Tác giả: HUSTA reviewer
Trong bối cảnh giá phân bón hóa học liên tục biến động và yêu cầu chuyển đổi sang một nền nông nghiệp xanh, sạch, bền vững ngày càng rõ nét, thế giới vi sinh vật trong đất đang dần được nhìn nhận như một “nguồn lực chiến lược” thay vì là yếu tố vô hình. Một trong những trụ cột quan trọng của xu hướng này là cố định đạm sinh học (Biological Nitrogen Fixation – BNF), tức quá trình các vi sinh vật chuyển khí nitơ từ không khí thành dạng dinh dưỡng mà cây trồng có thể sử dụng, giúp giảm phụ thuộc vào phân đạm công nghiệp và góp phần hạn chế phát thải khí nhà kính. Câu chuyện thành công của nhà khoa học Brazil Mariangela Hungria, người được trao Giải thưởng Lương thực Thế giới năm 2025 vì những đóng góp đột phá trong lĩnh vực này, mở ra nhiều gợi ý thực tiễn cho nông nghiệp Việt Nam nói chung và nông nghiệp Huế nói riêng.
Nitơ là thành phần cơ bản cấu tạo nên protein và diệp lục, nhưng cây trồng lại không thể sử dụng trực tiếp nguồn nitơ khổng lồ ở dạng khí N2 trong khí quyển dù nó chiếm tới hơn hai phần ba thể tích không khí. Thông thường, nông nghiệp hiện đại cung cấp nitơ cho cây trồng thông qua phân bón hóa học, được sản xuất bằng các quy trình tiêu tốn nhiều năng lượng và phát thải khí nhà kính, đặc biệt là trong sản xuất phân đạm tổng hợp. Trong khi đó, tự nhiên đã tạo ra một “cỗ máy” tinh vi mang tên enzyme nitrogenase nằm trong một số vi sinh vật đặc biệt, có khả năng chuyển N2 thành NH2 trong điều kiện thích hợp. Quá trình này yêu cầu rất nhiều năng lượng và phải được bảo vệ khỏi tác động của oxy, vì nitrogenase rất nhạy cảm với môi trường giàu oxy.
Các hệ vi sinh vật cố định đạm chủ yếu được phân thành ba nhóm. Nhóm cộng sinh, tiêu biểu là Rhizobium và Bradyrhizobium, sống trong các nốt sần ở rễ cây họ đậu như đậu nành, đậu phộng, đậu xanh, nơi chúng nhận đường và nơi trú ẩn từ cây và “trả lại” bằng nguồn đạm tự nhiên. Nhóm sống tự do trong đất, như Azotobacter hay một số loài Clostridium, sử dụng chất hữu cơ từ tàn dư thực vật làm nguồn năng lượng để duy trì hoạt động cố định đạm, tuy hiệu suất thấp hơn nhưng vẫn góp phần đáng kể vào tổng lượng nitơ trong đất. Nhóm liên kết, trong đó có Azospirillum, sinh sống bám trên bề mặt rễ các cây hòa thảo như lúa, bắp, vừa cố định thêm một phần nitơ, vừa kích thích rễ phát triển và cải thiện khả năng hấp thu dinh dưỡng của cây. Khi nắm rõ những nguyên lý này, đội ngũ kỹ sư, khuyến nông và nông dân có thể tổ chức sản xuất theo cách khuyến khích hệ vi sinh vật hoạt động tối ưu thay vì phụ thuộc hoàn toàn vào phân bón hóa học.
Từ góc nhìn của cố định đạm sinh học, những phế phụ phẩm nông nghiệp như rơm rạ, thân cây ngô, dây đậu phộng, thân lá đậu xanh không chỉ đơn thuần là “rác nông nghiệp” sau thu hoạch. Với vi sinh vật, đó là nguồn thức ăn giàu carbon và năng lượng, giúp duy trì quần thể vi khuẩn cố định đạm sống tự do và liên kết trong đất. Nhiều nghiên cứu tại vùng nhiệt đới cho thấy mỗi hecta lúa có thể tạo ra lượng rơm rạ tương đương năng suất hạt, tức khoảng 5 đến 7 tấn rơm rạ khi thu được 5 đến 7 tấn lúa một hecta, trong khi mỗi hecta bắp có thể cung cấp trên 8 tấn thân lá nếu đạt 4 đến 6 tấn hạt. Các cây họ đậu cũng để lại lượng thân, lá, vỏ đáng kể nếu được tận dụng làm nguồn hữu cơ tại chỗ. Khi những phế phụ phẩm này được ủ hoai hoặc vùi lại vào đất cùng với chế phẩm vi sinh phù hợp, hệ vi sinh vật bản địa được nuôi dưỡng, hoạt động cố định đạm được thúc đẩy, cấu trúc đất trở nên tơi xốp hơn, khả năng giữ nước và giữ dinh dưỡng được cải thiện rõ rệt. Đây chính là cốt lõi của nông nghiệp tuần hoàn, nơi chất thải của vụ sản xuất này trở thành đầu vào cho vụ sản xuất tiếp theo.
Hình 1. Xử lý rơm thành sản phẩm ủ phân hữu cơ (Nguồn: https://link.springer.com/chapter/10.1007/978-3-030-32373-8_3)
Trong bức tranh toàn cầu về nông nghiệp xanh, Brazil nổi lên như một điển hình cho việc ứng dụng cố định đạm sinh học trên quy mô lớn, đặc biệt với cây đậu nành, đồng thời mở rộng sang nhiều loại cây trồng khác. Tại đây, nhà khoa học Mariangela Hungria đã có hơn bốn thập kỷ nghiên cứu và phát triển các công nghệ, sản phẩm vi sinh dựa trên hệ vi khuẩn cộng sinh và liên kết với cây trồng vùng nhiệt đới. Các chế phẩm do bà và cộng sự phát triển đã giúp nông dân sử dụng hiệu quả các chủng Bradyrhizobium bản địa cho đậu nành, và áp dụng cơ chế tương tự cho lúa, bắp, lúa mì và một số cây trồng khác, từ đó nâng cao năng suất mà không cần gia tăng phân đạm tổng hợp.
Theo ghi nhận của Quỹ Giải thưởng Lương thực Thế giới và các tổ chức khoa học quốc tế, các công nghệ cố định đạm sinh học mà Dr. Mariangela Hungria và đồng nghiệp triển khai đã góp phần giúp nông nghiệp Brazil tránh phát thải hơn 200 triệu tấn CO2 tương đương so với kịch bản sử dụng phân đạm hóa học, đồng thời mang lại lợi ích kinh tế hàng tỷ đô la cho người trồng trọt. Điều khiến các công trình này được đánh giá cao không chỉ là hiệu quả kinh tế, mà còn ở chỗ chúng chứng minh rằng vẫn có thể đạt năng suất cao trong điều kiện khí hậu nhiệt đới bằng cách dựa vào hệ vi sinh vật trong đất. Bà Hungria được vinh danh với Giải thưởng Lương thực Thế giới 2025, thường được gọi là “Nobel về nông nghiệp và lương thực”, như một biểu tượng của cách tiếp cận dựa trên khoa học sinh học để giải quyết đồng thời bài toán năng suất, chi phí và môi trường.
Việt Nam đã cam kết tại COP26 sẽ hướng tới mục tiêu phát thải ròng bằng 0 vào năm 2050, trong đó nông nghiệp là một lĩnh vực trụ cột. Chính phủ đã phê duyệt chương trình phát triển 1 triệu hecta lúa chất lượng cao, phát thải thấp ở Đồng bằng sông Cửu Long đến năm 2030, nhấn mạnh việc áp dụng quy trình canh tác bền vững, giảm phát thải khí nhà kính, tận dụng rơm rạ sau thu hoạch, bảo vệ môi trường và cải thiện thu nhập của người trồng lúa. Các định hướng này cho thấy cố định đạm sinh học không chỉ là câu chuyện của phòng thí nghiệm, mà có thể trở thành một thành tố quan trọng trong chuỗi giải pháp từ đồng ruộng đến chính sách.
Đối với thành phố Huế, quy hoạch đô thị khiến diện tích đất nông nghiệp có xu hướng thu hẹp, song đồng thời tạo ra nhu cầu lớn về nông sản an toàn, chất lượng cao cho nhu cầu ngày càng tăng của cư dân đô thị, công nhân các khu công nghiệp và khách du lịch. Trong bối cảnh đó, việc xây dựng mô hình nông nghiệp sinh thái, nông nghiệp hữu cơ, nông nghiệp gắn với du lịch trải nghiệm hoàn toàn có thể gắn liền với các giải pháp dựa trên vi sinh vật, trong đó có cố định đạm sinh học. Những vùng ven như Phong Quảng, Phong Phú. Phú Vang, Vinh Xuân và các xã lân cận có thể trở thành “phòng thí nghiệm ngoài trời” cho mô hình lúa – đậu luân canh, kết hợp sử dụng chế phẩm BNF và quản lý phế phụ phẩm bằng ủ vi sinh, tiến tới xây dựng những nhãn hiệu như “gạo sạch Huế”, “đậu xanh bền vững Huế”.
Hình 2. Giảm ô nhiễm không khí và mất sinh khối do đốt đồng
Để làm được điều đó, vai trò của đội ngũ kỹ sư, cán bộ khuyến nông và nông dân là vô cùng quan trọng. Việc kết nối với các viện, trường, phòng thí nghiệm, trung tâm nghiên cứu, doanh nghiệp để lựa chọn và giới thiệu được các chủng vi sinh vật phù hợp cho lúa, đậu phộng, đậu xanh, bắp; thiết kế các mô hình trình diễn quy mô nhỏ nhưng được theo dõi chặt chẽ; ghi nhận cụ thể mức giảm phân đạm hóa học, biến động năng suất, độ phì đất và hiệu quả kinh tế là những bước đi cần thiết. Song song với đó, các hoạt động truyền thông, tập huấn, sinh hoạt cộng đồng cần được tổ chức theo cách dễ hiểu, lấy chính kết quả thực tế trên đồng ruộng của nông dân làm minh chứng, để nông nghiệp dựa trên vi sinh vật trở thành lựa chọn đáng tin cậy chứ không chỉ là khái niệm trong tài liệu kỹ thuật.
Khi nhìn xuống lớp đất ngay dưới chân mình, mỗi người làm nông nghiệp đều có thể hình dung ra một thế giới sống động, nơi hàng tỷ vi sinh vật đang âm thầm góp sức vào từng mùa vụ. Việc học cách “hợp tác” với thế giới ấy thông qua cố định đạm sinh học và các giải pháp vi sinh khác sẽ giúp nông nghiệp Huế từng bước giảm phụ thuộc vào phân bón hóa học, thích ứng tốt hơn với biến đổi khí hậu và xây dựng hình ảnh một vùng đất vừa giàu bản sắc văn hóa, vừa tiên phong về nông nghiệp sinh thái. Nếu mỗi vụ mùa đều có thêm một thay đổi nhỏ, từ việc không đốt rơm rạ, thử nghiệm ủ hữu cơ với chế phẩm vi sinh, đến việc áp dụng dần các công nghệ BNF, thì những thay đổi nhỏ ấy sẽ tích tụ thành một cuộc chuyển đổi lớn, đúng nghĩa là “cách mạng xanh từ trong lòng đất”.
