Khi khí hậu tiếp tục nóng lên lên, nhiều khu vực thiếu nước từng có những điều kiện thuận lợi cho nông nghiệp sẽ trở lên khô hạn, gây khó khăn cho mùa màng và dẫn đến tình trạng thiếu lương thực trầm trọng.

Một nhóm nghiên cứu tại MIT giới thiệu một quy trình đầy hứa hẹn để bảo vệ hạt giống khỏi áp lực thiếu nước trong giai đoạn nảy mầm quan trọng, đồng thời cung cấp thêm dinh dưỡng cho cây trồng.

Các nhà nghiên cứu cho biết, quy trình mới đang được các nhà nghiên cứu ở Maroc phối hợp thử nghiệm liên tục, rất đơn giản và rẻ tiền, có thể được triển khai rộng rãi ở các vùng khô cằn.

Quy trình này được công bố trên tạp chí Nature Food trong một báo cáo khoa học của Benedetto Marelli, GS MIT về kỹ thuật dân dụng-môi trường, nghiên cứu sinh TS Augustine Zvinavashe '16 cùng 8 người khác tại MIT và Đại học Bách khoa King Mohammed VI ở Maroc.

Vỏ nhân tạo hạt giống phủ hai lớp là kết quả sự nghiên cứu và phát triển trong nhiều năm của nhóm Marelli trong việc phát triển lớp phủ hạt giống, mang lại những khả năng mới cho cây trồng. Một nghiên cứu trước đó đưa ra phương pháp kích hoạt hạt chống lại độ mặn cao trong đất, nhưng nghiên cứu này nhằm giải quyết tình trạng thiếu nước trên các vùng bị khô hạn.

GS Marelli giải thích, nghiên cứu nhằm tạo ra một lớp phủ đặc biệt giải quyết hạn hán. Hậu quả của biến đổi khí hậu ảnh hưởng đến lưu vực vùng Địa Trung Hải và rất nhiều các vùng khác nhau, đòi hỏi phát triển những công nghệ mới, giúp giảm thiểu những biến đổi trong các mô hình khí hậu sẽ khiến nguồn nước suy giảm cho nông nghiệp. ”

Lớp phủ mới, lấy cảm hứng từ lớp phủ tự nhiên trên một số loại hạt giống như hạt chia và húng quế được phát triển để bảo vệ hạt không bị khô. Lớp thứ nhất là phủ giữ nước giống như gel, bền bỉ giữ bất kỳ hơi nước nào thấm vào và bao bọc hạt giống với độ ẩm.

 Các nhà khoa học MIT cung cấp lớp vỏ bọc kép cho hạt đậu, bảo vệ hạt khỏi khô hạn trong giai đoạn nảy mầm và cung cấp dinh dưỡng cho cây.

Lớp thứ hai phía bên trong của lớp phủ ngoài chứa các vi sinh vật có lợi cho cây trồng, gọi là vi khuẩn rhizobacteria và một số chất dinh dưỡng hỗ trợ phát triển. Khi tiếp xúc với đất và nước, vi khuẩn sẽ cố định nitơ vào đất, cung cấp cho cây con đang phát triển lượng phân bón dinh dưỡng cần thiết.

Công trình nghiên cứu của nhóm GS Marelli nhằm cung cấp nhiều chức năng cho lớp phủ bọc hạt giống, bao gồm lớp áo nước và lớp nuôi cấy vi khuẩn rhizobacteria. Đây là những chức năng giá trị thực sự của lớp phủ hạt kép, do những vi sinh vật tự tái tạo cố định nitơ cho cây trồng, giúp giảm lượng phân bón gốc nitơ cần cung cấp và làm giàu đất.

Theo các nhà nghiên cứu, những cuộc thử nghiệm ban đầu, sử dụng đất từ ​​các trang trại ở Maroc cho thấy những kết quả đáng khích lệ, các cuộc thử nghiệm thực tế sử dụng hạt giống trên cánh đồng đang được tiến hành.

Trong những thử nghiệm này, nếu các lớp phủ chứng minh được giá trị thực tế trong canh tác ở những vùng khô hạn, thì giải pháp lớp phủ kép để được áp dụng cấp địa phương, trên những vùng xa xôi khô hạn của các nước nghèo đang phát triển.

Phương pháp thực sự đơn giản, lớp phủ đầu tiên, người nông dân có thể nhúng, sau đó phun lớp phủ thứ hai. Mặc dù vậy, sẽ tiết kiệm và có hiệu quả cao hơn nếu thực hiện những lớp phủ này ở trung tâm, trong các cơ sở cung cấp và phát triển hạt giống để có thể dễ dàng bảo quản và ổn định vi khuẩn cố định nitơ hơn.

Những vật liệu cần thiết cho lớp phủ luôn có sẵn, thường được sử dụng trong ngành công nghiệp thực phẩm. Những vật liệu này phân hủy sinh học hoàn toàn, một số hợp chất có nguồn gốc từ chất thải thực phẩm, hình thành hệ thống khai thác, sử dụng vòng tròn, liên tục tái chế chất thải trong nông nghiệp.

Trên lĩnh vực kinh tế, quy trình này sẽ làm tăng thêm một chút chi phí với hạt giống, nhưng có được lợi ích cao hơn do giảm lượng hạt giống bị hỏng do khô hạn, giảm nhu cầu cung cấp nước và phân bón cần thiệt. Dự đoán rằng, những nghiên sâu hơn có thể cho thấy, lợi ích đạt được trong giải pháp sử dụng lớp phủ kép rộng khắp có thể cao hơn đáng kể so với chi phí ban đầu, đặc biệt khi sử dụng với quy mô lớn.

Những thử nghiệm ban đầu, sử dụng các loại đậu thông thường cho kết quả tốt, bao gồm khối lượng rễ, chiều cao thân, hàm lượng diệp lục và các chỉ số khác, nhóm nghiên cứu vẫn chưa thực hiện toàn bộ vòng đời cây trồng từ hạt với lớp phủ mới cho đến thu hoạch, do đây sẽ là cuộc thử nghiệm cuối cùng trước khi đưa vào ứng dụng. Giả thiết hạt bọc lớp kép nâng cao năng suất thu hoạch trong điều kiện khô cằn, nhóm nhà khoa học sẽ mở rộng nghiên cứu sang nhiều loại hạt giống cây trồng quan trọng khác.

GS Marelli cho biết, phương pháp này đơn giản để có thể áp dụng cho bất kỳ hạt giống nào. Lớp phủ hạt giống được phát triển để ứng phó với biến đổi khí hậu, do đó có thể điều chỉnh lớp phủ, phù hợp với lượng mưa dự đoán của một vụ mùa cụ thể.

Jason C. White, Giám đốc Trạm Thí nghiệm Nông nghiệp Connecticut, GS dịch tễ học tại Đại học Yale  cho biết: “Đây là nghiên cứu rất quan trọng. Duy trì an ninh lương thực toàn cầu những thập kỷ tới là một trong những thách thức quan trọng phải đối mặt trong tương lai gần. Phương thức tiếp cận này một công cụ quan trọng giải quyết vấn đề: bền vững, đáp ứng và hiệu quả.”

White nói, “Công nghệ phủ hạt không phải là mới, nhưng gần như tất cả các phương pháp hiện có đều thiếu tính linh hoạt hoặc khả năng ứng phó thực tế. Công trình mới “vừa mới lạ vừa sáng tạo” và “thực sự mở ra một hướng mới, sử dụng các lớp phủ hạt giống làm trung gian cho khả năng chống chịu biến đổi khí hậu của hạt giống cây trồng.”