Nghiên cứu hiện trạng và cải tiến hệ thống cây trồng trên vùng đất ven biển tỉnh thanh hóa

TRÍCH YẾU LUẬN ÁN Tên tác giả: Nguyễn Trọng Trang Tên Luận án: Nghiên cứu hiện trạng và cải tiến hệ thống cây trồng trên vùng đất ven biển ii Đánh giá thực trạng về hệ thống cây trồng

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM

NGUYỄN TRỌNG TRANG

NGHIÊN CỨU HIỆN TRẠNG VÀ CẢI TIẾN

HỆ THỐNG CÂY TRỒNG TRÊN VÙNG ĐẤT VEN BIỂN

TỈNH THANH HÓA

LUẬN ÁN TIẾN SĨ

NHÀ XUẤT BẢN HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP - 2022

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM

NGUYỄN TRỌNG TRANG

NGHIÊN CỨU HIỆN TRẠNG VÀ CẢI TIẾN

HỆ THỐNG CÂY TRỒNG TRÊN VÙNG ĐẤT VEN BIỂN

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các kết quả nghiên cứu được trình bày trong luận án là trung thực, khách quan và chưa từng dùng để bảo vệ lấy bất kỳ học vị nào

Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận án đã được cảm ơn, các thông tin trích dẫn trong luận án này đều được chỉ rõ nguồn gốc

Hà Nội, ngày… tháng… năm 2022

Tác giả luận án

Nguyễn Trọng Trang

LỜI CẢM ƠN

Trong suốt thời gian học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận án, tôi đã nhận được

sự quan tâm, hướng dẫn, chỉ bảo tận tình của các Thầy Cô giáo; sự giúp đỡ, hỗ trợ của nhiều cơ quan, đơn vị, tổ chức và cá nhân; sự động viên, khuyến khích của gia đình, bạn

bè, người thân và đồng nghiệp

Trên hết và trước hết, tôi xin được trân trọng bày tỏ lời cảm ơn, lòng biết ơn sâu sắc đến Thầy Cô hướng dẫn là PGS.TS Vũ Đình Hòa và PGS.TS Hà Thị Thanh Bình, những người đã dành nhiều thời gian và công sức để hướng dẫn, đóng góp những ý kiến quý báu trong suốt quá trình học tập, thực hiện đề tài và hoàn thiện luận án Tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn tới Ban Giám đốc, Ban Quản lý đào tạo, Khoa Nông học và Bộ môn Canh tác học, Học viện Nông nghiệp Việt Nam đã tạo điều kiện thuận lợi, hỗ trợ, giúp đỡ tôi trong quá trình học tập và thực hiện luận án

Tôi xin chân thành cảm ơn tập thể lãnh đạo, cán bộ, công chức Văn phòng Tỉnh ủy, Văn phòng UBND tỉnh Thanh Hóa - nơi tôi công tác trong thời gian học tập, thực hiện đề tài và hoàn thành luận án; xin trân trọng gửi lời cảm ơn sâu sắc tới UBND tỉnh Thanh Hóa, Sở Nông nghiệp và PTNT, Sở Tài nguyên và Môi trường, Sở Kế hoạch và Đầu tư, Cục Thống kê, Trung tâm Dự báo Khí tượng Thủy văn, Đoàn Quy hoạch nông lâm nghiệp (nay là Trung tâm Tư vấn quy hoạch, Thị trường và Chiến lược phát triển nông nghiệp, thuộc Viện Nông nghiệp Thanh Hóa); UBND và phòng Nông nghiệp và Phát triển nông thôn các huyện: Nga Sơn, Hậu Lộc, Hoằng Hóa, Quảng Xương; cán bộ và hộ nông dân thuộc các địa phương nơi tôi triển khai thực hiện các công việc của đề tài luận án, đã nhiệt tình giúp đỡ, tạo điều kiện cho tôi trong suốt quá trình thu thập thông tin, dữ liệu cho đề tài luận án Xin được gửi lời cảm ơn sâu sắc tới TS Nguyễn Thị Chinh, Viện Khoa học kỹ thuật Nông nghiệp Việt Nam và các cộng sự, đã cho phép tôi sử dụng kết quả của công trình nghiên cứu về hệ thống cây trồng tại Thanh Hóa (mà tôi là một thành viên) trong đề tài luận án của mình

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến gia đình và người thân, bạn bè và đồng nghiệp đã luôn đồng hành, động viên, khuyến khích, cổ vũ và tạo điều kiện thuận lợi nhất

để tôi hoàn thành luận án

Hà Nội, ngày tháng năm 2022

Tác giả luận án

Nguyễn Trọng Trang

MỤC LỤC

Trang

Lời cam đoan i

Lời cảm ơn ii

Mục lục iii

Danh mục chữ viết tắt vi

Danh mục bảng vii

Danh mục hình x

Trích yếu luận án xi

Thesis abstract xiii

Phần 1 Mở đầu 1

1.1 Tính cấp thiết của đề tài 1

1.2 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài 3

1.2.1 Mục tiêu tổng quát 3

1.2.2 Mục tiêu cụ thể 3

1.3 Phạm vi nghiên cứu 3

1.3.1 Đối tượng nghiên cứu 3

1.3.2 Thời gian nghiên cứu 4

1.3.3 Địa điểm nghiên cứu 4

1.4 Những đóng góp mới của đề tài 4

1.5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 4

1.5.1 Ý nghĩa khoa học 4

1.5.2 Ý nghĩa thực tiễn 5

Phần 2 Tổng quan tài liệu 6

2.1 Cây trồng và hệ thống cây trồng 6

2.1.1 Cây trồng trong hệ thống cây trồng 6

2.1.2 Cơ cấu cây trồng và chế độ luân canh 8

2.1.3 Hệ thống cây trồng ứng phó với biến đổi khí hậu 9

2.1.4 Các nhân tố ảnh hưởng đến hệ thống cây trồng 12

2.2 Nghiên cứu hệ thống cây trồng trên thế giới và Việt Nam 21

2.2.1 Nghiên cứu hệ thống cây trồng trên thế giới 21

2.2.2 Nghiên cứu hệ thống cây trồng ở Việt Nam 24

2.3 Nghiên cứu hệ thống cây trồng tại tỉnh Thanh Hóa 27

2.4 Sản xuất trồng trọt vùng ven biển Thanh Hóa 30

2.5 Nhận xét rút ra từ tổng quan 32

Phần 3 Nội dung và phương pháp nghiên cứu 34

3.1 Địa điểm nghiên cứu 34

3.2 Thời gian nghiên cứu 34

3.3 Vật liệu nghiên cứu 34

3.3.1 Thông tin thứ cấp và thông tin sơ cấp 34

3.3.2 Giống cây trồng và phân bón sử dụng 34

3.4 Nội dung nghiên cứu 35

3.5 Phương pháp nghiên cứu 35

3.5.1 Đánh giá điều kiện tự nhiên, kinh tế-xã hội và tài nguyên đất 35

3.5.2 Đánh giá hiện trạng hệ thống cây trồng 36

3.5.3 Tuyển chọn giống cây trồng hàng năm thích hợp với vùng ven biển 37

3.5.4 Đánh giá hiệu quả kinh tế giống tuyển chọn và hệ thống cây trồng cải tiến 41

Phần 4 Kết quả và thảo luận 44

4.1 Điều kiện tự nhiên, lao động, cơ sở hạ tầng và tài nguyên liên quan đến hệ thống cây trồng ở vùng đất ven biển tỉnh Thanh Hóa 44

4.1.1 Điều kiện tự nhiên 44

4.1.2 Lao động nông nhiệp và cơ sở hạ tầng nông nghiệp 47

4.1.3 Tài nguyên nông nghiệp ở 4 huyện ven biển 49

4.2 Thực trạng hệ thống cây trồng vùng ven biển Thanh Hóa 61

4.2.1 Ngành trồng trọt ở vùng ven biển và hệ thống cây trồng 61

4.2.2 Biến động diện tích gieo trồng một số cây trồng chính vùng ven biển 63

4.2.3 Sự đa dạng cây trồng 68

4.2.4 Diện tích và năng suất một số cây trồng chủ yếu ở Hậu Lộc và Hoằng Hóa 71

4.2.5 Hiệu quả kinh tế một số cây trồng chính 76

4.2.6 Thách thức trong cải tiến hệ thống cây trồng vùng ven biển 79

4.3 Tuyển chọn giống cây trồng hàng năm thích hợp cho vùng đất ven biển Thanh Hóa 86

4.3.1 Tuyển chọn giống lúa chất lượng thích hợp cho đất chuyên lúa vụ xuân 85

4.3.2 Tuyển chọn giống lúa thuần vụ mùa cho đất chuyên lúa 90

4.3.3 Tuyển chọn giống đậu tương thích hợp trên đất chuyên lúa vụ đông 93

4.3.4 Tuyển chọn giống lạc thích hợp trên đất chuyên màu vụ xuân 97

4.3.5 Tuyển chọn giống đậu xanh thích hợp trên đất chuyên lúa vụ hè 100

4.4 Đánh giá hiệu quả kinh tế của giống tuyển chọn và hệ thống cây trồng cải tiến 104

4.4.1 Đánh giá hiệu quả kinh tế của các giống đã tuyển chọn 104

4.4.2 Hiệu quả kinh tế của hệ thống cây trồng cải tiến 113

Phần 5 Kết luận và đề nghị 121

5.1 Kết luận 121

5.2 Đề nghị 122

Danh mục các công trình đã công bố có liên quan đến luận án 124

Tài liệu tham khảo 125

Phụ lục 137

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

Chữ viết tắt Nghĩa tiếng Việt

BĐKH Biến đổi khí hậu

Bộ NN&PTNT Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn CNH

CPTG

Công nghiệp hóa Chi phí trung gian ĐNN Đất nông nghiệp

GTGT Giá trị gia tăng

GTSX

HĐH

Giá trị sản xuất Hiện đại hóa HTCT Hệ thống cây trồng

QCVN Quy chuẩn Việt Nam

TGST

TN&MT

Thời gian sinh trưởng Tài nguyên và Môi trường UBND Ủy ban nhân dân

DANH MỤC BẢNG

2.1 Giá trị sản xuất và cơ cấu giá trị sản xuất của ngành nông nghiệp, ngành

trồng trọt của tỉnh Thanh Hóa, năm 2016-2018 (giá so sánh 2010) 31

3.1 Các xã được lựa chọn điều tra ở 4 huyện ven biển 36

4.1 Đặc điểm khí hậu vùng ven biển tỉnh Thanh Hóa 47

4.2 Số lượng và độ tuổi lao động nông nghiệp trong các hộ điều tra 48

4.3 Khả năng tưới tiêu trên đất lúa của một số huyện vùng ven biển 49

4.4 Diện tích các nhóm đất và thực trạng cây trồng chính của 4 huyện 51

4.5 Diện tích và tỉ lệ các nhóm đất chính ở 4 huyện ven biển Thanh Hóa 53

4.6 Các loại đất chính và cây trồng thích hợp trên đất Hậu Lộc 54

4.7 Các loại đất và mức độ thích hợp đối với cây trồng trên đất Hoằng Hóa 56

4.8 Diện tích đất thích hợp cho cây trồng chính ở huyện Hậu Lộc 57

4.9 Diện tích đất thích hợp cho cây trồng chính huyện Hoằng Hóa 58

4.10 Diện tích (ha) và tỉ lệ (%) diện thích thích hợp* cho một số cây trồng chính ở 4 huyện ven biển 59

4.11 Thực trạng sử dụng đất sản xuất nông nghiệp huyện Hậu Lộc 60

4.12 Thực trạng sử dụng đất sản xuất nông nghiệp huyện Hoằng Hóa 60

4.13 Giá trị sản xuất nông nghiệp, thủy sản, lâm nghiệp và tỉ lệ ngành trồng trọt trong nông nghiệp vùng ven biển Thanh Hóa, năm 2016-2018 (giá so sánh 2010) 61

4.14 Diện tích, sản lượng một số cây trồng chủ yếu vùng ven biển so với toàn tỉnh năm 2017 62

4.15 Thực trạng hệ thống cây trồng trên đất trồng lúa 63

4.16 Biến động diện tích gieo trồng một số cây trồng chính vùng ven biển tỉnh Thanh Hóa trong giai đoạn 2014-2016 64

4.17 Diện tích gieo trồng (ha) một số cây trồng chính ở 4 huyện giai đoạn 2014-2016 67

4.18 Sự đa dạng trong hệ thống cây trồng ở 4 huyện ven biển theo chỉ số đa dạng Simpson (năm 2014-2016) 70

4.19 Biến động diện tích gieo trồng và năng suất một số cây trồng hàng năm ở huyện Hậu Lộc 72

4.20 Biến động diện tích gieo trồng và năng suất một số cây trồng hàng năm ở huyện Hoằng Hóa 73

4.21 Diện tích, năng suất và sản lượng cây trồng năm 2016, 2020 và đến năm 2025 tại huyện Hậu Lộc 74

4.22 Diện tích sản lượng cây trồng năm 2017, 2020 và đến 2025 ở huyện

Hoằng Hóa 75 4.23 Hiệu quả kinh tế một số cây trồng vụ đông trên đất lúa vùng đất ven

biển tỉnh Thanh Hóa 76 4.24 Hiệu quả kinh tế các công thức luân canh đất lúa 77 4.25 Hiệu quả kinh tế một số công thức luân canh cây trồng trên đất màu 79 4.26 Thuận lợi, khó khăn và hướng phát triển một số cây trồng chủ lực có giá

trị gia tăng cao ở vùng ven biển tỉnh Thanh Hóa 84 4.27a Thời gian sinh trưởng, mức chống đổ và chiều cao cây của các giống

lúa trong vụ xuân (2015-2017) tại huyện Nga Sơn và Hoằng Hóa 86 4.27b Mức nhiễm sâu bệnh của các giống lúa trong vụ xuân (2015-2017)

(trung bình 3 vụ ở 2 huyện) 87 4.27c Yếu tố cấu thành năng suất của các giống lúa trong vụ xuân (2015-2017)

tại huyện Nga Sơn 88 4.27d Yếu tố cấu thành năng suất của các giống lúa trong vụ xuân (2015-2017)

tại huyện Hoằng Hóa 88 4.27e Năng suất thực thu (tạ/ha) của các giống lúa trong vụ xuân (2015-2017)

tại huyện Nga Sơn và Hoằng Hóa 89 4.28a Thời gian sinh trưởng, chiều cao cây, mức độ nhiễm sâu bệnh và khả

năng chống đổ của các giống lúa thuần trong vụ mùa (2015-2017) (trung bình 3 vụ ở 2 huyện) 91 4.28b Các yếu tố cấu thành năng suất một số giống lúa thuần trong 3 vụ mùa

(2015-2017) tại huyện Nga Sơn và Hoằng Hóa 92 4.28c Năng suất (tạ/ha) của các giống lúa thuần trong điều kiện vụ mùa (2015-

2017) tại hai huyện Nga Sơn và Hoằng Hóa 93 4.29a Thời gian sinh trưởng, chiều cao cây, đường kính thân và khả năng

chống đổ của các giống đậu tương trong 3 vụ đông (2015-2017) trên chân đất chuyên lúa (trung bình 3 vụ ở 2 huyện) 94 4.29b Mức độ nhiễm sâu, bệnh hại của các giống đậu tương trong 3 vụ đông (2015-

2017) trên chân đất chuyên lúa ở hai huyện Nga Sơn và Hoằng Hóa 95 4.29c Các yếu tố cấu thành năng suất một số giống đậu tương trong 3 vụ

đông (2015-2017) tại huyện Nga Sơn và Hoằng Hóa 96 4.29d Năng suất thực thu (tạ/ha) các giống đậu tương trong 3 vụ đông (2015-

2017) trên chân đất chuyên lúa ở hai huyện Nga Sơn và Hoằng Hóa 97 4.30a Thời gian sinh trưởng, chiều cao cây và số cành cấp I, II của các giống

lạc trong 3 vụ xuân (2015-2017) ở 2 huyện Nga Sơn và Hoằng Hóa 98 4.30b Các yếu tố cấu thành năng suất của các giống lạc trong 3 vụ xuân (2015-

2017) tại hai huyện Nga Sơn và Hoằng Hóa 99

4.30c Năng suất thực thu (tạ/ha) của các giống lạc 3 vụ xuân (2015-2017) ở

2 huyện Nga Sơn và Hoằng Hóa 100 4.31a Thời gian sinh trưởng, chiều cao cây, số cành cấp I và tính chống đổ của

các giống đậu xanh trong vụ hè (2015-2017) 101 4.31b Các yếu tố cấu thành năng suất của các giống đậu xanh trong 3 vụ hè

(2015-2017) tại hai huyện Nga Sơn và Hoằng Hóa 102 4.31c Năng suất thực thu (tạ/ha) của các giống đậu xanh trong 3 vụ hè

(2015-2017) ở 2 huyện Nga Sơn và Hoằng Hóa 103 4.32 Các chỉ tiêu sinh trưởng, mức nhiễm sâu bệnh và các yếu tố cấu thành

năng suất của giống Thái xuyên 111 và BC15, vụ xuân 2017 105 4.33 Hiệu quả kinh tế khi gieo trồng giống lúa chất lượng được tuyển chọn

so với giống đại trà tại Nga Sơn và Hoằng Hóa, vụ xuân 2017 106 4.34 Các chỉ tiêu sinh trưởng, mức độ nhiễm sâu bệnh và các yếu tố cấu

thành năng suất của giống HT9 và BC15, vụ mùa 2017 107 4.35 Hiệu quả kinh tế khi gieo trồng giống lúa thuần được tuyển chọn so với

giống đại trà tại Nga Sơn và Hoằng Hóa, vụ mùa 2017 108 4.36 Các chỉ tiêu sinh trưởng, mức độ nhiễm sâu bệnh và các yếu tố cấu

thành năng suất của giống NAS-S1 và DT84, vụ đông 2017 109 4.37 Hiệu quả kinh tế khi gieo trồng giống đậu tương NAS-S1 và DT84 tại

Nga Sơn và Hoằng Hóa, vụ đông 2017 109 4.38 Các chỉ tiêu sinh trưởng, mức nhiễm sâu bệnh và các yếu tố cấu thành

năng suất của giống lạc L26 và L14, vụ xuân 2017 110 4.39 Hiệu quả kinh tế khi gieo trồng giống lạc L26 và L14 tại Nga Sơn và

Hoằng Hóa, vụ xuân 2017 111 4.40 Các chỉ tiêu sinh trưởng, mức độ nhiễm sâu bệnh và các yếu tố cấu

thành năng suất của giống đậu xanh ĐX16 và Đậu tằm, vụ hè 2017 112 4.41 Hiệu quả kinh tế khi gieo trồng giống đậu xanh ĐX16 và giống Đậu

tằm tại Nga Sơn và Hoằng Hóa, vụ hè 2017 112 4.42 Hiệu quả kinh tế của hệ thống cây trồng cải tiến trên đất chuyên lúa 113 4.43 Hiệu quả kinh tế của hệ thống cây trồng cải tiến trên đất chuyên màu 115

DANH MỤC HÌNH

2.1 Sơ đồ thể hiện cách thức hệ thống cây trồng có thể thích nghi và giảm

nhẹ tác động của biến đổi khí hậu 10 4.1 Vị trí 4 huyện ven biển Thanh Hóa được nghiên cứu (vùng tô màu) 44 4.2 Diễn biến nhiệt độ và lượng mưa trung bình hàng tháng vùng ven biển

Thanh Hóa 46 4.3 Tỉ lệ diện tích các cây trồng chủ yếu ở vùng ven biển Thanh Hóa năm 2016 68 4.4 Sơ đồ minh họa hạn chế về diện tích canh tác đến phát triển ngành trồng

trọt ở vùng đất ven biển tỉnh Thanh Hóa 80

TRÍCH YẾU LUẬN ÁN

Tên tác giả: Nguyễn Trọng Trang

Tên Luận án: Nghiên cứu hiện trạng và cải tiến hệ thống cây trồng trên vùng đất ven biển

ii) Đánh giá thực trạng về hệ thống cây trồng và làm rõ những khó khăn, hạn chế trong sản xuất trồng trọt ở vùng ven biển;

iii) Tuyển chọn các giống cây trồng một năm thích hợp vùng đất ven biển;

iv) Đánh giá hiệu quả kinh tế giống cây trồng tuyển chọn, kiểm định hệ thống cây trồng cải tiến với các giống cây trồng tuyển chọn và đề xuất đề xuất hệ thống cây trồng trong thời gian tới

Phương pháp nghiên cứu

Đánh giá điều kiện tự nhiên, kinh tế-xã hội, đất đai:

Đề tài luận án được tiến hành trên phạm vi 4 huyện ven biển tỉnh Thanh Hóa, gồm: Nga Sơn, Hậu Lộc, Hoằng Hóa và Quảng Xương Thông tin về điều kiện tự nhiên, kinh tế-

xã hội, tài nguyên đất đai và sử dụng đất dựa vào dữ liệu thứ cấp từ các phòng NN&PTNT,

Sở NN&PTNT và Sở TN&MT

Đánh giá hệ thống cây trồng:

Thông tin hệ thống cây trồng theo không gian và thời gian được đánh giá dựa vào số liệu thứ cấp trong 3 năm, từ 2014 đến 2016 Số liệu sơ cấp liên quan hệ thống cây trồng được thu thập thông qua phỏng vấn lãnh đạo, chuyên viên phòng Nông nghiệp và Phát triển nông thôn của các huyện, lãnh đạo UBND các xã và hộ nông dân Hiệu quả kinh tế (giá trị gia tăng, hiệu quả sử dụng vốn) được tính toán dựa vào số liệu điều tra hộ nông dân

Tuyển chọn giống cây hàng năm thích hợp cho vùng ven biển:

Tuyển chọn giống được thực hiện với 5 thí nghiệm trên 5 loại cây trồng hàng năm bao gồm lúa chất lượng, lúa thuần, đậu tương, lạc và đậu xanh Mỗi loại cây gồm 5 giống Tất cả các thí nghiệm được bố trí theo khối ngẫu nhiên đầy đủ với 3 lần nhắc lại, diện tích ô là 24 m 2 , được tiến hành trong 3 năm liên tiếp (2015-2017) trên đất chuyên lúa (lúa vụ xuân và đậu tương vụ đông), trên đất chuyên màu (lạc xuân và đậu xanh vụ hè) tại xã Nga Hải, huyện Nga Sơn và xã Hoằng Đồng, huyện Hoằng Hóa Các chỉ tiêu được theo dõi, đánh giá theo Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia

do Bộ NN&PTNT ban hành

Các yếu tố cấu thành năng suất và năng suất của các giống theo từng loại cây trồng trong 3 vụ thí nghiệm ở mỗi huyện được phân tích phương sai bằng phần mềm IRRISTAT version 5.0 Giá trị trung bình năng suất theo từng vụ, từng huyện được so sánh với giống đối chứng sử dụng LSD ở mức ý nghĩa P <5%

Đánh giá hiệu quả kinh tế của giống được tuyển chọn và hệ thống cây trồng cải tiến:

Hiệu quả kinh tế các giống cây trồng hàng năm đã tuyển chọn được đánh giá tiến hành trên đồng ruộng của nông dân tại huyện Nga Sơn và huyện Hoằng Hóa năm 2017 Quy trình sản xuất và các biện pháp canh tác được áp dụng theo khuyến cáo cho giống cây trồng đó Hiệu quả kinh tế được đánh giá dựa vào chênh lệch lợi nhuận giữa giống thay thế và giống đại trà Quyết định chọn giống được dựa vào phân tích cận biên, đó là tỉ suất lợi nhuận biên (Marginal rate of return)

tế cao là ớt, cà chua, bí xanh, dưa chuột, khi trồng riêng rẽ và trong cơ cấu luân canh

Ngành trồng trọt đóng vai trò quan trọng trong nông nghiệp vùng ven biển Lúa là cây trồng chủ yếu, chiếm gần 60% diện tích sản xuất cây hằng năm Do chuyển đổi diện tích đất sang phi nông nghiệp, tổng diện tích đất trồng trọt nói chung, diện tích gieo trồng lúa và phần lớn cây rau màu nói riêng có xu hướng giảm Trong những năm gần đây cơ cấu ngành trồng trọt đã và đang chuyển đổi theo hướng sản xuất các sản phẩm có giá trị kinh tế cao, có nhu cầu lớn trên thị trường (rau thực phẩm), giảm dần ưu thế của cây lương thực truyền thống (lúa) Tuy nhiên, sự đa dạng cây trồng nông nghiệp trong hệ thống cây trồng ở các huyện ven biển không cao Hệ số canh tác, diện tích và tỉ lệ diện tích 3 vụ trên đất trồng lúa còn rất thấp nên có thể tăng cây trồng vụ đông, đặc biệt các loại rau, đậu Trong các cây rau, cây dưa chuột

có hiệu quả kinh tế cao trong tất cả các công thức luân canh Hệ thống cây trồng trên đất lúa

có hiệu quả kinh tế cao là dưa chuột - lúa mùa - dưa chuột, lúa - ớt - dưa chuột, lúa xuân - ớt

- rau và lúa xuân - dưa chuột Hệ thống cây trồng trên đất màu có hiệu quả kinh tế cao gồm: dưa chuột - dưa chuột - cà chua, dưa chuột - dưa chuột - bí xanh, ớt - ngô ngọt, ớt - dưa chuột Cây ớt, cà chua, dưa chuột, bí xanh, rau các loại là những cây trồng thích hợp trong vụ đông

Từ kết quả so sánh các giống cây trồng hiện có trong thí nghiệm lặp lại qua 3 vụ ở hai huyện, các giống thích hợp cho cơ cấu cây trồng trong các vụ khác nhau đã được tuyển chọn Cụ thể là giống lúa Thái xuyên 111 sử dụng cho vụ lúa xuân, giống lúa HT9 cho vụ mùa, giống đậu tương NAS-S1 cho vụ đông, giống lạc L26 cho vụ xuân và giống đậu xanh ĐX16 cho vụ hè Các giống được tuyển chọn cho lợi nhuận và tỉ suất lợi nhuận biên cao, có thể thay thế các giống hiện đang sản xuất đại trà và mở rộng diên tích trong sản xuất Cơ cấu lúa xuân (Thái xuyên 111) - lúa mùa (HT9) - đậu tương (NAS-S1) trên đất chuyên lúa; lạc xuân (L26) - đậu xanh hè (ĐX16) - lạc thu - đông (L26) trên đất chuyên màu mang lại hiệu quả kinh tế cao so với cơ cấu cây trồng hiện đang áp dụng Thay thế giống cây trồng mới thường xuyên và tăng

vụ góp phần tăng thu nhập và tăng hiệu quả kinh tế Tăng diện tích rau màu và cây họ đậu,

đa dạng hóa cây trồng trong hệ thống cây trồng thời gian tới là giải pháp cần thiết để giảm

tác động của biến đổi khí hậu và phát triển nông nghiệp bền vững

THESIS ABSTRACT

Author: Nguyen Trong Trang

Thesis title: Research on the current status and the improvement of the cropping systems in

the coastal area of Thanh Hoa province

Major: Crop Science Code: 9 62 01 10

Educational institute: Vietnam National University of Agriculture (VNUA)

Research objectives

i) To assess natural, socio-economic conditions, particularly soil resource and its suitability

to agricultural crops and current land use in the coastal area of Thanh Hoa province;

ii) To evaluate the current cropping systems and clarify the constraints and limitations

in crop production in coastal area;

iii) To select annual crop varieties suitable to coastal area; and

auses and recommend an improved cropping system in the coming years; and

iv) To assess economic efficiency of selected crop varieties, verify the improved cropping system and recommend possible cropping systems in coming time

Research methods

Assessment of natural, socio-economic conditions, soil resource and current land use:

The research was carried out in four coastal districts of Thanh Hoa province, i.e., Nga Son, Hau Loc, Hoang Hoa and Quang Xuong Information on natural, socio-economic conditions and land resources and land use consisted of secondary data collected from ditricts’ Department of Agriculture and Rural Development and provincial Department of Agriculture and Rural Development and Department of Natural Resources and Environment

Evaluation of current cropping systems:

The spatial and temporal variations of cropping systems were assessed based on the secondary data for 3 years, from 2014 to 2016 Primary data related to the cropping systems was collected through interviews with leaders and specialists of the Agriculture and Rural Development Department of the districts, leaders of the People's Committees of the communes and farmer households Economic efficiency (economic value added, capital efficiency) was calculated based on the data from the survey with farmer households

Selection of annual crop varieties suitable to the coastal areas:

Selection of varieties was carried out with 5 experiments on 5 annual crops, five (5) varieties for each crop, including quality hybrid and inbred rice, soybean, peanut and mung bean All experiments were arranged in randomized complete block design with 3 replicates, the plot size was 24 m 2 The experiments were conducted in 3 consecutive years (2015-2017)

on specialized rice land area (spring rice - summer rice - autumn-winter soybeans) and on specialized land areas for up-land, non-rice crops (spring peanuts and summer mung beans)

in Nga Hai commune, Nga Son district and Hoang Dong commune, Hoang Hoa district The characteristics were recorded and evaluated according to the National Technical Regulations for the crops issued by the Ministry of Agriculture and Rural Development

The yield components and yields of the varieties by the types of crops in 3 experimental seasons in each district were statistically analyzed using IRRISTAT version 5.0 software The variety yield means in each season and each district were ranked and compared with the control variety using least significane difference (LSD) at P<5% significance level

Evaluation of economic efficiency of selected varieties and improved cropping systems:

The evaluation of economic efficiency of the selected varieties was conducted in the farmers fields in Nga Hai commune, Nga Son district and Hoang Dong commune, Hoang Hoa district in 2017 Production process and cultivation methods were applied according to the recommendations for that variety

Economic efficiency was assessed based on the profit difference between crop variety replacement Variety selection decision was based on marginal analysis, viz the marginal rate of retur

Main findings and conclusions

Natural, socio-economic and soil conditions in the coastal area of Thanh Hoa province are favorable for development of annual cropping system, particularly leguminous crops and various vegetables The area suitable to these crops accounts for high proportion of the arable land To maitain soil quality, soil health, and environmental benefits, enhancing crop yield, and value on

a unit of land and sustainable intensification it is nessesary for improved cropping system to rationally reduce the area under rice and to expand the area planted to legumes and high value vegetables High value vegetables include chilli pepper, tomato, wax gourd, and cucumber Crop production plays an important role in the coastal agriculture Rice is the main crop, accounting for close to 60% of the annual crop production area Due to the shift of land use to non-agricultural purposes, the total farmland in general, the rice cultivation area and the cultivation of most of the crops in particular tend to decrease In the last decade, the cropping pattern has been being transformed in the direction of producing high economic value products (vegetables) in response to market demand, gradually reducing the dominance of staple food crop (rice) However, the diversity of agricultural crops in the cropping systems

in the coastal districts was low The land use intensity and the area under triple cropping on rice land were still low thus additional winter cropping is necessarily possible, particulary vegetables and legumes Among vegetable crops, cucumber had high economic efficiency in all rotation formulas The cropping systems on rice land with high economic efficiency were cucumber - summer rice - cucumber, rice - chili - cucumber, spring rice - chili - vegetable and spring rice - cucumber The system of crops on fertile soil with high economic efficiency included cucumber - cucumber - tomato, cucumber - cucumber - zucchini, chili - sweet corn, and chili - cucumber Peppers, tomatoes, cucumbers, waxgourd, and vegetables of all kinds were the suitable crops for the winter growing season

From the replicated variety trials over three cropping seasons in two districts, suitable varieties were identified and selected for different cropping seasons These are rice variety Thai Xuyen 111 for spring season, rice variety HT9 for summer season, soyban variety NAS-S1 for winter season, groundnut variety L26 for spring season and mungbean variety ĐX16 for summer crop

These selected varieties brought about higher benefit and high marginal rate of return and can replace the popular varieties being grown The improved croping systems, spring rice (Thai xuyen 111) - HT9 - winter soybean (NAS-S1) on specialized rice land (rice-based cripping system); spring peanut (L26) - summer mung bean (DX16) - fall-winter peanut (L26)

on specialized land areas for non-rice crops showed higher economic efficiency compared to traditional cropping system Regular replacing improved crop varieties and additional cropping season contribute to betterment of income and economic efficieny Increment of cropping area under vegetables and legumes and diversification of agricultural crops in the coming time are considered nesseary options for mitigation of the adverse impact of climate change and sustainable agricultural development.

PHẦN 1 MỞ ĐẦU

1.1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

Tỉnh Thanh Hoá có sự đa dạng về tự nhiên và tài nguyên thiên nhiên, thuận lợi cho phát triển sản xuất nông nghiệp Thực tế những năm qua và trong tương lai, sản xuất nông nghiệp vẫn đóng vai trò, vị trí quan trọng, đóng góp tương ứng 22,6%

Thanh Hóa, 2019) Trong cơ cấu ngành nông nghiệp, ngành trồng trọt (xét phạm vi toàn tỉnh cũng như vùng ven biển) luôn chiếm vị trí quan trọng nhất, bảo đảm an ninh lương thực, thực phẩm, an sinh xã hội và giải quyết việc làm cho lao động nông thôn

Thanh Hóa, 2017), sản xuất các mặt hàng xuất khẩu (cói, lạc, mía, tinh bột sắn, rau, cao su), đảm bảo ổn định kinh tế - xã hội và là động lực tăng trưởng cho sản xuất nông nghiệp của tỉnh Thanh Hóa Tuy nhiên, sản xuất trồng trọt hiện tại chủ yếu dựa vào lợi thế về tài nguyên thiên nhiên, hiệu quả thấp, tăng trưởng thiếu ổn định Cây lúa có giá trị, hiệu quả kinh tế thấp nhưng luôn chiếm tỉ lệ diện tích lớn, trong khi các cây màu ít được quan tâm, gieo trồng nhỏ lẻ theo nông hộ Chẳng hạn, giá trị sản xuất lúa chỉ chiếm 24,4% nhưng chiếm tới 58,9% đất sản xuất nông nghiệp và 70,3%

trồng lúa liên tục làm giảm tốc độ tăng năng suất, làm kiệt dinh dưỡng đất, tăng sử dụng nước, tăng ô nhiễm nước và không khí (Van Dis & cs., 2015) Để quản lý và

sử dụng đất hiệu quả và bền vững, chuyển dịch cơ cấu cây trồng là rất cần thiết để nâng cao hiệu quả sản xuất, đa dạng hóa sản phẩm và tăng sức cạnh tranh của sản phẩm trồng trọt Trước xu thế hội nhập, cạnh tranh và biến đổi khí hậu, ngành trồng trọt đang phải đối mặt với nhiều thách thức lớn như: chi phí sản xuất tăng, cạnh tranh

về lao động, đất nông nghiệp ngày càng bị thu hẹp, biến đổi khí hậu Có thể nói, chuyển đổi hệ thống cây trồng (HTCT) của tỉnh Thanh Hóa nói chung và vùng ven biển nói riêng là một giải pháp quan trọng để xây dựng một hệ thống cây trồng hiệu quả, vừa phù hợp với xu thế, vừa khai thác lợi thế của tỉnh, làm nhẹ tác động của biến đổi khí hậu và giảm thiểu tác động xấu đến môi trường

Vùng ven biển 4 huyện Nga Sơn, Hậu Lộc, Hoằng Hóa và Quảng Xương có chiều dài 80km kể cả thành phố Sầm Sơn (tổng chiều dài bờ biển của tỉnh là 102km) Tổng diện tích đất tự nhiên 118.010ha, trong đó đất nông nghiệp 47.610ha, chiếm

ven biển đã gắn bó lâu đời với nông nghiệp và ngư nghiệp, trong đó nông nghiệp là

chủ yếu Qua nhiều năm canh tác, thâm canh hóa học hướng vào tối đa hóa năng suất, đất nông nghiệp đã và đang bị suy thoái, ngoài ra diện tích đang giảm dần do chuyển mục đích sử dụng từ nông nghiệp sang phi nông nghiệp Bên cạnh đó, sự biến đổi khí hậu và ấm lên toàn cầu cũng đang ảnh hưởng tiêu cực đến sinh kế, môi trường, cây trồng và vật nuôi

Cây trồng chính và quan trọng nhất ở vùng ven biển tỉnh Thanh Hóa vẫn là lúa, chiếm 65% diện tích sản xuất của vùng và chiếm gần 1/4 sản lượng lúa của cả tỉnh Những cây màu khác là nguồn cung cấp nông sản hàng hóa cho thị trường và tạo ra giá trị tăng thêm cho ngành trồng trọt nhưng chưa được chú ý đúng mức trong cơ cấu cây trồng Cơ cấu cây trồng không chỉ được quyết định bởi các điều kiện thời tiết và đất đai, mà còn bởi năng suất và lợi nhuận chúng mang lại Tái định hướng từ nền canh tác tự cung, tự cấp sang canh tác hàng hóa/thương mại trong bối cảnh biến đổi khí hậu kéo theo sự thay đổi của cây lương thực chính cùng với việc đưa vào các cây trồng hàng năm, ngắn ngày có giá trị kinh tế cao (Mahesh, 1999) Do đó, đối với cây trồng hàng năm, ngoài lúa các cây họ đậu, rau màu các loại có thể là những cây trồng tiềm năng trong cơ cấu cây trồng vùng đất ven biển cần được quan tâm phát triển Cùng với sự tăng trưởng kinh tế, hệ thống sản xuất theo hướng thị trường, thay đổi cơ cấu bữa ăn dẫn đến giảm nhu cầu lương thực chính, chúng được thay thế bằng thịt và rau quả các loại Đối với sản xuất trồng trọt, cải tiến hệ thống cây trồng hợp

lý cho vùng theo hướng hiệu quả, bền vững là giải pháp quan trọng và cần thiết nhằm đáp ứng yêu cầu của thực tiễn sản xuất, góp phần cải thiện cả về năng suất, sản lượng, giá trị và thu nhập của người sản xuất Tuy nhiên, cải tiến HTCT không chỉ đáp ứng nhu cầu về lương thực, thực phẩm ở hiện tại, mà còn có ý nghĩa lâu dài cho sự phát triển bền vững của nền nông nghiệp dựa trên sự duy trì và bảo vệ hợp lý tài nguyên Vấn đề đặt ra là, liệu có thể cải tiến HTCT hiện tại để đẩy mạnh phát triển hệ thống cây trồng đa canh theo hướng nâng cao năng suất, hiệu quả, bền vững và bảo vệ hệ

tiễn, cải tiến hệ thống cây trồng có thể thực hiện theo ba hướng cơ bản, đó là (i) cải tiến cơ cấu cây trồng hiện tại bằng cơ cấu cây trồng mới phù hợp hơn với điều kiện

tự nhiên, kinh tế - xã hội, đặc biệt là đất đai của vùng; (ii) mở rộng/tăng vụ và đa dạng hóa cây trồng vụ đông; (iii) thay đổi cơ cấu giống kết hợp biện pháp kỹ thuật canh tác bảo đảm giống mới đưa vào cho năng suất, chất lượng và hiệu quả kinh tế cao hơn các giống cũ Giống cây trồng hàng năm, ngắn ngày, chống chịu tốt đưa vào HTCT có cơ hội tránh được những tác động xấu của biến đổi khí hậu Để cải tiến hệ thống cây trồng vùng đất ven biển Thanh Hóa theo các hướng trên cần trả lời những câu hỏi sau:

1) Vùng đất ven biển Thanh Hóa có những loại đất chính nào? Các loại cây

trồng nào thích hợp trên các loại đất đó?

2) Hiện trạng HTCT vùng đất ven biển Thanh Hóa gồm những cây trồng nào? HTCT hiện tại có những thuận lợi, khó khăn gì? Nguyên nhân và giải pháp nào để

cải tiến HTCT trong thời gian tới?

3) Liệu tuyển chọn các giống cây trồng thích hợp có mang lại hiệu quả kinh tế? 4) Mô hình cải tiến mang lại kết quả như thế nào?

Luận án tập trung cứu vào 4 huyện ven biển điển hình về nông nghiệp, gồm Nga Sơn, Hậu Lộc, Hoằng Hóa và Quảng Xương Nội dung chính gồm đánh giá mức

độ thích hợp cây trồng của đất nông nghiệp, hiện trạng sử dụng đất, hệ thống cây trồng hiện tại, sử dụng cây hàng năm trong hệ thống cây trồng và khả năng thay thế,

mở rộng các cây hàng năm/giống cây hàng năm có năng suất cao và thích nghi tốt như đậu tương, lạc, đậu xanh và lúa trong hệ thống Trong một số trường hợp nhất định, các số liệu của 2 huyện đại diện được sử dụng để minh họa cụ thể

1.2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI

ii) Đánh giá thực trạng về hệ thống cây trồng và làm rõ những khó khăn, hạn chế trong sản xuất trồng trọt ở vùng ven biển;

iii) Tuyển chọn các giống cây trồng hàng năm thích hợp vùng đất ven biển; iv) Đánh giá hiệu quả kinh tế giống cây trồng tuyển chọn, kiểm định hệ thống cây trồng cải tiến với các giống cây trồng tuyển chọn và đề xuất hệ thống cây trồng trong thời gian tới

1.3 PHẠM VI NGHIÊN CỨU

1.3.1 Đối tượng nghiên cứu

Điều kiện tự nhiên (khí hậu, nguồn nước, đất đai), điều kiện kinh tế - xã hội (khả năng đầu tư, tập quán canh tác, chiến lược phát triển trồng trọt), hệ thống cây

trồng, các giống cây trồng được đánh giá, so sánh, tuyển chọn và các hộ nông dân thực hiện mô hình

1.3.2 Thời gian nghiên cứu

Nghiên cứu được thực hiện từ năm 2014 đến năm 2020

1.3.3 Địa điểm nghiên cứu

Đề tài nghiên cứu được tiến hành trên vùng đất ven biển tỉnh Thanh Hóa, tập trung vào 4 huyện Nga Sơn, Hậu Lộc, Hoằng Hóa và Quảng Xương

1.4 NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA ĐỀ TÀI

Đề tài luận án đã đánh giá, phân tích hiện trạng sử dụng tài nguyên đất, hệ thống cây trồng và xác định những yếu tố tồn tại, hạn chế và đề xuất hệ thống cây trồng cải tiến ở vùng đất ven biển tỉnh Thanh Hóa

Với sự kết hợp 3 giải pháp, HTCT cải tiến gồm mở rộng, thay thế các giống hàng năm hiện có bằng các giống cây trồng hàng năm phù hợp, giảm diện tích cây trồng kém hiệu quả, đặc biệt là lúa bằng các loại cây trồng hiệu quả hơn và tăng vụ Phát triển vụ đông với sự đa dạng hóa cây trồng, tăng diện tích cây họ đậu trong cơ cấu luân canh để duy trì và cải thiện độ phì, tăng sức khỏe của đất Tăng vụ đông là khả thi vì quỹ đất sau hai vụ lúa còn tiềm năng khá lớn

Tăng giá trị sản xuất được khẳng định sơ bộ thông qua tăng vụ đông trên nền canh tác lúa (đất chuyên lúa): lúa xuân (Thái xuyên 111) - lúa mùa (HT9) - đậu tương đông (NAS-S1); và thay thế giống mới trong công thức luân canh hiện tại trên đất chuyên màu: lạc xuân (L26) - đậu xanh hè (ĐX16) - lạc đông (L26)

1.5 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI

1.5.1 Ý nghĩa khoa học

Dựa vào điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội, tài nguyên đất hiện có, hiệu quả kinh tế của các loại cây trồng và công thức luân canh, luận án làm rõ cơ sở để cải tiến hệ thống cây trồng theo hướng hiệu quả, bền vững, thích ứng, giảm nhẹ tác động bất lợi của biến đổi khí hậu Đặc biệt, hệ thống cây trồng cải tiến cần coi trọng cây rau màu và cây họ đậu, tăng vụ trên đất chuyên lúa, đa dạng hóa cây trồng nông nghiệp, trả lại tàn dư cây trồng, nhất là cây họ đậu, để duy trì, cải thiện chất lượng và sức khỏe của đất

Kết quả cũng là cơ sở khoa học cho việc quản lý cây trồng, quy hoạch, sử dụng đất đai, phân vùng sản xuất nông nghiệp hợp lý gắn với chương trình phát triển nông thôn theo hướng sản xuất nông nghiệp bền vững, bảo vệ môi trường

1.5.2 Ý nghĩa thực tiễn

Định hướng hình thành được hệ thống cây trồng mới có hiệu quả kinh tế cao hơn thông qua chuyển dịch cơ cấu theo hướng sản xuất bền vững, góp phần nâng cao đời sống của nhân dân địa phương

Xác định được hướng chuyển dịch cơ cấu cây trồng hợp lý, xây dựng hệ thống cây trồng cải tiến theo hướng sản xuất và phát triển nông nghiệp bền vững ở vùng đất ven biển tỉnh Thanh Hoá trong thời gian tới

PHẦN 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU

2.1 CÂY TRỒNG VÀ HỆ THỐNG CÂY TRỒNG

2.1.1 Cây trồng trong hệ thống cây trồng

Cây trồng hay cây trồng nông nghiệp là thực vật được gieo trồng vì sản phẩm của chúng, gồm lương thực, thực phẩm cho người, thức ăn cho gia súc, sợi và nhiên

điển Bách khoa Việt Nam, 1995) định nghĩa “cây trồng là loại cây được thuần hóa,

chọn lọc để trồng trọt, đưa vào sản xuất nông nghiệp” Sử dụng cây trồng trong trồng

trọt phản ánh mối quan hệ gắn bó giữa con người và thực vật Theo ước tính, có 350.000 loài thực vật trên toàn thế giới và khoảng 80.000 loài có thể ăn được Tuy nhiên, hiện tại chỉ khoảng 150 loài được gieo trồng nhiều trực tiếp làm lương thực cho người hoặc làm thức ăn cho gia súc, trong đó 30 loài tạo ra 95% năng lượng và protein cho người Khoảng một nửa lượng lương thực xuất phát từ 4 loài: lúa nước

(Oryza sativa), ngô (Zea mays), lúa mì (Triticum ssp.) và khoai tây (Solanum tuberosum) (Füleky, 2009) Trồng trọt là ngành sử dụng các loại cây trồng để sản

xuất các sản phẩm đáp ứng nhu cầu hàng ngày của con người

Trong sản xuất trồng trọt, mỗi loại cây trồng có những đặc điểm riêng về sinh trưởng, phát triển, khả năng thích nghi, yêu cầu sinh thái, thời vụ, kỹ thuật, đặc tính sản phẩm và thị trường Vì vậy, sự lựa chọn cây trồng là trọng tâm đối với bất kỳ hệ thống cây trồng nào Để đánh giá và lựa chọn cây trồng người nông dân phải xem xét khả năng đầu tư, thị trường, lợi nhuận, khả năng thích nghi với điều kiện thay đổi (đặc biệt thời tiết), sâu bệnh hại (tính kháng bệnh) và yêu cầu công nghệ đặc thù trong quá trình sinh trưởng, thu hoạch cũng như điều kiện ngoại cảnh trên trang trại và sự phù hợp với các phần tử khác trong hệ thống sản xuất

Hệ thống cây trồng (HTCT) là các loài và giống cây trồng được bố trí theo không gian và thời gian trong một hệ thống sinh thái nông nghiệp (trang trại, vùng, quốc gia) dựa vào công nghệ sản xuất sẵn có (Blanco & Lal, 2010) nhằm tận dụng hợp lý nhất các nguồn lợi tự nhiên, kinh tế, xã hội HTCT là toàn bộ hoạt động sản xuất cây trồng bao gồm tất cả các hợp phần cần có để sản xuất một tổ hợp các cây trồng và mối quan hệ giữa chúng với môi trường Các hợp phần này bao gồm tất cả yếu tố vật lý, sinh học cũng như kỹ thuật và quản lý Trong các hệ thống cây trồng, hai hệ thống chủ yếu là hệ thống đa canh (nhiều loại cây trồng được trồng xen, trồng gối, trồng tuần tự, gieo trồng hỗn hợp) và hệ thống cây trồng đơn canh

Hệ thống cây trồng được thiết kế và quản lý để đạt mục tiêu của con người nên chúng là những hệ thống có mục đích Giống như tất cả các hệ thống có mục đích khác, HTCT có những tính chất chung có ích để đánh giá cách thức hoạt động và tính hiệu quả Những tính chất phù hợp nhất là sự bền vững và sức sản xuất của hệ thống HTCT truyền thống được thiết kế để tối đa hóa năng suất Trong một nền nông nghiệp

tự cung tự cấp, sản xuất lương thực để đảm bảo an ninh lương thực là đầu ra căn bản của HTCT, những đầu ra khác chỉ là thứ cấp Ngược lại, trong nông nghiệp hàng hóa,

an ninh lương thực được thiết lập/đảm bảo thì những mục tiêu khác, như lợi nhuận chiếm ưu thế Tuy nhiên, một hệ thống tồn tại được về kinh tế trong ngắn hạn có thể không tồn tại về sinh thái trong dài hạn Vì thế, hiện nay thiết kế HTCT phải xem xét toàn diện các yếu tố xã hội, kinh tế, sinh thái hay môi trường Một HTCT ổn định thực sự phải duy trì dài hạn tính toàn vẹn sinh học và sinh thái của nguồn tài nguyên thiên nhiên, đặc biệt là nước và đất Bảo tồn nước, đất và duy trì sức sản xuất của đất phụ thuộc rất lớn vào phương thức quản lý hệ thống cây trồng vì nó ảnh hưởng tới chất lượng đất và sự biến động chất hữu cơ Quản lý hệ thống cây trồng đúng/phù hợp có thể duy trì hay thậm chí cải thiện sức sản xuất của đất và phục hồi đất bị suy thoái (Blanco & Lal, 2010) Chuyển đổi hay cải tiến HTCT là phát triển hệ thống mới trên hệ thống cây trồng cũ hoặc phát triển hệ thống cây trồng mới bằng tăng vụ,

đa dạng hóa cây trồng hoặc thay thế cây trồng để khai thác có hiệu quả hơn tiềm năng đất đai, con người và lợi thế so sánh trên vùng sinh thái (Nguyễn Duy Tính, 1995)

Đa dạng hóa cây trồng là một lựa chọn quan trọng trong hệ thống nông nghiệp bền vững Đây là một khía cạnh quan trọng trong xây dựng một hệ thống cây trồng hiệu quả để quản lý và tổ chức nhằm sử dụng tốt nhất nguồn tài nguyên sẵn có/hiện có (đất, không khí, ánh sáng mặt trời, nước, lao động, phương tiện) và tiến bộ của khoa học kỹ thuật Một HTCT hiệu quả không chỉ phụ thuộc vào tài nguyên thiên nhiên mà còn phụ thuộc vào quy mô và phần trả lại của sản phẩm cây trồng, giá của chi phí đầu vào bao gồm cả lao động, sự kết hợp giữa các hợp phần công việc, sức khoẻ của nông dân

và chiều hướng của rủi ro (Connor, 2003) Việc xác định và xây dựng các hệ thống cây trồng phù hợp với điều kiện sinh thái của từng vùng là cơ sở để đạt năng suất và sản lượng cây trồng cao, đồng thời cũng là biện pháp sinh học tốt nhất nhằm khai thác triệt để mọi nguồn lợi tự nhiên, kinh tế - xã hội mỗi vùng (Fermando & cs., 1982; Lê Thị Bích & Trần Thế Tục, 1996)

2.1.2 Cơ cấu cây trồng và chế độ luân canh

Hệ thống cây trồng là sự kết hợp cơ cấu cây trồng và công thức luân canh Cơ cấu cây trồng là tỷ lệ diện tích gieo trồng các loại cây trồng khác nhau trong một vùng ở một thời điểm nhất định Cơ cấu cây trồng biểu thị đặc trưng về số lượng, tỷ

lệ, cách sắp xếp cây trồng trong một điều kiện sinh thái của một vùng cụ thể Như vậy, thay đổi cơ cấu cây trồng có nghĩa là thay đổi tỉ lệ diện tích các cây trồng khác nhau Nếu tăng diện tích cây trồng có giá trị cao, chắc chắn sẽ tăng lợi nhuận, thậm chí khi năng suất không tăng Sự chuyển dịch cơ cấu cây trồng có thể có lợi hay bất lợi tùy theo bản chất của sự chuyển dịch Một cơ cấu cây trồng hướng vào cây lương thực lấy hạt như lúa, khi tăng tỉ lệ diện tích các cây trồng phi lương thực có thể dẫn đến sự thay đổi căn bản vì các cây trồng hàng hóa/thương mại thường mang lại tỉ lệ lợi nhuận cao hơn Việc duy trì hay thay đổi cơ cấu không phải là mục tiêu mà là phương tiện phát triển sản xuất Cơ cấu cây trồng còn là tiền đề bố trí chế độ luân canh cây trồng thay đổi theo những tiến bộ của khoa học kỹ thuật (Connor, 2003)

Cơ cấu cây trồng hiện tại được người nông dân phát triển sau nhiều thập kỷ tích lũy kinh nghiệm, nhưng từ quan điểm vùng hay quốc gia nó không nhất thiết là phương thức sử dụng đất hiệu quả nhất Xét về lịch sử, cơ cấu cây trồng dựa trên nguyên lý

tự cung tự cấp ở tất cả hàng hóa hay sản phẩm trong một làng hay địa phương, nơi

mà các phương tiện thông tin nghèo nàn và sự phụ thuộc vào các cơ quan tiếp thị rất hạn chế Hơn nữa, không có một hệ thống cây trồng nào có thể tồn tại vĩnh viễn Hệ thống cây trồng là một hệ thống động, thay đổi cùng với sự tiến bộ của công nghệ và các yếu tố kinh tế Do đó, sự xác định những cây trồng hiệu quả của vùng là phù hợp với đất đai và khí hậu, chế độ luân canh, cường độ canh tác và yêu cầu của thị trường luôn được quan tâm

Luân canh cây trồng là hệ thống mà trong đó cây được gieo trồng theo trình tự luân phiên trên cùng một cách đồng trong các vụ hay các năm Chuyển cây trồng theo định kỳ theo một trình tự định sẵn trái ngược với độc canh liên tục Số cây trồng càng nhiều, càng đa dạng trong luân canh thì càng có lợi cho sức sản xuất của đất và luân canh, là một trong những chiến lược đơn giản nhất, dễ dàng để bảo tồn đất và nước Lợi ích sinh học và lý học của luân canh cây trồng là cải thiện chất lượng đất, quản lý dịch hại (Karlen & cs., 2006), đặc biệt khi kéo dài thời gian trồng cây họ đậu

Có ba kiểu luân canh chủ yếu dựa vào thời gian (Karlen & cs., 1994): 1) độc canh, giới hạn vào một cây trồng đơn lẻ không có sự đa dạng; 2) luân canh ngắn, cơ bản là

2 năm; 3) luân canh mở rộng, thời gian luân canh trên 2 năm Cơ cấu cây trồng và luân canh ảnh hưởng tới dinh dưỡng của đất Đa dạng cây trồng và luân canh làm tăng số lượng, chủng loại sinh vật đất và giảm thiểu sâu bệnh hại

2.1.3 Hệ thống cây trồng ứng phó với biến đổi khí hậu

Khái niệm nông nghiệp thông minh theo khí hậu (NNTMTKH) và HTCT ứng phó với biến đổi khí hậu được phát triển dựa trên một tập hợp chiến lược, giúp đối phó với những thách thức bằng cách tăng sự phục hồi đối với thời tiết cực đoan và giảm phát thải khí nhà kính do nông nghiệp đóng góp vào sự nóng lên toàn cầu NNTMTKH cũng nhằm hỗ trợ sự chuyển đổi bền vững, đảm bảo sinh kế và nhu cầu lương thực thực phẩm, chất đốt, gỗ và sợi thông qua những hành động dựa trên khoa học đóng góp vào phát triển kinh tế, giảm nghèo và an ninh lương thực; duy trì và tăng cường năng suất, sự phục hồi cả hai chức năng sinh thái tự nhiên và sinh thái nông nghiệp, biến hệ thống nông nghiệp và hệ thống lương thực theo mục tiêu bền vững

Biến đổi khí hậu ảnh hưởng rất lớn đến nông nghiệp, nhất là ngành trồng trọt

mưa và phân bổ lượng mưa ảnh hưởng trực tiếp tới năng suất và sự phù hợp cây trồng Lũ lụt, hạn hán, sóng nhiệt cũng như sự biến động trong cân bằng giữa nhiệt

độ, lượng mưa hay cường độ và tần số bão là những sự kiện quan trọng nhất có thể xảy ra do biến đổi khí hậu Biến đổi khí hậu trực tiếp gây ra sự thay đổi lượng nước cung cấp và tăng nhu cầu tưới tiêu, làm nảy sinh dịch hại Các nghiên cứu gần đây đều chỉ rõ rằng năng suất cây trồng giảm đáng kể vì sự ấm lên toàn cầu (Hsiang & cs., 2017; Zhang & cs., 2017), đặc biệt đối với cây sắn, lúa, đậu tương ở Đông Nam

phẩm Tuy sự ấm lên toàn cầu có thể có lợi cho một số cây trồng ở một số vùng, nhưng cũng làm giảm năng suất ở nhiều vùng khác nhau, do đó điều cấp bách phải tạo ra nguồn gen cây trồng chịu nhiệt hay thích ứng tốt hơn để giảm thiểu tác hại của biến đổi khí hậu

Vì nông nghiệp đóng góp một phần đáng kể vào sự phát thải khí nhà kính, nên nông nghiệp phải giảm thiểu lượng các bon, trong khi đó phải tăng sản xuất sinh khối

để đáp ứng với nhu cầu lương thực, thực phẩm và sự tăng dân số Để thực hiện điều

đó, nông nghiệp phải có chiến lược đối phó với biến đổi khí hậu để sản xuất nhiều hơn trên một diện tích đất không đổi, thậm chí bị giảm đi Trong nền nông nghiệp thông minh theo khí hậu, hệ thống cây trồng cần được thay đổi nhằm giảm thiểu phát thải khí nhà kính, ứng phó mềm dẻo với môi trường thay đổi và dao động để giảm thiểu tính dễ bị tổn thương, đảm bảo sản xuất đủ lương thực về số lượng, chất lượng

thống cây trồng cung cấp sự lựa chọn đa dạng có thể kết hợp để xây dựng một nền nông nghiệp thông minh theo khí hậu thông qua máy móc và công nghệ thông tin,

duy trì và tăng cường năng suất, phục hồi chức năng tự nhiên và chức năng nông nghiệp của hệ sinh thái Đặc biệt, hệ thống cây trồng phù hợp làm tăng sự thích nghi

và giảm nhẹ tác động xấu của biến đổi khí hậu Thành phần cấu thành các vấn đề biến đổi khí hậu và vai trò của hệ thống cây trồng trong giảm nhẹ tác động của biến đổi khí hậu được thể hiện trong hình 2.1

Hình 2.1 Sơ đồ thể hiện cách thức hệ thống cây trồng có thể thích nghi

và giảm nhẹ tác động của biến đổi khí hậu

Nguồn: Debaeke & cs (2017)

Hình 2.1 cho thấy các phương thức thích nghi với biến đổi khí hậu và vai trò của hệ thống cây trồng để ứng phó, giảm nhẹ tác động của biến đổi khí hậu Thay đổi/chuyển dịch thời vụ, thay đổi giống cây trồng (gồm cây họ đậu hàng năm), tạo

và áp dụng giống cây trồng mới có khả năng chống chịu bất lợi trong cơ cấu cây trồng, đa dạng hóa cây trồng, sử dụng nhiều giống khác nhau (Debaeke & cs., 2017; Ado & cs., 2020) là chiến lược hiệu quả để đối phó và giảm thiểu ảnh hưởng bất lợi của BĐKH

Nhận thức của nông dân

Giảm nhẹ

thông qua hệ

thống cây trồng

Tác động đến sâu bệnh hại

Tác động đến TNTN (nước)

Tác động đến trồng trọt

Thích nghi qua hệ thống cây trồng

Sự biến động và xu hướng biến đổi khí hậu

Tính dễ bị tổn thương (tiếp xúc, tính mẫn cảm, quản lý thích nghi)

Một loạt các chiến lược ngắn hạn được đề xuất dựa trên những biện pháp hiện

có hoặc để tận dụng lợi thế của điều kiện gieo trồng thuận lợi hơn hoặc bù/giảm tác động xấu do biến đổi khí hậu và tăng sự xuất hiện của hạn và nóng

Thay đổi thời vụ để đối phó với nhiệt độ, lượng mưa là chiến lược thích ứng đơn giản và chi phí thấp nhất Chẳng hạn, ở châu Âu, gieo cây trồng vụ xuân (như

củ cải đường, ngô) sớm hơn tận dụng lợi thế mùa gieo trồng/thời gian sinh trưởng dài hơn ở vĩ độ cao hơn Ở miền Nam châu Âu, nơi mà bất thuận về nước và nhiệt

độ cao trong mùa hè, gieo trồng kịp thời đồng thời sử dụng các giống cây trồng ngắn ngày là chiến lược thoát hạn hiệu quả (Moradi & cs., 2013) Thay đổi loài và giống cây trồng để tận dụng lợi thế do thay đổi khí hậu hoặc để giảm thiểu tính dễ bị tổn thương bởi điều kiện cực đoan là một chiến lược bổ sung có thể kết hợp nhất quán với thay đổi thời vụ (Debaeke & cs., 2017)

Thời gian sinh trưởng ngắn với nhiệt độ tăng cao có thể bù lại bằng các giống dài ngày kết hợp với thời vụ sớm hơn Trong những điều kiện không thể áp dụng các chiến lược tránh, nơi mà nguồn nước khan hiếm và nhiệt độ tăng cao trong các thời kỳ vật hậu mẫn cảm, các giống và loài có khả năng chống chịu với sốc nhiệt và hạn cần được ưu tiên Chẳng hạn các giống ra hoa sớm hơn (ngắn ngày) có thể sử dụng tạo điều kiện quá trình làm hạt diễn ra trong thời gian mát hơn và ẩm hơn của năm (Debaeke, 2004) Thay thế ngô bằng các cây trồng cần ít nước tưới hay chịu nước trời

có thể đối phó với vấn đề ở những vùng thiếu nước (Debaeke & cs., 2008)

Đa dạng hóa cây trồng (ở mức đồng ruộng, trang trại hay mức vùng) có thể được

mở rộng là một biện pháp để ứng phó với các điều kiện khí hậu thay đổi thất thường, dịch sâu bệnh hại (Bradshaw & cs., 2004) Việc đưa vào sự đa dạng sinh học trong và giữa các loài ở mức đồng ruộng, mức trang trại và theo thời gian (luân canh) có thể mang lại sự phục hồi hệ thống sản xuất dưới sự thay đổi khí hậu Chọn giống cây trồng thích nghi tốt hơn với thay đổi nhiệt độ/sốc nhiệt (nóng và lạnh), hạn, úng và nồng độ

khí hậu (Ceccarelli & cs., 2010; Boote & cs., 2011; Ziska & cs., 2012)

Tưới tiêu bổ sung hay tưới nước hạn chế là một cách hiệu quả để duy trì hoặc tăng năng suất hạt trong điều kiện khô hạn, nhưng nguồn tài nguyên nước tương lai

có thể bị hạn chế vì sự cạnh tranh giữa những người sử dụng nước Phương pháp làm đất (làm đất tối thiểu hay không làm đất), duy trì tàn dư cây trồng từ vụ trước trên bề mặt đất cũng có thể duy trì chất lượng đất, bảo vệ xói mòn và tạo điều kiện thấm nước (Lal & cs., 2011) Quản lý phân đạm cần được điều chỉnh phù hợp với tăng hay giảm năng suất và giảm độ ẩm đất, tăng hiệu quả sự dụng phân hữu cơ và tăng cây

họ đậu trong luân canh cây trồng

Với sự biến đổi khí hậu ngày càng trầm trọng như hiện nay, sự chuyển đổi (trong sử dụng và quản lý đất, hệ thống cây trồng và quản lý hệ thống cây trồng, chọn giống cây trồng) có thể được lập kế hoạch xem xét đến hệ thống canh tác, sử dụng đất và năng suất cây trồng (Kates & cs., 2012; Anwar & cs., 2013)

2.1.4 Các nhân tố ảnh hưởng đến hệ thống cây trồng

Hệ thống cây trồng phụ thuộc rất lớn, rất nghiêm ngặt vào điều kiện tự nhiên (thời tiết/khí hậu, đất) và kinh tế - xã hội (lao động, kỹ năng sản xuất, vốn, chính sách, thị trường), cơ sở hạ tầng (tưới tiêu, vận tải, bảo quản, chế biến) và các yếu tố

công nghệ (cơ giới hóa, công nghệ thông tin)

2.1.4.1 Ảnh hưởng của khí hậu đến hệ thống cây trồng

Yếu tố khí hậu có ảnh hưởng đến tất cả các thành phần của ngành trồng trọt (khác nhau và rất phức tạp), bao gồm diện tích trồng trọt (diện tích gieo trồng hay thu hoạch) và cường độ gieo trồng (số vụ gieo trồng trong một năm) Ví dụ, năng suất lúa ở điều kiện nước trời trong mùa mưa (tháng 7 – tháng 12) ở Philippin tương quan cùng chiều với lượng mưa ở giai đoạn sinh trưởng đầu (độ ẩm đất cao ở thời kỳ sinh trưởng đầu) Do đó, diện tích gieo trồng lúa lệ thuộc vào lượng mưa tích lũy xung quanh đầu vụ đối với cả hai mùa mưa và mùa khô ở Philippin (Koide & cs., 2013) hay mùa mưa ở Java, Indonesia (Naylor & cs., 2001) Ngoài sự biến động lượng mưa hàng năm, điều kiện địa hình thay đổi và sự biến động tốc độ tích lũy lượng mưa do địa hình trong tháng 6 - tháng 7, ở Đông Bắc Thái Lan, ảnh hưởng tiến

độ cấy và qua đó mức độ diện tích cấy hoàn thành trong khoảng thời gian nhất định (Sawano & cs., 2008) Khí hậu bất thuận, như điều kiện quá ẩm hay quá khô đều ảnh hưởng đến cường độ trồng trọt Ví dụ ở Đồng bằng sông Mekong, nơi có 3 vụ lúa được gieo, số vụ hoàn thành một năm bị ảnh hưởng bởi sự biến động về thời gian và mức độ lũ lụt trong mùa mưa, cũng như sự xâm nhập mặn ở mùa khô (Sakamoto & cs., 2006; Kotera & cs., 2014) Sự biến động thời tiết giữa các năm, như El Nino thường gây ra hạn hán, làm giảm đáng kể năng suất cây trồng (Hansen & cs., 2011; Maxwel & Fitzpatrick, 2012; Iizumi & cs., 2014) Lobell & cs (2011) ước tính sự thay đổi khí hậu từ năm 1980 đến năm 2008 đã làm giảm 3,8% năng suất ngô và 5,5% năng suất lúa mì toàn cầu

a Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hệ thống cây trồng

Từng loại cây trồng chỉ phát triển tốt ở nhiệt độ thích hợp và chỉ an toàn ở nhiệt

độ nhất định Các quá trình sinh lý của cây (quang hợp, hút nước, hút khoáng,…) diễn ra thuận lợi ở nhiệt độ thích hợp Căn cứ vào yêu cầu nhiệt độ của từng nhóm

cây: ưa nóng, ưa lạnh hay trung gian để bố trí hệ thống cây trồng trong năm Nếu không có nhiệt độ phù hợp với đặc tính ưa nhiệt của cây dẫn đến năng suất giảm

2007) Diễn biến của nhiệt độ có ý nghĩa quyết định đến cơ cấu thời vụ gieo trồng khi các điều kiện khác được bảo đảm Từng loại cây, giống cây, các bộ phận của cây, quá trình sinh lý của cây phát triển thích hợp và an toàn trong khoảng nhiệt độ nhất định (Edwards, 1989)

b Ảnh hưởng của ánh sáng đến hệ thống cây trồng

Cây trồng yêu cầu ánh sáng cho sinh trưởng và phát triển, nhưng chất lượng ánh sáng, cường độ ánh sáng, thời gian chiếu sáng và chu kỳ ngày/đêm ảnh hưởng đáng kể đến sinh trưởng và phát triển của cây Ánh sáng cung cấp năng lượng cho quá trình tổng hợp chất hữu cơ của cây, ánh sáng là yếu tố biến động ảnh hưởng đến năng suất Cần phân biệt cây trồng theo yêu cầu về cường độ chiếu sáng và khả năng cung cấp ánh sáng từng thời gian trong năm để bố trí cơ cấu cây trồng cho phù hợp Khi xem xét vai trò của ánh sáng (độ dài ngày ngắn hay dài) đối với cây trồng phải xem xét độ dài ngày theo mùa sinh trưởng của cây trồng (Edwards, 1989) Để bố trí

hệ thống cây trồng phù hợp, đạt năng suất cao, ổn định cần phải căn cứ vào nhu cầu của cây về nhiệt độ, ánh sáng ở giai đoạn cuối và tình hình nhiệt độ, ánh sáng từng tháng, từng vụ trong năm

c Ảnh hưởng của nước đến hệ thống cây trồng

Nước cần cho sự sinh trưởng, phát triển của cây Để cho các hoạt động sống của cây tiến hành được bình thường thì cây trồng đòi hỏi một lượng nước lớn gấp nhiều lần khối lượng chất khô của chúng Tuỳ theo lượng mưa và sự phân bổ lượng mưa hàng năm, khả năng cung cấp và khai thác nước đối với một vùng cụ thể được xem xét

để lựa chọn hệ thống cây trồng thích hợp Nước mưa cung cấp phần lớn lượng nước

mà cây yêu cầu, đặc biệt là ở những vùng không có hệ thống thủy lợi Tuy nhiên, lượng mưa ảnh hưởng đến các quá trình canh tác như làm đất, thu hoạch Vì vậy, khi xác

định cơ cấu cây trồng phải chú ý đến chế độ mưa (Nguyễn Văn Tiễn & cs., 1995)

2.1.4.2 Ảnh hưởng của đất đai đến hệ thống cây trồng

Đất đai, một hệ sinh thái phức tạp, là tư liệu sản xuất đặc biệt trong sản xuất nông nghiệp, là nguồn cung cấp năng lượng và vật chất cho cây trồng Cùng với các yếu tố khí hậu, điều kiện đất đai có ý nghĩa quyết định để bố trí cây trồng hợp lý Hiểu được mối quan hệ giữa cây trồng với đất sẽ dễ dàng xác định được hệ thống cây

trồng thích hợp ở một vùng cụ thể, tuỳ thuộc vào điều kiện địa hình, độ dốc, chế độ nước ngầm, thành phần cơ giới đất để bố trí một hoặc một số cây trồng phù hợp Thành phần cơ giới của đất quy định tính chất của đất như chế độ nước, chế độ không khí, nhiệt độ và dinh dưỡng Đất có thành phần cơ giới nhẹ thích hợp cho trồng cây lấy củ Đất có thành phần cơ giới nặng và có nước trên mặt phù hợp cho các cây

ưa nước Các cây trồng cạn như ngô, lạc, đậu tương, thường sinh trưởng tốt và cho năng suất cao trên các loại đất có thành phần cơ giới nhẹ (Nguyễn Thị Nương, 1997) Các nhà khoa học đã khẳng định, hoạt động trồng trọt đã làm tiêu hao độ phì của đất, nhưng cũng qua trồng trọt cây sẽ hoàn trả lại cho đất một số chất hữu cơ làm tăng độ phì của đất Nếu bố trí hệ thống luân canh phù hợp có thể kết hợp giữa sử dụng đất hiệu quả và bồi dưỡng đất (Bùi Phúc Khánh, 1995)

Vì hệ thống cây trồng là một yếu tố cấu thành của hệ canh tác, sức sản xuất của đất qua thời gian qua phải được duy trì thông qua quản lý hệ thống cây trồng và các biện pháp quản lý đất Để duy trì độ phì đất, đất cần được gieo trồng các loại cây trồng khác nhau có tác dụng cải tạo và duy trì sức sản xuất Hàm lượng các chất dinh dưỡng trong đất chủ yếu quyết định đến năng suất cây trồng hơn là quyết định đến tính thích ứng Tuy vậy, trong các loại cây trồng cũng có cây đòi hỏi phải trồng ở đất tốt, có cây chịu được đất xấu Có thể thay đổi hàm lượng các chất dinh dưỡng trong đất bằng cách bón thêm phân và canh tác hợp lý Phần lớn các loại đất tốt được trồng các loại cây có phản ứng mạnh với độ màu mỡ của đất và có giá trị kinh tế cao Nói cách khác, sử dụng hợp lý đất và nước chính là một bộ phận hình thành khái niệm

“nông nghiệp sinh thái” Trong mối quan hệ giữa hệ thống nhỏ với hệ thống lớn này vừa là mục tiêu vừa là phương tiện để phục vụ cho nền nông nghiệp theo quan điểm sinh thái, phát triển bền vững không thể tách rời chiến lược sử dụng hợp lý đất và nước (Đặng Vũ Bình & Nguyễn Xuân Trạch, 2002)

Điều đáng lưu ý là từ Cách mạng xanh từ những năm 1960, đất đã và đang bị thoái hóa nhanh do thâm canh nông nghiệp với ảnh hưởng bất lợi đến sức khỏe con người và hệ sinh thái, nhất là sức khỏe đất Sức khỏe đất là khả năng của đất thực hiện chức năng và đảm bảo các lợi ích của hệ sinh thái (Van Es & Karlen, 2019), hỗ trợ HTCT bền vững trong dài hạn Sức khỏe đất hay chất lượng đất là tổng của các đặc điểm lý học, hóa học và sinh học thể hiện ở khả năng cung cấp chất dinh dưỡng cho cây trồng Phần lớn nguồn lương thực và sợi trực tiếp hay gián tiếp có nguồn gốc từ đất Suy thoái đất chủ yếu do quản lý dinh dưỡng không phù hợp, bón phân không đúng và không cân đối, luân canh không hợp lý đặc biệt độc canh Đa dạng hóa cây

trồng không chỉ quan trọng để tối ưu hóa trồng trọt mà quan trọng hơn là tăng sức khỏe đất thông quan cân bằng sự đa dạng sinh học đất, tăng hiệu quả sử dụng dinh dưỡng của đất, giảm bệnh hại có nguồn gốc từ đất (Barbieri & cs., 2019) Đối với đất vùng ven biển (trừ vùng đất mặn làm muối, trồng cói, lúa-cá ), chất lượng đất có thể cải tiến, duy trì thông qua bổ sung chất hữu cơ (tàn dư thực vật, phân chuồng/phân hữu cơ

và phân xanh), đa dạng hóa cây trồng thông qua sử dụng hỗn hợp của bốn nhóm chính,

đó là cây C3 (lúa, khoai lang), cây C4 (ngô, mía), các cây họ đậu cố định N từ khí quyển và các cây không họ đậu (Vukicevich & cs., 2016)

2.1.4.3 Ảnh hưởng của cây trồng đến hệ thống cây trồng

Cây trồng là thành phần chủ yếu của các hệ sinh thái nông nghiệp Bố trí cơ cấu cây trồng hợp lý là chọn loại cây trồng nào để lợi dụng được tốt nhất các điều kiện về khí hậu và đất đai Mặt khác, cây trồng là những nguồn lợi tự nhiên sống, nhiệm vụ của nông nghiệp là phải sử dụng nguồn lợi tự nhiên ấy một cách tốt nhất, nghĩa là dành cho chúng các điều kiện đất đai và khí hậu thích hợp nhất Cần phải lựa chọn cây trồng

và hệ thống sao cho chúng bổ sung cho nhau không gây ra thiếu hụt dinh dưỡng cho cây trồng bên cạnh hay vụ sau

Khác với khí hậu và đất đai là các yếu tố mà con người ít có khả năng thay đổi, con người có thể thay đổi cây trồng trong một phạm vi nhất định Trong hệ sinh thái đồng ruộng, cây trồng là thành phần trung tâm của hệ thống Mỗi loại cây có những yêu cầu về điều kiện sống như đất đai, khí hậu khác nhau Các loại cây trồng có quan

hệ tương tác với tập đoàn vi sinh vật đất, vi sinh vật cộng sinh và cả các loại sinh vật hại riêng Hơn nữa, mỗi loại cây trồng lại có biện pháp canh tác, kỹ thuật chăm sóc

cụ thể Vì vậy, mỗi vườn cây có thể xem là một hệ sinh thái nông nghiệp Nhiệm vụ của khoa học cây trồng là sử dụng những nguồn lợi đó một cách tốt nhất (Phạm Thanh Hải, 1995)

Nghiên cứu hệ thống cây trồng bắt đầu từ nghiên cứu cơ cấu cây trồng do yêu cầu của trồng xen, trồng gối, chuyển vụ và đưa các giống cây ngắn ngày vào hệ thống canh tác cho phép có thể làm nhiều vụ trong năm trên một thửa ruộng Xác định các công thức chuyển vụ, tăng vụ tốt nhất phụ thuộc vào các điều kiện sinh thái của thửa ruộng (Bùi Phúc Khánh, 1995) Việc xác định chủng loại và từng giống cây trồng phù hợp trong hệ sinh thái ở từng nơi là rất quan trọng Điều kiện để xác định, quyết định tính phù hợp của chúng tại một địa phương cụ thể là các yếu tố sinh thái (Jeffrey

& cs., 2008)

2.1.4.4 Ảnh hưởng của quần thể sinh vật đến hệ thống cây trồng

Xây dựng hệ thống cây trồng và cơ cấu cây trồng là xây dựng hệ sinh thái nhân tạo, ngoài thành phần sống chủ yếu là cây trồng, còn có các thành phần khác như cỏ dại, sâu, bệnh, vi sinh vật, động vật,… các thành phần sống này cùng với cây trồng tạo nên một quần thể sinh vật, chúng chi phối sự sinh trưởng, phát triển của cây trồng Khi bố trí cơ cấu cây trồng cần chú ý đến các mối quan hệ theo nguyên tắc: phát huy mối quan hệ tốt giữa các sinh vật với cây trồng; khắc phục, phòng tránh hoặc tiêu diệt mầm mống tác hại đối với cây trồng do các vi sinh vật gây nên Trong quần thể cây trồng, quần thể chủ đạo của cơ cấu cây trồng, mật độ của quần thể 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; sự phân bố không gian tương đối đồng đều vì do con người điều khiển; độ tuổi của quần thể cũng đồng đều

vì có sự tác động của con người

Trong cơ cấu cây trồng cũng xảy ra sự cạnh tranh cùng loài hoặc khác loài, khi gieo trồng một loại cây trồng thì vấn đề cạnh tranh cùng loài rất quan trọng, cần xác định mật độ gieo trồng và các biện pháp điều chỉnh quần thể để giảm sự cạnh tranh trong loài Sự cạnh tranh khác loài cũng xảy ra khi trồng xen hoặc giữa cây trồng với

cỏ dại, vì vậy khi xác định cơ cấu cây trồng cần chú ý: 1) xác định thành phần cây trồng và giống cây trồng thích hợp với điều kiện cụ thể của cơ sở sản xuất; bố trí cây trồng theo thời vụ tốt cũng tránh tác hại của cỏ dại, sâu, bệnh; 2) dịch sâu bệnh hại phát triển theo lứa và theo mùa, tác hại của chúng xảy ra nghiêm trọng trong thời kỳ sinh trưởng, phát triển nhất định của cây trồng; 3) xác định thời vụ tốt cũng có khả năng né tránh được tác hại của sâu bệnh (Joshua & cs., 2007)

2.1.4.5 Tàn dư thực vật và cây họ đậu với đất và hệ thống cây trồng

Đất là yếu tố cực kỳ quan trọng đối với sinh trưởng và năng suất cây trồng Nhưng ngày nay diện tích đất phì nhiêu thực sự cho nông nghiệp rất nhỏ và nếu không quản lý đúng đắn sẽ cạn kiệt, ô nhiễm Bakker (1990) báo cáo rằng 24 tỉ tấn đất phì nhiêu bị suy thoái hàng năm, tương đương 9,6 triệu ha đất Đây là vấn đề lớn làm thế nào để quản lý và tăng độ phì đất Các bon hữu cơ và chất hữu cơ trong đất

là chỉ số quan trọng nhất về chất lượng và sức khỏe đất, hữu ích đối với sự bền vững nông nghiệp

Chất hữu cơ trong đất đóng vai trò chủ chốt đối với độ phì đất trong hoạt động canh tác nông nghiệp Đây là nguồn dinh dưỡng cây trồng quan trọng cũng như nguồn dinh dưỡng cho mức đa dạng đất cao Các sinh vật trong đất tham gia trong các quá trình sinh học chính, như động thái các bon và chu trình dinh dưỡng Cụ thể hơn, giun

đất và vi sinh vật đóng một loạt vai trò có ích bao gồm khoáng hóa chất hữu cơ, tạo thành và ổn định kết cấu đất và tăng cường dinh dưỡng (Lemtiri, 2014) Tuy nhiên, các yếu tố môi trường như khí hậu, cũng như hoạt động con người, đặc biệt những biện pháp quản lý nông nghiệp, ảnh hưởng đến sinh quần đất và chức năng của chúng

ở các mức khác nhau Ở phần lớn đất, trên 90% N và S tổng số, cùng với > 50% tổng

P liên quan tới sinh khối vi sinh và chất hữu cơ, do đó chu trình và tính dễ tiêu sinh học của các chất dinh dưỡng chính này được kiểm soát chủ yếu bởi sự chuyển đổi chất hữu cơ gắn với hoạt động vi sinh và hệ động vật (McNeill & Unkovich, 2007; Bünemann & cs., 2018)

Tàn dư thực vật không chỉ là nguồn cung cấp lượng chất dinh dưỡng cây trồng quan trọng mà còn ảnh hưởng tới chức năng và tính chất lý học, hóa học, sinh học, chất lượng đất và nước Tàn dư thực vật cung cấp lượng dinh dưỡng khác nhau để tăng năng suất cây trồng Ngoài ra, tàn dư thực vật tác động tới toàn bộ tính chất lý hóa sinh của đất, sự di chuyển của nước, tốc độ thấm và nước chảy bề mặt Tàn dư thực vật ảnh hưởng tới nhiệt độ đất qua cách nhiệt đất bề mặt với bức xạ mặt trời, tăng tàn dư thực vật trên bề mặt đất giảm sự bốc hơi, giữ ẩm bề mặt (Singh & Sidhu, 2014) Quản lý tàn dư thực vật ảnh hưởng tới các bon hữu cơ trong đất, kết cấu đất, năng suất cây trồng trong các HTCT khác nhau Sử dụng tàn dư thực vật có thể tăng hoặc duy trì tính chất lý, hóa của chất hữu cơ đất và cải thiện chất lượng đất Zhang

& cs (2016a) báo cáo rằng, vùi rơm rạ làm tăng nồng độ và mức dự trữ các bon hữu

cơ có ý nghĩa so với không vùi rơm rạ Giữ lại và vùi tàn dư thực vào đất làm tăng tổng kết cấu giữ nước ổn định (15,65%) ở 0-15cm đất bề mặt, 7,53% ở tầng dưới lớp đất mặt (15-30cm) và tổng thể tăng 2,1 lần kết cấu giữ nước ổn định so với không sử

dụng tàn dư (Choudhury & cs., 2014)

Tăng gieo trồng cây họ đậu trong HTCT là cần thiết để tái sinh đất thiếu dinh

dưỡng, cung cấp protein, khoáng, vitamin cho người và gia súc Để đạt năng suất tối

ưu, cây trồng đòi hỏi cung cấp chất dinh dưỡng khoáng, chất dinh dưỡng quan trọng nhất trong đó là N Đất cạn kiệt dinh dưỡng, lượng N thường thấp, có nghĩa rằng nông dân thường phải bón phân vô cơ Tuy nhiên, khi chi phí phân tăng, người nông dân gắng sức hay tìm cách để thu năng suất Ở Việt Nam, do sử dụng quá nhiều phân bón, thuốc trừ sâu và hóa chất khác nên đã gây ra hiện tượng suy thoái môi trường

suy giảm độ màu mỡ của đất và tăng nguy cơ phú dưỡng (oxy thấp và tảo tăng quá mức trong nguồn nước do dư thừa N và P trong nước) Vấn đề này có thể giải quyết một phần bằng cách đưa cây họ đậu vào hệ thống cây trồng Nhờ mức N cố định sinh

học trong đất, cây họ đậu cung cấp phương pháp thay thế N trong đất với chi phí tương đối thấp, tăng độ phì đất và tăng năng suất cây trồng vụ sau, đặc biệt khi chất lượng đất thấp và giá phân bón cao Vai trò đặc biệt của cây họ đậu trong hệ thống canh tác gồm khả năng thu nhận và dự trữ các bon, cố định đạm trong đất, tăng dự trữ nước và cải thiện đa dạng sinh học đất (Reckling & cs., 2014; Adarsh & cs., 2019)

Reckling & cs (2014) cũng khẳng định rằng trong điều kiện châu Âu, tăng gieo trồng cây họ đậu mang lại nhiều lợi ích cho môi trường và sử dụng tài nguyên, đó là cung cấp N cải thiện cấu trúc đất, tiết kiệm nguồn lực và giảm phát thải Cây họ đậu

có tiềm năng cao đối với nền nông nghiệp bảo tồn, hoặc là cây trồng thu hoạch hay

sử dụng làm tàn dư thực vật (Stagnari & cs., 2017)

2.1.4.6 Ảnh hưởng của các yếu tố kinh tế - xã hội đến hệ thống cây trồng

a Nông hộ với hệ thống cây trồng

Hộ nông dân là chủ thể trong nông nghiệp và phát triển nông thôn Nông hộ là đơn vị kinh tế tự chủ, góp phần quan trọng vào sự phát triển sản xuất nông nghiệp của nước ta trong suốt quá trình lịch sử Quá trình chuyển đổi cơ cấu cây trồng thực chất là sự cải tiến sản xuất nông nghiệp ở các hộ nông dân Trong giai đoạn nông nghiệp tự cấp, nông dân trồng một cây hay một vài cây lương thực chủ yếu, ít đầu tư thâm canh, năng suất thấp, gặp nhiều rủi ro; giai đoạn kinh doanh tổng hợp và đa dạng, khi mới chuyển sang sản xuất hàng hoá, nông dân bắt đầu sản xuất những loại cây trồng phục vụ cho nhu cầu của thị trường, thị trường cần loại nông sản gì thì sản xuất cây trồng đó, sản xuất đa canh nên giảm bớt rủi ro Hộ nông dân phát triển từ tự cấp sang sản xuất hàng hoá ở các mức độ khác nhau và quá trình cải tiến hệ thống cây trồng gắn với thị trường được thực hiện ngày càng hoàn thiện hơn (Nguyễn Đức Truyến, 2003)

Kinh tế hộ nông thôn ở nước ta trong những năm qua đã có bước phát triển mạnh mẽ, nhưng cũng còn những tồn tại không nhỏ, đó là: (i) tỷ lệ hộ nông nghiệp còn cao; (ii) bình quân ruộng đất nông nghiệp một hộ rất thấp; (iii) trang bị

kỹ thuật còn ở mức thấp; (iv) thu nhập của nông hộ chưa ở mức cao; (v) trình độ dân trí vẫn còn ở mức thấp, nhiều nơi còn rất lạc hậu, tỷ lệ người mù chữ vùng cao, vùng sâu ở mức cao (hơn 50%) Những tồn tại trên đã và đang ảnh hưởng trực tiếp đến phát triển hệ thống cây trồng, áp dụng các biện pháp kỹ thuật tiến bộ, khắc phục những tồn tại này nhằm mục tiêu hướng tới phát triển cơ cấu cây trồng theo hướng bền vững

Nền nông nghiệp lấy hộ nông dân làm đơn vị sản xuất hiện nay có tác dụng tích

cực là kích thích sản xuất tạo ra nhiều nông sản nhưng chất lượng thấp và giá trị sản xuất cũng thấp Điều kiện kinh tế của hộ rất khác nhau dẫn đến chất lượng nông sản không đồng đều, hiệu quả sản xuất thấp Nước ta trong thời kỳ đổi mới, các chính sách mới một lần nữa xác lập vị trí số một của kinh tế hộ nông dân ở nông thôn Trong nông thôn có 3 nhóm hộ chính là: (i) nhóm hộ sản xuất hàng hoá (chiếm khoảng 30%); (ii) nhóm hộ bước đầu đi vào sản xuất hàng hoá nhưng còn ít, quy mô

nhỏ (chiếm gần 55%); (iii) nhóm hộ nghèo (chiếm dưới 15%) (Đặng Kim Sơn, 2006)

Để thúc đẩy phát triển nông nghiệp, UBND tỉnh Thanh Hóa đã ban hành chương trình hành động (Quyết định số 2320/QĐ-UBND ngày 24 tháng 06 năm 2015) về tái cơ cấu ngành nông nghiệp đến năm 2020, định hướng đến năm 2025 theo hướng nâng cao năng suất, chất lượng, hiệu quả, khả năng cạnh tranh và phát

hoạch tổng thể phát triển kinh tế - xã hội tỉnh Thanh Hóa đến năm 2020 và định hướng đến năm 2030 nhấn mạnh phát triển ngành trồng trọt theo hướng sản xuất hàng hóa, chuyển dịch cơ cấu cây trồng sang cây trồng có lợi thế phát triển, cho giá trị, hiệu quả cao hơn, nâng cao hiệu quả sản xuất trên một đơn vị diện tích, xây dựng các vùng chuyên canh lúa, cói, lạc, đậu tương, rau đậu, hoa, cây cảnh, gắn với công

Quyết định và quy hoạch liên quan đến ngành trồng trọt là đảm bảo phát huy lợi thế

so sánh của các vùng, gắn sản xuất, chế biến với thị trường tiêu thụ; xây dựng, triển khai cơ chế chính sách khuyến khích tái cơ cấu gắn với chuyển đổi mô hình tăng trưởng, khuyến khích tích tụ, tập trung ruộng đất để phát triển nông nghiệp, sản xuất hàng hóa quy mô lớn; đẩy mạnh chuyển dịch cơ cấu cây trồng, theo hướng nâng cao giá trị gia tăng và phát triển bền vững; xây dựng và nhân rộng các mô hình sản xuất tập trung quy mô lớn; phát triển nông nghiệp ứng dụng công nghệ cao, các mô hình nông nghiệp an toàn; tạo điều kiện thuận lợi để hình thành các hình thức liên kết trong sản xuất, chế biến, tiêu thụ sản phẩm giữa các hộ, hợp tác xã, trang trại và

doanh nghiệp Đặc biệt, quy hoạch cũng định hướng là phát triển nông nghiệp đi vào CNH, HĐH theo mô hình nông nghiệp sinh thái, bền vững và có năng suất, chất lượng cao

Đây là cơ sở và động lực cho ngành trồng trọt của tỉnh nói chung, vùng ven biển nói riêng thực hiện chuyển đổi hệ thống cây trồng hướng tới hiệu quả và bền vững Vì thế, các tiến bộ về giống cây trồng, biện pháp kỹ thuật và quản lý sử dụng đất, sản xuất, thu hoạch, chăm sóc, bảo vệ các loại sản phẩm nông nghiệp cần được triển khai và áp dụng hiệu quả

c Thị trường với hệ thống cây trồng

Ngày nay, nông nghiệp đang chuyển dần từ tự cung tự cấp sang một ngành hướng theo nhu cầu Thị trường, sự tiếp cận thị trường, các kênh thiêu thụ sản phẩm nông nghiệp và hệ thống cây trồng có mối quan hệ chặt chẽ với nhau Thị trường là động lực thúc đẩy cải tiến hệ thống cây trồng hợp lý, thị trường có tác dụng điều chỉnh hệ thống cây trồng, chuyển dịch theo hướng ngày càng đạt hiệu quả cao hơn Thông qua thị trường, người sản xuất điều chỉnh quy mô sản xuất, cải tiến cây trồng, thay đổi giống cây trồng, mùa vụ cho phù hợp với thị trường Cải tiến hệ thống cây trồng chính là điều kiện và yêu cầu để mở rộng thị trường Thị trường là động lực thúc đẩy cải tiến cơ cấu cây trồng, song mặt hạn chế là nếu để cho phát triển một cách tự phát sẽ dẫn đến sự mất cân đối ở một giai đoạn, một thời điểm nào đó Vì vậy, Nhà nước cần có những chính sách điều tiết kinh tế vĩ mô để phát huy mặt tích cực và hạn chế mặt tiêu cực của thị trường

Hiện nay, thị trường nông thôn đang phát triển với sự tham gia đắc lực của các doanh nghiệp tư nhân, kể cả các mặt hàng xuất khẩu Các hộ nông dân ngày càng phụ thuộc vào thị trường do thiếu hoạt động của hợp tác xã chế biến và tiêu thụ nông sản Nếu các hợp tác xã nắm được khoảng 30% khối lượng hàng hoá thì tư thương

sẽ mất độc quyền trong buôn bán

Quá trình nghiên cứu hoàn thiện hệ thống cây trồng cần chỉ rõ những yếu tố, nguyên nhân cản trở sự phát triển sản xuất, tìm ra các giải pháp khắc phục, đồng thời

dự báo những vấn đề tác động kèm theo khi thực hiện về môi trường tự nhiên, kinh tế

- xã hội của vùng Về mặt kinh tế, hệ thống cây trồng hợp lý cần thỏa mãn yêu cầu chuyên canh và tỷ lệ sản phẩm hàng hóa cao, bảo đảm việc hỗ trợ cho ngành sản xuất chính, tận dụng nguồn lợi tự nhiên, ngoài ra còn phải đảm bảo việc đầu tư lao động và vật tư kỹ thuật có hiệu quả kinh tế cao Để xác định hệ thống cây trồng hợp lý, ngoài việc giải quyết tốt mối liên hệ giữa cây trồng với điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội,

cần phải dựa trên phương hướng sản xuất của vùng Phương hướng sản xuất quyết định hệ thống cây trồng, nhưng hệ thống cây trồng hợp lý sẽ là cơ sở cho các nhà hoạch

định chính sách xác định phương hướng sản xuất (Trần Đức Viên, 1998)

2.2 NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG CÂY TRỒNG TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM

2.2.1 Nghiên cứu hệ thống cây trồng trên thế giới

Hệ thống cây trồng không những cung cấp thực phẩm thiết yếu cho con người

mà còn ảnh hưởng đến sinh kế và sức khoẻ của người dân ở cả thành thị và nông thôn

Hệ thống cây trồng phản ánh việc sử dụng đất cho từng đối tượng cây trồng khác nhau

ở điều kiện cụ thể của mỗi địa phương Do vậy, khi thay đổi hệ thống cây trồng phải xem xét các yếu tố tự nhiên như khí hậu, đất đai, cây trồng và điều kiện kinh tế - xã hội của địa phương Hệ thống cây trồng thay đổi cũng là kết quả của cơ chế chính sách

do chính phủ đề ra, sự đổi mới công nghệ và lợi nhuận kinh tế

Trong khoảng thời gian từ cuối thế kỷ XVIII đến đầu thế kỷ XIX, cuộc cách mạng hệ thống cây trồng được thực hiện ở một số nước Tây Âu Việc luân canh cây ngũ cốc thay thế hình thức canh tác độc canh trong sản xuất nông nghiệp, hay trồng các loại cây họ đậu làm thức ăn gia súc trong hệ thống cây trồng, nông cụ được cải tiến và tăng lượng phân bón đã nâng cao hiệu quả sản xuất trong nông nghiệp (Phạm Chí Thành & cs., 1996)

Châu Á là nơi có 90% diện tích trồng lúa và sở hữu 90% sản lượng lúa gạo thế giới, đồng thời là nơi diễn ra “cuộc cách mạng xanh” vào giữa thế kỷ XX Việc chọn tạo và đưa vào sản xuất nhiều giống lúa nước, lúa mì ngắn ngày, năng suất cao, đã hình thành các cơ cấu mùa vụ, cơ cấu giống mới kết hợp với thâm canh trên đất có tưới và không tưới Các nhà khoa học châu Á đã đi sâu nghiên cứu hệ thống cây trồng trên đất lúa và trên các vùng sinh thái khác nhau từ những năm 70 của thế kỷ XX Hàng năm, các viện nghiên cứu nông nghiệp trên thế giới cũng đưa ra nhiều giống cây trồng để đưa vào công thức luân canh, cơ cấu cây trồng và áp dụng các biện pháp kỹ thuật canh tác mới để tăng năng suất cây trồng và hiệu quả sản xuất (Nguyễn Ngọc Kính, 1995; Trần Đình Long & Lê Khả Tường, 1998)

sản ngày một tăng: (i) mở rộng diện tích, (ii) tăng năng suất và (iii) đa dạng hoá cây trồng Việc mở rộng diện tích nông nghiệp là không khả thi bởi dân số ngày càng tăng, diện tích đất nông nghiệp ngày càng thu hẹp để nhường chỗ cho các nhà máy,

doanh nghiệp mọc lên Chính vì vậy, đa dạng hoá cây trồng trong hệ thống cây trồng

là biện pháp hữu hiệu nhất Bradshaw & cs (2004) cho rằng, đa dạng hóa cây trồng (ở mức đồng ruộng, trang trại hay mức lãnh thổ) là một biện pháp để ứng phó với sự biến đổi khí hậu và tình hình dịch bệnh hại trên cây trồng ngày càng tăng Vukicevich

& cs (2016) cho rằng, sự đa dạng cây trồng, luân canh, xen canh và các biện pháp kỹ thuật canh tác trong hệ thống cây trồng sẽ ảnh hưởng đến khả năng cung cấp chất dinh dưỡng cho cây trồng của đất, chất lượng đất từ khía cạnh thời gian và không gian khác nhau Hệ thống cây trồng đầu tiên được xây dựng để cây trồng đạt năng suất tối đa từ

hệ hệ thống nông nghiệp, nhưng nông nghiệp hiện đại ngày càng quan tâm đến tính bền vững môi trường trong hệ thống cây trồng (Fargione & cs., 2018) Mục tiêu của việc duy trì độ phì nhiêu của đất là để đảm bảo sản lượng ổn định cao và tính bền vững môi trường trong thời gian dài của hệ thống cây trồng

Trong hệ thống cây trồng, sự đa dạng các loại cây trồng không chỉ quyết định đến tối ưu hoá sản lượng cây trồng mà còn cải thiện tính chất lý, hoá và sinh học đất bởi sự cân bằng đa dạng sinh học đất, tăng hiệu quả sử dụng dinh dưỡng trong đất và giảm mầm mống sâu bệnh gây hại ở trong đất (Barbieri & cs., 2019) Thực tế cho thấy, tối ưu hoá sự đa dạng cây trồng có rất nhiều tác dụng, không chỉ có lợi cho người sản xuất mà còn tác động có lợi đến môi trường Cây trồng khác nhau yêu cầu các chất dinh dưỡng khác nhau, biện pháp kỹ thuật canh tác tác động vào đất cũng khác nhau nên khi đa dạng cây trồng trong hệ thống sẽ làm cho đất được điều hoà các chất dinh dưỡng, cải thiện tính chất vật lý và tăng khả năng hoạt động của các vi sinh vật trong đất, dẫn đến các đặc tính lý, hoá và sinh học đất được cải thiện Đa dạng hóa cây trồng được coi là chiến lược quản lý nông nghiệp tạo điều kiện cho các biện pháp canh tác như luân canh, đa canh, xen canh, hỗn canh, làm cho HTCT đa dạng hơn theo không gian và thời gian (Lloret & cs., 2020) Đa dạng cây trồng cũng tác dụng có lợi đến đa dạng sinh học đất, sự bền vững của chu trình dinh dưỡng đất

và độ phì của đất

Ở Đài Loan, sau Chiến tranh Thế giới lần thứ II, ngành nông nghiệp ở trong tình trạng sa sút, sức sản xuất thấp kém, nhưng đến năm 1953 ngành nông nghiệp đã phát triển và trở thành ngành chủ đạo của nền kinh tế Đài Loan Điều này là do biện pháp kỹ thuật canh tác được cải tiến, các chính sách khuyến khích phát triển nông nghiệp được đưa vào nhằm tăng hệ số sử dụng đất đai Ngoài ra, nhiều giống cây trồng mới có giá trị kinh tế cao (như lê phượng hoàng, chuối, cam, quýt, nấm tây…) được nhập nội và đưa vào sản xuất, đã giúp Đài Loan từ chỗ tự cung, tự cấp nông sản, chuyển sang sản xuất nông sản hàng hoá và xuất khẩu hàng loạt nông sản chế

biến Hơn nữa, các nhà nghiên cứu đã chọn tạo được cây màu chịu hạn và được trồng vào mùa khô để tăng vụ sau khi thu hoạch lúa mùa, hay chọn tạo các giống cây màu chịu bóng để trồng xen trong mía Bên cạnh đó, nhằm phát triển nông nghiệp và xây dựng nông thôn, Đài Loan đã tiến hành cải cách ruộng đất, cải tiến kỹ thuật phát triển nông nghiệp, thúc đẩy việc kiến thiết nông thôn Cơ cấu sản xuất nông nghiệp cũng chuyển dịch theo hướng phù hợp với công nghệ sản xuất hiện tại

Ở Ai Cập, áp dụng kỹ thuật trồng gối khoai tây sau ngô và hướng dương làm tăng năng suất khoai tây lên 30-40% Hay ở Bangladet, việc đa dạng hoá cây trồng trong hệ thống cây trồng đã làm tăng hiệu quả sử dụng ánh sáng, nước, tận dụng tối

đa nguồn dinh dưỡng có trong đất, hạn chế sâu bệnh hại nên cây trồng sinh trưởng, phát triển tốt (Dao the Anh & cs., 2006)

Tại Thái Lan, hình thức canh tác độc canh lúa (lúa xuân - lúa mùa) trong điều kiện thiếu nước cho hiệu quả thấp vì chi phí tưới quá lớn, thêm vào đó do độc canh lúa đã làm ảnh hưởng xấu tới độ phì nhiêu của đất Hơn nữa, trồng liên tục hay độc canh cây ngũ cốc trong hệ thống cây trồng sẽ làm tăng dịch hại do mắt xích cung cấp thức ăn liên tục cho dịch hại có trên đồng ruộng (Ratnadass & cs., 2012) Do vậy, việc đưa cây họ đậu vào trong hệ thống cây trồng như công thức canh tác: Đậu tương

- Lúa mùa đã làm tăng gấp đôi giá trị tổng sản phẩm, độ phì của đất cũng tăng lên rõ rệt và đã mang lại thành công lớn trong chuyển đổi cơ cấu cây trồng (Nguyễn Duy Tính, 1995)

Trước sự tác động của biến đổi khí hậu, hoạt động sản xuất nông nghiệp đang phải đối mặt với sự cạn kiệt nguồn nước trong tương lai Một trong những giải pháp thích ứng với sự biến đổi khí hậu đó là thay đổi và điều chỉnh cơ cấu cây trồng theo nguồn nước tưới sẵn có của vùng Việc thay đổi hệ thống cây trồng có thể làm bằng cách giảm diện tích cây trồng sử dụng nhiều nước hoặc thay thế loại cây trồng sử dụng lãng phí nước đó bằng cây trồng hay giống cây trồng sử dụng hiệu quả nước tưới (Wang & cs., 2011) Nguồn nước tưới cho hoạt động sản xuất nông nghiệp có thể được quản lý và sử dụng hiệu quả khi sắp xếp hệ thống cây trồng hợp lý, đặc biệt

là vùng khó khăn về nước tưới

Thành phần cây trồng trong hệ thống cây trồng không những ảnh hưởng đến năng suất và sản lượng cây trồng mà còn ảnh hưởng đến tính chất đất Cụ thể, trong

hệ thống cây trồng có cây lúa, khoai tây và đậu xanh đã làm tăng năng suất cây trồng, tăng sản lượng và tăng lượng lân dễ tiêu so với hệ thống cây trồng chỉ có trồng cây lúa gạo và lúa mỳ (Sharma & cs., 2009) Việc bố trí cây trồng trong công thức luân canh sẽ ảnh hưởng đến năng suất và hiệu quả kinh tế Cụ thể, lúa mỳ ở công thức ngô

- lúa mỳ cho năng suất cao hơn đậu xanh - lúa mỳ và bông - lúa mỳ (Nawaz & cs., 2020) Ngoài ra, Prasad & cs (2011) cũng chỉ ra rằng, cây trồng truyền thống như lúa, ngô trong hệ thống cây trồng cho lãi thuần thấp hơn rất nhiều so với việc chuyển đổi sang trồng cây có giá trị kinh tế cao như cây rau (khoai tây, củ cải) Hơn nữa, kết quả nghiên cứu của Nawaz & cs (2020) cũng cho thấy, cây trồng trong hệ thống khác nhau cho lợi nhuận kinh tế khác nhau Do đó, việc thay đổi cây trồng trong cơ cấu cây trồng

sẽ thay đổi năng suất cây trồng dẫn đến lợi nhuận kinh tế cũng thay đổi

Như vậy, có thể thấy việc nghiên cứu hệ thống cây trồng ứng với mỗi vùng sinh thái khác nhau để đưa ra các giải pháp kỹ thuật cụ thể ở các nước đã thu được nhiều kết quả khả quan Những nghiên cứu đó là cơ sở để tham khảo, chọn lọc và vận dụng vào nghiên cứu cải tiến hệ thống cây trồng trong điều kiện của Việt Nam

2.2.2 Nghiên cứu hệ thống cây trồng ở Việt Nam

Hệ thống cây trồng ở nước ta đã được nhiều nhà khoa học quan tâm nghiên cứu

từ thập niên 60 của thế kỷ XX nhằm tận dụng tối đa điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội của mỗi vùng

Việc bố trí cây trồng phù hợp với điều kiện khí hậu, đất đai của vùng, cũng như

áp dụng các biện pháp kỹ thuật tổng hợp nhằm khai thác hiệu quả các nguồn lợi tự nhiên, lao động và sử dụng có hiệu quả các nguồn vốn đầu tư là rất cần thiết trong nghiên cứu hệ thống cây trồng Ngoài ra, việc đưa thêm một số loại cây trồng hoặc thay thế giống cũ bằng giống mới vào trong cải tiến hệ thống cây trồng sẽ làm tăng sản lượng cây trồng/đơn vị diện tích canh tác/năm (Nguyễn Duy Tính, 1995) Bởi giống cây trồng là tư liệu sản xuất, chịu sự ảnh hưởng của điều kiện ngoại cảnh và đóng vai trò quan trọng trong cải tiến cơ cấu cây trồng Kết quả nghiên cứu của Nguyễn Thị Lợi (2011) tại huyện Đồng Hỷ - Thái Nguyên cho thấy, sử dụng các giống mới trong cùng công thức luân canh đã tăng hiệu quả kinh tế lên rõ rệt so với

sử dụng các giống cũ Cụ thể, trong công thức luân canh lạc xuân - lúa mùa - ngô đông, khi sử dụng các giống mới thay thế giống cũ đã tăng thu nhập thuần 84% Tương tự, việc thay thế giống mới trong công thức luân canh đậu tương xuân - lúa mùa

- ngô đông đã tăng thu nhập thuần 158% Ngoài ra, để tăng năng suất cây trồng và hiệu quả kinh tế trong hệ thống cây trồng cần cải tiến kỹ thuật canh tác Cụ thể, việc sử dụng phụ phẩm cây trồng vụ trước vùi vào đất cho cây trồng sau với lượng 4,8-5,5 tấn/ha ở công thức luân canh 3 vụ/năm (lúa xuân - lúa mùa - ngô đông) đã làm tăng năng suất từ 6-18% (trên nền không bón phân chuồng) và 13-27% (trên nền bón phân chuồng) so với công thức đối chứng (không vùi phụ phẩm, chỉ bón phân NPK)