Nguồn: CCO/Pixabay.

Cây che phủ được nhiều người coi là một trong những phương pháp bảo tồn hứa hẹn nhất để cải thiện sức khỏe của đất đồng thời loại bỏ carbon khỏi khí quyển. Tuy nhiên trong khi số lượng nông dân Trung Tây, Mỹ trồng cây che phủ đã tăng lên rõ rệt trong những năm gần đây, dữ liệu Điều tra dân số USDA 2017 cho thấy chỉ có khoảng 5% đã áp dụng phương pháp bảo tồn. Sự miễn cưỡng của 95% còn lại có thể một phần là do nhận thức rằng cây trồng che phủ đòi hỏi nhiều nỗ lực hơn và cũng có thể ảnh hưởng tiêu cực đến năng suất cây trồng vụ hè.

Nghiên cứu mới của Đại học Illinois tích hợp dữ liệu thực địa và mô hình toán học nâng cao giúp hiểu cách cây trồng che phủ ảnh hưởng đến nước, nitơ và ôxy trong đất và có thể cạnh tranh với cây trồng mùa hè.

“Việc trồng cây che phủ cần có sự quản lý. Nếu không, cây che phủ sẽ cạnh tranh với ngô và đậu tương, có thể dẫn đến việc giảm năng suất. Tuy nhiên, với việc quản lý thích hợp, nông dân có thể sử dụng đúng loại cây che phủ, tìm ra thời điểm sinh trưởng tối ưu để trồng và ngừng trồng cây che phủ để đạt được lợi ích”, Kaiyu Guan, giám đốc sáng lập Trung tâm Bền vững Hệ thống Nông nghiệp, phó giáo sư Khoa Tài nguyên và Môi trường và giáo sư Blue Waters tại Trung tâm Ứng dụng Siêu máy tính tại Đại học Illinois cho biết. Ông cũng là tác giả chính của một bài báo mới được xuất bản trên tạp chí Field Crops Research.

Những hiểu biết của Guan dựa trên một mô hình toán học phức tạp được xác lập bởi 5 năm dữ liệu thực nghiệm đồng ruộng được thu thập từ nhiều địa điểm trên khắp Illinois bởi Maria Villamil, đồng tác giả của bài báo và là giáo sư tại Khoa Khoa học Cây trồng tại Illinois. Mô hình dựa trên quy trình xác định các động lực cơ bản mà cây che phủ tác động đến năng suất cây trồng chính, bao gồm loại cây che phủ; thời gian chấm dứt; và các yếu tố của đất như nước, nitơ, oxy và nhiệt độ trong đất.

Ziqi Qin, nghiên cứu sinh tiến sỹ làm việc với Guan và là tác giả chính của nghiên cứu cho biết: “Các mô hình dựa trên quy trình được xác lập với dữ liệu hiện trường có nhiều lợi thế hơn so với những thực nghiệm đơn thuần. Hầu hết các thí nghiệm đồng ruộng chỉ tập trung vào các biến số cuối cùng như năng suất cây trồng đem lại nguồn thu hoặc sinh khối cây trồng che phủ và có thể tốn nhiều năm để tiến hành”.

“Phương pháp mô hình hóa dựa trên quá trình có thể mô phỏng các biến trung gian khó đo lường trong các thí nghiệm hiện trường, chẳng hạn như các quá trình diễn ra trong đất. Các mô hình được xác nhận bằng các phép đo dựa trên thực địa có thể giúp tối ưu hóa các quyết định về cây trồng che phủ, chẳng hạn như loại cây trồng che phủ và thời gian trồng và thời gian kết thúc, thông qua mô phỏng kịch bản”.

Bằng cách kết hợp các yếu tố trung gian, mô hình đã giải thích tại sao cây trồng che phủ lại ảnh hưởng đến năng suất cây trồng thương mai. Về cơ bản, hai loại cây trồng cạnh tranh để giành các nguồn tài nguyên chung trong đất, bao gồm nước, nitơ và oxy. Nhưng các vấn đề về bối cảnh và các tác động là đặc trưng cho từng loài.

Năng suất đậu tương không bị ảnh hưởng bởi loại cây trồng che phủ, có thể là do đậu tương tự cố định nitơ trong đất. Theo mô hình, đối với ngô, sự cạnh tranh về nước ngày càng gia tăng vào những năm khô hạn và khi các cây trồng che phủ bị chấm dứt, lượng nitơ cung cấp cho các loại cây thương mại càng ít.

Khi mô hình tập trung vào loại cây trồng che phủ, nó phát hiện ra các loài không thuộc cây họ đậu, chẳng hạn như lúa mạch đen và ngũ cốc, làm giảm năng suất ngô từ 0,9 đến 6,9%. Tuy nhiên, cây che phủ đâu lăng long thuộc cây họ đậu cố định nitơ không ảnh hưởng đến năng suất ngô trong điều kiện có nhiều nitơ. Những phát hiện này phù hợp với các quan sát thực địa ở Trung Tây và trên toàn thế giới và Guan cho rằng điều đó tạo nên sự tin cậy cho nghiên cứu mô hình tập trung vào Trung Tây của ông.

Mô hình tìm thấy thời gian kết thúc có thể cũng quan trọng như các loài. Việc chấm dứt muộn đối với các cây che phủ không phải họ đậu, dù chỉ một ngày trước khi trồng, dẫn cũng đến giảm năng suất ngô nhiều hơn so với việc kết thúc trước khi trồng một tháng.

“Có một sự cân bằng giữa lợi ích cây trồng che phủ và năng suất cây trồng thương mại. Nếu chúng ta kết thúc sớm hơn, cây trồng che phủ sẽ không ảnh hưởng nhiều đến năng suất cây trồng, hoa lợi nhưng nó sẽ tích lũy ít sinh khối hơn và có khả năng lấy ít nitơ trong đất hơn. Vì vậy, chúng ta phải cân bằng giữa hai yếu tố này”, Villamil cho biết.

Mô hình cũng đã xác định các yếu tố khác tác động tiêu cực đến cây trồng, hoa lợi, bao gồm nhiệt độ đất mát hơn trong điều kiện sinh khối cây trồng che phủ và lượng oxy trong đất ít hơn.

“Bạn phải hiểu biết về quy trình và phần đã bị thiếu trong các nghiên cứu khác trong lĩnh vực này, Ví dụ, tôi không nghĩ mọi người đánh giá một cách đầy đủ tác động của oxy trong đất, mà đó lại là một yếu tố quan trọng trong mô hình của chúng tôi. Và yếu tố này thay đổi theo bối cảnh thời tiết, khí hậu và đất”, Guan cho biết.

Ông Guan lưu ý rằng các chương trình như Chương trình cây trồng che phủ trong đại dịch của USDA, giảm phí bảo hiểm cây trồng cho những nông dân trồng cây che phủ, có thể khuyến khích nhiều hơn trong số 95% những người không tham gia thực hành bảo tồn.

Ông cho biết: “Thêm vào đó, với sự gia tăng của thị trường tín chỉ các-bon tư nhân, có thể làm tăng việc áp dụng cây trồng che phủ một cách đáng kể. Chúng ta có thể sẽ thấy một sự gia tăng. Vì vậy, điều này làm cho chủ đề này trở nên cực kỳ phù hợp và quan trọng. Chúng tôi ở đây để nói cho nông dân biết cách thức hoạt động của khoa học và sau đó hướng dẫn họ một cách thích hợp để đạt được lợi ích với cây trồng che phủ”.

Nguyễn Thị Quỳnh Thuận theo Phys.org