Máy móc nông nghiệp: Những con khủng long của thời đại mới

Chúng ta biết khủng long đã tuyệt chủng trên Trái Đất sau một vụ tai nạn với thiên thạch xảy ra vào khoảng 60 triệu năm trước. Kể từ đó, mặt đất đã được trả lại sự yên bình khi những sinh vật trên cạn tiến hóa để trở nên nhỏ hơn và dễ thích nghi hơn với một môi trường biến động.

Loài động vật trên cạn lớn nhất hiện nay là voi Châu Phi cũng mới chỉ nặng 8 tấn. Nó nhỏ chỉ bằng một phần tám so với sauropods, loài khủng long ăn chay khổng lồ được giới thiệu trong bộ phim Công viên kỷ Jura.

Nhưng khác với khung cảnh yên bình trong phim, những con sauropods ngoài đời thực được cho là đã giày xéo mặt đất ở bất kể nơi nào mà chúng đi qua.

Với trọng lượng lên tới 60 tấn, khủng long sauropods có thể lèn chặt tầng đất mặt đến nỗi cỏ và thảm thực vật ở đó cũng không thể đâm rễ và phát triển được. Sự biến mất của các loài khủng long khổng lồ - vô hình trung - lại là may mắn cho đất và các loài thực vật, kể cả động vật sống trong đất như giun.

Nhưng các nhà khoa học cảnh báo những bước chân "khủng long" bây giờ đang quay trở lại trong một hình hài mới. Chúng là bánh xe của những cỗ máy nông nghiệp.

Trong vòng nửa thế kỷ trở lại đây, máy móc nông nghiệp của con người ngày càng được chế tạo với kích thước lớn hơn và trở nên nặng hơn.

So với năm 1960, một chiếc máy kéo bây giờ đã có kích thước lớn gấp 10 lần và nặng ngang một con voi Châu Phi. Cỗ máy nông nghiệp lớn nhất hành tinh, mẫu gặt đập liên hợp Holmer T4-40 bây giờ đã nặng tới 62 tấn. Nghĩa là trọng lượng của nó ngang với những con khủng long sauropods lớn nhất từng đi bộ trên mặt đất.

Khi những con thú cơ học này len lỏi khắp các cánh đồng, sức nặng của chúng có thể từ từ nghiền nát tầng đất mặt, đè nén các lớp đất bên dưới và cản trở sự phát triển của rễ cây. Các nhà khoa học cảnh báo trong một nghiên cứu mới, rằng các tác động như vậy có thể làm giảm năng suất thu hoạch trên 20% diện tích đất nông nghiệp toàn cầu trong những thập kỷ tới.

"Máy móc nông nghiệp hạng nặng là thứ mà chúng ta không thể xem nhẹ", Rattan Lal, một nhà khoa học về đất tại Đại học Bang Ohio, Columbus, cho biết. "Chúng thực sự có thể gây ra những thiệt hại cho nền nông nghiệp toàn cầu".

Những con khủng long của thời đại mới

Sự gia tăng kích thước của máy móc nông nghiệp là một hệ quả tất yếu của quá trình phát triển dân số. Khi thế giới ngày một đông hơn, chúng ta cần mở rộng quy mô sản xuất nông nghiệp để gia tăng sản lượng thực phẩm.

Các kỹ sư đã tính toán kỹ kích thước cần có của các cỗ máy nông nghiệp để chúng có thể hoạt động với hiệu suất cao nhất trên những cánh đồng ngày một lớn. Mục tiêu là canh tác và thu hoạch nhanh hơn, nhiều hơn, tiết kiệm hơn. Nhưng liệu nó có bền vững hơn?

Câu hỏi đó được đặt ra bởi hai nhà khoa học Thomas Keller đến từ Đại học Khoa học Nông nghiệp Thụy Điển và Dani Or tại Viện Nghiên cứu Sa mạc, Đại học Nevada, Hoa Kỳ.

Để tìm hiểu xem các phương tiện nông nghiệp đã tiến hóa như thế nào và sự thay đổi của chúng ảnh hưởng ra sao tới chất lượng đất trồng trọt, họ đã truy cập vào kho dữ liệu của ngành cơ giới chế tạo máy từ năm 1958 tới nay. Sau đó, Keller và Dani Or đã lập ra một mô hình lực tác động xuống các tầng đất, gây ra bởi lốp xe của các phương tiện nông nghiệp ấy.

Bộ đôi nhà khoa học nhận thấy một mối quan hệ tỷ lệ thuận giữa kích thước dấu chân (diện tích tiếp xúc) của những cỗ máy nông nghiệp ngày nay, và chúng có vẻ tương đương với những con khủng long thời tiền sử:

Lấy ví dụ, khi bạn so sánh một chiếc máy kéo lớn nhất vào thập niên 1980, chúng chỉ chạy với động cơ 75 mã lực và nặng 2,8 tấn. Đến năm 2013, mã lực của một chiếc máy kéo như vậy đã được nâng lên gấp đôi, 130 mã lực và trọng lượng của nó cũng lên tới 6 tấn.

Sự gia tăng thậm chí còn khủng khiếp hơn ở các loại máy nông nghiệp khác. Chẳng hạn như một chiếc máy thu hoạch củ cải đường Herriau 6 hàng vào năm 1980 chỉ nặng 12 tấn. Bây giờ, trọng tải của nó đã tăng gấp 5 lần thành 62 tấn với mẫu Holmer T4-40.

Những cỗ máy thu hoạch củ cải đường luôn nằm trong top 5 những cỗ máy nông nghiệp khủng nhất hành tinh. Nhưng phía dưới chúng trên bảng xếp hạng vẫn còn nhiều "quái thú" khác.

Một máy phun thuốc tự hành ba trục của hãng Dammann bây giờ cũng năng 23 tấn. Trong khi thùng của những cỗ máy tương tự bên hãng Richard Western hoặc Hawe nặng 39 tấn.

Máy gặt đập liên hoàn vào năm 1980 nặng nhất cũng chỉ tới 12,9 tấn, với tỷ trọng 2,7 tấn trên mỗi mét chiều rộng thanh cắt. Đến nay, cùng với tỷ trọng đó, một chiếc Lexion 780 đã nặng tới 32,6 tấn.

Điều gì sẽ xảy ra khi những cỗ máy này đi trên mặt đất?

Keller và Dani Or cho biết đối với canh tác cơ giới, các cỗ máy nông nghiệp khổng lồ ngày nay sẽ tạo ra một hiện tượng gọi là lu lèn. Đó là khi đất phải chịu những áp lực quá lớn khiến chúng bị nén chặt trong thời gian dài.

Điều này sẽ làm giảm độ tơi xốp của đất. Khi các khoảng trống nhỏ giữa các hạt đất bị thu hẹp dần, đất bị lu lèn sẽ ngăn cản nước và không khí tiếp cận sâu xuống dưới. Nó chặn đường lưu thông của chất dinh dưỡng đến rễ cây và thậm chí ngăn rễ cây phát triển.

Hoạt động lu lèn chắc chắn sẽ xảy ra ở lớp đất mặt phía trên, có độ nông dưới 50 cm. Nhưng ở nhiều trang trại, lớp đất mặt này sẽ được cày xới cứ sau mỗi mùa vụ để chuẩn bị cho vụ trồng trọt tiếp theo. Do đó, tác động từ máy cơ giới sẽ được xóa bỏ.

Vấn đề chính cần nghiên cứu lúc này là liệu điều gì đã xảy ra với tầng đất sâu hơn 50 cm, khi chúng cũng bị nén mỗi năm nhưng lưỡi cày lại không chạm tới. Hậu quả như đã nói, những thay đổi này có thể làm giảm năng suất cây trồng từ 10% đến 20%. Và điều đó có thể sẽ kéo dài qua hàng thập kỷ, để giun đất và các sinh vật khác có thể nới lỏng và làm tơi lớp đất sâu trở lại.

Điều đáng nói là những khu vực có đất xốp dễ bị ảnh hưởng nhất như xavan của Brazil và miền đông nam Australia lại chính những vựa bánh mì của thế giới. Keller và Dani Or cho biết hoạt động lu lèn của máy móc nông nghiệp có thể làm ảnh hưởng đến sản lượng lương thực toàn cầu trong những thập kỷ tới.

Nó dẫn chúng ta quay trở lại cái mà họ gọi là "nghịch lý của loài sauropod". Khi những con khủng long đi bộ trên mặt đất, chúng cũng truyền tải trọng qua từng bước chân và lu lèn các tầng đất bên dưới.

Hoạt động này có khả năng gây thiệt hại cho thảm thực vật ở nơi mà những con khủng long ăn cỏ này đi qua. Vậy khi chúng phá hủy hệ sinh thái đất, dẫn tới sự sụt giảm của thảm thực vật, những con khủng long ăn cỏ này đã ăn gì?

Keller và Dani Or dự đoán khủng long sauropod hẳn phải có chiến lược nào đó để giảm thiểu tác động từ bước chân nặng nề của chúng. Bộ đôi cho rằng những con khủng long này đã phải cẩn thận đi theo những đường mòn độc đạo, để giảm thiệt hại lên đất và nhường chỗ cho thực vật phát triển.

Hoặc chúng có thể đã lội nước dọc theo các bờ biển chứ không di chuyển nhiều trên cạn như chúng ta thấy trong bộ phim Công viên Kỷ Jura. Keller và Dani Or cho rằng máy móc nông nghiệp của con người bây giờ cũng cần học tập loài khủng long.

Vậy giải pháp là gì?

Thomas Way, một kỹ sư nông nghiệp của Bộ Nông nghiệp Hoa Kỳ, cho biết có nhiều cách để giảm thiểu độ nén của đất gây ra bởi phương tiện cơ giới nông nghiệp.

Một là không lái chúng trên ruộng khi ẩm ướt, điều kiện làm cho đất dễ bị tổn thương hơn. Ở các khu vực thường xuyên có độ ẩm cao như Châu Âu và Bắc Mỹ, các nông trại nên xem xét hạ tải phương tiện của họ, chuyển về sử dụng các loại máy nhỏ hơn.

Một giải pháp khác là thiết kế lại các cỗ máy để chúng có lốp lớn hơn, nhiều trục hơn hoặc chuyển sang sử dụng bánh xích. Về lý thuyết, khi một cỗ máy có nhiều trục hơn, diện tích tiếp xúc của nó gia tăng sẽ giúp giảm lực nén xuống đất.

Ngoài ra, các nông trại cũng có thể xây dựng các hệ thống canh tác và thu hoạch mà máy móc có thể chạy trên đường ray, thay vì trực tiếp dưới đồng ruộng.

Hoặc nếu không, Thomas Way đề xuất các hãng sản xuất nên trang bị GPS cho phương tiện của mình, để giúp người nông dân lái chúng theo đúng các tuyến đường giống nhau. Điều này sẽ làm giảm bớt tổng diện tích đất phải chịu áp lực.

Hiện đã có một số máy thu hoạch củ cải đường chạy theo hình thức này, ví dụ như mẫu Rexor 620 của hãng Grimme. Mặc dù vậy, hệ thống canh tác trên đường ray thường có giá khá cao, lên tới 40.000 Bảng Anh nên nhiều nông trại khó có thể tiếp cận.

Dẫu vậy, các nhà khoa học cho biết chúng ta vẫn phải tính toán để cân bằng các biến số ở đây, từ chi phí tài chính, trọng lượng của các cỗ máy nông nghiệp, sức chịu đựng của đất, v.v để hướng tới một nền nông nghiệp bền vững hơn.

Tổng hợp