Chương 6. Sinh thái học và sự phát triển NN

1. Đặt vấn đề

Việc phát triển NN đòi hỏi phải xét đến toàn bộ ngành NN trên quan điểm hệ

thống, nghiên cứu các yếu tố thành phần, sự hoạt động và điều khiển hệ thống này nh

thế nào để đạt năng suất sơ cấp và thứ cấp cao trong một trạng thái ổn định.

Vấn đề mâu thuẫn hiện nay là muốn HSTNN có năng suất cao và ổn định thì

phải có sự đầu t lớn về năng lợng và vật chất, nhng đây là vấn đề rất khó thực hiện,

ít nhất là trong giai đoạn hiện nay, đối với các nớc đang phát triển. Để giải quyết vấn

đề này, cần phải nghiên cứu các hệ sinh thái tự nhiên có năng suất cao nh hệ sinh thái

rừng nhiệt đới nhằm áp dụng một phần những hiểu biết về HST ấy vào sản xuất NN.

Đặc điểm cơ bản của rừng nhiệt đới là:

Sử dụng có hiệu suất cao các nguồn năng lợng và vật chất tự nhiên;

Quay vòng năng lợng và vật chất với hiệu suất cao;

Tạo các mối quan hệ trong nội bộ hệ sinh thái phức tạp để nâng cao tính ổn

định của nó.

Điều khác nhau cơ bản của hệ sinh thái tự nhiên và HSTNN là HSTNN phải

cung cấp cho hệ sinh thái đô thị một số năng lợng ngày càng cao. Để đảm bảo cho

HSTNN đợc ổn định và để bù vào số năng lợng lấy đi, hàng năm con ngời buộc

phải đầu t vào hệ sinh thái này một số năng lợng hoá thạch ngày càng lớn. ở nhiều

nền NN tiên tiến, năng lợng đầu t đã vợt quá năng lợng lấy đi nhiều lần. Điều này

đã làm cho nạn ô nhiễm môi trờng ngày càng thêm trầm trọng.

Việc đầu t năng lợng hoá thạch vào các HSTNN là điều không thể tránh đợc.

Vấn đề là làm thế nào để với một một sự đầu t hợp lí thu đợc một năng suất cao nhất,

bảo vệ và tăng cờng đợc các nguồn lợi, không làm ô nhiễm môi trờng.

Việc sử dụng tốt nhất các nguồn lợi và các mối quan hệ của hệ sinh thái với hiệu

quả đầu t năng lợng hoá thạch cao nhất là mục tiêu của NN sinh thái. Mục tiêu này

nhằm đẩy mạnh sự phát triển của nền NN tiên tiến và bền vững. Muốn xây dựng một

nền NN sinh thái, cần phát triển khoa học sinh thái NN.

NN sinh thái không đồng nghĩa với NN sinh học hay NN hữu cơ. Nông nghiệp

hữu cơ là phơng hớng đang phát triển ở các nớc Tây Âu trong thời gian gần đây.

Theo khuynh hớng, này NN phải trở lại với các biện pháp cổ truyền nh dùng phân

hữu cơ, luân canh, không dùng phân hoá học, thuốc chống sâu bệnh và cỏ dại. NN sinh

thái không loại trừ phân hoá học, thuốc bảo vệ thực vật... mà sử dụng chúng hợp lí và

có hiệu quả cao, tránh ô nhiễm môi trờng.

ở đây cần phải giải quyết một bài toán khó là đạt năng suất cao của các HSTNN

với một lợng đầu t ít nhất. Giải quyết vấn đề này không chỉ do yêu cầu của việc bảo

vệ môi trờng sống, nâng cao chất lợng cuộc sống, xây dựng một sinh quyển bằng sự

thông minh của con ngời nh các nhà Sinh thái học đang tranh đấu, mà còn là do sự

phát triển của các nớc đang phát triển.

2. Sơ lợc quá trình tham gia điều khiển hệ sinh thái trong sản

xuất nông nghiệp

2.1. Những chặng đờng lịch sử của phát triển sản xuất NN

Ngời ta thờng chia lịch sử phát triển sản xuất NN ra làm ba giai đoạn:

109



a) Giai đoạn NN thủ công

Giai đoạn này bắt đầu từ khi con ngời biết làm ruộng và chăn nuôi (cách đây

khoảng 14 - 15 ngàn năm, vào thời đại đồ đá giữa) cho đến khi phát minh ra máy hơi

nớc ở thế kỉ XVII. Đây là thời điểm đánh dấu sự khởi đầu cho cuộc cách mạng khoa

học kĩ thuật trong NN để từ đó có đợc những bớc chuyển nhảy vọt trong phơng

thức sản xuất. ở thời kì này, con ngời tác động vào thiên nhiên chủ yếu là lao động

sống (lao động cơ bắp giản đơn) còn trí tuệ chủ yếu là kinh nghiệm, vật t kĩ thuật và

công cụ lao động rất đơn giản, hầu nh cha có gì. Bởi vậy, sản phẩm NN làm ra cha

đợc nhiều vì con ngời tác động và tự nhiên có hạn. Còn trong thời đại đồ đá cũ (trớc

khi nghề nông ra đời), loài ngời sống chủ yếu bằng săn bắn thú dại và hái lợm sản

phẩm cây dại, hoàn toàn sống bằng sản phẩm của tự nhiên.

Trí tuệ



Con ngời



Vật t, công cụ



Thiên nhiên



Lao động



Việc chuyển từ hái lợm và săn bắn sang trồng trọt và chăn nuôi đợc thực hiện

trớc tiên ở đâu là vấn đề còn tranh luận giữa các nhà khảo cổ học. Trớc đây, ngời ta

vẫn quan niệm rằng các trung tâm phát sinh đầu tiên của NN là vùng Trung và Cận Đông

bao gồm Ai Cập, Palestin, vùng núi Iran và Irắc, phần nam của Trung á. Vào khoảng

thiên niên kỉ thứ V trớc công nguyên, NN xuất hiện ở vùng chân núi Tây á. Có thể quá

trình này cũng đồng thời xảy ra ở ấn Độ và Trung Quốc (M.V.Markov, 1972).

Tuy vậy, gần đây có một thuyết khác cho rằng trớc khi có nền NN gieo hạt

nói trên, đã có một nền NN trồng củ với những cây khoai sọ, khoai nớc, khoại lang,

khoai từ, khoai mài. Nền NN trồng củ này xuất hiện ở Đông Nam á. Theo Gorman

(1969), các bằng chứng khảo cổ ở Thái lan cho rằng có thể NN đã xuất hiện vào

khoảng 7000 - 9000 năm trớc công nguyên. Theo Gorman (1977) thì không có giai

đoạn trồng củ trớc giai đoạn gieo hạt, chỉ có giai đoạn trồng trọt chăm sóc sơ

khai xuất hiện cách đây khoảng 16000 - 14000 năm. Giai đoạn bắt đầu trồng củ ở chân

đồi và trồng lúa ở đầm lầy cách đây 9000 năm. Thực ra, hiện nay cha phát hiện đợc

di chỉ khảo cổ nào có vết tích của củ vì củ rất khó bảo quản. Các di chứng có vết tích

trồng lúa đáng tin nhất cũng chỉ cách đây khoảng 5000 năm (Chang 1975) nhng vẫn

chậm hơn ở Tây á.

Theo Đào Thế Tuấn, NN trồng củ xuất hiện sau NN gieo hạt vì việc trồng

củ đòi hỏi trình độ cao hơn gieo hạt nh trồng lúa rẫy. Việc trồng củ của các dân tộc

quần đảo Polynesia đã đầu t năng lợng gấp 4 lần lớn hơn trồng lúa rẫy ở Thái Lan và

năng suất gấp hơn 3,7 lần.

Vùng Tây á là nơi đầu tiên trồng lúa mì và đại mạch, đã nuôi cừu và dê vào

khoảng 6000 năm trớc công nguyên. Vùng Đông Nam á là nơi đầu tiên trồng lúa

nớc, nuôi lợn và gà vào khoảng 3000 năm trớc công nguyên. Vùng Bắc Trung Mỹ

bắt đầu trồng ngô khoảng 6000 năm trớc công nguyên, trồng đậu cove và bí đỏ

khoảng 3000 năm trớc công nguyên, Nam Mĩ trồng sắn, lạc, khoai tây (Grigg 1974).

HSTNN đầu tiên mà con ngời tạo nên là hệ sinh thái cây cỏ. Lúc đầu, trong hệ

sinh thái chỉ có cây hoang dại, dần dần phân hoá thành cây trồng và cỏ dại thích ứng

với điều kiện đợc tạo nên ở nơng rẫy. Sau đó HSTNN phát triển dần.

110



Sau cách mạng máy hơi nớc, sức ngời dồn vào cải tiến công cụ lao động, vật

t kĩ thuật nhờ công nghiệp cơ khí phát triển, khai thác hoá chất và đầu t năng lợng

cao. Việc đổi mới công cụ lao động và tăng cờng đầu t vào NN đã có ảnh hởng rất

mạnh mẽ đến nền sản xuất NN của con ngời và NN chuyển sang giai đoạn thứ hai.

b) Giai đoạn làm NN với vật t kĩ thuật phát triển và công cụ đợc cải tiến

Giai đoạn này còn đợc gọi là giai đoạn NN cơ giới hoá, nó bắt đầu từ thế kỉ

XVIII đến thập kỉ những năm 70 của thế kỉ XX. Nông nghiệp có những bớc tiến nhảy

vọt, lao động sống hoà vào vật t và công cụ lao động không ngừng đợc cải tiến. Con

ngời ngày càng tăng cờng việc đầu t kĩ thuật và đổi mới công cụ, sản phẩm tạo ra

ngày một nhiều. Con ngời đã tiến hành 5 hoá trong NN: cơ giới hoá, thuỷ lợi hoá,

hoá học hoá, điện khí hoá và sinh học hoá NN.

Trí tuệ



Con ngời



Vật t, công cụ



Thiên nhiên



Lao động



Năm hoá này mang tích chất bộ phận, giải quyết từng khâu về công cụ và vật

t lao động. Vì thế mà con nguời đợc nhân sức mạnh lên nhiều lần. Nhng do con

ngời sử dụng quá nhiều năng lợng đầu t - mà chủ yếu là năng lợng hoá thạch - để

tác động và tự nhiên một cách dữ dội và thô bạo đã làm cho thiên nhiên chịu nhiều tổn

thất, tự nhiên đã có những phản ứng trở lại làm vô hiệu hoá tác động của con ngời và

nhiều khi đã gây lên những hậu quả tai hại mà con ngời phải gánh chịu. Mặt khác, do

con ngời làm ô nhiễm môi trờng sinh sống và sản xuất (đất, nớc, không khí) nên

ngoài thiếu ăn, thiếu mặc, con ngời còn thiếu cả môi trờng trong lành. Những phản

ứng của tự nhiên đã buộc con ngời phải cân nhắc hơn trong mọi hành động c sử hàng

ngày của họ với thiên nhiên.

c) Giai đoạn làm NN trên cơ sở khoa học (Tối u hoá sản xuất, làm NN trên

cơ sở Sinh thái học, trên t tởng hệ thống)

ở giai đoạn này, con ngời sản xuất NN phù hợp với các quy luật khách quan

của tự nhiên, của các HSTNN, làm NN chủ yếu và phổ biến là dựa vào trí tuệ để điều

khiển sự hoạt động hài hoà của các hệ thống sản xuất NN, nhằm xây dựng một nền NN

phát triển bền vững, khoa học kĩ thuật thực sự trở thành lực lợng sản xuất trực tiếp.

Nhờ vậy mà con ngời sẽ thoát khỏi những bế tắc do giai đoạn hai gây ra, mới thắng

đợc những lực cản của tự nhiên. Con ngời tiến hành cơ khí hoá, thuỷ lợi hoá, hoá học

hoá, điện khí hoá và sinh học hoá trên cơ sở trí tuệ để sử dụng công cụ, vật t hợp lí

chứ không để cho công cụ vật t chi phối, trói buộc nh giai đoạn thứ hai.

Trí tuệ



Con ngời



Vật t, công cụ

Lao động



111



Thiên nhiên



ở một số nớc đã xuất hiện giai đoạn thứ ba của lịch sử phát triển NN, nhng

nhìn chung còn cha rõ nét, thực tiễn còn cha phổ biến và mới biểu hiện ở lí thuyết hệ

thống - cấu trúc, ở Sinh thái học NN. Đó là cái mà loài ngời phải hớng tới, nếu nh

không muốn tự thắt cổ mình. Con ngời đang xây dựng và hoàn thiện dần nền NN sinh

thái.

Một số tác giả có các cách chia sự phát triển NN ra các giai đoạn khác nhau.

Theo Markov (1972), yếu tố quyết định sự tiến hoá của HSTNN là công cụ lao động.

Công cụ làm đất đã quyết định kiểu hệ sinh thái đồng ruộng. Căn cứ vào sự tiến bộ của

công cụ làm đất, Markov chia sự phát triển NN ra làm 5 giai đoạn:

Chọc lỗ bỏ hạt, con ngời dùng một cái gậy đầu nhọn để xới (chọc) đất chỗ

gieo hạt (rễ cỏ còn nguyên); cây trồng ở giai đoạn này còn hoang dại, quan

hệ giữa cây trồng giống nh ở đồng cỏ tự nhiên.

Cuốc bằng đá, đồng, rồi đến sắt, đất đợc chọn kĩ hơn, xới tơi hơn, rễ cỏ bị

phá một phần. Bắt đầu xuất hiện cây trồng, có sự chọn lựa nhân tạo. Quan hệ

đồng cỏ bị mất, bắt đầu có quan hệ của ruộng cây trồng.

Cày gỗ, đất đợc xới sâu hơn, tơi hơn, rễ cỏ bị phá nhiều. Một số cây trồng

thực thụ đợc cải tiến, sự chọn lọc nhân tạo mạnh hơn. Quan hệ đồng ruộng

đợc kiến lập.

Cày sắt, làm đất đợc cải tiến hơn tuỳ theo sự cải tiến của cày và các công cụ

làm đất khác. Cây trồng đợc cải tiến hơn nữa, bắt đầu có công tác chọn

giống. Quan hệ đồng ruộng điển hình.

Cày máy, làm đất đạt mức hiện đại. Cây trồng cũng đạt mức hiện đại. Xuất

hiện việc chọn giống hiện đại.

Grigg (1977) cho rằng yếu tố quyết định các kiểu HSTNN là sự thay đổi về kinh

tế, kĩ thuật và dân số. Trớc thế kỉ XVII, dân số thế giới thay đổi chậm, do đó NN cũng

phát triển chậm, sau đấy dân số bắt đầu tăng nhanh ở châu Âu thúc đẩy phát triển NN

ở lục địa này. Trớc năm 1920, tốc độ tăng dân số ở châu Âu và các vùng do ngời

châu Âu di c đến nh Bắc Mỹ, châu úc , Nam Phi và Nam Mĩ cao hơn ở châu á, Phi

và Mĩ La tinh. Sau năm 1920, tốc độ tăng dân số ở các nớc đang phát triển mới vợt

lên vì tỉ lệ chết giảm xuống. Sự phát triển buôn bán trong thế kỉ XIX cũng đẩy mạnh sự

phát triển NN ở các vùng mới di c đến. Cuộc cách mạng công nghiệp bắt đầu ở Anh

và các nớc châu Âu đã dần dần công nghiệp hoá NN ở các nớc Âu, Mĩ: luân canh,

dùng phân hoá học và thuốc phòng chống sâu bệnh, chọn giống trên cơ sở khoa học, cơ

giới hoá...

Để phân loại của các kiểu sản xuất NN mà cũng là phân loại các kiểu HSTNN,

Whittlesy đề nghị dùng 5 tiêu chuẩn, các nhà địa lí chỉ đồng ý 4 tiêu chuẩn sau:





Sự phối hợp giữa cây trồng và gia súc;







Các phơng pháp trồng trọt và chăn nuôi;







Cờng độ dùng lao động, vốn đầu t, tổ chức và sản xuất ra sản phẩm;







Tính chất hàng hoá của sản phẩm.



Grigg (1974), phân biệt các kiểu NN chính sau: (1) Trồng rẫy; (2) Trồng lúa

nớc châu á; (3) Du mục; (4) Nông nghiệp Địa Trung Hải; (5) Kinh doanh tổng hợp



112



Tây Âu và Bắc Mĩ; (6) Sản xuất sữa; (7) Sản xuất kiểu đồn điền; (8) Nuôi gia súc thịt;

(9) Sản xuất hạt quy mô lớn.

2.2. Một số khuynh hớng phát triển sản xuất NN

Trong thời kì giữa giai đoạn hai và giai đoạn ba, trong khoa học kĩ thuật NN đã

xuất hiện một số khái niệm, một số khuynh hớng sau:

a) Công nghiệp hoá NN

Những ngời ủng hộ khuynh hớng này muốn cho sản xuất NN có đợc cách tổ

chức quản lí sản xuất nh trong công nghiệp, nh chuyên môn hoá lao động, sản xuất

theo dây chuyền, chuyên canh... Đây là một cách hiểu tích cực, nhng vận dụng quy

trình công nghiệp để dập khuân vào NN là máy móc, vì đối tợng của sản xuất NN là

sinh vật, của công nghiệp là vật không sống nên không thể dùng chung một biện pháp.

Cách hiểu thứ hai cho rằng, phải dùng nhiều sản phẩm công nghiệp cho NN,

cách hiểu này nhìn chung là đúng, nhng phải có điều kiện kèm theo, vì vật t kĩ thuật

có nguồn gốc công nghiệp đa vào NN quá mức đã gây nên hậu quả ô nhiễm môi

trờng nhiều khi con ngời không kiểm soát nổi, gây bế tắc cho sản xuất.

Những ngời theo chủ nghĩa lạc quan đã cho rằng đến một lúc nào đó có thể

dùng phơng pháp công nghiệp để sản xuất ra các sản phẩm NN, dùng nhà máy tổng

hợp ra tinh bột, thịt, sữa... Đa số các nhà khoa học cho rằng đây chỉ là những ớc vọng

viển vông.

Nhìn chung, cả ba quan niệm đề cập ở trên đều có những điểm tiêu cực đối với

môi trờng và sức khoẻ con ngời nh sau:

Coi thờng bản tính sinh học của thế giới sinh vật, không chú ý đến các quy

luật sống bình thờng của chúng, coi cây trồng và vật nuôi nh những cái

máy sản xất ra nông sản, thịt, trứng sữa

Coi thờng hoạt động sinh học của đất, bón quá nhiều phân hoá học để tăng

nhanh năng suất, làm đất chai cứng; dùng công cụ máy móc nặng để làm đất

làm đất mất cấu tợng, cản trở hoạt động của rễ cây và vi sinh vật.

Sự tràn ngập hoá chất trong NN dẫn đến hiện tợng xuống cấp chất lợng

nông sản, thậm chí có hại cho sức khoẻ của con ngời.

b) Sinh học hoá NN

Khuynh hớng này về cơ bản là dựa trên cơ sở các quy luật sinh học để tổ chức

sản xuất và giải quyết các nhiệm vụ của sản xuất NN, đồng thời dùng nhiều biện pháp

sinh học để tác động vào NN nh tạo giống mới, dùng sinh vật có ích, dùng nhiều phân

hữu cơ. Cách hiểu này đúng nhng hơi hẹp, mới chỉ dừng trên biện pháp, mà vấn đề là

còn phải hiểu quy luật sinh học, t tởng sinh học. Nhiều ngời còn lấy sinh học NN

đối lập với công nghiệp hoá NN nh đối lập phân vô cơ với phân hữu cơ, giữa biện

pháp sinh học với biện pháp hoá học trong bảo vệ thực vật. Hiểu nh vậy là cực đoan

mà vấn đề là phải phối hợp chúng một cách hài hoà, sử dụng hợp lí các nguồn lợi tự

nhiên, bảo vệ môi trờng.

c) Cách mạng xanh NN

Thời kì hng thịnh của cách mạng xanh trong NN là thập kỉ những năm 60 và

đầu những năm 70 của thế kỉ XX. Nó đợc bắt đầu ở Mêhicô với việc tạo ra giống lúa

mì thấp cây năng suất cao. Rồi ở Viện lúa quốc tế (IRRI), ở ấn Độ, v.v... ngời ta đã

113



tạo ra những cây trồng có tiềm năng năng suất rất cao. Các giống mới này đòi hỏi thâm

canh cao: nhiều phân hoá học, nhiều thuốc phòng chống sâu bệnh, tới tiêu chủ động...

và đã tạo ra những bớc chuyển biến khá mạnh mẽ trong NN, đặc biệt đối với cây cốc.

Có ngời định nghĩa: Cách mạng xanh = giống năng suất cao + phân hoá học + thuỷ

lợi. Cách mạng xanh phát triển mạnh ở những nớc đang phát triển. Nó đã đa ấn Độ

từ một nớc có nạn đói kinh niên không sao vợt quá ngỡng sản xuất 20 triệu tấn

lơng thực thành một đất nớc đủ ăn và còn d để xuất khẩu với tổng sản lợng lơng

thực kỉ lục: 60 triệu tấn/năm. Khu vực Đông Nam á trớc đây thờng thiếu 4 - 5 triệu

tấn gạo và đội quân những ngời đói nghèo không ngừng gia tăng, nhờ cánh mạng

xanh, ngày nay đã trở thành tủ kính trng bày những thành tựu và kinh nghiệm sản

xuất nông - lâm nghiệp mà nhiều nớc phải học hỏi (chủ tịch FAO, Souman). Việt

nam đã có những cố gắng vợt bậc, đa tổng sản lợng lơng thực từ 11,2 triệu tấn

nhữg năm 1960 lên 19 triệu tấn năm 1988 và trên 30 triệu tấn trong những năm gần

đây. Có đợc con số này, một phần cũng nhờ cách mạng xanh. Về thành tựu của cách

mạng xanh, có lẽ không có ví dụ nào tốt hơn là những thành quả của ấn Độ.

Để đảm bảo cho giống cây trồng phát huy cao độ tiềm năng, trong cách mạng

xanh đã sử dụng tổng hợp nhiều biện pháp canh tác và cải tiến kĩ thuật. Một nhân tố

bảo đảm cho cách mạng xanh ở ấn Độ thắng lợi là vai trò của khoa học kĩ thuật kết hợp

với sự giác ngộ mau chóng của ngời nông dân và sự nghiệp đổi mới nông thôn. Với

nớc ta, tác động của sự nghiệp đổi mới đối với cách mạng xanh có thể đợc nêu ra

nh một ví dụ điển hình.

Những tổ chức nghiên cứu quốc tế nh Trung tâm quốc tế cải thiện giống ngô

và lúa mỳ ở Mêxicô (CIMMYT) và viện lúa quốc tế ở Philippin (IRRI) đã đóng góp

quan trọng cho thành công của cuộc cách mạng xanh, với sự giúp đỡ của các tổ chức

quốc tế khác, nhất là FAO. Ngoài ra còn những cơ quan nghiên cứu quốc gia nh

Viện nghiên cứu NN ấn Độ (IARI). Những giống cốc cao sản do những cơ quan này

tạo ra đã đợc phổ biến ngày càng rộng khắp, nhất là ở các nớc đang phát triển. Xin

lấy số liệu ở Đông á, Nam á, châu Phi và Mĩ La tinh để minh chứng.

Bảng 8. Diện tích gieo trồng giống cốc cao sản qua các năm

Năm



(Đơn vị: 1000 a - không kể các nớc XHCN)

Lúa mì

Lúa nớc



Tổng cộng



1965 1966



23



18



41



1966 1967



1542



4047



5589



1967 1968



10173



6487



16660



1968 1969



19699



11620



31319



1969 1970



24644



19250



43914



Rõ ràng là tiềm năng của cuộc cách mạng xanh là rất lớn đối với các nớc đang

phát triển. ở nhiều vùng của Đông Nam á và ấn Độ, nếu đủ nớc có thể gieo trồng 2 - 3

vụ/năm. Nơi thiếu nớc có thể thay bằng lúa miến cao sản (Sorgho) không đòi hỏi

nhiều nớc. Một số nơi nh Bắc ấn và Pakixtan thì luân canh lúa vào mùa thu và luân

canh lúa mì vào mùa đông.

Thành tựu của cách mạng xanh là rất lớn, nhng có những hạn chế cần phải vợt

qua, những điều bất ngờ phải lu ý.



114



Cách mạng xanh trong NN ở các nớc đang phát triển gắn liền với tình hình

kinh tế xã hội ở các nớc này. Để phát huy tiềm năng của giống mới cần đủ phân bón,

thuốc trừ sâu, nớc tới, các biện pháp kĩ thuật... nói chung là phải có vốn đầu t lớn.

Nhng các nớc này lại là những nớc nghèo, thiếu vốn đầu t, thiếu năng lợng

nghiêm trọng. Điều này đã hạn chế tác dụng của cách mạng xanh và dẫn các nớc này

từ chỗ phụ thuộc lơng thực đến chỗ phụ thuộc vật t NN (phân hoá học, thuốc bảo vệ

thực vật) và vốn vào nớc ngoài. Sự thâm canh hoá học đã làm suy giảm tài nguyên và

ô nhiễm môi trờng. Mặt khác, cách mạng xanh chỉ thực hiện đợc ở những nơi có

nớc tới hoặc có đủ nớc ma. Ngay ở ấn Độ, còn lại 40% diện tích canh tác thiếu

ma và cha có hệ thống thuỷ lợi.

Còn vấn đề tiềm năng di truyền, việc loại trừ dần các giống cổ truyền địa

phơng có thể làm cho kho dự trữ về tính di truyền (quỹ gen) của cây ngũ cốc và cây

thực phẩm nghèo đi. Vốn gen lại là nguồn tạo ra giống mới. Các quá trình sinh học

thờng diễn biến trong một thời gian dài nên mọi hệ quả khó thấy ngay một lúc; và

trớc những tiến bộ sớm đạt đợc trong cuộc cách mạng xanh, ngời ta khó lờng hết

các mặt hạn chế có thể xuất hiện (ví nh nếu không đảm bảo các mặt tối u mà giống

mới đòi hỏi để phát huy tiềm năng sinh học của chúng thì cái gì sẽ xảy ra trong khi các

giống cổ truyền đã bị loại bỏ).

Mặt hạn chế cuối cùng là tăng dân số, góp phần hạn chế không nhỏ thành quả

do cách mạng xanh đa lại. Nocman Boclâu (Norman Borlaug), ngời đã đợc giải

thởng Noben do tạo ra giống lúa mì cao sản với ớc vọng mang lại sự no đủ cho con

ngời, đã thấy ngay là ớc vọng đó còn xa vời. Giả sử cái no đủ ấy cuối cùng sẽ tới thì

nó cũng đến muộn hơn là cái đói vì mức gia tăng dân số trong vòng 20 năm tới vẫn

vợt mức gia tăng lơng thực.

2.3. Nội dung của tối u hoá sản xuất NN

Con ngời là thành viên quan trọng bậc nhất của HSTNN. Trong sự phát triển

của hệ sinh thái, con ngời giữ vai trò chủ động; trong nhiều khả năng phát triển của hệ

sinh thái, con ngời có thể lựa chọn con đờng duy nhất đúng phù hợp với lợi ích của

mình. Với trí tuệ của mình, con ngời có thể điều khiển hệ sinh thái theo hớng có lợi

nhất cho con ngời. Hệ sinh thái nh thế nào thì con ngời là vậy. Trong sản xuất NN,

con ngời không chỉ giới hạn mục tiêu của mình trong việc tạo ra những sản phẩm có

ích cho con ngời ở giai đoạn trớc mắt mà còn nghĩ đến lợi ích của nhiều thế hệ kế

tiếp về sau:

Thoả mãn nhu cầu ngày càng tăng của con ngời về sản phẩm NN, có nghĩa là

đạt đợc năng suất cây trồng - vật nuôi cao, sản lợng NN cao, phẩm chất nông sản tốt

với mức đầu t vật chất ít, đạt hiệu quả kinh tế cao;

Thoả mãn nhu cầu này nhng không làm ảnh hởng đến các nhu cầu khác của

con ngời;

Thoả mãn nhu cầu hiện tại nhng không làm phơng hại đến các nhu cầu tơng

lai;

Con ngời vẫn sống hài hoà với thiên nhiên, con ngời là một bộ phận tích cực

của thiên nhiên.



115



3. Mô hình hệ sinh thái nông nghiệp

3.1. Khái niệm

Mô hình hoặc hình mẫu theo nghĩa rộng thờng là một cái mẫu hay một mô

hình của một vật thể để làm theo.

Trong Điều khiển học, mô hình là sự trừu tợng hoá hay đơn giản hoá hệ thống.

Thực tế hệ thống rất phức tạp, mô hình đơn giản hơn hệ thống, tuy vậy mô hình phải có

thuộc tính chức năng quan trọng của hệ thống nhng không nhất thiết phải có tất cả

các thuộc tính của hệ thống. Nói cách khác, mô hình là phơng tiện để tách ra từ hệ

thống hoạt động khách quan nào đấy các mối liên hệ và quan hệ có quy luật, có trong

thực tế cần nghiên cứu. Trong mô hình không cần phải phản ánh tất cả các đặc điểm

của hệ thống mà chỉ cần phản ánh đợc các mối quan hệ giữa các yếu tố của hệ thống.

Đó là sự trừu tợng hoá hệ thống.

Mô hình là một công cụ nghiên cứu khoa học, khác với khuynh hớng giảm

phân trong khoa học là cô lập và phân tích các thành phần nhỏ của sự vật để nghiên

cứu chúng; phơng pháp mô hình hoá là nghiên cứu hệ thống nh một tổng thể. Mô

hình giúp cho các nhà khoa học hiểu biết, đánh giá và tối u hoá hệ thống.

Hiểu đợc hành vi ở từng bộ phận của hệ thống thì có thể phối hợp các bộ phận

ấy trong một mô hình phức tạp hơn. Làm nh vậy ta thấy đợc các đặc tính mới, nghĩa

là thông tin về hành vi của hệ thống, nhng không thấy đợc hành vi của các bộ phận.

Từ đây có thể xây dựng đợc các giả thuyết mới. Nhờ có mô hình, ta có thể kiểm tra lại

sự đúng đắn của các số liệu quan sát và các giả định rút ra từ các số liệu ấy. Mô hình

không phải là vạn năng nhng là một công cụ cần thiết trong nghiên cứu khoa học. Mô

hình giúp chúng ta hiểu sâu hơn các hệ thống phức tạp.

Mô hình còn giúp chúng ta dự báo, nghĩa là nghiên cứu hệ thống phức tạp trong

các điều kiện mà chúng ta cha thể quan sát hay tạo ra đợc, hoặc không thể quan sát

đợc 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 đợc 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 phơng án tốt nhất để điều khiển hệ thống. Thực ra giữa đánh giá và

tối u hoá sự khác nhau không rõ lắm.

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 thờng dùng các công cụ toán phức tạp, mô

hình mô phỏng thờng dùng các công cụ toán đơn giản hơn.

Mô hình phân tích mô tả các quá trình trong HST bằng các phơng trình toán

học mà ta đã biết hành vi của chúng. Mô hình phân tích đợc dùng trong một số vấn đề

sinh thái nh quá trình tạo năng suất, sự phát triển của quần thể. Để nghiên cứu toàn bộ

HST, các mô hình này ít tác dụng. Các phơng pháp phân tích chỉ có ích trong một số

điều kiện nhất định nh khi các phơng trình mô tả các quá trình sống là tuyến tính

hay khi có một số ít phơng trình đợc giải cùng một lúc. Chúng chỉ đúng khi mô tả

các quá trình xảy ra liên tục. Mô hình của HST thờng bao gồm hàng chục đến hàng

trăm phơng trình đồng thời và chúng là tuyến tính cũng nh không tuyến tính.



116



Trong mô hình phân tích thờng phải đơn giản hoá các quá trình đợc mô hình

hoá. Ví dụ, lúc xây dựng mô hình của quần thể phải giả thiết rằng tốc độ tăng trởng

của quần thể là không thay đổi. Trong thực tế, tốc độ tăng trởng phụ thuộc vào rất

nhiều yếu tố của bản thân quần thể và ngoại cảnh.

Mô hình mô phỏng không có các lời giải chính xác cho một mô hình nh

phơng trình phân tích và từ đấy sẽ có một số sai lệch do bản chất không chính xác của

cách giải. Mô hình mô phỏng có lợi ở chỗ có thể giải nhiều phơng trình gần nh cùng

một lúc và có thể đa vào đấy tất cả các kiểu không tuyến tính khác nhau.

Mô hình mô phỏng thờng dùng các thuật toán đơn giản nhng có xu hớng

phù hợp với số liệu quan sát.

3.2. Cách xây dựng mô hình

Xây dựng mô hình thờng phải qua các bớc sau:

a) Mô hình quan niệm, trớc khi xây dựng mô hình, ngời nghiên cứu phải suy

nghĩ xem mô hình của mình sẽ nh 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 lợng hay vật chất.



Thu hoạch

Hệ thống vật lí

Các hệ thống

bên ngoài

Cây trồng



Vật nuôi



Đầu vào



Đô thị

Cảnh quan

Sông suối

Nớc ngầm

Động thực vật v.v.



Đất.



Hệ thống quản lý



Hình 41. Mô hình sơ đồ về HSTNN

(Nguồn : Herman Huizing, 1990)



c) Mô hình toán

Ccác mô hình phân tích cũng nh mô phỏng dựa vào mối quan hệ giữa các biến

điều khiển và các biến trạng thái, giữa các biến trạng thái với nhau.

Khi lựa chọn các hàm số và các biến trạng thái quan trọng cần đa vào mô hình,

phải xác định:





Các trị số đầu tiên của các biến trạng thái;

117







Các biến điều khiển sẽ làm thay đổi biến trạng thái;







Các quan hệ hàm số giữa các biến trạng thái.



Hàm số dùng trong các mô hình là các hàm số đại số thông thờng. Kĩ thuật để

tính các hàm số này là hồi quy thờng dùng trong thống kê. Phơng pháp để tính các

thông số của hàm số là bình phơng nhỏ nhất có trong tất cả các giáo trình thống kê.

Muốn xác định mối quan hệ giữu các biến trạng thái ngời ta thờng dùng

phơng pháp hệ số tơng quan. Kĩ thuật tơng quan giúp ta quyết định đợc các quá

trình nào tiến hành cùng nhau và do đấy có mối quan hệ trực tiếp hay gián tiếp. Hai

biến tơng quan cao có thể có mối liên hệ số lợng bằng hồi quy.

Trờng hợp có nhiều biến ảnh hởng đến một quá trình có thể dùng kĩ thuật

phân tích thống kê nhiều chiều để nghiên cứu mối quan hệ giữa các biến. Các phơng

pháp thờng dùng phổ biến là phân tích thành phần chính (principal component

analysis), phân tích nhân tố (factor analysis), phân tích hồi quy từng bớc (stepwise

regression analysis). Nhờ các phơng pháp này, chúng ta có thể loại bớt một số biến

không quan trọng để cho mô hình đợc đơn giản và gọn.

Đối với các mô hình phân tích thờng phân biệt hai loại mô hình:

- Mô hình một mức là các mô hình tĩnh, không kể đến yếu tố thời gian. Loại

này, chẳng hạn là mô hình về ảnh hởng của các yếu tố khí tợng đến năng suất;

- Mô hình nhiều mức, thờng là các mô hình động, gồm cả hệ thống biến trạng

thái và hệ thống hàm số biểu hiện mối quan hệ giữa các biến trạng thái. Ví dụ nh mô

hình quá trình quang hợp của quần thể.

Mô hình động áp dụng với hệ sinh thái là một vấn đề còn tơng đối mới. Hiện

nay có nhiều kiểu mô hình khác nhau đã đợc đề nghị, quá trình tìm tòi và giải quyết

vấn đề này đang đợc tiếp tục.

d) Mô hình máy tính

Ngày nay với sự phát triển của công nghệ thông tin cho phép chúng ta xây dựng

đợc các mô hình sinh thái bằng những chơng trình máy tính chuyên dụng có ý nghĩa

thực tiễn rất cao. Hầu nh tất cả các loại mô hình đều có thể xây dựng theo các chơng

trình máy tính nhất định. Các loại máy tính mới có thể tính toán hàng triệu phép tính

trong một giây, vì vậy lợi ích của các mô hình này là giúp quá trình tính toán một cách

nhanh chóng và chạy các chơng trình thử nghiệm một cách an toàn và rẻ tiền.

Vì đặc tính của hệ sinh thái là một hệ thống sống nên đáp số cho các mô hình

thông thờng có nhiều lời giải. Khi lập đợc các chơng trình để chạy mô hình toán,

đặc biệt là các mô hình có sử dụng các tập hợp mờ, các hàm phức tạp thì có thể mô

phỏng rất thực tế các hệ sinh thái ngoài tự nhiên.

Một số ứng dụng cơ bản trong Sinh thái học ngày nay đợc các cơ quan nghiên

cứu xây dựng sẵn các chơng trình cho ngời sử dụng. Vì vậy, chúng ta chỉ cần nhập

các dữ liệu dới dạng biến đầu vào, sau đó đa ra câu lệnh để máy tính tự tính toán đầu

ra. Ví dụ cụ thể nh chơng trình tính toán thời vụ gieo trồng của FAO dựa vào lợng

ma và sự bốc hơi nớc. Ví dụ khác là chơng trình phân vùng sinh thái NN (cũng của

tổ chức FAO). Nguyên lí cơ bản của chơng trình này là phân chia các khu vực sản

xuất NN thành các hệ sinh thái đặc trng dựa vào các điều kiện tự nhiên nh bức xạ

mặt trời, đặc điểm nông hóa, chế độ nớc, v.v...



118



Gần đây, các ứng dụng của viễn thám và hệ thống thông tin địa lí (GIS) vào

nghiên cứu Sinh thái học đợc đề cập đến rất nhiều. Đây cũng là một loại mô hình máy

tính đặc trng. Với các chơng trình phầm mềm sẵn có nh ArcView, ILWIS, v.v...

các nhà Sinh thái học có thể mô hình hóa một cách dễ dàng các quá trình phức tạp

ngoài tự nhiên, chẳng hạn nh dự đoán biến động của đa dạng sinh học trong hệ sinh

thái rừng. Thông qua mô hình toán học về mối tơng quan giữa sinh khối thực vật và

các nhóm động vật, giữa thực vật và các điều kiện khí tợng, thổ nhỡng, v.v... để từ đó

chúng ta có tạo một mô hình phân tính hoặc dự đoán bằng cách tạo liên kết toán học

giữa các lớp thông tin với nhau.

Bớc cuối cùng của việc xây dựng là xác định xem mô hình có tợng trng cho

thế giới thực tại không. Có mấy cách để làm công việc này. Trớc hết là mô phỏng và

so sánh, lấy số liệu thực cho vào tính và xem xét kết quả có giống kết quả thực tế

không. Kết quả không đúng với thực tế, cha chắc mô hình đã sai mà có thể do số liệu

cha đầy đủ.

3.3. Mô hình của quá trình tạo năng suất cây trồng

Để điều khiển quá trình tạo năng suất của cây trồng, ngời ta sử dụng rộng rãi

phơng pháp mô hình hoá. Có rất nhiều mô hình hoá của quá trình tạo năng suất cây

trồng, sau đây là một số mô hình chủ yếu.

Mô hình thống kê đơn giản

Loại mô hình này là phơng trình hồi quy của năng suất với một hay vài yếu tố

tơng quan chặt với năng suất nhất. Các yếu tố này có thể là khí tợng, chất dinh

dỡng hay phân bón, biện pháp canh tác (nh 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.

Phơng trình đợc chọn để biểu diễn quá trình trên đợc tính bằng phơng pháp thực

nghiệm. Các phơng pháp biểu hiện mối quan hệ này thờng gọi là hàm sản xuất, có

thể có nhiều dạng khác nhau.

Hớng sử dụng hồi quy bội để nghiên cứu quan hệ giữa năng suất và các yếu tố

khí tợng do nhà thống kê ngời Anh Fisher (1925) và nhà khí tợng học Liên Xô

V.M.Obukhốp (1949) mở đầu. Đến nay đã có rất nhiều phơng trình đợc đề nghị để

dự báo năng suất của hầu hết các loại cây trồng.

Về quan hệ giữa năng suất và phân bón, việc sử dụng hàm sản xuất để tính rất

phổ biến. Barker (1977), tính phản ứng của các loại lúa khác nhau với lợng phân bón

theo dạng phơng trình:

y = a + bF - gF2

Trong đó:

y - năng suất lúa (kg/ha);

F - lợng phân bón (kg chất dinh dỡng/ha);

a - năng suất lúc không bón phân;

b - chỉ số phản ứng với phân bón;

g - khả năng chịu các lợng phân rất cao.



119