Một thiết kế mới về đa dạng hóa cây trồng bền vững
Nguồn: Jeroen CJ Groot, Xiaolin Yang.
Hệ thống cây trồng là một trong những thành phần quan trọng nhất trong hệ thống sản xuất cây trồng, được tăng cường để cung cấp thực phẩm cho dân số toàn cầu ngày càng tăng. Các nghiên cứu trước đây tập trung vào năng suất cao mà ít chú ý đến việc sản xuất các chất dinh dưỡng và vitamin cho chế độ ăn uồng của con người. Kể từ Cách mạng Xanh, hệ thống canh tác kép lúa mì vụ Đông và ngô vụ Hè đã chiếm ưu thế ở Đồng bằng Bắc Trung Quốc (NCP), với sự gia tăng đầu vào của phân bón, thuốc trừ sâu và tưới tiêu để sản xuất ngũ cốc cho mục tiêu đảm bảo an ninh lương thực, dẫn đến cạn kiệt nguổn nước ngầm và hàng loạt vấn đề về môi trường chẳng hạn như ô nhiễm nguồn nước.
Để đáp ứng các mục tiêu năng suất cao, chất lượng tốt và rút nước ngầm ít hơn, các nhà khoa học của Đại học Wageningen và Đại học Nông nghiệp Trung Quốc đã hợp tác và thiết lập một mô hình tối ưu đa mục tiêu để tạo một cấu hình mới cho 30 hệ thống cây trồng đa dạng được thực hành trong NCP ở cấp khu vực để điều phối sự cân bằng giữa các chỉ số về hoạt động kinh tế, an ninh lương thực và môi trường. Nghiên cứu của họ được công bố trên tạp chí Frontiers of Agricultural Science and Engineering.
Dựa trên cơ sở dữ liệu hệ thống cây trồng đã được thiết lập bởi Yang và cộng sự (2021), Jeroen CJ Groot (Đại học Wageningen) và Yang (Đại học Nông nghiệp Trung Quốc) đã đánh giá toàn diện hiệu suất của 30 hệ thống luân canh cây trồng với nhiều chỉ tiêu, bao gồm năng suất, lợi ích kinh tế, tiêu thụ nước ngầm, vitamin C, năng lượng khẩu phần và năng suất thức ăn chăn nuôi. Phân tích thành phần chính (PCA) và phân tích cụm thứ bậc (HCA) đã được sử dụng để có được các hệ thống hợp tác đa mục tiêu tiềm năng. Thuật toán tiến hóa của sự tiến hóa vi phân và mô hình tối ưu hóa Pareto được sử dụng để tối ưu hóa đa mục tiêu nhằm cấu hình lại các hệ thống cây trồng đa dạng với sự kết hợp và điều phối ở cấp độ khu vực.
Kết quả của họ chỉ ra rằng: giữa các hệ thống cây trồng khác nhau, hiệu suất của các chỉ số được đánh giá nêu trên sẽ khác nhau. Có mối quan hệ hiệp trợ giữa doanh thu kinh tế và dinh dưỡng khẩu phần, năng lượng khẩu phần và năng suất thức ăn chăn nuôi, nhưng nó xảy ra với sự suy giảm của nước ngầm. Vitamin C có mối tương quan nghịch với các sản phẩm thức ăn thô xanh. Do đó, điều quan trọng là điều chỉnh cơ cấu cây trồng theo vùng, xem xét tối ưu hóa sự kết hợp đa mục tiêu và đánh giá tổng hợp để đáp ứng yêu cầu của người dân về cuộc sống tốt hơn và khỏe mạnh hơn.
Xem xét sự đánh đổi đa mục tiêu với tổng hợp sự suy giảm mực nước ngầm, năng lượng khẩu phần, lợi ích kinh tế, vitamin C và sản lượng thức ăn chăn nuôi, các nhà nghiên cứu đưa ra các giải pháp tối ưu hóa để cấu hình lại cơ cấu cây trồng dựa trên các hệ thống cây trồng đa dạng hơn là một loại cây trồng nhất định. Đây là một quan điểm mới và quan trọng trong nghiên cứu của họ. Đề xuất rằng việc tối ưu hóa cơ cấu cây trồng nên trực tiếp tập trung và thực hiện trên các hệ thống cây trồng tiềm năng thay vì những cây trồng đơn giản trong nghiên cứu sau này. Trung Quốc là quốc gia điển hình có nhiều hệ thống trồng trọt, điều này giúp nâng cao năng suất hệ thống bằng cách tăng chỉ số trồng trọt. Điều quan trọng là phải xem xét đầy đủ cấu hình không gian và thời gian của các luân canh và kết hợp cây trồng khác nhau.
Do đó, họ đã đề xuất một quan điểm mới cho việc điều chỉnh cơ cấu trồng trọt theo vùng.
(1) Cần tiến hành đánh giá tổng hợp đa mục tiêu về hệ thống cây trồng, xem xét nhiều khía cạnh về năng suất ngũ cốc, lợi ích kinh tế, môi trường xanh, chế độ dinh dưỡng và sức khỏe của đất, điều này thúc đẩy tích cực sự phát triển bền vững của hệ thống canh tác.
(2) Cần phải ngày càng cải tiến và cập nhật thuật toán tối ưu hóa, chẳng hạn như thuật toán di truyền, mô phỏng Monte Carlo, thuật toán lập trình mờ và tối ưu hóa đa mục tiêu Pareto, nhằm mục tiêu trực tiếp cho hệ thống cây trồng thay vì diện tích trồng đơn giản của một loại cây trồng nhất định. Đối tượng nghiên cứu tập trung vào tính tối ưu của hệ thống cây trồng đa dạng ngụ ý cấu hình quy mô thời gian và không gian của các loại cây trồng ở quy mô lớn. Mô hình Thiết kế Trang trại (Groot và cộng sự, 2012) dựa trên tối ưu hóa Pareto được sử dụng trong nghiên cứu của họ được chứng minh là một công cụ tốt để cấu hình lại cây trồng, cung cấp tài liệu tham khảo quan trọng cho các nhà hoạch định chính sách để điều chỉnh cơ cấu trồng trọt ở các quy mô khác nhau.
(3) Cũng cần chú ý đến việc tối ưu hóa đa mục tiêu và cấu hình lại các hệ thống cây trồng theo các kịch bản biến đổi khí hậu trong tương lai để tăng khả năng chống chịu của hệ thống trang trại.
http://iasvn.org/
