Khoa học - Công nghệTôi đọc

Cây trồng phủ đất (Cover Crops) để hỗ trợ hoạt động thâm canh sinh thái trong phương pháp trồng trọt canh tác (1)

Book Hunter Cover crops

Tác giả: Raphaël A. Wittwer, Brigitte Dorn, Werner Jossi & Marcel G. A. van der Heijden

Báo cáo khoa học 7, Số báo: 41911(2017)

Nhận: 15 tháng 03 năm 2016

Chấp thuận: 03 tháng 01 năm 2017

Công bố trên mạng: 03 tháng 02 năm 2017

Nguồn bài: https://www.nature.com/articles/srep41911

TÓM TẮT

Thử thách quan trọng đối với nền nông nghiệp là làm sao để cải thiện năng suất với ảnh hưởng tối thiểu lên môi trường. Một vài nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc trồng cây phủ đất (cover crops) có thể thay thế cho các tác động của con người và cải thiện năng suất cây trồng. Tuy nhiên, hiện nay, ảnh hưởng của cây trồng phủ đất thay đổi như thế nào giữa các phương pháp trồng trọt khác nhau vẫn chưa rõ ràng và có rất ít so sánh trực tiếp giữa các phương pháp sản xuất trồng trọt. Tại thí nghiệm này, chúng tôi chỉ so sánh hiệu quả ngắn hạn của các loại cây trồng phủ đất đối với năng suất cây trồng, sự hấp thụ Nito và sự sinh sôi của cỏ dại, để chia thành 4 phương pháp sản xuất trồng trọt (trồng cây theo phương pháp thỏa hiệp với đất kỹ và không làm đất; trồng cây hữu cơ với làm đất kỹ và làm đất ít). Chúng tôi đã giả thiết rằng hiệu quả của cây trồng phủ đất sẽ tăng lên đi kèm với cường độ quản lý đất giảm đi. Nghiên cứu của chúng tôi đã chứng minh rằng hiệu quả của cây trồng phủ đất đối với năng suất cây trồng đã đạt mức cao nhất trong phương pháp hữu cơ với việc làm đất ít (+24%), trung bình trong phương pháp hữu cơ với làm đất (+13%) và phương pháp truyền thống với không làm đất (+8%) và thấp nhất trong phương pháp truyền thống với có làm đất (2%). Kết quả của chúng tôi đã chỉ ra rằng cây trồng phủ đất là cần thiết để duy trì năng suất cây trồng ở một mức độ nhất định khi giảm cường độ làm đất (ví dụ như nền nông nghiệp truyền thống), hoặc khi sản xuất được chuyển đổi sang nông nghiệp hữu cơ. Do đó, việc bao gồm cả cây trồng phủ đất sẽ cung cấp nhiều cơ hội hơn để tăng năng suất cây trồng của những phương pháp sản xuất với cường độ làm đất thấp hơn và đóng góp vào việc tăng cường hệ sinh thái.

Mời các bạn tìm hiểu thêm về Cover Crops:

GIỚI THIỆU

Nền nông nghiệp đang đối mặt với một trong những thách thức lớn nhất của thời đại chúng ta, đó là việc sản xuất đủ thực phẩm chất lượng cao trong khi giảm những tác động từ bên ngoài và giảm thiểu những ảnh hưởng tiêu cực lên môi trường. Nền nông nghiệp thỏa hiệp với làm đất kỹ có thể đóng góp vào tăng năng suất cây trồng. Tuy nhiên, với việc sử dụng quá nhiều thuốc trừ sâu và phân bón hóa học vô cơ, nền nông nghiệp với làm đất kỹ gây ra những ảnh hưởng tiêu cực đối với môi trường thông qua việc giảm đa dạng sinh học, gây nên ô nhiễm môi trường và sự phì dưỡng của nguồn nước và giảm chất lượng đất1,2,3.

Để giảm thiểu xu hướng này, người ta đã đề xuất thâm canh sinh thái4,5,6,7. Thâm canh sinh thái được định nghĩa như là sự thay thế thân thiện với môi trường của tác động của con người và/hoặc cải thiện năng suất cây trồng nhờ vào việc bao gồm các thực hành nông nghiệp khuyến khích hệ thống sinh thái hỗ trợ và được điều chỉnh4.. Tại Châu Âu, đã có những cố gắng đặc biệt để giảm những ảnh hưởng lên môi trường của nền nông nghiệp với việc làm đất kỹ và giảm việc sử dụng chất hóa học, hoặc những tác động của con người.  Họ đã đề xuất rất nhiều chiến lược và thực hành quản lý đất để sử dụng cho việc thâm canh sinh thái trong phương pháp trồng trọt. Những chiến lược này bao gồm sản xuất nông nghiệp hữu cơ8,9,, thực hành nông nghiệp không làm đất hoặc ít làm đất (ví dụ như nông nghiệp truyền thống10)  và sử dụng cây trồng phủ đất thay vì giai đoạn bỏ hoang đất không sử dụng lâu hơn. 

Nền nông nghiệp hữu cơ được đề xuất để thâm canh sinh thái vì sẽ khuyến khích đa dạng sinh học và làm cho đất mầu mỡ cũng như sẽ giảm những tác hại đến môi trường8,13,14,15,16,17. Nền nông nghiệp bảo thủ (CA), đổi lại, sẽ đóng góp vào sự bảo vệ đất, giữ chất lượng của đất và mang lại việc sử dụng tốt hơn các nguồn nguyên liệu tự nhiên10. Bất chấp những lợi ích rõ ràng về mặt sinh thái, năng suất hữu cơ 18,19 và năng suất theo nông nghiệp bảo thủ 20 vẫn thường thấp hơn năng suất của nông nghiệp thỏa hiệp. Sự khác biệt về năng suất này có thể làm giảm dấu ấn môi trường tích cực của nông nghiệp hữu cơ và CA so với nền nông nghiệp thỏa hiệp vì sẽ cần nhiều đất đai hơn để sản xuất cùng một khối lượng lương thực. Hơn nữa, mặc dầu tại Châu âu người ta đã chú ý nhiều hơn đến nông nghiệp hữu cơ và nông nghiệp không làm đất, và đôi khi được sự chủ động hỗ trợ từ nguồn thanh toán trực tiếp của chính phủ (ví dụ như tại Switzerland bởi FOAG), thì vẫn có ít hơn 10% đất trồng trọt hiện nay thực hiện nông nghiệp không làm đất hoặc hữu cơ.

Trong suốt 10 năm trở lại đây, những cố gắng chủ yếu là dành cho thực hiện thực hành CA (làm đất tối thiểu, phủ đất thường xuyên và thâm canh cây trồng đa dạng) theo phương pháp sản xuất hữu cơ vì việc kết hợp hai chiến lược này có thể có hệ quả tương hỗ và cải thiện hơn nữa chất lượng đất21,22,23. Một bài phân tích dữ liệu bởi Copper et al 24 đã đưa đến kết luận rằng việc năng suất hữu cơ không nhất thiết thấp hơn (phương pháp) ít làm đất trong khi lại cải thiện trữ lượng carbon trong đất. Tuy nhiên, việc áp dụng thực hành ít làm đất hoặc không làm đất thường xuyên có thể làm tăng các vấn đề liên quan đến kiểm soát cỏ dại và dinh dưỡng cây trồn25,26,27,28. Một trong các cách để ngăn chặn vấn đề này là việc gộp cây trồng phủ đất vào trong thâm canh cây trồng. 

Book Hunter Cover Cróp

Cây trồng phủ được thực hiện giữa hai vụ chính và được biết đến như là sẽ mang lại hệ sinh thái đa dạng cho hệ thống sinh thái nông nghiệp, chẳng hạn như bảo vệ chống lại xói mòn đất, giảm thiểu sự mất dinh dưỡng, cải thiện chất lượng đất và nước, và ở mức độ nhất định, giảm cỏ dại và sâu hại29,30,31. Ngoài ra, các loại rau ổn định Nitơ bổ sung thêm làm cây trồng phủ đất sẽ làm cải thiện dinh dưỡng Nitơ của cây trồng chính vụ mùa sau và tăng khối hữu cơ Nitơ của đất 32. Vì vậy, cây trồng phủ đất có thể góp phần vào nền nông nghiệp bền vững hơn và giảm cỏ dại và vấn đề dinh dưỡng cây trồng liên quan đến nông nghiệp bảo thủ và nông nghiệp hữu cơ. Bất chấp những ưu thế này, cây trồng phủ đất thường không được sử dụng rộng rãi bởi nông dân, nguyên nhân chủ yếu do tăng chi phí và nhân công. Thêm vào đó, hiệu quả của cây trồng phủ đất lên năng suất, dinh dưỡng cây trồng hoặc kiểm soát cỏ dại là rất khác nhau và phụ thuộc vào giống cây trồng phủ đất (sử dụng), loại đất và khí hậu32. Ngày nay, phần lớn các nghiên cứu về cây trồng phủ đất tập trụng vào hiệu quả của phương pháp này đối với chất lượng của nguồn nước và tính năng động Nitơ 29,32 hoặc sự lựa chọn giống cây trồng 31 và cách thức quản lý đất (ví dụ như: kỹ thuật và ngày tiêu diệt và gieo hạt). Ảnh hưởng của cây trồng phủ đất băngg cây rau lên năng suất được biết đến là có mối liên hệ rất mạnh mẽ với sự màu mỡ của Nitơ 35,36,37và tính năng động của khoáng hóa các chất dinh dưỡng trong khi tiềm năng kiểm soát cỏ dại thì lại bị ảnh hưởng bởi loại cây trồng phủ đất và cách làm đất. Tuy nhiên, cho đến ngày này, chỉ có một vài thử nghiệm qua loa được lặp lại trên các đồng ruộng để thử nghiệm cùng lúc hiệu quả của cây trồng phủ đất trong các phương pháp trồng trọt khác nhau và rất ít người biết về tầm quan trọng tương đối của cây trồng phủ đất trong các phương pháp trồng trọt khác nhau.

Để giải quyết vấn đề này, chúng tôi đã thực hiện một thử nghiệm phương pháp trồng trọt canh tác dài hạn, được biết đến như phương pháp sản xuất nông nghiệp Thụy Sỹ và thử nghiệm làm đất (FAST). Trong thử nghiệm này, chúng tôi đã so sánh hiệu quả của 4 cách xử lý cây trồng phủ đất (cây trồng phủ đấy bằng cây rau, câu trồng phủ đất không phải cây rau, phương pháp sử dụng hỗn hợp một vài loại cây trồng phủ đất khác nhau và phương pháp kiểm soát mà không dung cây trồng phủ đất (hoang hóa/bỏ hoang đất đai)), thực hiện đồng thời trong cả bốn phương pháp sản xuất khác nhau: hệ thống trồng trọt canh tác hữu cơ và thỏa hiệp, mỗi loại với làm đất tăng cường (sử dụng cày luống) hoặc với làm đất bảo thủ (không làm đất và ít làm đất lần lượt đối với phương pháp hữu cơ và thỏa hiệp). Bốn phương pháp sản xuất này phản ánh mức độ tăng cường quản lý đất trong đó phương pháp làm đất kỹ thỏa hiệp có cường độ cao nhất và phương pháp ít làm đất hữu cơ có cường độ làm đất thấp nhất liên quan đến khía cạnh tác động của con người và xáo trộn đất trên một đơn vị diện tích đất (Bảng số 1). Trong nghiên cứu này, chúng ta sẽ đánh giá về hiệu quả ngắn hạn của cây trồng phủ đất đối với năng suất của lúa mì và ngô, dinh dưỡng cây trồng và sự phá hoại của cỏ dại.

(Còn nữa)

Người dịch: Hoàng Mai Hương

Cộng tác viên từ group Người tiêu dùng cần biết về GMO

Chú thích: 

1. Geiger, F. et al. Persistent negative effects of pesticides on biodiversity and biological control potential on European farmland. Basic and Applied Ecology 11, 97–105 (2010

2.  Stoate, C. et al. Ecological impacts of arable intensification in Europe. Journal of Environmental Management 63, 337–365 (2001).

3.  Bender, S. F., Wagg, C. & van Der Heijden, M. G. A. An underground revolution: Biodiversity and soil ecological engineering for agricultrual sustainability. Trends in Ecology and Evolution 31, 440–452 (2016).

4. Bommarco, R., Kleijn, D. & Potts, S. G. Ecological intensification: harnessing ecosystem services for food security. Trends in Ecology and Evolution 28, 230–238 (2013).

5. Cassman, K. G. Ecological intensification of cereal production systems: Yield potential, soil quality, and precision agriculture. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 96, 5952–5959 (1999).

6. Dore, T. et al. Facing up to the paradigm of ecological intensification in agronomy: Revisiting methods, concepts and knowledge. European Journal of Agronomy 34, 197–210 (2011).

7. Tittonell, P. Ecological intensification of agriculture – sustainable by nature. Current Opinion in Environmental Sustainability 8, 53–61 (2014).

8. Maeder, P. et al. Soil Fertility and Biodiversity in Organic Farming. Science 296, 1694–1697 (2002).

9. Reganold, J. P. & Wachter, J. M. Organic agriculture in the twenty-first century. Nature Plants 2, 15221 (2016).

10. Hobbs, P. R., Sayre, K. & Gupta, R. The role of conservation agriculture in sustainable agriculture. Philosophical Transactions of the Royal Society B-Biological Sciences 363, 543–555 (2008).

11. Doltra, J. & Olesen, J. E. The role of catch crops in the ecological intensification of spring cereals in organic farming under Nordic climate. European Journal of Agronomy 44, 98–108 (2013).

12. Sainju, U. M. & Singh, B. P. Winter cover crops for sustainable agricultural systems: Influence on soil properties, water quality, and crop yields. Hortscience 32, 21–28 (1997).

13. Birkhofer, K. et al. Long-term organic farming fosters below and aboveground biota: Implications for soil quality, biological control and productivity. Soil Biology and Biochemistry 40, 2297–2308 (2008).

14. Crowder, D. W., Northfield, T. D., Strand, M. R. & Snyder, W. E.Organic agriculture promotes evenness and natural pest control. Nature 466, 109–123 (2010).

15. Gattinger, A. et al. Enhanced top soil carbon stocks under organic farming. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 109, 18226–18231 (2012).

16. Tuomisto, H. L., Hodge, I. D., Riordan, P. & Macdonald, D. W. Does organic farming reduce environmental impacts?- A meta-analysis of European research. Journal of Environmental Management 112, 309–320 (2012).

17. Verbruggen, E. et al. Positive effects of organic farming on below-ground mutualists: large-scale comparison of mycorrhizal fungal communities in agricultural soils. New Phytologist 186, 968–979 (2010).

18. de Ponti, T., Rijk, B. & van Ittersum, M. K. The crop yield gap between organic and conventional agriculture. Agricultural Systems 108, 1–9 (2012).

19. Seufert, V., Ramankutty, N. & Foley, J. A. Comparing the yields of organic and conventional agriculture. Nature 485, 229–232 (2012).

20. Pittelkow, C. M. et al. Productivity limits and potentials of the principles of conservation agriculture. Nature 517, 365–368 (2015).

21. Mäder, P. & Berner, A. Development of reduced tillage systems in organic farming in Europe. Renewable Agriculture and Food Systems 27, 7–11 (2012).

22. Peigne, J., Ball, B. C., Roger-Estrade, J. & David, C. Is conservation tillage suitable for organic farming? A review. Soil Use and Management 23, 129–144 (2007).

23. Teasdale, J. R., Coffman, C. B. & Mangum, R. W. Potential long-term benefits of no-tillage and organic cropping systems for grain production and soil improvement. Agronomy Journal 99, 1297–1305 (2007).

24. Cooper, J. M. et al. Shallow non-inversion tillage in organic farming maintains crop yields and increases soil C stocks: a meta-analysis. Agronomy for Sustainable Development 36, 1–20 (2016).

25. Armengot, L., Berner, A., Blanco-Moreno, J. M., Maeder, P. & Sans, F. X. Long-term feasibility of reduced tillage in organic farming. Agronomy for Sustainable Development 35, 339–346 (2015).

26. Carr, P. M., Mäder, P., Creamer, N. G. & Beeby, J. S. Editorial: Overview and comparison of conservation tillage practices and organic farming in Europe and North America. Renewable Agriculture and Food Systems 27, 2–6 (2012).

27. Gruber, S. & Claupein, W. Effect of tillage intensity on weed infestation in organic farming. Soil and Tillage Research 105, 104–111 (2009).

28. Mirsky, S. B. et al. Conservation tillage issues: Cover crop-based organic rotational no-till grain production in the mid-Atlantic region, USA. Renewable Agriculture and Food Systems 27, 31–40 (2012).

29. Dabney, S. M., Delgado, J. A. & Reeves, D. W. Using winter cover crops to improve soil and water quality. Communications in Soil Science and Plant Analysis 32, 1221–1250 (2001).

30. Hartwig, N. L. & Ammon, H. U. Cover crops and living mulches. Weed Science 50, 688–699 (2002).

31. Dorn, B., Jossi, W. & van der Heijden, M. G. A. Weed suppression by cover crops: comparative on-farm experiments under integrated and organic conservation tillage. Weed Research 55, 586–597 (2015).

32. Thorup-Kristensen, K., Magid, J. & Jensen, L. S. Catch crops and green manures as biological tools in nitrogen management in temperate zones. Advances in Agronomy. Vol 79, 227–302 (2003).

33. Alonso-Ayuso, M., Luis Gabriel, J. & Quemada, M. The Kill Date as a Management Tool for Cover Cropping Success. PLoS One 9, e109587 (2014).

34. Thorup-Kristensen, K. & Dresboll, D. B. Incorporation time of nitrogen catch crops influences the N effect for the succeeding crop. Soil Use and Management 26, 27–35 (2010).

35. Gabriel, J. L. & Quemada, M. Replacing bare fallow with cover crops in a maize cropping system: Yield, N uptake and fertiliser fate. European Journal of Agronomy 34, 133–143 (2011).

36. Miguez, F. E. & Bollero, G. A. Review of corn yield response under winter cover cropping systems using meta-analytic methods. Crop Science 45, 2318–2329 (2005).

37. Liebman, M., Graef, R. L., Nettleton, D. & Cambardella, C. A. Use of legume green manures as nitrogen sources for corn production. Renewable Agriculture and Food Systems 27, 180–191 (2012).

 

 

Share
Share: