ với sự thận trọng nhưng đầy lạc quan: "Khi chuyển nghiên cứu từ kịch bản được kiểm soát sang môi trường thực tế khó lường, kết quả thành công không phải lúc nào cũng được đảm bảo. May mắn thay, chúng tôi đã thấy sự giảm thiểu rõ rệt về sức sống của hạt cỏ. Dù mức độ ảnh hưởng khác nhau tùy loài, nhưng việc giảm được hơn 20% khả năng nảy mầm của các loại cỏ cứng đầu như cỏ lồng vực ngay trong vụ thu là một thành công lớn".

Có thể con số 20-26% nghe có vẻ khiêm tốn so với 95% trong phòng thí nghiệm, nhưng trong khoa học cỏ dại, đây là con số ý nghĩa. Hãy hình dung, một cây cỏ dại có thể sản sinh hàng nghìn hạt giống. Việc tiêu diệt được 1/4 số đó ngay lập tức sẽ làm giảm áp lực đáng kể cho vụ mùa sau, ngăn chặn sự bùng nổ theo cấp số nhân của "ngân hàng hạt giống" trong đất.

Chiến lược dài hạn cho nền nông nghiệp sinh thái

Sự thành công của máy nghiền dây khoai tây không chỉ dừng lại ở con số kỹ thuật, mà nó mở ra một hướng đi chiến lược. Trong bối cảnh biến đổi khí hậu và thâm canh nông nghiệp, cỏ dại đang tiến hóa để kháng lại các loại thuốc diệt cỏ hóa học. Việc phụ thuộc hoàn toàn vào thuốc hóa học không còn là giải pháp bền vững, vừa tốn kém chi phí đầu vào, vừa gây hại cho môi trường đất và nước.

Tiến sĩ McKenzie-Gopsill nhấn mạnh: "Thiết bị này là một công cụ quý giá để nông dân bổ sung vào chiến lược quản lý cỏ dại tổng hợp (IWM) của họ. Về lâu dài, khi hạt cỏ không thể nảy mầm, nông dân sẽ thấy 'ngân hàng hạt giống' trong đất cạn kiệt dần, dẫn đến mật độ cỏ dại ít đi theo thời gian".

Các nhà nghiên cứu tại AAFC đã cho một phát minh cũ cơ hội thứ hai, biến nó từ công cụ nghiền thân dây khoai tây qua đó tiêu diệt ấu trùng sâu thành giải pháp diệt cỏ. Giờ đây, máy nghiền hạt cỏ dại đã sẵn sàng để đưa nông dân về phía chiến thắng trong cuộc chiến dai dẳng với cỏ dại – một chiến thắng sạch hơn, xanh hơn và bền vững hơn.

Việt Nam cũng có những vùng chuyên canh khoai tây lớn ở Lâm Đồng hay các tỉnh phía Bắc. Việc áp dụng cơ giới hóa để xử lý phụ phẩm và cỏ dại ngay khi thu hoạch hoàn toàn có thể được nghiên cứu và nội địa hóa.