Chuong 6.pdf

Sinh thái học và sự phát triển của nông nghiệp

hệ sinh thái theo hướng có lợi nhất Đến lượt mình, hệ sinh thái lại ảnh hưởng trực tiếp đến cuộc sống của con người Vì thế có thể nói rằng hệ sinh thái như thế nào thì con người là vậy Trong sản xuất nông nghiệp, mục tiêu của chúng ta không chỉ giới hạn trong việc tạo ra những sản phẩm

có ích ở giai đoạn trước mắt mà còn cần nghĩ đến lợi ích của nhiều thế hệ mai sau

Các nội dung cụ thể sau đây sẽ được đề cập trong chương 6:

Sơ lược quá trình tham gia điều khiển HST trong sản

xuất NN

Mô hình sinh thái nông nghiệp

Điều khiển hoạt động của các hệ sinh thái NN

Nông nghiệp bền vững

Xây dựng NNBV trên cơ sở STH

Các hệ thống NNBV ở Việt nam

Mục tiêu

Sau khi học xong chương này, sinh viên cần:

• Nắm được các nguyên lý cần thiết cho phát triển nông nghiệp

• Phân tích được các đặc điểm của sản xuất nông nghiệp

• Hiểu được thế nào là mô hình sinh thái và có những loại mô hình sinh thái nào

• Nắm được nguyên lý và nội dung điều khiển hoạt động của các loại hình sinh thái nông nghiệp chủ yếu

• Hiểu được đặc điểm của một nền nông nghiệp bền vững và tầm quan trọng của nền nông nghiệp này trong sự phát triển của con người

1 Đặt vấn đề

Việc phát triển nông nghiệp đòi hỏi phải xét đến toàn bộ ngành nông nghiệp trên quan điểm hệ thống, nghiên cứu các yếu tố thành phần, sự hoạt động và điều khiển hệ thống này như thế nào để đạt năng suất sơ cấp và thứ cấp cao trong một trạng thái ổn định

Vấn đề mâu thuẫn hiện nay là muốn HSTNN có năng suất cao và ổn định thì phải có sự đầu tư lớn về năng lượng và vật chất, nhưng đây là vấn đề rất khó thực hiện, ít nhất là trong giai đoạn hiện nay, đối với các nước đang phát triển Để giải quyết vấn đề này, cần phải nghiên cứu các hệ sinh thái tự nhiên có năng suất cao như hệ sinh thái rừng nhiệt đới nhằm áp dụng một phần đặc điểm của hệ sinh thái

ấy vào sản xuất nông nghiệp

Đặc điểm cơ bản của rừng nhiệt đới là:

Sử dụng có hiệu suất cao các nguồn năng lượng và vật chất tự nhiên; Quay vòng năng lượng và vật chất với hiệu suất cao;

Tạo các mối quan hệ trong nội bộ hệ sinh thái phức tạp để nâng cao tính

ổn định của nó

Điều khác nhau cơ bản của hệ sinh thái tự nhiên và HSTNN là HSTNN phải cung cấp cho hệ sinh thái đô thị một số năng lượng ngày càng cao Để đảm bảo cho HSTNN được ổn định và để bù vào số năng lượng lấy đi hàng năm phải đầu tư vào

hệ sinh thái này một số năng lượng hoá thạch ngày càng lớn ở nhiều nền nông nghiệp tiên tiến, năng lượng đầu tư đã vượt quá năng lượng lấy đi nhiều lần Điều này đã làm cho nạn ô nhiễm môi trường ngày càng thêm trầm trọng

Việc đầu tư năng lượng hoá thạch vào các HSTNN là điều không thể tránh

được Vấn đề là làm thế nào để với một một sự đầu tư hợp lý thu được một năng suất cao nhất, bảo vệ và tăng cường được các nguồn lợi, không làm ô nhiễm môi trường Việc sử dụng tốt nhất các nguồn lợi và các mối quan hệ của hệ sinh thái với hiệu quả đầu tư năng lượng hoá thạch cao nhất là mục tiêu của nông nghiệp sinh thái Mục tiêu này nhằm đẩy mạnh sự phát triển của nền nông nghiệp tiên tiến và bền vững Muốn xây dựng một nền nông nghiệp sinh thái, cần phát triển khoa học sinh thái nông nghiệp

Nông nghiệp sinh thái không đồng nghĩa với nông nghiệp sinh học hay nông nghiệp hữu cơ Nông nghiệp hữu cơ là phương hướng đang phát triển ở các nước Tây Âu trong thời gian gần đây Theo khuynh hướng này nông nghiệp phải trở lại với các biện pháp cổ truyền như dùng phân hữu cơ, luân canh, không dùng phân hoá học, thuốc chống sâu bệnh và cỏ dại Nông nghiệp sinh thái không loại trừ phân hoá học, thuốc bảo vệ thực vật mà sử dụng chúng hợp lý và có hiệu quả cao, tránh ô nhiễm môi trường

ở đây cần phải giải quyết một bài toán khó là đạt năng suất cao của các HSTNN với một lượng đầu tư ít nhất Giải quyết vấn đề này không chỉ do yêu cầu của việc bảo vệ môi trường sống, nâng cao chất lượng cuộc sống, xây dựng một sinh quyển bằng sự thông minh của con người như các nhà sinh thái học đang tranh đấu,

mà còn là do sự phát triển của các nước đang phát triển

2 Sơ lược quá trình tham gia điều khiển HST trong sản xuất Nông Nghiệp

2.1 Những chặng đường lịch sử của phát triển sản xuất nông nghiệp

Người ta thường chia lịch sử phát triển sản xuất nông nghiệp ra làm ba giai

đoạn:

a) Giai đoạn nông nghiệp thủ công

Giai đoạn này bắt đầu từ khi con người biết làm ruộng và chăn nuôi (cách đây khoảng 14 - 15 ngàn năm, vào thời đại đồ đá giữa) cho đến khi phát minh ra máy hơi nước ở thể kỷ XVII Đây là thời điểm đánh dấu sự khởi đầu cho cuộc cách mạng khoa học kỹ thuật trong nông nghiệp để từ đó mà có được những bước chuyển nhảy vọt trong phương thức sản xuất ở thời kỳ này, con người tác động vào thiên nhiên chủ yếu là lao động sống (lao động cơ bắp giản đơn) còn trí tuệ chủ yếu là kinh nghiệm, vật tư kỹ thuật và công cụ lao động rất đơn giản, hầu như chưa có gì Bởi vậy, sản phẩm nông nghiệp làm ra chưa được nhiều vì con người tác động và tự nhiên có hạn Còn trong thời đại đồ đá cũ (trước khi nghề nông ra đời), loài người sống chủ yếu bằng săn bắn thú dại và hái lượm sản phẩm cây dại, hoàn toàn sống bằng sản phẩm của tự nhiên

Độ và Trung Quốc (M.V.Markov 1972)

Tuy vậy, gần đây có một thuyết khác cho rằng trước khi có nền nông nghiệp

“gieo hạt” nói trên, đã có một nền nông nghiệp “trồng củ” với những cây khoai sọ, khoai nước, khoại lang, khoai từ, khoai mài Nền nông nghiệp trồng củ này xuất hiện ở Đông Nam á Theo Gorman (1969), các bằng chứng khảo cổ ở Thái lan cho rằng có thể nông nghiệp đã xuất hiện vào khoảng 7000 - 9000 năm trước công nguyên Theo Gorman (1977) thì không có giai đoạn “trồng củ” trước giai đoạn

“gieo hạt”, chỉ có giai đoạn trồng trọt chăm sóc sơ khai xuất hiện cách đây khoảng

16000 - 14000 năm Giai đoạn bắt đầu trồng củ ở chân đồi và trồng lúa ở đầm lầy cách đây 9000 năm Thực ra, hiện nay chưa phát hiện được di chỉ khảo cổ nào có vết tích của củ vì củ rất khó bảo quản Các di chứng có vết tích trồng lúa đáng tin nhất cũng chỉ cách đây khoảng 5000 năm (Chang 1975) nhưng vẫn chậm hơn ở Tây

á

Theo Đào Thế Tuấn, nông nghiệp “trồng củ” xuất hiện sau nông nghiệp “gieo hạt” vì việc trồng củ đòi hỏi trình độ cao hơn gieo hạt như trồng lúa rẫy Việc trồng

củ của các dân tộc quần đảo Polynesia đã đầu tư năng lượng gấp 4 lần lớn hơn trồng lúa rẫy ở Thái Lan và năng suất gấp hơn 3,7 lần

Vùng Tây á là nơi đầu tiên trồng lúa mỳ và đại mạch, đã nuôi cừu và dê vào khoảng 6000 năm trước công nguyên Vùng Đông Nam á là nơi đầu tiên trồng lúa nước, nuôi lợn và gà vào khoảng 3000 năm trước công nguyên Vùng Bắc Trung Mỹ bắt đầu trồng ngô khoảng 6000 năm trước công nguyên, trồng đậu cove và bí đỏ khoảng 3000 năm trước công nguyên, Nam Mỹ trồng sắn, lạc, khoai tây (Grigg 1974)

Hệ sinh thái nông nghiệp đầu tiên mà con người tạo nên là hệ sinh thái cây cỏ Lúc đầu, trong hệ sinh thái chỉ có cây hoang dại, dần dần phân hoá thành cây trồng

và cỏ dại thích ứng với điều kiện được tạo nên ở nương rẫy Sau đó hệ sinh thái nông nghiệp phát triển dần

Sau cách mạng máy hơi nước, sức người dồn vào cải tiến công cụ lao động, vật tư kỹ thuật nhờ công nghiệp cơ khí phát triển, khai thác hoá chất và đầu tư năng lượng cao Việc đổi mới công cụ lao động và tăng cường đầu tư vào nông nghiệp đã

có ảnh hưởng rất mạnh mẽ đến nền sản xuất nông nghiệp của con người và nông nghiệp chuyển sang giai đoạn thứ hai

b) Giai đoạn làm nông nghiệp với vật tư kỹ thuật phát triển

và công cụ được cải tiến

Giai đoạn này còn được gọi là giai đoạn nông nghiệp cơ giới hoá, nó bắt đầu từ thế kỷ 18 đến thập niên những năm 70 của thế kỷ trước Nông nghiệp có những bước tiến nhảy vọt, lao động sống hoà vào vật tư và công cụ lao động không ngừng

được cải tiến Con người ngày càng tăng cường việc đầu tư kỹ thuật và đổi mới công

cụ, sản phẩm tạo ra ngày một nhiều Con người đã tiến hành 5 “hoá” trong nông nghiệp: cơ giới hoá, thuỷ lợi hoá, hoá học hoá, điện khí hoá và sinh học hoá nông nghiệp

vật tư, công cụ

trí tuệ

thiên nhiên

lao động sống con người

Năm “hoá” này mang tích chất bộ phận, giải quyết từng khâu về công cụ và vật tư lao động Vì thế mà con nguời được nhân sức mạnh lên nhiều lần Nhưng do con người sử dụng quá nhiều năng lượng đầu tư - mà chủ yếu là năng lượng hoá thạch -

để tác động và tự nhiên một cách dữ dội và thô bạo đã làm cho thiên nhiên chịu nhiều tổn thất, tự nhiên đã có những phản ứng trở lại làm vô hiệu hoá tác động của con người và nhiều khi đã gây lên những hậu quả tai hại mà con người phải gánh chịu Mặt khác, do con người làm ô nhiễm môi trường sinh sống và sản xuất (đất, nước, không khí) nên ngoài thiếu ăn, thiếu mặc, con người còn thiếu cả môi trường trong lành Những phản ứng của tự nhiên đã buộc con người phải cân nhắc hơn trong mọi hành động cư sử hàng ngày của họ với thiên nhiên

c) Giai đoạn làm nông nghiệp trên cơ sở khoa học (Tối ưu hoá sản xuất, làm nông

nghiệp trên cơ sở sinh thái học, trên tư tưởng hệ thống)

ở giai đoạn này, con người sản xuất nông nghiệp phù hợp với các quy luật khách quan của tự nhiên, của các hệ sinh thái nông nghiệp, làm nông nghiệp chủ yếu và phổ biến là dựa vào trí tuệ để điều khiển sự hoạt động hài hoà của các hệ thống sản xuất nông nghiệp, nhằm xây dựng một nền nông nghiệp phát triển bền vững, khoa học kỹ thuật thực sự trở thành lực lượng sản xuất trực tiếp Nhờ vậy mà con người sẽ thoát khỏi những bế tắc do giai đoạn hai gây ra, mới thắng được những lực cản của tự nhiên Con người tiến hành cơ khí hoá, thuỷ lợi hoá, hoá học hoá,

điện khí hoá và sinh học hoá trên cơ sở trí tuệ để sử dụng công cụ, vật tư hợp lý chứ không để cho công cụ vật tư chi phối, trói buộc như giai đoạn thứ hai

Trí tuệ

Vật tư,công cụLao động sống

Thiên nhiên Con người

ở một số nước đã xuất hiện giai đoạn thứ ba của lịch sử phát triển nông nghiệp, nhưng nhìn chung còn chưa rõ nét, thực tiễn còn chưa phổ biến và mới biểu hiện ở

lý thuyết hệ thống cấu trúc, ở sinh thái học nông nghiệp Đó là cái mà loài người phải hướng tới, nếu như không muốn tự thắt cổ mình, con người đang xây dựng và hoàn thiện dần một nền nông nghiệp sinh thái

Một số tác giả có các cách chia sự phát triển nông nghiệp ra các giai đoạn khác nhau Theo Markov (1972), yếu tố quyết định sự tiến hoá của hệ sinh thái nông nghiệp là công cụ lao động Công cụ làm đất đã quyết định kiểu hệ sinh thái đồng ruộng Căn cứ vào sự tiến bộ của công cụ làm đất, Markov chia sự phát triển nông nghiệp ra làm 5 giai đoạn

Chọc lỗ bỏ hạt, con người dùng một cái gậy đầu nhọn để xới (chọc) đất chỗ gieo hạt (rễ cỏ còn nguyên); cây trồng ở giai đoạn này còn hoang dại, quan hệ giữa cây trồng giống như ở đồng cỏ tự nhiên

Cuốc bằng đá, đồng, rồi đến sắt, đất được chọn kỹ hơn, xới tơi hơn, rễ cỏ bị phá một phần Bắt đầu xuất hiện cây trồng, có sự chọn lựa nhân tạo Quan hệ đồng

cỏ bị mất, bắt đầu có quan hệ của ruộng cây trồng

Cày gỗ, đất được xới sâu hơn, tơi hơn, rễ cỏ bị phá nhiều Một số cây trồng thực thụ được cải tiến, sự chọn lọc nhân tạo mạnh hơn Quan hệ đồng ruộng được kiến lập

Cày sắt, làm đất được cải tiến hơn tuỳ theo sự cải tiến của cày và các công cụ làm đất khác Cây trồng được cải tiến hơn nữa, bắt đầu có công tác chọn giống Quan hệ đồng ruộng điển hình

Cày máy, làm đất đạt mức hiện đại Cây trồng cũng đạt mức hiện đại Xuất hiện việc chọn giống hiện đại

Grigg (1977) cho rằng yếu tố quyết định các kiểu hệ sinh thái nông nghiệp là sự thay đổi về kinh tế, kỹ thuật và dân số Trước thế kỷ 17 dân số thế giới thay đổi chậm, do đó nông nghiệp cũng phát triển chậm, sau đấy dân số bắt đầu tăng nhanh

ở châu Âu thúc đẩy phát triển nông nghiệp ở lục địa này Trước năm 1920, tốc độ

tăng dân số ở châu Âu và các vùng do người châu Âu di cư đến như Bắc Mỹ, châu

úc, Nam Phi và Nam Mỹ cao hơn ở châu á, Phi và Mỹ La tinh Sau năm 1920, tốc

độ tăng dân số ở các nước đang phát triển mới vượt lên vì tỷ lệ chết giảm xuống Sự phát triển buôn bán trong thế kỷ 19 cũng đẩy mạnh sự phát triển nông nghiệp ở các vùng mới di cư đến Cuộc cách mạng nông nghiệp bắt đầu ở Anh và các nước châu

Âu đã dần dần công nghiệp hoá ở các nước Âu, Mỹ: luân canh, dùng phân hoá học

và thuốc phòng chống sâu bệnh, chọn giống trên cơ sở khoa học, cơ giới hoá

Để phân loại của các kiểu sản xuất nông nghiệp mà cũng là phân loại các kiểu

hệ sinh thái nông nghiệp, Whittlesy đề nghị dùng 5 tiêu chuẩn, các nhà địa lý chỉ

đồng ý 4 tiêu chuẩn sau:

Sự phối hợp giữa cây trồng và gia súc;

2.2 Một số khuynh hướng phát triển sản xuất nông nghiệp

Trong thời kỳ giữa giai đoạn hai và giai đoạn ba, trong khoa học kỹ thuật nông nghiệp đã xuất hiện một số khái niệm, một số khuynh hướng sau:

Những người ủng hộ khuynh hướng này muốn cho sản xuất nông nghiệp có

được cách tổ chức quản lý sản xuất như trong công nghiệp như chuyên môn hoá lao

động, sản xuất theo dây chuyền, chuyên canh Đây là một cách hiểu tích cực, nhưng vận dụng quy trình công nghiệp để dập khuân vào nông nghiệp là máy móc, vì đối tượng của sản xuất nông nghiệp là sinh vật, của công nghiệp là vật không sống nên không thể dùng chung một biện pháp

Cách hiểu thứ hai cho rằng, phải dùng nhiều sản phẩm công nghiệp cho nông nghiệp, cách hiểu này nhìn chung là đúng, nhưng phải có điều kiện kèm theo, vì vật tư

kỹ thuật có nguồn gốc công nghiệp đưa vào nông nghiệp quá mức đã gây nên hậu quả

ô nhiễm môi trường nhiều khi con người không kiểm soát nổi, gây bế tắc cho sản xuất Những người theo “chủ nghĩa lạc quan” đã cho rằng đến một lúc nào đó có thể dùng phương pháp công nghiệp để sản xuất ra các sản phẩm nông nghiệp, dùng nhà máy tổng hợp ra tinh bột, thịt, sữa đa số các nhà khoa học cho rằng đây chỉ là những ước vọng viển vông

Nhìn chung, cả ba quan niệm đề cập ở trên đều có những điểm tiêu cực đối với môi trường và sức khoẻ con người như sau:

Coi thường bản tính sinh học của thế giới sinh vật, không chú ý đến các quy luật sống bình thường của chúng, coi cây trồng và vật nuôi như những cái máy sản xất ra nông sản, thịt, trứng sữa …

Coi thường hoạt động sinh học của đất, bón quá nhiều phân hoá học để tăng nhanh năng suất, làm đất chai cứng, dùng công cụ máy móc nặng để làm đất làm đất mất cấu tượng, cản trở hoạt động của rễ cây và vi sinh vật

Sự tràn ngập hoá chất trong nông nghiệp dẫn đến hiện tượng xuống cấp chất lượng nông sản, thậm chí có hại cho sức khoẻ của con người

Khuynh hướng này về cơ bản là dựa trên cơ sở các quy luật sinh học để tổ chức sản xuất và giải quyết các nhiệm vụ của sản xuất nông nghiệp, đồng thời dùng nhiều biện pháp sinh học để tác động vào nông nghiệp như tạo giống mới, dùng sinh vật

có ích, dùng nhiều phân hữu cơ Cách hiểu này đúng nhưng hơi hẹp, mới chỉ dừng trên biện pháp, mà vấn đề là còn phải hiểu quy luật sinh học, tư tưởng sinh học Nhiều người còn lấy sinh học nông nghiệp đối lập với công nghiệp hoá nông nghiệp như đối lập phân vô cơ với phân hữu cơ, giữa biện pháp sinh học với biện pháp hoá học trong bảo vệ thực vật Hiểu như vậy là cực đoan mà vấn đề là phải phối hợp chúng một cách hài hoà, sử dụng hợp lý các nguồn lợi tự nhiên, bảo vệ môi trường

Thời kỳ hưng thịnh của cách mạng xanh trong nông nghiệp là thập kỷ những năm 60 và đầu những năm 70 của thế kỷ trước Nó được bắt đầu ở Mêhicô với việc tạo ra giống lúa mỳ thấp cây năng suất cao Rồi ở Viện lúa quốc tế (IRRI), ở ấn Độ, v.v người ta đã tạo ra những cây trồng có tiềm năng năng suất rất cao Các giống mới này đòi hỏi thâm canh cao: nhiều phân hoá học, nhiều thuốc phòng chống sâu bệnh, tưới tiêu chủ động và đã tạo ra những bước chuyển biến khá mạnh mẽ trong nông nghiệp, đặc biệt đối với cây cốc Có người định nghĩa: Cách mạng xanh = giống năng suất cao + phân hoá học + thuỷ lợi Cách mạng xanh phát triển mạnh ở những nước đang phát triển Nó đã đưa ấn Độ từ một nước có nạn đói kinh niên không sao vượt quá ngưỡng sản xuất 20 triệu tấn lương thực, thành một đất nước đủ

ăn và còn dư để xuất khẩu với tổng sản lượng lương thực kỷ lục: 60 triệu tấn/năm Khu vực Đông Nam á trước đây thường thiếu 4 - 5 triệu tấn gạo và đội quân những người đói nghèo không ngừng gia tăng, nhờ cánh mạng xanh, ngày nay đã trở thành

“tủ kính trưng bày những thành tựu và kinh nghiệm sản xuất nông - lâm nghiệp mà nhiều nước phải học hỏi” (chủ tịch FAO, Souman) Việt nam đã có những cố gắng vượt bậc, đưa tổng sản lượng lương thực từ 11,2 triệu tấn nhữg năm 60 lên 19 triệu tấn năm 1988 rồi 34 triệu tấn năm 2002, có được con số này, một phần cũng nhờ cách mạng xanh Về thành tựu của cách mạng xanh, có lẽ không có ví dụ nào tốt hơn là những thành quả của ấn Độ

Để đảm bảo cho giống cây trồng phát huy cao độ tiềm năng, trong cách mạng xanh đã sử dụng tổng hợp nhiều biện pháp canh tác và cải tiến kỹ thuật Một nhân

tố bảo đảm cho cách mạng xanh ở ấn Độ thắng lợi là vai trò của khoa học kỹ thuật kết hợp với sự giác ngộ mau chóng của người nông dân và sự nghiệp đổi mới nông thôn Với nước ta, tác động của sự nghiệp đổi mới đối với cách mạng xanh có thể

được nêu ra như một ví dụ điển hình

Những tổ chức nghiên cứu quốc tế như “Trung tâm quốc tế cải thiện giống ngô

và lúa mỳ” ở Mêxicô (CIMMYT) và viện lúa quốc tế ở Philippin (IRRI) đã đóng góp quan trọng cho thành công của cuộc cách mạng xanh, với sự giúp đỡ của các tổ chức quốc tế khác, nhất là FAO Ngoài ra còn những cơ quan nghiên cứu quốc gia

như “Viện nghiên cứu nông nghiệp ấn Độ” (IARI) Những giống cốc cao sản do những cơ quan này tạo ra đã được phổ biến ngày càng rộng khắp, nhất là ở các nước

đang phát triển Xin lấy số liệu ở Đông á, Nam á, châu Phi và Mỹ La tinh để minh chứng

Bảng 1 Diện tích gieo trồng giống cốc cao sản qua các năm

và luân canh lúa mì vào mùa đông

Thành tựu của cách mạng xanh là rất lớn, nhưng có những hạn chế cần phải vượt qua, những điều bất ngờ phải lưu ý

Cách mạng xanh trong nông nghiệp ở các nước đang phát triển gắn liền với tình hình kinh tế xã hội ở các nước này Để phát huy tiềm năng của giống mới cần đủ phân bón, thuốc trừ sâu, nước tưới, các biện pháp kỹ thuật nói chung là phải có vốn đầu tư lớn Nhưng các nước này lại là những nước nghèo, thiếu vốn đầu tư, thiếu năng lượng nghiêm trọng Điều này đã hạn chế tác dụng của cách mạng xanh

và dẫn các nước này từ chỗ phụ thuộc lương thực đến chỗ phụ thuộc vật tư nông nghiệp (phân hoá học, thuốc bảo vệ thực vật) và vốn vào nước ngoài Sự thâm canh hoá học đã làm suy giảm tài nguyên và ô nhiễm môi trường Mặt khác, cách mạng xanh chỉ thực hiện được ở những nơi có nước tưới hoặc có đủ nước mưa Ngay ở ấn

Độ, còn lại 40% diện tích canh tác thiếu mưa và chưa có hệ thống thuỷ lợi

Còn vấn đề tiềm năng di truyền, do loại trừ dần các giống cổ truyền địa phương

mà có thể làm cho kho dự trữ về tính di truyền (quỹ gen) của cây cốc và cây thực phẩm nghèo đi Vốn gen lại là nguồn tạo ra giống mới Các quá trình sinh học thường diễn biến trong một thời gian dài nên mọi hệ quả khó thấy ngay một lúc; và trước những tiến bộ sớm đạt được trong cuộc cách mạng xanh, người ta khó lường hết các mặt hạn chế có thể xuất hiện (ví như nếu không đảm bảo các mặt tối ưu mà giống mới đòi hỏi để phát huy tiềm năng sinh học của chúng thì cái gì đã xảy ra trong khi các giống cổ truyền đã bị loại bỏ)

Mặt hạn chế cuối cùng là tăng dân số, góp phần hạn chế không nhỏ thành quả

do cách mạng xanh đưa lại Nocman Boclâu (Norman Borlaug), người đã được giải thưởng Noben do phát minh ra giống lúa mỳ cao sản với ước vọng mang lại sự no đủ cho con người, đã thấy ngay là ước vọng đó còn xa vời Giả sử cái no đủ ấy cuối cùng sẽ tới thì nó cũng đến muộn hơn là cái đói vì mức gia tăng dân số trong vòng

20 năm tới vẫn vượt mức gia tăng lương thực

2.3 Nội dung của tối ưu hoá sản xuất nông nghiệp

Con người là thành viên quan trọng bậc nhất của hệ sinh thái nông nghiệp Trong sự phát triển của hệ sinh thái, con người giữ vai trò chủ động; trong nhiều khả năng phát triển của hệ sinh thái, con người có thể lựa chọn con đường duy nhất

đúng phù hợp với lợi ích của mình Với trí tuệ của mình, con người có thể điều khiển hệ sinh thái của mình theo hướng có lợi nhất cho con người Hệ sinh thái như thế nào thì con người là vậy Trong sản xuất nông nghiệp, con người không chỉ giới hạn mục tiêu của mình trong việc tạo ra những sản phẩm có ích cho con người ở giai

đoạn trước mắt mà còn nghĩ đến lợi ích của nhiều thế hệ kế tiếp về sau:

Thoả mãn nhu cầu ngày càng tăng của con người về sản phẩm nông nghiệp, có nghĩa là đạt được năng suất cây trồng - vật nuôi cao, sản lượng nông nghiệp cao, phẩm chất nông sản tốt với mức đầu tư vật chất ít, đạt hiệu quả kinh tế cao; Thoả mãn nhu cầu này nhưng không làm ảnh hưởng đến các nhu cầu khác của con người;

Thoả mãn nhu cầu hiện tại nhưng không làm phương hại đến các nhu cầu tương lai;

Con người vẫn sống hài hoà với thiên nhiên, con người là một bộ phận tích cực của thiên nhiên

3 Mô hình hệ sinh thái nông nghiệp

Hiểu được hành vi ở từng bộ phận của hệ thống thì có thể phối hợp các bộ phận

ấy trong một mô hình phức tạp hơn Làm như vậy ta thấy được các đặc tính mới, nghĩa là thông tin về hành vi của hệ thống, nhưng không thấy được hành vi của các

bộ phận Từ đây có thể xây dựng được các giả thuyết mới Nhờ có mô hình, ta có thể kiểm tra lại sự đúng đắn của các số liệu quan sát và các giả định rút ra từ các số liệu ấy Mô hình không phải là vạn năng nhưng là một công cụ cần thiết cho các nhà khoa học Mô hình giúp chúng ta hiểu sâu hơn các hệ thống phức tạp

Mô hình còn giúp chúng ta dự báo, nghĩa là nghiên cứu hệ thống phức tạp trong các điều kiện mà chúng ta chưa thể quan sát hay tạo ra được, hoặc không thể quan

sát được trong thế giới thực tại Tiến hành một thí nghiệm quy mô rộng với một hệ thống tự nhiên rất tốn tiền đòi hỏi thời gian dài, mô hình dự báo sẽ giúp chúng ta giải quyết khó khăn này Mô hình dự báo còn được dùng để đánh giá tác động của các biện pháp trong việc quản lý nguồn lợi tự nhiên

Mục đích khác nữa của mô hình là giúp ta chọn quyết định tốt nhất về quản lý

hệ thống, giúp chọn phương án tốt nhất để điều khiển hệ thống Thực ra giữa đánh giá và tối ưu hoá sự khác nhau không rõ lắm

Có hai loại mô hình sinh thái: mô hình phân tích và mô hình mô phỏng Cả hai loại mô hình đều nhằm tìm hiểu và dự báo các hệ sinh thái, song mỗi loại dùng các công cụ toán khác nhau: mô hình phân tích thường dùng các công cụ toán phức tạp, mô hình mô phỏng thường dùng các công cụ toán đơn giản hơn

Mô hình phân tích mô tả các quá trình trong hệ sinh thái bằng các phương trình toán học mà ta đã biết hành vi của chúng Mô hình phân tích được dùng trong một

số vấn đề sinh thái như quá trình tạo năng suất, sự phát triển của quần thể Để nghiên cứu toàn bộ hệ sinh thái, các mô hình này ít tác dụng Các phương pháp phân tích chỉ có ích trong một số điều kiện nhất định như khi các phương trình mô tả các quá trình sống là tuyến tính hay khi có một số ít phương trình được giải cùng một lúc Chúng chỉ đúng khi mô tả các quá trình xảy ra liên tục Mô hình của hệ sinh thái thường bao gồm hàng chục đến hàng trăm phương trình đồng thời và chúng là tuyến tính cũng như không tuyến tính

Trong mô hình phân tích thường phải đơn giản hoá các quá trình được mô hình hoá Ví dụ, lúc xây dựng mô hình của quần thể phải giả thiết rằng tốc độ tăng trưởng của quần thể là không thay đổi Trong thực tế, tốc độ tăng trưởng phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố của bản thân quần thể và ngoại cảnh

Mô hình mô phỏng không có các lời giải chính xác cho một mô hình như phương trình phân tích và từ đấy sẽ có một số sai lệch do bản chất không chính xác của cách giải Mô hình mô phỏng có lợi ở chỗ có thể giải nhiều phương trình gần như cùng một lúc và có thể đưa vào đấy tất cả các kiểu không tuyến tính khác nhau Mô hình mô phỏng thường dùng các thuật toán đơn giản nhưng có xu hướng phù hợp với số liệu quan sát

3.2 Cách xây dựng mô hình

Trong quá trình xây dựng mô hình thường phải qua các bước sau:

a) Mô hình quan niệm, trước khi xây dựng mô hình, người nghiên cứu phải suy

nghĩ xem mô hình của mình sẽ như thế nào Bằng cách suy luận hay dựa vào thực nghiệm phải xác định các thành phần, quan hệ giữa chúng và cơ chế hoạt

động của hệ thống

b) Mô hình sơ đồ, vẽ một sơ đồ trên giấy gồm các hộp và mũi tên Hộp còn gọi

là ngăn, đại diện cho các thành phần của hệ thống Mỗi ngăn có số vào (input) và số ra (output) Số vào gọi là biến điều khiển hay biến mức độ Nội dung của hộp gọi là biến trạng thái Mũi tên đại diện cho sự vận động của dòng năng lượng hay vật chất

Đô thị Cảnh quan Sông suối Nước ngầm

Động thực vật v.v

Hệ thống quản lý

Hình 11 Mô hình sơ đồ về HSTNN

(Nguồn : Herman Huizing, 1990)

c) Mô hình toán, các mô hình phân tích cũng như mô phỏng dựa vào mối quan

hệ giữa các biến điều khiển và các biến trạng thái, giữa các biến trạng thái với nhau

Quyết định các hàm số và các biến trạng thái quan trọng cần đưa vào mô hình, phải xác định:

Các trị số đầu tiên của các biến trạng thái;

Các biến điều khiển sẽ thay đổi biến trạng thái;

Các quan hệ hàm số giữa các biến trạng thái

Hàm số dùng trong các mô hình là các hàm số đại số thông thường Kỹ thuật để tính các hàm số này là hồi quy thường dùng trong thống kê Phương pháp để tính các thông số của hàm số là bình phương nhỏ nhất có trong tất cả các giáo trình thống kê

Muốn xác định mối quan hệ giữu các biến trạng thái ta thường dùng phương pháp hệ số tương quan Kỹ thuật tương quan giúp ta quyết định được các quá trình nào tiến hành cùng nhau và do đấy có mối quan hệ trực tiếp hay gián tiếp Hai biến tương quan cao có thể có mối liên hệ số lượng bằng hồi quy

Trường hợp có nhiều biến ảnh hưởng đến một quá trình có thể dùng kỹ thuật phân tích thống kê nhiều chiều để nghiên cứu mối quan hệ giữa các biến Các

phương pháp thường dùng phổ biến là phân tích thành phần chính (principal

component analysis), phân tích nhân tố (factor analysis), phân tích hồi quy từng

bước (stepwise regression analysis) Nhờ các phương pháp này, chúng ta có thể

loại bớt một số biến không quan trọng để cho mô hình được đơn giản và gọn

Đối với các mô hình phân tích thường phân biệt hai loại mô hình:

- Mô hình một mức là các mô hình tĩnh, không kể đến yếu tố thời gian Loại

này, chẳng hạn là mô hình về ảnh hưởng của các yếu tố khí tượng đến năng suất;

- Mô hình nhiều mức, thường là các mô hình động, gồm cả hệ thống biến trạng

thái và hệ thống hàm số biểu hiện mối quan hệ giữa các biến trạng thái Ví dụ như mô hình quá trình quang hợp của quần thể

Mô hình động áp dụng với hệ sinh thái là một vấn đề còn tương đối mới Hiện nay có nhiều kiểu mô hình khác nhau đã được đề nghị, quá trình tìm tòi và giải quyết vấn đề này đang được tiếp tục

d) Mô hình máy tính

Ngày nay với sự phát triển của công nghệ thông tin cho phép chúng ta xây dựng

được các mô hình sinh thái bằng những chương trình máy tính chuyên dụng có ý nghĩa thực tiễn rất cao Hầu như tất cả các loại mô hình đều có thể xây dựng theo các chương trình máy tính nhất định Các loại máy tính mới có thể tính toán hàng triệu phép tính trong một giây, vì vậy lợi ích của các mô hình này là giúp quá trình tính toán một cách nhanh chóng và chạy các chương trình thử nghiệm một cách an toàn và rẻ tiền

Vì đặc tính của hệ sinh thái là một hệ thống sống nên đáp số cho các mô hình thông thường có nhiều lời giải Khi lập được các chương trình để chạy mô hình toán, đặc biệt là các mô hình có sử dụng các tập hợp mờ, các hàm phức tạp thì có thể mô phỏng rất thực tế các hệ sinh thái ngoài tự nhiên

Một số ứng dụng cơ bản trong sinh thái học ngày nay được các cơ quan nghiên cứu xây dựng sẵn các chương trình cho người sử dụng Vì vậy, chúng ta chỉ cần nhập các dữ liệu dưới dạng biến đầu vào, sau đó đưa ra câu lệnh để máy tính tự tính toán đầu ra Ví dụ cụ thể như chương trình tính toán thời vụ gieo trồng của FAO dựa vào lượng mưa và sự bốc hơi nước Ví dụ khác là chương trình phân vùng sinh thái nông nghiệp (cũng của tổ chức FAO) Nguyên lý cơ bản của chương trình này là phân chia các khu vực sản xuất nông nghiệp thành các hệ sinh thái đặc trưng dựa vào các điều kiện tự nhiên như bức xạ mặt trời, đặc điểm nông hóa, chế độ nước, v.v

Gần đây, các ứng dụng của viễn thám và hệ thống thông tin địa lý (GIS) vào nghiên cứu sinh thái học được đề cập đến rất nhiều Đây cũng là một loại mô hình máy tính đặc trưng Với các chương trình phầm mềm sẵn có như ArcView, ILWIS, v.v các nhà sinh thái học có thể mô hình hóa một cách dễ dàng các quá trình phức tạp ngoài tự nhiên, chẳng hạn như dự đoán biến động của đa dạng sinh học trong hệ sinh thái rừng Thông qua mô hình toán học về mối tương quan giữa sinh khối thực vật và các nhóm động vật, giữa thực vật và các điều kiện khí tượng, thổ nhưỡng, v.v để từ đó chúng ta có tạo một mô hình phân tính hoặc dự đoán bằng cách tạo liên kết toán học giữa các lớp thông tin với nhau

Bước cuối cùng của việc xây dựng là xác định xem mô hình có tượng trưng cho thế giới thực tại không Có mấy cách để làm công việc này Trước hết là mô phỏng

và so sánh, lấy số liệu thực cho vào tính và xem xét kết quả có giống kết quả thực tế không Kết quả không đúng với thực tế, chưa chắc mô hình đã sai mà có thể do số liệu chưa đầy đủ

3.3 Mô hình của quá trình tạo năng suất cây trồng

Để điều khiển quá trình tạo năng suất của cây trồng, người ta sử dụng rộng rãi phương pháp mô hình hoá Có rất nhiều mô hình hoá của quá trình tạo năng suất cây trồng, sau đây là một số mô hình chủ yếu

Mô hình thống kê đơn giản

Loại mô hình này là phương trình hồi quy của năng suất với một hay vài yếu tố tương quan chặt với năng suất nhất Các yếu tố này có thể là khí tượng, chất dinh dưỡng hay phân bón, biện pháp canh tác (như mật độ trồng) Các mô hình này không chú ý đến quá trình tạo năng suất mà chỉ dựa trên kết quả của tính toán thống kê Phương trình được chọn để biểu diễn quá trình trên được tính bằng phương pháp thực nghiệm Các phương pháp biểu hiện mối quan hệ này thường gọi là hàm sản xuất, có thể có nhiều dạng khác nhau

Hướng sử dụng hồi quy bội để nghiên cứu quan hệ giữa năng suất và các yếu tố khí tượng do nhà thống kê người Anh Fisher (1925) và nhà khí tượng học Liên Xô V.M.Obukhốp (1949) mở đầu Đến nay đã có rất nhiều phương trình được đề nghị

để dự báo năng suất của hầu hết các loại cây trồng

Về quan hệ giữa năng suất và phân bón, việc sử dụng hàm sản xuất để tính rất phổ biến Barker (1977), tính phản ứng của các loại lúa khác nhau với lượng phân bón theo dạng phương trình:

y = a + bF - gF2

Trong đó:

y - năng suất lúa (kg/ha);

F - lượng phân bón (kg chất dinh dưỡng/ha);

a - năng suất lúc không bón phân;

b - chỉ số phản ứng với phân bón;

g - khả năng chịu các lượng phân rất cao

Giống mới, có tưới :

Giống mới, không tưới :

Quan hệ giữa năng suất và mật độ trồng cũng được tính kĩ bằng các phương pháp hồi quy Đối với mỗi loại cây trồng khác nhau, có các phương trình hồi quy khác nhau

Mô hình thống kê dựa vào kiến thức sinh lý

Gần đây các công trình nghiên cứu về sinh lý cây trồng đã giúp ta hiểu biết kỹ hơn quá trình tạo năng suất của cây trồng Do đấy, có thể xây dựng một kiểu mô hình không chỉ biểu diễn ảnh hưởng trực tiếp các yếu tố ngoại cảng đến năng suất

mà còn thông qua một số yếu tố sinh lý của cây trồng Ví dụ sau đây biểu hiện điều

đó

Đào Thế Tuấn (1975) trên cơ sở tổng kết thí nghiệm 3 năm gieo cấy các thời vụ khác nhau, đã đề xuất mô hình tính năng suất thông qua quá trình tạo năng suất gồm 3 bước

a) Tạo diện tích lá:

N

b a

L = + 1

W - năng suất chất khô (g/m2);

E - hiệu suất quang hợp thuần (g/m2.ngày) phụ thuộc vào tổng số nhiệt

độ cả vụ xuân và nhiệt độ bình quân cả vụ mùa

c) Phân phối sản phẩm quang hợp:

Y = W.K Trong đó:

Y - năng suất hạt (g/m2);

K - hệ số kinh tế, phụ thuộc vào lượng bức xạ sau trổ của vụ xuân và tổng

số nhiệt độ sau trổ của vụ mùa

Đào Thế Tuấn (1980) cũng đã dựa vào kết quả phân tích 276 ruộng lúa trong 12 năm , đề xuất một kiểu mô hình khác có tính đến yếu tố năng suất :

Y = Bông/m2xTrọng lượng bông Trong đó:

- Bông/m2 = 28,417+0,0089*(chất khô trước trổ) - 0,121* (thời gian diện tích lá trước trổ) + 0,769*(nhánh /m2)

- Chất khô trước trổ = f (khóm/m2);

- Thời gian diện tích lá trước trổ = f (lượng đạm bón);

- Nhánh/m2 = f (khóm/m2);

- Trọng lượng bông = 0,182 - 0,000151*(chất khô sau trổ) - 0,000446*(thời gian diện tích lá sau trổ + 0,25599*(hạt/bông) ;

- Chất khô sau trổ = f (tổng số nhiệt độ cả vụ);

- Thời gian diện tích lá sau trổ = f (lượng đạm bón);

- Hạt/bông = f (lượng bức xạ sau trổ);

f : hàm số

Các loại mô hình trên đây tương đối đơn giản và chính xác, có thể dừng để dự

đoán năng suất cây trồng

Mô hình động của quá trình tạo năng suất

Hiện nay rất nhiều người đã nghiên cứu các mô hình khác nhau, dùng cho quá trình tạo năng suất của ruộng cây trồng Phần nhiều là các mô hình động, mô hình toán học hoặc mô hình máy tính ở đây, chúng tôi chỉ có thể trình bày sơ lược về nguyên tắc xây dựng các mô hình loại này

Tạo năng suất cây trồng gồm 3 quá trình sinh lý cơ bản: quang hợp, hô hấp và sinh trưởng Trong mô hình của quá trình tạo năng suất, có các mô hình phụ mô tả 3 quá trình sinh lý nói trên Mô hình của quá trình tạo năng suất gồm các khối sau: Khí tượng và đất, gồm việc xác định diện tích lá theo tầng, lượng lá, cấu trúc hình học của quần thể cây trồng và tác động của các điều kiện ngoại cảnh như bức xạ, nhiệt độ, độ ẩm, gió, thức ăn

Sinh lý, gồm các quá trình quang hợp, hô hấp và thoát hơi nước;

Sinh trưởng, gồm quá trình sinh trưởng của các cơ quan và năng suất

Các mô hình này thường là chương trình máy tính điện tử, cho phép tính sự sinh trưởng và năng suất cây trồng thông qua các quá trình quang hợp, hô hấp và phân phối sản phẩm quang hợp Các quá trình trên phụ thuộc vào các yếu tố ngoại cảnh như bức xạ, nhiệt độ, nước, chất dinh dưỡng Các phương trình biểu diễn những quá trình sinh

lý đều được xây dựng dựa vào các thông số thực nghiệm theo các nguyên tắc đã trình bày ở trên

Hình 22 Sự trao đổi đạm trong hệ sinh thái nông nghiệp với hệ sinh thái thành thị

(Số liệu do Đào Thế Tuấn thu thập tại hợp tác xã Vũ Thắng, 1984)

Số trong hình (ngoài ngoặc): kgN/ha/năm; (trong ngoặc): kgN tương đương lương thực

3.4 Mô hình của hệ sinh thái nông nghiệp

Hiện nay chưa có mô hình hoàn chỉnh nào của hệ sinh thái nông nghiệp được đề nghị Chỉ có những mô hình từng mặt, chẳng hạn như mô hình của sự trao đổi năng lượng hay mô hình trao đổi vật chất như trao đổi đạm Tuy vậy, các mô hình này cũng chỉ có tính chất mô tả

Mô hình này biểu diễn các khối của hệ sinh thái nông nghiệp, dòng năng lượng, vật chất trao đổi giữa các khối, dự trữ năng lượng và vật chất trong các khối

Dựa vào sự hoạt động của hệ sinh thái nông nghiệp đã trình bày ở trên, Đào Thế Tuấn và công sự (1984) đã đề nghị một mô hình đơn giản để biểu diễn sự hoạt động của hệ sinh thái nông nghiệp Mô hình này gồm 4 khối

Hệ sinh thái đồng ruộng;

Hệ sinh thái dân cư;

Hệ sinh thái chăn nuôi;

Hệ sinh thái thành thị (không ở trong hệ sinh thái nông nghiệp)

Hình 43 Mô hình khối của hệ sinh thái nông nghiệp

(mô phỏng theo Đào Thế Tuấn, 1984)

Muốn đánh giá được mức hoạt động của một HSTNN, phải xác định các biến trạng thái của các khối và các biến điều khiển (số ra, số vào) của các khối

Giữa các khối, có sự trao đổi năng lượng và vật chất Cường độ của sự trao đổi này quyết định năng suất của hệ sinh thái Ngoài ra, giữa hệ sinh thái đồng ruộng với khí quyển, giữa hệ sinh thái thành thị với nước ngoài cũng có sự trao đổi năng lượng và vật chất

Sau đây chúng tôi xin dẫn hai mô hình của hệ sinh thái nông nghiệp theo kiểu này: mô hình của hệ sinh thái nông nghiệp nước Pháp và nước Việt Nam vào năm

1980 (Đào Thế Tuấn 1984)

Bảng 2 Các biến của mô hình 2 hệ sinh thái nông nghiệp Pháp và Việt nam

(Tính cho 1 ha đất nông nghiệp)

Hệ sinh thái nông nghiệp Các biến

Lương thực xuất hay nhập (kg/ha)

Gia súc tiêu chuẩn (con/ha)

Thịt sản xuất (kg/ha)

Sữa sản xuất (kg/ha)

Thịt ăn trong nông nghiệp (kg/ha)

Sữa ăn trong nông nghiệp (kg/ha)

1522

14

669

147 -691 7.0

5.44 2.18 1.94

2045

1262

318

506 +174 5.7

So sánh hai hệ sinh thái trên ta thấy, hệ sinh thái nước ta là hệ sinh thái đông dân gấp 4,5 lần ở Pháp Về sản xuất lương thực, trình độ thâm canh của ta cao hơn vì tính tất cả các vụ trong năm và nước ta tỷ lệ đồng cỏ thấp Tuy vậy, về năng suất chăn nuôi thì ở nước ta thấp hơn ở Pháp nhiều, riêng về thịt đã thấp hơn gần 3 lần Để có sản lượng chăn nuôi cao, ở Pháp đã đầu tư năng lượng hoá thạch trên héc ta gấp hơn 7 lần

và dùng phân hoá học gấp gần 8 lần nước ta

4

5 Điều khiển hoạt động của các hệ sinh thái nông nghiệp

5.1 Khái niệm

ở các phần trên, chúng ta đã xét đến thành phần và sự hoạt động của các hệ sinh thái nông nghiệp Hiểu biết các hệ sinh thái là nhằm mục đích điều khiển chúng Điều khiển thành phần cũng như hoạt động của chúng để đạt năng suất nông nghiệp cao nhất với sự đầu tư ít nhất, phát triển tài nguyên, bảo vệ môi trường

Mục đích của việc nghiên cứu hệ thống là để điều khiển sự hoạt động của hệ thống Khoa học nghiên cứu các hệ thống phức tạp và động gọi là điều khiển học (cybernetic) Điều khiển học là lý thuyết nghiên cứu về các hệ thống trừu tượng Bộ môn điều khiển học ứng dụng trong sinh học gọi là điều khiển học sinh học (biocybernetic) Bộ môn này nghiên cứu sự hoạt động của các hệ thống sinh học, do

đấy khoa học về các hệ sinh thái có thể coi là một bộ phận của điều khiển học sinh học

Gần đây trong khoa học bàn nhiều đến việc ứng dụng quan điểm hệ thống để giải quyết các vấn đề phức tạp và tổng hợp Đặc biệt trong sinh học, quan điểm này rất phát triển Quan điểm hệ thống là sự khám phá đặc điểm của hệ thống đối tượng

bằng cách nghiên cứu bản chất và đặc tính của các mối tác động qua lại giữa các yếu tố Thực chất đây là sự thâm nhập của điều khiển học vào mọi khoa học Nội dung của việc điều khiển các hệ sinh thái nông nghiệp thực chất là các biện pháp kinh tế - xã hội và kỹ thuật nhằm phát triển nông nghiệp thịnh vượng và bền vững Việc nghiên cứu hệ sinh thái nông nghiệp trên quan điểm hiện đại này cũng mới

được bắt đầu trong thời gian gần đây và còn phân tán trong nhiều công trình lẻ tẻ, chưa có một sự tổng hợp hoàn chỉnh

Công cụ cơ bản của điều khiển học để nghiên cứu các hệ thống điều khiển là mô hình toán học

5.2 Nguyên lý, nội dung và nguyên tắc điều khiển

a) Nguyên lý điều khiển

Theo Nhesterov (1975) thì sinh sinh thái (bioecoie) là sự kết hợp tối ưu giữa thiên nhiên sinh vật và phi sinh vật, toàn bộ thiên nhiên đều hướng tới đó trong quá trình phát triển tự nhiên, nhưng chỉ tiếp cận đến những đoạn nhất định bởi vì mâu thuẫn giữa các yếu tố sinh vật và phi sinh vật của tự nhiên không mất đi mà chỉ thay

đổi

Như vậy thì điều khiển không có nghĩa là trong ý muốn chủ quan áp đặt cho thiên nhiên mà vấn đề là nhận thức đúng quy luật và hoạt động phù hợp với các quy luật của tự nhiên

Để đạt năng suất của hệ sinh thái, chúng ta phải điều khiển để tạo nên một trạng thái cân bằng, phù hợp với năng suất dự kiến Mỗi hệ sinh thái có nhiều mức

độ cân bằng Điều khiển là xác lập cân bằng ở một mức độ nào đó phù hợp với điều kiện thực tế và phù hợp với năng suất dự kiến

Có 3 hướng điều khiển:

Tăng vòng quay của các quá trình sinh học, tăng vòng quay của chu chuyển vật chất, từ đó mà tăng được sản phẩm

Điều chỉnh các giai đoạn của chu trình chu chuyển vật chất và làm cho các giai

đoạn đó tạo ra nhiều sản phẩm

Tạo cơ cấu hợp lý cho sản lượng cao

Chương trình hoá năng suất cũng là một hoạt động điều khiển chứ không phải là toàn bộ điều khiển và có khi cũng không phải là cái chủ yếu nhất Một trong những nhược điểm của chương trình hoá năng suất đó là chương trình của những trị số bình quân, dù là bình quân của những năng suất cao, bởi vì trong sinh học nhiều khi trị

số bình quân lại không có ý nghĩa (ví dụ, bình quân 400 bông/m2, nhưng có khi trị

số bình quân này lại cho ra những năng suất khác nhau: 5 tấn, 6 tấn, có khi 3 tấn/ha hoặc nhiệt độ bình quân 250C là rất thích hợp với một loại cây trồng, nhưng có khi trị số bình quân ấy lại là kết quả của nhiệt độ cao nhất là 450C và thấp nhất là

50C, ở 2 cực trị này, cây trồng ấy sống không nổi) Nhược điểm nữa là nó máy móc cứng nhắc vì nó định trước là phải đạt x bông/m2, y hạt/bông Bởi vì một trong những nguyên tắc của điều khiển là phải cơ động, linh hoạt để có thể lắp ráp vào với thiên nhiên đang vận động không ngừng, nhằm mục tiêu đạt năng suất cao trên cơ

sở tối ưu hoá sản xuất nông nghiệp

Để điều khiển sự phát triển của sản xuất nông nghiệp cần đề cập đến các nguyên lý hoạt động cụ thể của HSTNN như sau:

Hoạt động của HSTNN là quá trình vận hành của một hệ thống sống đồng bộ Quá trình phát triển nông nghiệp có thứ tự từ thấp lên cao

Cơ cấu nông nghiệp là yếu tố động

Hoạt động phát triển nông nghiệp phải dựa vào nền tảng của phát triển nông hộ

Tiếp cận hệ thống trong phát triển theo kiểu từ dưới lên

b) Nội dung của điều khiển

Nội dung của điều khiển trong sản xuất nông nghiệp gồm 3 vấn đề:

Điều khiển sinh vật sản xuất

Điều khiển môi trường sống

Điều khiển hệ sinh thái

Điều khiển sinh vật sản xuất:

+ Điều khiển giống, nói cụ thể hơn là điều khiển các đặc điểm di truyền của giống Năng suất là kết quả giữa tiềm năng của giống và khả năng thể hiện tiềm năng đó Tiềm năng cho năng suất của giống mà con người có thể đưa lên cao, nhưng vấp phải mâu thuẫn là: giống có năng suất cao thì lại chống chịu yếu, khi đưa

ra sản xuất rất bấp bênh Các nhà khoa học đang tìm cách đưa đặc tính chống chịu vào các giống có năng suất cao mà không làm giảm năng suất Đây là một vấn đề cực kỳ khó khăn

+ Điều khiển phát triển cá thể, như các quá trình tạo bông, tạo hạt và trọng lượng 1000 hạt hoặc là điều khiển để chống bệnh bạc lá ở lúa NN8 trong vụ mùa + Điều khiển đời sống quần thể của sinh vật sản xuất, tức là điều khiển để tạo một cơ cấu cây trồng thích hợp như vấn đề mật độ, cơ cấu giống, phân bố trong không gian (khoảng cách, hướng luống, độ sâu gieo hạt, độ sâu đất phủ )

Điều khiển các điều kiện sống của sinh vật sản xuất:

Là nhằm thoả mãn các nhu cầu của cây về điều kiện khí hậu, điều kiện canh tác bằng các tác nhân như phân bón, nước, đất Ví dụ với phân bón ta có thể tác động bằng thành phần, số lượng, bằng số lần tác động, mức độ tác động hoặc chiều sâu tác động Với sinh vật cái thừa cũng có hại như cái thiếu Với sinh vật phù hợp là cái cụ thể, ví dụ lượng đạm bón cho NN8 ở một vùng nào đó là 160 N là tốt nhất, nhưng cho NN22 chỉ 120 N là tốt nhất Có thể giai đoạn này như thế là thích hợp, sang giai đoạn khác lại là không thích hợp (đẻ nhánh khác trỗ bông) Mức độ tác

động còn phụ thuộc vào tình trạng sinh trưởng của cây (cây khoẻ hay cây yếu) Mặt khác, mức độ hợp lý không chỉ tính riêng cho sinh vật sản xuất mà còn phải tính cho cả hệ sinh thái

Điều khiển hệ sinh thái:

Chúng ta không chỉ chú ý tới sinh vật sản xuất mà còn phải chú ý tới các sinh vật đồng tổ hợp, các sinh vật vệ tinh thực chất là điều khiển các mối quan hệ, trước hết là mối quan hệ dinh dưỡng, làm sao để cây trồng cho năng suất cao nhất (ví dụ, trong bảo vệ thực vật, nếu chỉ hiểu là tiêu diệt sâu bệnh không thôi là không

đúng mà vấn đề là đảm bảo cho năng suất cây trồng cao Như NN8 không bón phân thì hầu như không mắc bệnh bạc lá, nhưng không thể không bón phân nếu muốn thu

được năng suất cao Năng suất chính là phần "dư" ra trong chu chuyển vật chất, bởi vậy việc tiêu diệt sâu bệnh có khi lại là có hại vì đã chặt đứt một mắt xích trong chu chuyển vật chất)

c) Các nguyên tắc trong điều khiển

Phải có mục tiêu rõ ràng và mục tiêu này không thể thoát ly thực tế;

Phải biết phân giai đoạn, phải biết tính các bước đi cụ thể trên cơ sở mục tiêu năng suất (khác với phân giai đoạn của sinh vật) Với lúa người ta thường phân

ra làm 3 giai đoạn sau: giai đoạn đạt số cây tối đa/đơn vị diện tích; giai đoạn đạt

số bông tối đa/đơn vị diện tích; giai đoạn đạt số hạt và trọng lượng hạt tối

ưu/bông hoặc trên đơn vị diện tích

Trên các cơ sở này người ta quy định mật độ gieo trồng của cây trồng Chương trình này, dùng các mô hình của quá trình tạo năng suất để tính trước tình trạng của cây trồng phải đạt được để đảm bảo năng suất dự kiến Trong quá trình sinh trưởng của cây trồng, dựa vào các thông tin thu được, so sánh với chương trình đã tính để quyết định các biện pháp điều chỉnh sinh trưởng của cây trồng Có thể có chương trình điều chỉnh bằng máy tính Người ta còn sử dụng các máy quan trắc tự động đặt ngay ở đồng ruộng để thu thập các thông tin về điều kiện sinh trưởng của cây trồng

và chuyển về máy tính để xác định biện pháp điều khiển

5.3 Điều khiển thành phần sinh vật hệ sinh thái đồng ruộng

Sinh vật là thành phần biến động nhất của các hệ sinh thái, do đấy con người có khả năng điều khiển lớn nhất, thậm chí có thể thay đổi gần như hoàn toàn thành phần ấy Chẳng hạn chặt hạ một khu rừng để cày và trồng trọt bất cứ một loại cây trồng gì Thông qua việc điều khiển thành phần sống của hệ sinh thái, chúng ta có thể sử dụng một cách hợp lý nhất các nguồn lợi tự nhiên của hệ sinh thái như khí hậu, đất Bản thân các vật sống trong hệ sinh thái cũng là nguồn lợi tự nhiên, nhưng khác các thành phần khác ở chỗ có thể thay đổi chúng một cách cơ bản

Nội dung của việc điều khiển thành phần sinh vật trong hệ sinh thái rất phong phú Sau đây là một số nội dung chủ yếu:

Phân vùng sinh thái cây trồng

Bố trí hệ thống cây trồng

Điều khiển di truyền

Đấu tranh sinh học phòng chống sâu bệnh

a) Phân vùng sinh thái cây trồng

ở các phần trên, khi phân tích các thành phần của hệ sinh thái ta đã nói đến việc đánh giá nguồn lợi khí hậu, đất đai, phân loại cây trồng theo đặc điểm sinh thái Thực chất các công việc này có liên quan với nhau rất chặt chẽ vì khí hậu, đất

và cây trồng là 3 thành phần chủ yếu của hệ sinh thái Để đánh giá khí hậu và đất

đều phải dùng năng suất cây trồng làm chỉ tiêu Mục đích của việc đánh giá này là

để chọn các cây trồng thích hợp nhất với các vùng khí hậu và đất đai khác nhau FAO (1970) đã tiến hành một dự án "Vùng sinh thái nông nghiệp" nhằm nghiên cứu khả năng thích hợp của đất để đánh giá tiềm năng nông nghiệp của nguồn lợi

đất thế giới Nội dung của dự án này gồn các phần chính sau:

Kiểm kê nguồn lợi khí hậu

Kiểm kê nguồn lợi thổ nhưỡng

Đánh giá khả năng thích hợp của đất đối với các loại cây trồng

Thực chất của công việc này là phân vùng sinh thái cây trồng hay nói cách khác

là đánh giá năng suất của các hệ sinh thái

Phương pháp tiến hành gồm các bước sau:

i) Xác định sự thích ứng sinh thái của cây trồng: Nghĩa là xác định yêu cầu của

các loại cây trồng đối với các điều kiện khí hậu và đất Vấn đề này đã có bàn đến ở phần phân loại sinh thái cây trồng Để đánh giá cây trồng về mặt số lượng, cần có các mô hình để tính năng suất tiềm năng theo các yếu tố khí hậu Có nhiều phương

pháp khác nhau để tính năng suất tiềm năng của cây trồng theo các yếu tố bức xạ,

nhiệt độ, độ ẩm

ii) Kiểm kê khí hậu là việc tiến hành phân vùng khí hậu nông nghiệp: Chúng ta

không những phải kiểm kê các nguồn lợi khí hậu như các chế độ bức xạ, nhiệt, ẩm

độ mà còn phải kiểm kê tất cả các trở ngại về mặt khí hậu có thể làm giảm năng

suất cây trồng như hạn, úng, nóng, lạnh và các trở ngại chịu ảnh hưởng lớn của khí

hậu như sâu bệnh

Phương pháp của FAO, tính toán sự thích ứng của cây trồng với điều kiện

không tưới nước đã dùng tỷ lệ giữa lượng mưa trên lượng bốc thoát nước tiềm năng

để tìm thời gian cây trồng có thể sinh trưởng được Lượng mưa (P) lớn hơn lượng bốc thoát nước (ET0,5) là cây mọc

được1, sau đấy căn cứ vào chế

độ nhiệt trong thời gian cây sinh trưởng và yêu cầu của cây với nhiệt độ để bố trí cây trồng Phương pháp này không áp dụng được với điều kiện trồng nhiều vụ một năm

và có tưới

Hình 44 Xác định giai đoạn

gieo trồng dựa vào lượng mưa và lượng nước bốc hơi

II III IV V VI VII VIII IX X XI XII I

Tháng

Giai đoạn gieo trồng

P

ET 05

iii) Kiểm kê đất (thổ nhưỡng) dựa vào bản đồ đất để chia đất ra làm các đơn vị

bản đồ: Các chỉ tiêu dùng để phân chia loại đất là thành phần cơ giới (nhẹ, vừa và

nặng), độ dốc (0-8%, 8-30%, và trên 30%) và một số đặc trưng khác Các đơn vị

bản đồ này được phân chia ra theo các điều kiện khí hậu khác nhau và được tính

diện tích

iiii: Phối hợp cây trồng với khí hậu và đất: Trước tiên, năng suất các loại cây

trồng được tính căn cứ vào các yếu tố khí hậu theo các mô hình Trong mô hình của

FAO, năng suất tiềm năng được tính căn cứ vào quá trình quang hợp và hô hấp Các

quá trình này phụ thuộc vào lượng bức xạ, nhiệt độ và sự kéo dài của thời gian sinh

trưởng Sau khi tính năng suất tiềm năng, dựa vào các khó khăn về khí hậu và đất

đai để đánh giá khả năng thích ứng của cây trồng ở các đơn vị bản đồ khác nhau,

các mức thích hợp quy định như sau:

Rất thích hợp: trên 80% của năng suất tiềm năng

Thích hợp: 40 - 80 % của năng suất tiềm năng

Thích hợp có hạn: 20 - 40 % của năng suất tiềm năng

Không thích hợp: dưới 20% của năng suất tiềm năng

Việc đánh giá khả năng thích hợp của đất trong điều kiện có tưới và trồng nhiều

vụ một năm cần được xác định thêm cho hoàn chỉnh hơn

1

Trong thực tế tính toán, người ta còn đề cập tới khả năng giữ nước của đất Vì vậy thời gian gieo

trồng có thể được kéo dài hơn so với thời gian chỉ xác định cho riêng P và ET 0,5 nếu đất trong khu

vực nghiên cứu có khả năng giữ nước tốt

b) Bố trí hệ thống cây trồng hợp lý

Trong phân vùng sinh thái, chúng ta nghiên cứu bố trí từng loại cây trồng thích hợp với điều kiện tốt nhất của chúng Trong thực tế, hệ sinh thái nông nghiệp không phải chỉ có một loại cây trồng mà là cả một hệ thống cây trồng bố trí theo không gian và thời gian

Khái niệm một hệ thống cây trồng là một khái niệm mới nên có thể hiểu theo nhiều cách khác nhau Theo chúng tôi, hệ thống cây trồng (hay cơ cấu cây trồng) là thành phần các giống và loài cây được bố trí theo không gian và thời gian trong một

hệ sinh thái nông nghiệp (cơ sở hay vùng sản xuất) nhằm tận dụng hợp lý nhất các nguồn lợi tự nhiên, kinh tế và xã hội của nó

Khái niệm này hơi khác với khái niệm hệ thống trồng trọt (cropping systems) từ

việc bố trí cây trồng theo thời gian, không gian cho đến các biện pháp kỹ thuật (Zandstra, 1977) Khái niệm hệ thống cây trồng cũng khác khái niệm hệ thống canh tác Khái niệm hệ thống canh tác, bao gồm tổng hợp các biện pháp kỹ thuật cải tạo

đất và tổ chức các biện pháp này có quan hệ lẫn nhau, đặc trưng cho mức độ sử dụng đất, phục hồi và nâng cao độ màu mỡ của đất, tạo các điều kiện thuận lợi trên mặt đất cho ruộng cây trồng (Nartsissov, 1976)

Các yêu cầu về mặt tự nhiên của hệ thống cây trồng:

Lợi dụng tốt nhất các điều kiện khí hậu và tránh được tác hại của thiên tai;

Lợi dụng tốt nhất các điều kiện đất và tránh được tác hại xấu của đất;

Lợi dụng tốt nhất các đặc tính sinh học của cây trồng và tránh được tác hại của sâu, bệnh và cỏ dại

Các yêu cầu về mặt kinh tế:

Bảo đảm sản lượng cao và tỷ lệ hàng hoá cao;

Bảo đảm phát triển chăn nuôi và các ngành sản xuất hỗ trợ;

Bảo đảm đầu tư lao động và vật tư có hiệu quả kinh tế cao

Bố trí hệ thống cây trồng hợp lý là một biện pháp kỹ thuật tổng hợp nhằm xắp xếp lại sự hoạt động của hệ sinh thái ở điều kiện nhiệt đới và nửa nhiệt đới do có nguồn lợi bức xạ, nhiệt, và ẩm độ dồi dào, có thể trồng trọt quanh năm Với những vùng này, trong hệ thống cây trồng phải bố trí các công thức trồng trọt (cropping parterns) từng năm hay hai năm một mà không phải các công thức luân canh nhiều năm như ở các nước ôn đới

Muốn có một hệ thống sử dụng hợp lý các điều kiện tự nhiên của một vùng sinh thái, việc phân vùng sinh thái phải phát triển đến mức lựa chọn được các hệ thống cây trồng thích hợp cho từng vùng sinh thái khác nhau Việc bố trí hệ thống cây trồng hiện nay chủ yếu được tiến hành bằng phương pháp thực nghiệm, so sánh các công thức trồng trọt khác nhau để chọn các công thức cho tổng sản lượng cao nhất,

có hiệu quả kinh tế cao nhất, ít gây tổn hại cho môi trường nhất

Dưới đây, chúng tôi cố gắng tổng kết một số nguyên tắc có thể áp dụng trong việc xác định hệ thống cây trồng hợp lý cho các vùng sinh thái khác nhau:

Hệ thống cây trồng phải sử dụng tốt nhất nguồn lợi nhiệt: Nguồn lợi nhiệt được

biểu hiện bằng tổng số nhiệt độ Các loại cây trồng, tuỳ phản ứng với nhiệt độ và thời gian sinh trưởng mà yêu cầu tổng số nhiệt lượng nhất định Có thể dùng tổng số nhiệt độ này để sắp xếp các công thức cây trồng của từng vùng

Hệ thống cây trồng phải sử dụng tốt nhất nguồn lợi bức xạ: Nói chung sự phân

bố bức xạ quanh năm không đều nhau Cây trồng thường có năng suất tương quan với lượng bức xạ vào thời kỳ cuối của sinh trưởng Với lý do trên đây, cần bố trí thế nào để cây trồng có tiềm năng năng suất cao ở thời điểm ra hoa và chín vào lúc có nguồn lợi bức xạ cao nhất

Hệ thống cây trồng phải sử dụng tốt nhất nguồn lợi nước: Trong điều kiện không

tưới, khả năng sinh trưởng của cây trồng phụ thuộc vào thời gian mưa Mùa mưa thường chia ra các thời kỳ sau:

Thời kỳ ẩm trước mùa mưa, lúc độ ẩm trong đất đạt yêu cầu để hạt giống có thể nảy mầm (gieo được);

Thời kỳ ẩm ướt, lúc mặt đất no nước Trong thời kỳ này nếu lượng mưa cao quá,

cây trồng chịu được các điều kiện khó khăn kể trên là tốt nhất

Hệ thống cây trồng phải bồi dưỡng được độ màu mỡ của đất, tránh làm kiệt quệ, gây xói mòn hay thoái hoá đất Biện pháp chủ yếu làm tăng độ màu mỡ của đất

là trồng cây họ đậu, cây phân xanh để tăng lượng đạm sinh học Sản xuất cây thức

ăn gia súc để phát triển chăn nuôi tăng phân hữu cơ, chống xói mòn và rửa trôi

Hệ thống cây trồng phải bảo đảm việc sử dụng lao động hợp lý: Trong điều

kiện cơ giới hoá còn chưa phát triển, cần rải vụ để kéo dài thời gian gieo trồng và thu hoạch để tránh các thời gian căng thẳng về lao động

Trên đây là một số nguyên tắc chính cần được chú ý trong việc bố trí hệ thống cây trồng

Hiện nay chưa có các mô hình toán học đầy đủ để nghiên cứu các phương án tốt nhất trong việc bố trí hệ thống cây trồng Có thể áp dụng phương pháp chương trình tuyến tính (vận trù học) để mô hình hoá giống như mô hình hoá việc chuyên môn hoá và phối hợp các ngành trong kinh tế nông nghiệp

c) Điều khiển di truyền hệ sinh thái cây trồng

Các nhà sinh thái học cho rằng trong một hệ sinh thái, số loại càng nhiều thì sự

ổn định của hệ sinh thái càng cao Ngoài ra, có mối tương quan nghịch giữa sự phong phú và năng suất Do đó, việc điều khiển hệ sinh thái, chúng ta có hai mục tiêu trái ngược nhau là năng suất cao và sự ổn định

Các hệ sinh thái nông nghiệp thường không phong phú về loài cây trồng, do đấy

có tính ổn định thấp Tuy vậy không phải là các hệ sinh thái nông nghiệp lúc nào cũng không ổn định Sự ổn định của hệ sinh thái nông nghiệp có thể giữ được bằng

hai cách: tác động của con người qua các biện pháp kỹ thuật canh tác và sự phong phú trong loài

Sự phong phú (diversity) trong loài là thành phần các giống cây trồng trong

cùng một loài được gieo trồng trên một hệ sinh thái hay nói theo di truyền học là sự

phong phú về kiểu di truyền (genotypes) hay về gen

Sự phong phú các loài cây trồng là kết quả quá trình tiến hoá lâu dài do sự thích ứng của cây đối với điều kiện ngoại cảnh Sự phong phú về di truyền giữ một vai trò quan trọng trong việc tạo sự ổn định của hệ sinh thái

Trong nông nghiệp cổ truyền, lúc nông dân còn dùng các giống địa phương, sự phong phú về di truyền của các hệ sinh thái nông nghiệp được bảo đảm vì mỗi vùng sản xuất có rất nhiều giống địa phương Bản thân mỗi giống địa phương là một giống-quần thể, không thuần nhất về di truyền, có rất nhiều kiểu di truyền khác nhau nhưng kiểu hình tương đối giống nhau Sau đấy, công tác chọn giống được phát triển trên cơ sở khoa học Các giống năng suất cao dần dần thay thế các giống

địa phương Các giống cây này thuần nhất về mặt di truyền và thường chiếm diện tích rất rộng, có lúc là độc nhất trong các hệ sinh thái Các giống năng suất cao

được tạo ra ngày càng nhiều Các giống này thường được lai từ các giống năng suất cao khác, nên về mặt di truyền, chúng có họ hàng rất gần So sánh 15 giống lúa IR

do viện Nghiên cứu lúa quốc tế tạo ra trước 1979, từ IR5 đến IR42, ta thấy tất cả các giống này đều có gốc chung từ một giống mẹ Cina (là giống mẹ của giống Peta) Cina là một giống Trung quốc nhập vào Indonesia từ lâu Tất cả các giống IR

từ IR5 đều có gen lùn của giống Đề cước ô tiêm Do đấy, các giống này tương đối

đồng nhất về mặt di truyền (Hargorve, 1979)

Sự đồng nhất về mặt di truyền của các giống năng suất cao là một mối lo của các nhà nông học Trong quá khứ ta đã thấy có những nạn dịch lớn về bệnh cây trồng do sự nghèo nàn về thành phần di truyền của giống gây ra

Ví dụ, cuối các năm 1840, dịch mốc sương khoai tây ở Ailen xảy ra do trồng chủ yếu chỉ một giống khoai tây; dịch gỉ sắt cà phê ở Srilanca vào cuối các năm 1870; dịch bệnh panama của chuối ở vùng Caribê, dịch gỉ sắt lúa mỳ ở Mỹ vào năm 1916; dịch bọ rầy nâu gần đây ở gần nước Đông Nam á (Philippin, Indonesia, Việt Nam) mà các giống lúa IR là một trong những điều kiện thuận lợi do những giống này quá đồng nhất về di truyền Dịch đốm lá nhỏ của ngô ở Mỹ năm 1970 xảy ra do việc đưa gen bất dục đực tế bào chất kiểu Texas vào các giống ngô để giảm công bẻ

cờ lúc sản xuất hạt giống ngô lai Các giống ngô lai này đã đồng nhất về tế bào chất Hiện nay người ta đang sợ giống lúa IR đồng nhất về tế bào chất của giống Cina,

điều đó có thể gây ra cho chúng ta các điều bất ngờ mới

Việc bố trí các giống cây trồng trong hệ sinh thái cần tránh quan niệm đơn giản, chỉ chú ý các giống năng suất cao, chịu sây bệnh, mà cần chú ý đến cả thành phần gen của giống để có một hệ sinh thái phong phú về di truyền Điều này có thể gây khó khăn cho công tác nhân giống, nhưng cần thiết sự bảo đảm sự ổn định của

hệ sinh thái

Đối với các cây thụ phấn chéo như ngô, gần đây có khuynh hướng dùng rất nhiều giống có nguồn gốc di truyền xa nhau để tạo thành một hỗn hợp Từ đấy,

chọn ra các giống tổng hợp (Synthetics) hay hỗn hợp (composites) Giống ngô hỗn

hợp không những có thể dùng trực tiếp trong sản xuất ở các nước có trình độ kỹ

thuật thấp chưa đủ trình độ dùng các giống ngô lai (hybrids) mà còn dùng để cải tạo

các giống tự phối nhằm nâng cao năng suất của ngô lai

Hiện nay, việc lai tổng hợp rất nhiều giống (covergent crossing) cũng được áp

dụng rộng rãi trong công tác chọn giống các cây tự thụ phấn như lúa mì, lúa Đây cũng là một biện pháp để tăng tính ổn định của các giống năng suất cao

Khi hỗn hợp rất nhiều gen khác nhau vào một quần thể, dưới tác dụng của sự chọn lọc sẽ tạo ra các kiểu di truyền, trong đó hoạt động của gen được cân bằng Do

đấy tạo ra được các kiểu hình tương đối ổn định ở các điều kiện ngoại cảnh tương

đối thay đổi, hiện tượng này gọi là trạng thái cân bằng (homeostasis) Thực tế cho thấy, các cá thể dị hợp từ (heterozygous)(lai từ nhiều giống) thường ổn định với các

thay đổi của ngoại cảnh hơn, nhưng có năng suất không bằng các giống lai ít bố mẹ

Đây cũng là một mục tiêu của công tác chọn giống cây trồng (Turbin, 1968)

Khả năng thích ứng (adaptability) là đặc tính di truyền của giống cây trồng cho

năng suất cao và ổn định ở các điều kiện ngoại cảnh khác nhau Các giống cây trồng

có thể mang tính thích ứng rộng hay hẹp Phần nhiều các giống địa phương, tính thích ứng hẹp Trái lại, các giống năng suất cao, tích thích ứng rộng hơn Hiện nay các nhà chọn giống có xu hướng chọn các giống cây trồng có tính thích ứng rộng Theo Matsuo (1975), khả năng thích ứng của cây trồng do hai đặc tính quyết định: Năng suất cao vào tính ổn định Về khả năng cho năng suất cao, chúng ta đã xét đến ở phần trên Tính ổn định của năng suất do sự ổn định của tích số các thành phần tạo thành năng suất (số bông, số hạt, trọng lượng hạt) quyết định Sự ổn định của năng suất

do trạng thái cân bằng của các thành phần như trọng lượng hạt, số hạt/đơn vị diện tích

và sự mềm dẻo của đặc tính số bông một đơn vị diện tích quyết định Trong quá trình sinh trưởng của cây trồng, sự mềm dẻo biểu hiện ở thời kỳ đầu của thời gian sinh trưởng và sự ổn định trong thời gian sau Trạng thái cân bằng của các gen quyết định sự

ổn định này Do đấy các giống cây trồng thụ phấn chéo thường ổn định hơn các giống

tự thụ phấn

Theo Oka (1975), có 2 kiểu thích ứng của cây trồng với điều kiện ngoại cảnh:

Sự thích ứng quần thể, do sự dị hợp tử của quần thể quyết định

Sự thích ứng cá thể do đặc tính của kiểu di truyền với các điều kiện khó khăn của ngoại cảnh

Muốn có tính thích ứng rộng, cây trồng phải không phản ứng với chu kỳ ánh sáng Phương pháp chọn giống có tính thích ứng rộng là phải trồng con lai đang phân hoá ở các mùa vụ khác nhau hay địa điểm có điều kiện sinh thái khác nhau

Khả năng thích ứng hay tính chịu đựng của cây trồng đối với các điều kiện khó khăn về khí hậu, đất đai và sâu bệnh là một vấn đề gần đây được quan tâm rất nhiều Việc nghiên cứu về nguồn lợi cây trồng trên phạm vi toàn thế giới đã phát hiện được các loài và các giống cây trồng thích ứng với các điều kiện khó khăn kể trên Vấn đề hiện nay đặt ra là làm thế nào để kết hợp được các đặc tính chịu đựng ấy với các đặc tính năng suất cao của cây trồng

Trong việc chọn giống chống chịu sâu bệnh, chúng ta cần điều khiển mối quan hệ giữa ký chủ và ký sinh Khó khăn thường gặp là đối với một số sâu bệnh, sau khi đưa

được các gen chịu sây bệnh vào các giống cây trồng năng suất cao thì sau một thời gian ngắn giống cây trồng ấy lại bị sâu bệnh nhiễm trở lại

Nguyên nhân của việc mất tính chống chịu sâu bệnh này là do côn trùng, vi sinh

vật gây bệnh cũng có khả năng biến dị sinh ra một nòi sinh lý (physiological race) hay kiểu sinh học (biotype) mới, có khả năng phá hoại hay xâm nhiễm giống chống

chịu sâu bệnh

Nghiên cứu về bản chất chống chịu sâu bệnh của cây trồng, Van der Plank (1963) phân biệt hai kiểu:

Tính chống chịu dọc: cây trồng chịu được rất tốt một vài nòi hay kiểu sinh học

gây bệnh nhưng vẫn bị các nòi và kiểu sinh học khác phá hoại

Tính chống chịu ngang: cây trồng có thể chịu được tương đối tất cả các nòi hay

kiểu sinh học sâu bệnh Cây chịu ngang chỉ làm chậm sự xâm nhiễm của sâu bệnh nhưng không chống được hoàn toàn

Về mặt di truyền, tính chống chịu sâu bệnh có thể có các kiểu sau:

Tính chống chịu ít gen: là tính chống chịu do một gen chính hay một vài gen

quyết định và chúng biểu hiện rất rõ gen này có thể là trội, trội một phần hay lặn Nói chung, phần nhiều tính chịu dọc do ít gen quyết định, nhưng cũng có trường hợp ngoại lệ

Tính chống chịu nhiều gen: là tính chống chịu do nhiều gen quyết định, nhưng

ảnh hưởng của mỗi gen không rõ Di truyền các đặc tính này rất phức tạp giống như các đặc tính số lượng

Tính chống chịu tế bào chất: như trường hợp bệnh đốm lá nhỏ của ngô, gen

quyết định tính chịu bệnh không ở trong nhân mà ở tế bào chất

Để tạo được các giống cây trồng có tính chống chịu sâu bệnh ổn định, hiện nay thường dùng các biện pháp sau:

Thêm các gen đơn: Phương pháp phổ biến nhất là lai các giống năng suất cao

với các giống có một gen hay nhiều nhóm gen chống chịu sâu bệnh Đối với một số sâu bệnh ít biến dị phương pháp này có kết quả tốt Dùng các giống có tính chống chịu sâu bệnh này phối hợp với các biện pháp phòng chống sâu bệnh khác để làm giảm quần thể sâu bệnh đã cho kết quả tốt Tuy vậy trong nhiều trường hợp phương pháp này không có hiệu quả

Chồng các gen: Phương pháp này nhằm tạo các giống có nhiều gen chống chịu

sâu bệnh cùng một lúc Các gen thường mang tính chống chịu sâu bệnh dọc nhưng cũng có thể thêm vào các gen chống chịu sâu bệnh ngang Phương pháp này thường

có hiệu quả tốt, các giống kiểu này chịu được sâu bệnh thời gian tương đối lâu dài

Chọn giống chịu sâu bệnh ngang: Các giống chống chịu sâu bệnh ngang là các

giống mà trước đây xếp vào loại không chống chịu sâu bệnh Các giống này chỉ biểu hiện tính chống chịu sâu bệnh tương đối ngoại đồng, nếu thử bằng nhiễm lây bệnh nhân tạo sẽ không phát hiện được Quá trình chọn giống cũng phức tạp hơn vì mang đặc tính di truyền số lượng Phương pháp này đã được áp dụng trong việc chọn giống khoai tây, ngô, lúa mì, cà phê và lúa Các giống chọn được có tính ổn

định cao

Phương pháp giống nhiều dòng (multiline): Giống nhiều dòng là sản phẩm lai

tạo tổng hợp từ nhiều giống tương đương về kiểu hình Giống này phản ứng khác nhau với các nòi hay kiểu sinh học khác nhau của vi sinh vật gây bệnh Trong các dòng tham gia có cả các dòng mang tính chịu bệnh ngang Các giống nhiều dòng nên dùng ở các vùng mà sâu bệnh xảy ra hàng năm và rất nặng Phương pháp tạo giống nhiều dòng hiện nay còn đang nghiên cứu, cần phải giải quyết thêm nhiều vấn

đề

Phương pháp luân chuyển gen (generotation): Phương pháp này dựa vào kinh

nghiệm của nông dân ở một số vùng thấy rằng nếu luân chuyển giống lúa, sẽ ít bị bệnh hơn là cấy liên tục một giống Nếu chỉ cấy một giống chịu bệnh ở một vùng thì việc xuất hiện một nòi vi sinh vật mới có khả năng xâm nhiễm giống ấy sẽ nhanh hơn Nếu ta thay đổi loại giống mỗi năm một lần, vài năm sau quay loại giống cũ hay nói cách khác có vài ba giống lúa có nguồn gốc chịu bệnh khác nhau về di truyền để thay thế nhau thì khả năng xâm nhiễm sâu bệnh sẽ được hạn chế Nếu việc luân chuyển giống lại dựa trên cả việc dự đoán được nòi vi sinh vật nào sẽ xuất hiện trong thời gian tới để bố trí giống chống chịu được nòi ấy thì càng chắc chắn (Crill,1980)

Nói chung, tính chống chịu sâu bệnh phụ thuộc rất lớn vào sự phong phú về di truyền của hệ sinh thái Chiến lược chung của việc điều khiển HSTNN là nhằm tăng tính ổn định của chúng (tăng sự phong phú của hệ sinh thái) Có nhiều cách để tăng

sự phong phú ấy Chúng ta nghĩ rằng phương pháp đơn giản nhất là làm như giống

địa phương với hai đặc điểm sau:

Thành phần giống phong phú là trong một HST có nhiều giống Tuy vậy, các

giống địa phương được tạo ra một cách ngẫu nhiên Hiện nay chúng ta có khả năng

điều khiển sự phong phú ấy Chúng ta phải biết sử dụng ưu thế này trong việc bố trí cây trồng Chúng tôi nghĩ rằng, việc luân chuyển gen trong một thời gian có thể thay bằng việc bố trí một số giống có nguồn gen chống chịu sâu bệnh khác nhau trong một hệ sinh thái cho từng vụ Cách bố trí như thế cũng có thể cản trở việc thay

đổi nhanh chóng các nòi vi sinh vật hay côn trùng ký sinh

Thành phần di truyền phong phú trong mỗi giống, các cách để tạo nên sự phong

phú này đã được trình bày ở trên Trong việc sử dụng các giống loại này cần phaỉ bỏ

một quan niệm là phải có các giống cây trồng "thuần" Sự thuần này chỉ có thể có trong kiểu hình (phenotype) không cần có trong kiểu di truyền (genotype)

Để đánh giá sự ổn định và sự thích ứng của cây trồng, ngày nay có nhiều mô hình khác nhau đã được giới thiệu Finlay và Wikison (1963) cho rằng sự thích ứng của giống cây trồng có thể đo bằng hệ số hồi quy của năng suất mỗi giống với năng suất trung bình của nhiều giống trồng ở mỗi điều kiện ngoại cảnh khác nhau:

Yij = a + bi + Yj Trong đó:

Yij - năng suất của giống i ở địa điểm j;

Yj - năng suất bình quân của tất cả các giống ở địa điểm j

bi - chỉ số ổn định (hệ số hồi quy), hiểu như sau:

bi = 1,0 giống thích ứng kém với các ngoại cảnh;

bi >1,0 giống thích ứng với các ngoại cảng thuận lợi

bi < 1,0 giống thích ứng với các ngoại cảng không thuận lợi;

a - hằng số

Ví dụ: 18 giống lúa được thí nghiệm ở 14 điểm trong 4 năm liền, trên 2 mức phân Tính thích ứng của giống được đo bằng 2 chỉ tiêu:

Độ ổn định biểu hiện bằng hệ số hồi quy năng suất của mỗi giống với năng suất bình quân của tất cả các giống ở mỗi điều kiện ngoại cảnh

Năng suất bình quân của giống ở tất cả các điều kiện ngoại cảnh

Sau đây là kết quả của 3 giống điển hình:

Giống Năng suất bình quân

(g/m 2 )

Hệ số hồi quy

(b i )

Tai chung (N)1 Koshihikari Vialone nano

507

391

273

0,83 1,30 0,88

Giống Tai chung (N)1 và Vialone nano có hệ số hồi quy bi <1, tức là có năng suất ổn định ở các điều kiện ngoại cảnh, nhưng năng suất của tai chung (N)1 cao nhất, còn Vialone nano thấp nhất Trái lại giống Koshihikari có hệ số bi >1 là giống

có năng suất thay đổi nhiều nhất ở các ngoại cảnh khác nhau (Mutsuo, 1975)

d) Quản lý dịch hại tổng hợp

Thực chất của việc phòng chống sâu bệnh tổng hợp (hay quản lý dịch hại tổng hợp) cũng là phương pháp điều khiển quần thể sinh vật trong hệ sinh thái, hay nói một cách khác là áp dụng quan điểm sinh thái vào việc phòng chống sâu bệnh

Từ trước đến nay, trong việc phòng chống sâu bệnh, biện pháp chủ yếu là dùng các hoá chất độc tiêu diệt côn trùng, bệnh và cỏ dại Việc dùng hoá chất không hợp

lý đã gây nhiều hậu quả sinh thái có hại và tác dụng cũng bị hạn chế như sau:

Thuốc hoá học tuy diệt được sâu bệnh và cỏ dại, nhưng đã làm độc hại môi trường, diệt cả các sinh vật có ích và có lúc còn gây độc cả với người

Côn trùng dần dần quen với thuốc, tạo ra các cơ chế chống thuốc, do đó hiệu quả dần dần bị hạn chế Để khắc phục hiện tượng này, các nhà hoá học phải thường xuyên tìm ra các loại thuốc mới để thay thế cho các thuốc cũ

Với thực tế trên đây, việc dùng thuốc hoá học đã có trường hợp diệt được sâu bệnh này, nhưng lại tạo điều kiện cho các loài sâu bệnh khác trước kia vốn không quan trọng phát triển mạnh và phá hoại cây trồng Gần đây, thấy cả hiện tượng thuốc hoá học kích thích cho các cá thể không bị diệt ăn mạnh và đẻ nhiều hơn như trường hợp của bọ rầy nâu hại lúa

Để tránh hiện tượng có hại trên, gần đây đã xuất hiện quan niệm mới về phòng

chống sâu bệnh và cỏ dại gọi là "phòng chống tổng hợp" (Integrated Pest

Management-IPM)

Quản lý dịch hại tổng hợp là quan niệm phòng chống sâu bệnh và cỏ dại dựa trên cơ sở sinh thái học, coi ruộng cây trồng là một hệ sinh thái, trong đó có mối quan hệ giữa các vật sống với ngoại cảnh và giữa các vật sống với nhau Mục đích quản lý dịch hại tổng hợp là hạn chế quần thể sinh vật gây hại dưới mức gây hại

đáng kể, gọi là ngưỡng kinh tế (ngưỡng kinh tế là số lượng quần thể ký sinh có thể gây hại đối với cây trồng mà sự thiệt hại gây ra bằng chi phí các biện pháp phòng chống để tránh sự thiệt hại ấy)

Do đó, phòng chống tổng hợp phải dùng một hệ thống các biện pháp có thể dung hoà với nhau gồm sinh học, hoá học, canh tác và giống chống chịu sâu bệnh Phòng chống tổng hợp không loại trừ việc dùng thuốc hoá học, nhưng phải dùng một cách chọn lọc, để giảm độc đối với các nhân tố sinh học Các biện pháp này phải ít tốn kém nhất, thích hợp với trình độ kinh tế - xã hội của các hệ sinh thái nhất

định

Quan điểm cơ bản của phòng chống tổng hợp là :

Dùng thuốc với mục đích không phải để diệt sâu bệnh mà chỉ hạn chế sự phát triển của chúng Chỉ dùng thuốc hoá học lúc quần thể sinh vật gây hại vượt quá ngưỡng kinh tế;

Sử dụng các biện pháp phòng chống chọn lọc, chỉ diệt đối tượng cần thiết, không tiêu diệt các loài khác, chẳng hạn phương pháp dùng các chất hoocmôn

sinh dục (pheromone) để thu hút côn trùng gây hại;

Nâng cao hiệu quả các cơ chế tự nhiên, điều hoà số lượng sinh vật có hại bằng cách thay đổi các biện pháp kỹ thuật như hệ thống cây trồng, trồng các lọai cây côn trùng thích hợp

Thay thuốc hoá học bằng các biện pháp sinh học

Muốn xây dựng được hệ thống phòng chống tổng hợp phải tiến hành các vấn đề sau:

Nghiên cứu thành phần sinh vật có hại và có ích trong các hệ sinh thái, quy luật sinh trưởng phát triển và phát triển quần thể của chúng, các mối quan hệ giữa chúng với các yếu tố ngoại cảnh và tác động của con người Xác định ngưỡng kinh tế của các sinh vật gây hại, phương pháp dự tính, dự báo sâu bệnh Muốn làm được việc này phải áp dụng phương pháp phân tích hệ thống, dùng các mô hình toán học để mô tả và dự đoán quần thể;

Nghiên cứu các biện pháp tự nhiên và nhân tạo để làm tăng số lượng các sinh vật có ích trong các hệ sinh thái

Nghiên cứu các biện pháp phòng chống chọn lọc: thuốc hoá học có tác dụng chọn lọc, vi sinh vật gây bệnh cho côn trùng và nấm bệnh, các hoocmôn sinh dục, diệt côn trùng bằng phương pháp di truyền (dùng các tia phóng xạ và hoá học để gây bất dục)

Quyết định phòng chống sâu bệnh thường dựa trên việc xác định ngưỡng kinh tế của loài sâu bệnh Ngưỡng kinh tế có thể xác định bằng phương pháp thực nghiệm ngoài đồng Tuy vậy, ngưỡng kinh tế phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố nên khó xác

định bằng phương pháp thực nghiệm Mô hình toán giúp ta giải quyết vấn đề này Ngoài ra, mô hình toán còn có thể giúp chúng ta tìm hiểu và dự báo mối quan hệ qua lại giữa các biện pháp bảo vệ cây trồng với hệ sinh thái nông nghiệp

Mô hình toán của việc bảo vệ cây trồng thường gồm có các mô hình sau:

Mô hình của động thái quần thể, thường bao gồm các mô hình phụ về đẻ trứng,

sự sống sót, sự phát tán, sự phát triển của côn trùng hay sự tạo thành bào tử, sự phát tán bào tử, sự đậu của bào tử, việc bắt đầu tạo vết bệnh, việc phát triển của vết bệnh ở cây Hiện nay đã có một số mô hình về sâu xanh hại bông, sâu đục

thân ngô, bệnh mốc sương cà chua, khoai tây, bệnh đốm lá nhỏ của ngô Các quá trình trên phụ thuộc vào các điều kiện khí tượng và nội bộ quần thể;

Mô hình sinh trưởng, phát triển của cây trồng (đã trình bày ở phần trên)

Mô hình của các kẻ thù tự nhiên, đã đề nghị nhiều mô hình về quan hệ vật ăn thịt và con mồi, ký chủ và ký sinh, những mô hình được dùng ở đây phải chi tiết,

có tính đến các yếu tố như các giai đoạn phát triển của sâu, nhiệt độ, phân bố theo tuổi

Mô hình dự báo khí tượng và vi khí hậu, nhiều tác giả không dùng các mô hình này mà dùng các số liệu đo trực tiếp, tuy vậy các mô hình này rất cần thiết cho công tác dự tính, dự báo;

Mô hình về chiến thuật phòng chống, mô tả tác dụng của các biện pháp phòng chống đến quần thể sâu bệnh Hiện nay mới chỉ có mô hình về ảnh hưởng của thuốc trừ sâu, thả côn trùng đực bất dục, chưa có về giống chống chịu sâu bệnh

và biện pháp canh tác

Sau khi đã có các mô hình phải tiến hành mô phỏng, tính xem trong các điều kiện khác nhau, cần áp dụng các biện pháp phòng chống nào để có hiệu quả nhất Phương pháp đúng ở đây là chương trình hoá động (Shoemaker 1987)

Ví dụ, gần đây, ở Mỹ đã xây dựng chương trình máy tính điện tử về mô hình của bệnh đốm lá nhỏ hại ngô Mô hình gồm có một chương trình chính và mười chương trình bổ sung Mô hình này chủ yếu dùng phương pháp hồi quy tuyến tính

để tính ảnh hưởng của các yếu tố ngoại cảnh đến các giai đoạn khác nhau của bệnh Lúc nào mô hình hồi quy không thích hợp thì dùng mô hình sinh trưởng của quần thể

5.4 Điều khiển quá trình tạo năng suất của ruộng cây trồng

Đã từ lâu người ta biết quang hợp là cơ sở của sự dinh dưỡng và năng suất của thực vật Khoảng 90-95% vật chất thu hoạch và toàn bộ năng lượng hoá học dự trữ trong đó là sản phẩm của quá trình quang hợp

Người ta không thấy có sự tương quan giữa cường độ quang hợp của lá thực vật với năng suất, điều này làm cho việc xây dựng lý luận tổng hợp về năng suất cao của thực vật gặp khó khăn Công trình nghiên cứu đầu tiên theo hướng này là của Watson (1952) và A.A.Nitchiporovic (1956)

Các công trình nghiên cứu đầu tiên cho thấy diện tích lá là điều quan trọng nhất, nhưng không phải là duy nhất để đạt năng suất cao Quang hợp chỉ tạo năng suất cao lúc trong cây xảy ra quá trình sinh trưởng mạnh, sử dụng sản phẩm quang hợp để làm ra bộ máy quang hợp Muốn có năng suất cao, đòi hỏi việc sử dụng cao nhất các nhân tố ngoại cảnh có tính chất quyết định năng suất: dòng năng lượng bức xạ có hoạt tính quang hợp, khí cácbonic, nước và sự dự trữ chất dinh dưỡng trong

đất Việc sử dụng các nhân tố ngoại cảnh trên do toàn bộ quần thể thực vật thực hiện, vì vậy lúc nghiên cứu năng suất thực vật phải xét trên mức quần thể Các cá thể thực vật có năng suất cao là cá thể có khả năng tạo ra các quần thể có năng suất cao

Quần thể cây trồng là một hệ thống quang hợp hoàn chỉnh và tổng hợp Để có năng suất cao, quần thể phải có mật độ tốt nhất, bộ máy quang hợp (lá và các bộ phận màu xanh khác) rộng với lượng diệp lục và các đơn vị hoạt động của bộ máy quang hợp trong lục lạp đầy đủ Các điều kiện này cho phép quần thể hút toàn bộ bức xạ có hoạt tính quang hợp chiếu xuống, sử dụng nó với hiệu suất cao để đồng hoá lượng khi cácbonic cao nhất và các nguyên tố dinh dưỡng khoáng hút từ đất Kết quả, tạo nên lượng sản phẩn quang hợp cao, sử dụng chúng qua các quá trình vận chuyển, hô hấp và trao đổi chất để sinh trưởng, tạo ra cơ quan có ý nghĩa kinh tế với sự mất mát ít nhất, A.A.Nitchiporovic (1979) cho rằng, các điều kiện để có năng suất cao là:

Hệ thống quang hợp hút năng lượng bức xạ có hoạt tính quang hợp với hệ số hấp thụ cao (85-90%);

Các bộ phận quang hợp sử dụng năng lượng ánh sáng để đồng hoá khí cácbonic với hiệu suất cao;

Các sản phẩm quang hợp được tiêu thụ trong quá trình trao đổi chất và sinh trưởng để tạo năng suất sinh học và kinh tế với sự mất mát ít nhất;

Dùng các dạng và giống cây trồng có khả năng tạo một quần thể với các đặc tính của hệ thống quang hợp tổng hợp tốt nhất

b) Năng suất kinh tế và năng suất sinh học

Năng suất kinh tế là một bộ phận của năng suất sinh học có giá trị sử dụng cao

mà ngành trồng trọt cần thu hoạch như hạt, quả, củ thân, củ rễ, sinh khối thức ăn gia súc

Quan hệ giữa hai loại năng suất này là hệ số kinh tế

YKT = YSH.KKTTrong đó:

YKT - năng suất kinh tế;

YSH - năng suất sinh học

KKT - hệ số kinh tế

Năng suất sinh học là tổng hợp sự tăng

trưởng hàng ngày của tổng sinh khối trong

suốt thời gian sinh trưởng (t ngày), từ thời

kỳ cây mọc các bộ phận dinh dưỡng (lá, rễ),

cho đến khi đạt trị số cao nhất (Cmax); sau

đấy trong thời kỳ tạo thành các bộ phận

kinh tế, tốc độ sing trưởng giảm dần

YSH được tính như sau:

YSH = 1/2 Cmax.t hay Ctb.t

Trong đó:

Cmax : trị số tăng trưởng cao nhất;

t : số ngày trong thời gian sinh

trưởng;

Ctb = 1/2 Cmax

Hình 45 Sơ đồ của quá trình tạo năng suất

sinh học (Y ) và năng suất kinh tế (Y ) cây cốc

(Theo A.A Nitchiporovic, 1979) Tam giác xyz có đáy là thời gian sinh trưởng và chiều cao là Cmax

Thí dụ, muốn đạt năng suất lúa 75 tạ/ha với hệ số kinh tế 0,5 thì năng suất sinh học là 75: 0,5 = 150 tạ/ha hay 1,5.1045 kg/ha, nếu thời gian sinh trưởng là 100 ngày,

Ctb là 150 kg/ngày và Cmax là 300 kg/ngày Để tạo 1 kg sinh khối Cmax cần phải đồng hoá 2 - 2,5 kg khí cácbonic một ngày Để đảm bảo Cmax 300 - 360 kg/ngày, ruộng lúa phải đồng hoá 600 -720 kg khí cácbonic/ngày Nếu diện tích lá vào lúc Cmax đạt chỉ số 4 - 5 m2/m2 thì ruộng lúa phải có hiệu suất quang hợp 6 - 7 g/m2/ngày hay cường độ quang hợp bình quân phải đạt 13,3 mg/dm2/h

c) Năng suất cao nhất có thể đạt được

Về mặt lý luận, để đạt được 1 đơn vị (gam) sản phẩm, quang hợp phải đồng hoá 1,47 đơn vị khí cacbonic và tích luỹ 3,75 kcal năng lượng bức xạ có hoạt tính quang hợp Từ lúc chất diệp lục và các trung tâm phản ứng hút các lượng tử năng lượng bức xạ có hoạt tính quang hợp đến lúc dự trữ được chúng là một quá trình phức tạp Quá trình này chuyển hoá năng lượng trong các quá trình quang phân li nước, chuyển điện tử (e-, H+) qua chuỗi vận chuyển điện tử đến sự khử khí cacboníc Theo hiểu biết hiện nay, để đồng hoá 1 phân tử gam khí cacbonic (44 g) cần hút 8 lượng

tử hay 8 eistein (50 x 8 = 400 kcal) năng lượng Trong lúc ấy ngay ở giai đoạn tạo các thành phần của lực khử (3ATP và 2 NADP.H) đã mất 68% năng lượng được hút, chỉ có 32% còn lại để đồng hoá tiếp khí cacbonic và thoả mãn các nhu cầu năng lượng khác của cây Khoảng 0,1 phần năng lượng bị mất trong các quá trình đồng hoá sơ cấp khí cacbonic Hiệu suất cao nhất sử dụng năng lượng bức xạ có hoạt tính quang hợp để tạo thành các sản phẩm quang hợp đầu tiên là 28% (32.0,9)

Để tiến hành các quá trình sống, năng lượng tích luỹ được phải tiêu thụ trong quá trình hô hấp và trao đổi chất cần năng lượng đồng thời cũng mất đi một lượng khí cácbonic Trong điều kiện tốt nhất, hô hấp tiêu thụ 0,3 - 0,4 lượng khí cácbonic

đồng hoá được và để tạo 1 kg sinh khối, cây tiêu thụ khoảng 2 - 2,5 kg khí cacbonic

Về năng lượng, nếu mất đi 0,3 - 0,4 năng lượng dự trữ thì trong sinh khối chỉ còn lại 17% của 28% năng lượng của bức xạ có hoạt tính quang hợp

Chất diệp lục của lá trong các quá trình tốt nhất không hút được quá 75 - 80% năng lượng bức xạ có hoạt tính quang hợp và như vậy để tạo thành sinh khối, hiệu suất sử dụng năng lượng bức xạ có hoạt tính quang hợp chỉ được 13 - 14 % ở điều kiện Cmax Để tạo thành năng suất sinh học, hiệu suất này chỉ còn một nửa

Sau đây là bảng số liệu về Cmax và hiệu suất sử dụng ánh sáng của một số cây trồng

Bảng 3 Suất tăng trưởng, hiệu suất sử dụng ánh sáng và cường độ quang hợp cao nhất

của một số loài cây trồng

(Nguồn: Maruta, 1981)

Loài

Kiểu quang hợp Nước

Suất tăng trưởng cao nhất (g/m2/ngày)

Hiệu suất sử dụng ánh sáng (%)

Cường độ quang hợp (mgCO2/dm2/h)

d) Hướng cải tiến các yếu tố của năng suất

Hiện nay, trong thực tế hiệu suất sử dụng bức xạ quang hợp của ruộng cây trồng chỉ khoảng từ 1% đến 3% do thiếu nước và chất dinh dưỡng

Trong điều kiện nước và chất dinh dưỡng còn thiếu, năng suất cây trồng tương quan với diện tích lá (Hình 3) ở điều kiện nước và chất dinh dưỡng đầy đủ, sự sinh trưởng quá mạnh của cơ quan dinh dưỡng làm giảm hệ số kinh tế và sinh trưởng của các bộ phận kinh

tế Cây sinh trưởng quá mạnh, lá che ánh sáng lẫn nhau, cường độ quang hợp của từng lá giảm và tốc độ sinh trưởng chậm lại

Diện tích lá tăng lên, năng suất chất khô hoặc bị

giảm hoặc không tăng nữa, có hai trường hợp xảy ra:

Phản ứng parabol (1): diện tích lá tăng, năng

suất chất khô cũng tăng đến một thời điểm gọi

là diện tích lá tốt nhất, sau đấy bắt đầu giảm;

Phản ứng tiệm cận (2): diện tích lá tăng, năng

suất chất khô tăng lên đến một mức nào đấy thì

không tăng nữa Điểm mà chất khô bắt đầu

không tăng nữa gọi là diện tích lá tới hạn

Trường hợp (1) được giải thích: do diện tích lá

che sáng lẫn nhau, quang hợp không tăng nữa nhưng

hô hấp vẫn tiếp tục tăng làm giảm năng suất chất khô

Trường hợp (2) được giải thích: do thiếu ánh sáng, hô

hấp cũng giảm vì một phần hô hấp phụ thuộc vào ánh

sáng ở các loài và giống cây trồng khác nhau phản

ứng này không giống nhau ở các loài và giống góc lá

to thường xảy ra trường hợp (1) ở các loài và giống

góc lá nhỏ thường xảy ra trường hợp (2)

Hình 36 Quan hệ các chỉ tiêu quang hợp và năng

suất cây trồng ở các mức nước và chất dinh dưỡng khác nhau

(Theo A.A.Nitchiporovic, 1979)

A - mức thấp, B - mức tốt nhất; C = mức không cân đối giữa sinh trưởng và quang hợp

I - Quan hệ giữa Cmax và chỉ số diện tích lá và biện pháp quang hợp

II - Quan hệ giữa YKT, YSH và KKT

Hướng cải tiến các yếu tố của năng suất còn thấy được lúc ta xét các giống cây trồng đã được chọn lọc qua các thời gian khác nhau trong một loài Nhiều tác giả đã nghiên cứu so sánh các giống cây trồng khác nhau được tạo ra qua các thời gian khác nhau, thấy có hai khuynh hướng cải tiến năng suất:

Chiều cao cây giảm xuống, số bông một đơn vị diện tích tăng lên, diện tích lá của quá trình tăng lên do góc lá nhỏ (lá đứng thẳng) hơn;

Số hạt và trọng lượng bông hay quả tăng, hệ số kinh tế tăng đi đôi với việc tăng lượng chất khô tích luỹ vào thời kỳ cuối

Đối với mỗi loài cây trồng, hướng cải tiến giống có khác nhau Lúa được cải tiến chủ yếu theo hướng (1) trong lúc lúa mì lại theo hướng (2) ở ngô cả hai hướng

được cải tiến đồng thời Đậu côve được cải tiến bằng cách nâng cao diện tích lá, đậu tương đã tăng cường cả cường độ quang hợp của lá ở củ cải đường và mía, người ta chú ý đến cải tiến cường độ quang hợp

Bước đầu của công tác chọn giống, các nhà khoa học chú ý nhiều đến các thành phần của năng suất: Số bông, số quả, số hạt, trọng lượng hạt Những cố gắng để cải tiến thành phần này của năng suất lại đưa đến việc giảm thành phần khác Chẳng hạn, ở cây lúa, làm tăng số bông thì số hạt trên một bông và trọng lượng bông giảm, làm tăng số hạt thì trọng lượng hạt lại giảm Những ví dụ trên đây biểu hiện sự bù trừ

Nguyên nhân dẫn đến sự bù trừ này là do có sự mâu thuẫn giữa sức chứa và nguồn

Sức chứa (Sink) là số lượng và độ lớn của các cơ quan có khả năng chứa các chất

đồng hoá để tạo ra năng suất như số bông, số quả, số hạt, số củ, số thân và kích thước của các bộ phận ấy

Nguồn (Source) là lượng chất đồng hoá được chuyển từ lá về bộ phận chứa năng

suất

Giữa các nhà sinh lý cây trồng vẫn còn tranh luận sức chứa hay nguồn là yếu tố hạn chế năng suất cây trồng hiện nay Thực ra, khó tách rời sức chứa và nguồn ở một số cây như lúa và lúa mì sức chứa do quang hợp trước lúc trổ bông quyết định, còn nguồn do quang hợp sau trổ bông quyết định Tuy vậy, ở nhiều cây trồng, lượng chất đồng hoá tích luỹ trong thân lá trước trổ cũng góp một phần quan trọng vào việc tạo hạt (5-10% ở lúa mì, 20% ngô và đại mạch, 40% ở lúa) ở các cây ra hoa liên tục (đậu tương, bông) hay cây có củ, hai quá trình tạo ra sức chứa và nguồn trùng nhau về thời gian và rất khó phân biệt

Giữa sức chứa và nguồn có một mối quan hệ rất chặt chẽ, có tác động qua lại, làm giảm sức chứa bằng cách nhân tạo, cường độ quang hợp ở lá giảm và cản trở việc vận chuyển sản phẩm quang hợp

Trong thực tế rất khó phân biệt rõ chỉ tiêu đại diện cho sức chứa và chỉ tiêu đại diện cho nguồn Chẳng hạn, trọng lượng bông hay trọng lượng hạt cao có thể vừa là do tăng sức chứa, vừa do tăng nguồn Để làm rõ vấn đề này Viện khoa học kỹ thuật nông nghiệp Việt nam đã dùng phương pháp phân tích thành phần chính của quá trình tạo

năng suất trên 276 ruộng lúa Kết quả đã tính được hai thành phần chính quan trọng nhất ảnh hưởng đến năng suất:

Thành phần sức chứa, tương quan với thời gian tạo ra diện tích lá trước trổ; số nhánh, số bông và số hoa 1 m2, quyết định 29,9% năng suất;

Thành phần nguồn, tương quan với chất khô và hiệu suất quang hợp sau trổ, số hạt một bông và số hạt 1 m2, trọng lượng bông và 1000 hạt, quyết định 23,1 % năng suất

Với phương pháp phân tích này, các chỉ tiêu: số hạt 1 mét vuông, trọng lượng

1000 hạt là chỉ tiêu đại diện cho nguồn, không phải cho sức chứa Evans (1975) cho rằng việc chọn giống tăng năng suất, thời kỳ đầu sức chứa là yếu tố hạn chế Các nhà chọn giống chú ý tăng sức chứa vì dễ quan sát hơn, năng suất và sức chứa tăng song song cho đến lúc nguồn trở thành yếu tố hạn chế Muốn tăng năng suất hơn nữa phải tăng song song cả nguồn và sức chứa Giống có nguồn cao hơn sức chứa, năng suất tương đối ổn định ở các nơi và các năm khác nhau Giống có sức chứa cao hơn nguồn, phản ứng mạnh với điều kiện ngoại cảnh Muốn có kết quả nhanh cần tác động cả hai yếu tố

f) Cải tiến cấu trúc quần thể

Đối với từng lá cây, cường độ ánh sáng tăng thì cường độ quang hợp cũng tăng,

đến một mức độ nào đấy thì cường độ quang hợp không tăng nữa Đối với các loài khác nhau, đường cong ánh sáng khác nhau, các loại cây C3 thường có cường độ quang hợp cao nhất và cường độ ánh sáng bão hòa thấp hơn các loài C4

Loài C3 Loài C4 Cường độ quang hợp cao nhất

Khi diện tích lá đạt trị số cao (có hiện tượng lá che ánh sáng lẫn nhau), lá dưới

bị thiếu ánh sáng nên cường độ quang hợp không đạt mức tốt nhất Cải tiến được cấu trúc bộ lá sẽ tạo được chế độ ánh sáng thích hợp cho quần thể, nâng cao năng suất quang hợp

Nhiều nhà nghiên cứu thấy các giống có lá mọc thẳng (góc lá nhỏ), ít gây che

ánh sáng lẫn nhau nên có năng suất quang hợp của quần thể cao hơn (Tsunoda -

1959, Hurata - 1961) Việc chọn các giống lúa có lá mọc thảng như IR8 đã làm cho năng suất quang hợp tăng, dẫn tới năng suất kinh tế tăng rõ rệt

Trong chọn giống cây có hạt, có khuynh hướng chọn các giống nửa thấp cây, chứ không phải chỉ chú ý tới góc lá Thực ra, lúc chiều cao của cây giảm xuống, góc lá nhỏ lại, vì thế lá ở các giống này ngắn hơn ở các giống cây cao Giống thấp cây còn có các ưu điểm khác như cứng cây, chống đổ và hệ số kinh tế cao hơn Các ưu

điểm này cũng đóng góp vào việc tăng năng suất kinh tế Đối với lúa và lúa mì, việc chọn giống lúa nửa thấp cây, lá thẳng đã có kết quả rõ rệt Đối với một số cây trồng khác, kết quả còn chưa thật rõ Chẳng hạn, đối với ngô nếu giảm chiều cao xuống

20 - 30% thì năng suất thấp hoặc tăng không đáng kể, các giống ngô lá thẳng không làn tăng năng suất rõ rệt

Đối với các cây có cành như đậu đỗ, bông, hướng chọn giống là hạn chế cành - cành chỉ có một đốt và mang chùm hoa ngay ở đầu Các giống kiểu này, cho phép trồng dày hơn nhưng chế độ ánh sáng không được cải tiến bao nhiêu vì lá to ở ngọn vẫn che ánh sáng Hướng chọn giống lá nhỏ vẫn chưa có kết quả rõ rệt

g) Cải tiến cường độ quang hợp

Rất nhiều công trình nghiên cứu cho thấy giữa các giống trong cùng một loài cây trồng có sự khác nhau về cường độ quang hợp rất rõ rệt, điều đó mở ra khả năng

có thể cải tiến cường độ quang hợp của các giống cây trồng về mặt di truyền Nguyên nhân gây nên sự khác nhau về cường độ quang hợp của các giống có thể do cấu tạo giải phẫu lá khác nhau, cũng có thể do cường độ hô hấp tối hay sáng ở các giống khác nhau Điều làm cho các nhà tạo giống băn khoăn nhất là hầu hết các giống cây trồng không thấy có tương quan giữa năng suất và cường độ quang hợp Một số cây trồng như lúa mì và lúa ở các giống hiện đại, cường độ quang hợp lại thấp hơn ở các giống cổ truyền và các loài hoang dại Như vậy là trong quá trình chọn giống, do chú ý nhiều đến diện tích lá nên cường độ quang hợp đã giảm xuống

Hiện nay chưa có nhiều ví dụ chứng tỏ rằng việc chọn giống có cường độ quang hợp cao dẫn đến năng suất cao Một số nhà nghiên cứu thấy đặc tính cường độ quang hợp cao có thể di truyền được Viện Khoa học nông nghiệp Việt nam đã lai giống lúa năng suất cao với giống có cường độ quang hợp cao thấy có cải tiến được

đặc tính này và làm tăng năng suất

Một hướng nghiên cứu khác gần đây được chú ý là chọn các giống cây trồng không có hô hấp ánh sáng Nguyên nhân làm cho các loài C4 có năng suất quang hợp cao do các loài này không có hô hấp ánh sáng như các loài C3 Chọn được các giống cây có cường độ hô hấp ánh sáng thấp sẽ có khả năng làm tăng cường độ quang hợp Tuy vậy, mọi cố gắng để tìm các giống có đặc tính này chưa đưa đến kết quả mong muốn Gần đây, phát hịên thấy hô hấp ánh sáng không phải là quá trình hoàn toàn vô ích đối với cây trồng Người ta thấy hô hấp ánh sáng giữ vai trò quan trọng trong việc trao đổi đạm của cây

h) Cải tiến khả năng của sức chứa

Một số nhà sinh lý cây trồng như Evans (1975), Tanaka (1980) cho rằng hiện nay khả năng chứa ở cây trồng là nguyên nhân chủ yếu hạn chế năng suất

Trong các năm 1960, năng suất lúa nhiệt đới được nâng cao do đã cải tiến khả năng về nguồn qua việc thay đổi cấu trúc của quần thể Thực ra các giống lúa thấp cây có năng suất cao hơn các giống lúa cao cây không những do đã được cải tiến năng suất quang hợp của quần thể mà sức chứa cũng được cải tiến Các giống thấp cây có số bông trên đơn vị diện tích cao, do đấy số hạt trên đơn vị diện tích sẽ cao hơn các giống cao cây Các giống thấp cây cũng có hệ số kinh tế cao hơn Như vậy,

rõ ràng sức chứa và nguồn được cải tiến cùng một lúc

Thực tế rất khó tách riêng sức chứa khỏi nguồn Như đã nói ở trên, Đào Thế Tuấn (1984) khi nghiên cứu quá trình tạo năng suất của lúa, thấy ở các giống lúa

thấp cây phổ biến hiện nay năng suất tương quan với trọng lượng bông nhiều hơn trọng lượng bông lại tương quan với lượng chất khô tích luỹ và hiệu suất quang hợp sau trổ Đây là quan hệ ngược lại giữa sức chứa và nguồn

Khi tiến hành cải tiến sức chứa bằng cách tạo các giống lúa thấp cây, to bông, Viện Khoa học nông nghiệp Việt nam đã cải tiến cả quang hợp sau trổ Lúc cải tiến cấu trúc cây để nâng cao diện tích lá chúng ta đồng thời đã nâng cao số bông trên 1

đơn vị diện tích

Sức chứa của cây trồng do nhiều yếu tố khác nhau quyết định, đối với cây lúa

do số bông, số hạt một bông và trọng lượng hạt Số bông trên 1 đơn vị diện tích phụ thuộc vào 2 yếu tố: mật độ trồng và sức đẻ nhánh Có ý kiến cho rằng đẻ nhánh ở cây hoà thảo không cần thiết vì có thể điều khiển số bông bằng mật độ Đẻ nhánh giúp cho cây trồng phục hồi lại lúc gặp các tác hại như lạnh, úng, hạn, sâu bệnh

Số bông có quan hệ mật thiết đến diện tích lá Như ta đã biết quần thể ruộng cây trồng có diện tích lá tốt nhất hay tới hạn do đấy số bông cũng có một giới hạn nhất định Quá giới hạn ấy, tăng số bông sẽ làm giảm số hạt một bông

Gần đây có khuynh hướng chọn các giống cây trồng chịu được mật độ cao Ví

dụ, các giống ngô kiểu này phải có cây thấp, lá thẳng, cờ nhỏ, bắp đóng cao

Độ lớn và trọng lượng của bông là một chỉ tiêu chọn giống Kết quả chọn giống theo hướng này thấy rõ nhất ở ngô Đối với lúa, chúng tôi thấy ở các giống thấp cây

có hai kiểu: giống thấp cây to bông và thấp cây nhiều bông Việc chọn giống lúa thấp cây, to bông đã đưa đến kết quả tăng năng suất rõ rệt, vì giống to bông không những có sức chứa cao hơn mà có khả năng làm tăng cả nguồn nữa

Bông to có liên quan đến hệ số kinh tế ở các giống cây trồng hiện đại, hệ số kinh tế được cải tiến rõ rệt Ví dụ, lúa hệ số kinh tế đã tăng từ 0,35 của đầu thế kỷ trước lên 0,53 hiện nay ở Nhật Bản ở Mỹ, ngô đã tăng hệ số kinh tế từ 0,36 khoảng các năm 20 lên 0,44 khoảng các năm 60 của thế kỷ trước ở các cây trồng khác cũng có hướng cải tiến tương tự

Hệ số kinh tế có liên quan đến chiều cao cây Các giống lúa cao cây có hệ số kinh tế khoảng 0,3 - 0,4, các giống thấp cây có hệ số kinh tế trên 0,5 Do đấy, việc chọn giống thấp cây đã góp phần vào việc tăng hệ số kinh tế

Bông to có thể do tăng số hạt một bông mà cũng có thể do hạt có kích thước lớn hơn ở ngô, số hạt một bắp quan trọng hơn trọng lượng hạt ở lúa, trọng lượng hạt

là yếu tố quyết định trọng lượng bông Lúa mì, trong quá trình cải tiến giống, trọng lượng hạt đã tăng lên rõ rệt vì hạt lúa mì đã bị mất gen vỏ trấu trong quá trình chọn giống ở lúa, vỏ trấu hạn chế sự lớn của hạt

Thời gian làm hạt dài tương quan chặt chẽ với năng suất hạt Lúa mì, ngô là các cây không có vỏ trấu thì thời gian làm hạt dài làm cho hạt to, trái lại ở lúa chưa rõ vì sao Yoshida (1976) phát hiện ra rằng các giống lúa hạt to có thời gian làm hạt dài hơn

Nói tóm lại ở cây trồng sức chứa và nguồn có liên quan với nhau rất chặt chẽ Vì vậy trong việc cải tiến giống cần cải tiến cả hai yếu tố đồng thời mới có hiệu quả cao

5.5 Điều khiển sự hoạt động tổng hợp của hệ sinh thái nông nghiệp

ở các mục trên, chúng ta đã bàn đến việc điều khiển sự hoạt động của hệ sinh thái đồng ruộng - thành phần trung tâm có hệ sinh thái nông nghiệp Trong phần

này chúng ta xét đến một phạm vi rộng hơn là điều khiển sự hoạt động tổng hợp của

hệ sinh thái nông nghiệp (ngoài các hệ sinh thái đồng ruộng, còn các thành phần khác như khu vực chăn nuôi, dân cư ) do hệ sinh thái nông nghiệp có liên quan với

hệ sinh thái thành thị nên chúng ta cũng đề cập đến vấn đề này ở đây

Như đã nói ở chương trước, có hai quá trình quan trọng nhất trong sự hoạt động của hệ sinh thái nông nghiệp là sự trao đổi năng lượng và sự trao đổi vật chất

Vấn đề đề cập trong mục này khá rộng, nhưng lại chưa được nghiên cứu có hệ thống như ở hệ sinh thái đồng ruộng, do đấy chúng tôi tập trung vào một số vấn đề quan trọng nhất

a) Sự phát triển nông nghiệp

Phát triển nông nghiệp về thực chất là điều khiển sự hoạt động của HSTNN, làm thế nào để có một năng suất sơ cấp (sản phẩm trồng trọt) và năng suất thứ cấp (sản phẩm chăn nuôi) cao và ổn định

Hiện nay có rất nhiều tài liệu về phát triển NN đứng trên quan điểm nông học hay kinh tế học, ở đây chúng tôi không nhắc lại mà chỉ xét đến sự phát triển ấy trên quan điểm sinh thái học

Người ta đã tính toán sự hoạt động của hai hệ sinh thái các nước đã phát triển ở Tây Âu và đang phát triển ở Đông Nam á và Nam á trong giai đoạn 1972 - 1974 để

so sánh Nói chung, giữa các hệ sinh thái ấy có sự khác nhau chủ yếu biểu hiện ở khuynh hướng của sự phát triển NN

Bảng 4 So sánh hai HSTNN Tây Âu và Đông Nam á

(1972 - 1974, tính cho 10 ha đất nông nghiệp)

á 29% Tuy vậy số lương thực dùng cho chăn nuôi ở Tây Âu gấp 9,3 lần ở Đông Nam á

Do đấy, mặc dù số lượng đầu gia súc ở hai hệ sinh thái gần bằng nhau, sản lượng thịt ở Tây Âu gấp 11,7 lần ở Đông Nam á Nếu kể cả sản lượng sữa và trứng thì còn cao hơn nữa

Năng lượng hoá thạch đầu tư vào hệ sinh thái ở Tây Âu gấp 10,2 lần ở Đông Nam á, còn phân hoá học gấp 6,2 lần

Như vậy là giữa hai hệ sinh thái phát triển và đang phát triển, sự khác nhau cơ bản không phải ở mức năng suất lương thực mà ở năng suất sản phẩm chăn nuôi ở Tây Âu vì số dân nông nghiệp trong hệ sinh thái ít hơn nên một số lượng lương thực lớn được dùng để chăn nuôi, vì vậy đã sản xuất được một khối lượng sản phẩm chăn nuôi lớn, do đấy mức ăn ở Tây Âu là 3390 kcal/người/ngày và 52 g protein động vật/người/ngày trong lúc đó ở Đông Nam á các số liệu tương ứng là 2040 và 7 Muốn sản xuất được số lượng lương thực hơn 29% và sản phẩm chăn nuôi hơn 11,7 lần, hệ sinh thái Tây Âu đã phải đầu tư thêm một lượng năng lượng hoá thạch gấp hơn 10 lần ở Đông Nam á Như vậy về thực chất năng lượng này chủ yếu dùng

để sản xuất thêm sản phẩm chăn nuôi

Năng lượng đầu tư vào nông nghiệp là do lao động ở thành thị Tỷ lệ dân số thành thị ở Tây Âu 86%, ở Đông Nam á chỉ có 33% Để đổi lấy năng lượng hoá thạch, hệ sinh thái nông nghiệp Tây Âu đã cung cấp cho thành thị một lượng thịt gấp 23,9 lần ở Đông Nam á, chưa kể các sản phẩm chăn nuôi khác

Để thấy rõ hơn sự phát triển của nông nghiệp, chúng tôi xin nêu các điểm khác nhau cơ bản giữa hệ sinh thái nông nghiệp cổ truyền và tiên tiến:

Nông nghiệp cổ truyền Nông nghiệp tiên tiến

Lợi dụng triệt để các điều kiện tự

nhiên Tránh tác hại của thiên tai

Khắc phục các khó khăn của tự nhiên bằng cách cải tạo chúng

Sử dụng các hệ thống cây trồng phức

tạp nhiều giống cây trồng năng suất

thấp nhưng phong phú về di truyền

Sử dụng các cây trồng đơn giản, ít giống, cây trồng năng suất cao, nhưng nghèo về di truyền

Sử dụng các chuỗi thức ăn dài, sử

dụng sự quay vòng chất hữu cơ là

chính, kết hợp giữa trồng trọt và chăn

nuôi

Sử dụng các chuỗi thức ăn ngắn, lấy nhiều chất dinh dưỡng của đất và trả lại bằng phân hoá học, có khuynh hướng tách rời trồng trọt và chăn nuôi

Lao động trên đơn vị diện tích cao,

dùng chủ yếu năng lượng của lao

động thủ công và gia súc

Lao động trên đơn vị diện tích thấp, thay năng lượng của lao động thủ công và gia súc bằng năng lượng hoá thạch

Hệ sinh thái phong phú, năng suất

thấp nhưng ổn định, đầu tư ít năng

lượng hoá thạch

Hệ sinh thái đơn giản, năng suất cao nhưng ít ổn định, đầu tư nhiều năng lượng hoá thạch để tạo sự ổn định