I- Quan hệ giữa Cmax và chỉ số diện tích lá và biện pháp quang hợp II Quan hệ giữa Y KT, YSH và KKT.
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 nh− khu vực chăn nuôi, dân c− ...) 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.
Nh− đã nói ở ch−ơng tr−ớc, có hai quá trình quan trọng nhất trong sự hoạt động của hệ sinh thái nông nghiệp là sự trao đổi năng l−ợng và sự trao đổi vật chất.
Vấn đề đề cập trong mục này khá rộng, nh−ng lại ch−a đ−ợc nghiên cứu có hệ thống nh− 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.
Ng−ời ta đã tính toán sự hoạt động của hai hệ sinh thái các n−ớc 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 h−ớng 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)
Chỉ tiêu Tây Âu Đông Nam á
Dân số nông nghiệp 3,3 21,7
Lao động nông nghiệp 1,3 8,4
L−ơng thực sản xuất (kg) 9019,0 7004,0
L−ơng thực bán cho thành thị (kg) 2153,0 2540,0
L−ơng thực ding cho chăn nuôi (kg) 1149,0 124,0
L−ơng thực ding cho ng−ời (kg) 3970,0 4053,0
Số gia súc tiêu chuẩn (đầu) 6,3 6,4
L−ợng thịt sản xuất (kg) 1449,0 124,0
L−ợng thịt bán cho thành thị (kg) 1170,0 49,0
L−ợng thịt ding cho ng−ời (kg) 214,0 78,0
Năng l−ợng hoá thạch đầu t− (109J) 124,5 12,2
L−ợng phân hoá học dùng (kg NPK) 1097,0 176,0
Bảng trên cho thấy giữa hai hệ sinh thái nông nghiệp Tây Âu và Đông Nam á có sự khác nhau cơ bản nh− sau:
Dân số nông thôn ở Đông Nam á đông hơn ở Tây Âu 6,6 lần, còn lao động nông nghiệp 6,5 lần.
L−ơng 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
á 29%. Tuy vậy số l−ơng thực dùng cho chăn nuôi ở Tây Âu gấp 9,3 lần ở Đông Nam á.
Do đấy, mặc dù số l−ợng đầu gia súc ở hai hệ sinh thái gần bằng nhau, sản l−ợng thịt ở Tây Âu gấp 11,7 lần ở Đông Nam á. Nếu kể cả sản l−ợng sữa và trứng thì còn cao hơn nữa.
Năng l−ợng hoá thạch đầu t− vào hệ sinh thái ở Tây Âu gấp 10,2 lần ở Đông Nam á, còn phân hoá học gấp 6,2 lần.
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/ng−ời/ngày và 52 g protein động vật/ng−ời/ngày trong lúc đó ở Đông Nam á các số liệu t−ơng ứng là 2040 và 7.
Muốn sản xuất đ−ợc số l−ợng l−ơng thực hơn 29% và sản phẩm chăn nuôi hơn 11,7 lần, hệ sinh thái Tây Âu đã phải đầu t− thêm một l−ợng năng l−ợng hoá thạch gấp hơn 10 lần ở Đông Nam á. 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. Tỷ lệ dân số thành thị ở Tây Âu 86%, ở Đông Nam á chỉ có 33%. 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 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 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 d−ới chúng tôi sẽ trình bày rõ hơn về vấn đề năng l−ợng đối với nông nghiệp.
b) Năng l−ợng và nông nghiệp
Để phân tích tình hình sử dụng năng l−ợng trong nông nghiệp, th−ờng ng−ời ta quy tất cả sức lao động và vật t− nông nghiệp thành năng l−ợng. Mức tính năng l−ợng nói chung ở mỗi tác giả có sai khác, nh−ng sai khác nhau không nhiều. Sau đây là một số mức quy phổ biến:
Lao động của ng−ời: 0,79.106 - 1,72.106 J/h. Lao động gia súc: 10,47.106 J/h.
Phân bón hoá học nguyên chất: đạm 80.106J/kg; lân 14.106 J/kg; kali 9.106 J/kg.
Thuốc trừ sâu, bệnh cỏ 100.106 J/kg Máy móc nông nghiệp 88,4.106 J/kg. Nhiên liệu 33,89 - 38,68.106 J/l.
Nếu tính tổng số năng l−ợng đầu t− (kể cả sức ng−ời và gia súc) thì ở các hệ sinh thái cổ truyền, trừ các tr−ờng hợp khô hạn năng l−ợng thu đ−ợc gấp 10 - 20 lần năng l−ợng đầu t−, ở các hệ sinh thái tiên tiến tỷ số này chỉ khoảng 1,4 - 2,8. Nếu chỉ tính năng l−ợng hoá thạch thì ở các hệ sinh thái nông nghiệp cổ truyền tỷ số thu đ−ợc trên đầu t− lên đến 200 - 400, vì vậy năng suất của các hệ sinh thái cổ truyền rất thấp. Đào Thế Tuấn (1984) đã thử tính mối quan hệ giữa năng suất l−ơng thực và số năng l−ợng đầu t−, sau khi loại bỏ một số tr−ờng hợp đặc biệt thấy một số ph−ơng trình sau:
Y = 1,536 + 0,1815 X - 0,0018 X2Trong đó: Trong đó:
Y - năng suất hạt (t/ha).
X - năng l−ợng tổng số đầu t− (109 J/ha).
Nh− vậy, mức năng l−ợng đầu t− sẽ có đ−ợc ở các mức năng l−ợng t−ơng ứng nh− sau: Năng suất (t/ha) Năng l−ợng đầu t− (109 J/ha)
2 3 3 9 4 16 5 26 6 43 Số liệu trên cho thấy muốn năng suất tăng lên gấp đôi, năng l−ợng đầu t− phải
tăng lên 13 lần. 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 l−ợng dùng trên một đơn vị diện tích, ở các n−ớc đã phát triển gấp 8 lần các n−ớc đang phát triển nh−ng năng suất chỉ cao hơn 26%. Tây Âu dùng năng l−ợng trên hec ta gấp hơn 16 lần Đông Nam á, nh−ng năng suất chỉ cao hơn 2,5 lần.
Xét tỷ lệ năng l−ợng dùng trong các biện pháp kỹ thuật, ta thấy ở các n−ớc đã phát triển cao nhất trong cơ giới hoá, ở các n−ớc đang phát triển trong phân bón. Theo FAO từ 1972 - 1985, tốc độ đầu t− năng l−ợng toàn thế giới là 4,5%, trong đó phân bón 6,4 %, cơ giới hoá 2,5%. Riêng Đông Nam á, tốc độ đầu t− năng l−ợng là 9,7 % hàng năm, trong đó phân bón là 105%, cơ giới hoá 8,2%.
Hiện nay giá năng l−ợng ngày càng tăng, so với 1970 giá dầu hoả tăng hơn 20 lần. 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 h−ớng 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 ph−ơng. 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 h−ớng tăng độ lớn của máy, tăng tốc độ làm việc, làm đất để tiết kiệm năng l−ợng. ở các n−ớc 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
Hai chức năng quan trong hàng đầu của HSTNN là tạo ra năng suất sơ cấp và năng suất thứ cấp. Trồng trọt là ngành sản xuất ra năng suất sơ cấp và chăn nuôi là ngành sản xuất ra năng suất thứ cấp. Sản phẩm trồng trọt, con ng−ời có thể sử dụng trực tiếp mà cũng có thể dùng để chế biến sản phẩm chăn nuôi. Do đó, một vấn đề cần đặt ra là trong một hệ sinh thái nên sản xuất bao nhiêu sản phẩm trồng trọt, bao nhiêu sản phẩm chăn nuôi và những yếu tố gì quyết định tỷ lệ của 2 ngành ấy.
Bảng 5. Thức ăn ở một số nhóm n−ớc trên thế giới
Nhóm n−ớc
Năng l−ợng Protein Phần đóng góp của thực phẩm (%) kcal/ng /ngày % nhu cầu chung động vật thực vật động vật hạt thịt Thế giới 2550 107 69 24 82,6 17,4 49,4 7,5 Đã phát triển 3380 132 98 54 68,4 31,6 30,7 13,4 Đang phát triển 2340 103 57 12 91,4 8,5 61,0 3,9 Bắc Mĩ 3530 134 104 71 57,8 42,2 17,4 20,7 Tây Âu 3390 132 93 52 68,2 31,8 26,0 13,9 Đông Âu 3460 135 103 50 71,9 28,4 39,2 8,2 Đông Nam á 2040 92 49 7 94,2 5,8 68,5 1,2
Qua bảng trên chúng ta thấy ở các n−ớc đã phát triển với mức sử dụng l−ơng thực trên 500kg đầu ng−ời một năm, đã dùng hơn 70 % l−ơng thực vào chăn nuôi, do đấy đã sản xuất đ−ợc trên 60 kg thịt/đầu ng−ời/năm. Trái lại ở các n−ớc đang phát triển với hơn 200 kg l−ơng thực/đầu ng−ời/năm, tỷ lệ l−ơng thực dùng cho chăn nuôi hơn 10%, l−ợng thịt sử dụng hơn 10 kg/đầu ng−ời/năm.
Việc chuyển từ thức ăn thực vật sang thức ăn động vật là một sự lãng phí năng l−ợng rất lớn, hiệu suất bình quân khoảng 10%. Nếu lấy l−ơng thực sử dụng cho chăn nuôi chia cho l−ợng thịt sản xuất đ−ợc ở các n−ớc đã phát triển, l−ơng thực dùng để sản xuất 1 kg thịt là 6 kg ở Bắc Mỹ, 4,6 kg ở Tây Âu và 7,6 kg ở các n−ớc Đông Âu, bình quân cho các đã phát triển là 5,7 kg. Có sự khác nhau này vì trong thức ăn gia súc còn có đồng cỏ và các phụ phẩm trồng trọt.
Quan hệ giữa trồng trọt và chăn nuôi là một vấn đề xác định trong kế hoạch phát triển nông nghiệp, không thể đặt chỉ tiêu phát triển chăn nuôi theo ý muốn mà phải căn cứ vào điều kiện quyết định năng suất của trồng trọt.
Do l−ợng l−ơng thực sử dụng nhiều và l−ợng thịt cao nên ở các n−ớc đã phát triển, nếu tính mức ăn theo năng l−ợng thì đã v−ợt nhu cầu của con ng−ời trên 30%. ở các n−ớc đang phát triển mức ăn chỉ đạt nhu cầu. ở Đông Nam á mức ăn d−ới nhu cầu.
Nhu cầu ăn của con ng−ời phụ thuộc vào nhiều điều kiện nh− lứa tuổi, giới tính, sự hoạt động , trọng l−ợng và khí hậu. Vì vậy, đối với mỗi vùng trên thế giới, nhu cầu ấy khác nhau. Tổ chức l−ơng thực và nông nghiệp Liên hợp quốc (FAO) đã tính nhu cầu năng l−ợng và Protein, gần đây theo các kết quả nghiên cứu mới về dinh d−ỡng học đã hạ xuống so với quy định cũ. Trong Protein, khoảng 70% do thức ăn thực vật và 30% do thức ăn động vật cung cấp là vừa phải.
Có thể dùng các chỉ tiêu trên để tính nhu cầu thức ăn động vật mà hệ sinh thái cần. Tất cả các loại thức ăn đều tính ra năng l−ợng nguyên thuỷ là năng l−ợng của thức ăn thực vật. Qui −ớc là 7 cal thực vật có thể cho 1 cal động vật.
Bảng 6. Nhu cầu năng l−ợng và Protein của con ng−ời ở các vùng khác nhau trên thế giới Khu vực Năng l−ợng Protein (g/ng−ời/ngày)
(kcl/ng−ời/ngày) Cũ Mới Bắc Mĩ 2700 75 40 Tây Âu 2650 75 40 Đông Âu 2600 75 40 Nhật Bản, Nam Mĩ 2400 70 40 Cận Đông, Bắc Phi 2350 70 40 Trung Mĩ 2300 60 35
Trung Nam Phi 2250 65 40
Nam và Đông á 2200 60 35
Việt nam 2160 60 35
d) Chu trình vật chất trong hệ sinh thái nông nghiệp
Một trong những biện pháp cơ bản để nâng cao năng suất là tăng l−ợng chất dinh d−ỡng chu chuyển trong nội bộ hệ sinh thái. Để thực hiện các biện pháp này cần:
Tăng c−ờng việc sử dụng lại các chất hữu cơ; Tăng c−ờng việc sử dụng đạm sinh học; Sử dụng hợp lý phân hoá học;
Làm giảm sự mất chất dinh d−ỡng khử các hệ sinh thái. Bảng sau cho thấy sự đầu t− dinh d−ỡng ở Anh và Việt nam.
Bảng 7. Cân đối chất dinh d−ỡng của Anh và Việt nam
(ĐV: kg/ha; Nguồn: Đào Thế Tuấn, 1984)
Chỉ tiêu Anh Việt Nam
N P2O5 K2O N P2O5 K2O
Cây trồng lấy đi 1528 187 1229 368 127 475
Phân chuồng 800 209 807 121 71 302
Phân xanh - - - 6 2 4
Phân hoá học 874 205 415 214 60 21
Tổng cộng 1679 414 1222 341 133 327
Cân bằng +146 +227 -7 -27 +6 -148
ở Anh, l−ợng phân bón đã v−ợt quá l−ợng cây trồng lấy đi; ở Việt Nam, chỉ có l−ợng lân bón cao hơn l−ợng lấy đi, còn đạm và kali vẫn bị thiếu hụt.
Việc tận dụng các nguồn phân hữu cơ: phân chuồng, rác thành thị, rơm rạ ... là tăng c−ờng chất dinh d−ỡng chu chuyển trong hệ sinh thái. Nguồn phân hữu cơ trong các hệ sinh thái nông nghiệp còn nhiều. Theo tính toán của Van Voorheove (1974), năm 1971 l−ợng chất dinh d−ỡng chứa trong phân hữu cơ các n−ớc đang