GIÁO TRÌNH SINH THÁI học NÔNG NGHIỆP

GIO TRèNH SINH THI HC NễNG NGHIP Phần I Lý thuyết Chơng Khái niệm chung sinh thái học Nội dung Các nội dung sau đợc đề cập chơng này: Lợc sử môn học khái niệm sinh thái học Cấu trúc sinh thái học Quy luật tác động nhân tố sinh thái ảnh hởng nhân tố vô sinh lên thể sinh vật thích nghi chúng Mối quan hệ môi trờng ngời ý nghĩa sinh thái học đời sống sản xuất nông nghiệp Mục tiêu Sau học xong chơng này, sinh viên cần: Nắm đợc khái niệm sinh thái học Hiểu đợc vai trò sinh thái học đời sống sản xuất nông nghiệp Phân biệt đợc nhân tố sinh thái vô sinh, hữu sinh nhân tố ngời Phân tích đợc chế động nhân tố sinh thái lên đời sống sinh vật Lợc sử môn học Khái niệm sinh thái học Ngay từ thời kỳ lịch sử xa xa, xã hội nguyên thủy loài ngời, cá thể cần có hiểu biết định môi trờng xung quanh; sức mạnh thiên nhiên, thực vật động vật quanh Nền văn minh thực đợc hình thành ngời biết sử dụng lửa công cụ khác, cho phép họ làm biến đổi môi sinh Và bây giờ, loài ngời muốn trì nâng cao trình độ văn minh lúc hết họ cần có đầy đủ kiến thức môi trờng sinh sống họ Kiến thức sinh thái học giống nh tất lĩnh vực khoa học khác, phát triển nhng không đồng Các công trình Aristote, Hippocrat triết gia cổ Hy Lạp bao hàm dẫn liệu mang tính chất sinh thái học rõ nét Tuy trở thành môn khoa học độc lập vào khoảng năm 1900, nhng vài chục năm trở lại đây, thuật ngữ sinh thái học mang đầy đủ tính chất phổ cập nó, nớc có khoa học phát triển, ngày thâm nhập sâu vào lĩnh vực hoạt động đời sống xã hội nh lĩnh vực khoa học kỹ thuật, có nông nghiệp Những năm gần đây, sinh thái học trở thành khoa học toàn cầu Rất nhiều ngời cho ngời nh sinh vật khác sống tách rời môi trờng cụ thể Tuy nhiên, ngời khác với sinh vật khác có khả thay đổi điều kiện môi trờng cho phù hợp với mục đích riêng Mặc dù thế, thiên tai, hạn hán, dịch bệnh, ô nhiễm môi trờng luôn nhắc nhở chúng ta: loài ngời cho có sức mạnh vô song mà sai lầm Từ cổ xa, thung lũng sông Tigrer phồn vinh biến thành hoang mạc bị xói mòn hoá mặn hệ thống tới tiêu bố trí không hợp lý Nguyên nhân sụp đổ văn minh Mozopotami vĩ đại tai hoạ sinh thái Trong nguyên nhân làm tan vỡ văn minh Maia Trung Mĩ diệt vong triều đại Khơme lãnh thổ Campuchia khai thác mức rừng nhiệt đới Rõ ràng, khủng hoảng sinh thái hiển nhiên phát kiến kỷ 20, mà học khứ bị lãng quên Vì vậy, muốn đấu tranh với thiên nhiên, phải hiểu sâu sắc điều kiện tồn qui luật hoạt động điều kiện tự nhiên Những điều kiện phản ánh thông qua qui luật hoạt động tự nhiên Những điều kiện phản ánh thông qua qui luật sinh thái mà sinh vật phải phục tùng Thuật ngữ Sinh thái học (Ecology) đợc Heckel E., nhà sinh vật học tiếng ngời Đức, dùng lần vào năm 1869, đợc hình thành từ chữ Hy Lạp: oikos - có nghĩa nhà nơi sinh sống, logos môn học Oikos (nhà ở) Ecology Logos (môn học) Nh vậy, theo định nghĩa cổ điển sinh thái học khoa học nghiên cứu nhà nơi sinh sống sinh vật hay sinh thái học toàn mối quan hệ thể với ngoại cảnh điều kiện cần thiết cho tồn chúng (Heckel E - 1869) Còn theo nhà sinh thái học tiếng E.P Odum sinh thái học khoa học quan hệ sinh vật nhóm sinh vật với môi trờng xung quanh nh khoa học quan hệ tơng hỗ sinh vật với môi sinh chúng (E.P.Odum - 1971) Ricklefs - 1976, nhà sinh thái học ngời Mỹ cho rằng: sinh thái học nghiên cứu sinh vật mức độ cá thể, quần thể quần xã mối quan hệ tơng hỗ chúng với môi trờng sống xung quanh với nhân tố lý, hoá, sinh vật A.M Grodzinxki D.M Grodzinxki - 1980, định nghĩa: sinh thái học - ngành sinh học nghiên cứu mối quan hệ tơng hỗ thể sinh vật với môi trờng xung quanh Các tác giả đa nhiều định nghĩa sinh thái học, nhng thống coi sinh thái học môn khoa học cấu trúc chức thiên nhiên mà đối tợng tất mối quan hệ tơng hỗ sinh vật với môi trờng, hay cách khác, sinh thái học môn khoa học nghiên cứu ứng dụng qui luật hình thành hoạt động tất hệ sinh học Sinh thái học khoa học tổng hợp, kiến thức bao gồm nhiều môn khoa học khác Sinh thái học ngày quan hệ với động vật học, thực vật học, sinh lý học, sinh hoá học, di truyền học, tiến hoá học, trồng trọt, chăn nuôi mà với ngành toán học, hoá học, vật lý học, địa lý xã hội học Nó thể môn khoa học nh sinh thái tế bào, di truyền sinh thái, sinh thái nông nghiệp.v.v Mối quan hệ sinh thái học với khoa học kinh tế pháp quyền tăng lên mạnh mẽ Nghiên cứu hệ sinh thái cạn nh hệ sinh thái nớc áp dụng phơng pháp sinh học mà phơng pháp phân tích toán học, nguyên lý điều khiển học Nh vậy, nói sinh thái học vừa khoa học tự nhiên vừa khoa học xã hội Nó khoa học tự nhiên mà loại trừ ngời, hay khoa học xã hội mà tách khỏi tự nhiên Khoa học hoàn thiện sứ mệnh nhà sinh thái học nhận thức đợc trách nhiệm họ tiến hoá điều kiện xã hội Về phơng pháp nghiên cứu, sinh thái học sử dụng số phơng pháp môn khoa học khác; đồng thời có phơng pháp nghiên cứu riêng mà phần nhiều phơng pháp mang tính tổng hợp nh thống kê nhiều chiều, phân tích hệ thống, mô hình hoá toán học Cấu trúc sinh thái học Cấu trúc sinh thái học biểu theo không gian ba chiều bánh tròn dẹt nằm chồng lên tơng ứng với mức độ tổ chức sinh học khác từ cá thể qua quần thể, quần xã đến hệ sinh thái Nếu bổ dọc chồng bánh qua trục tâm ta chia cấu trúc nhóm hình thái, chức năng, phát triển, điều hoà thích nghi Hệ sinh thái Quần xã Thích nghi Điều hoà Phát triển Quần thể Chức Cá thể Hình thái Hình Cấu trúc sinh thái học Nếu ta quan sát tất nhóm mức độ, thí dụ quần xã nhóm hình thái nội dung số lợng mật độ tơng đối loài, nhóm chức quan hệ tơng hỗ quần thể nh thú mồi, nhóm điều hoà điều chỉnh để tiến tới cân bằng, nhóm thích` nghi trình có khả tiến hoá, khả chọn lọc sinh thái, chống kẻ thù Nếu nh chọn chồng nhóm, ví dụ nhóm chức mức độ hệ sinh thái chu trình vật chất dòng lợng; mức độ quần xã quan hệ vật dữ, mồi cạnh tranh loài; quần thể sinh sản, tử vong, di c, nhập c; mức độ cá thể sinh lý tập tính cá thể Nh vậy, mức độ tổ chức sinh thái có đặc điểm cấu trúc chức riêng biệt Mỗi nhóm mức độ đợc đặc trng tập hợp có tính thống tợng đợc quan sát Tập hợp thể tính qui luật hình thành sở tợng Những qui luật đối tợng nghiên cứu sinh thái học, nằm đơn vị cụ thể tự nhiên - hệ sinh thái (ecosystem) Qui luật tác động số lợng nhân tố sinh thái 3.1 Khái niệm chung Môi trờng: Theo nghĩa rộng môi trờng tổng hợp điều kiện bên có ảnh hởng tới vật thể kiện Nh vậy, vật thể, kiện tồn diễn biến môi trờng cụ thể Khái niệm chung môi trờng nh đợc cụ thể hóa đối tợng mục đích nghiên cứu Đối với thể sống môi trờng sống ánh tổng hợp điều kiện bên có ảnh sáng hởng tới đời sống phát triển thể Đối với ngời, môi trờng chứa đựng nội Cộng Không đồng dung rộng Theo định nghĩa UNESCO khí (1981) môi trờng ngời bao gồm toàn hệ thống tự nhiên hệ thống ngời tạo ra, hữu hình Gia Nguồn nh vô hình (tập quán, niềm tin,), đình nớc ngời sống lao động, họ khai thác tài nguyên thiên nhiên nhân tạo nhằm thoả mãn nhu cầu Nh vậy, môi trờng sống ngời không nơi tồn tại, Động Rừng vật sinh trởng phát triển cho thực thể sinh vật ngời mà khung cảnh sống, lao động vui chơi giải trí Đất ngời Hình Con ngời với số yếu tố môi trờng Thành phần tính chất môi trờng đa dạng luôn biến đổi Bất kỳ thể sống muốn tồn phát triển, phải thờng xuyên thích nghi với môi trờng điều chỉnh hành vi cho phù hợp với biến đổi Tùy theo mục đích nội dung nghiên cứu, khái niệm chung môi trờng sống đợc phân thành môi trờng thiên nhiên, môi trờng xã hội, môi trờng nhân tạo Trong nghiên cứu sinh học, ngời ta thờng chia loại môi trờng chính: (1) môi trờng nớc, (2) môi trờng đất, (3) môi trờng không khí, (4) môi trờng sinh vật Nhân tố sinh thái: Những yếu tố cấu thành môi trờng nh ánh sáng, nhiệt độ, thức ăn, bệnh tật v.v đợc gọi yếu tố môi trờng Nếu xét tác động yếu tố lên đời sống sinh vật cụ thể chúng đợc gọi yếu tố sinh thái nhân tố sinh thái Trong qúa trình sống, sinh vật bị tác động đồng thời nhiều các nhân tố sinh thái Tuy nhiên, để dễ nghiên cứu, ngời ta thờng chia nhân tố sinh thái thành hai nhóm theo chất chúng (i) nhóm nhân tố sinh thái vô sinh (gồm nhân tố khí hậu, đất, địa hình v.v.) (ii) nhóm nhân tố sinh thái hữu sinh (gồm thể sống nh thực vật, động vật, vi sinh vật mối quan hệ chúng với nhau) Nh trình bày, môi trờng bao gồm nhiều yếu tố sinh thái Mỗi nhân tố sinh thái có tác động không giống loài khác nhau, hay chí với cá thể khác loài Ví dụ ảnh hởng nhiệt độ thấp không quan trọng với trồng có nguồn gốc ôn đới (nh cải bắp, cà chua), nhng lại quan trọng với trồng có nguồn gốc nhiệt đới điển hình (lúa, ngô) Một số nhân tố sinh thái thay đổi theo ngày đêm hay theo mùa (nhiệt độ, lợng ma); có số đặc điểm môi trờng thay đổi theo thời gian (hằng số mặt trời, lực trọng trờng) Nhìn chung, nhân tố sinh thái tác động lên sinh vật thông qua đặc tính sau: Bản chất nhân tố tác động Cờng độ tác động (mạnh hay yếu) Tần số tác động Thời gian tác động Về mặt số lợng, ngời ta chia tác động yếu tố sinh thái thành bậc: Bậc tối thiểu (minimum), bậc nhân tố sinh thái thấp gây tử vong cho sinh vật Bậc không thuận lợi thấp (minipessimum), bậc làm cho hoạt động sinh vật bị hạn chế Bậc tối thích (optimum), hoạt động sinh vật đạt giá trị cực đại Bậc không thuận lợi cao (maxipessimum), hoạt động sinh vật bị hạn chế Bậc tối cao (maximum), bậc nhân tố sinh thái cao gây tử vong cho sinh vật Tuy nhiên, ngời ta thờng sử dụng ba bậc: minimum, optimum maximum để đánh giá ảnh hởng nhân tố sinh thái lên sống hoạt động sinh vật Khoảng giới hạn nhân tố từ minimum đến maximum đợc gọi giới hạn sinh thái hay biên độ sinh thái Khoảng giới hạn sinh thái phụ thuộc theo loài sinh vật khác Những loài sinh vật có biên độ sinh thái lớn loài phân bố rộng ngợc lại Những loài phân bố hẹp thờng đợc chọn loài đặc trng cho điều kiện môi trờng cụ thể Hoạt động (tăng trởng) Min III II I Opt Opt Max Opt Min Max Nhiệt độ Hình So sánh giới hạn chống chịu tơng đối sinh vật hẹp nhiệt (I III) sinh vật rộng nhiệt (II) (Nguồn: Rutner 1953) loài hẹp nhiệt, cực tối thiểu (min) tối cao (max) gần nhau, loài rộng nhiệt ngợc lại Vì thay đổi không lớn nhiệt độ tỏ ảnh hởng đến loài rộng nhiệt, nhng loài hẹp nhiệt thờng lại nguy kịch Chúng ta thấy sinh vật hẹp nhiệt thích ứng với nhiệt độ thấp (oligothermal I) với nhiệt cao (polythermal III) có đặc tính trung gian Để biểu thị cách tơng đối mức độ chống chịu sinh vật với nhân tố môi trờng, sinh thái học có hàng loạt thuật ngữ đợc sử dụng với tiếp đầu ngữ steno có nghĩa hẹp eury nghĩa rộng Ví dụ: Stenothermal - eurythernic (nói nhân tố sinh thái nhiệt độ); Stenohydric - euryhydric (nói nhân tố sinh thái nớc); Stenohalin - euryhalin (nói nhân tố sinh thái muối); Stenophagos - euryphagos (nói dinh dỡng); Stenooikos - euryoikos (nói việc lựa chọn nơi ở) Sự có mặt phồn thịnh sinh vật nhóm sinh vật nơi đấy, thờng phụ thuộc vào tổ hợp điều kiện Một điều kiện định tới tồn phân bố sinh vật đợc gọi điều kiện giới hạn (hay yếu tố giới hạn) Hầu hết điều kiện vật lý môi trờng (đối với sinh vật cạn, yếu tố sinh thái quan trọng hàng đầu ánh sáng, nhiệt độ lợng ma, sinh vật dới nớc ánh sáng, nhiệt độ độ muối) giới hạn mà đợc xem nh yếu tố điều khiển hoạt động sinh vật Sinh vật thích ứng với yếu tố vật lý môi trờng với ý nghĩa chống chịu mà sử dụng tính chu kỳ tự nhiên thay đổi môi trờng để phân phối chức theo thời gian chơng trình hoá chu trình sống, nhằm sử dụng đợc điều kiện thuận lợi nhất; tất quần xã đợc chơng trình hoá để phản ứng với nhịp điệu mùa nhịp điệu khác Khi nghiên cứu tác động số lợng nhân tố sinh thái lên thể sinh vật, ngời ta phát số định luật sinh thái học sau 3.2 Định luật lợng tối thiểu Mỗi sinh vật sống điều kiện môi trờng cụ thể Các yếu tố nh nhiệt độ, độ ẩm, chế độ dinh dỡng điều kiện môi trờng khác phải tồn mức thích hợp sinh vật tồn đợc Năm 1840 Liebig cho tính chống chịu đợc xem nh khâu yếu dây truyền nhu cầu sinh thái thể Khi nghiên cứu loài hoà thảo, ông nhận thấy suất hạt thờng bị giới hạn chất dinh dỡng mà sinh vật có nhu cầu với số lợng lớn, ví dụ nh khí cacbonic nớc (bởi chất thờng xuyên có mặt với hàm lợng lớn) mà lại chất có nhu cầu với hàm lợng nhỏ (ví dụ nh nguyên tố Bo), nhng chất lại có đất Liebig đa nguyên tắc: chất có hàm lợng tối thiểu điều khiển suất, xác định đại lợng tính ổn định mùa màng theo thời gian Nguyên tắc trở thành định luật tối thiểu Liebig Nhiều tác giả nh Taylor (1934) mở rộng khái niệm chất dinh dỡng đa thêm hàng loạt yếu tố khác nh nhiệt độ thời gian Những công trình to lớn Liebig cho thấy, để ứng dụng có kết khái niệm thực tiễn cần phải quán triệt thêm nguyên tắc hỗ trợ Nguyên tắc hạn chế: định luật Liebig ứng dụng điều kiện trạng thái hoàn toàn tĩnh, nghĩa dòng lợng vật chất vào cân với dòng Nguyên tắc bổ sung: nói tác dụng tơng hỗ yếu tố Bản thân thể sinh vật thay phần yếu tố lợng tối thiểu yếu tố khác có tính chất tơng đơng Nh nơi thiếu Ca nơi có nhiều Stronti nhuyễn thể sử dụng Stronti thay cho Ca mảnh vỏ chúng Ngời ta chứng minh đợc nhiều loài thực vật cần lợng kẽm chúng mọc chỗ có ánh sáng chói chang mà nơi che bóng Trong điều kiện lợng kẽm có đất không trở thành yếu tố giới hạn 3.3 Qui luật giới hạn sinh thái (hay định luật chống chịu) Để bổ sung cho định luật Liebig định luật đề cập tới hàm lợng tối thiểu chất, Shelford (1913) cho rằng: yếu tố giới hạn không thiếu thốn, mà d thừa yếu tố Nh vậy, sinh vật sống đợc giới hạn tối thiểu sinh thái tối đa sinh thái Khoảng cách biên độ sinh thái Nghĩa tác động nhân tố sinh thái lên thể không phụ thuộc vào tính chất nhân tố mà phụ thuộc vào cờng độ tác động chúng Khái niệm ảnh hởng giới hạn tối đa tối thiểu đợc Shelford đa phát biểu định luật chống chịu: suất sinh vật không liên hệ với sức chịu đựng tối thiểu mà liên hệ với sức chịu đựng tối đa liều lợng mức nhân tố từ bên 3.4 Sự bù yếu tố kiểu hình sinh thái Các sinh vật nô lệ điều kiện vật lý môi trờng Chúng tự thích nghi chúng làm thay đổi điều kiện môi trờng để giảm bớt ảnh hởng giới hạn nhiệt độ, ánh sáng, nớc yếu tố vật lý khác Có ngời gọi quy luật tác động qua lại sinh vật môi trờng Sự bù nh yếu tố, đặc biệt hiệu mức độ quần xã mức độ loài Các loài có phân bố địa lý rộng hầu nh luôn tạo nên quần thể thích nghi với điều kiện địa phơng, có tên gọi kiểu hình sinh thái Sinh vật sống nơi cụ thể cần có giới hạn chống chịu phù hợp với điều kiện địa phơng Sự bù phần khác gradien nhiệt, ánh sáng yếu tố khác làm xuất chủng di truyền (với thể đặc điểm hình thái không) thích ứng sinh lý đơn Ngay từ năm 1956, Midlas thấy họ lúa thuộc loài giống theo đặc điểm bên Khi gieo mẫu lúa lấy từ khu vực phân bố địa lý khác phòng thí nghiệm, giống lúa phản ứng với ánh sáng theo cách khác Trong trờng hợp chúng giữ tính chu kỳ theo mùa thích ứng với vùng khởi thuỷ (thời gian phát triển sinh sản) Trong sinh thái học ứng dụng, ngời ta thờng hay bỏ quên khả củng cố tính trạng di truyền dòng địa phơng, nên việc nhập nội động, thực vật thờng bị thất bại, bơỉ ngời ta dùng cá thể từ vùng xa xôi để thay cho dòng thích ứng với điều kiện địa phơng Sự bù yếu tố gradien địa phơng gradien theo mùa dẫn đến việc làm xuất chủng di truyền, nhng thờng đợc thực nhờ thích nghi sinh lí quan hay chuyển mối quan hệ tơng hỗ men - chất mức độ tế bào mức độ quần xã bù yếu tố thờng đợc thực thay loài theo gradien điều kiện 3.5 Quy luật tác động tổng hợp nhân tố sinh thái Môi trờng bao gồm nhiều yếu tố sinh thái có tác động qua lại, biến đổi nhân tố dẫn đến thay đổi lợng (và chất) nhân tố khác, sinh vật chịu ảnh hởng biến đổi Tất nhân tố gắn bó chặt chẽ với tạo thành tổ hợp sinh thái Ví dụ, chiếu sáng rừng thay đổi nhiệt độ, độ ẩm không khí đất thay đổi; điều ảnh hởng đến hoạt động sống hệ động vật không xơng sống vi sinh vật đất, ảnh hởng đến dinh dỡng khoáng rừng Mỗi nhân tố sinh thái biểu hoàn toàn tác động nhân tố khác hoạt động đầy đủ Ví dụ, nhiệt độ thấp vùng cực bù đắp độ ẩm chiếu sáng gần nh suốt ngày đêm 3.6 Quy luật tác động không đồng nhân tố sinh thái lên thể Các nhân tố có ảnh hởng khác lên chức phận thể sống, cực thuận với trình này, nhng lại thuận lợi hay chí gây nguy hiểm cho trình khác Ví dụ, nhiệt độ không khí tăng cao đến 400-450C làm tăng trình trao đổi chất động vật máu lạnh, nhng lại kìm hãm di động, làm cho vật rơi vào tình trạng đờ đẫn nóng Nhiều loài sinh vật giai đoạn sinh sống khác có yêu cầu sinh thái khác nhau, không thỏa mãn chúng chết khó có khả trì nòi giống Trong lịch sử phát triển sinh vật, xuất khả thích nghi cách di chuyển nơi giai đoạn để hoàn thành toàn chức sống Ví dụ, loài tôm he (Penaeus merguiensis) giai đoạn thành thục sinh sản chúng sống biển khơi (cách bờ 10-12km) đẻ đó, nơi có nồng độ NaCl cao (32-360/00), độ pH=8 ấu trùng sống biển, nhng di chuyển dần vào cửa sông; sang giai đoạn sau ấu trùng (postlarva) chúng sống nớc lợ, nơi có độ mặn thấp (10-250/00), kênh rạch vùng rừng ngập mặn đạt kích thớc trởng thành lại di chuyển biển giai đoạn ấu trùng, tôm không sống đợc nớc có nồng độ muối thấp Nắm đợc quy luật này, ngời có quy hoach nuôi trồng, bảo vệ đánh bắt vào lúc thích hợp 3.7 Các thị sinh thái học Chúng ta thấy yếu tố chuyên hoá thờng định loài sinh vật sống đợc địa điểm cụ thể Bởi vậy, dựa theo sinh vật để xác định kiểu môi trờng vật lý, yếu tố mà quan tâm lại không thuận lợi cho việc đo đạc trực tiếp Trên thực tế, nhà sinh thái học nghiên cứu trạng không quen thuộc hay vùng rộng lớn thờng xuyên sử dụng sinh vật với t cách vật thị Nhiều tác giả sử dụng thực vật nh vật thị điều kiện đất nớc (đặc biệt ảnh hởng điều kiện đến tiềm chăn nuôi trồng trọt) Nhiều công trình sử dụng động vật có xơng sống thực vật làm vật thị nhiệt độ Tác giả theo hớng Merriam (1894) Dới vài khái niệm quan trọng làm việc với vật thị sinh thái học : a) Các loài hẹp sinh thái thờng vật thị tốt so với loài rộng sinh thái Những loài nh thờng có quần xã b) Các loài lớn thờng vật thị tốt loài nhỏ Bởi vì, dòng lợng đấy, sinh khối lớn sản lợng toàn phần đợc trì nh sinh khối thuộc sinh vật lớn; mặt khác, tốc độ quay vòng sinh vật nhỏ cao (hôm có nhng sang ngày mai lại không có) Vì loài có mặt thời điểm nghiên cứu vật thị sinh thái học thuận lợi Chính mà Raoson (1956) không tìm thấy loài tảo vật thị cho kiểu hồ c) Trớc tách loài loài kia, nhóm loài vật thị, cần phải xem xét dẫn liệu thực nghiệm tính chất yếu tố giới hạn Ngoài cần phải biết khả chống chịu thích nghi; có kiểu hình sinh thái tồn có mặt nhóm loài hay loài khác nơi khác điều không bắt buộc, nơi có điều kiện hoàn toàn giống d) Tỷ lệ số lợng loài, quần thể quần xã thờng vật thị tốt so với số lợng loài, toàn cục tốt phận việc phản ánh toàn điều kiện Điều đặc biệt đợc thấy rõ tìm vật thị sinh học kiểu ô nhiễm Từ năm 1950, Ellenbec cho thấy, thành phần khu hệ quần xã cỏ dại vật thị tốt tiềm sức sản xuất nông nghiệp đất ảnh hởng nhân tố vô sinh lên thể sinh vật thích nghi chúng 4.1 Nhiệt độ Nhiệt độ trái đất phụ thuộc vào lợng mặt trời, thay đổi theo vùng địa lý biến động theo thời gian Nhiệt độ bán cực trái đất thấp (thờng dới 00C), nhiệt độ vùng xích đạo thờng cao nhng biên độ thay đổi nhiệt hai cực lại thấp so với vùng xích đạo Nhiệt độ thay đổi theo đặc điểm loại môi trờng khác Trong nớc, nhiệt độ ổn định cạn Trong không khí, tầng đối lu (độ cao dới 20 km so với mặt đất) nhiệt độ giảm trung bình 0,560C lên cao 100m Nhiệt độ có tác động trực tiếp gián tiếp đến sinh trởng, phát triển, phân bố sinh vật Khi nhiệt độ tăng hay giảm vợt giới hạn xác định sinh vật bị chết Chính vậy, có khác nhiệt độ không gian thời gian dẫn tới phân bố sinh vật thành nhóm đặc trng, thể cho thích nghi chúng với điều kiện cụ thể môi trờng Có hai hình thức trao đổi nhiệt với thể sống Các sinh vật tiền nhân (vi khuẩn, tảo lam), nấm thực vật, động vật không xơng sống, cá, lỡng c, bò sát khả tơng tác qua lại với động thực vật hoang dại Một phần vật chất tạo trình trao đổi vật chất, suất, đợc chuyển đến hệ sinh thái khác Từ khí Bốc qua phân chuồng Thức ăn gia súc Thức ăn gia súc Hạt giống Rác khô Cây trồng khác Vật nuôi Cây trồng Tồn d trồng Phân chuồng Phân chuồng Hút từ đất Phân chuồng Hữu Bay Phản nitrát hoá Bụi Mùn hoá Khoáng hoá Phong hoá Cố định Từ khí Cố định đạm Phân vô Xói mòn Vô Rửa trôi Tới tiêu Các chất dinh dỡng dễ tiêu đất Hình 38 Chu trình dinh dỡng hệ sinh thái nông nghiệp (Nguồn: Tivy, 1987) Ngoài ra, xem xét chu trình nguyên tố riêng rẽ hệ sinh thái nông nghiệp có đặc điểm riêng Ví dụ, trồng khác với hoang dại hút nhiều kali từ đất canxi hút lân cao hệ sinh thái tự nhiên (Duvignaund, 1980) So sánh lợng chất dinh dỡng trồng hấp thụ lớn nhiều so với hệ sinh thái tự nhiên có suất cao lâu năm, lợng đạm hút rừng, nhng lợng lân kali cao nhiều hệ sinh thái tự nhiên, chất dinh dỡng suất hàng năm chủ yếu việc sử dụng lại lợng cành rụng xuống đất hệ sinh thái nông nghiệp, số lợng lớn chất dinh dỡng đợc bổ xung thêm dới dạng phân bón Bảng Lợng chất dinh dỡng trồng hút từ đất (Basilevic, Rodin 1969; Đào Thế Tuấn 1984) Cây trồng Lúa IR8 Lúa Peta Lúa mì Năng suất K.T (t/ha) 8,7 6,1 5,4 Hệ số kinh tế 0,49 0,33 0,45 Lợng chất dinh dỡng hút (kg/ha) N P K Ca Mg S Si 164 50 309 27 351 58 87 143 34 308 30 32 17 101 208 27 150 24 20 Ngô Lúa miến Mía Đậu tơng Lạc Bông Khoai tây Khoai lang Sắn Chuối Dừa Cọ dầu Cao su Rừng ôn đới Rừng nhiệt đới 5,0 4,5 10,0 2,0 3,0 4,2 40 27 40 45 1,3 2,5 1,1 17 21,5 0,30 0,50 0,34 0,57 0,41 0,71 - 269 90 201 138 145 196 178 115 253 75 62 162 85 96 130 49 22 38 16 10 21 35 20 27 22 17 30 12 223 93 284 67 45 181 337 195 247 224 56 217 38 58 68 23 30 52 30 22 76 168 50 22 50 13 27 23 11 17 18 14 24 30 19 43 12 27 37 - - 2.3 Động thái hệ sinh thái nông nghiệp Động thái hệ sinh thái nông nghiệp biểu hai mặt: (i) thay đổi thành phần cấu trúc quần thể thực vật; (ii) thay thành phần quần thể thực vật chủ đạo Sự thay đổi quần thể thực vật có hai loại: Thay đổi theo mùa: Quần thể thực vật ruộng trồng ngời tạo nên cách gieo trồng Từ lúc gieo lúc thu hoạch cấu trúc quần thể chủ đạo (cây trồng) thay đổi kéo theo thay đổi quần thể vật sống khác (cỏ dại, sâu bệnh ) Những thay đổi điều kiện khí tợng mùa vụ, tác động ngời đặc tính sinh học trồng định Thay đổi theo năm: Giữa năm năm khác điều kiện khí tợng không giống nên cấu trúc quần thể trồng vật sống khác thay đổi Sự sinh trởng trồng, thành phần cỏ dại, sâu bệnh thay đổi tuỳ năm nóng hay lạnh, hạn hay ẩm Sự thay quần thể thực vật tác động ngời: Thay đổi cấu trồng, hệ thống luân canh, biện pháp kỹ thuật hay thân trồng làm thay đổi tính chất đất điều kiện nhiệt đới, thay trồng xảy hàng năm mà hàng vụ đất có tới gieo trồng nhiều vụ năm Việc thay phụ thuộc vào cấu trồng hay công thức luân canh Khi có tiến kỹ thuật nh giống trồng suất cao, thích hợp với vụ cấu trồng thay đổi, dẫn theo thay đổi trật tự quần thể trồng hệ sinh thái Việc thay đổi biện pháp canh tác nh tới nớc, cải tạo đất, giới hoá, phơng pháp làm đất, phơng pháp phòng chống sâu bệnh cỏ dại dẫn đến thay đổi hệ thống trồng hay công thức luân canh Cây trồng vụ trớc định trồng vụ sau kết nghiên cứu trồng trớc trồng sau Với lâu năm, việc thay trồng hàng năm không xảy ra, xảy sau chu kỳ kinh tế dài ngắn tuỳ loại 2.4 Các mối quan hệ sinh học hệ sinh thái nông nghiệp trên, xét đến lực vật lý hoá học tác động vào hệ sinh thái Trong hệ sinh thái có nhiều quần thể vật sống, quần thể có nhiều cá thể vật sống, chúng có quan hệ chặt chẽ với nhau, nh quần thể với Nhng mối quan hệ phức tạp tuý mối quan hệ sinh học a) Quần thể vật sống chơng hai, biết quần thể nhóm gồm nhiều cá thể loài định quần xã (community) Cũng nh mức tổ chức khác, quần thể có số thuộc tính mà mức độ tổ chức khác nh: mật độ, phân bố theo tuổi, tỷ sinh sản tử vong, mức tăng trởng, cấu trúc không gian, phát tán, đặc điểm di truyền Các thuộc tính đợc nghiên cứu với quần thể thực vật động vật tự nhiên Trong hệ sinh thái nông nghiệp, quần thể sinh vật có nhiều đặc điểm khác so với hệ sinh thái tự nhiên Hệ sinh thái nông nghiệp ngời tổ chức theo ý muốn mình, số thuộc tính quần thể sinh vật đợc ngời điều chỉnh Đối với quần thể trồng - quần thể chủ đạo hệ sinh thái đồng ruộng có đặc điểm chủ yếu sau: Mật độ quần thể ngời qui định trớc lúc gieo trồng Sự sinh sản, tử vong phát tán không xảy cách tự phát mà chịu điều khiển ngời Sự phân bố không gian tơng đối đồng ngời điều khiển Độ tuổi quần thể đồng có tác động ngời Tuy vậy, quần thể hệ sinh thái nông nghiệp có số loại quần thể gần giống với quần thể tự nhiên nh cỏ dại côn trùng ruộng trồng, quần thể cỏ đồng cỏ Các quần thể chịu tác động thay đổi ngời, nhng với quần thể trồng Quan trọng ruộng trồng quần thể loài Đây dạng phổ biến ruộng trồng, ruộng trồng có nhiều loài nh lúc trồng xen, trồng gối Quần thể loài đợc gieo giống địa phơng hay giống Gần nhiều giống cải tiến có dạng nh giống tổng hợp (synthetics) hay giống hỗn hợp (composite) Nói chung, đa số ruộng trồng đại đợc gieo trồng giống mặt di truyền Ngay ruộng trồng gieo giống chủng có phân hoá cá thể nhiều nguyên nhân gây Chẳng hạn, phẩm chất hạt giống không đồng vị trí giống khác hay cây, độ sâu hạt gieo hay mật độ gieo trồng không đồng đều, độ mầu mỡ đất không đồng (phân bón), sâu bệnh phá hoại b) Sự cạnh tranh Nếu hệ sinh thái có hai hay nhiều vật sống cần nguồn lợi mà nguồn lợi không đủ chúng đấu tranh với Giữa có cạnh tranh ánh sáng, thức ăn, động vật giành thức ăn, nơi Kết cạnh tranh hai phía bị thiệt hại mức độ quần thể làm cho mật độ suất quần thể giảm Có hai loại cạnh tranh: Cạnh tranh loài cạnh tranh khác loài Cạnh tranh loài nhân tố quan trọng quần thể, khiến cho quần thể tự điều chỉnh số lợng, tránh đông Sự cạnh tranh khác loài dẫn đến hai trờng hợp: loài bị loại bỏ, hai chia nguồn lợi để sống chung địa bàn Trong hệ sinh thái nông nghiệp, vấn đề cạnh tranh loài đợc đặt ruộng trồng loại cây, chủ yếu ánh sáng Vấn đề đợc nghiên cứu giải phần cách tạo giống trồng gần thẳng đứng để giảm che sáng lẫn lúc diện tích tăng cao Vấn đề đợc thảo luận kỹ phần sau Khi nghiên cứu ảnh hởng mật độ gieo trồng đến suất, nhiều tác giả đề nghị công thức khác để biểu thị mối quan hệ này, có hai kiểu quan hệ điển hình nh sau: Quan hệ tiệm cận: mật độ tăng, lúc đầu suất tăng, nhng đến mức độ suất không tăng Trờng hợp xảy với cho thân củ Quan hệ parabol: mật độ tăng, lúc đầu suất tăng, đến mức độ định tơng ứng với suất cao sau suất bắt đầu giảm dần Trờng hợp thờng xảy với cho hạt cho qủa Cạnh tranh khác loài đợc thấy ruộng trồng xen, trồng gối, đồng cỏ tất ruộng trồng cỏ dại Quan hệ hoà thảo đậu đợc nghiên cứu kỹ để xây dựng đồng cỏ hỗn hợp Quan hệ phức tạp phụ thuộc nhiều vào điều kiện ngoại cảnh Trong điều kiện đạm, đậu mọc tốt hoà thảo Trái lại lúc nhiều đạm hoà thảo mọc tốt lấn át đậu điều kiện nhiệt đới, đất chua nhiều lân, việc xây dựng hỗn hợp hoà thảo - đậu khó nhiều điều kiện ôn đới Trong điều kiện nhiệt đới, hoà thảo có khả cạnh tranh với ánh sáng mạnh đậu Quan hệ trồng cỏ dại mối quan hệ đợc nghiên cứu nhiều Cây trồng đặc điểm sinh trởng, phát triển tạo điều kiện thuận lợi khó khăn cho loài cỏ dại khác phát triển Lúa cao lấn át cỏ lồng vực cỏ dại mạnh hơn, lúa thấp cạnh tranh yếu nên tạo điều kiện cho cỏ phát triển mạnh Cỏ dại cạnh tranh ánh sáng, thức ăn, nớc trồng, đồng thời lại nguồn truyền bệnh sâu hại cho trồng Cây trồng tác động lẫn qua chất có hoạt tính sinh lí tiết hay xác trồng bị vi sinh vật phân giải tiết Các chất tiết có lợi, có hại hay vô khác, dạng dịch hay dạng khí Phần nhiều, cỏ dại lúc sống hay sau chết tiết chất có tác dụng kìm hãm sinh trởng trồng c) Sự ký sinh ăn Đây biểu quan hệ tiêu cực vật sống Vật ăn vật ký sinh khác chỗ: vật ăn sống tự do, ăn cỏ hay động vật Vật ký sinh sống nhờ vào vật chủ Vật ăn giết chết vật chủ, vật ký sinh không giết chết vật chủ Thực phân biệt có ý nghĩa tơng đối Vật ký sinh vật ăn mồi có nhiều dạng: Dạng ăn nhiều loài (Poliphaga hay Omnivor): Có thể ăn nhiều loài khác nh động vật hay côn trùng phá hoại nhiều loại trồng Dạng ăn loài (Oligophaga): ăn hay phá hoại vài loài bà gần nhau, nh loài côn trùng phá họ cỏ Dạng ăn loài (monophaga): ăn hay phá loài nh sâu đục thân lúa chấm, tằm Lúc sinh vật sống điều kiện tốt kí sinh có, nhng gây hại Khi gặp điều kiện thuận lợi, ký sinh phát triển mạnh gây thành dịch tiêu diệt thực vật Các vật chủ sống có cách khác để chống lại vật ăn thịt hay ký sinh; tính chống chịu sâu bệnh sinh vật Sự chống chịu đợc hình thành trình chọn lọc tự nhiên hệ sinh thái bền vững với tiến hoá quần thể vật sống, mối quan hệ tiêu cực thành phần sống hệ sinh thái đợc giảm bớt Ngay vật ăn vật ký sinh có mối quan hệ phức tạp Có loài ăn ký sinh ký sinh Các mối quan hệ góp phần vào việc tạo nên bền vững hệ sinh thái Trong hệ sinh thái nông nghiệp, quan hệ ký sinh ăn quan trọng Các loài sâu hại vi sinh vật gây bệnh phá hoại phần lớn suất sơ cấp nh thứ cấp Vấn đề đợc bàn lại phần sau d) Sự cộng sinh Giữa loài có mối quan hệ tích cực nh sống hợp tác tơng trợ Trong trờng hợp hai loài thờng có nhu cầu khác Phổ biến cộng sinh vật sống tự dỡng, nh cộng sinh đậu vi khuẩn cố định đạm Nói chung hệ sinh thái thành thục, quan hệ ký sinh đợc thay quan hệ cộng sinh Đặc biệt trờng hợp nguồn dự trữ môi trờng bị giới hạn vật sống phải tơng trợ để sống Trong hệ sinh thái nông nghiệp, tợng cộng sinh biểu rõ cố định đạm rễ nấm Vi khuẩn nốt sần cộng sinh đậu số loài khác góp phần quan trọng vào việc cung cấp đạm cho hệ sinh thái nông nghiệp Tảo sống chung với cánh bèo dâu, cung cấp đạm cho bèo sinh trởng sau cho lúa Rễ nấm nhiều loài giúp cho chúng hút chất khoáng đất, đất cằn cỗi Quan hệ trồng vi sinh vật sống vùng rễ coi quan hệ cộng sinh Rễ tiết cất cần cho sống vi sinh vật hay lông rễ chết làm thức ăn cho vi sinh vật đất Vi sinh vật tổng hợp axit amin, vitamin, chất sinh trởng cần cho trồng Gần ngời ta nhận thấy vi sinh vật vùng rễ tổng hợp lợng đạm đáng kể để cung cấp cho trồng e) Sự phát triển hệ sinh thái Hệ sinh thái mức độ tổ chức vật sống, có vận động, phát triển tiến hoá Các hệ sinh thái tự nhiên phát triển, phát triển biểu việc thay đổi quần xã tham gia vào hệ sinh thái theo thời gian, gọi diễn (xem chơng ba) Xu hớng chung diễn từ hệ sinh thái trẻ không ổn định tiến tới hệ sinh thái già ổn định, hệ sinh thái ổn định cuối gọi cao đỉnh (Climax) Trong trình phát triển, đặc điểm hệ sinh thái thay đổi nh sau: Về mặt lợng: hệ sinh thái trẻ thờng có suất cao, tỷ lệ suất quang hợp sinh khối lớn Ngợc lại hệ sinh thái già có sinh khối cao, tỷ lệ suất quang hợp sinh khối giảm nhiều Chuỗi thức ăn hệ sinh thái trẻ thẳng có kiểu đồng cỏ: Thực vật, động vật ăn cỏ, động vật ăn thịt Trái lại hệ sinh thái già, chuỗi thức ăn phân nhánh phức tạp chủ yếu gồm sinh vật ăn phế liệu (vi sinh vật phân giải chất hữu cơ) Về mặt cấu trúc: hệ sinh thái trẻ đa dạng loài, có tầng không gian Trái lại hệ sinh thái già phong phú số loài, phân tầng nhiều có khác tầng Vật sống hệ sinh thái trẻ thờng có kích thớc không lớn với chu kì sống ngắn đơn giản Trái lại hệ sinh thái già, vật sống thờng lớn với chu kỳ sống dài phức tạp Chu trình chất khoáng hệ sinh thái trẻ thờng không khép kín, tốc độ trao đổi vật sống môi trờng cao Trái lại hệ sinh thái già, chu trình chất khoáng thờng khép kín tốc độ trao đổi thấp Tốc độ tăng trởng sinh sản loài hệ sinh thái trẻ thờng nhanh, suất chủ yếu số lợng định Trái lại hệ sinh thái già, tốc độ tăng trởng sinh sản loài chậm, suất chủ yếu chất lợng định Tính ổn định hệ sinh thái trẻ thấp, thích nghi với điều kiện ngoại cảnh bất lợi Quan hệ ký sinh ăn loài cao Trái lại hệ sinh thái già tính ổn định cao dễ thích nghi với điều kiện ngoại cảnh bất lợi Quan hệ cộng sinh loài phát triển mạnh Có thể lấy ví dụ hệ sinh thái trẻ nh hệ sinh thái đồng cỏ gồm loài hoà thảo ngắn ngày, hệ sinh thái rừng trồng Các hệ sinh thái già nh đồng cỏ gồm loài hoà thảo lâu năm hay rừng ma nhiệt đới Trong tất hệ sinh thái tồn hệ sinh thái nông nghiệp thuộc loại trẻ Trong việc khai thác thiên nhiên, muốn có suất cao, ngời phải làm trẻ hệ sinh thái nông - lâm nghiệp, đấy, chiến lợc ngời trái ngợc với xu hệ sinh thái tự nhiên: ngời nhằm đạt tỷ số suất sinh khối cao, trái lại tự nhiên trì tỉ số suất sinh khối thấp Hệ sinh thái nông nghiệp có thành phần loài đơn giản, chí độc canh Số loài động vật giảm, nhng số loài côn trùng gặm nhấm tăng lên Con ngời tác động để hệ sinh thái nông nghiệp luôn trẻ Các hệ sinh thái nông nghiệp không ổn định, dễ bị thiên tai sâu bệnh phá hoại Muốn tăng suất tăng tính ổn định, ngời phải đầu t ngày nhiều lợng hoá thạch vào hệ sinh thái nông nghiệp Trong hoạt động mình, ngời có cố gắng làm già số trình hệ sinh thái, nhằm nâng cao tính ổn định chúng: Hoang Thành Mạc thị Khu dự trữ gen Rừng Tự nhiên Mức đa dạng Độc canh đợc thay phơng pháp luân canh trồng làm cho hệ sinh thái thêm phong phú, phong phú thời gian, không gian nh hệ sinh thái tự nhiên Trồng xen, trồng gối có tác dụng tơng tự Việc sử dụng phân hữu cơ, kết hợp trồng trọt với chăn nuôi, tăng quay vòng chất hữu có tác dụng làm tăng thêm kiểu chuổi thức ăn dựa vào phế liệu Cây trồng độc canh Đồng cỏ tự nhiên Cây trồng Cỏ tơi độc Mức đầu t Hình 39 Quan hệ hệ sinh thái khác dựa vào tính đa dạng mức đầu t ngời (Nguồn: Smith, 1975) Sử dụng mối quan hệ sinh học quần thể để nâng cao suất tăng tính ổn định hệ sinh thái nh dùng đậu, dùng giống chống chịu sâu bệnh, đấu tranh sinh học phòng chống sâu bệnh Mối quan hệ đa dạng (phong phú) ổn định vấn đề đợc bàn đến nhiều Hệ sinh thái nông nghiệp muốn đạt suất cao ngày tiến tới khuynh hớng đơn giản: chuyên canh, độc canh, sử dụng giống suất cao di truyền làm nh vậy, hệ sinh thái tính đa dạng tính ổn định Để tạo đợc tính ổn định cho hệ sinh thái không thiết phải tạo đa dạng nh tự nhiên Theo Bunting, nông nghiệp đa dạng thờng liên hệ với tồn mà với thay đổi Tính chất hệ sinh thái nông nghiệp Thực tế không ranh giới rõ ràng hệ sinh thái tự nhiên hệ sinh thái nông nghiệp Tiêu chuẩn để phân biệt hệ sinh thái tự nhiên với hệ sinh thái nhân tạo (hệ sinh thái nông nghiệp) can thiệp ngời Hiện ngời can thiệp vào hệ sinh thái tự nhiên nh rừng, đồng cỏ, ao hồ để làm tăng suất chúng Sự can thiệp có lúc đạt đến mức phải đầu t lao động không mức đầu t đồng ruộng, khó phân biệt cách rạch ròi khu rừng tự nhiên có điều tiết lúc khai thác với khu rừng trồng, đồng cỏ tự nhiên có điều tiết với đồng cỏ trồng, ao hồ tự nhiên có điều tiết với ao hồ nhân tạo Do đấy, hệ sinh thái tự nhiên hệ sinh thái nông nghiệp có hệ sinh thái chuyển tiếp Tuy vậy, hệ sinh thái tự nhiên hệ sinh thái nông nghiệp có điểm khác bản, nắm đợc khác vận dụng đợc kiến thức sinh thái học chung vào sinh thái học nông nghiệp Các hệ sinh thái tự nhiên có mục đích chủ yếu kéo dài sống cộng đồng sinh vật sống Trái lại, hệ sinh thái nông nghiệp chủ yếu cung cấp cho ngời sản phẩm trồng vật nuôi hệ sinh thái tự nhiên có trả lại hầu nh hoàn toàn khối lợng chất hữu chất khoáng sinh khối vật sống cho đất, chu trình vật chất đợc khép kín hệ sinh thái nông nghiệp thời gian sinh khối trồng vật nuôi bị lấy khỏi hệ sinh thái để cung cấp cho ngời nơi khác, chu trình vật chất không đợc khép kín Hệ sinh thái tự nhiên hệ sinh thái tự phục hồi có trình phát triển lịch sử Trái lại hệ sinh thái nông nghiệp hệ sinh thái thứ cấp lao động ngời tạo Thực ra, hệ sinh thái nông nghiệp có trình phát triển lịch sử chúng trình phát triển nông nghiệp Con ngời, kinh nghiệm lâu đời tạo nên hệ sinh thái nông nghiệp thay chỗ cho hệ sinh thái tự nhiên nhằm đạt suất cao Lao động ngời tạo hoàn toàn hệ sinh thái nông nghiệp mà tạo điều kiện cho hệ sinh thái phát triển tốt theo quy luật tự nhiên chúng Hiện ngời đầu t vào hệ sinh thái chuyển tiếp, nhng mức độ thấp hệ sinh thái nông nghiệp Lao động đầu t vào hệ sinh thái nông nghiệp có hai loại: lao động sống lao động khứ thông qua vật t kỹ thuật nh máy móc nông nghiệp, hoá chất nông nghiệp Vật t nông nghiệp lợng vật chất đợc đa thêm vào chu trình trao đổi hệ sinh thái để bù vào phần lợng, vật chất bị lấy Hệ sinh thái tự nhiên thờng phức tạp thành phần loài Các hệ sinh thái nông nghiệp thờng có số lợng loài trồng vật nuôi đơn giản Trong sinh thái học, ngời ta phân hệ sinh thái trẻ già Các hệ sinh thái trẻ thờng đơn giản số loài, sinh trởng mạnh hơn, có suất cao Các hệ sinh thái già thờng phức tạp thành phần loài, sinh trởng chậm hơn, suất thấp nhng lại ổn định có tính chất tự bảo vệ Hệ sinh thái nông nghiệp có đặc tính hệ sinh thái trẻ, suất cao hơn, nhng lại không ổn định hệ sinh thái tự nhiên, dễ bị thiên tai hay sâu bệnh phá hoại Để tăng ổn định hệ sinh thái nông nghiệp, ngời phải đầu t thêm lao động để bảo vệ chúng Ngoài đặc điểm thể khác biệt HSTTN HSTNN đề cập trên, nhà khoa học thuộc SUAN (Mạng lới nghiên cứu HSTNN trờng đại học Đông nam á) phân tích HSTNN đợc đặc tính HSTNN Trong tính suất tính bền vững đợc ý nhiều nhất; tính ổn định, tính tự trị, tính công tính hợp tác đặc tính đợc nhiều ngời quan tâm (Marten Rambo, 1988) Hai đặc tính khác thờng đợc đề cập gián tiếp tính đa dạng tính thích nghi a) Năng suất: Là sản lợng thực hàng hoá dịch vụ hệ, nh số kg thóc/ha/vụ Một định nghĩa thống khác suất giá trị thực sản phẩm đơn vị đầu t Thông thờng đợc đánh giá sản lợng năm, thực thu, số d tổng số (gross margin) Trong quan niệm ngời nông dân, khác biệt quan trọng suất đơn vị diện tích đối nghịch với suất đơn vị lao động Nói chung cần có cân nhắc, tính toán việc đạt đợc sản lợng cao đơn vị diện tích sản lợng cao công lao động b) ổn định: Là mức độ trì suất điều kiện có dao động nhỏ bình thờng môi trờng Đặc tính đánh giá thông qua hệ số nghịch đảo biến thiên suất Tức suất hệ đợc trì dù có dao động với cờng độ nhỏ; mức độ biến thiên nhỏ cho thấy tính ổn định cao ngợc lại c) Bền vững: Là khả trì suất hệ phải chịu sức ép (stress) hay cú sốc (shock) Stress sức ép thờng lệ, liên tục tích luỹ, thờng nhỏ dự báo trớc; ví dụ nh trình mặn hoá tăng lên, suy giảm độ phì nhiêu đất, thiếu giống chống chịu công nợ ngời dân Ngợc lại, shock sức ép bất thờng, tơng đối lớn khó dự đoán trớc; ví dụ nh hạn hán lũ lụt bất thờng, phát dịch loài sâu bệnh biến quan trọng Tính chống chịu đợc xem xét nh khả trì suất khoảng thời gian kéo dài đáng tiếc đo đếm, đánh giá đặc tính khó thờng đợc tiến hành cách so sánh với khứ Thiếu tính chống chịu biểu qua việc giảm suất, nhng thờng đến đột ngột, không dự báo trớc đợc d) Tự trị: Là mức độ độc lập hệ hệ khác để tồn Tính tự trị đợc xác định nh phạm vi mà hệ hoạt động đợc mức độ bình thờng, sử dụng nguồn tài nguyên mà qua hệ thực điều khiển có hiệu Tính tự trị đa nh đặc tính xã hội, sau đợc mở rộng cho hệ sinh thái Rừng ma nhiệt đới với chu trình dinh dỡng gần nh khép kín, hệ sinh thái có tính tự trị cao; đầm lầy vùng cửa sông ven biển phụ thuộc nhiều vào dòng dinh dỡng đổ đến từ hệ khác, hệ có tính tự trị thấp Các HSTNN luôn cần nguồn dinh dõng lợng bổ sung từ bên vào, nên tính tự trị không cao e) Công bằng: Là đánh giá xem sản phẩm HSTNN đợc phân phối nh ngời đợc hởng lợi Tính công đợc đánh giá phân phối thống kê, hệ số Gini hay đờng cong Lorentz d) Hợp tác: Đợc xác định nh khả đa quy định quản lý HSTNN hệ xã hội khả thực quy định Tính hợp tác thể tơng quan nhiều chiều, cộng đồng có tính hợp tác cao số hoạt động phù hợp với lợi ích chung cộng đồng (nh làm hệ thống thuỷ lợi) Nhìn chung tính hợp tác đợc trì thông qua tổ chức thức nh hợp tác xã thông qua nguyên tắc tín ngỡng tập quán địa phơng Các tổ chức, tập quán nguyên tắc thờng mang tính lý tởng hoá tính khả thi Hai đặc tính khác ngày đợc quan tâm tính đa dạng tính thích nghi Đa dạng số lợng loài hay giống khác thành phần hệ Nhiều nhà sinh thái học cho tính đa dạng cao góp phần vào tạo tính ổn định cao hệ sinh thái, nhng quan niệm bị nghi ngờ Tuy nhiên, quan điểm quản lý tài nguyên, tính đa dạng tiêu quan trọng, cho phép hạn chế rủi ro cho ngời nông dân trì đợc chế độ tự túc mức tối thiểu nhiều hoạt động họ bị thất bại Tính thích nghi liên quan tới khả phản ứng hệ với thay đổi môi trờng nhằm đảm bảo tồn liên tục cho hệ Hiển nhiên có liên quan chặt chẽ với khái niệm tính ổn định tính chống chịu Sự thích nghi đảm bảo cho HSTNN có khả phản ứng lại nhiễu loạn cách giữ cho hệ hoạt động cho suất mức chấp nhận đợc Tuy nhiên, tính thích nghi không đồng với tính chống chịu Một hệ có tính chống chịu cao môi trờng ổn định, nhng lại thiếu khả biến đổi Điều khiến cho tính đa dạng yếu tố quan trọng tính thích nghi; tính đa dạng cung cấp biên độ lựa chọn lớn để thay đổi cho phù hợp cần thiết Bảng Đánh giá tính chất HSTNN Trung du Bắc Việt Nam (Nguồn: Lê Trọng Cúc Rambo, 1990) Năng suất Lúa nớc Vờn nhà Vờn chè Đồi sắn ổn định Đơn vị diện Trung tích cao, bình đơn vị lao động thấp Sức kéo trâu Lũ lụt, bò, lao hạn hán, động, phân sâu bệnh hoá học, hữu Đơn vị diện tích trung bình, đơn vị lao động cao Cung cấp đủ phân chuồng phân hoá học Đơn vị diện tich trung bình, đơn vị lao động cao Thu hái lao động nặng nhọc vào ban ngày Đơn vị diện tích thấp, đơn vị lao động cao Cao Chống chịu Cao Duy trì độ phì nhiêu đất, độc tố nhôm, kháng thuốc côn trùng Cao Tự trị Hợp tác Công Trung bình Cao Trung bình Sự phụ thuộc vào phân hoá học thuốc trừ sâu, giống Quản lý thuỷ lợi, bố trí thời vụ hợp tác xã Các diện tích khác phân bổ cho gia đình Thấp Cao trung bình Hộ gia đình quản lý Chỉ có số gia đình có chỗ thích hợp để làm ao cá Thấp Thấp Hộ gia đình quản lý Giá đầu t kiến thiết đồi chè cao Thấp Cao Cao Hệ đa canh di truyền cao Chu trình dinh dỡng, tốc độ xói mòn thấp Cao Trung bình Sản phẩm sơ cấp cho tiêu thụ gia đình, nhu cầu vào Thấp Kháng thuốc cao Xói mòn thấp, cần cung cấp thêm dinh dỡng thu hái Thấp Sản phẩm thu hoạch phụ thuộc vào thị trờng Cao Cao Cho sản lợng cao đất tốt, đất đồi xói mòn có vấn đề sâu bệnh, sản lợng ổn định, dao động Tốc độ xói mòn cao Sản phẩm tự cấp không đầu t bên Đơn vị diện tích thấp, đơn vị lao động cao Cao Cao Thấp Cây lâu năm Xói mòn làm giảm chất dinh dỡng Cao Hộ gia đình quản lý, xói mòn đất huỷ hoại ruộng lúa hộ gia đình khác Thấp Có thể trồng đất hoang không cần dụng cụ đầu t đặc biệt Sản phẩm hạn chế thị trờng Hộ gia đình quản lý Trung bình Thấp Thấp Chỉ có số hộ gia đình có đất trồng cọ thích hợp Thấp Cây chịu hạn sâu bệnh đồi trống Suy yếu dinh dỡng lâu dài khai thác xuất Sản phẩm bán với quy định thấp cho ngời mua độc quyền Chỉ có số hộ gia đình có đủ đất lao động để trồng Đơn vị diện tích thấp, đơn vị lao động trung bình Thấp Trung bình Trung bình Hộ gia đình quản lý, cần nhiều hoá chất có làm ảnh hởng mùa màng nhà bên cạnh Thấp Thu lợm thức ăn chăm sóc trâu bò công việc nặng nhọc nơi đất đai hạn chế Nguy bệnh tật thiếu thức ăn cao Chăn thả mức làm giảm nguồn thức ăn, tăng xói mòn Cần tiêm phòng phục vụ thú y Phá hoại ruộng hàng xóm, cạnh tranh với tài nguyên xã hội chung Chỉ có hộ giả có khả đầu t, gặp rủi ro khác Đồi cọ Cây nguyên liệu giấy Chăn nuôi gia súc Đơn vị diện tích thấp, đơn vị lao động cao Công lao động công trồng Thấp Thấp Các đặc tính nêu tiêu dùng để đánh giá HSTNN Về thực chất, thân tiêu không đặc trng cho mục tiêu hay kết nh mong muốn Năng suất cao lúc tốt suất thấp; tính tự trị cao cha luôn tốt tính tự trị thấp Các mục tiêu HSTNN ngời áp đặt theo khái niệm giá trị văn hoá nhận thức quyền lợi cá nhân hay quyền lợi cộng đồng Mối quan hệ hệ sinh thái nông nghiệp hệ thống x hội Về hệ sinh thái, có dịp đề cập đến phần trớc, xin nhắc lại là, hệ sinh thái hệ chức năng, bao gồm nhân tố vô sinh sinh vật luôn tác động tơng hỗ với làm thành hệ thống động thái thống Hoạt động hệ sinh thái tuân theo quy luật chung lý thuyết hệ thống Hệ xã hội đợc hình thành sở yếu tố: dân số, khoa học-kỹ thuật, phong tục tập quán, tín ngỡng, văn hóa, chuẩn mực đạo đức, thể chế cấu xã hội (xem chơng I) Những mối quan hệ tơng tác hệ xã hội hệ sinh thái thể dới dạng lợng, vật chất thông tin hệ xã hội hệ sinh thái Những dòng vật chất ảnh hởng đến cấu chức hệ thống Ví dụ, hệ xã hội cần dòng lợng từ hệ sinh thái dới dạng thức ăn cho ngời, nhiên liệu cho đun nấu hoạt động sản xuất khác Những dòng vật chất có ảnh hởng đến dân số phân bố dân c Đến lợt mình, hệ xã hội lại đa dòng vật chất vào hệ sinh thái dới dạng chất thải chất gây ô nhiễm Các chất thải ảnh hởng đến cấu thành sinh học hệ sinh thái, hệ sinh thái lại ảnh hởng đến nguồn lợng vật chất đợc đa vào hệ xã hội Do đó, mối quan hệ hệ sinh thái hệ xã hội mối quan hệ biện chứng mà thay đổi hệ thống ảnh hởng đến cấu trúc chức hệ thống khác Dân số cấu trúc dân số yếu tố quan trọng tác động hệ xã hội hệ sinh thái Dân số đông mật độ dân số cao gây tác động đến môi trờng mạnh mẽ dân c tha thớt Hệ sinh thái nông nghiệp Tài nguyên thiên nhiên Vật chất Năng lợng Thông tin Đất Cây trồng vật nuôi Chức Dân số Cấu trúc Chức Nớc Sâu hại T tởng Công nghệ Hệ thống xã hội Hình 40 Tơng tác hệ thống x hội hệ sinh thái nông nghiệp (Nguồn : A.T.Rambo, 1984) Kỹ thuật nhân tố quan trọng ảnh hởng đến mối tơng tác ngời môi trờng Trình độ nhận thức, tín ngỡng phẩm chất đạo đức lĩnh vực t tởng hệ xã hội điều khiển hành vi ngời cách ứng sử với môi trờng Qua nhiều kỷ, ngời nông dân miền châu thổ tích luỹ đợc nhiều kinh nghiệm thâm canh lúa nớc, nhờ họ trì đợc suất lúa cao ổn định Nhng họ lại không quen với canh tác đất dốc, nơi họ đến định c sau Hơn nữa, họ quen coi gạo tẻ nguồn lơng thực Điều giúp họ tập trung nỗ lực vào việc nâng cao suất lúa thung lũng nhỏ hẹp miền núi; ngô sắn lơng thực đất dốc đợc họ coi thứ ăn độn, họ không quan tâm đến việc quản lý nơng rẫy sờn dốc Do quan điểm cách sử dụng quản lý nguồn tài nguyên ngời nông dân vùng đồng không phù hợp với môi trờng vùng cao, nên dẫn đến suy giảm suất thời gian trớc mắt, suy thoái môi trờng nghiêm trọng lâu dài Thể chế cấu xã hội giữ vai trò quan trọng việc điều chỉnh mối quan hệ ngời môi trờng Cùng số dân nh nhau, nhng gây tác động khác đến hệ sinh thái, điều hoàn toàn phụ thuộc vào thể chế xã hội Mặc dù yếu tố kinh tế xã hội thành phần hay đối tợng nghiên cứu sinh thái học nông nghiệp nhng mối liên hệ qua lại mật thiết hệ thống xã hội hệ sinh thái nên đề cập đến hệ sinh thái nông nghiệp cách đơn lẻ chơng trình phát triển Để nâng cao suất trồng, vật nuôi trạng thái ổn định việc vận hành hệ sinh thái nông nghiệp hoạt động theo nguyên lý sinh thái học vấn đề cần thiết đặt hệ thống vận hành phù hợp với quy luật kinh tế xã hội địa phơng  Tóm tắt Hệ sinh thái nông nghiệp hệ sinh thái ngời tạo trì dựa sở quy luật khách quan tự nhiên, với mục đích thoả mãn nhu cầu nhiều mặt ngày tăng HSTNN hệ sinh thái tơng đối đơn giản thành phần đồng cấu trúc, bền vững, dễ bị phá vỡ; hay nói cách khác, hệ sinh thái nông nghiệp hệ sinh thái không khép kín chu chuyển vật chất, cha cân Bởi vậy, HSTNN đợc trì tác động thờng xuyên ngời để bảo vệ hệ sinh thái mà ngời tạo cho hợp lý Nếu không, qua diễn thể tự nhiên, quay trạng thái hợp lý tự nhiên HSTNN hệ thống có thứ bậc Nó hệ thống lớn có chứa hệ thống phụ nh hệ sinh thái ruộng trồng, hệ sinh thái chăn nuôi, v.v đến lợt mình, hệ sinh thái nông nghiệp lại thành phần hệ lớn HSTNN xác định nhiều mức độ tổ chức khác Đơn vị thuận lợi cho quan sát phân tích hệ sinh thái ruộng trồng Các khu đồng ruộng thuộc hệ sinh thái nông nghiệp đặc tính đất đai chế độ quản lý tơng tự Những khu vực lớn hơn, bao gồm nhiều nhiều ruộng trồng nhng có đặc tính sinh thái tơng đồng đợc gọi vùng sinh thái nông nghiệp Hệ thống lớn có thành phần trồng vật nuôi tơng tác với đặt dới quản lý ngời điều kiện vật t, công nghệ ảnh hởng cụ thể sách quốc gia thị trờng khu vực HSTNN có đặc tính quan trọng thờng đợc sử dụng để phân tích, so sánh HSTNN với nhau, là: tính suất, tính ổn định, tính chống chịu, tính tự trị, tính công tính hợp tác Ngoài ra, gần hai đặc tính khác tính đa dạng tính thích nghi đợc quan tâm Hoạt động trao đổi vật chất lợng hệ sinh thái nông nghiệp bao gồm trình chính: (i) trình tạo suất sơ cấp (sản phẩm trồng trọt) ruộng trồng (ii) trình tạo suất thứ cấp (sản phẩm chăn nuôi) khối chăn nuôi Trong suất thứ cấp thực phải tính tăng dân số tăng trọng lợng ngời Hệ sinh thái nông nghiệp bao gồm thành phần tự nhiên nh đất, nớc, trồng, vật nuôi động thực vật hoang dại Tuy nhiên, thực tế hệ sinh thái nông nghiệp tồn song song chịu ảnh hởng trực tiếp hệ thống kinh tế-xã hội nh thể chế, sách, văn hoá, tập quán canh tác, thị trờng, v.v Cả hai hệ thống làm thành hệ thống mới, hệ thống nông nghiệp Vì vậy, nghiên cứu phát triển nông nghiệp cần xem hệ sinh thái nông nghiệp nh hệ thống có thứ bậc, đặt mối tơng tác với điều kiện kinh tế xã hội cụ thể địa phơng Câu hỏi ôn tập Hệ sinh thái nông nghiệp gì? Tại lại phải xem xét hệ thống sản xuất nông nghiệp theo quan điểm sinh thái học? Tại phải coi hệ sinh thái nông nghiệp dới góc độ hệ thống? Phân tích cấu trúc thứ bậc hệ sinh thái nông nghiệp điển hình? Các đặc điểm hệ sinh thái nông nghiệp gì? Mô tả hoạt động hệ sinh thái nông nghiệp điển hình? Hệ sinh thái nông nghiệp có quan hệ với hệ thống xã hội nh nào? Tài liệu Đọc thêm Cao Liêm -Trần Đức Viên, 1990 Sinh thái học nông nghiệp Bảo vệ môi trờng (2 tập) Nhà xuất Đại học Giáo dục chuyên nghiệp Hà Nội Trần Đức Viên, Phạm Văn Phê, 1998 Sinh thái học nông nghiệp Nhà xuất Giáo dục Hà Nội R.C Conway, 1986 Agricultural ecology and farming systems research In Agricultural Research for Developing countries ACIAR, Canberra, Australia Joy Tivy, 1990 Agricultural Ecology Longman Group Publisinh House [...]... thành và hoạt động của tất cả các hệ sinh học Sinh thái học là một khoa học tổng hợp, những kiến thức của nó bao gồm nhiều môn khoa học khác nh động vật học, thực vật học, sinh lý học, sinh hoá học, di truyền học, tiến hoá học, trồng trọt, chăn nuôi, xã hội Nh vậy, có thể nói sinh thái học vừa là khoa học tự nhiên vừa là khoa học xã hội Trong thiên nhiên, các sinh vật có quan hệ với nhau tạo thành... cùng một đối tợng sinh vật Hiểu đợc bản chất tác động của các yếu tố sinh thái lên sinh vật sẽ có ý nghĩa thực tiễn to lớn trong đời sống con ngời 18 Câu hỏi ôn tập 1 Sinh thái học là gì? Vai trò của sinh thái học đối với đời sống con ngời và sản xuất nông nghiệp? 2 Môi trờng là gì? Có bao nhiêu loại môi trờng? 3 Yếu tố sinh thái là gì? Có những loại nhân tố sinh thái nào? 4 Biên độ sinh thái là gì? Sự... Sinh thái nhân văn là gì? Tài liệu Đọc thêm Cao Liêm -Trần Đức Viên, 1990 Sinh thái học nông nghiệp và Bảo vệ môi trờng (2 tập) Nhà xuất bản Đại học và Giáo dục chuyên nghiệp Hà Nội Lê Văn Khoa (chủ biên), 2001 Khoa học môi trờng Nhà xuất bản Giáo dục Hà Nội Trần Đức Viên, Phạm Văn Phê, 1998 Sinh thái học nông nghiệp Nhà xuất bản Giáo dục Hà Nội Eugene P Odum, 1983 Basic ecology Saunders College Publishing... độ sinh thái Biên độ sinh thái của một loài sinh vật nào đó càng rộng thì loài đó càng dễ thích nghi với sự thay đổi của các điều kiện môi trờng Nhìn chung, các nhân tố sinh thái đều tác động lên sinh vật thông qua 4 đặc tính: bản chất, cờng độ, tần số và thời gian tác động Về bản chất, các yếu tố sinh thái đợc chia ra làm hai nhóm: yếu tố vô sinh và yếu tố hữu sinh Các yếu tố này tác động lên sinh. .. xem xét mối quan hệ của các loài sinh vật với ngoại cảnh, những kiến thức đó thuộc về lĩnh vực sinh thái học cá thể (autoecology) Qua sinh thái học cá thể, xác định đợc yêu cầu sinh thái của từng cá thể của mỗi loài đối với từng nhân tố ngoại cảnh (nhiệt độ, ánh sáng, độ ẩm ), đồng thời thấy đợc tác động của các nhân tố ngoại cảnh lên hình thái, sinh lý và tập tính của sinh vật Theo đó mà giải thích... động gì đối với hệ sinh thái? 6 ý nghĩa của sinh thái học trong đời sống và sản xuất nông nghiệp Sinh thái học đóng vai trò cực kỳ quan trọng trong lịch sử phát triển của xã hội loài ngời Chính nhờ những hiểu biết về môi trờng xung quanh mà loài ngời tồn tại và phát triển Mọi hoạt động của con ngời đều có quan hệ đến môi trờng Khoa học môi trờng và sinh thái học đóng góp cho văn minh nhân loại cả về... huỷ hoại sinh giới và không phá huỷ môi trờng Trong lĩnh vực nông lâm nghiệp có hai loại nhiệm vụ đặt ra cho sinh thái học: Đấu tranh có hiệu quả đối với các dịch bệnh và cỏ dại, đòi hỏi nghiên cứu không chỉ với các loài có hại, mà việc đề ra các nguyên lý chiến lợc và biện pháp phòng chống trên cơ sở sinh thái học Đề ra các nguyên tắc và phơng pháp thành lập các sinh quần xã nông - lâm nghiệp thích... các nguyên tắc và phơng pháp sinh thái học đảm bảo thiết lập mối quan hệ giữa con ngời và thiên nhiên làm cho thiên nhiên ngày càng phong phú và phát triển  17 Tóm tắt Sinh thái học là môn khoa học về cấu trúc và chức năng của thiên nhiên mà đối tợng của nó là tất cả các mối quan hệ tơng hỗ giữa sinh vật với môi trờng, hay nói cách khác, sinh thái học là một môn khoa học nghiên cứu và ứng dụng... những hình thái đặc trng trong hệ thống xã hội và hệ sinh thái Nghiên cứu sinh thái nhân văn tập trung vào ba vấn đề sau: Các dòng năng lợng, vật chất và thông tin chuyển từ hệ sinh thái đến hệ thống xã hội và ngợc lại là gì? Hệ thống xã hội thích nghi và phản ứng trớc những thay đổi trong hệ sinh thái nh thế nào? Những hoạt động của con ngời đã gây nên những tác động gì đối với hệ sinh thái? 6 ý... thấp đến cao Bốn mức độ tổ chức mà sinh thái học sẽ đề cập là cấp cá thể, quần thể, quần xã và hệ sinh thái Tại mỗi mức độ tổ chức, các sinh vật có những đặc trng riêng thể hiện mối quan hệ thích nghi của chúng với nhau và với môi trờng sống Mỗi yếu tố sinh thái khi tác động lên sinh vật thì chúng chỉ thích ứng đợc trong một khoảng giá trị nhất định Ngoài khoảng đó các sinh vật sẽ bị chết Khoảng thích ... hội học Nó thể môn khoa học nh sinh thái tế bào, di truyền sinh thái, sinh thái nông nghiệp. v.v Mối quan hệ sinh thái học với khoa học kinh tế pháp quyền tăng lên mạnh mẽ Nghiên cứu hệ sinh thái. .. khoa học khác Sinh thái học ngày quan hệ với động vật học, thực vật học, sinh lý học, sinh hoá học, di truyền học, tiến hoá học, trồng trọt, chăn nuôi mà với ngành toán học, hoá học, vật lý học, ... động tất hệ sinh học Sinh thái học khoa học tổng hợp, kiến thức bao gồm nhiều môn khoa học khác nh động vật học, thực vật học, sinh lý học, sinh hoá học, di truyền học, tiến hoá học, trồng trọt,