Điều khiển hoạt động hệ sinh thái nông nghiệp và đảm bảo năng suất cây trồng

Mô hình của quá trình tạo năng suất cây trồng

Hướng sử dụng hồi quy bội để nghiên cứu quan hệ giữa năng suất và các yếu tố khí t−ợng do nhà thống kê ng−ời Anh Fisher (1925) và nhà khí t−ợng học Liên Xô. Các mô hình này th−ờng là ch−ơng trình máy tính điện tử, cho phép tính sự sinh tr−ởng và năng suất cây trồng thông qua các quá trình quang hợp, hô hấp và phân phối sản phẩm quang hợp.

Mô hình của hệ sinh thái nông nghiệp

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. 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 n−ớc Pháp và n−ớc Việt Nam vào năm 1980 (Đào Thế Tuấn 1984).

Điều khiển hoạt động của các hệ sinh thái nông nghiệp 1. Khái niệm

Điều khiển thành phần sinh vật hệ sinh thái đồng ruộng

Theo chúng tôi, hệ thống cây trồng (hay cơ cấu cây trồng) là thành phần các giống và loài cây đ−ợc 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. 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.

Điều khiển quá trình tạo năng suất của ruộng cây trồng

Trong lúc ấy ngay ở giai đoạn tạo các thành phần của lực khử (3ATP và 2 NADP.H) đã mất 68% năng l−ợng đ−ợc hút, chỉ có 32% còn lại để đồng hoá tiếp khí cacbonic và thoả mãn các nhu cầu năng l−ợng khác của cây. Khoảng 0,1 phần năng l−ợng bị mất trong các quá trình đồng hoá sơ cấp khí cacbonic. Để tiến hành các quá trình sống, năng l−ợng tích luỹ đ−ợc phải tiêu thụ trong quá trình hô hấp và trao đổi chất cần năng l−ợng đồng thời cũng mất đi một l−ợng khí cácbonic. năng l−ợng bức xạ có hoạt tính quang hợp và nh− vậy để tạo thành sinh khối, hiệu suất sử dụng năng l−ợng bức xạ có hoạt tính quang hợp chỉ đ−ợc 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. Suất tăng trưởng, hiệu suất sử dụng ánh sáng và cường độ quang hợp cao nhất của một số loài cây trồng. quang hợp N−ớc. SuÊt t¨ng tr−ởng cao. Hiệu suất sử dụng ánh. d) H−ớng cải tiến các yếu tố của năng suất. Nhiều nhà nghiên cứu thấy các giống có lá mọc thẳng (góc lá nhỏ), ít gây che. Việc chọn các giống lúa có lá mọc thảng nh− 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 h−ớng 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 −u điểm khác nh− cứng cây, chống đổ và hệ số kinh tế cao hơn. điểm này cũng đóng góp vào việc tăng năng suất kinh tế. Đối với lúa và lúa mì, việc chọn giống lỳa nửa thấp cõy, lỏ thẳng đó cú kết quả rừ rệt. Đối với một số cõy trồng khỏc, kết quả cũn ch−a thật rừ. Chẳng hạn, đối với ngụ 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 nh−ng chế độ ánh sáng không đ−ợc cải tiến bao nhiêu vì lá to ở ngọn vẫn che ánh sáng. H−ớng chọn giống lá nhỏ vẫn ch−a có kết quả rõ rệt. g) Cải tiến c−ờng độ quang hợp. Rất nhiều công trình nghiên cứu cho thấy giữa các giống trong cùng một loài cõy trồng cú sự khỏc nhau về cường độ quang hợp rất rừ rệt, điều đú 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. Nh− vậy là trong quá trình chọn giống, do chú ý nhiều đến diện tích lá nên cường độ quang hợp đã giảm xuèng. 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 đ−ợc. 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 h−ớng nghiên cứu khác gần đây đ−ợc 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 nh− các loài C3. Chọn đ−ợc 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 ch−a đ−a 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.

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

Lương thực sản xuất trên đơn vị diện tích nông nghiệp (kể cả đồng cỏ, ở Tây Âu chiếm 43% trong lúc đó ở Đông Nam á chỉ có 12%) ở Tây Âu hơn Đông Nam. Tuy vậy số l−ơng thực dùng cho chăn nuôi ở Tây Âu gấp 9,3 lần ở Đông Nam á. Nếu kể cả sản l−ợng sữa và trứng thì còn cao hơn nữa. Nh− vậy là giữa hai hệ sinh thái phát triển và đang phát triển, sự khác nhau cơ. bản không phải ở mức năng suất l−ơng 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 l−ợng l−ơng thực lớn đ−ợc dùng để chăn nuôi, vì vậy đã sản xuất đ−ợc một khối l−ợng 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. Nh− vậy về thực chất năng l−ợng này chủ yếu dùng. để sản xuất thêm sản phẩm chăn nuôi. Năng l−ợng đầu t− vào nông nghiệp là do lao động ở thành thị. Để đổi lấy năng l−ợng hoá. thạch, hệ sinh thái nông nghiệp Tây Âu đã cung cấp cho thành thị một l−ợng thịt gấp 23,9 lần ở Đông Nam á, ch−a 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. 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 nh−ng phong phú về di truyền. Sử dụng các cây trồng đơn giản, ít giống, cây trồng năng suất cao, nh−ng 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 d−ỡng của đất và trả. lại bằng phân hoá học, có khuynh h−ớng tách rời trồng trọt và chăn nuôi. Lao động trên đơn vị diện tích cao, dùng chủ yếu năng l−ợng của lao. động thủ công và gia súc. Lao động trên đơn vị diện tích thấp, thay năng l−ợng của lao động thủ công và gia súc bằng năng l−ợng hoá. thạch Hệ sinh thái phong phú, năng suất. thấp nh−ng ổn định, đầu t− ít năng l−ợng hoá thạch. Hệ sinh thái đơn giản, năng suất cao nh−ng ít ổn định, đầu t− nhiều năng l−ợng hoá thạch để tạo sự ổn định. Nh− vậy, thực chất của sự phát triển nông nghiệp là sự đầu t− thêm năng l−ợng hoá thạch vào các hệ sinh thái nông nghiệp để thu đ−ợc năng suất cao hơn. Trong phần dưới chỳng tụi sẽ trỡnh bày rừ hơn về vấn đề năng lượng đối với nụng nghiệp. b) Năng l−ợng và nông nghiệp. Đào Thế Tuấn (1984) đã thử tính mối quan hệ giữa năng suất lương thực và số năng lượng đầu tư, sau khi loại bỏ một số trường hợp đặc biệt thấy một số ph−ơng trình sau:. Phân tích tình hình sử dụng năng l−ợng trên thế giới, thấy tỷ lệ năng l−ợng dùng trong nông nghiệp toàn thế giới là 3,5%, ở các n−ớc đang phát triển là 4 %. Tỷ lệ này không cao. Năng lượng dùng trên một đơn vị diện tích, ở các nước đã phát triển gấp 8 lần các n−ớc đang phát triển nh−ng năng suất chỉ cao hơn 26%. Xét tỷ lệ năng lượng dùng trong các biện pháp kỹ thuật, ta thấy ở các nước đã. phát triển cao nhất trong cơ giới hoá, ở các n−ớc đang phát triển trong phân bón. Do đấy, làm thế nào phát triển nông nghiệp với một sự đầu t− năng l−ợng tiết kiệm hơn đã trở thành một vấn đề thời sự. Các hướng chủ yếu để tiết kiệm năng l−ợng là:. Tăng hiệu suất sử dụng năng l−ợng bức xạ của cây trồng và hiệu suất sử dụng thức ăn của gia súc là biện pháp quan trọng nhất. Ví dụ, giống năng suất cao sử dụng phân bón có hiệu quả cao hơn các giống địa phương. Bố trí cây trồng hợp lý để tận dụng nguồn lợi tự nhiên. Sử dụng năng l−ợng một cách tiết kiệm hơn. Ví dụ, trong cơ giới hoá hiện nay có xu hướng tăng độ lớn của máy, tăng tốc độ làm việc, làm đất để tiết kiệm năng lượng. ở các nước đang phát triển có các biện pháp cải tiến quản lý để sử dụng máy đủ năng lực, sản xuất phụ tùng thay thế, tăng việc dùng sức kéo gia súc, cải tiến công cụ, rải vụ để tránh căng thẳng về lao động. Về phân bón, có h−ớng sản xuất rẻ tiền, bảo quản hợp lý, sử dụng phân bón có hiệu quả cao hơn. Về n−ớc, cải tiến các công trình t−ới tiêu cho hợp lý. Về bảo vệ thực vật, dùng thuốc có hiệu quả kinh tế nhất. Phải tăng việc sử dụng năng l−ợng không phụ thuộc vào hoá thạch nh− năng l−ợng mặt trời, gió, thuỷ triều, n−ớc, cây xanh, gia súc. Phải tận dụng tốt hơn các phế liệu nông nghiệp để làm phân bón và năng l−ợng. Phát triển các thành tựu của sinh học nh− đạm sinh học, bảo vệ cây trồng bằng biện pháp sinh học, tạo giống chống chịu sâu bệnh. c) Mối quan hệ giữa trồng trọt và chăn nuôi.

Xây dựng NNBV trên cơ sở sinh thái học 1. NNBV vận dụng các mẫu hình trong thiên nhiên

Nguồn độ phì (chất khoáng, mùn..) phụ thuộc vào l−ợng chất hữu cơ có chứa vi sinh vật. Việc cung cấp chất hữu cơ là hết sức cần thiết để cải thiện đất thông qua biện pháp bón phân hữu cơ. Mọi sinh vật đều có tác động qua lại với nhau, và không có sinh vật nào là không cần thiết hay có hại trong thiên nhiên. Vòng chu chuyển n−ớc và l−ợng m−a hữu hiệu:. Vòng chu chuyển n−ớc trên hành tinh thông qua lực của năng l−ợng mặt trời. Nguồn nước của nước trong đất là mưa. Tuy nhiên chỉ có một phần nhỏ nước mưa là cây có thể sử dụng, phần còn lại bị mất đi bằng nhiều cách. Tổng l−ợng n−ớc m−a rơi xuống gọi là l−ợng m−a hiện tại. đ−ợc dự trữ trong đất, đ−ợc sử dụng bởi cây cỏ và cho các nhu cầu khác, loại trừ phần mất đi do chảy trôi và bốc hơi. L−ợng m−a hữu hiệu là nguồn lực cho cây cỏ,. động vật và nông nghiệp. L−ợng m−a hữu hiệu tăng lên hay không tuỳ thuộc vào l−ợng m−a, loại đất, mật. độ thảm thực vật, địa hình..Những cách làm tăng “l−ợng m−a hữu hiệu” trong nông nghiệp là:. Cung cấp chất hữu cơ cho đất để tăng khả năng giữ nước của đất;. Luôn giữ lớp phủ thực vật và chất hữu cơ;. Canh tác theo đường đồng mức và có những biện pháp kỹ thuật giữa nước trên. Việc bảo vệ rừng và tăng vốn rừng là cách làm hữu hiệu nhất để làm tăng l−ợng nước hữu hiệu của một khu vực. Rừng giữ được lượng nước mưa trong đất rất lớn nhờ hệ rễ phát triển, và sẽ cung cấp n−ớc từ từ cho sông ngòi. Đồng thời, rừng còn làm tăng và duy trì l−ợng m−a hiện tại nhờ việc hình thành mây từ sự bốc hơi cục bộ, nhất là ở những nơi nằm sâu trong lục địa. Sự khác biệt giữa nông nghiệp và rừng tự nhiên a) Tính đa dạng. Trên đất nông nghiệp chỉ có ít loài hoặc đôi khi chỉ có một loài độc nhất (độc canh) trên diện tích 1/2ha. Độc canh trong nông nghiệp là một trong những nguyên nhân làm mất sự cân đối trong hệ sinh thái nông nghiệp. Trong rừng tự nhiên hầu nh− không có vấn đề dịch bệnh, và không có việc một loài sâu hay bệnh nào đó tàn phá hoàn toàn một khu rừng tự nhiên. Còn trong nông nghiệp thì chuyện đó xảy ra không đến nỗi hiếm. Nhiều người cho rằng nguyên nhân chủ yếu là do trong nông nghiệp thiếu tính đa dạng. c) Độ phì của đất. Độ phì của đất rừng tăng dần và bền lâu, vì vòng chu chuyển dinh d−ỡng không bị đảo lộn nhờ liên tục có thảm thực vật trên mặt đất. Vòng chu chuyển dinh d−ỡng làm tăng độ phì của đất còn thảm thực vật thì duy trì độ phì đó. Trong nông nghiệp, phần lớn sinh khối bị lấy đi khỏi hệ sinh thái qua mỗi vụ thu hoạch, rất ít sinh khối thực vật đ−ợc trả lại cho đất, nên độ phì đất bị suy giảm dần. Đất trống đồi núi trọc không hoặc ít đ−ợc thực vật che phủ, rất dễ bị xói mòn làm giảm độ phì đất. d) Sản xuất sinh khối. Rừng tự nhiên có khả năng sản xuất ra một l−ợng sinh khối khổng lồ, chủ yếu là nhờ có cấu trúc nhiều tầng và vòng chu chuyển dinh d−ỡng không bị đảo lộn. Trên đất nông nghiệp, cấu trúc của cây cỏ là theo chiều ngang nên không thể sử dụng năng l−ợng tự nhiên với hiệu suất cao. Vòng chu chuyển dinh d−ỡng bị đảo lộn do phần lớn sinh khối bị lấy ra khỏi đất. Do đó sản l−ợng của đất nông nghiệp thấp hơn nhiều sản l−ợng của rừng tự nhiên mặc dù có nhiều đầu vào nhân tạo. Đặc điểm của hệ sinh thái nhiệt đới. Mỗi vùng trên trái đất đều có những đặc điểm sinh thái riêng. Đáng tiếc là trong quá trình phát triển, nhiều nước nhiệt đới lại đi áp dụng các tiến bộ kỹ thuật trong nông nghiệp của các nước ôn đới, nơi có các điều kiện sinh thái hoàn toàn khác với nhiệt đới. Các hệ nông nghiệp cổ truyền tại các nước nhiệt đới vốn đã duy trì được bền vững qua nhiều thế hệ đã bị mất đi nhanh chóng, thay vào đó là các kiểu sản xuất nông nghiệp hiện đại hay nông nghiệp hoá học, thực chất là “nông nghiệp thương mại”. Năng suất cây trồng của nhiều nước nhiệt đới thua kém các nước ôn. đới, trong khi rừng m−a nhiệt đới là nơi sinh lợi lớn nhất trong tự nhiên, đứng về mặt sản xuất sinh khối. Chúng ta hãy xem qua những đặc điểm của khí hậu nhiệt. a) Khí hậu nhiệt đới. Nhiệt độ cao, nắng gắt và thời gian có nắng kéo dài hơn nhiều so với vùng ôn. L−ợng m−a rất lớn, lại m−a tập trung theo mùa; nh−ng l−ợng m−a hữu hiệu bị giảm thấp, do nước mưa không kịp thấm, tạo thành dòng chảy mạnh trên mặt đất. Nhiệt độ và độ ẩm cao ở đây đã tạo ra những điều kiện tối −u cho sự phân huỷ diễn ra nhanh chóng, nên l−ợng hữu cơ tồn tại trong đất luôn có nguy cơ bị tiêu hao. b) Cấu trúc nhiều tầng của rừng tự nhiên. Khí hậu nhiệt đới rất cực đoan trong khi l−ợng hữu cơ trong đất không mấy dồi dào. Để tồn tại và phát triển trong điều kiện nh− vậy, thiên nhiên đã tạo ra ở đây một cơ chế lý tưởng, đó là những thảm thực vật nhiều tầng. Cấu trúc của rừng gồm có: cây lớn với tán rộng, cây nhỡ d−ới tán của những cây lớn, cây nhỏ và −a bóng dưới tán của hững cây nhỡ, đất có cỏ và lớp thảm mục. ánh sáng gay gắt phần lớn. đ−ợc lá cây sử dụng và không bao giờ rọi trực tiếp xuống mặt đất. Tác dụng tiêu cực của m−a lớn và tập trung với đất bị thảm thực vật dầy đặc nhiều tầng triệt tiêu, tác dụng tích cực của nước mưa được thảm thực vật lưu giữ tối đa. c) Nông nghiệp trong hệ sinh thái nhiệt đới.