ĐỀ CƯƠNG BÀI GIẢNG
SINH THÁI HỌC NÔNG NGHIỆP
(TÀI LIỆU DÙNG CHO SINH VIÊN NGÀNH KHOA HỌC CÂY TRỒNG)
1
CHƯƠNG 1
Hệ sinh thái nông nghiệp
Số tiết: 7 tiết (Lý thuyết: 5 tiết; Thảo luận: 2 tiết)
A) MỤC TIÊU:
- Kiến thức:
+ Hiểu được khái niệm về hệ sinh thái nông nghiệp
+ Phân tích được cấu trúc và thành phần của hệ sinh thái nông nghiệp, tính chất của hệ
sinh thái nông nghiệp
+ Phân tích được nguyên lý hoạt động của hệ sinh thái nông nghiệp
+ Mô tả được mối quan hệ giữa hệ sinh thái nông nghiệp và hệ thống xã hội
- Kỹ năng:
Vận dụng được các kiến thức vào đánh giá hoạt động của hệ sinh thái nông nghiệp
- Thái độ:
Có thái độ học tập nghiêm túc, tích cực tìm hiểu tài liệu, trao đổi thảo luận
B) NỘI DUNG:
1.1. Sinh thái học nông nghiệp và HST nông nghiệp
1.1.1. Sinh thái học nông nghiệp
- Sự phát triển của nông nghiệp hiện đại đặt ra nhiều vấn đề cần phải giải quyết.
- Các HST nông nghiệp là các HST chịu tác động của con người nhiều nhất và có năng
suất kinh tế cao nhất.
- Đã đến lúc con người phải để ý tới năng suất sinh thái và ngưỡng sinh thái, đồng thời
với năng suất kinh tế và ngưỡng kinh tế trong sản xuất nông nghiệp.
- Yêu cầu của việc phát triển nông nghiệp đặt vấn đề phải phấn đấu để tăng năng suất cây
trồng và vật nuôi cao hơn. Ruộng cây trồng năng suất cao là một HST hài hoà, đặt đến sự hài hòa
các yếu tố cấu thành nên nó.
- Thực chất của kỹ thuật tăng năng suất cây trồng là kỹ thuật điều khiển hoạt động của
HST nông nghiệp năng suất cao trong quá trình tồn tại và phát triển của nó.
- Bản thân HSTNN cũng có tổ chức bên trong của nó. HSTNN thường được chia ra thành
các HST phụ:
+ Đồng ruộng cây hàng năm
+ Vườn cây lâu năm hay rừng nông nghiệp
+ Đồng cỏ chăn nuôi
+ Ao cá
+ Khu vực dân cư
- Trong các hệ sinh thái phụ, HST đồng ruộng chiếm phần lớn nhất và quan trọng nhất
của HST nông nghiệp nên nó được nghiên cứu nhiều nhất.
- Người ta thường nhầm HST nông nghiệp và hệ sinh thái đồng ruộng vì hệ sinh thái
đồng ruộng là trung tâm của HST nông nghiệp.
- Các HST đồng ruộng theo quan điểm của điều khiển học là những hệ thống phức tạp.
Hệ thống ấy lại gồm nhiều hệ thống nhỏ hơn và các yếu tố của hệ thống. Theo Đào Thế Tuấn
(1984), hệ sinh thái đồng ruộng bao gồm các hệ phụ sau đây.
+ Hệ thống phụ khí tượng: bao gồm các yếu tố như: bức xạ mặt trời, nhiệt độ, mưa, độ
ẩm không khí, lượng khí CO
2
. lượng O
2
, gió, các yếu tố này tác động lẫn nhau và tác động vào
đất, cây trồng, quần thể sinh vật, tạo nên vi khí hậu của ruộng cây trồng.
+ Hệ thống phụ đất: bao gồm các yếu tố như nước, không khí, chất hữu cơ, chất khoáng,
vi sinh vật, động vật của đất, tác động lẫn nhau và chịu tác động của các yếu tố khí tượng, cung
cấp nước, không khí và các chất khoáng cho cây.
3
+ Hệ thống phụ cây trồng: là hệ thống trung tâm của hệ sinh thái nông nghiệp. Hệ thống
này có thể thuần nhất nếu ruộng cây trồng chỉ trồng một giống cây., hay phức tạp nếu trồng xen,
trồng gối. Các yếu tố của hệ thống này là các đặc tính sinh lí và hình thái của giống cây trồng do
các đặc điểm di truyền của nó quyết định.
+ Hệ thống phụ quần thể sinh vật của ruộng cây trồng: bao gồm các loài cỏ dại, côn
+ Quá trình tạo năng suất sơ cấp của ruộng cây trồng.
+ Quá trình tạo năng suất thứ cấp của khối chăn nuôi. Trong năng suất thứ cấp thực ra
phải tính cả sự tăng dân số và tăng trọng lượng con người.
1.2.2. Năng suất của các hệ sinh thái nông nghiệp
a) Năng suất sơ cấp của các hệ sinh thái nông nghiệp
4
- Các hệ sinh thái nông nghiệp có năng suất sơ cấp rất khác nhau, phụ thuộc vào vĩ độ,
đất đai và trình độ thâm canh.
- Năng suất sơ cấp trước hết phụ thuộc vào vĩ độ liên quan đến thời gian chiếu sáng (ảnh
hưởng đến độ dài thời gian sinh trưởng).
- Từ năng suất sinh vật học có thể tính được hiệu suất sử dụng năng lượng bức xạ mặt
trời. Theo tính toán lý thuyết, hiệu suất sử dụng quang năng có thể đạt 4-5%, nhưng trong thực tế
chỉ số này thường thấp hơn nhiều do cây trồng không đủ nước, phân bón,…
- Tính trung bình toàn thế giới, hiệu suất sử dụng ánh sáng của đài nguyên (0,13%),
hoang mạc (0,06%), toàn lục địa (0,3%), đại dương (0,12%), toàn sinh quyển (0,15-0,18%) và
thấp hơn của rừng (1,2%).
- Hệ sinh thái rừng có năng suất sơ cấp và hiệu suất sử dụng ánh sáng cao hơn hệ sinh
thái đồng ruộng là vì có thời gian sinh trưởng dài hơn và chỉ số diện tích lá cao hơn.
Ví dụ, trong điều kiện ôn đới, hệ sinh thái ruộng lúa mì có chỉ số diện tích lá là 4 m
2
lá/m
2
đất, năng suất chất khô là 9 tấn/ha, hiệu suất sử dụng ánh sáng là 1,8%. Hệ sinh thái rừng có chỉ
số diện tích là là 6 m
2
lá/m
2
đất, năng suất chất khô của gỗ là 8 tấn/ha, của cành lá và rễ là 7
tấn/ha, hiệu suất sử dụng ánh sáng là 2,3%.
b) Năng suất thứ cấp của hệ sinh thái nông nghiệp
đầu tư bởi tiền vốn.
- Năng suất là một đặc tính quan trọng được dùng khi so sánh các hệ sinh thái nông
nghiệp ở những quy mô khác nhau như cánh đồng, trang trại hoặc làng xã,
1.3.2. Tính ổn định
- Tính ổn định có thể xem như sự không đổi của năng suất trong phạm vi biến đổi thống
thường hoặc chu kỳ của môi trường.
- Tính ổn định của hệ sinh thái nông nghiệp được đo bằng hệ số biến đổi của năng suất và
được xác định trong nhiều lần thực hiện phép đo năng suất theo thời gian. Từ năng suất tăng
hoặc giảm, tính ổn định sẽ được quy vào một hướng biến đổi nhất định.
1.3.3. Tính bền vững
- Tính bền vững được xem như khả năng duy trì năng suất của hệ sinh thái nông nghiệp
khi chịu ảnh hưởng của một nhiễu loạn lớn.
- Sự nhiễu loạn thực tế hoặc tiềm năng có thể gây ra bởi sự tăng cường mạnh mẽ (stress),
và sự tăng cường mạnh mẽ này được xác định như sự ảnh hưởng rối loạn thường xuyên, đôi khi
liên tục. Ví dụ, sự thay đổi độ mặn, dốc, xói mòn, công nợ hoặc nhu cầu của thị trường là những
nhiễu loạn.
- Sự nhiễu loạn có thể được gây ra bởi một sự đột biến được xác định ở đây như một ảnh
hưởng nhiễu loạn bất thường, tương đối rộng. Ví dụ: Hiện tượng hạn hán, lụt thì hiếm có một
hoặc hai loại sâu bệnh mới xuất hiện, hoặc sự tăng đột suất giá cả đầu vào như giá dầu những
năm 70, là những ví dụ điển hình về sự nhiễu loạn đột biến.
1.3.4. Tính tự trị
- Là mức độ độc lập của hệ đối với các hệ khác để tồn tại.
- Tính tự trị được xác định như là phạm vi mà hệ có thể hoạt động được ở mức độ bình
thường, chỉ sử dụng những nguồn tài nguyên duy nhất mà qua đó hệ thực hiện sự điều khiển có
hiệu quả.
- Tính tự trị đầu tiên đưa ra như một đặc tính xã hội, sau đó được mở rộng cho HST.
1.3.5. Tính công bằng
- Tính công bằng được xem như sự bình đẳng hoặc sự công bằng trong phân phối năng
suất của hệ sinh thái nông nghiệp giữa những người được hưởng hoa lợi.
- Những người được hưởng hoa lợi có thể là các nông hộ, các thành viên của một làng xã
- Dân số và cấu trúc dân số là những yếu tố cực kỳ quan trọng trong tác động của hệ xã
hội đến HSTNN. Dân số đông và mật độ dân số cao gây tác động đến môi trường mạnh mẽ hơn
dân cư ít và thưa thớt.
- Kỹ thuật cũng là nhân tố quan trọng ảnh hưởng đến mối tương tác giữa con người và
môi trường.
- Trình độ nhận thức, tín ngưỡng và phẩm chất đạo đức là các lĩnh vực tư tưởng của hệ xã
hội điều khiển hành vi của con người trong cách ứng xử với môi trường.
- Thể chế và cơ cấu xã hội cũ giữ vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh các mối quan
hệ giữa con người với môi trường. Cùng số dân như nhau, nhưng sẽ gây ra những tác động khác
nhau đến hệ sinh thái, điều này hoàn toàn phụ thuộc vào các thể chế xã hội.
7
* Mặc dù các yếu tố kinh tế xã hội không phải là thành phần hay đối tượng nghiên cứu của
sinh thái học nông nghiệp nhưng do mối quan hệ qua lại mật thiết với nhau nên chúng được đề cập
đến trong các chương trình phát triển.
Để nâng cao năng suất cây trồng vật nuôi trong trạng thái ổn định thì ngoài việc hình thành
các HSTNN hoạt động theo nguyên lý sinh thái học mà còn có các biện pháp để HSTNN vận hành
phù hợp với quy luật kinh tế xã hội của địa phương.
C. TÀI LIỆU HỌC TẬP
1. Trần Đức Viên, Phạm Văn Phê, Ngô Thế Ân (2004), Sinh thái học nông nghiệp, NXB Đại học
Sư phạm, Hà Nội.
2. Cao Liêm, Phạm Văn Phê, Nguyễn Thị Lan (1998), Sinh thái học nông nghiệp, NXB Nông
nghiệp, Hà Nội
D. CÂU HỎI, BÀI TẬP, NỘI DUNG ÔN TẬP VÀ THẢO LUẬN CỦA CHƯƠNG
*) Câu hỏi ôn tập:
1. Hệ sinh thái nông nghiệp là gì? Tại sao phải xem xét các hệ thống sản xuất nông nghiệp theo
quan điểm sinh thái học?
2. Tại sao phải coi hệ sinh thái nông nghiệp dưới góc độ hệ thống?
3. Phân tích cấu trúc thứ bậc của hệ sinh thái nông nghiệp điển hình?
4. Các đặc điểm của một hệ sinh thái nông nghiệp?
5. Mô tả hoạt động của một hệ sinh thái nông nghiệp điển hình?
Nhận biết, phân tích, đánh giá cấu trúc và hoạt động của hệ sinh thái đồng ruộng
- Thái độ:
Có thái độ học tập nghiêm túc, tích cực tìm hiểu tài liệu, trao đổi thảo luận
B) NỘI DUNG:
2.1. Sinh thái học đồng ruộng
2.2.1. Hệ sinh thái đồng ruộng và sự khác biệt
- Sinh thái học đồng ruộng là một lĩnh vực thuộc sinh thái học đang tập trung nghiên cứu
theo ba hướng:
+ Quá trình sản xuất của quần thể cây trồng trong hệ sinh thái đồng ruộng;
+ Giải thích tổng hợp động hệ sinh thái đồng ruộng (liên hệ lẫn nhau của toàn bộ các phần
hợp thành);
+ Quan hệ lẫn nhau giữa hệ sinh thái đồng ruộng với các hệ sinh thái khác xung quanh nó.
- Hệ sinh thái đồng ruộng là một trong những hệ sinh thái trong sinh quyển, có phương pháp
và cách nghiên cứu sinh thái học về nguyên tắc là đều thích hợp với nó. Ngược lại, những quy luật
và phương pháp mà sinh thái học đồng ruộng tìm ra về nguyên tắc cũng có thể vận dụng cho các
lĩnh vực sinh thái học khác.
- Ðiểm khác nhau chủ yếu của hệ sinh thái đồng ruộng là về thành phần hợp thành của hệ
sinh thái đồng ruộng so với hệ sinh thái khác là quần thể cây trồng mang tác dụng chủ đạo do
con người điều khiển một cách toàn diện
- Thành phần loài sinh vật trên đồng ruộng có sự thay đổi sâu sắc nếu con người thay thế
cây trồng chủ đạo. Những tác động này có những ảnh hưởng khác nhau đến lợi ích con người.
2.1.2. Quá trình hình thành và phát triển của đồng ruộng
- Lịch sử phát triển đồng ruộng đã trải qua một thời gian dài. Làm ruộng vẫn là khuynh
hướng làm cho loài người an cư, lạc nghiệp, đồng thời cũng thúc đẩy phát triển nhanh kỹ thuật sản xuất
nông nghiệp và phát triển văn hoá- kinh tế- xã hội.
- Theo hiểu biết hiện nay, loài người cổ xưa nhất (Australopithecus) sinh ra vào thời kỳ
băng hà thứ nhất (trước công nguyên khoảng 1 triệu năm), qua thời kỳ băng hà thứ tư (trước công
nguyên khoảng 25.000 năm) cho đến cuối thời đại đồ đá cũ (trước công nguyên khoảng 7.000
năm), mới tiến hoá thành loài người ngày nay (Homosapiense), thời gian khoảng 1 triệu năm.
Trong thời gian đó, loài người sinh sống dựa vào săn bắt và hái lượm, sau đó mới bước vào thời
- Nghiên cứu sự trao đổi năng lượng mặt trời trên đồng ruộng, cơ bản nhất là nghiên cứu
về cân bằng bức xạ và cân bằng lượng nhiệt.
- Cân bằng bức xạ là tổng bức xạ năng lượng mặt trời, không khí và mặt đất, có nghĩa là
nhiệt năng thuần mà mặt đất đồng ruộng thu được, cũng gọi là bức xạ thuần.
- Sự biến đổi năng lượng mặt trời chủ yếu với hình thức nhiệt, cho nên cũng dùng thuật
ngữ cân bằng lượng nhiệt làm từ đồng nghĩa của thuật ngữ cân bằng năng lượng.
*Công thức cân bằng nhiệt lượng đồng ruộng:
- Hình thái của năng lượng mặt trời tuy có biến đổi, nhưng theo định luật bảo toàn năng
lượng thì không mất đi. Vậy công thức cân bằng lượng nhiệt như sau:
R + H + IE = 0 (2.1)
10
Trong đó: R: Bức xạ thuần; H: Cảm nhiệt; I: Tiềm nhiệt bốc hơi; E: Lượng bốc hơi trên
đơn vị diện tích, đơn vị thời gian.
Nếu xét đến những biến đổi trong thời gian tương đối ngắn, trên đồng ruộng, thì công thức trên
có thể đổi thành:
R + H + IE + B + P = 0 (2.2)
Trong đó: B là nhiệt tồn trữ trong đồng ruộng, dùng vào sự lên xuống độ nhiệt đất và độ
nhiệt thân thực vật; P là nhiệt tồn trữ ở hóa năng của quang hợp. Trị số của chúng rất nhỏ so với
các số hạng khác, hầu như có thể bỏ qua.
- Bức xạ thuần: có thể biểu thị bằng công thức sau đây:
R = (1 - a) (Q + q) + S (2.3)
a là suất phản xạ của đồng ruộng
Q và q là bức xạ mặt trời chia ra trực tiếp và tán loạn
S là bức xạ hữu hiệu sóng dài, là tổng của bức xạ sóng dài từ mặt đất ra
và từ không khí đến.
Dấu của các số hạng trong các công thức từ (1) đến (3) lấy chiều chiếu vào mặt đất là
dương, chiều phản xạ là âm.
2.2.2. Cân bằng nước ở hệ sinh thái đồng ruộng
- Công thức đó như sau (Buduko, 1956):
r + E + fw + m = 0 (2.4)
kết trong đất có hình dạng khác nhau tuỳ theo loại đất: dạng phiến, dạng trụ, dạng hòn, dạng cầu
và các biến thể của chúng.
2.3.2. Nước trong đất
- Nước trong đất dạng lỏng có thể gọi là dung dịch đất, vì nó chứa các chất hoà tan gồm
nhiều loại chất vô cơ và chất hữu cơ.
- Căn cứ vào lực liên kết của nước trong đất với hạt đất, có thể chia: nước liên kết chặt
với hợp chất khoáng, nước hút ẩm, nước làm nhão, nước mao quản và nước trọng lực.
- Hệ số hút ẩm: Nước hút từ không khí ẩm vào khi rải mỏng đất ra.
- Hệ số khô héo (độ ẩm cây héo): Lượng nước trong đất làm cho thực vật bắt đầu héo gọi
là hệ số khô héo ban đầu, lượng nước mà sau khi héo không thể phục hồi lại nguyên trạng gọi là
hệ số khô héo vĩnh cửu.
- Ðương lượng nước: Cho đất bão hoà nước, đưa vào máy ly tâm tương đương với 1000
lần trọng lực, nước còn lại trong đất là đương lượng nước, gần tương đương với nước mao quản.
- Lượng giữ nước đồng ruộng: Nước mưa và nước tưới trở thành nước trọng lực di động
xuống dưới, sau đó đi lên nhờ tác dụng mao quản, khi loại nước này hầu như ngừng di động,
lượng nước của tầng đất mặt, gọi là lượng chứa nước đồng ruộng.
2.3.3. Không khí trong đất
- Thành phần không khí trong đất cũng giống như khí trời, gồm ôxi, nitơ, cacbonic và
các khí hiếm khác. Ðiểm khác nhau chủ yếu giữa không khí trong đất và không khí trong khí
quyển là hàm lượng CO
2
.
- Trong không khí thông thường, hàm lượng CO
2
khoảng 0,33% còn trong không khí
tầng đất mặt thường là 0,2 - 1%.
- Trong ruộng nước, có thể không khí hoà tan vào nước mặt ruộng rồi khuếch tán vào
đất. Trong đất, oxi được tiêu dùng, sinh ra CO
2
, H
- Khi so sánh sản xuất vật chất của một phiến lá với một cá thể, chủ yếu phải xét trong
quang hợp, do phương thức xếp đặt phiến lá khác nhau nên mỗi phiến lá nhận được cường độ
chiếu sáng sẽ khác nhau, nên cường độ quang hợp cũng khác nhau.
- Sự xếp đặt của lá, hình thái của tán cây có sự khác nhau giữa các loài thực vật, điều đó
hết sức quan trọng đối với sự tìm hiểu quang hợp của cá thể và quần thể.
2.5.2. Phương pháp đo cấu trúc hình học quần thể cây trồng
- Phương pháp đo bằng thước đo độ nghiêng lá: tiến hành cắt theo độ cao nhất định,
dùng thước đo độ nghiêng lá để đo góc thiên đỉnh của pháp tuyến của mỗi phiến lá (thực tế là
bằng góc tạo thành bởi mặt lá và mặt nằm ngang)
- Phương pháp hình chiếu (còn gọi là phương pháp quỹ tích):Ðo diện tích lá bắt đầu từ
phần chân lá, cứ 10cm đo một lần, dùng phương pháp hình học để đo diện tích của lá. Cách làm
sau đó giống như trường hợp dùng thước đo độ nghiêng đã nói ở trên.
- Phương pháp điểm mẫu:Dùng chiếc kim nhỏ dài, cắm vào quần thể theo độ góc nhất
định, ghi chép số lượng tầng lá mà mũi kim cắm được, chia cho khoang cách mà kim cắm vào, sẽ
tìm thấy được tần độ tiếp xúc
- Trạng thái thực tế của cấu trúc quần thể cây trồng
Ở thời kỳ đầu sinh trưởng, phân bố mật độ diện tích lá rõ ràng là chịu ảnh hưởng của
cách xử lý mật độ, đến thời kỳ sau, đặc biệt là đại mạch, ảnh hưởng của các cách xử lý khác nhau
càng không rõ rệt, hầu như không có khác biệt.
Hàm số sắp xếp của lá có quan hệ với góc nghiêng, góc phương vị của lá, vì thời kỳ sinh
trưởng phát triển có biến đổi rất lớn, nhưng không thấy ảnh hưởng của cách xử lý mật độ đối với
nó. Ðiều đó có nghĩa là hàm số sắp xếp của lá là đặc tính cố hữu của loài hoặc giống, khó có thể
cải thiện qua phương pháp trồng trọt.
Cấu trúc tầng lá của một số cây trồng thay đổi trong ngày rõ ràng.
2.6. Quang hợp của quần thể cây trồng
- Mô hình quang hợp của quần thể cây trồng
- Mô hình ánh sáng: mô hình toán học quang hợp của quần thể thực vật cho đến nay,
13
việc nghiên cứu sinh thái sản xuất vật chất của quần thể thực vật lấy quang hợp của quần thể làm
trung tâm, đã có những phát triển rất lớn.
- Cỏ dại đồng ruộng vì thế có thể hiểu là loài tự sinh trên đất đồng ruộng như ruộng
nước, đất cạn, bờ ruộng và đất lân cận ngoài cây trồng, có nguy hại trực tiếp hoặc gián tiếp đối
với cây trồng.
- Quần thể cỏ dại trong đồng ruộng là một giai đoạn của diễn thế.
- Loài và loại hình cỏ dại đồng ruộng: Phạm Hoàng Hổ (1993) mô tả 10.500 loài cỏ dại ở
Việt Nam bao gồm các loài cỏ dại ở trên cạn và dưới nước.
2.7.2. Sự cạnh tranh giữa cỏ dại và cây trồng
- Cỏ dại cạnh tranh ánh sáng, chất dinh dưỡng, nước với cây trồng đồng thời là nguồn
truyền bệnh và sâu hại cho cây trồng (Trần Ðức Viên, 1998).
- Cỏ dại xuất hiện trên đồng ruộng sẽ che bớt ánh sáng của cây, đồng thời hút một phần
chất dinh dưỡng và nước làm giảm độ phì của đất và ảnh hưởng đến sự sinh trưởng và phát triển
của cây trồng.
- Nhiều loại sâu bệnh hại cây trồng sinh sống và phát triển được trên cỏ dại và nó lấy cỏ
dại làm ký chủ trung gian để từ đó truyền bệnh sang cây trồng.
- Về sự cạnh tranh giữa cây trồng và cỏ dại, người ta còn lấy chất tiết ra của rễ làm môi
14
giới gọi là hướng nghiên cứu từ góc độ tác dụng lẫn nhau về hàng hoá giữa thực vật.
- Người ta cho rằng có hai phương hướng phòng trừ cỏ dại.
+ Một là, nhờ kỹ thuật canh tác làm biến đổi môi trường đồng ruộng, tạo ra điều kiện môi
trường không có lợi cho sự nảy mầm, nở hoa và kết hạt của cỏ dại, do đó mà ức chế sự nhân
giống và đạt hiệu quả phòng trừ cỏ dại. Ðó chính là phương pháp phòng trừ bằng sinh thái.
+ Hai là, là tìm cách trừ tiệt cỏ dại đã phát sinh và đang phát sinh, có thể gọi là phương pháp
diệt trừ cỏ dại. Dù phương pháp nào cũng đều phải nghiên cứu đầy đủ sinh lý và sinh thái của cỏ dại,
lý tưởng nhất là lợi dụng quan hệ cạnh tranh giữa cây trồng và cỏ dại để tiến hành phòng trừ.
2.7.3. Cạnh tranh giữa cây trồng với cây trồng
- Kiểu cạnh tranh khác loài và cùng loài cây trồng xảy ra rất phổ biến trên ruộng trồng
xen, trồng gối, ruộng trồng một loài cây trồng.
- Cạnh tranh cùng loài là một nhân tố quan trọng để tạo dáng đứng của cây và mật độ cây
trồng. Ðể tăng năng suất và hạn chế sự cạnh tranh cùng loài, các giống cây trồng được tạo ra có
lá tạo với thân thành góc nhỏ.
trường của cây trồng quyết định.
- Năng suất sinh học lớn nhất một ngày của các cây trồng khác nhau, 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.
2.8.4. Năng suất và sản lượng sinh học
- Cây trồng lấy hạt và cây trồng lấy thân lá, có cấu trúc quyết định sản lượng rất không
giống nhau.
- 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.
2.8.5. Tính khu vực của năng suất
- 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
] (2.8)
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 (2.8) tìm được bằng phương trình bậc
2, có nghĩa là có tồn tại độ nhiệt tối thích.
- Hiện nay, một số người làm công tác khí tượng nông nghiệp khi nghiên cứu tiểu khí
hậu đồng ruộng đã sử dụng các phương pháp đó.
C. TÀI LIỆU HỌC TẬP
1. Trần Đức Viên, Phạm Văn Phê, Ngô Thế Ân (2004), Sinh thái học nông nghiệp, NXB Đại học
Sư phạm, Hà Nội.
2. Cao Liêm, Phạm Văn Phê, Nguyễn Thị Lan (1998), Sinh thái học nông nghiệp, NXB Nông
nghiệp, Hà Nội.
D. CÂU HỎI, BÀI TẬP, NỘI DUNG ÔN TẬP VÀ THẢO LUẬN CỦA CHƯƠNG
*) Câu hỏi ôn tập:
1. Sự khác biệt cơ bản giữa hệ sinh thái đồng ruộng với các hệ sinh thái tự nhiên khác?
+ Phân tích được các đặc điểm của sản xuất nông nghiệp
+ Hiểu được mô hình sinh thái và các loại mô hình sinh thái
+ Phân tích nội dung và nguyên lí điều khiển hoạt động của hệ sinh thái nông nghiệp
- Kỹ năng:
Vận dụng được các kiến thức sinh thái học vào điều khiển hoạt động của hệ sinh thái
nông nghiệp
- Thái độ:
Có thái độ học tập nghiêm túc, tích cực tìm hiểu tài liệu, trao đổi thảo luận
B) NỘI DUNG:
3.1. Sơ lược về quá trình tham gia điều khiển hoạt động sản xuất nông nghiệp
3.1.1. Những chặng đường lịch sử của sự phát triển nông nghiệp
a) Giai đoạn thứ nhất - giai đoạn nông nghiệp thủ công
- Giai đoạn này bắt đầu từ khi con người biết làm ruộng cách đây khoảng 14-15 ngàn
năm (vào thời đại đồ đá giữa) cho đến khi phát minh ra máy hơi nước ở thế kỷ 18.
- HSTNN đầu tiên mà con người tạo ra là HST cây cỏ. Lúc đầu, trong HST chỉ có các cây
hoang dại, dần dần phân hóa thành cây trồng và cỏ dại thích ứng với điều kiện được tạo nên ở
nương rẫy. Sau đó HSTNN phát triển dần dần.
b) Giai đoạn thứ 2 - Giai đoạn nông nghiệp cơ giới hóa
- Giai đoạn này được ra đời bắt đầu khi máy hơi nước ra đời đến những năm 70 của thế
kỷ XX. Nông nghiệp có những bước tiến nhảy vọt, lao động sống hòa vào vật tư, công cụ lao
động không ngừng được cải thiện.
- Con người ngày càng tăng cường đầu tư vật tư, kỹ thuật và đổi mới công cụ nên sản
phẩm được tạo ra ngày càng nhiều. Con người đã tiến hành 5 "hóa" trong nông nghiệp: cơ khí
hóa, thủy lợi hóa, hóa học hóa, điện khí hóa và sinh học hóa nông nghiệp
- Trong giai đoạn này con người đã sử dụng quá nhiều năng lượng hóa thạch, tác động
vào thiên nhiên một cách dữ dội và thô bạo đã làm cho thiên nhiên chịu nhiều tổn thất, gây ra
những phản ứng vô hiệu hóa tác động của con người.
c) Giai đoạn thứ 3- Giai đoạn làm nông nghiệp trên cơ sở khoa học
- Giai đoạn này, con người sản xuất nông nghiệp phù hợp với các quy luật khách quan
của tự nhiên, của các HSTNN, làm nông nghiệp chủ yếu và phổ biến dựa vào trí tuệ điều khiển
- Cách hiểu này đúng nhưng hơi hẹp, mới chỉ dừng trên biện pháp, mà vấn đề còn là phải
hiểu quy luật sinh học. Nhiều người còn coi sinh học nông nghiệp là đối lập với công nghiệp
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.
- Một số nhà khoa học chủ yếu là các nhà khoa học Pháp cho rằng, con người đã huỷ hoại
thiên nhiên quá nhiều nên để giữ gìn thiên nhiên chỉ nên sử dụng biện pháp nhẹ nhàng tác động
vào tự nhiên, không nên khai thác thiên nhiên quá nhiều mà nên quay về sản xuất nhỏ, kiểu tiểu
nông, Đây là quan niệm phiến diện vì sản xuất nông nghiệp phải tiến lên sản xuất lớn.
c) Cách mạng xanh trong nông nghiệp
- Thời kỳ hưng thịnh của cuộc cách mạnh xanh là vào những năm 69 và đầu những năm
70 của thế kỷ XX. Nó bắt đầu ở Mehico với việc tạo ra giống lúa mì thấp cây, năng suất cao. Rồi
ở Viện lúa quốc tế (IRRI), ở Ấn Độ , đã tạo ra được các giống cây trồng có tiềm năng năng suất
cao. Các giống này đòi hỏi thâm canh cao: nhiều phân bón hoá học, nhiều thuốc phòng trừ sâu
bệnh, tưới tiêu chủ động,
- Định nghĩa: Cách mạng xanh = Giống năng suất cao + phân hoá học + thuỷ lợi.
19
- Cách mạng xanh đã tạo ra bước chuyển biến rất mạnh trong nông nghiệp, đặc biệt ở các
nước đang phát triển. Nó giải quyết một phần lương thực, thực phẩm, giải quyết công ăn việc
làm cho lực lượng lao động dư thừa ở các nước này.
- Thành tựu của cuộc cách mạng xanh là rất lớn, nhưng bên cạnh đó cũng vẫn còn những
hạn chế phải vượt qua.
+ Những nước đang phát triển khó khăn trong việc đầu tư vật tư và năng lượng cho nông
nghiệp. Vì vậy, thành tựu cách mạng xanh bị hạn chế và các nước này phải phụ thuộc vào vật tư
nông nghiệp (phân bón, thuốc bảo vệ thực vật), vốn nước ngoài.
+ Ở những quốc gia chưa có hệ thống thuỷ lợi phát triển, tưới nước khó khăn thì cách
mạng xanh cũng không phát huy được hiệu quả.
+ Trong cách mạng xanh, việc loại trừ dẫn các giống địa phương, giống cổ truyền đã làm
nghèo dần quỹ gen giống cây trồng.
+ Thành quả của cuộc cách mạng xanh còn phụ thuộc vào mức tăng dân số trên thế giới.
Người ta dự đoan rằng trong vòng 20 năm tới mức tăng dân số vẫn vượt mức gia tăng lương
khoa học là cô lập và phân tích các thành phần nhỏ của sự vật để nghiên cứu chúng; phương
pháp mô hình hoá là nghiên cứu hệ thống như một tổng thể. Mô hình giúp cho các nhà khoa học
hiểu biết, đánh giá và tối ưu hoá hệ thống.
- 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 lí nguồn lợi tự nhiên.
- Mục đích khác nữa của mô hình là giúp ta chọn quyết định tốt nhất về quản lí hệ thống,
giúp chọn phương án tốt nhất để điều khiển hệ thống.
- 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 HST 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 HST, các mô hình này ít tác dụng.
+ 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.
3.2.2. Cách xây dựng mô hình
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.
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.
b) Mô hình thống kê dựa vào kiến thức sinh lí
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.
+ Tạo diện tích lá
+ Quang hợp
+ Phân phối sản phẩm quang hợp
c) Mô hình động của quá trình tạo năng suất
- Tạo năng suất cây trồng gồm 3 quá trình sinh lí 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 lí
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 lí, gồm các quá trình quang hợp, hô hấp và thoát hơi nước;
22
+ 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.
3.2.4. Mô hình của HSTNN
- Hiện nay chưa có mô hình hoàn chỉnh nào của HSTNN 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
- Dựa vào sự hoạt động của HSTNN 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 HSTNN. Mô hình này
gồm 4 khối.
+ Hệ sinh thái đồng ruộng;
- Điều khiển giống: thực chất là điều khiển các đặc điểm di truyền của giống. Đây là
nhiệm vụ rất nặng nề của các nhà tạo giống. Các giống đã được đưa vào sản xuất có năng suất
cao thì thường chống chịu kém và ngược lại giống chống chịu tốt thì có năng suất thấp.
- Điều khiển phát triển cá thể bằng cách sử dụng các biện pháp khoa học kỹ thuật thích hợp
như bón phân, tưới nước, để tạo ra số bông cần thiết trên một đơn vị diện tích, tạo ra số hạt cần
thiết/ bông và trọng lượng hạt và khả năng chống chịu của cây trồng với loại sâu bệnh nào đó.
- Điều khiển đời sống quần thể của sinh vật sản xuất, thực chất là tạo ra một cơ cấu cây
trồng thích hợp như cơ cấu giống, mật độ phân bố trong không gian.
* Điều khiển các điều kiện sống của sinh vật sản xuất
Điều khiển môi trường sống của sinh vật sản xuất là các hoạt động tác động vào các yếu
tố môi trường nhằm tạo điều kiện thuận lợi cho sinh vật sản xuất sinh trưởng, phát triển, như làm
đất, bón phân, tưới nước,
* Điều khiển hệ sinh thái
- Đối tượng của sự điều khiển hệ sinh thái chính là các mối quan hệ giữa các sinh vật với
nhau và giữa các sinh vật với môi trường, trước hết là quan hệ dinh dưỡng.
- Mục tiêu của điều khiển là làm sao cho năng suất cao nhất. Chúng ta phải hiểu rằng
năng suất chính là phần dư ra trong chu chuyển vật chất của hệ sinh thái.
c) Nguyên tắc điều khiển
- Phải có mục tiêu rõ ràng và mục tiêu này không được thoát lý khỏi thực tế.
- Phải biết phân giai đoạn, phải biết tính bước đi cụ thể trên cơ sở mục tiêu năng suất. Ví
dụ, với lúa thường được phân ra làm 3 giai đoạn
+ Giai đoạn đạt số cây tối đa/ đơn vị diện tích.
+ Giai đoạn đạt số bông tối ưu/ đơn vị diện tích.
+ Giai đoạn số hạt và trọng lượng hạt tối ưu/ bông.
3.3.2. Điều khiển thành phần sinh vật của các hệ sinh thái đồng ruộng
- Phân vùng sinh thái cây trồng
- Bố trí hệ thống cây trồng
- Đấu tranh sinh học sâu bệnh
- Điều khiển đặc điểm di truyền
a) Phân vùng sinh thái cây trồng
- Các yêu cầu về mặt kinh tế của hệ thống cây trồng bao gồm:
+ Bảo đảm sản lượng cao và tỷ lệ sản phẩm hàng hoá cao.
+ Bảo đảm đầu tư lao động và vật tư có hiệu quả kinh tế cao.
- Muốn sử dụng hợp lý các điều kiện tự nhiên của một vùng sinh thái, phải phân vùng sinh
thái để lựa chọn 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, hiệu quả kinh tế cao nhất.
- Nguyên tắc có thể áp dụng trong khi 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 thể hiện bằng
tổng số nhiệt độ. Mỗi loài cây trồng có yêu cầu nhất định về tổng số nhiệt độ tuỳ theo thời gian
sinh trưởng và sự phản ứng với nhiệt độ của nó. Có thể dựa vào tổng số nhiệt độ để sắp xếp các
công thức cây trồng của từng vùng.
+ Hệ thống cây trồng phải sử dụng tốt nhất nguồn lợi bức xạ. Năng suất cây trồng thường
tương quan với lượng bức xạ vào thời kỳ cuối của sinh trưởng. Mặt khác, lượng bức xạ phân bố
không đều trong năm. Vì vậy cần bố trí cây trồng sao cho thời kỳ ra hoa và chín trùng với thời
gian 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 kỳ mưa.
25
Copyright: Tài liệu đại học ©