Khái niệm về năng suất
Sản xuất, vốn là thuật ngữ của kinh tế học, đó là khái niệm ngược lại với tiêu dùng. Trên ý nghĩa đó, sản xuất trong nông nghiệp tức là sự tác động vào tự nhiên và cây trồng để thu được những vật chất cần thiết. Vì thế, đương nhiên không phải chỉ tất cả các bộ phận của cây trồng, mà chỉ là những phần cần thiết. Ðồng thời cũng sinh ra một khái niệm ngược lại với nó, tức là sản xuất sinh học. Gọi là sản lượng sinh học trong một thời gian nhất định của một quần thể sinh vật nào đó tức là tổng lượng chất hữu cơ mà quần thể sinh vật đó sản xuất ra trong thời gian đó. Ðối với sản lượng của đơn vị diện tích trong thời gian nhất định được gọi riêng là năng suất. Tổng lượng năng suất của thực vật xanh lục (lượng quang hợp) gọi là sản lượng thô, sau khi đã khấu trừ lượng tiêu hao do hô hấp, phần còn lại gọi là sản lượng thuần. Ðể tránh lẫn lộn khái niệm về năng suất của hệ sinh thái đồng ruộng, cũng cần có sự phân biệt. Khi nêu riêng sản lượng hoặc năng suất, là chỉ vật chất thu hoạch cuối cùng của cây trồng (tức sản lượng), còn tổng sản lượng (tức tổng sản phẩm quang hợp) thì gọi là sản lượng sinh học. Ngoài ra, năng suất quang hợp (sản lượng quang hợp) còn gọi là năng suất sơ cấp.
Phương pháp tính năng suất sinh học
Thông thường có hai phương pháp tính năng suất sinh học: (i) căn cứ vào lượng sinh vật tồn tại trên diện tích nhất định tức là lượng hiện còn; (ii) căn cứ vào sự trao đổi vật chất. Phương pháp đầu lại chia ra: 1/ Phương pháp căn cứ vào lượng hiện còn cuối cùng hay cao nhất đểước tính (hiệu chỉnh lượng chất khô mà động vật ăn mất là có thể
tìm ra sản lượng thuần); 2/ Phương pháp tiến hành tính liên tục lượng hiện còn (tiến hành tính lặp đi lặp lại lượng hiện còn, tìm được năng suất từ lượng sinh trưởng giữa các lần tính); 3/ Phương pháp ước tính căn cứ vào lượng hiện còn, lượng quang hợp và lượng hô hấp (căn cứ vào lượng quang hợp và hô hấp của đơn vị sinh khối được tính, rồi xét đến lượng hiện còn ở các thời gian tìm ra sản lượng sinh học).
Phương pháp sau là phương pháp không lấy lượng hiện còn làm căn cứ, tức là trực tiếp do sự trao đổi của O2 và CO2 và từ đó tìm ra số liệu, phương pháp này được ứng dụng rộng rãi vào việc nghiên cứu sinh vật phù du, gần đây cũng đã bắt đầu ứng dụng vào việc nghiên cứu cây trồng.
Năng suất sinh học của quần thể cây trồng
Năng suất sinh học của quần thể cây trồng do sự quang hợp và hô hấp của quần thể quyết định, như phần trước đã nêu, có quan hệ với sự quang hợp và hô hấp của lá đơn và cấu trúc của quần thể. Cũng cần phải xét đến sự hô hấp của các cơ quan ngoài lá. Các đặc điểm đó lại được tính di truyền, phương pháp trồng trọt và điều kiện môi trường của cây trồng quyết định. Năng suất sinh học lớn nhất một ngày của các cây trồng khác nhau được nêu rõ trong bảng 5.2, lớn nhất là hướng dương và ngô:0,79 và 0,52 tấn/ha tương đối nhỏ là lúa nước và cải đường: 0,3 tấn/ha. Nếu đổi thành trị số của một ngày, có thể dùng trị số bình quân của thời gian sinh trưởng để biểu thị: 0,05 - 0,15. Các trị số này so với ở các điều kiện trồng trọt khác, thí dụ nuôi trong dung dịch, thì trị số trong thời gian rất ngắn là 1,22. Ở điều kiện của hệ sinh thái tự nhiên thì gần với cây trồng, hoặc hơi thấp hơn.
Hãy lấy sản lượng thuần và tổng sản lượng trong cả thời gian sinh trưởng hoặc một năm (cây lâu năm) của các loại cây trồng để so sánh với hệ sinh thái tự nhiên.
Bảng 5.2. Năng suất sinh học của các cây trồng khác nhau (Willson, 1968) Năng suất sinh học một ngày (trị số lớn nhất) tấn/ha. ngày
Hướng dương 0,79 Ngô 0,52 Cỏ xu đăng 0,51 Mía 0,38 Cải củ 0,34 Lúa nước 0,33 Cải đường 0,31
Nuôi cấy nhân tạo đơn bào 1,22
Tảo 0,86
Trị số bình quân của cây trồng trong thời gian sinh trưởng 0,05 - 0,15 Hệ sinh thái tự nhiên
Hương bốTypha latifolia 0,53
Sa thảo Scirpus lacustris 0,28
Bảng 5.2 cho thấy, trong số các cây trồng, trừ mía và ngô ra, sản lượng thuần đều là kết quả tích cực trồng trọt với mục tiêu là năng suất cao, đã đạt đến con số rất cao. So với tình hình đó, trị số của hệ sinh thái rừng và đồng cỏ là gần giống nhau, thường đều thấp hơn cây trồng. Còn về tổng sản lượng, hệ sinh thái rừng thể hiện rõ trị số rất cao, trong hệ sinh thái đồng ruộng, thí dụ lúa nước, đại mạch gần bằng hoặc hơi cao hơn rừng. Mặt khác, ở các thời gian sinh trưởng khác nhau, nếu dùng trị số một ngày để biểu thị, thì sản lượng thuần hay tổng sản lượng của hệ sinh thái đồng ruộng đều biểu thị trị số khá cao, nhưng đáng được chú ý là rừng cây Zelcova serrata (Mark), loại rừng lá rộng rụng lá cũng có trị số gần giống như thế.
Năng suất và sản lượng sinh học
Nói chung, cây trồng lấy hạt và cây trồng lấy thân lá, có cấu trúc quyết định sản lượng rất không giống nhau. Vì cây trồng lấy hạt phải trải qua hai quá trình: quá trình hình thành cơ quan vật chất thu hoạch và quá trình tích luỹ sản phẩm quang hợp vào trong cơ quan đó. Với cây trồng lấy thân lá thì chủ yếu là quá trình hình thành cơ quan.
Thí dụ lúa nước, quan hệ giữa sản lượng sinh học (năng suất chất khô) và sản lượng, có thể lấy thời kỳ trỗ bông làm ranh giới, trong khoảng thời gian một tháng trước và sau trỗ bông là không giống nhau. Năng suất chất khô trước khi trỗ nhiều hay ít có quan hệ chặt chẽ với số hạt thụ tinh (số hoa) nhiều hay ít, chỉ cần định được số hoa, mặc dù năng suất chất khô sau khi trỗ vẫn tăng nhiều lên, nhưng sau khi sản lượng đạt đến mức độ nhất định thì không tăng tương ứng nữa. Ngoài ra, giữa năng suất chất khô sau khi trỗ và khối lượng hạt chắc cũng có tương quan chặt chẽ, tức là năng suất chất khô càng cao, khối lượng nghìn hạt cũng càng lớn. Tóm lại năng suất chất khô và hai quá trình quyết định sản lượng có mối liên hệ riêng biệt, nên mới hình thành kết quả nói trên. Có thể thấy quan hệ giữa năng suất và sản lượng sinh học khá phức tạp.
Tính khu vực của năng suất
Năng suất lúa nước của Việt Nam, theo số liệu của Tổng cục Thống kê (2004) và Bộ Nông nghiệp và PTNT, bình quân các năm 2000-2003 dao động từ 4,24-4,63 tấn/ha, tỉnh Thái Bình đạt năng suất cao nhất 6,3 tấn/ha; tỉnh Lai Châu thấp nhất với 2,54 tấn/ha (2002).
Người ta cho rằng có thể dùng hàm số lượng chiếu sáng mặt trời (thời gian chiếu sáng của mặt trời) và nhiệt độ không khí của thời kỳ chín để biểu thị sự sai khác về khu vực. Murata gọi đó là số chỉ năng suất khí tượng, thu được bằng công thức sau đây:
Sf(t) = S [1,20 - 0,021 (t - 21,5)2] (93) Trong đó: S là lượng chiếu sáng bình quân ngày từ trước khi trỗ 10 ngày đến sau khi trỗ 30 ngày, t độ nhiệt không khí bình quân ngày trong thời gian trên, Sf (t) là số chỉ năng suất khí tượng, f(t) là chỉ số năng suất độ nhiệt. f(t) trong công thức (93) tìm được bằng phương trình bậc 2, có nghĩa là có tồn tại độ nhiệt tối thích. Habu chỉ ra rằng:
YR = S [4,14 - 0,13 (21,4 - θR)2] (94) Trong đó: YR là số chỉ lượng chín khí hậu, S là tổng số giờ chiếu sáng trong 40 ngày sau khi trỗ, θR là độ nhiệt không khí bình quân trong thời gian nói trên.
Từđó tìm ra thời kỳ trỗ bông để cho trị số YR trở thành cực đại của các khu vực, như vậy đã nêu rõ quan hệ phân bốđịa lý của trị số cực đại của YR. Những kết quả này đã nói rất rõ tính khu vực của năng suất lúa nước, đương nhiên còn phải xét đến quan hệ về sự sai khác của năng suất của đất với sự hình thành tính khu vực của năng suất tác động. Hơn nữa, trong số hạng f(t) của công thức (93) cũng phải xét cảđến tác động của con người như kỹ thuật trồng trọt.
Bảng 6.2. Sản lượng thuần và tổng sản lượng của các hệ sinh thái Trong suốt thời gian sinh trưởng Pn Pn ngày Pg ngày Cây trồng hoặc thực vật ưu thế của hệ sinh thái Ðịa điểm Sản lượng thuần Pn Tổng sản lượng Pg Lượng hô hấp R Pg tấn/ha/ngày Năng suất tấn/ha Ðồng ruộng Mía 33,0 0,10 Lúa mì Chiba 29,0* 52,7* 32,7* 0,55 0,13 0,24 10,01 Lúa nước Akita 27,8* 52,5* 24,7* 0,53 0,19 0,37 10,51
Ngô Nagano 26,5 0,21
Ðậu tương Miyagi 20,9* 29,2* 18,3* 0,53 0,17 0,32 7,85
Cải đường Hokaiđo 17,1 0,10 11,40
Lúa nước Nagatama 16,3 30,8* 14,5* 0,53 0,14 0,26 6,24 Ðại mạch Kitama 15,3 26,4* 11,1* 0,58 0,08 0,13 5,20 Ðậu tương Iwate 8,0 15,0* 7,0* 0,53 0,07 0,13 2,96
Rừng
Rừng mưa
nhiệt đới Thái Lan 28,6 123,2 94,6 0,23 0,08 0,34 Rừng trồng
châu Âu Ðan Mạch 13,5 23,5 10,0 0,57 0,07 0,12 Rừng trồng samu Kumamoto *** 84,1 55,0 0,35 0,09 0,25 - nt - Oita *** 52,6 36,4 0,31 0,07 0,22 Ðồng cỏ lâu năm Omuri 28,6 ** Csium Nipponirum Gunma 20,6 ** ** Trị số lớn nhất của lượng hiện còn