Hệ thống sản xuất nông nghiệp lành mạnh không thể tồn tại nếu không có đất khỏe mạnh. Ngoài việc là môi trường sống đa dạng của các sinh vật góp phần cô lập carbon, đất còn đóng một vai trò quan trọng trong sản xuất lương thực cũng như giảm thiểu biến đổi khí hậu.

Phần lớn lượng carbon dioxide có trong khí quyển được tạo ra bởi các quá trình sinh học khác nhau diễn ra trong đất. Sự cô lập carbon xảy ra khi carbon từ khí quyển được hấp thụ và lưu trữ trong đất. Quá trình này rất quan trọng vì càng nhiều carbon được lưu trữ trong đất thì càng có ít carbon dioxide xuất hiện trong khí quyển, góp phần gây ra biến đổi khí hậu. Vì vậy, việc khôi phục đất bị thoái hóa và áp dụng các biện pháp bảo tồn đất là rất quan trọng để giảm lượng khí nhà kính do nông nghiệp thải ra.

Với các sản phẩm công nghệ sinh học như cây trồng kháng thuốc diệt cỏ, các biện pháp bảo tồn đã được áp dụng không chỉ mang lại lợi ích cho người nông dân mà còn để bảo vệ sức khỏe của đất.

Hình: giống bắp biến đổi gen cải thiện sức khẻo đất và năng suất cây trồng (Ảnh sưu tầm)

Ảnh hưởng của cây trồng biến đổi gen đến sức khỏe đất

Sức khỏe của đất được đánh giá dựa trên khả năng của đất trong việc thúc đẩy tăng trưởng và năng suất cây trồng. Vai trò thúc đẩy tăng trưởng này cần được bảo tồn để sử dụng trong tương lai. Một số thông số được sử dụng làm chỉ thị về tình trạng của đất (như: chất hữu cơ trong đất, độ phì nhiêu, xói mòn, khả năng giữ chất dinh dưỡng …); vật lý (như: độ thấm, cấu trúc đất, mật độ khối …); hóa chất (độ pH, cacbon phản ứng, nitrat đất …); và các đặc tính sinh học (enzym trong đất, vi sinh vật và hoạt động của chúng …). Tác động của cây trồng biến đổi gen (GM) với đặc điểm kháng thuốc diệt cỏ và kháng côn trùng đối với một số chỉ số này đã được khám phá để làm sáng tỏ tác động của cây trồng biến đổi gen đối với chất lượng đất.

Xói mòn đất

Việc sử dụng giải pháp cơ học để xử lý cỏ dạic là một trong những nguyên nhân gây xói mòn lớp đất mặt. Cỏ dại cạnh tranh chất dinh dưỡng với cây trồng. Trong một năm, cỏ dại sẽ "cướp đi" đủ chất dinh dưỡng để nuôi sống một tỷ người trên toàn cầu. Một trong những biện pháp làm đất phổ biến được sử dụng trong nông nghiệp để loại bỏ cỏ dại là cày xới. Tuy nhiên, cách làm này rất tốn chi phí, tốn thời gian và không có hiệu quả cao trong việc kiểm soát cỏ dại. Nó cũng gây xói mòn và dòng chảy, ảnh hưởng đến đa dạng sinh học của đất và khiến khí nhà kính thoát ra khỏi đất. Theo Quỹ Động vật hoang dã Thế giới, một nửa diện tích đất trên thế giới đã bị mất trong 150 năm qua. Những lo ngại này đã khiến các nhà khoa học phát triển các loại cây trồng không cần cày xới, hiện được gọi là cây trồng kháng thuốc diệt cỏ.

Cây trồng kháng thuốc diệt cỏ (HT) không bị tác động bởi thuốc diệt cỏ phổ rộng như glyphosate và glufosinate, đây cũng là một trong những loại an toàn nhất được sử dụng trong trang trại. Những loại thuốc diệt cỏ này nhắm vào các enzyme cụ thể trong quá trình trao đổi chất của thực vật, ảnh hưởng đến quá trình hấp thu và chuyển hoá dinh dưỡng của thực vật và trong những trường hợp cực đoan sẽ giết chết thực vật. Khi cây trồng HT tiếp xúc với các loại thuốc diệt cỏ này, chúng không chết, không giống như cỏ dại xung quanh chúng. Vì vậy, cây trồng HT thúc đẩy việc làm đất không cần cày xới hoặc làm đất bảo tồn. Sau khi phun thuốc diệt cỏ, cỏ dại sẽ chết và hoạt động như một tấm chăn bảo vệ đất khỏi bị cuốn trôi. Với việc làm đất ít hơn hoặc không làm đất, đất sẽ ít bị xói mòn hơn. Điều này có nghĩa là giữ nước nhiều hơn và giảm phát thải khí nhà kính.

Đây là giải pháp đôi bên cùng có lợi cho người nông dân và môi trường vì nông dân cần ít lao động hơn và giảm sử dụng nhiên liệu hóa thạch cho máy cày đất. Các loại thuốc diệt cỏ hiện nay được sử dụng cho cây trồng chịu được thuốc diệt cỏ cũng ít độc hơn nhiều so với những loại được sử dụng ở thế kỷ trước. Công nghệ kháng thuốc diệt cỏ đã giúp ích cho hàng triệu nông dân trên toàn thế giới. Năm 2018, 88,7 triệu ha được trồng cây HT, diện tích trồng cây công nghệ sinh học lớn nhất.

Sự phân hủy

Phân hủy là quá trình tái chế chất dinh dưỡng từ sinh vật trả lại đất, liên quan đến hoạt động của các sinh vật trong đất (bao gồm cả vi sinh vật) phân hủy các chất hữu cơ có kích thước lớn thành những chất có kích thước nhỏ hơn.

Thí nghiệm trên đồng ruộng được tiến hành để nghiên cứu quá trình phân hủy vật chất lá rụng của các giống bắp lai Bt và không Bt. Để chỉ ra các cơ chế có thể gây ra các biến đổi trong quá trình phân hủy, các thành phần cấu trúc của thực vật (tỷ lệ C:N, lignin, cellulose, hemiaellulose) đã được đánh giá. Nồng độ protein Bt cũng được theo dõi trong tất cả các giai đoạn sinh trưởng và phát triển. Kết quả cho thấy vật chất lá rụng ở cây Bt và cây không Bt là tương tự nhau, trong khi sự khác biệt giữa cây không Bt là nổi bật hơn. Điều này cũng được quan sát thấy ở các thành phần thực vật, trong đó có nhiều biến thể được tìm thấy ở các thực vật không phải Bt so với giữa thực vật Bt và thực vật không Bt. Protein Bt cũng được phát hiện có khả năng phân hủy nhanh, cho thấy khả năng tồn tại trong tàn dư thực vật ngắn hơn. Không có tác động bất lợi nào được phát hiện do thực vật Bt gây ra đối với hoạt động của cộng đồng phân hủy đất.

Enzyme đất

Enzym đất đóng vai trò quan trọng trong các quá trình hoạt động của hệ sinh thái do chúng hỗ trợ đẩy nhanh một số phản ứng trong đất. Cây Bt kháng côn trùng chứa protein Cry từ vi khuẩn Bacillus thuringiensis trong tất cả các bộ phận của cây được cho là có thể thay đổi động lực học của vi sinh vật, đa dạng sinh học và các chức năng hệ sinh thái thiết yếu trong đất. Các nhà nghiên cứu của Đại học New York đã tiến hành phân tích tổng hợp để xác định số phận và tác động của cây trồng Bt trong hệ sinh thái đất và phát hiện ra rằng tỷ lệ phản ứng của các enzym trong đất liên quan đến chu trình nitơ có xu hướng tăng lên và những chất liên quan đến chu trình phốt pho thường giảm. Họ cũng lưu ý rằng phản ứng của các hoạt động enzyme nhìn chung mạnh hơn ở những cây trồng Bt có dư lượng Bt so với những cây trồng không có dư lượng Bt. Những phát hiện này ngụ ý rằng protein Bt và chất lượng hoặc số lượng sinh khối của cây trồng Bt đều có thể ảnh hưởng đến tỷ lệ phản ứng của enzyme đất, nhưng cần nhiều nghiên cứu hơn để xác định rõ ràng nguyên nhân và kết quả.

Sinh vật đất

Một số đánh giá về tác động của cây trồng biến đổi gen đến đa dạng sinh học, đặc biệt là đối với sinh vật trong đất, đã được công bố. Một đánh giá toàn diện bao gồm 70 bài báo khoa học về tác động của cây trồng Bt đối với hệ sinh thái đất cho thấy có rất ít hoặc không có tác dụng độc hại của protein Cry đối với các sinh vật đất không phải mục tiêu bao gồm rận gỗ, ve, giun đất, tuyến trùng, động vật nguyên sinh, cũng như hoạt động của các enzym khác nhau trong đất. Những tác động nhỏ được báo cáo chủ yếu là kết quả của sự khác biệt về địa lý, nhiệt độ, giống cây trồng và loại đất và không liên quan đến sự hiện diện của protein Cry.

Dựa trên các nghiên cứu đã thảo luận, cây trồng biến đổi gen không gây nguy cơ đáng kể cho sức khỏe đất. Các yếu tố môi trường khác như thay đổi thời tiết thường góp phần nhiều hơn vào sự khác biệt trong các chỉ số sức khỏe của đất. Thay vào đó, các nghiên cứu được trích dẫn cung cấp bằng chứng cho thấy cây trồng biến đổi gen giúp giữ cho đất nông nghiệp khỏe mạnh và tăng năng suất bằng cách thúc đẩy bảo tồn dinh dưỡng trong đất. Với những tiến bộ này, dự kiến sẽ có thêm nhiều loại cây trồng biến đổi gen được thiết kế cho nông nghiệp bảo tồn để giữ cho đất đai khỏe mạnh và đảm bảo an ninh lương thực cho chúng ta.

Hoa Lý