Vi tảo – "người bạn đồng hành thầm lặng" giúp cây lúa khỏe mạnh, đất đai màu mỡ, cho mùa gặt vàng óng

Trong bối cảnh ngành trồng lúa, vốn là trụ cột an ninh lương thực, lại đang trở thành một trong những nguồn phát thải khí nhà kính (GHG) lớn nhất trong nông nghiệp, việc tìm ra các giải pháp sinh thái thay thế, bền vững là điều cấp thiết. Một trong những hướng đi đang nhận được sự quan tâm của giới khoa học là ứng dụng vi tảo loại sinh vật cực nhỏ nhưng mang lại hiệu quả lớn trong việc hấp thụ khí nhà kính, cải tạo đất và giảm phụ thuộc vào phân bón hóa học.

Vi tảo: Sinh vật nhỏ bé, tiềm năng lớn trong hệ sinh thái ruộng lúa

Trong sinh quyển nông nghiệp, vi tảo - hay còn gọi là tảo hiển vi, từ lâu đã hiện diện trong môi trường nước nhưng chưa được khai thác đúng mức về mặt sinh thái và nông học. Với đặc tính là nhóm sinh vật quang hợp đơn bào hoặc đa bào nhỏ sống trong môi trường nước ngọt, vi tảo không chỉ là mắt xích trong chuỗi dinh dưỡng mà còn là tác nhân quan trọng góp phần điều tiết khí hậu và cải tạo đất.

Điều đáng chú ý là ruộng lúa, đặc biệt trong điều kiện canh tác ngập nước lại chính là môi trường lý tưởng cho vi tảo phát triển. Dưới tác động của ánh sáng, nhiệt độ và dưỡng chất từ nền đất, vi tảo sinh trưởng nhanh chóng, thực hiện quá trình quang hợp mạnh mẽ, tạo ra oxy và sinh khối hữu cơ. Khác với các vi sinh vật ký sinh hoặc cộng sinh, vi tảo sống tự do, hoạt động rộng khắp trên bề mặt và trong tầng nước ruộng.

Chính sự hiện diện tự nhiên, khả năng sinh khối cao và tương tác sinh thái đa chiều đã khiến vi tảo trở thành một giải pháp “cùng chiều” với ruộng lúa không thay thế, không đối kháng, mà bổ sung và nâng đỡ. Không phải ngẫu nhiên mà trong các hệ thống canh tác truyền thống như “lúa - cá - tảo”, người nông dân từ lâu đã chứng kiến hiệu quả cải tạo đất, giảm sâu bệnh và tăng năng suất mà vi tảo mang lại, dù chưa được lý giải đầy đủ bằng ngôn ngữ khoa học.

Trong bối cảnh hiện nay, khi ngành lúa gạo đứng trước yêu cầu cấp thiết phải giảm phát thải khí nhà kính, giảm phụ thuộc hóa chất và tăng khả năng chống chịu của đất trồng, vi tảo - với tư cách là một “đối tượng tự nhiên sẵn có”  đang từng bước chứng minh vai trò như một nhân tố hỗ trợ đắc lực, vừa thân thiện môi trường, vừa khả thi về mặt kỹ thuật và chi phí.

Vai trò kép: Làm lành đất, làm mát khí quyển

Trong hệ sinh thái nông nghiệp hiện đại, yêu cầu đặt ra không chỉ là duy trì năng suất mà còn phải đảm bảo tính bền vững của đất canh tác và giảm thiểu dấu chân carbon trong toàn bộ chuỗi sản xuất. Vi tảo - tưởng như vô hình trong mắt thường lại đang đảm nhiệm một vai trò kép: vừa tái tạo độ phì đất, vừa giảm phát thải khí nhà kính, đặc biệt trong mô hình canh tác lúa nước - một trong những nguồn phát sinh khí metan (CH₄) lớn nhất ngành nông nghiệp.

Làm lành đất, tái thiết hệ vi sinh và dinh dưỡng: Khi được đưa vào ruộng lúa, các loài vi tảo như Chlorella, Scenedesmus hay Cyanobacteria không chỉ phát triển sinh khối mà còn để lại một chuỗi tác động tích cực lên đất: Tăng cường hàm lượng hữu cơ, cải thiện cấu trúc và độ tơi xốp của đất; Ổn định pH và môi trường vi sinh, tạo điều kiện cho các vi khuẩn cố định đạm, phân giải lân hoạt động; Triết xuất hợp chất sinh học tự nhiên, giúp kích thích rễ lúa phát triển và tăng sức đề kháng với điều kiện bất lợi.

Không dừng lại ở chức năng cải tạo vật lý và hóa học của đất, vi tảo còn đóng vai trò như “kiến trúc sư vi sinh” thúc đẩy đa dạng sinh học trong tầng canh tác, làm nền cho một hệ sinh thái lúa lành mạnh, chống chịu tốt hơn với biến động thời tiết và dịch hại.

Làm mát khí quyển, triệt tiêu khí thải ngay từ mặt ruộng: Một trong những vấn đề nhức nhối của trồng lúa ngập nước là phát sinh lượng lớn khí metan loại khí nhà kính có khả năng giữ nhiệt gấp 28-36 lần so với CO₂ trong 100 năm. Tuy nhiên, sự hiện diện của vi tảo lại làm thay đổi điều kiện sinh khí: Oxy sinh ra từ quang hợp của tảo góp phần phá vỡ môi trường yếm khí, điều kiện tối ưu cho vi khuẩn tạo metan; Vi tảo cạnh tranh dinh dưỡng với vi sinh vật phân giải kỵ khí, từ đó giảm lượng cơ chất hữu cơ bị phân hủy thành CH₄ và N₂O; Đặc biệt, một số chủng tảo còn có khả năng cố định nitơ và hấp thu CO₂ trực tiếp, góp phần bù trừ lượng khí nhà kính phát sinh từ hoạt động canh tác.

Nghiên cứu tại Viện Khoa học Kỹ thuật Nông nghiệp miền Nam (VIAES) cho thấy, việc bổ sung vi tảo vào hệ thống ruộng lúa có thể giúp giảm phát thải metan từ 30 - 45%, tùy điều kiện và mật độ tảo. Đồng thời, năng suất lúa có thể tăng từ 5 - 8% mà không cần tăng lượng phân bón hóa học.

Một trong những áp lực lớn nhất đối với sản xuất lúa hiện nay là sự phụ thuộc ngày càng tăng vào phân bón hóa học vừa gây ra chi phí sản xuất cao, vừa để lại hệ lụy dài hạn đối với chất lượng đất, nước và môi trường sống. Trong bối cảnh đó, vi tảo nổi lên như một “nguồn dinh dưỡng sinh học” đầy triển vọng, không chỉ hỗ trợ mà còn có thể thay thế một phần phân bón hóa học, hướng tới mục tiêu canh tác sinh thái, tiết kiệm và tuần hoàn.

Một số loài vi tảo, đặc biệt là nhóm Cyanobacteria (vi khuẩn lam) có khả năng cố định nitơ từ khí quyển, chuyển hóa thành dạng dễ hấp thụ cho cây trồng. Đây là chức năng tương tự các loài vi khuẩn cộng sinh với cây họ đậu, nhưng vi tảo có ưu thế hơn ở chỗ không cần ký sinh vào rễ cây mà hoạt động độc lập trong nước ruộng. Cơ chế này giúp: Giảm đáng kể lượng phân đạm phải bổ sung từ bên ngoài; Cung cấp nguồn đạm ổn định, chậm phân giải, giúp cây hấp thụ đều trong suốt chu kỳ sinh trưởng; Cải thiện hiệu quả sử dụng dinh dưỡng (NUE) - một trong những chỉ tiêu bền vững trong quản lý phân bón.

Ngoài đạm, vi tảo còn có khả năng hòa tan photpho khó tiêu nhờ tiết enzyme phosphatase và các axit hữu cơ. Đồng thời, trong quá trình phát triển, chúng tích lũy một lượng đáng kể vi lượng (Zn, Fe, Mn, Cu...), góp phần đa dạng hóa nguồn khoáng cho cây trồng mà không cần phụ thuộc vào phân bón tổng hợp.

Khác với phân bón hóa học, vốn được sản xuất và vận chuyển từ xa, vi tảo có thể được nhân nuôi tại chỗ, ngay trong chính vùng trồng lúa. Mô hình này tạo ra “nhà máy sinh học tại ruộng”, vừa tái tạo tài nguyên tại chỗ, vừa giảm phụ thuộc nhập khẩu và chi phí vận hành.

Theo nghiên cứu của Viện Khoa học Nông nghiệp Việt Nam, các mô hình lúa, vi tảo, phân hữu cơ vi sinh tại ĐBSCL đã giúp giảm đến 40- 50% lượng phân đạm sử dụng mà vẫn duy trì năng suất, thậm chí còn nâng cao chất lượng gạo do giảm tồn dư nitrat và hóa chất độc hại.

Việc sử dụng vi tảo không chỉ là một giải pháp kỹ thuật mà còn mang tính chiến lược trong quản trị môi trường nông nghiệp. Phân bón hóa học dư thừa là nguyên nhân chính gây thoái hóa đất, phú dưỡng nguồn nước và phát thải khí nhà kính N₂O - một loại khí có sức nóng gấp 300 lần CO₂. Việc thay thế một phần phân hóa học bằng sinh khối vi tảo sẽ: Giảm áp lực phát thải từ gốc rễ chuỗi giá trị nông nghiệp; Giảm nguy cơ rửa trôi, tồn dư và ô nhiễm chéo trong đất và thủy vực; Tạo điều kiện phát triển chuỗi sản phẩm “sạch - hữu cơ - sinh thái”, hướng tới thị trường cao cấp và xuất khẩu.

Từ những luống cày đầu tiên, người nông dân đang góp phần tạo điều kiện cho vi tảo phát triển - giải pháp sinh học giúp giảm phát thải khí nhà kính ngay trong sản xuất nông nghiệp.

Mô hình thực tiễn và phân tích hiệu quả kinh tế - môi trường của vi tảo trong ruộng lúa

Tại Đồng Tháp, mô hình thí điểm: Lúa - vi tảo - hữu cơ vi sinh đã được triển khai từ năm 2022-2024, Trung tâm Ứng dụng tiến bộ Khoa học - Công nghệ tỉnh Đồng Tháp phối hợp với Viện Lúa ĐBSCL triển khai mô hình canh tác lúa kết hợp sử dụng tảo lam (Nostoc sp.) và chế phẩm vi sinh phân giải hữu cơ tại huyện Tháp Mười.

Kết quả ghi nhận, lượng phân đạm giảm 40- 50% so với thông lệ canh tác; Năng suất tăng trung bình 5-7%, chất lượng hạt gạo tăng (tỷ lệ gạo nguyên và gạo trắng cao hơn); Hàm lượng nitrat trong đất và nước mặt giảm trên 60% so với ruộng đối chứng; Tổng chi phí vật tư đầu vào giảm khoảng 800.000-1.200.000 đồng/ha/vụ.

Ngoài ra, nông dân được hướng dẫn nhân nuôi tảo bằng các bể ủ nhỏ cạnh ruộng hoặc tái sử dụng nước sau nuôi cá, tận dụng ánh sáng và nhiệt độ tự nhiên không phát sinh chi phí lớn về công nghệ cao.

Bảng so sánh minh chứng về chi phí và lợi ích giữa 2 mô hình

Như vậy, việc ứng dụng vi tảo trong sản xuất lúa không chỉ khả thi về mặt kỹ thuật mà còn mang lại hiệu quả kinh tế rõ rệt, nhất là khi chi phí đầu vào tăng cao và yêu cầu giảm phát thải ngày càng khắt khe từ thị trường quốc tế. Quan trọng hơn, mô hình này mở ra hướng đi mới trong quản lý dinh dưỡng thân thiện môi trường, từng bước thay thế hóa chất bằng giải pháp sinh học bản địa.

Triển vọng ứng dụng và những thách thức cần vượt qua

Việc ứng dụng vi tảo vào hệ thống canh tác lúa không còn là một giả thuyết trong phòng thí nghiệm mà đang dần hiện thực hóa trong nhiều mô hình thực tiễn tại Việt Nam và thế giới. Tuy nhiên, để mở rộng quy mô, đưa vi tảo trở thành một thành tố ổn định trong chuỗi giá trị lúa gạo xanh, vẫn còn không ít rào cản cần được nhận diện và vượt qua.

Trước hết, nhìn ở góc độ triển vọng ứng dụng thì đây là cơ hội vàng cho canh tác lúa carbon thấp, vì: (1) Vi tảo phù hợp với xu thế chuyển đổi xanh, cụ thể là canh tác hữu cơ, nông nghiệp tuần hoàn và sản xuất lúa giảm phát thải. Trong bối cảnh Việt Nam đang xây dựng bản đồ “Lúa gạo carbon thấp” để đáp ứng yêu cầu từ thị trường xuất khẩu như EU, Nhật Bản, Hoa Kỳ, sự hiện diện của vi tảo như một công cụ sinh học nội sinh có thể giúp: Giảm thiểu dấu chân carbon từ mặt ruộng, đặc biệt là metan và N₂O; Tăng năng lực hấp thụ carbon sinh học tại chỗ thông qua quang hợp và tích lũy sinh khối; Tăng khả năng truy xuất nguồn gốc sinh thái, yếu tố đang trở thành tiêu chuẩn bắt buộc tại nhiều thị trường cao cấp; (2) Vi tảo đáp ứng tốt yêu cầu của canh tác nông hộ, đặc biệt tại ĐBSCL, nơi điều kiện ánh sáng, nước và nhiệt độ thuận lợi quanh năm. Một số mô hình đã cho thấy nông dân hoàn toàn có thể chủ động nhân giống, sử dụng và tái tạo vi tảo bằng phương pháp đơn giản, không cần đầu tư công nghệ cao điều kiện lý tưởng cho việc xã hội hóa quy mô ứng dụng; (3) Sự phát triển của công nghệ sinh học và cơ sở dữ liệu hệ gene vi sinh vật đất lúa đã và đang mở ra khả năng lựa chọn lai tạo tối ưu hóa chủng tảo bản địa phù hợp với từng vùng canh tác, từng giống lúa và mục tiêu sản xuất (năng suất, chất lượng gạo, giảm phát thải...).

Mùa vàng bội thu - thành quả từ canh tác bền vững nhờ ứng dụng vi tảo trong ruộng lúa.

Tuy nhiên, trên hành trình “làm quen với tảo” trong nông nghiệp lúa nước, vẫn còn một số thách thức mang tính căn cơ: Thiếu quy chuẩn, hướng dẫn kỹ thuật chính thức về sử dụng vi tảo trong sản xuất lúa. Đến nay, vẫn chưa có bộ tiêu chuẩn quốc gia hay hướng dẫn cụ thể để công nhận vi tảo như một “đầu vào sinh học” trong danh mục nông nghiệp hữu cơ hoặc giảm phát thải; Khó khăn trong việc đánh giá hiệu quả đồng bộ, mỗi loại vi tảo có đặc tính sinh học khác nhau; hiệu quả về cải tạo đất, cố định dinh dưỡng hay giảm phát thải cũng thay đổi theo mùa vụ, loại đất, giống lúa… Do đó, cần nghiên cứu đồng bộ đa yếu tố để tạo ra công thức khuyến cáo có thể nhân rộng; Khả năng nhân nuôi đại trà còn hạn chế nếu không có cơ sở hạ tầng hỗ trợ. Việc nhân giống tảo đòi hỏi kiểm soát ánh sáng, nhiệt độ và nước - những yếu tố mà nông hộ nhỏ có thể chưa đủ điều kiện đảm bảo nhất quán trên diện rộng; Tâm lý e ngại rủi ro từ phía nông dân và doanh nghiệp, vì vi tảo là khái niệm mới mẻ, nên việc thay thế một phần phân bón truyền thống dễ vấp phải sự dè dặt, đặc biệt trong bối cảnh đầu ra sản phẩm “xanh” chưa được định giá tương xứng.

Theo TS. Bùi Thị Mai Phụng, Trường Đại học An Giang, Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh thì, mặc dù vi tảo mang lại nhiều lợi ích rõ rệt, việc ứng dụng chúng vào canh tác lúa vẫn còn đối mặt với một số thách thức. Do đó, cần nghiên cứu sâu hơn để xác định các loài vi tảo hiệu quả nhất, tối ưu hóa điều kiện phát triển và ứng dụng trong các loại đất và điều kiện thời tiết ở ĐBSCL, đặc biệt ở tỉnh An Giang và Kiên Giang.

Phát triển các kỹ thuật nhân nuôi và đưa vi tảo bản địa vào ruộng lúa một cách hiệu quả, bền vững với chi phí hợp lý. Đồng thời, chuyển giao kỹ thuật cho nông dân, từng bước khuyến khích nông dân áp dụng các phương pháp canh tác lúa thân thiện môi trường khi tận dụng nguồn vi tảo trong tự nhiên.

Với tiềm năng to lớn trong việc giảm phát thải khí nhà kính và cải thiện môi trường đất, vi tảo thực sự là một giải pháp tự nhiên đầy hứa hẹn cho ngành nông nghiệp lúa gạo bền vững. Việc khuyến khích và đầu tư vào nghiên cứu, ứng dụng vi tảo trong ruộng lúa không chỉ góp phần vào nỗ lực giảm tác động tiêu cực từ biến đổi khí hậu mà còn tạo ra một nền nông nghiệp xanh, sạch hơn, mang lại lợi ích lâu dài cho cộng đồng và môi trường sống.

Để vượt qua các rào cản trên, cần có sự vào cuộc đồng bộ, Nhà nước cần xây dựng bộ khung pháp lý và cơ chế thí điểm ứng dụng vi tảo như một thành tố của nông nghiệp carbon thấp; Hướng đi mới trong quản lý dinh dưỡng, vi tảo thay thế và hỗ trợ phân bón hóa học.

Bên cạnh đó, các viện nghiên cứu, trường đại học cần thúc đẩy các đề tài thực nghiệm đa vùng, đa vụ, nhằm tạo dữ liệu đủ mạnh cho khuyến cáo kỹ thuật. Doanh nghiệp và HTX nên được hỗ trợ trong các mô hình hợp tác sản xuất, chế biến, tiêu thụ lúa xanh, trong đó vi tảo là yếu tố đầu vào then chốt. Truyền thông và giáo dục cộng đồng đóng vai trò thay đổi nhận thức, tạo sự tin tưởng và chủ động chuyển đổi từ chính người nông dân.

Thiết nghĩ, để “giọt tảo nhỏ” có thể lan tỏa hiệu quả đến hàng triệu hecta lúa nước, cần một tầm nhìn chiến lược dài hạn, với sự phối hợp chặt chẽ giữa nhà nước, nhà khoa học, nhà nông và doanh nghiệp. Cần chính sách rõ ràng, chuẩn kỹ thuật đồng bộ, nghiên cứu thực nghiệm rộng rãi và cơ chế thị trường minh bạch để đưa vi tảo thoát khỏi lằn ranh của những mô hình thí điểm, tiến tới trở thành một trụ cột sinh học trong hệ thống canh tác lúa thế kỷ 21. 

Trong bối cảnh áp lực an ninh lương thực gắn liền với yêu cầu giảm phát thải ngày càng gia tăng, thì từng thửa ruộng, từng giọt tảo nếu được ứng dụng đúng cách, sẽ không chỉ làm xanh cây lúa, mà còn góp phần “làm mát” hành tinh. Vi tảo - không chỉ là giải pháp nông nghiệp mà là thông điệp về một tương lai hài hòa giữa sinh kế và sinh thái, giữa sản xuất và bảo tồn.

Hồng Minh