Chu trình trao đổi vật chất trong các HSTNN cũng tuân theo định luật bảo toàn vật chất giống như các hệ sinh thái khác. Tuy nhiên, HSTNN có những đặc trưng riêng mà nổi bật nhất là dòng vật chất không khép kín. Chu trình sinh địa hoá có dòng vật chất di chuyển từ cây trồng sang vật nuôi và tương tác qua lại với động thực vật hoang dại. Một phần vật chất tạo ra trong quá trình trao đổi vật chất, đó là năng suất, được chuyển đến các hệ sinh thái khác.
Hình 1-10. Chu trình dinh dưỡng trong HSTNN (Nguồn: Tivy, 1987)
Bảng 1-3. Lượng chất dinh dưỡng do cây trồng hút từ đất
(Basilevic, Rodin 1969; đào Thế Tuấn 1984)
Cây trồng
|
Năng suất
Kinh tế (t/ha)
|
Hệ số
|
Lượng chất dinh dưỡng hút (kg/ha)
|
kinh tế
|
N
|
P
|
K
|
Ca
|
Mg
|
S
|
Si
|
Lúa IR8
Lúa Peta
Lúa mì
Ngô
Lúa miến
Mía
đậu tương
Lạc
Bông
Khoai tây
Khoai lang
Sắn
Chuối
Dừa
Cọ dầu
Cao su
Rừng ôn đới
Rừng nhiệt đới
|
8,7
6,1
5,4
5,0
4,5
10,0
2,0
3,0
4,2
40
27
40
45
1,3
2,5
1,1
17
21,5
|
0,49
0,33
0,45
0,30
0,50
-
0,34
0,57
0,41
0,71
-
-
-
-
-
-
-
-
|
164
143
208
269
90
201
138
145
196
178
115
253
75
62
162
85
96
130
|
50
34
27
49
22
38
16
10
21
35
20
27
22
17
30
12
7
8
|
309
308
150
223
93
284
67
45
181
337
195
247
224
56
217
38
58
68
|
27
30
- 23
-
-
- 30
-
52
- 30
-
-
- 22
76
168
|
351
32
24
50
22
50
13
27
-
23
11
17
-
-
-
18
14
24
|
58
17
20
30
19
43
12
9
-
27
-
-
-
-
-
-
37
-
|
87
10
17
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
|
Ngoài ra, xem xét chu trình của từng nguyên tố riêng rẽ trong HSTNN cũng có những đặc điểm riêng. Ví dụ, cây trồng khác với cây hoang dại là hút nhiều kali từ đất hơn canxi và sự hút lân cao hơn ở các hệ sinh thái tự nhiên (Duvignaund, 1980).
So sánh lượng chất dinh dưỡng do 1 ha cây trồng hấp thụ lớn hơn nhiều so với các hệ sinh thái tự nhiên có năng suất cao. Ở cây lâu năm, lượng đạm hút ít hơn ở rừng, nhưng lượng lân và kali cao hơn nhiều.
Ở các hệ sinh thái tự nhiên, chất dinh dưỡng trong năng suất hàng năm chủ yếu do việc sử dụng lại lượng cành lá rụng xuống đất. Ở các HSTNN, một số lượng lớn các chất dinh dưỡng được bổ sung thêm dưới dạng phân bón.
Một số phương pháp tiếp cận hệ thống trong nghiên cứu hệ thống môi trường trong nông nghiệp