Cung cấp thực phẩm cho 10 tỷ người: Nhiều thực phẩm với ít đất hơn

23 minute read

Updated on Mon Dec 14 2020

Vì dân số chúng ta được dự đoán sẽ chạm đến 9,7 tỉ người trước năm 2050, chúng ta sẽ cần nhiều đất đai hơn, và thậm chí nhiều đồ ăn hơn nữa. Tuy nhiên, như những gì chúng ta đã thấy trong chương trước, việc khai phóng đất cho nông nghiệp có tác động to lớn đến môi trường. Để có thể tiếp tục cung cấp đủ thức ăn cho dân số đang tăng của chúng ta, ta cần phải sản xuất nhiều thực phẩm hơn trên mỗi đơn vị diện tích đất. Điều này đồng nghĩa với việc ta phải nâng cao năng suất cây trồng.

Tăng sản lượng cây trồng

Sản lượng cây trồng mô tả khối lượng cây trồng thu hoạch được trên một khu vực trong một vụ sản xuất. Ngày nay, sản lượng cây trồng thường nằm trong khoảng 20-80% sản lượng thu hoạch tối đa. Khoảng cách trong sản lượng này thường lớn hơn ở các nước đang phát triển, khiến chúng trở thành những nơi quan trọng mà ta cần tập trung hỗ trợ để có thể nâng cao sản lượng cây trồng toàn cầu.

Trong chương này ta sẽ tìm hiểu về những tác nhân khiến sản lượng cây trồng thấp - như là thời tiết, sức khỏe cây trồng và chất lượng đất trồng - và từ đó cùng tìm hiểu xem ta có thể làm gì để giải quyết những vấn đề này.

Vấn đề 1: Thời tiết và Khí hậu

Bạn nghĩ đâu là nhân tố khí hậu quan trọng nhất khiến sản lượng cây trồng thấp? Chọn hai phương án nhé


Cây trồng cần ánh sáng và CO₂ để tạo ra thức ăn (trong một quá trình gọi là quang hợp). Nhưng hạn chế lớn nhất trong sản lượng cây trồng đến từ nhiệt độ và liệu cây có đủ nước hay không.

Nếu không có nước, cây trồng sẽ khó thể tạo ra thức ăn và có chất dinh dưỡng. Cây trồng cũng dùng nước để giữ cơ thể chúng mát, và do đó cần nhiều nước hơn ở nhiệt độ cao hơn.

Tại sao cây lại cần nước

Biến đổi khí hậu được dự đoán rằng sẽ làm tăng nhiệt độ và giảm lượng nước có sẵn ở rất nhiều khu vực, gây ra sự thất thoát to lớn trong sản lượng cây trồng.

Vấn đề 2: Sinh vật gây hại, Cỏ dại và Bệnh hại

Trên toàn cầu, khoảng 20-40% lượng cây trồng bị thất thoát do sinh vật gây hại, cỏ dại và bệnh hại.
Cả biến đổi khí hậu và hệ thống thâm canh nông nghiệp được dùng bởi nông dân cũng sẽ làm gia tăng các thất thoát này.

Tại sao nhiều nông dân lại trồng cùng loại cây trồng trên cùng một mẫu đất năm này qua năm khác vậy?


Tuy nhiên, hình thức canh tác độc canh cũng sẽ khiến cây trồng trở nên dễ bị tổn thương bởi sinh vật gây hại và bệnh hại hơn: nếu sinh vật gây hại có thể kháng lại cơ chế bảo vệ của cây trồng, nguyên một mẫu đất có thể bị diệt sạch luôn!

Một trong những hiểm họa sinh học đáng quan ngại nhất cho sản lượng cây trồng là cỏ dại. Nếu cây trồng không được bảo vệ, chỉ riêng cỏ dại cũng sẽ làm thất thoát 32% sản lượng.

Cỏ dại là hiểm họa sinh học lớn nhất cho cây trồng

Việc kiểm soát cỏ dại, chẳng hạn như sử dụng thuốc diệt cỏ và canh tác, hạn chế hai phần ba các thất thoát này. Tuy nhiên, việc sử dụng quả nhiều thuốc diệt cỏ cũng sẽ khiến cỏ dại kháng thuốc, và việc loại bỏ cỏ dại bằng phương pháp vật lý như canh tác sẽ khiến đất suy thoái.

Vấn đề 3: Suy thoái đất

52% đất nông nghiệp bị ảnh hưởng bởi sự thoái hóa đất. Đây là một mối quan ngại nghiêm trọng cho nông dân, nhưng tại sao lại thế?


Nitơ, phốt-pho và kali là ba dưỡng chất cần thiết nhất bổ trợ cho sự phát triển của cây trồng. Việc thiếu bất kì chất nào trong ba chất này cũng sẽ ảnh hưởng đáng kể đến sản lượng cây trồng.

Những nguyên tố quan trọng cho dinh dưỡng của cây

Trước mắt, chúng ta đã bàn về ba vấn đề - chất lượng đất, sinh vật gây hại và khí hậu - có ảnh hưởng đáng kể đến sản lượng cây trồng. Vậy bây giờ ta có thể làm gì để giải quyết chúng?

Giải pháp 1: Tăng chất lượng đất

Tất cả những vật chất sinh học, dù sống hay chết, trong đất được gọi là chất hữu cơ.

Việc gia tăng lượng chất hữu cơ có trong đất sẽ là chìa khóa để làm tăng chất lượng đất. Tại sao lại thế?

  • Chất dinh dưỡng được thải ra đất khi các vi sinh vật phân hủy các sinh vật chết.
  • Vi sinh vật trong đất cạnh tranh với sinh vật gây hại, và có thể làm tăng khả năng bảo hộ của cây trồng trước bệnh hại.
  • Việc tăng lượng chất hữu cơ làm tăng lượng cacbon có thể chứa trong đất.
  • Chất hữu cơ trong đất giữ đất lại với nhau, tăng khả năng đất trữ nước và làm hạn chế rủi ro đất bị xói mòn.
Lợi ích của Chất hữu cơ trong đất

Lượng chất hữu cơ trong đất có thể được tăng lên nhờ việc hạn chế các hành vi gây hại như canh tác đất. Tại sao lại như thế?


Khi đất trống, nó mất nhiều nước hơn do sự bay hơi và có nguy cơ cao bị quét trôi bởi gió và mưa. Đất trồng cũng trở nên bị ảnh hưởng bởi cỏ dại hơn. Những loại “cây che phủ đất” phát triển nhanh, như lúa mạch đen hay mạch ba góc có thể được trồng để cạnh tranh với cỏ dại và bảo vệ đất.

Ngoài ra, lớp phủ hữu cơ như rơm rạ cũng có thể được sử dụng để bảo vệ bề mặt đất. Điều này được gọi là phủ đất hữu cơ.

Việc tưới nước hợp lý cũng sẽ làm giảm việc suy thoái đất hơn nữa, và cho phép nhiều cây trồng được sản xuất với ít nước hơn.

Giải pháp 2: Nông nghiệp sinh thái

Trong hệ thống tự nhiên, chất dinh dưỡng được tuần hoàn giữa cây trồng và đất khi cây trồng phát triển và chết đi.

Vòng tuần hoàn chất dinh dưỡng tự nhiên

Khi chúng ta trồng trọt, những vòng tuần hoàn này bị phá vỡ bởi vì cây trồng bị thu hoạch trước khi chúng có thể hoàn trả lại chất dinh dưỡng cho đất.

Dòng chảy chất dinh dưỡng trong hệ thống nông nghiệp

Nông nghiệp sinh thái là phương pháp trồng trọt cố gắng mô phỏng theo những vòng tuần hoàn tự nhiên này. Bằng việc sử dụng các mối quan hệ giữa cây trồng, động vật và môi trường, hệ thống nông nghiệp sinh thái giúp làm tối thiểu nhu cầu của nhân tố đầu vào từ bên ngoài, làm tăng năng suất và tính bền vững trong khi cũng làm giảm chất thải và ô nhiễm.

Các loại cây trồng cần lượng dưỡng chất khác nhau. Do đó, khi trồng các loại cây khác nhau trên cũng một mẫu đất, dù là cùng nhau hay luân canh, việc này sẽ giúp tận dụng hết tất cả các chất dinh dưỡng mà không làm cạn kiệt chúng.

Luân canh và Xen canh

Xen canh cũng làm tăng sự đa dạng trong hệ thống nông nghiệp.
Những hệ thống nông nghiệp đa dạng hơn đối phó với các cú sốc tự nhiên hay kinh tế tốt hơn.

Hãy cùng xem một ví dụ cho hệ thống này nhé. Trong nông lâm kết hợp, cây trồng (và đôi khi cả vật nuôi) được nuôi trồng chung với cây trồng lâu năm trên cùng một mảnh đất.

Vậy có gì tuyệt vời về việc này nhỉ?

Nông lâm kết hợp

Bản thân cây cối trữ một lượng lớn cacbon trong thân và rễ của chúng. Hơn thế nữa, bằng việc làm tăng chất lượng đất,
chúng cũng làm tăng khả năng hấp thụ CO₂ từ bầu khí quyển nữa!

Khi các loại cây trồng khác nhau được gieo trồng trên cùng một mẫu đất, sinh vật gây hại hay bệnh hại khó có thể hủy hoại cây trồng hơn.

Một vài loại cây có thể bảo vệ cây trồng khỏi sinh vật gây hại bằng cách gửi tính hiệu hóa học. Điều này thật sự rất hữu hiệu. Ở Nam và Đông Phi, sâu đục thân làm giảm sản lượng ngô đến 80% lận!

Bướm trưởng thành của loài sâu đục thân đẻ trứng lên cây. Tuy nhiên, chúng thích đẻ trứng trên cỏ voi hơn, và nếu ta trồng cỏ voi ở vùng biên của đồng ruộng, nó giống như việc ta "đẩy xa" sâu đục thân khỏi cây trồng vậy.

Kéo

Ngược lại với nó, một loại cây trồng có tên khoa học là Desmodium uncinatum sản xuất chất hóa học đẩy các loài bướm ra xa. Nó cũng bảo vệ cây trồng khỏi cỏ dại kí sinh.

Đẩy

Khi dùng chung với nhau, các loại cây này tạo ra một lá chắn "kéo - đẩy" mạnh mẽ đối với côn trùng và cỏ dại:

Công nghệ kéo - đẩy

Ngoài việc bảo vệ cây trồng, Desmodium là nhóm cây có khả năng thêm nitơ vào trong đất. Những loại cây này (bao gồm các cây họ đậu) có một "giao dịch" đặc biệt với các vi khuẩn sống trong rễ của chúng. Các vi khuẩn này thu nitơ trong bầu khí quyển và đưa chúng cho cây để trao đổi thức ăn.

Một phần nitơ trong đó được hấp thụ vào phần đất xung quanh. Do đó, khi trồng cây luân canh hay xen canh, giúp ta giữ nitơ trong đất và làm giảm nhu cầu cho phân bón.

Giải pháp 3: Nông nghiệp chính xác

Chăn nuôi-trồng trọt chính xác

Chất lượng đất có thể biến đổi đáng kể trên một cùng một cánh đồng cả về mặt không gian và trong các mùa màng khác nhau[38]. Nông nghiệp chính xác bao gồm việc sử dụng công nghệ để đo lường sự đa dạng này và điều chỉnh theo nó. Bằng việc sử dụng cảm biến và lấy mẫu tại những địa điểm cụ thể, việc dùng nước, phân bón, và thuốc trừ sâu có thể được tối ưu hoá để tối đa hoá sản lượng cây trồng, đồng thời giảm thiểu lượng chất thải.

Nông nghiệp chính xác làm giảm thiểu chi phí kinh tế cũng như cái giá cho môi trường. Làm thế nào được?

  • Nó làm hạn chế phát thải khí đinitơ monoxit không cần thiết và ô nhiễm chất dinh dưỡng do sử dụng phân bón không hợp lý (hãy xem trong chương trước nhé).
  • Cần ít năng lượng hơn nếu nước chỉ được bơm tưới cây thiếu nước.
  • Nó làm giảm sự tồn đọng lượng thuốc trừ sâu thừa, làm giảm khả năng sinh vật gây hại trở nên kháng thuốc, và làm giảm việc lượng chất độc này bị rò rỉ vào hệ sinh thái địa phương.

Sức khỏe cây trồng và lượng chất dinh dưỡng có thể được giám sát thông qua các bộ cảm biến và máy quét gắn trên xe kéo, trong khi các máy bay không người lái có thể được bay trên đồng ruộng để quét cỏ dại và các sinh vật gây hại khác.

Trí tuệ nhân tạo và GPS có thể được dùng để tối ưu hóa đường đi của máy kéo, hạn chế tối thiểu việc đất bị nén lại và lượng nhiên liệu dùng.

Thật ra, ta cũng có thể ngừng cả việc sử dụng máy kéo luôn! Người máy tự động đã và đang được phát triển và có thể sử dụng để bón phân bón và phun thuốc trừ sâu trực tiếp ở nơi cần thiết. Sử dụng những loại người máy này làm giảm chi phí cho nhân công, giảm việc nén đất và giảm phát thải khí CO₂.

Người máy cũng có thể được sử dụng để diệt cỏ không cần hóa chất. Ví dụ như cỏ dại có thể bị diệt bằng điện, hạn chế nhu cầu cho thuốc diệt cỏ.

Người máy cho việc diệt cỏ dại không hoá chất

Vậy tại sao tất cả nông dân không áp dụng phương pháp nông nghiệp chính xác cơ chứ?


Người máy không rẻ chút nào cả, và chi phí này là một rào cản khiến nhiều người nông dân không thể sử dụng các phương pháp này, đặc biệt ở các nước đang phát triển. Việc chuyển dời công nghệ cả mới lẫn cũ đến các khu vực này là cần thiết nếu ta muốn sản xuất đủ lương thực. Việc này sẽ đòi hỏi một lượng đầu tư đáng kể cũng như việc chia sẻ kiến thức và tài nguyên giữa các quốc gia.

Kết luận

Một điều rõ ràng là chúng ta cần có những thay đổi trong phương pháp trồng trọt truyền thống. Cả những giải pháp tự nhiên hay với công nghệ cần được áp dụng để tăng sản lượng cây trồng và làm giảm lượng chất thải và lượng tài nguyên dùng. Nhưng chuyện gì sẽ xảy ra nếu ta có thể cải tiến chính các loại cây trồng?

Chương tiếp theo