CHƯƠNG 3 :   HỆ SINH THÁI NÔNG NGHIỆP

1. KHÁI NIỆM HỆ SINH THÁI NÔNG NGHIỆP

2. ĐẶC ĐIỂM CỦA HỆ SINH THÁI NÔNG NGHIỆP

3. TỔ CHỨC CỦA HỆ SINH THÁI NÔNG NGHIỆP

4. HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ SINH THÁI NÔNG NGHIỆP

5. NỀN NÔNG NGHIỆP SINH THÁI

- Ðịnh nghĩa : Hệ sinh thái nông nghiệp là hệ sinh thái do con người tạo ra và duy trì trên cơ sở các quy luật khách quan của hệ sinh thái (HST), là các đơn vị sản xuất nông nghiệp, là các HST nhân tạo do lao động của con người tạo ra .

            Ví dụ : Nông trường, hợp tác xã, nông trại hoặc làng, xóm ... .

- HSTNN là đối tượng hoạt động nông nghiệp nhằm sản xuất lương thực, thực phẩm .

- HSTNN nằm trong HST tự nhiên .

- Cần có kiến thức liên quan nông học, sinh thái học để hiểu biết HSTNN . Vì nắm được các yếu tố sinh thái  -> quy hoạch các vùng sinh thái nông nghiệp .

            HSTNN là hệ quả của sự cải tạo, biến đổi các HST tự nhiên của con người . Vì vậy giữa HSTNN và các HST tự nhiên khó phân biệt ranh giới một cách rõ ràng . Ðể phân biệt thường dựa chủ yếu vào mức độ can thiệp của người .

            Hơn nữa, hiện nay con người cũng đã và đang can thiệp vào HST tự nhiên như rừng, đồng cỏ, ao hồ để nhằm tăng năng suất của chúng .

            Tuy vậy giữa các HST tự nhiên và các HSTNN vẫn có những khác biệt cơ bản .

·        Cacï HST tự nhiên có mục đích chủ yếu kéo dài sự sống của các loài . Trái lại các HSTNN chủ yếu cung cấp cho con người các sản phẩm của cây trồng vật nuôi, sự sống của sinh vật trong HSTNN bị quy định bởi con người . Vì vậy vật chất và năng lượng có sự khác nhau : HST tự nhiên có sự trả lại hầu như hoàn toàn khối lượng chất hữu cơ và chất khoáng trong sinh khối của các vật sống cho đất, chu trình vật chất khép kín . Ở các HSTNN, vật chất bị lấy đi khỏi HST để cung cấp cho con người, vì vậy chu trình vật chất hở .

·        Các HST tự nhiên có sự tự phục hồi lớn, có quá trình phát triển lịch sử . Trái lại HSTNN là các HST thứ cấp do con người phục hồi, khi con người biết nuôi trồng mới có HSTNN .

·        HST tự nhiên thường đa dạng và phức tạp về thành phần loài thực vật và động vật, còn các HSTNN thường có số lượng loài cây trồng, vật nuôi rất đơn giản . HSTNN ứng với giai đoạn đầu của quá trình diễn thể của HST, là HST trẻ cho năng suất cao nhưng lại không ổn định, dễ bị thiên tai hay sâu bệnh phá hoại . Ðể tăng sự ổn định của HSTNN, con người phải đầu tư thêm lao động để buộc chúng . (Tuấn, 1984) và (Hòa, 1996) .

            Hệ sinh thái nông nghiệp là đơn vị sản xuất nông nghiệp, là một bộ phận của sinh quyển, là một hệ thống nên HSTNN có các mức tổ chức . Trong sinh quyển phân ra loại hệ sinh thái chủ yếu :

·        HST tự nhiên như : rừng, đồng cỏ, sông hồ, biển ... .

·        HST đô thị bao gồm các thành phố lớn và các khu công nghiệp .

·        HST nông nghiệp .

                        (Hình : Sơ đồ HSTNN - Khoa, 1999)

Giữa 3 loại HST trên có một sự trao đổi năng lượng và vật chất nhất định .

Theo Bouwman (1988) diện tích trái đất khoảng 510 x 106 Km2 trong đó phần diện tích lục địa chiếm khoảng 149 x 106 Km2 và phần đại dương chiếm khoảng 361 x 106 Km2 : phần diện tích lục địa có thể chia thành 15 loại HST (Bảng  Diện tích đất toàn cầu đã sử dụng đất) .

Cũng theo Bouwman thì tổng diện tích đất có tiềm năng sản xuất nông nghiệp của thế giới khoảng 3.200 triệu ha, 46% trong số này (1.475 triệu ha) đang canh tác . Diện tích đất canh tác trong suốt thời kỳ 1970 - 1990 chỉ tăng 4,8%; thế nhưng diện tích đất canh tác trên đầu người giảm từ chỉ số trung bình thế giới là 0,38 ha/năm (1970) xuống còn 0,28 ha/năm (1990) mà chủ yếu là do tăng trưởng dân số và mất đất nông nghiệp .(Khoa, 1999) .

HSTNN cũng có tổ chức bên trong của nó, có thể chia ra các HST phụ sau :

-         Ðồng ruộng cây hàng năm (lúa, cây công nghiệp ngắn ngày : mía, đay, bố ...) .

-         Vườn cây lâu năm .

-         Ðồng cỏ chăn nuôi .

-         Ao nuôi thủy sản .

-         Khu vực dân cư .

Trong các HST phụ, HST đồng ruộng cây hàng năm chiếm diện tích rất  lớn . HST cây lâu năm về thực chất không khác mấy so với HST rừng . HST đồng cỏ về tính chất gần giống các HST tự nhiên . HST ao hồ là nội dung nghiên cứu chủ yếu của nghề nuôi cá, dính đến HST nước ngọt .

1.      Sự trao đổi chất và năng lượng trong HSTNN

Giống như tất cả các HST khác, HSTNN là một hệ thống chức năng, hoạt động theo những quy luật nhất định, có sự trao đổi vật chất và năng lượng từ ngoài .

- Ruộng cây trồng trao đổi năng lượng với khí quyển bằng cách nhận năng lượng bức xạ của mặt trời, thông qua quá trình quang hợp của lá xanh, tổng hợp nên chất hữu cơ . Ðồng thời cây trồng có sự trao đổi CO2 với khí quyển, nước với khí quyển và đất,  đạm và các chất khoáng với đất . Trong các sản phẩm của cây trồng (lúa, màu, thức ăn gia súc) có tích lũy năng lượng, protêin và các chất khoáng . Tất cả những sản phẩm đó là năng suất sơ cấp của HST .

- Năng lượng và vật chất trong lương thực thực phẩm được cung cấp cho khối dân cư để làm thức ăn cho người . Ðồng thời, con người qua lao động cũng trả về cây trồng phân bón, cung cấp năng lượng cho ruộng cây trồng .

            Một phần sản phẩm cây trồng dư được cung cấp cho các trại chăn nuôi và vật nuôi trong gia đình . Vật nuôi chế biến năng lượng và vật chất của cây trồng thành các sản phẩm chăn nuôi, đó chính là năng suất thứ cấp của HST . Các chất bài tiết của vật nuôi được trả về cho đồng ruộng qua dạng phân bón . Các vật nuôi lớn như trâu, bò cũng cung cấp một phần năng lượng cho đồng ruộng qua cày kéo .

- Giữa người và gia súc cũng có sự trao đổi năng lượng và vật chất thông qua sự cung cấp sản phẩm chăn nuôi làm thức ăn cho người và việc sử dụng lao động vào chăn nuôi .

            Thực chất sự trao đổi chất và năng lượng nói trên nằm trong 2 quá trình chính : quá trình tạo năng suất sơ cấp (sản phẩm trồng trọt) của ruộng cây trồng và quá trình tạo năng suất thứ cấp (sản phẩm chăn nuôi) của khối chăn nuôi .

Giữa HSTNN và các HST khác có sự trao đổi . HSTNN cung cấp lương thực thực phẩm cho HST đô thị, ngược lại HST đô thị cung cấp vật tư cho HSTNN (điện, máy móc, thuốc trừ sâu ...) . Thực chất đây là sự trao đổi giữa nông thôn với thành thị, giữa nông nghiệp với công nghiệp .

HSTNN trao đổi chất và năng lượng với HST tự nhiên như : lúa gạo bị côn trùng, chuột bọ phá hại hay sự xâm nhập của vật lạ, khai thác nông nghiệp, săn bắt thú hoang hoặc vật nuôi thoát ra ngoài thành thú hoang .

Như vậy năng suất của HSTNN phụ thuộc vài 2 nguồn năng lượng chính :

-         Năng lượng do bức xạ của mặt trời cung cấp .

-         Năng lượng do công nghiệp cung cấp .

2.      Các mối quan hệ sinh học trong HSTNN

·        Trong HSTNN, quần thể sinh vật có nhiều đặc điểm khác trong các HST tự nhiên . HSTNN do con người tổ chức theo ý muốn của mình, do đấy một số thuộc tính của quần thể sinh vật được con người điều chỉnh . Quần thể cây trồng là quần thể chủ đạo của HST đồng ruộng, có những đặc điểm chủ yếu sau :

- Mật độ của quần thể (QT) do con người quy định trước, từ lúc gieo trồng

- Sự sinh sản, tử vong và phát tán không xảy ra một cách tự phát mà chịu sự điều khiển của con người .

- Ðộ tuổi của quần thể cũng đồng đều vì có sự tác động của con người .

            Ngoài ra trong các QT của HSTNN cũng có một số loài QT gần giống với các QT tự nhiên như cỏ dại, côn trùng trong các ruộng cây trồng ... . Những QT này cũng chịu tác động thay đổi của con người nhưng ít hơn QT cây trồng .

            QT một loài là dạng phổ biến nhất trong ruộng cây trồng .

·        Sự cạnh tranh

Có 2 loại cạnh tranh : cạnh tranh cùng loài và cạnh tranh khác loài . Cạnh tranh trong loài là một nhân tố quan trọng trong các QT, khiến các QT này tự điều chỉnh để tránh sự quá đông . Trong HSTNN, vấn đề cạnh tranh trong loài được đặt ra ở các ruộng trồng một loại cây (cạnh tranh ánh sáng) . Trong trồng trọt, để tránh sự cạnh tranh, cây lương thực thường có dạng thẳng (nhận ánh sáng nhiều, có thể đứng sát nhau) . Hay sự cạnh tranh giữa lúa - cỏ dại (loại bỏ cỏ bằng cơ giới, hóa chất, tay) .

Trong chăn nuôi phải giảm cạnh tranh với những vật lạ .

·        Sự ký sinh và ăn thịt : là biểu hiện của quan hệ tiêu cực giữa các vật sống. Lợi dụng tính chất này  -> đấu tranh sinh học giữa vật chủ và vật ký sinh giúp cả 2 tồn tại . Như vậy khi đưa vật lạ vào, HSTNN xảy ra 2 khả năng : hoặc phát triển mạnh hoặc bị phá hoại . Ở những loài mới, chưa có lịch sử đấu tranh gây hại .

·        Sự cộng sinh và các mối quan hệ giữa các loài : những yếu tố này được con người phát triển mạnh .

Giữa các loài còn có mối quan hệ tích cực, như sống hợp tác và giúp ích lẫn nhau . Phổ biến nhất là sự cộng sinh giữa sinh vật tự dưỡng và sinh vật dị dưỡng như cộng sinh giữa cây bộ Ðậu với vi chuẩn cố định đạm .

Trong HSTNN, hiện tượng cộng sinh biểu hiện rõ nhất ở sự cố định đạm và ở rễ nấm (giống hút chất khoáng của đất, nhất là ở đất cằn cỗi) .

3.  Sự phát triển của hệ sinh thái nông nghiệp (diễn thế)

Hệ sinh thái nông nghiệp ứng với giai đoạn trẻ của diễn thế sinh thái .

+ Về mặt năng lượng, các hệ sinh thái trẻ thường có năng suất cao, sinh khối nhỏ . Trái lại, các HST già có sinh khối cao .

Chuỗi thức ăn ở các HST trẻ thẳng và có kiểu của đồng cỏ : thực vật, động vật ăn cỏ, động vật ăn thịt .

+ Về mặt cấu trúc : HST trẻ ít đa dạng về loài, ít có các tầng trong không gian . Vật sống ở các HST trẻ thường không khép kín, tốc độ trao đổi chất giữa sinh vật với môi trường cao . Tốc độ sinh trưởng và sinh sản của các loài cỏ ở các HST trẻ thường nhanh, năng suất chủ yếu do năng số lượng quyết định .

Con người khai thác nông nghiệp để giữ năng suất, vì vậy giữ HSTNN ở giai đoạn trẻ . Các HSTNN do đấy không ổn định, dễ bị thiên tai và sâu bệnh phá hoại . Muốn tăng năng suất và tăng tính ổn định, con người phải đầu tư ngày càng nhiều năng lượng hóa thạch vào các HSTNN . Trong hoạt động của mình, con người có những cố gắng làm già một số quá trình của HST nhằm nâng cao tính ổn định của chúng :

- Ðộc canh thay bằng luân canh làm cho HSTNN thêm phong phú, mặc dù sự phong phú đó là trong thời gian, không trong không gian . Hoặc trồng xen, trồng gối vụ cũng có tác dụng tương tự .

- Dùng phân hữu cơ, kết hợp trồng trọt chăn nuôi, tăng sự quay vòng chất hữu cơ có tác dụng làm tăng thêm kiểu chuỗi thức ăn dựa vào phế liệu .

- Sử dụng mối quan hệ sinh học trong QT để nâng cao năng suất và tăng tính ổn định của các HST . HST tự nhiên có khuynh hướng kéo HSTNN về HST tự nhiên : lơ là trong canh tác thì sâu bệnh phát triển, sự đa dạng tăng . Tuy nhiên, trong HSTNN thường rất ít loài, khi bị sâu bệnh trở tay không kịp nạn đói .

            Phải có kiến thức sinh thái học trong khai thác nông nghiệp . Vì giữa các loài có mối quan hệ chằng chịt, con người phải tập sống với các loài vì con người cũng là một loài như những sinh vật khác .(Hòa, 1996) (Tuấn, 1984) .

Nền nông nghiệp STH phải tuân thủ các nguyên tắc sau :

-         Không phá hoại môi trường .

-         Ðảm bảo năng suất ổn định .

-         Ðảm bảo khả năng thực thi, không phụ thuộc vào bên ngoài .

-         Ít lệ thuộc vào hàng ngoại nhập .

Bên cạnh việc áp dụng có chọn lọc, cân nhắc những tiến bộ của nền nông nghiệp tiên tiến, cần thiết phải mô phỏng theo kiểu của HST rừng tự nhiên; thực hiện đa dạng sinh học (trồng nhiều loại cây khác nhau, luân canh, xen canh, lai tạo giống mới, trồng theo phương thức nông - lâm kết hợp, bảo tồn và giữ gìn các giống vật khác loài); nuôi dưỡng đất cho đất sống (thường xuyên bón phân hữu cơ, che phủ mặt đất để chống xói món, rữa trôi, tìm biện pháp khử các yếu tố gây hư hại); đảm bảo tái sinh vật chất tạo ra mối quan hệ đúng đắn giữa các thành phần và tác nhân của HSTNN; cấu tạo cây trồng theo cấu trúc nhiều tầng .(Khoa, 1999) .