Tài liệu Bài giảng hệ sinh thái vườn

Hệ sinh thái vườn ThS. Trần Thế Phong, 2007 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP. HCM TRẦN THẾ PHONG BÀI GIẢNG HỆ SINH THÁI VƯỜN TP. HỒ CHÍ MINH, 2007 1 Hệ sinh thái vườn ThS. Trần Thế Phong, 2007 CHƯƠNG 1 MỞ ĐẦU 1.1 NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN CỦA SINH THÁI HỌC 1. Sinh thái học là khoa học nghiên cứu về mối quan hệ tương tác giữa sinh vật với môi trường ở mức độ tổ chức khác nhau như cá thể, quần thể, quần xã sinh vật. 2. Môi trường chỉ là một phần của thế giới bên ngoài, bao gồm các thực thể và hiện tượng của tự nhiên mà sinh vật có quan hệ trực tiếp hoặc gián tiếp bằng những phản ứng thích nghi của mình. Mỗi sinh vật đều sống trong môi trường đặc trưng của mình, ngoài môi trường đó ra sinh vật không thể tồn tại được. Môi trường được chia ra làm môi trường vô sinh và môi trường hữu sinh. Môi trường vô sinh bao gồm môi trường không khí, môi trường nước và môi trường đất. Tổ hợp môi trường đất và môi trường không khí là môi trường trên cạn để phân biệt môi trường nước. 3. Sống trong môi trường nào sinh vật phải thích nghi với các điều kiện của môi trường đó. Những phản ứng thích nghi của sinh vật với môi trường được thể hiện dưới dạng những biến đổi về hình thái, sinh lý và tập tính sinh thái của nó. sự thích nghi cụ thể, được hình thành trong quá trình tiến hoá mang ý nghĩa tương đối. 4. Giới hạn sinh thái hay giới hạn chịu đựng của cá thể loài là một khoảng xác định đối với một yếu tố xác định mà ở đó cá thể loài có thể tồn tại và phát triển một cách ổn định theo thời gian và trong không gian. Trong giới hạn sinh thái chứa đựng một khoảng tối ưu và các vùng chống chịu thấp và cao. Vượt ra ngoài 2 giới hạn trên sinh vật sẽ chết. - Những loài có giới hạn sinh thái rộng đối với nhiều yếu tố, chúng có vùng phân bố rộng. - Những loài có giới hạn sinh thái rộng đối với một số yếu tố này nhưng hẹp với một số yếu tố khác, chúng có vùng phân bố hạn chế. - Những loài có giới hạn sinh thái hẹp đối với nhiều yếu tố chúng có vùng phân bố hẹp. 5. Ổ sinh thái là một không gian sinh thái (hay siêu không gian) ở đó các điều kiện môi trường quy định sự tồn tại và phát triển không hạn định của cá thể loài trong không gian và theo thời gian. Mỗi hoạt động chức năng của cơ thể cũng có ổ sinh thái riêng hay gọi là ổ sinh thái thành phần. Tổ hợp các ổ sinh thái thành phần chính là ổ sinh thái chung của cơ thể. Sống trong ổ sinh thái nào, cơ thể thích nghi với ổ sinh thái đó. Những loài có ổ sinh thái trùng nhau, nhất là ổ sinh thái dinh dưỡng chúng sẽ cạnh tranh với nhau. Mức độ cạnh tranh mạnh hay yếu phụ thuộc vào phần trùng nhau nhiều hay ít. Để tránh cạnh tranh trong nội bộ loài, các cá thể của loài thường có khả năng tiềm tàng để phân li ổ sinh thái. 6. Nơi sống là không gian cư trú của sinh vật và có thể chứa nhiều ổ sinh thái. 2 Hệ sinh thái vườn ThS. Trần Thế Phong, 2007 1.2 MỐI QUAN HỆ GIỮA SINH VẬT VÀ CÁC YẾU TỐ MÔI TRƯỜNG 1.2.1 Ánh sáng và ảnh hưởng của ánh sáng lên đời sống sinh vật 1. Ánh sáng được coi là yếu tố sinh thái vừa có tác dụng giới hạn vừa có tác dụng điều chỉnh. Ánh sáng trắng là “nguồn dinh dưỡng” của cây xanh và ảnh hưởng trực tiếp đến đời sống của động vật. 2. Ánh sáng phân bố không đều theo không gian và thời gian: - Cường độ ánh sáng giảm từ xích đạo đến 2 cực của trái đất do tăng góc lệch của tia tới và do tăng độ dầy của lớp khí quyển bao quanh. - Ánh sáng chiếu vào tầng nước thay đổi về thành phần quang phổ, giảm về cường độ và độ dài thời gian chiếu sáng. Ở độ sâu 200m ánh sáng không còn nữa, đáy biển là một màn đêm vĩnh cửu. - Ánh sáng biến đổi theo chu kì ngày đêm và theo mùa do trái đất quay quanh trục của mình và quay quanh mặt trời theo quỹ đạo với góc nghiêng 23 030’ so với mặt phẳng quỹ đạo. Do đó, mùa hè ở Bắc bán cầu khi đi từ xích đạo lên phía Bắc ngày dài ra, còn mùa đông ngày ngắn lại. Trong khi mùa đông ở Bắc bán cầu thì ngược lại. 3. Liên quan tới cường độ ánh sánh thực vật chia làm 3 nhóm: nhóm ưa sáng, nhóm ưa bóng và nhóm chịu bóng, do đó ở thảm thực vật xuất hiện sự phân tầng của các nhóm cây thích ứng với cường độ chiếu sáng khác nhau. Trong tầng nước, nhóm tảo lục, tảo lam phân bố ở lớp mặt, xuống sâu hơn xuất hiện các loài tảo nâu, nơi tận cùng của sự chiếu sáng được phân bố các loài tảo đỏ. Ở vùng vĩ độ trung bình xuất hiện cây dài ngày và cây ngắn ngày, phụ thuộc vào thời gian chiếu sáng của vùng trong mùa hè và mùa đông. 4. Liên quan đến ánh sánh, động vật được chia thành 3 nhóm: nhóm ưa hoạt động ban ngày, nhóm ưa hoạt động về đêm và nhóm hoạt động lúc chênh tối chênh sáng. Ở nhóm đầu cơ quan tiếp nhận ánh sáng (tế bào cảm quang hay thị giác) phát triển bình thường, thân có màu sắc sặc sỡ như những tín hiệu sinh học. Ở nhóm 2 cơ quan thị giác thường kém phát triển hoặc quá tinh, màu sắc trên thân tối xỉn. Những sinh vật sống sâu thị giác tiêu giảm, nhiều trường hợp tiêu giảm hoàn toàn, thay vào đó là sự phát triển của cơ quan xúc giác và cơ quan phát sáng. Ánh sáng còn gây ảnh hưởng đến quá trình sinh sản của nhiều loài động vật (sự đình dục ở côn trùng, tốc độ phát dục, thay đổi giới tính, trạng thái tâm sinh lí của các hoạt động sinh dục…). 1.2.2 Nhiệt độ và ảnh hưởng của nhiệt độ đến đời sống sinh vật 1. Nguồn nhiệt chủ yếu được sinh ra từ bức xạ mặt trời, phụ thuộc vào cường độ bức xạ ánh sáng. Do vây, nhiệt độ trên bề mặt trái đất biến đổi theo: - Thời gian: ngày đêm và mùa trong năm - Không gian: Càng xa khỏi xích đạo về các cực, nhiệt độ càng giảm, càng lên cao nhiệt độ càng giảm ở tầng đối lưu, càng xuống tầng nước sâu nhiệt độ cũng giảm dần 3 Hệ sinh thái vườn ThS. Trần Thế Phong, 2007 và ổn định hơn so với tầng bề mặt. Ngược lại, trong lòng đất, nhiệt độ càng cao khi càng xuống sâu. - Ở những nơi khí hậu khô, nóng, độ che phủ của thực vật thấp, nhất là trên hoang mạc nhiệt độ rất cao và mức dao động của nó rất lớn theo thời gian. 2. Nhiệt độ ảnh hưởng trực tiếp đến đời sống sinh vật hoặc ảnh hưởng gián tiếp thông qua sự biến đổi của các yếu tố khác nhau như: lượng mưa, băng tuyết, độ ẩm, lượng bốc hơi, gió… - Liên quan với điều kiện nhiệt độ, trong sinh giới hình thành những nhóm loài ưa lạnh sống ở nơi nhiệt độ thấp, kể cả nơi bị bao phủ bởi băng tuyết và những nhóm loài ưa ấm sống ở nơi nhiệt độ cao, thậm chí cả trong các suối nước nóng. Nhiều nhóm loài có giới hạn sinh thái rộng đối với nhiệt độ thường phân bố ở nbhu7ng nơi nhiệt độ dao động mạnh (vùng ôn đới). - Sống ở nhiệt độ quá cao, quá trình trao đổi chất của cơ thể diễn ra mạnh hơn, tuổi thọ thường thấp hơn, tuổi sinh sản lần đầu đến sớm hơn so với những loài sống ở nơi nhiệt độ thấp. 3. Sinh vật còn được chia thành 2 nhóm: - Nhóm sinh vật biến nhiệt (ngoại nhiệt), ở chúng nhiệt độ cơ thể biến thiên theo sự biến thiên của nhiệt độ môi trường. Đối với sinh vật biến nhiệt trong quá trình phát triển có sự kết hợp chặt chẽ giữa thời gian và nhiệt độ, được gọi là “thời gian sinh lí” và biểu diễn dưới dạng biểu thức: T = (x – k)n Từ đó suy ra: x – k = T/n, n = T/(x – k) K = x- T/n và x = T/n + k Trong đó: T: tổng nhiệt ngày; x: nhiệt độ môi trường; k: nhiệt độ ngưỡng của sự phát triển hay số 0 phát triển mà bắt đầu từ đó sự phát triển mới xảy ra; n: thời gian cần để hoàn thành một giai đoạn hay cả đời sống của sinh vật; (x – k): nhiệt độ phát triển hữu hiệu. - Nhóm sinh vật đẳng nhiệt (nội nhiệt), gồm những sinh vật đã hình thành tim 4 ngăn, thân nhiệt luôn ổn định, độc lập với sự biến đổi của nhiệt độ bên ngoài. Chúng có cơ chế riêng để duy trì thân nhiệt và phát triển những thích nghi về hình thái và tập tính đối với sự biến đổi của nhiệt độ môi trường. 4 Hệ sinh thái vườn ThS. Trần Thế Phong, 2007 1.2.3 Nước và độ ẩm. Sự tác động tổ hợp của nhiệt - ẩm lên đời sống sinh vật 1.2.3.1 Nước và ảnh hưởng của nước đến đời sống sinh vật 1. Nước không chỉ là nơi sống của các loài thuỷ sinh mà còn là môi trường cho các phản ứng sinh hoá xảy ra trong tế bào sống, đồng thời ảnh hưởng trực tiếp lên sự phân bố, sinh trưởng và phát triển của sinh giới. 2. Nước phân bố không đều trên hành tinh. Mưa nhiều ở xích đạo và nhiệt đới (trên 2000mm/năm), thấp nhất ở các hoang mạc (dưới 250mm/năm), mưa tập trung chủ yếu trong mùa mưa (70 – 80% tổng lượng mưa cả năm). 3. Đại dương chứa trên 97% tổng lượng nước trên hành tinh, nước chứa trong băng ở 2 cực (trên 2%), còn lại là nước sông hồ, nước ngầm... Trong cơ thể sinh vật nước chiếm 50 – 70% trọng lượng cơ thể, thậm chí đến 99% (ở sứa) . 4. Sống trong môi trường nước, thuỷ sinh vật có thể chia thành các nhóm: sinh vật sống trong tầng nước (Phyto- và Zooplankton), động vật có khả năng bơi lội giỏi (nekton), sinh vật sống ở đáy (Phyto- và Zoobenthos), sinh vật màng nước (Pleiston và Neiston). Mỗi nhóm đều có những thích nghi riêng với điều kiện sống đặc trưng của mình. Nói chung, những loài thuỷ sinh vật có tuổi lịch sử cổ hơn và mang nhiều nét nguyên thuỷ hơn so với những loài sống trên cạn. Điều nổi bật nhất trong môi trường nước là đại bộ phận thực vật là các loài tảo đơn bào sống phù du, động vật chiếm đa số là động vật không xương sống có kích thước nhỏ (động vật nguyên sinh, giáp xác...) lấy vi khuẩn và tảo làm nguồn sống chính. Phần lớn ở các loài thuỷ sinh vật, sự trao đổi khí thực hiện qua bề mặt cơ thể hay bằng mang, dinh dưỡng theo kiểu thẩm thấu, thụ tinh ngoài. Chúng sống tập trung đông đúc trên lớp nước bề mặt, nơi có các điều kiện thuận lợi nhất; càng xuống sâu thành phần các loài và số lượng từng loài đều giảm nhanh chóng. 1.2.3.2 Ẩm độ và ảnh hưởng của ẩm độ đến đời sống sinh vật 1. Độ ẩm trong không khí ảnh hưởng trực tiếp đến đời sống sinh vật quyết định đến sự phân bố của các loài trên hành tinh. - Đối với thực vật, thoát hơi nước được xem là chiến lược của tồn tại. Nói chung, lượng chất hữu cơ tích tụ trong cơ thể thực vật tỉ lệ thuận với lượng nước bốc hơi qua lá. Ở những nơi không khí quá ẩm, nhất là dưới tán rừng nhiệt đới xuất hiện các dạng sống bì sinh, khí sinh. - Liên quan đến ẩm độ, thực vật chia làm 3 nhóm: nhóm ưa ẩm (hydrophil), nhóm ưa ẩm vừa (mesophil) và nhóm chịu khô (xerophil). Những loài chịu hạn có những thích nghi đặc biệt như khả năng trữ nước trong cơ thể, khả năng làm giảm lượng thoát hơi nước (lá phủ sáp, tầng cutin dầy, giảm số lượng lổ thở, lá hẹp lại thành lá kim hay biến thành gai, rụng lá vào mùa khô), tăng khả năng tìm nước (rễ ăn sâu trong lòng đất hay trải rộng sát mặt đất, hình thành rễ phụ) và khả năng “trốn hạn” (tồn tại dưới dạng hạt). 5 Hệ sinh thái vườn ThS. Trần Thế Phong, 2007 - Đối với động vật, khi ẩm độ thay đổi sự sinh trưởng, sinh sản, tuổi thọ của cá thể, mức sinh sản, mức sống sót và tử vong của quần thể cũng thay đổi. Nhiều loài côn trùng giảm tuổi thọ khi độ ẩm giảm, trong điều kiện nhiệtc độ thấp, ẩm độ cao mức tử vong của chúng tăng lên. Những loài động vật sống ở nơi quá khô hạn thường giảm tuyến mồ hôi, có vỏ bọc để chống mất nước, nhu cầu nước thấp, tiểu tiện ít, phân khô... Chúng chuyển hoạt động vào ban đêm, ẩn nấp trong bóng hay sống chủ yếu ở hang hốc hoặc tiến hành di cư đến nơi có ẩm độ thích hợp. 1.2.3.3 Tác động tổ hợp của nhiệt - ẩm lên đời sống sinh vật Ẩm và nhiệt độ là 2 yếu tố quan trọng của khí hậu. Sự tác động tổ hợp của 2 nhiệt ẩm quyết định đến đời sống và sự phân bố của sinh giới. Bằng phương pháp đồ thị người ta lập nên khí hậu đồ. Đó là phương pháp hữu hiệu để dự báo sự phát triển số lượng của quần thể động vật, nhất là các loài côn trùng có hại qua các năm hoặc sử dụng thuỷ nhiệt đồ trong công tác di giống các loài động thực vật từ vùng này đến vùng khác. 1.2.4 Môi trường đất và không khí 1.2.4.1 Đất và ảnh hưởng của đất đến đời sống của sinh vật đất 1. Đất là tổ hợp của giá thể khoáng nghiền vụn và các vi sinh vật sống trong đất cũng như những sản phẩm hoạt động của chúng. Đất không chỉ là môi trường sống của nhiều loài sinh vật mà còn là một hệ sinh thái đặc trưng, tham gia cấu tạo nên sinh quyển. 2. Đất được cấu trúc bởi các hạt đất với những kích thước khác nhau để tạo ra các dạng đất (đất sét, thịt,, cát). Khoang rỗng giữa các hạt đất là nơi chứa nước và không khí, đồng thời cũng là nơi sống của các loài sinh vật. Đất càng mịn thì kha năng giữ nước càng lớn, nhưng lại yếm khí. Ngược lại đất càng xốp khả năng giữ nước kém nhưng lại thoáng khí. 3. Thành phần khí trong đất tương tự như khí trong khí quyển (ôxi, nitơ, cacbonic, mêtan...) tuy nhiên hàm lượng CO2 thường cao hơn do sự phân hủy vật chất và sự tích tụ cao của nó. 4. Nước chứa trong đất dưới hai dạng: nước liên kết và nước tự do. Nước tự do tạo nên dung dịch đất, chứa các muối dinh dưỡng nên có ý nghĩa thực tế đối với hoạt động sống của sinh vật, quyết định sự phân bố của các loài sinh vật sống trên mặt đất cũng như sinh vật khác sống trong đất. 5. Giá trị pH của đất phụ thuộc vào các loại muối chứa trong đất, nhưng nói chung ở mức trung tính và được duy trì khá ổn địnnh nhờ các hệ đệm, đặc biệt là hệ cacbonat (CO2 H2CO3 HCO-3 CO2-3). 1.2.4.2 Khí quyển và các quá trình của nó ảnh hưởng đến đời sống sinh vật 1. Thành phần khí quyển bao quanh trái đất với bề dầy trên 100km tính từ mặt đất khá ổn định, chứa 78% thể tích là Nitơ, 21% Ôxi, 0,032% cacbonic cùng với hơi nước, khói, bụi và vi khuẩn. 6 Hệ sinh thái vườn ThS. Trần Thế Phong, 2007 2. Theo độ cao khí quyển được chia thành tầng đối lưu, bình lưu, trung lưu và quyển nhiệt. Khối khí của tầng đối lưu bị chi phối mạnh bởi các yếu tố địa hình. Ở tầng này, nhất là tầng dầy 3km sát mặt đất mật độ các khí đều cao, chứa nhiều hơi nước, bụi và vi khuẩn; càng lên cao nhiệt độ càng giảm với tốc độ 1oC/100m ở nơi khí hậu khô và 0,6 oC/100m ở nơi khí hậu ẩm. 3. Cây xanh thu nạp CO2 nhưng thải ra O2 trong quá trình quang hợp, ngược lại khi hô hấp mọi sinh vật đều sử dụng O2 nhưng thải ra CO2, duy trì sự ổn định của của lệ CO2/O2 cho đến thời kì cách mạng công nghiệp. Hiện nay, tỉ số này gia tăng do tăng hàm lượng CO2 bởi các hoạt động công nghiệp và các hoạt động khác của con người. 4. Sự vận động của khí theo chiều ngang (gió) và chiều thẳng đứng (khí thăng, khí giáng) có tác dụng điều hòa chế độ nhiệt, ẩm trên hành tinh và còn là yếu tố sinh thái quan trọng. Gió không chỉ tạo điều kiện cho sinh vật phát tán nòi giống, thực hiện quá trình thụ phấn ở thực vật mà còn quyết định đến những biến đổi về hình thái của các loài thực vật và động vật sống ở những nơi trống trải nhiều gió. Gió còn làm tăng tốc độ bốc hơi bề mặt, gây mưa lớn ở những nơi này, làm hạn nặng ở nơi khác, tạo nên những tác động trái ngược nhau đối với đời sống. Bão, lốc... ảnh hưởng trực tiếp đến đời sống của sinh vật và con người. 5. Tầng bình lưu là tầng khí quyển tự do, nhiệt độ tăng lên cho đến đỉnh của nó. Đáy tầng bình lưu là lớp ozon, có tác dụng bảo vệ mọi sự sống trên Trái đất nhờ nó đã giữ lại 90% lượng bức xạ tử ngoại từ mặt trời chiếu xuống trái đất. 6. Sự gia tăng các khí thải công nghiệp (cacbonic, oxit nitơ, lưu huỳnh, CFC...) bụi, vi khuẩn làm cho không khí bị nhiễm bẩn, Trái đất đang nóng dần lên, nước đại dương ngày một dâng cao, tầng ozôn bị bào mòn và chọc thủng là mối đe doạ cho sinh giới và nhân loại. 7 Hệ sinh thái vườn ThS. Trần Thế Phong, 2007 CHƯƠNG 2 HỆ SINH THÁI 2.1 Định nghĩa và các khái niệm Năm 1869, nhà sinh vật học người Đức Ernst Haeckel đã đề xuất thuật ngữ “sinh thái học”. Sinh thái học được hình thành từ chữ Hy Lạp: Okios có nghĩa là “nhà” hoặc “nơi ở, nơi sinh sống”. Theo nghĩa sinh thái học là khoa học về cơ thể sống “ở trong nhà của mình”. Thông thường sinh thái học được coi là khoa học về quan hệ của sinh vật hoặc một nhóm sinh vật với môi trường xung quanh, hoặc như là khoa học về quan hệ hỗ tương giữa sinh vật với môi sinh của chúng. Theo tự điển Webstere, “Sinh thái học là môn học nghiên cứu những tác động qua lại trong các cá thể, giữa những cá thể và những yếu tố vật lý, hóa học tạo nên môi trường sống của chúng”. Theo A. Tansley (1953), hệ sinh thái là xác định thành quả hệ thống từ sự hợp nhất của tất cả những yếu tố sống và không sống của môi trường. “Sinh vật và thế giới vô sinh ở xung quanh có quan hệ khắng khít với nhau và thường xuyên có tác động qua lại”. Webstere xác định thuật ngữ này như là sự phức tạp của quần xã sinh thái học và môi trường hình thành chức năng nguyên vẹn trong tự nhiên. “Hệ sinh thái là đơn vị chức năng kiên định của những sinh vật (bao gồm con người) và môi trường thay đổi diện tích (vùng) đặc biệt. Theo định nghĩa này thì hệ sinh thái là một hệ chức năng gồm có quần xã của các thể sống và môi trường của chúng. Có thể tóm tắt một công thức về hệ sinh thái như sau: Hệ sinh thái= Quần xã sinh vật + môi trường xung quanh và năng lượng mặt trời. “Hệ sinh thái là tổ hợp của một quần xã sinh vật với môi trường vật lí mà nó sống, ở đó các sinh vật tương tác với nhau và với môi trường để tạo nên các chu trình sinh địa hóa và sự biến đổi của năng lượng. 2.2 Cấu trúc hệ sinh thái - Sinh vật sản xuất: đó là cây xanh, những sinh vật thực hiện quá trình quang hợp để tạo nên nguồn thức ăn sơ cấp từ những chất vô cơ đơn giản lấy từ môi trường và một số vi sinh vật có khả năng hóa tổng hợp. - Sinh vật tiêu thụ: đó là những loài động vật sống dị dưỡng nhờ vào nguồn thức ăn do sinh vật sản xuất tạo ra. Khởi đầu của động vật tiêu thụ là những loài ăn cỏ, ăn các mảnh vụn của thực vật và ăn phế liệu. Những động vật tiếp theo là những loài ăn thịt hay còn gọi là vật dữ thuộc các bậc dinh dưỡng khác nhau. - Sinh vật phân hủy: gồm chủ yếu những loài nấm, vi khuẩn sống hoại sinh. Chúng cũng là những sinh vật dị dưỡng. Trong quá trình sử dụng nguồn thức ăn để lấy năng lượng, chúng đã biến đổi vật chất có thành phần cấu tạo phức tạp thành những chất vô cơ đơn giản nhất. Do vậy, quá trình này còn được gọi là sự khoáng hóa vật chất. - Các chất vô cơ: ôxi, nitơ, cabon điôxit, nước, các muối khoáng 8 Hệ sinh thái vườn ThS. Trần Thế Phong, 2007 - Các chất hữu cơ: prôtêin, lipit, gluxit, vitamin, enzyme… - Các yếu tố khí hậu: nhiệt độ, ẩm độ, lượng mưa, khí áp, gió… Thực chất 3 thành phần đầu chính là quần xã sinh vật và 3 thành phần cuối chính là môi trường vật lí mà quần xã sống. 2.3 Những hoạt động chức năng của hệ sinh thái 2.3.1 Sự tổng hợp và phân hủy vật chất 1. Sự tổng hợp vật chất được thực hiện bởi 2 quá trình cơ bản: - Quang hợp của thực vật và những sinh vật có mầu: - Hóa tổng hợp được thực hiện bởi một số vi sinh vật. Vi khuẩn hoá tổng hợp nhận năng lượng để đưa cabon điôxit vào thành phần tế bào không qua quá trình quang hợp mà nhờ năng lượng được sinh ra từ sự ôxi hóa các chất vô cơ đơn giản bằng con đường hóa học. 2. Sự phân hủy vật chất được thực hiện bởi 3 quá trình sau: - Hô hấp hiếu khí của tất cả các loài sinh vật, chúng sử dụng ôxi phân tử để ôxi hóa các chất. - Hô hấp kị khí: trong đó một số chất vô cơ hay hữu cơ bất kì là chất nhận điện tử mà không phải là ôxi phân tử. - Quá trình lên men thực hiện việc phân hủy các chất hữu cơ trong điều kiện ki khí, trong đó chất hữu cơ vừa là chất cho vừa là chất nhận điện tử. Quá trình tổng hợp vật chất đã biến đổi năng lượng mặt trời thành năng lượng hóa học, chứa trong mô thực vật rồi từ đó các quá trình phân hủy kế tiếp đã tạo nên dãy thức ăn liên tục trong tự nhiên. 2.3.2 Chu trình sinh địa hóa Thông qua các xích thức ăn, vật chất vận động từ môi trường đi vào quần xã sinh vật rồi lại thoát khỏi quần xã ra môi trường để tạo nên những chu trình khép kín. Đó là chu trình vật chất. Do đi theo chu trình nên vật chất được sử dụng lặp đi lặp lại không phải một lần. Có 2 dạng chu trình vật chất: chu trình của các chất khí với đại diện là chu trình ôxi, điôxit cacbon, nước, nitơ… và chu trình của các chất lắng đọng mà đại diện là chu trình phôtpho, sắt, mangan… 2.3.3 Sự biến đổi của năng lượng Năng lượng từ mặt trời đi vào hệ sinh thái theo các dòng, các kênh mà không theo chu trình. Do vậy, năng lượng chỉ được sinh vật sử dụng một lần cuối cùng biến đổi thành nhiệt và thoát khỏi hệ thống. Khi chuyển từ bậc dinh dưỡng thấp lên bậc dinh dưỡng cao kề liền, năng lượng thường mất đi 90% do một phần không được sử dụng, một phần không được đồng hóa và một phần thải ra dưới dạng nhiệt hô hấp. Vì lẽ đó xích thức ăn không thể 9 Hệ sinh thái vườn ThS. Trần Thế Phong, 2007 kéo dài, thường 4 – 5 bậc đối với các hệ trên cạn; 6 – 7 bậc đối với các hệ dưới nước, và tháp năng lượng bao giờ cũng có hình tháp chuẩn 2.3.4 Diễn thế của hệ sinh thái Đây là quá trình phát triển tiến hóa của hệ sinh thái, từ một đại dương khởi đầu trải qua các dạng trung gian để đạt đến trạng thái ổn định cuối cùng. Động lực của quá trình diễn thế chính là sự biến đổi của môi trường vật lí dưới sự kiểm soát của quần xã sinh vật. Trong quá trình phát triển, các nhóm loài ưu thế của quần xã sinh vật thường làm cho môi trường biến đổi thuận lợi không phải cho mình mà cho các nhóm loài khác có sức cạnh tranh cao hơn mình thay thế. Sự biến đổi của điều kiện môi trường, do vậy trở thành nguyên nhân trực tiếp đồng thời còn quy định tốc độ và phạm vi của sự diễn thế. Diễn thế gồm các dạng sau: - Khi dựa vào động lực gây ra diễn thế có hai dạng: ngoại diễn thế và nội diễn thế. - Khi dựa vào môi trường tồn tại của quần xã có dạng diễn thế sơ cấp (nguyên sinh) và diễn thế thứ cấp (thứ sinh). - Khi dựa vào sự tổng hợp và phân huỷ vật chất ta có dạng diễn thế tự dưỡng (P/R>1) và diễn thế dị dưỡng (P/R<1) Trong quá trình diễn thế, hàng loạt các chỉ số sinh thái thay đổi và ở trạng thái đỉnh cực các mối quan hệ giữa các loài trong quần xã và giữa quần xã với môi trường đạt được trạng thái cân bằng động. 10 Hệ sinh thái vườn ThS. Trần Thế Phong, 2007 CHƯƠNG 3 HỆ SINH THÁI VƯỜN 3.1 Tầm quan trọng, sự phát triển của vườn trên thế giới và ở Việt Nam 3.1.1 Khái niệm Quan niệm về vườn rất rộng lớn, tuỳ thuộc vào các tác giả khác nhau, tuy nhiên chúng ta có thể tập trung vào các kiểu sau:  Vườn hoa kiểng  Vườn rau cải, đậu  Vườn cây ăn trái  Vườn theo kỹ thuật nông lâm kết hợp Đây là những hệ sinh thái nhân tạo, mỗi loại vườn thường mang tính đặc trưng của nó nhưng chúng có chúc năng giống nhau là góp phần quan trọng vào kinh tế gia đình, phat triển nguồn hàng hóa địa phương, phục vụ xã hội. Bên cạnh đó, chúng còn góp phần cải thiện điều kiện tiểu khí hậu, điều hòa nhiệt độ, là nơi vui chơi giải trí, nghỉ dưỡng, du lịch sinh thái. 3.1.2 Tầm quan trọng và lý do phát triển vườn Dân cư trên thế giới ngày càng đông, gia tăng theo cấp số nhân, trong khi diện tích đất đai dự trữ có hạn, tài nguyên ngày càng cạn kiệt. Với yêu cầu trên nếu không có biện pháp cải tạo, bảo vệ thì đất đai trồng trọt dự trữ sẽ mất hết trong tương lai. Do vậy, mối liên quan dân số với đất đai ngày càng trở nên gắn bó và để đáp ứng nhu cầu cho cuộc sống dân cư, con người cần xem lại cách tận dụng diện tích đất còn lại hiện nay cho hợp lý. Việc thiếu lương thực thực phẩm ở phần lớn một số nước trên thế giới từ năm 1985 đến nay đã báo hiệu một phần mục tiêu của sản xuất nông nghiệp trong vùng, cần phải thay đổi cơ cấu cây trồng và giống sao cho phù hợp với hoàn cảnh mới. Một trong những biện pháp cấp bách cần thiết tiếp sau những ruộng lúa là phải tìm hiểu, phân tích những mô hình sử dụng tốt có hiệu quả kinh tế cao của nông dân như: các mô hình vườn nhà, các hệ thống kỹ thuật nông lâm kết hợp… để có thể nhân rộng và sử dụng hợp lý quỹ đất đai. 3.1.3 Tình hình chung 1. Trên thế giới Nghề làm vườn đã có từ lâu, nhất là vườn cây ăn trái đã trở thành một ngành kinh doanh quan trọng. Các loại trái cây được trồng chủ yếu như: cam, quýt, bưởi, chuối, xoài, nho, dứa, táo, dừa, đu đủ… phục vụ nhu cầu quốc nội và xuất khẩu dưới dạng đông lạnh hay nước trái cây đóng hộp… Những nước có diện tích trồng cây ăn trái lớn như: Liên Xô cũ (3,5 triệu ha), Mỹ (hơn 2 triệu ha), Ấn Độ (1,5 triệu ha), Pháp (trên 1 triệu ha)… 11 Hệ sinh thái vườn ThS. Trần Thế Phong, 2007 2. Ở Việt Nam Nghề làm vườn đã có từ lâu đời nhưng chưa phải là ngành sản xuất lớn, còn mang tính tự phát và cá thể nhưng đã hình thành được các vùng trồng cây ăn trái nổi tiếng tập trung ven các thành phố lớn và chiếm ưu thế thuộc các dải đất phù sa ven sông. Hiện nay cây ăn trái ở nước ta có khoảng 40 họ, với hơn 130 loài được chia làm 3 nhóm:  Nhóm cây ăn trái ôn đới: táo tây, lê, đào, mận, dâu tây, nho… được trồng nhiều ở phía Bắc, vùng cao nguyên, Đà lạt  Nhóm cây ăn trái nhiệt đới: chuối, xoài, dừa, sabôchê, ổi, mãng cầu ta, mãng cầu xiêm, dứa, vú sữa, chôm chôm, măng cụt…  Nhóm cây ăn trái á nhiệt đới: chanh, cam, bưởi, quýt, nhãn, vải, bơ, hồng… Hình 3.1a Vườn cây ăn trái ở Lái Thiêu Hình 3.1b Vườn hộ ở Đà Lạt 12 Hệ sinh thái vườn ThS. Trần Thế Phong, 2007 3.2 Hệ sinh thái vườn trên các vùng đất 3.2.1 Sơ lược tài nguyên đất Đất đóng vai trò hết sức quan trọng đối với con người. Đất là môi trường sống, là nền móng cho toàn bộ công trình xây dựng, cung cấp hầu hết các sản phẩm cho nhu cầu thiết yếu của con người và đất còn có giá trị về mặt lịch sử, tâm lý và tinh thần với con người. 1. Trên thế giới Tổng diện tích: 148 triệu km2 (Cao Liêm, Trần Đức Viên. Sinh thái học nông nghiệp, 1990). Bảng 3.1 Tỉ lệ các loại đất trên thế giới STT 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Loại đất Tuyết băng hồ Đất hoang mạc Đất núi Đất đài nguyên Đất podzol Đất rừng nâu Đất laterit Đất đen Đất màu hạt dẻ Đất xám Đất phù sa Các loại đất khác Diện tích (%) 11,5% 8,7% 16,3% 4,0% 9,2% 3,5% 17,2% 5,2% 8,9% 9,4% 3,9% 3,2% Trong đó, loại đất tốt thuận lợi cho sản xuất nông nghiệp chỉ chiếm 12,6% (bao gồm đất phù sa, đất đen, đất rừng nâu); các loại đất xấu chiếm 40,5% (đất tuyết băng hồ, đất hoang mạc, đất đài nguyên, đất núi). Theo đánh giá của FAO về đất trên thế giới thì: 20% diện tích đất ở vùng quá lạnh 20% diện tích đất ở vùng quá khô 20% diện tích đất ở vùng quá dốc 10% diện tích đất ở vùng có tầng đất mỏng 10% diện tích đất ở vùng trồng trọt được 20% diện tích đất ở vùng có thể làm đồng cỏ Cho đến nay, diện tích đất trồng trọt mới chiếm 1.500 triệu ha nghĩa là chiếm 10% tổng diện tích tự nhiên. Và ngay trong đất trồng trọt, đất có năng suất cao chiếm 14%; đất có năng suất trung bình chiếm 28% và đất có năng suất thấp chiếm 58%. Như vậy, cần phải có biện pháp bảo vệ và cải tạo nguồn tài nguyên quý giá này. 13 Hệ sinh thái vườn ThS. Trần Thế Phong, 2007 2. Ở Việt Nam Tổng diện tích nước ta khoảng 33 triệu ha, đứng hàng thứ 58 trên thế giới. Dân số hơn 80 triệu người, đứng thứ 12 trong 205 nước trên thế giới. Bình quân đất tự nhiên trên đầu người thấp (0,54ha), đất nông nghiệp chiếm 21% đất tự nhiên (6,9 triệu ha), diện tích đất nông nghiệp trên đầu người khoảng 0,4ha. ha 0.25 0.2 0.15 Diện tích (ha) 0.1 0.05 Năm 0 1940 1960 1970 1980 1990 2000 Hình 3.2 Diện tích đất đai tính bình quân theo đầu người qua các năm Ước tính đến năm 2100, diện tích bình quân trên đầu người là 0,01ha/người do dân số gia tăng, đầu tư xây dựng cơ bản, đô thị hóa, công nghiệp hóa… Thêm vào đó hiện tượng xói mòn, laterit hóa, chua hóa, mặn hóa… càng làm cho đất canh tác thu hẹp. Hiện nay đất phân bố không đều và hiện tượng sử dụng đất của Việt Nam theo Tổng cục quản lý ruộng đất thì còn nhiều điều chưa hợp lý được biểu thị dưới đây (hình 3.3) Đất NN Đất LN Đất chuyên dùng Đất khác 21.02% 44.88% 29.19% 4.91% Hình 3.3 Tỉ lệ các loại đất sử dụng ở Việt Nam 14 Hệ sinh thái vườn ThS. Trần Thế Phong, 2007 CHƯƠNG 4 VAI TRÒ CỦA CÂY LÂU NĂM TRONG HỆ SINH THÁI VƯỜN 4.1 CHỨC NĂNG PHÒNG HỘ CỦA CÂY Nhiều kết quả thí nghiệm đã chứng minh rằng rừng ẩm nhiệt đới là thảm thực vật thích hợp nhất cho đất ở vùng nhiệt đới đặc biệt là vùng đất dốc. Mặc dù, các hệ sinh thái vườn theo kiểu hệ thống nông lâm kết hợp không thể sao nguyên bản rừng trên phương diện bảo vệ điều kiện sinh thái, sự dẫn nhập cây lâu năm vào các hệ thống nông lâm kết hợp sẽ thúc đẩy mạnh tính chất phòng hộ của các nông trại ở vùng đồi núi. 1. Cây giúp phục hồi và lưu giữ độ phì của đất: Một phần hấp dẫn của kỹ thuật nông lâm kết hợp được tìm thấy trong khả năng của cây trồng lâu năm trong việc lưu giữ và phục hồi độ phì của đất đai qua các ảnh hưởng đến lý và hóa tính của đất và chu trình dưỡng chất trong đất. (a) Ảnh hưởng đến lý tính của đất Đất dưới cây lâu năm có khuynh hướng phát triển cấu trúc ổn định tốt và giữ nước do chất hữu cơ từ cây và sự rã mục của hệ rễ (Young, 1987). Tác giả Nair (1987) trong công việc tổng hợp các tài liệu về hệ thống sử dụng đất nhau đã đề cập rằng “sự dẫn nhập cây lâu năm trồng vào nông trại có thể cho kết quả lý tính đất được cải tạo tốt hơn về độ thấm nước, khã năng giữ nước, cấu trúc tốt, và chế độ nhiệt của đất”. Tuy nhiên, lưu ý rằng để đạt được các cải thiện trên, đất cần thời gian tác động lâu bởi cây. Thí dụ chứng cớ đã chỉ rằng khả năng giữ nước của đất đã gia tăng với đất có trồng cây Albizzia albida so với không trồng (Felker, 1976). Các thí nghiệm khác đã chứng tỏ rằng cây A. albida ở Sahel và Prosopis cineraria ở Rajasthan, Ấn Độ đã làm gia tăng hàm lượng sét của đất dưới tán các cây này (Jung, 1966 và Mann và Saxena, 1980 được trích dẫn bởi Sanchez, 1987). Các chứng cớ rõ ràng về ảnh hưởng của cây trong các hệ thống nông lâm kết hợp có thể cần thời gian để làm sáng tỏ đối với sự cải thiện lý tính đất. Tuy nhiên căn cứ vào các chứng cớ gián tiếp được trình bày trên cũng như các bằng cớ của sự gia tăng chất hữu cơ trong đất, nhiều tác giả đã đưa ra các giả thuyết chứng tỏ rằng trong các hệ thống nông lâm kết hợp cây lâu năm có thể cải thiện được lý tính của đất (b) Ảnh hưởng đến đặc điểm hóa tính của đất * Giữ được chất hữu cơ trong đất Cây lâu năm thường được cho là làm gia tăng hay ít nhất là giữ gìn được lượng chất hữu cơ trong đất (Young, 1986 được chú dẫn bởi Sanchez, 1987). Một sự gia tăng hàm lượng chất hữu cơ trong đất là nền tảng cho sự cải tạo độ phì của đất của kỹ thuật nông lâm kết hợp ( Avery, 1988). Hiện tượng này được giải thích chủ yếu là do 15 Hệ sinh thái vườn ThS. Trần Thế Phong, 2007 lượng vật rụng và sự rã mục của hệ rễ cây (Young, 1987). Một thí nghiệm của Kellman (1979) về ảnh hưởng của các loài cây lâu năm ở vùng trảng khô Savanna ở Belize trên đất litisols bị phong hóa lớn và nghèo dưỡng chất đã có khuynh hướng chứng tỏ ảnh hưởng này của cây đối với hóa tính của đất. Bảng dưới đây đã chứng tỏ rằng đất dưới loài cây trồng Byrsohima sp có hàm lượng chất hữu cơ cao hơn so với ngoài trảng trống. Một thí nghiệm tương tự khác được tiến hành ở India đã phát hiện răèng hàm lượng carbon hữu cơ ở đất dưới tán cây Prosopis sp cao hơn so với vùng kế cận không có cây (Singh và Lal, 1969). *Bồi dưỡng thêm vào đất các chất dinh dưỡng: lưu ý vai trò của các cây bộ đậu cố định đạm. Một cách tổng quát, cây lâu năm đã đóng góp dưỡng chất vào đất chủ yếu thông qua vật rụng của chúng (Nair, 1984). Trong một thí nghiệm so sánh đất dưới rừng cây Byrsohima sp. và đất ở trảng bụi, kết quả phân tích cho thấy do sự đóng góp của vật rụng mà đất dưới rừng cây trên có hàm lượng các chất Ca, K, Mg, Na,và phần trăm lượng badờ gia tăng cao hơn so với đất trảng cỏ bụi. Kellman (1978) cũng đã chứng tỏ rằng các dinh dưỡng Ca, Mg, K, Na, PO4 và N gia tăng khi khảo sát đất ở vùng dưới tán rừng từ các vùng chung quanh trống trãi. Tương tự như vậy Singh và Lal, 1969 cũng đã có kết quả về tổng số N, P, và K cao hơn ở dưới tán cây so với các vùng trống trãi chung quanh. Juo và Lal (1977) được trích bởi Sanchez (1987) đã so sánh các ảnh hưởng của hệ thống hưu canh dùng cây keo dậu so với cây bụi hoang dã trên đất Alfisol ở Tây Nigeria về một số chỉ tiêu hoá tính của đất. Sau 3 năm, trong đó cây keo dậu được cắt xén hàng năm để làm chất tủ và bồi bổ cho đất, đất hưu canh với cây keo dậu cho khả năng hoán chuyển cation cao có ý nghĩa và mức độ của các cation trao đổi Ca và K khi so sánh với đất hưu canh bằng cây cỏ bụi hoang dại. Các khả năng khác mang đến sự bồi bổ dưỡng chất cho đất đã được nghiên cứu và tổng hợp thành tài liệu bao gồm sự định đạm của các cây họ đậu và sự cộng sinh của nấm mycorrhizae và rễ cây (Young, 1987). Thí dụ, một rừng thuần loại cây Leucaena leucocephala ở Philippin được cắt tỉa liên tục sau thời gian từ 8 đến 12 tuần có thể cho 10 đến 24 tấn/ha chất phân xanh tương đương với 70 đến 500kg N/ha (Vergara, 1982). Các loài cây họ đậu đặc biệt được các nhà khoa học nông lâm lưu tâm xem chúng như là thành phần lý tưởng của hệ thống nông lâm. Điều này do chủ yếu vai trò của hiện tượng cố định đạm (Nair, 1984). Felker (1978) đã xác định rằng cây Acacia albida trồng với mè và đậu phụng tại Tây Phi đã cố định 21 kg N/ha/năm, trong khi cây Prosopis tamarugo ở Chi Lê trên đất phù sa mặn cố định đến 198 kg N/ha/năm (Pak et al. 1977). Trong thí nghiệm của Kellman đã được dẫn chứng trên, tác giả đã quan sát thấy rằng mức độ dưỡng chất ở đất quanh gốc cây (Byrsohima sp.) có thể đạt được bằng và ngay cả cao hơn mức độ của các vùng rừng trảng khô kế cận. Do các cây mọc ở trảng thường không có hệ rễ sâu, nên nhiều giả thuyết giải thích rằng hấp thu lượng thủy sa là nguồn chính để cây lấy dưỡng chất để sinh trưởng. Liên hệ với điều này, Brunig và Sander (1984) cũng đã cho rằng ở những lập điạ đất nghèo chất dinh dưỡng các nhập lượng chất dinh dưỡng từ nước mưa trở nên rất ý nghĩa cho cây. 16 Hệ sinh thái vườn ThS. Trần Thế Phong, 2007 *làm cho chu trình dưỡng chất trở nên hữu hiệu hơn qua các hiện tượng cộng sinh của vi khuẩn Rhizobium với rễ cây họ đậu, bơm dưỡng chất ở tầng sâu lên, và sản xuất phân xanh. Một giả thuyết khác về lợi ích của kỹ thuật nông lâm đối với sự cải tạo đất là chu trình chuyển hoá hữu hiệu của các chất dinh dưỡng của hệ thống. Các cơ chế quan trọng hơn cả là : sự sử dụng trồng các cây định đạm họ đậu, hiện tượng bơm dưỡng chất lên cao của cây lâu năm và việc dùng phân xanh. Vai trò của các cây họ đậu định đạm đã được nghiên cứu từ lâu. Sự sử dụng các cây họ đậu làm gia tăng độ phì nhiêu của đất đã được chứng tỏ bởi nhiều thí nghiệm của Young, 1987; Vergara, 1982. Nhiều tác giả cũng nhấn mạnh đến tiềm năng của các loài cây này trong các hệ thống nông lâm kết hợp. Đạm tự do trong khí trời được cố định thành đạm hữu dụng nhờ các loài cây họ đậu và các loài vi sinh vật cố định đạm. Các chất đạm này sẽ cấu thành sinh khối của thực vật và sẽ trã lại cho đất qua vật rụng hay sự phân hũy rễ để cung cấp dinh dưỡng cho các loài thực vật khác. Một cơ chế hữu hiệu khác là hiện tượng “bơm dưỡng chất lên” hay di chuyển dưỡng chất từ tầng đất sâu lên lớp đất mặt (Avery, 1987; Young, 1987). Hiện tượng này giải thích rằng cây có hệ rễ sâu có thể hấp thu dưỡng chất rửa trôi xuống sâu và chuyển chúng thành hữu hiệu ở tầng đất mặt thông qua vật rụng cho các loài hoa màu có rễ cạn. Tuy vậy, cần lưu ý rằng chưa có đủ kết quả thí nghiệm để giải thích cặn kẽ hiện tượng này một cách khoa học (1987). Một số hoài nghi đã được Avery, 1987 tổng kết như sau: 1. không phải tất cả các cây lâu năm đều có rễ sâu hơn cỏ hay các loại cây tầng thấp, 2. điều kiện của rừng tự nhiên và rừng trồng có thể khác so với từng cá thể cây, 3. hiện tượng này có thể có ý nghĩa khi cây được trồng qua một thời gian dài. Cơ chế sau cùng về phân xanh được đề cập nhiều trong các hệ thống trồng xen hoa màu với cây bụi họ đậu hay kỹ thuật SALT mà sẽ được giới thiệu chi tiết trong các phần sau. VAI TRÒ CỦA CÂY BỘ ĐẬU TRONG NÔNG NGHIỆP Đạm là một yếu tố giới hạn nhất cho sản xuất nông nghiệp, và sự thiếu hụt đạm sẽ gây nên sức sản xuất của hoa màu, đồng cỏ và vật nuôi giảm. Có nhiều nguồn bổ túc cho đạm trong sản xuất nông nghiệp như sau:  Đạm do sự khoáng hóa các chất hữu cơ trong đất,  Đạm do phân vô cơ nhân tạo,  Đạm tạo nên do sự cố định đạm tự do trong không khí bởi các loài cây bộ đậu, và  Đạm tạo nên do sự cộng sinh của vi sinh vật với các lọai cỏ ở vùng nhiệt đới. Với các nguồn gốc trên, đạm trong đất thường thiếu hụt cho cây sinh trưởng và phát triển nhất là ở đất nhiệt đới có hàm lượng chất hữu cơ thấp. Nguồn đạm tạo nên do sự cộng sinh của vi sinh vật với một số loài cỏ ở nhiệt đới thường nhỏ và không đáng kể. Đạm có được từ sự tổng hợp nhân tạo và bởi sự cố định đạm giữa các loài cây họ đậu 17 Hệ sinh thái vườn ThS. Trần Thế Phong, 2007 với khuẩn Rhizobium và Actinomyces frankia là các nguồn tạo đạm đáng kể nhất cho nông nghiệp trong đó từ nguồn gốc thứ hai, cố định đạm tự nhiên với các loài bộ đậu là rẽ nhất. Đạm cố định sinh học thường được chuyển đến để cấu tạo các mô của cây bộ đậu và sau đó là thức ăn trực tiếp của gia súc ăn cỏ để thỏa mãn các nhu cầu về đạm của chúng và phần không chuyển hóa hết sẽ được thãi ra ngoài dưới dạng phân chuồng trã lại cho đất canh tác. Ngoài ra, đạm cũng thể được trả lại cho đất trực tiếp thông qua các chất tủ hữu cơ. Do chỉ một số ít họ thực vật gồm các loài có khả năng cố định đạm tự do trong không khí, các cây bộ Đậu là họ thực vật chính có các loài cố định đạm đáng kể và do đó đã đóng góp lớn vào việc cân bằng đạm trong tự nhiên. Ở Australia, Steele và Vallis (1988) đã ước tính rằng một số lượng phân đạm tổng hợp nhân tạo là 35.000 tấn cần cho một đồng cỏ lớn chăn nuôi so sánh với 1.200.000 tấn đạm từ cố định đạm sinh học. Nhiều loài hoa màu bộ đậu năng xuất cao có thể đóng góp đến 500 kg cho đất của 1 hectare trong một năm (NAS 1979), mặc dù theo ước lượng của Steele and Vallis chỉ cần một lượng đạm sinh học nhập vào đất khoảng 100-300kg/ha/năm cũng đủ gây kết quả đáng kể. Do vậy, sự cộng sinh của các loài cây bộ đậu và khuẩn Rhizobium là rất cần thiết để gìn giữ độ màu mỡ của đạm trong đất trong một giai đọan kéo dài. Các kỹ thuật canh tác du canh du cư mang tính truyền thống và vững bền ở nhiều nơi, thường có liên quan đến các thành phần cây thuộc bộ đậu của rừng nguyên sinh và thứ sinh nhằm tái tạo lại độ phì của đất. Một lợi điểm khác của các loài cây bộ đậu là phẩm chất tốt của sinh khối trong dùng làm thức ăn cho gia súc. Giá trị dinh dưỡng của các loài cây bộ đậu được căn cứ vào phần trăm hấp thu của gia súc trên tổng số lượng sinh khối khô và, thông thường, các loài cây này có tỉ lệ tiêu hóa và hấp thụ cao so với cỏ hòa bản cũng như giá trị dinh dưỡng này có khuynh hướng giữ cao hơn khi cây trưởng thành. Cho đến những năm gần đây, cây bộ đậu đã bị bỏ quên bởi các nhà nghiên cứu vì sự sử dụng chúng nằm giữa các ngành về lâm nghiệp và đồng cỏ. Hiện nay, chúng đã được đánh giá rất cao để nghiên cứu và phát triển vì tính đa dụng và vài đặc tính riêng biệt phân biệt với các loài cỏ bộ đậu. Các đặc điểm này được tóm tắt như sau:  Chúng thường có đời sống dài và dễ sống ít chăm sóc, do vậy sẽ thúc đẩy tính bền vững của canh tác trên nông trại;  Cung cấp lượng lớn có phẩm chất cao thức ăn cho gia súc;  Cố định đất dốc chống xói mòn nhờ vào tập quán phát triển hệ rễ sâu;  Cung cấp lượng lớn và phẩm chất tốt phẩm vật xanh để tủ bề mặt cho canh tác;  Có thể được gây trồng trên các điều kiện khó khăn nhằm cải tạo dần như trên đất nhiễm mặn hay khô hạn;  Sản xuất gỗ và chất đốt cho nhu cầu tại chổ hay cho kỹ nghệ;  Được trồng làm hàng rào sống, cây che bóng cho vườn cây công nghiệp, và làm nọc sống để trồng các loài hoa màu dây leo như tiêu, thanh long, vv. và  Sản xuất trái cây và rau xanh làm thực phẩm cho con người. Cho nên cây bộ đậu thực sự là cây đa dụng cho nông nghiệp. 18 Hệ sinh thái vườn ThS. Trần Thế Phong, 2007 CÂY BỘ ĐẬU DÙNG SẢN XUẤT THỨC ĂN CHO GIA SÚC Vai trò của súc vật gặm trong các hệ thống chăn thả tự nhiên: Cây và bụi đã cung cấp một lượng thức ăn gia súc có giá trị cho các loài gia súc có lẽ ngay khi con người thuần hóa các động vật (Robinson 1985). Ít nhất 75% cây và bụi rậm ở vùng Phi Châu được coi như là nơi cho gia súc gặm và nhiều loại trong số này là cây bộ đậu (Skerman 1977). Tầm quan trọng tổng thể của hiện tượng gia súc gặm nhắm trong tự nhiên đã được vạch rõ trong phần tóm tắt của phòng Nông Nghiệp Thịnh Vượng Chung (1947) như sau: “ Rất nhiều gia súc và động vật đã ăn cây và bụi hay kết hợp với cây cỏ tự nhiên đã đóng vai trò quan trong hơn cả các đồng cỏ hòa bản” . McKell (1980) đã chỉ ra rằng cây và bụi đa niên là các thành phần rõ ràng nhất tạo nên cảnh trí và nội dung của một địa điểm, mặc dầu chúng chưa được các nhà nghiên cứu tìm hiểu cặn kẽ. Phần lớn các nghiên cứu chỉ chú tâm vào phương pháp lọai bỏ chúng. Thực tế ở một vài vùng khô hạn, gia súc không thể tồn tại được nếu không có các loài này để gặm làm thức ăn. Hiện tượng gặm cây và bụi được định nghĩa là lá, đọt non và chồi non bao gồm các nhánh và thân còn non của các cây và bụi đa niên được các lọai gia súc và động vật hoang dã ưa thích gặm. Nó còn được mở rộng bao gồm quả, hạt của một số lọai có thể cung cấp thức ăn gia súc tốt, nhất là các lọai luôn luôn xanh. Rất nhiều loài cây bộ đậu đã phát triển ở vùng khí hậu bán khô hạn cùng với sự hiện diện của các loài thú ăn cỏ và do thế đã phát triển các cơ chế bảo vệ chống lại với hiện tượng gặm hay chăn thả quá mức. Các cơ chế bảo vệ bao gồm cây phát triển gai, chất độc, lá có nhiều sợi và chiều cao của tán lá (Brewbaker, 1986). Gai nhọn là đặc điểm của nhiều lòai cây bộ đậu thân gỗ và đặc biệt phổ biến ở các cây còn non. Chất độc có 2 lọai, một ảnh hưởng đến tiết giảm gặm bởi gia súc, và hai để gây độc cho gia súc. Phẩm chất của bộ phận của cây được gia súc gặm thay đổi từ rất tốt như (Leucaena leucocephala) đến rất kém (phần lớn các lọai Acacia). Phẩm chất kém có thể do chất tannin làm giảm lượng tiêu hóa đối với cả sinh khối lẫn chất đạm. Sự hiện diện của tannin được thấy rõ rệt qua màu sắc nâu sậm, nâu đỏ ở các nhánh và thân non. Một nguyên nhân khác khiến có phẩm chất kém là một số lòai cây có dạng diệp trạng thay cho lá trong đó chứa nhiều sợi khiến cho tỉ lệ tiêu hóa rất thấp, thí dụ các lọai keo châu úc (Acacia). Thức ăn gia súc từ các loài cây và bụi bộ đậu được xem như là phần độn thêm để thay thế cho các khoản thiếu thức ăn gia súc gây ra do sự biến động theo mùa và sức sản xuất của các nguồn cung cấp thức ăn gia súc khác. Thí dụ cỏ và một số lọai bụi có thể chết khi mùa khô đến dẫn đến sự khô hạn bề mặt đất trong khi các cây đa niên có hệ rễ sâu vẫn tồn tại và phát triển. Trong mùa khô hay trong các thời kỳ hạn hán cây lâu năm sẽ cung cấp thức ăn gia súc giàu đạm, khoáng, và các lọai sinh tố hơn là các cây cỏ chỉ còn lại xác cỏ có chất lượng kém. Sự sử dụng các loài cây làm thức ăn gia súc mọc tự nhiên là một yếu tố linh động của các hệ thống chăn thả gia súc của nhiều vùng trên thế giới. Ở vùng trảng Sahelian ở Phi châu từ Senegal đến Sudan, cây Faidherbia albida là loài cây bản địa bộ đậu có vai trò rất quan trọng cả để cung ứng thức ăn cho gia súc lẫn cải thiện độ phì của đất đai cho trồng trọt. Prosopis là lòai cây cung cấp thức ăn cho cừu và gia súc cho vùng đồng bằng khô á nhiệt đới tại Brazil, Argentina, Uruguay và phía bắc Chilê. Cây Prosopis 19 Hệ sinh thái vườn ThS. Trần Thế Phong, 2007 chilensis đã đóng góp chính thức ăn cho gia súc định kỳ ở vùng tây bắc Argentina và trung Chile trong khi P. tamarugo, một loài cây bản địa của cao nguyên phía tây bắc Chile, là loại cây duy nhất sống còn trên đồng bằng khô nhiểm mặn để cung cấp thức ăn gia súc hiệu quả cho gia súc, gỗ và củi trong vùng. Ở phía tây nam Queensland và bắc New South Wales, cây mulga (Acacia aneura) sinh trưởng tự nhiên trong các quần thụ đơn thuần được xem như là lòai cây chính cung cấp thức ăn chăn nuôi cừu trong vùng. Trong các điều kiện tự nhiên, phần lớn tán lá cây bộ đậu làm thức ăn gia súc thì nằm ngoài tầm gặm của gia súc nên cần thu hoạch cắt tỉa cành nhánh để có thể cho gia súc ăn được khi cần. Đôi khi các lá già rụng xuống đất là thành phần hàng ngày của thức ăn thường xuyên trong ngày của gia súc. Tại phi châu, dê phát triển được nhờ vào phần lá rụng của cây Acacia melliflora (Dougall và Bogden 1958) CÁC CÂY BỘ ĐẬU ĐƯỢC TRỒNG LÀM THỨC ĂN GIA SÚC TRONG ĐẤT CANH TÁC HAY ĐỒNG CỎ CHĂN NUÔI Tương tự như các quần thụ tự nhiên, cây bộ đậu thường được gây trồng chủ yếu sản xuất thức ăn cho gia súc trong cả hê thống chăn thả quảng canh hay phối hợp với hoa màu. Ở nhiều vùng canh tác thâm canh ở Phi châu và Á châu, nơi mà gia súc thường được chăn nuôi với số lượng nhỏ bởi các hộ gia đình, cây bộ đậu thường được trồng như là các nơi dự trữ thức ăn gia súc trên các mảnh đất không canh tác dọc theo bờ thửa hay ranh giới, trên bờ ruộng lúa hay ở trong vườn hộ. Các nơi này thường được thu hoạch thức ăn gia súc phục vụ cho hệ thống “cắt và cho ăn” trong chuồng trại và là nguồn cung cấp thức ăn gia súc có chất lượng cao để bổ sung cho thức ăn rơm rạ phế liệu của hoa màu. Sức sản xuất thức ăn ở các nơi này thường rất cao. Ở Batangas, Philippin, một mảnh đất 2 ha trồng Leucaena leucocephala xen với cây ăn quả mảng cầu ta (Anona squamosa) đã đủ cung cấp thức ăn cho 20 trâu bò trong vòng 6 tháng (Moog 1985). Ở Ibadan tại Nigeria, Reynolds và Atta-Krah (1986) đề xuất rằng các phẩm vật tán lá sản xuất thừa trong một năm của cây Leucaena leucocephala và Gliricidia sepium trồng với khỏang cách 4m trong hệ thống canh tác xen theo băng có thể đủ để bổ túc một ½ thức ăn nuôi 29 dê sửa. Ở nhiều nơi thâm canh khác, cây bộ đậu không những để cung cấp thức ăn gia súc mà còn cho củi chất đốt, phân xanh hay các công dụng khác. Ở vùng chăn thả gia súc thâm canh tại Úc Châu, Nam Phi và Nam Mỹ, cây bộ đậu được tăng cường trồng xen với cỏ hòa bản cải thiện để gia tăng năng lực và sức sản xuất của gia súc. Ở vùng trung Queensland, hơn 20.000 ha đã được gieo trực tiếp cây keo dậu trong vòng 10 năm qua. Cây keo dậu được gieo với khỏang cách rộng 4 x 10 m và các loại cỏ cải thiện như lọai cỏ panic xanh (Panicum maxumum lọai tricoglume), cỏ Rhodes (Chloris gayana), cỏ buflet (Cenchrus ciliaris) hay cỏ ra dấu (Brachiaria decumbens) được gây trồng giữa các hàng keo dậu. Một khả năng chăn nuôi (đến 3-4 con cho một mẩu) và tăng trọng đạt được cho mỗi đầu con có thể đạt được cao nhất ở kiểu hệ thống chăn nuôi này. Một kỹ lục đạt tăng trọng là 1.442 kg/ha cho gia súc nuôi theo hệ thống phối hợp cho ăn giữa cỏ hòa bản và cây bộ đậu đã được ghi nhận ở huyện sông Ord, phía bắc Úc (Jones 1986) 20