Dưới đây là bài viết của tiến sỹ Nguyễn Văn Biếu - Tổng thư ký Hội các Ngành sinh học Hà Nội, chuyên gia nông nghiệp - về mối liên hệ giữa số phi và sự đẻ nhánh của cây lúa.
Con số kỳ lạ
Trong toán học, số phi (tỷ lệ vàng hay con số vàng) được định nghĩa là cách xác định một điểm trên đoạn thẳng AB (hình dưới) sao cho tỷ số giữa AB với đoạn thẳng dài hơn (được tạo bởi A hoặc B với điểm đó) bằng tỷ lệ giữa đoạn thẳng dài hơn với đoạn ngắn hơn.
Dựa trên hình trên, phi (ký hiệu là φ) được biểu diễn bằng công thức: (a+b)/a = a/b = φ. Người ta đã tính được tỷ số này có dạng số vô tỷ với giá trị là: 1,6180339887498948420... Số phi có 2 tính chất toán học đặc biệt kỳ lạ là tổng của phi với 1 bằng tích của phi với chính nó.
Về hình học, có thể minh họa số phi qua hình chữ nhật vàng theo phương pháp Le Corbusier. Theo đó, phi là độ dài đoạn thẳng xuất phát từ hình vuông có cạnh là 1 đơn vị, chia đôi hình vuông và vẽ một cung có bán kính là đường chéo nửa hình vuông, ta sẽ tìm được giá trị phi.
Điều kỳ lạ là dãy số phibonacci (mang tên nhà toán học lỗi lạc người Ý, được ông công bố năm 1202 khi nghiên cứu về sự tăng trưởng đàn thỏ, ong) cũng là con số vàng nhưng lại được biểu diễn dưới dạng một dãy vô hạn các số tự nhiên bắt đầu bằng hai phần tử 0 và 1. Các phần tử sau đó được thiết lập theo quy tắc mỗi phần tử tiếp theo luôn bằng tổng hai phần tử trước nó.
Dãy số phibonacci biểu thị bằng dãy số tự nhiên là 0, 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, 55, 89, 144, 233... với hai đặc điểm: Số sau là tổng của hai số liền trước và tỷ lệ của số sau với số ngay trước nó chính là giá trị số phi theo mức chính xác tăng dần và chính là tỷ lệ vàng 1,618...
Dãy số phibonacci cũng phù hợp một cách kỳ lạ để diễn tả quy luật sinh sản của nhiều loài, quy luật mọc cành, đẻ nhánh, phân bố lá, ra hoa, phát triển rễ... của thực vật; phù hợp với một loạt cấu tạo, hình dạng, tỷ lệ từng bộ phận đến toàn bộ cơ thể sinh vật, thậm chí đúng cả với các bộ phận, cơ quan trên cơ thể người. Số phi xuất hiện trong các cấu trúc kiến trúc cổ xưa và hiện đại, trong cấu trúc các bản sonate của Mozart, Giao hưởng số 5 của Beethoven...
Nó cũng xuất hiện cùng rất nhiều hiện tượng tự nhiên khác mà không thể lý giải theo cách thông thường. Chẳng hạn, đem số 37 (thân nhiệt con người, tính theo độ C) chia cho 22,87 (nhiệt độ thích hợp cho cơ thể người) thì kết quả đúng bằng tỷ số vàng, hay sự phân bố các thiên hà trong vũ trụ cũng tuân theo con số vàng...
Mối liên quan đến sự đẻ nhánh của lúa
Năm 1966, khi tìm hiểu quy luật ra lá của cây, nhà khoa học Bunting A. H và cộng sự đưa ra thuật ngữ phyllochron để chỉ quy luật ra lá hay tốc độ ra lá trên thân. Các nhà khoa học về lúa cũng đã phát hiện ra quá trình đẻ nhánh liên quan chặt chẽ với quá trình ra lá. Thường khi cây ra lá, mầm nách ở mắt ra lá bắt đầu phân hoá. Theo quy luật, khi lá thứ tư xuất hiện thì mầm lá thứ nhất kết thúc thời kỳ phân hoá và xuất hiện dảnh thứ nhất cấp 1. Khi cây ra lá thứ năm thì dảnh thứ hai cấp 1 xuất hiện...
Trong kỹ thuật trồng trọt, thời gian đẻ nhánh của cây lúa được tính từ khi lúa bén rễ, hồi xanh đến khi kéo dài lóng phía trên, làm đòng. Ở ruộng mạ cũng có hiện tượng đẻ nhánh nếu gieo mạ thưa. Những cây mạ quanh bờ cũng có thể đẻ 1-2 nhánh khi mạ già, có quá 4-5 lá (gọi là mạ ngạnh trê).
Tuy nhiên, ngay lúc đó, mật độ cây trong ruộng mạ tăng lên và quá trình đẻ nhánh ngừng lại do cạnh tranh ánh sáng và dinh dưỡng. Khả năng đẻ nhánh của cây lúa phụ thuộc vào phạm vi mắt đẻ (tức số lá trên cây mẹ, tuổi mạ và số lóng đốt kéo dài) và điều kiện ngoại cảnh (thời tiết, kỹ thuật chăm sóc, đất đai...).
Từ một hạt thóc, có thể thu được 200 bông lúa.
Từ trước đến nay, đã có nhiều công trình nghiên cứu về sự đẻ nhánh của cây lúa nhưng hầu hết các kết quả công bố chỉ dựa trên quan sát thực nghiệm, rút ra các kết luận định tính - đẻ nhánh khỏe, trung bình hay yếu... Người đầu tiên quan sát, mô tả sự ra lá và đẻ nhánh của cây lúa cùng một số cây họ hòa thảo khác (lúa mỳ, lúa mạch) là Katayama, năm 1951.
Người ta cũng phân biệt thời gian đẻ nhánh hữu hiệu (mang bông) và vô hiệu (không có bông). Trên cây lúa, thông thường chỉ có những nhánh đẻ sớm, ở vị trí mắt đẻ thấp, số lá nhiều, điều kiện dinh dưỡng thuận lợi mới đủ điều kiện để phát triển thành dảnh hữu hiệu; còn những nhánh đẻ muộn, thời gian sinh trưởng ngắn, số lá ít thường trở thành dảnh vô hiệu.
Việc hiểu rõ về sự đẻ nhánh của cây lúa sẽ giúp làm rõ hơn cơ sở khoa học của nhiều biện pháp kỹ thuật như: Cấy mạ non (hạn chế ảnh hưởng của việc nhổ làm đứt rễ, hư dảnh), cấy nông tay (tạo điều kiện thuận lợi cho các đốt mạ đẻ nhánh); giúp hiểu và điều khiển số dảnh, số bông cần thu hoạch... Tuy vậy, chưa thấy tác giả nào nói đến mối liên quan giữa con số vàng và quy luật đẻ nhánh.
Khi tìm hiểu sự đẻ nhánh của cây lúa và quy luật đẻ nhánh của lúa, chúng tôi đã phát hiện thấy dãy số vàng phibonacci cũng xuất hiện đúng quy luật một cách kỳ lạ, dù cộng theo chiều ngang hay tính tổng số dảnh trên từng dảnh gốc. Điều này giúp chúng ta hiểu rõ quy luật và mô tả dễ dàng hơn sự đẻ nhánh của cây lúa.
Về mặt lý thuyết, có thể mô tả sự đẻ nhánh của cây lúa có 9 mắt đẻ nhánh bằng sơ đồ bên dưới. Nhìn vào sơ đồ này, có thể thấy, trong điều kiện lý tưởng, từ một cây mạ (một hạt thóc), chúng ta có thể thu được 55, 89, hoặc 144, 233 bông lúa hay thậm chí nhiều hơn nữa (với những giống nhiều lá) bằng cách cộng theo quy luật dãy số vàng.
Tuy nhiên trong thực tế, số dảnh quá lớn lại dẫn đến cạnh tranh không gian, cạnh tranh dinh dưỡng ngay giữa các dảnh trong khóm, làm suy giảm khả năng đẻ nhánh. Theo thông tin trao đổi qua email giữa chúng tôi với tiến sỹ Trần Văn Đạt - chuyên gia cấp cao của Tổ chức Nông - Lương Liên Hợp Quốc và Viện Lúa Quốc tế, các chuyên gia của Viện Lúa Quốc tế cũng thực nghiệm và kết quả là từ 1 hạt thóc đã thu được 200 bông lúa.
Theo các tài liệu về lúa, các giống ngắn ngày thường có 12-15 lá, giống trung ngày có 16-18 lá và giống dài ngày thường có 18-20 lá. Thời kỳ mạ non, trung bình 3 ngày cây ra được 1 lá. Từ lá thứ tư, tốc độ ra lá chậm lại, 7-10 ngày ra được 1 lá.
Sơ đồ đẻ nhánh minh họa trên sẽ giúp các cán bộ kỹ thuật và nông dân hiểu rõ hơn sự đẻ nhánh của cây lúa. Đây cũng là cơ sở khoa học giúp giải thích rõ ràng hơn các biện pháp chăm sóc giúp cây lúa đẻ nhánh tập trung theo quy luật ra lá, giúp hiểu biết và điều khiển số bông/khóm.
Trong chương trình nghiên cứu và phát triển phương pháp cấy lúa mới ứng dụng hiệu ứng hàng biên và sức đẻ bông tối ưu, kỹ sư Chu Văn Tiệp - cán bộ Trung tâm Tư vấn, Đào tạo và Chuyển giao tiến bộ khoa học nông nghiệp - phát hiện ra: Cần thay đổi cách cấy lúa, giảm sâu số khóm chỉ còn 8-16 khóm/m2 với khoảng cách cấy dễ dàng tính được nhờ biểu thức toán học đơn giản dựa vào đặc điểm của giống (chiều cao cây, dạng hình tán lá...) có điều chỉnh cho phù hợp với loại đất. Công nghệ cấy này đã tác động đến các yếu tố chính cấu thành năng suất lúa như số dảnh/khóm, số bông/m2, số hạt/bông, trọng lượng nghìn hạt và đã tạo hiệu quả kinh tế đáng ngạc nhiên (giảm 30% lượng phân bón, giảm 50-70% lượng thuốc trừ bệnh, trừ sâu... và hiệu quả cuối cùng là tăng năng suất, tăng chất lượng sản phẩm và giảm mạnh giá thành).
Phương pháp cấy lúa hàng biên với sức đẻ bông tối ưu kể trên đã được Cục Sở hữu trí tuệ cấp bằng sáng chế năm 2015. Dựa vào đặc điểm từng giống, khoảng cách hàng rộng tính được khoảng 38-70cm, hàng hẹp khoảng 20-30cm và khóm cách khóm 18-26cm, mỗi khóm cấy 2-3 dảnh và các khóm liền kề sắp xếp theo hình tam giác đều. Như vậy, mỗi khóm lúa được tạo điều kiện tốt và hợp lý nhất để sử dụng tối ưu ánh sáng, dinh dưỡng và sơ đồ đẻ nhánh của mỗi dảnh lúa (phyllochron) nêu trên sẽ giúp lý giải và minh họa dễ hiểu hơn.
Còn phương pháp SRI khuyến cáo cấy thưa hơn cấy mắt sàng, cấy lúa theo hàng rộng, hàng hẹp, mật độ vẫn ở mức 32-35 khóm/m2 nên khoảng cách khóm chưa đủ rộng, thiếu cơ sở để cây lúa thể hiện quy luật đẻ nhánh như sơ đồ trên vì bị quy luật cạnh tranh ánh sáng, dinh dưỡng... chi phối.
Chẳng hạn, số bông lý tưởng cần đạt khi cấy 2 dảnh/khóm sẽ là 13-21dảnh/khóm (khi cây ra đến lá thứ 11-12 và sinh dảnh ở đốt thứ năm hay sáu), cho số bông hữu hiệu tương ứng là 13-21 bông/dảnh và sẽ đạt tới 26-42 bông/khóm. Điều này chỉ có thể đạt được khi áp dụng đúng các biện pháp kỹ thuật: Cấy nông tay, chăm bón đủ và đặc biệt khi lúa được cấy theo phương pháp hiệu ứng hàng biên, tạo khoảng cách cần thiết để mỗi hàng lúa sử dụng ánh sáng tối ưu cho mục tiêu năng suất tối đa như: Số bông hợp lý, bông to và dài hơn, nhiều hạt hơn, tỷ lệ hạt chắc và trọng lượng hạt cao hơn.
Quy luật con số vàng không chỉ đúng với sự đẻ nhánh mà còn đúng và có ý nghĩa khi xem xét sự ra rễ, quá trình phân hóa hình thành hạt... và chúng tôi xin giải trình trong các bài viết sau này. Hy vọng hiểu biết về con số vàng giúp cho mùa vàng bội thu.