Ảnh minh họa

Nay, kính mời quý đọc giả xem thêm báo cáo nghiên cứu khoa học này để nắm thêm cơ chế sinh lý, sinh trưởng của nhóm cây điển hình (đinh hương và nhục đậu khấu) và cây dừa trong một quần thể trồng xen. Để đơn giản cho người xem HH xin phép không trình bày đầy đủ bố cục của báo cáo như: Vật liệu và phương pháp thí nghiệm, phân tích thống kê, số liệu về kết quả. Khi cần thiết, kính mời đọc giả vào đường dẫn để xem đầu đủ bản gốc.

Tóm tắt: Tính bổ sung giữa các loài cây trong việc chia sẻ tài nguyên tăng trưởng là chìa khóa cho sự bền vững về năng suất cây trồng. Tuy nhiên, thông tin về cách thức các loài phân chia các hốc của chúng ở trên cũng như ở dưới mặt đất và phát triển tính bổ sung trong việc chia sẻ các nguồn tăng trưởng ít được biết đến đối với các vườn nhà ở vùng nhiệt đới ẩm. Nghiên cứu này báo cáo việc chia sẻ tài nguyên tăng trưởng trên mặt đất (ánh sáng mặt trời), và mô hình phân bổ sinh khối rễ mịn, và sự hấp thu N, P và K của cây dừa (cây trồng chính) và cây trồng xen của nó (cây đinh hương và nhục đậu khấu) trong vườn dừa và một đồn điền dừa-nhục đậu khấu ở quần đảo Nam Andaman của Ấn Độ. Cây trồng chính và cây trồng xen của nó có hình dạng giống nhau trong đồn điền giống như trong vườn nhà của các đảo. Nghiên cứu bao gồm ba loài cây (dừa, đinh hương và nhục đậu khấu) và năm khoảng cách (0,75, 1,50, 2,65, 3,80 và 4,55 m) từ cây dừa đến cây trồng xen của nó. Dừa cản được 30-32 % ánh sáng mặt trời phía trên tán cây trồng xen. Đổi lại, các cây trồng xen hạn chế sự phân bố rễ của chúng lên đến 2,65 m tính từ thân cây. Tuy nhiên, cây dừa đã vươn rễ ra khá gần với cây trồng xen của nó. Ngoài hốc (vị trí) riêng của nó, dừa khai thác chất dinh dưỡng từ bên dưới cây trồng xen của nó, nhưng cây trồng xen chỉ sử dụng chất dinh dưỡng từ hốc của chúng. Những quan sát này cho thấy rằng cây cối trong vườn nhà phân chia các hốc của chúng theo chiều ngang dưới mặt đất và do đó, phát triển tính bổ sung trong việc chia sẻ tài nguyên tăng trưởng. Tuy nhiên, trên mặt đất, cây trồng chính chặn ánh sáng và tạo bóng râm một phần cho các cây trồng xen ưa bóng râm của nó. Thông tin này có tác dụng quản lý chia sẻ tài nguyên tăng trưởng trên và dưới mặt đất trong các hệ thống nông lâm kết hợp.

Giới thiệu

Hai loại tương tác, tức là cạnh tranh và bổ sung, được tìm thấy trong các hệ sinh thái tự nhiên và hệ sinh thái nông nghiệp (Callaway 1998), hình thành nên cấu trúc cộng đồng, đa dạng thực vật và các chức năng của hệ thống (Bruno et al. 2003; Callaway 1995; Pugnaire et al. 1996). Tương tác cạnh tranh trong hệ sinh thái (Wedin & Tilman 1993) và hệ sinh thái nông nghiệp (Pandey et al. 1999) đã được ghi chép đầy đủ. Tuy nhiên, cơ chế tương tác bổ sung cho đến nay vẫn chưa được hiểu rõ. Một số nghiên cứu (Bertness & Callaway 1994; Callaway 1998) lập luận rằng tương tác bổ sung là thuận lợi, tùy ý hoặc bắt buộc, và thường xảy ra trong môi trường vật chất khắc nghiệt. Điều này cho thấy rằng việc hàng xóm (những cây trồng xen) cải thiện môi trường sống là mẫu số chung của các tương tác tích cực (Bertness & Callaway 1994; Callaway & Walker 1997). Các nghiên cứu khác báo cáo rằng sự tương tác bổ sung là tương hỗ (Boucher et al. 1982). Bất kể là tùy tiện hay tương hỗ, giờ đây người ta đã xác định rõ ràng rằng sự tương tác bổ sung mang tính tiến hóa (Bertness & Callaway 1994). Tuy nhiên, vẫn chưa thể kết luận được làm thế nào hai loài tồn tại cùng nhau trong hệ sinh thái và hệ thống nông nghiệp (Bertness & Callaway 1994). Vườn nhà là một hệ thống sử dụng đất nổi bật (Maroyi 2013; Saikia & Khan 2013; Saikia et al. 2012). Vườn nhà bao phủ 63% diện tích đất canh tác ở Quần đảo Andaman và Nicobar của Ấn Độ (Thống kê cơ bản 2001) nơi các loài thực vật có dạng sống và chiều cao khác nhau, chẳng hạn như dừa và cau , cây gia vị đinh hương và nhục đậu khấu, xoài, chuối, ổi cây ăn quả , và các cây nông lâm kết hợp khác phát triển cùng nhau và tạo thành một cấu trúc nhiều tầng tương tự như ở Đông Nam Á (Millate-E-Mustafa et al. 1996; Pandey et al. 2007). Từ lớp đất cho đến các tầng trên, độ dốc của ánh sáng và độ ẩm xác định các hốc khác nhau mà các loài khai thác theo yêu cầu riêng của chúng (Fernandes & Nair 1986). Sự phân chia hốc (nơi đặt cây trồng xen) trong vườn nhà có thể xảy ra do mối quan hệ bổ sung giữa các loài thực vật để chia sẻ tài nguyên tăng trưởng của chúng, dẫn đến năng suất bền vững (Jensen 1993; Pandey et al. 2007; Soemarwoto 1987). Tính bền vững của sản lượng cũng có thể là do khả năng tương thích của cây trong vườn nhà đối với việc sử dụng tài nguyên tăng trưởng dưới mặt đất (Jensen 1993; Pandey et al. 2000; Rhoades 1997). Những cây ở tầng cao trong vườn nhà thường kéo dài rễ của chúng khá gần với thân của những cây ở tầng dưới, nhưng những cây ở tầng dưới hạn chế rễ của chúng ở một khoảng cách giới hạn so với thân của chúng (Pandey & Venkatesh 2007). Người ta vẫn chưa biết làm thế nào chúng phân chia các hốc dưới mặt đất để sử dụng các nguồn tài nguyên tăng trưởng, đặc biệt là chất dinh dưỡng. Chúng tôi đưa ra giả thuyết rằng một cây quá tầng trong hệ sinh thái nông nghiệp vườn nhà sẽ chặn ánh sáng và do đó, cung cấp một phần bóng râm cho cây trồng dưới tán cây của nó (tác động tạo thuận lợi), trong khi đổi lại, cây trồng dưới tán cây chỉ khai thác chất dinh dưỡng từ một không gian hạn chế bên dưới mặt đất và đồng thời, chịu đựng sự hiện diện của cây vượt tầng. Tuy nhiên, cây ở tầng cao khai thác chất dinh dưỡng từ hốc của nó cũng như từ hốc của cây trồng dưới tầng (cây trồng xen). Các cơ chế tạo thuận lợi, khai thác và chống chịu này cùng nhau cho phép các loại cây trồng cùng tồn tại và khai thác các nguồn tài nguyên tăng trưởng một cách bổ sung trong vườn nhà. Vườn nhà thường bao gồm nhiều loài, dạng sống và liên quan đến một số quá trình đầu vào và đầu ra chất hữu cơ/chất dinh dưỡng. Do đó, rất khó để tách các tương tác cụ thể của loài. Do đó, để đơn giản hóa các tương tác giữa các loài trong hệ sinh thái nông nghiệp vườn nhà phức tạp, nghiên cứu này được thực hiện trên dừa (Cocos nucifera L.), đinh hương (Eugenia cariophyllata Thunb) và dừa nhục đậu khấu (Myristica fragrans Houtt. Nees), có hình dạng cây trồng tương tự như được tìm thấy trong vườn nhà. Mục tiêu của nghiên cứu là kiểm tra: (1) chia sẻ tài nguyên tăng trưởng trên mặt đất (ánh sáng mặt trời) và (2) mô hình phân bổ sinh khối rễ mịn (tách hốc dưới mặt đất) và sự hấp thu N, P và K của cây dừa (chính cây trồng) và các cây trồng xen của nó (tức là cây đinh hương và nhục đậu khấu) ở các khoảng cách khác nhau giữa hai cây trồng (dừa-đinh hương và dừa-nhục đậu khấu) trong đồn điền. Tuy nhiên, mục tiêu cuối cùng của nghiên cứu là tìm hiểu cơ chế tương tác bổ sung giữa các loại cây trồng trong vườn nhà của Quần đảo Andaman của Ấn Độ.

Thảo luận

Các đồn điền dừa và nhục đậu khấu được nghiên cứu đã hơn 20 năm tuổi. Pandey & Singh (2009) đã báo cáo rằng hỗn hợp cây dừa-đinh hương và dừa-nhục đậu khấu đã tồn tại trong một thời gian dài và mang lại năng suất bền vững, mặc dù thấp trong vườn nhà. Điều này cho thấy rằng trồng xen đinh hương và nhục đậu khấu tương thích với cây dừa và cùng tồn tại dưới dạng cây trồng xen. Việc giảm cường độ ánh sáng đối với các cây trồng xen chỉ ra rằng dừa đã chặn ánh sáng và do đó, tạo điều kiện thuận lợi cho môi trường trồng xen. Cây đinh hương và nhục đậu khấu được biết là ưa bóng râm một phần (Thankamani et al. 1994). Cơ chế thuận lợi này của việc sử dụng tài nguyên sinh trưởng trên mặt đất (một phần ánh sáng) trong các quần hợp dừa- gia vị đã được báo cáo vào năm 1993), thảo nguyên và rừng cây (Guevara et al. 1992), vùng cây bụi Địa Trung Hải (Fuentes et al. 1984), đầm lầy muối ( Bertness & Hacker 1994), đồng cỏ (Greenlee & Callaway 1996), rừng  (Bertness & Callaway 1994), hệ thống nông lâm kết hợp dựa trên Paulownia- (Zhaohua et al. 1986) và Grevillea- (Huxley et al. 1994). Trong các khu rừng lớn, các cây nhỏ và non ở tầng dưới cùng tồn tại một cách bổ sung dưới các cây trồng ở tầng trên (Bertness & Callaway 1994). Thực vật đã được phát hiện là có tác động tích cực lên nhau bằng cách tích lũy chất dinh dưỡng, cung cấp bóng râm và cải thiện sự xáo trộn hoặc bảo vệ khỏi động vật ăn cỏ của một số loài, giúp tăng cường hiệu suất của các loài lân cận (Bertness & Callaway 1994).

Sự xuất hiện sinh khối rễ mảnh của cây dừa dưới các cây trồng xen cho thấy rằng trong mối liên hệ đinh hương dừa và dừa-nhục đậu khấu, cây dừa đã vươn rễ mảnh của chúng theo chiều ngang khá gần với thân của cây trồng xen. Wiersum (1982) báo cáo rằng rễ của cây dừa nằm ở độ sâu trên của đất và được phân bố rộng rãi trên sàn vườn nhà ở Indonesia. Ngược lại, rễ tốt của cây trồng xen thì giòn và yếu và nằm cách thân của chúng ở một khoảng cách nhất định như Wiersum (1982) đã quan sát thấy. Sự phân tách theo chiều ngang của các hốc dưới mặt đất của các loài cây dường như là quá trình tiến hóa, điều này có thể xảy ra để đáp ứng các yêu cầu về chất dinh dưỡng và các nguồn tài nguyên tăng trưởng khác của chúng dưới mặt đất. Vườn nhà ở tiểu lục địa Ấn Độ đã được phát triển từ thời xa xưa (Kumar & Nair 2004). Người nông dân thường trồng cây dừa trong khuôn viên nhà mình với khoảng cách rộng hơn và trồng cây gia vị dưới tán cây dừa. Điều này có lẽ đã buộc các cây phải tạo ra các hốc của chúng theo cách bổ sung theo thời gian để thu được tài nguyên tăng trưởng. Tuy nhiên, cơ chế tương tác dưới mặt đất trong nghiên cứu của chúng tôi khác với cơ chế tương tác trên mặt đất. Chúng tôi phát hiện ra rằng các cây trồng xen được hưởng lợi (một phần bóng râm) từ cây dừa phía trên mặt đất, nhưng đổi lại, phải chịu đựng sự hiện diện của nó trong các hốc của chúng bên dưới mặt đất. Điều này cho thấy rằng sự bổ sung trong việc chia sẻ chất dinh dưỡng bên dưới mặt đất được chấp nhận không giống như cơ chế thuận lợi bên trên mặt đất. Connell & Slatyer (1977) có quan điểm cho rằng các cơ chế hỗ trợ và dung nạp của tương tác bổ sung có thể xảy ra trong cùng một cộng đồng thực vật. Nelliat et al. (1974) cho rằng các hệ thống rễ phân nhánh theo chiều ngang có thể là cơ sở cho sự bổ sung trong các hệ thống nông lâm kết hợp nhiều tầng dừa-ca cao-dứa ở Indonesia.

Trái ngược với sự phân chia hốc ngang dưới mặt đất để thu nhận chất dinh dưỡng trong vườn nhà của chúng ta, sự phân chia hốc dọc đã được báo cáo xảy ra trong hệ thống nông lâm kết hợp dựa trên Paulownia ở Trung Quốc. Cây Paulownia có phần lớn rễ mảnh nằm ở độ sâu 40-100 cm, trong khi các loại cây trồng xen của nó, cụ thể là lúa mì, ngô và lạc, nằm phía trên vùng rễ cây (Zhaohua et al. 1986). Sự tách biệt theo chiều dọc này có thể làm cho hệ thống nông lâm kết hợp dựa trên Paulownia bổ sung cho nhau. Ngoài ra, trong hệ thống nông lâm kết hợp dựa trên Grevillea của Kenya, sự phân chia hốc dọc xảy ra bên dưới mặt đất (Huxley et al. 1994).

Sự hấp thu N, P và K của dừa từ bên dưới các cây đinh hương và nhục đậu khấu cho thấy rằng việc che chở/cùng tồn tại của các cây trồng xen dưới cây trồng chính (dừa) trong vườn nhà không phải là độc lập. Tính bổ sung trong vườn nhà dường như đã phát triển theo cách mà các cây trồng xen sẽ phải chia sẻ tài nguyên tăng trưởng dưới mặt đất của chúng với cây trồng chính. Trong nghiên cứu của chúng tôi, dừa, thường xanh, ra hoa và tạo trái hàng tháng, và có lẽ sở hữu một bồn chứa chất dinh dưỡng cỡ lớn trên mặt đất (lá). Giống như dừa, nhục đậu khấu cũng thường xanh và ra hoa, kết trái hàng tháng, nhưng không phát triển mạnh như dừa. Đinh hương, là cây bán  xanh, ra hoa và kết trái theo mùa mỗi năm một lần. Một cách tương đối, kích thước của dừa lớn hơn cũng được thể hiện rõ từ tổng lượng N, P và K được hấp thụ trên các khoảng cách lớn hơn so với các cây trồng xen. Điều này gợi ý rõ ràng rằng khả năng hấp thụ chất dinh dưỡng và kích thước của bồn chứa chất dinh dưỡng trong lá có thể là lực lượng tiến hóa, dẫn đến sự phân tách thích hợp giữa các loài cây được nghiên cứu theo cách mà thực vật tầng dưới không chỉ chịu đựng được sự hiện diện của rễ chính mà còn phải cùng hỗ trợ, dù là một phần cho cây cao quá tầng van Noordwijk và cộng sự. (1996) cho rằng sự hấp thu nước và chất dinh dưỡng thường tỷ lệ thuận với nhu cầu trên mặt đất, tức là kích thước của lá và sức mạnh của chất dinh dưỡng nằm trên mặt đất (van Noordwijk et al. 1996). Wiersum (1982) suy đoán rằng hệ thống rễ nông nhưng rộng của dừa ở độ sâu phía trên của đất trong một rừng hỗn hợp có thể đã giúp nó khai thác các nguồn sinh trưởng dưới lòng đất ở mức độ lớn nhất.

Một mô hình tương tự về sự phân bố rễ mảnh của các loài được nghiên cứu trong cả hai mối liên hệ, và sự hấp thu N, P và K của dừa từ các hốc cây trồng xen của nó cho thấy rằng tính bổ sung trong vườn nhà không phải là đặc trưng cho từng loài. Quan sát thực địa cho thấy rằng ngoài đinh hương và nhục đậu khấu, một số cây khác như cây ăn quả, cây nông lâm kết hợp, v.v. cùng tồn tại với dừa và phát triển tốt trong vườn nhà (Pandey et al. 2007). Điều này càng chứng thực rằng sự tương tác bổ sung trong vườn nhà không phải là loài cụ thể. Các nghiên cứu liên quan đến tính đặc hiệu của loài trong các tương tác bổ sung trong vườn nhà còn thiếu. Tuy nhiên, Callaway & D’Antonio (1991), và Callaway (1992) đã phát hiện ra rằng khả năng sống sót của cây con Quercus agrifolia dưới một số loài cây bụi cao hơn nhiều so với những loài khác mặc dù điều này không xảy ra đối với các loài khác. Trong các hệ sinh thái khác nhau, sự phân bố và sự phong phú của nhiều loài đã được tìm thấy là đã thay đổi thuận lợi bởi sự hiện diện của những loài khác (Callaway 1997). Callaway (1998), Kellman & Kading (1992) phát hiện ra rằng những cây lớn hơn có nhiều khả năng được hưởng lợi từ các quần thể thuận lợi hơn những cây nhỏ hơn. Tuy nhiên, một số nghiên cứu khác lại báo cáo những kết quả ngược lại khi những cây non hoặc nhỏ hơn phụ thuộc vào sự hợp tác thuận lợi hơn những cây già hơn hoặc lớn hơn (Archer et al. 1988; Callaway & Davis 1993; Callaway et al. 1996).

Chúng tôi kết luận rằng cây dừa cản ánh sáng mặt trời và cung cấp một phần bóng râm cho các loại cây trồng xen ưa bóng râm của nó, tức là cây đinh hương và nhục đậu khấu trong quần thể dừa-nhục đậu khấu, tương ứng, trên mặt đất. Dưới mặt đất, cây dừa vươn rễ khá gần với thân cây trồng xen, nhưng cây trồng xen chỉ vươn rễ đến một khoảng cách nhất định trong bán kính tán của chúng. Do đó, cây trồng chính và cây trồng xen của nó tách biệt các hốc của chúng theo chiều ngang. Đinh hương và nhục đậu khấu khai thác chất dinh dưỡng từ các hốc riêng của chúng, trong khi dừa khai thác chất dinh dưỡng từ các hốc cây trồng xen của chúng ngoài hốc riêng của nó. Những quan sát này cho thấy sự xuất hiện của cơ chế thuận lợi bởi cây trồng chính đối với cây trồng xen của nó trên mặt đất, nhưng cơ chế khai thác dưới mặt đất. Hơn nữa, khả năng chịu đựng của các loại cây trồng xen (sự hiện diện của rễ của cây trồng chính trong các hốc trồng xen) làm cho các mối liên kết giữa dừa-đinh hương và dừa-nhục đậu khấu bổ sung cho nhau trong rừng trồng  trong vườn nhà.

Nguồn: krishi.icar.gov.in