Broadbalk là một thửa ruộng lúa mì ở trạm nghiên cứu Rothamsted, thị trấn Harpenden (Anh), nơi lúa mì mùa đông được gieo gần như liên tục mỗi năm kể từ mùa thu năm 1843 để so sánh các cách bón phân. Hơn 180 năm sau, đây vẫn là một trong những thí nghiệm nông nghiệp chạy lâu nhất thế giới. Giá trị của nó không nằm ở một phát hiện lớn, mà ở chỗ không ai bỏ cuộc giữa chừng: dữ liệu càng dài, càng trả lời được những câu hỏi mà người lập ra nó chưa hề nghĩ tới.
Ông chủ đất và người hoá học
John Bennet Lawes (1814–1900) thừa kế điền trang Rothamsted ở hạt Hertfordshire. Ông mê hoá học từ trẻ, tự làm thí nghiệm bón phân cho cây trong chậu, rồi năm 1842 được cấp bằng sáng chế cho cách sản xuất phân supe lân bằng cách xử lý đá phosphate với axit. Việc buôn bán phân bón làm ông giàu có.
Năm 1843, ông thuê nhà hoá học Joseph Henry Gilbert. Hai người làm việc cùng nhau gần sáu mươi năm. Họ chia các thửa ruộng ở Rothamsted thành nhiều dải, mỗi dải nhận một chế độ bón khác nhau, và gieo cùng một loại cây năm này qua năm khác. Broadbalk là thửa trồng lúa mì mùa đông, bắt đầu từ mùa thu năm 1843.
Thời đó, giới khoa học còn tranh cãi cây trồng lấy chất dinh dưỡng từ đâu. Nhà hoá học Đức Justus von Liebig nổi tiếng với thuyết khoáng chất, cho rằng cây chủ yếu cần khoáng từ đất và nitơ từ không khí là đủ. Kết quả ở Broadbalk sớm cho thấy lúa mì tăng năng suất rõ rệt khi được bón thêm đạm. Thửa ruộng góp phần đặt nền cho cách bón phân mà nông nghiệp thế giới dùng tới hôm nay.
Ruộng được chia thế nào
Broadbalk được chia thành những dải dài, mỗi dải giữ một chế độ bón gần như cố định suốt nhiều thập kỷ. Một vài dải tiêu biểu:
| Dải ruộng | Chế độ | Điều quan sát được |
|---|---|---|
| Không bón gì | Không phân bón từ năm 1843 | Năng suất thấp nhưng ổn định qua cả thế kỷ, thường được nhắc là quanh 1 tấn/ha |
| Phân chuồng | Bón phân chuồng đều đặn mỗi năm | Đất tích dần chất hữu cơ, năng suất cao và bền |
| Phân khoáng không đạm | Có lân, kali, magie nhưng không có nitơ | Năng suất gần với dải không bón: thiếu đạm là thiếu hẳn |
| Phân khoáng đủ | Đạm, lân, kali ở nhiều mức khác nhau | Năng suất tăng theo lượng đạm, tới một ngưỡng thì chững |
Qua các thời kỳ, người ta có điều chỉnh: đưa giống lúa mì thân thấp vào từ cuối thập niên 1960, dùng thuốc trừ nấm, thêm luân canh ở một số phần. Mỗi lần đổi đều được ghi chép cẩn thận, nên dữ liệu vẫn đọc được liền mạch. Đó là điểm khó nhất của một thí nghiệm dài: thế giới bên ngoài đổi, nhưng phải đổi theo cách không làm gãy chuỗi số liệu.
Góc ruộng bỏ hoang năm 1882
Năm 1882, một góc nhỏ của Broadbalk được rào lại và để mặc, không cày, không gieo, không thu hoạch. Người ta gọi nó là Broadbalk Wilderness, "góc hoang". Chỉ trong vài năm, lúa mì bị cỏ dại lấn hết. Rồi cây bụi mọc lên, và sau vài chục năm nơi đây đã thành một khoảnh rừng nhỏ với cây sồi và nhiều loài khác, đất dưới tán rừng tích thêm carbon theo năm tháng.
Góc hoang ấy trở thành một bài học về diễn thế sinh thái: đất nông nghiệp nếu để yên sẽ tự quay về rừng, chậm nhưng chắc. Ngày nay, khi người ta bàn chuyện "để đất tự phục hồi", góc rừng ở Rothamsted là một trong những bằng chứng dài hạn hiếm hoi đo được bằng số.
Kho mẫu: những câu hỏi mà người xưa không biết để hỏi
Lawes và Gilbert có một thói quen mà người đời sau biết ơn: họ cất lại mẫu đất và mẫu cây mỗi năm, trong lọ thuỷ tinh có ghi nhãn. Rothamsted ngày nay có một kho mẫu lưu trữ khổng lồ, kéo dài từ thế kỷ 19.
Những lọ mẫu ấy đã giúp trả lời các câu hỏi chưa ai nghĩ ra vào năm 1843:
- Ô nhiễm không khí: phân tích mẫu cũ cho thấy lượng lưu huỳnh trong cây tăng theo thời kỳ đốt than nhiều ở Anh rồi giảm khi không khí sạch hơn.
- Bệnh hại lúa mì: một nghiên cứu năm 2005 dùng ADN trong mẫu lưu trữ để theo dõi hai loại nấm gây bệnh trên lá lúa mì, và thấy loại nào chiếm ưu thế đổi theo mức ô nhiễm lưu huỳnh qua các thập kỷ.
- Chất phóng xạ và chất độc bền: đất lưu trữ ghi lại dấu vết bụi phóng xạ từ các vụ thử hạt nhân giữa thế kỷ 20, cũng như các chất ô nhiễm công nghiệp tích luỹ dần.
- Carbon trong đất: các dải bón phân chuồng cho thấy đất tích carbon chậm thế nào và tới khi nào thì chững lại, dữ liệu quý cho các bàn luận về khí hậu.
Không ai lên kế hoạch cho những phát hiện này. Chúng có được chỉ vì có người kiên trì cất lọ mẫu mỗi năm, kể cả những năm chẳng thấy lý do gì để cất.
Broadbalk và những "anh em" ở Rothamsted
Rothamsted có cả một nhóm thí nghiệm cổ điển. Ba thí nghiệm hay được nhắc nhất:
- Broadbalk (1843): lúa mì mùa đông, so sánh các chế độ bón.
- Hoosfield (1852): lúa mạch xuân trồng liên tục.
- Park Grass (1856): đồng cỏ cắt làm cỏ khô, nay là một trong những thí nghiệm sinh thái lâu nhất thế giới về đa dạng loài trên đồng cỏ: dải nào bón nhiều đạm thì ít loài cây hơn hẳn.
Năm 1889, Lawes lập quỹ Lawes Agricultural Trust để các thí nghiệm sống tiếp sau khi ông mất. Đó là quyết định quan trọng ngang với việc gieo hạt đầu tiên: một thí nghiệm muốn sống lâu hơn người lập ra thì phải có một tổ chức đứng sau, không thể chỉ dựa vào nhiệt tình của một người.
Góc nhìn hôm nay: ghi chép đều quan trọng hơn ghi chép hay
Broadbalk dạy một bài học áp dụng được ngoài nông nghiệp: dữ liệu nhỏ, ghi đều đặn, sau đủ lâu sẽ thành tài sản. Mỗi năm ở Broadbalk là một năm bình thường. Chính sự tích luỹ của những năm bình thường mới tạo ra giá trị.
- Với vườn nhà: ghi ngày gieo, ngày ra hoa, ngày thu hoạch của cây ăn quả trong một cuốn sổ. Năm năm sau bạn sẽ thấy quy luật mà không sách nào viết riêng cho mảnh vườn của bạn.
- Với sức khoẻ: ghi cân nặng, giờ ngủ một tuần một lần thay vì mỗi ngày. Nhìn theo năm thì xu hướng mới hiện ra, nhìn theo ngày chỉ thấy dao động.
- Với gia đình: cất lại thứ gì đó mỗi năm, một tấm ảnh chụp cùng góc, một trang nhật ký. Con cháu sẽ hỏi những câu mà hôm nay bạn chưa nghĩ ra.
Rothamsted Research vẫn đang hoạt động ở Harpenden, cách London khoảng bốn mươi km về phía bắc. Trạm có trang thông tin về các thí nghiệm dài hạn và mở dữ liệu cho người nghiên cứu. Ai quan tâm nông nghiệp có thể tìm đọc tài liệu giới thiệu "Rothamsted Long-term Experiments" do chính trạm biên soạn.
Câu hỏi thường gặp
Thí nghiệm Broadbalk là gì?
Broadbalk là thửa ruộng lúa mì mùa đông ở Rothamsted, Harpenden (Anh), được gieo gần như liên tục từ năm 1843 với nhiều chế độ bón phân khác nhau. Đây là một trong những thí nghiệm nông nghiệp chạy lâu nhất thế giới.
Ai lập ra thí nghiệm Broadbalk?
John Bennet Lawes, chủ điền trang Rothamsted, cùng nhà hoá học Joseph Henry Gilbert. Năm 1889, Lawes lập quỹ Lawes Agricultural Trust để các thí nghiệm tiếp tục sau khi ông mất.
Thửa không bón phân ở Broadbalk cho năng suất bao nhiêu?
Dải không bón phân từ năm 1843 vẫn cho lúa mì với năng suất thấp nhưng khá ổn định, thường được nhắc là quanh 1 tấn mỗi hécta. Con số dao động theo năm và giống, nên chỉ nên hiểu là mức tham khảo.
Broadbalk Wilderness là gì?
Đó là một góc của thửa Broadbalk được rào lại và bỏ mặc từ năm 1882. Không ai cày cấy, góc ruộng dần thành cỏ dại, cây bụi rồi thành rừng nhỏ, trở thành bằng chứng dài hạn về việc đất tự phục hồi.
Vì sao thí nghiệm dài hạn như Broadbalk có giá trị?
Vì dữ liệu kéo dài hàng trăm năm trả lời được những câu hỏi mà người lập ra không thể biết trước, như tác động của ô nhiễm không khí, bụi phóng xạ hay sự tích luỹ carbon trong đất. Kho mẫu lưu trữ từ thế kỷ 19 đã được dùng cho nhiều nghiên cứu như vậy.
