Luận án tiến sĩ Tưới tiêu cho cây trồng: Nghiên cứu ảnh hưởng của tưới nông lộ phơi đến việc giảm mức tưới, giảm lượng nước tiêu cho lúa khu vực Hà Nam

1.3.1 1.3.2 1.4.1 1.4.2 1.4.3 MUC LUC MUC LUC CAC TU VIET TAT DANH MUC BANG BIEU DANH MUC HINH VE MO DAU Tinh cấp thiết của đề tài Mục tiêu của luận án Phương pháp nghiên cứu Phạm vi ngh

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

NGUYỄN XUÂN ĐÔNG

NGHIÊN CỨU ANH HUONG CUA TƯỚI NÔNG LO

PHƠI ĐẾN VIỆC GIẢM MỨC TƯỚI, GIẢM LƯỢNG

NƯỚC TIÊU CHO LÚA KHU VỰC HÀ NAM

CHUYEN NGANH: TƯỚI TIÊU CHO CAY TRONG

1.3.1 1.3.2

1.4.1

1.4.2 1.4.3

MUC LUC

MUC LUC

CAC TU VIET TAT

DANH MUC BANG BIEU DANH MUC HINH VE

MO DAU Tinh cấp thiết của đề tài

Mục tiêu của luận án Phương pháp nghiên cứu Phạm vi nghiên cứu

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Những đóng góp mới của luận án

Cấu trúc của luận án

TONG QUAN VE ANH HUONG CUA TƯỚI NÔNG

LO PHƠI DEN MUC TƯỚI, LƯỢNG NƯỚC TIEU

CHO LUA

Tong quan về tưới lúa trên thé giới và trong nước Tình hình sử dụng nước trên thế giới

Tình hình sử dụng nước ở Việt Nam

Tổng quan về chế độ nước mặt ruộng đến các quá trình

chính trong đất lúa Diễn biến động thái của thế Ôxy hóa-khử (Eh)

Ảnh hưởng của chế độ nước đến độ chua của đất (pH) Ảnh hưởng của chế độ nước đến các quá trình sinh hóa khác

Tổng quan về mối quan hệ giữa sự thiếu hụt nước đến sản

lượng lúa

Khái niệm cơ bản về hệ số sử dụng nước của lúa

Mô hình toán học của hệ số sử dụng nước - cây trồng

Tổng quan về tình hình nghiên cứu lượng mưa hiệu quả

Tổng quan về tình hình nghiên cứu lượng mưa hiệu quả

12 15

26

26 28 29

1.5.1 1.5.2

2.3.1 2.3.2

2.3.3 2.3.4 2.4

2.5

2.6

Chương III

G3) —

Tổng quan về tình hình nghiên cứu tưới tiết kiệm nước

cho lúa trên thé giới

Tổng quan về tình hình sản xuất lúa trên thế giới và châu Á

Tổng quan vẻ tình hình nghiên cứu tưới tiét kiệm nước

cho lúa trên thé giới

Tổng quan về tình hình nghiên cứu tưới tiết kiệm nước

cho lúa ở Việt Nam

Các kết luận của chương

NGHIÊN CỨU QUY LUẬT PHAN BO MƯA VÀ

ANH HUONG DEN LƯỢNG MƯA HIỆU QUA,

MUC TUOI VA LUONG NUOC TIEU

Cơ sở khoa học về mối quan hệ anh hưởng giữa lượng

mưa hiệu quả và lượng mưa thực tế

Nghiên cứu quy luật phân bố mưa trận theo thời gian của

vùng nghiên cứu

Vài nét về vùng nghiên cứu

Quy luật phân bố mưa của vùng nghiên cứu Ảnh hưởng của quy luật phân bố mưa đến lượng mưa hiệu

quả theo chế độ tưới hiện tại

Ảnh hưởng của quy luật phân bố mưa đến mức tưới theo

chế độ tưới hiện tại

Ảnh hưởng của lượng mưa thực tế đến lượng nước tiêu

Các kết luận của chương

NGHIÊN CUU ANH HUONG CUA TƯỚI NÔNG LO

PHƠI VA MUC TRU DEN MỨC TƯỚI VA LƯỢNG

NUOC TIEU CUA RUONG LUA

Ly thuyết về ảnh hưởng của tưới nông lộ phơi và mức trữ

đên mức tưới, lượng nước tiêu của ruộng lúa

29 29 30

39 42

44

46

46 46 50

50 52

63 66 66

69 71

72

Co sở lý luận về mối quan hệ ảnh hưởng giữa tưới nông lộ

phơi đến mức tưới và lượng nước tiêu của lúa

Cơ sở xác định mức tưới và lượng nước tiêu cho lúa khu

Các kết quả nghiên cứu và thảo luận Kết luận của chương

NGHIÊN CỨU XÂY DUNG PHAN MEM

TÍNH TOÁN CHẾ ĐỘ TƯỚI TIẾT KIỆM NƯỚC

TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHU LUC I: PHAN TÍCH ANOVA KET QUA ĐO

MUC TƯỚI PHU LUC II: PHAN TÍCH ANOVA KET QUÁ ĐO MUC TUOI

72

74 77

101 101

104

110

130

132 137 137

138

139 140 141 148 149

NTX Nong thường xuyên

NLLT Nông lộ liên tiếp

NLP Nônglôphơi

TN Thí nghiệm

tram Phủ Lý

Các tham số thống ké quan hệ Xtt và Xhq các thắng vụ

"Xuân hệ thống Nam Hà Nam

Các tham số thống ké quan hệ Xtt và Xhq các thang vụ

Mùa hệ thông Nam Hà Nam

Các tham số thống kế quan hệ Xtt và Xhq các vụ hệthống Nam Hà Nam

Các tham số thống kế quan hệ mưa thực tế Xt và lượng,

nước tiêu DR các vụ hệ thống Nam Hà Nam

Mức tưới lúa Xuân tương ứng với các công thức tưới

khác nhau và chế độ trữ nước mưa khác nhau vùng Hà

Nam

Mức tưới lúa Mùa tương ứng với các công thức tưới khác,

nhau và chế độ trữ made mưa khác nhau vùng Hà Nam

Bình quân mức tưới vụ Xuân tương ứng với các công

thức tưới và độ sâu trữ nước mưa khác nhau Bình quân mức tưới vụ Mùa tương ứng với các công thức tưới và độ sâu trữ nước mưa khác nhau

Trang

48 58 6t ot 70 79

84 86

87

Lượng nước tiêu vụ Mùa tương ứng với các công thức

tưới khác nhau và chế độ trữ nước mưa khác nhau vùng

Mức tưới tương ứng với 3 công thức tưới và 3 mức trừ khác nhau - vụ Xuân 2006

Mức tưới tương ứng với 3 công thức tưới và 3 mức trừ khác nhau - vụ Mùa 2006.

Mức tưới tương ứng với 3 công thức tưới và 3 mức trừ khác nhau - vụ Xuân 2007.

Thống kế Anova kiểm định sự khác biệt mức tưới thí

nghiệm giữa các công thức và mức trữ nước mưa

Thống kế lượng nude tiêu đo được theo các công thức

tưới và mức trữ khác nhau, vụ Mùa 2005

Thống kế lượng nude tiêu đo được theo các công thức,

tưới và mức trữ khác nhau, vụ Xuân 2006

Thống kế lượng nude tiêu đo được theo các công thức,

tưới và mức trữ khác nhau, vụ Mùa 2006

Thống kế lượng nude tiêu đo được theo các công thức

98

99 99 no Hà ne lu 18 nợ 120 1 123 124 125

Lượng nước tiêu các vụ theo lý thuyết và thực do theo các công thức tuới và mức trữ mde mưa khác nhau

Hệ số đất Ke tại khu thí nghiệm Liêm Tiết - Hà Nam

128 129 134

Tên hình Nội dụng Trang

Hình 1.1 Động thái Eh trong đất lúa tương ứng với các thời kỳ 7

ngập nước Hình 1.2 Động thai Eh theo Văn Huy Hải (1986) 8

Hình L3 Động thái pH của một số loại đất khi ngập nước theo F LL

ứng với nhóm mưa có Xư < 20 mm vụ Xuân của hệ

thong Nam Hà Nam

Hình 2-2b _ Đường quan hệ giữa mưa hiệu qua và mưa thực té tương — 55

ứng với nhóm mưa có Xư < 20 mm vụ Mùa của tram Nam Hà Nam.

Hình 2-3a _ Dường quan hệ giữa mưa hiệu quả và mưa thực té tương — 56

ứng với nhóm mưa 2 (20mm< Xtr < S0 mm) vụ Xuân của trạm Nam Hà Nam

Hình 2-36 _ Đường quan hệ giữa mưa hiệu quả và mưa thực té tương — 56

ứng với nhóm mưa 2 (20mm< Xtr < 50 mm) vụ Mùa của trạm Nam Hà Nam

Hình 2-4a Đường quan hệ giữa mưa hiệu quả và mưa thực té tương — 57

ứng với nhóm mưa 3 (Xtr > S0 mm) vụ Xuân của tram

Nam Hà Nam.

Hình 2-46 _ Dường quan hệ giữa mưa hiệu quả và mưa thực tế tương — 58

ứng với nhóm mua 3 (Xtr > 50 mm) vụ Mùa của tram

Nam Hà Nam.

Hình 2-5a _ Quan hệ Xu và Xha tháng I hệ thống Nam Hà Nam 59

Hình 2-Sb Quan hệ Xu và Xhq tháng II hệ thông Nam Hà Nam 59

Quan hệ Xtt và Xhq tháng VIII hệ thống Nam Hà Nam

Quan hệ X và Xhq thang IX hệ thông Nam Ha Nam

Quan hệ X và Xhq tháng X hệ thống Nam Hà Nam

Quan hệ Xtt và Xhq vụ Xuân hệ thống Nam Hà Nam

Quan hệ Xtt và Xhq vụ Mùa hệ thống Nam Hà Nam

Quan hệ giữa mite thực tế Xq và mức tưới M vụ Xuân hệ

thống Nam Hà Nam

Quan hệ giữa mức thực tế Xte và mức tưới M vụ Mùa hệ

thống Nam Hà Nam Quan hệ giữa mức thực tế Xt và lượng nước tiêu DR vụ

"Xuân hệ thông Nam Hà Nam.

Quan hệ giữa mức thực tế Xtt và lượng nước tiêu DR vụ Mùa hệ thông Nam Ha Nam

khác nhau (công thức tưới nông-lộ- phơi)

tưới vụ Xuân (heo các mức trữ nước mưa

biển mức tưới vụ Xuân theo các mức trừ nước mưa

Diễn biến mức tưới vụ Mùa theo các mức trữ nước mưa

khác nhau (công thức tưới nông thường xuyên,

3050mm).

Diễn biến mức tưới vụ Mùa theo các mức trữ nước mưa

khác nhau (công thức tưới nông-lô liên tiếp, 050mm)

mức tưới vụ Mùa theo các mức trữ nước mưa

khác nhau (công thức tưới nông-lô-phơi)

Ảnh hưởng của công thức tưới đến mức tưới vụ Xuân

lên mức tưới vụ Mita

Ảnh hưởng của công thức tuc

øI

@

@ 6 6 6 6 68 68 69 70 80

80 81 85

86

87

88 88

Diễn biển mức tưới vụ Xuân theo các mức trữ nước mưa.

khác nhau (công thức tưới nông lộ phơi)

Diễn biến mức tưới vụ Xuân theo các mức trừ nước mưa

khác nhau (công thức tưới nông thường xuyên,

30-50mm) Diễn biến mức tưới vụ Xuân theo các mức trữ nước mưa khác nhau (công thức tưới nông lô lign tiếp, 0-50mm)

Diễn biến mức tưới vụ Xuân theo các mức trữ nước mưa

khác nhau (công thúc tui nông lộ phơi) Ảnh hưởng của công thúc tưới và độ sâu lớp nước trữ

dn lượng nước tiêu vụ Xuân Ảnh hưởng của công thúc tưới và độ sâu lớp nước trữ

dn lượng nước tiêu vụ Mùa

Sơ đồ bỗ các 6 thí nghiệm tại xã Liêm Tuyết Lya khu thé nghiệm vụ mua 2006

‘Nang suất lúa vụ Xuân 2006 theo các công thức tưới - trữ khác nhau.

‘Nang suất lúa vụ Xuân 2007 theo các công thức tưới-rữ.

96 97 100 100

107 107 ut t2 3 3 H6

và mức trữ khác nhau - vụ Xudn 2007 Lượng nước tiêu đo được theo các công thúc tưới và mức trữ khác nhau, vụ Mùa 2005

Lượng nước tiêu đo được theo các cí mức trữ khác nhau, vụ Xuân 2006,

Sơ đồ diễn biến lớp nước mặt ruộng

Sơ đồ khối xác định mức tưới m,

us nọ 12 123 124 125 135 136

lên nay có khoảng 3.5 tỷ người lấy lúa gao lảm nguồn cung cắp

thể giới

năng lượng chỉnh (khoảng 35 đến 60% lượng ca lo tiêu thụ) cho nhu cẫu sống của

mình [48] Trong số 46, hơn 75% sản lượng lúa của thể giới được sản xuất từ châu

A Nguồn nước đổi đảo đã tạo môi trường thuận lợi cho sự phát triển của điện tíchlúa và trở thành cây lượng thực quan trong nhất của khu vực châu A

Tuy nhiên, nước đang ngây cảng bị suy giảm về lượng cũng như về chất trong

hau hết các vùng trên thé giới, trong đó có châu A, Theo đánh giá của một số tác.giả, tới năm 2025, lượng nước tinh theo đầu người của khu vực châu A sẽ giảm từ

15% đến 54% so với năm 1990, Dỗi với nước cho nông nghiệp, sự suy giảm về

lượng nước dành cho tưới cảng nhanh hơn do sự cạnh tranh khốc liệt của các ngành

kinh tế sử dụng nước khác như công nghiệp, cắp nước cho đô thị, nuôi trồng thay

sản vv vì những ngành này có mức độ ưu tiên cao hơn, do sự ein thiết hơn hay lợi

nhuận cao hơn.

ie thực tổ đó, việc tuổi tiết kiêm nước nhằm nâng cao chỉ số sản phẩm nông

nghiệp trên một đơn vi nước tưới đã trở nên vô cùng quan trọng cho sự phát triển của ngành nông nghiệp sử dung nuớc tưới Vì vậy, việc nghiên cứu ảnh hưởng của tưới nông lộ phơi dén việc giảm mức tưới, giảm lượng nước tiêu cho lúa khu vực

Hà Nami” là rit cấp bách hi nay,

2 MỤC TIÊU CUA LUẬN ÁN

Để tải thực hiện nhằm đạt được mục tiêu sau diy:

~ Nghiên cứu ảnh hưởng của việc tưới nông lộ phơi đến việc giảm mite tưới, giảm

lượng nước tiêu, xác lập cơ sở khoa học và thực tiễn rong xây dung quy trình tưới

tiết lêm nước cho lúa nhằm nâng cao hiệu quả sử dung nước tưới, nâng cao hi

hoạt động của các hệ thống tưới thuộc tỉnh Hà Nam.

3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CUU

Để tài nghiên cứu dựa trên các phương pháp nghiên cứu cơ bản sau đã

- Phương pháp phân tích căn nguyên: xác định mỗi quan hệ giữa tưới nông lộ

phoi và mức tưới, iêu nhằm xác định cơ sở khoa học của việc xây đựng quy tình

tới tiết kiệm nước cho lúa

~ Phương pháp thực nghiệm đồng ruộng: nhằm kiểm định kết quả nghiên cứu lý

thuyết

- Phương pháp thông kê: nhằm phân tích, đánh

4 PHAM VI NGHIÊN CỬU

ác kết quả thực nghiệm

Nghiên cứu được tiến hành trong phạm vi lý luận chung về mối quan hệ ảnh

hưởng của việc tưới nông lộ phơi đến mức tưới, lượng tiều cho lúa các vùng thuộc

tinh Hà N: mm Nehign cứu lý thuyết được tiến hành trên cơ sở di liệu của 24 nấm

(1985-2008), nghiên cứu thực nghiệm được tién hành trong 4 vụ lúa (2 vụ lúa mùa

và 2 vụ lúa chiêm) nhằm minh chứng cho các kết quả của nghiên cứu lý thuyế

5 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIEN CUA ĐÈ TÀI

nghĩa khoa học

- Bé tải xác lập co sở khoa học của mỗi quan hệ ảnh hưởng giữa mức tưới, lượng nude tiêu và công thức tưới, múc trữ Đây là cơ sở khoa học của việc xây

cđựng quy trinh tưới tiết kiêm nước cho lúa

= Để tài làm rõ cơ sở khoa học của mỗi quan hệ giữa lượng mưa hiệu quả và

lương mưa thục tế khu vực Hà Nam Giữa 2 đại lượng này không có trơng quan

chat Do vậy, không thé xây dựng quan hệ mưa hiệu quả-mưa thực té cho ving Hà Nam.

+ _Ý nghĩa thực tiến

~ Để tài đã chi ra tiém năng giảm mức tưới, lượng nước tiêu là rất lớn, nêu apdụng chế độ tưới nông-lô-phơi kết hợp trữ 100mm nước mưa

ết kiệm

- Đề ti cũng xây dụng thành công phần mềm tinh toán chế độ tuổi

nước cho lúa với 2 cải tién cơ bản: (1) lượng mưa hiệu quá được tính tực tiếp từ

mưa thục té và lớp nude mặt ruộng tại thời điểm có mưa, (2) khi phơi ruộng, ET,

chế độ tưới (nói chung) cho lúa.

6 NHỮNG DONG GÓP MỚI CUA ĐÈ TÀI

= Đề tải đã chỉ ra tiém năng giảm mức tưới, giảm lượng nước tiêu là rất lớn nếu

áp dụng chế độ tưới nông-lộ-phơi và trữ nước mưa tới 100mm ma không làm giảm

năng suất lúa

= ĐỀ tài đã chỉ ra không có tương quan chặt giữa mưa thực tẾ và mưa hiệu qua ở

vũng Hà Nam Do vay việc xác định lượng mưa hiệu quả trên cơ sở lượng mưa thực

tế như đã thục hiện hiện nay là không chính xác Đây là cơ sở khoa học giúp cho

công tác định hướng việc xác định lượng mưa hiệu quả của vùng Nam Hà Nam nói

riêng và các vùng khác nói chung,

7 CÂU TRÚC CUA LUẬN AN

Luận án được trình bảy trong các chương chính như sau:

Cương 1 Tổng quan về ảnh hưởng giữa tưới nông lộ phơi đến mức tưới, lượng nước tiêu cho lúa

Chương I Nghiên cứu quy luật phân bỗ mưa và ảnh hưởng đến mức tuổi và

lượng nước yêu cầu tiêu vùng Nam Hà Nam

Cheong IHI Nghiên cứu ảnh hưởng của tưới nông lộ phơi và mức trừ nước.

mưa đến mite tưới và lượng nước tiêu của ruộng lúa

Chương IV; Nghiên cứu xây dựng phần mềm tinh toán tưới tết kiệm nước

cho lúa

Kết luận va kiến nghĩ

DEN MỨC TƯỚI, LƯỢNG NƯỚC TIÊU CHO LUA

vA trong nước

1.1.1 Tinh hình sử dụng mước trên thé giới

Trên thể giới hiện nay có khoảng 3,5 ty người được cung cấp từ 35 đến 60%

lương calo hàng ngày từ nguồn lương thực chính là lúa gạo Về khả năng thích nghỉ,

lúa là cây lương thực có thể thích ứng rong về điều kiên thủy van, loại hình đất dai

và khí hậu Tuy thuộc va điều kiện thay văn, nguồn nude, sự cung cắp nước cho cây

lúa có thể chia làm hai loại: có tưới và phụ thuộc nước mưa Kết quả điều tra cho

thấy, hơn 70% sản lượng gạo xuất phát từ phần diện tích được tưới nước (chủ yêu

từ các nước châu A), Đây là khu vực có nguồn nước được coi là đỗi đảo nên nghề

trồng lúa rất phát tiến [48]

Tuy vậy, theo đánh giá của nhiều chuyên gia [35], nước đang ngày cing trở

nên khan hiểm Đến năm 2025, lượng nude cung cấp tính theo đầu người của khu

vue châu A dự đoán có thể bị giảm từ 15% đến 54% so với năm 1990 (Guerra,

1998) T

phát triển Liên hợp quốc (UNDP) [25], châu A là vùng bị thiểu nước năng nề dẫn

g kẽ của các chuyển gia thuộc tổ chúc Khi tượng thé giới và cơ quan

tới hạn hin hing nấm rất nghiêm trọng Trung Quốc là một trong những nước sẽ

thiểu nước trằm trọng Mặc dù áp dụng nhiều biện pháp tưới tiết kiệm nước nhưng,

vẫn bị thiểu nước cho nông nghiệp dẫn tới thiếu lương thục Hậu quá là hàng năm

phải nhập khẩu từ 170 đến 300 triệu tấn lương thực.

Từ năm 1988, riêng châu A đã khai thắc và sử dụng 1633,9 tỷ m3 nước,

chiếm ty lệ 12% so với lượng nước được sản sinh ra trên toàn lục địa hang năm Trong đó, ngành nông nghiệp có tưới sử dụng nguồn nước chiếm tới 85% tổng

lượng nước tiêu thụ Các ngành côn lại như công nghiệp chiếm 9% va sinh hoạt

chiếm 6% [26]

"Những nước có nên nông nghiệp, công nghiệp phát triển và din số đông lànhững nước sử ding nhiều nước nhất như Trung Quốc sử dụng 450 tỷ mỗinăm

thứ 6 trên thể giới [25]

Nguồn nước cung cắp cho nền nông nghiệp có tưới thậm chí còn bị cắt giảmnhiều hơn do phái cạnh tranh khốc liét với các ngành ding nước khác như cắp nước

sinh hoạt, cấp nước công nghiệp vv Bởi vì các ngành này có xu hướng được ưu tiên

hơn là cắp nước cho tưới Vi vậy, khi nguồn nước đến bị thi, việc cắt giảm ở khu

vực tưới sẽ là sự lựa chọn tước hết

Thực tế đỏ cho thấy để đảm bảo nhu cầu lương thực ngảy một tăng trong

điều kiện nguồn nước dùng cho tưới ngày một hạn chế (bi cắt giảm cho các mục

đích sử dung khác có mức độ ưu tiên cao hơn), việc tìm kiểm các giải pháp nhằm

hơn trên một đơn vị

tăng hiệu quả sử dang nước (sin xuất lượng lương thực nhỉề

nước tưới) là sự sông còn của ngành nông nghiệp có tưới trên thé giới

1.1.2 Tình hình sử dụng nước ở Việt Nam

"Nước ta thuộc vùng nhiệt đới gió mùa Bao lụt, han úng thường xuyên xây

ra, đe doa sản xu và đời sống nhân dân Kế thửa truyền thống ông cha, trong gần

50 năm qua, Bang, Nhà nước và nhân dân ta đã đầu tư nhiễu tién của, công sức để

xây dựng, quản lý, khai thác các công trình thủy nông phục vụ và bảo vệ sản xuất,

phát tri đồi sống vật chất v tỉnh thin của nhân dân

V8 tưới, đến nay đã có 104.548 công trình thủy nông lớn, vừa và nhỏ phục

vụ tưới cho tổng điện tích 2.065.062 ha canh tác (heo thiết kế) [1] Trong đó hồ

chứa vừa và lớn cỏ 743 hd, tram bơm diện có 1796 tram bơm, đập ding có 1.017

cái, cổng lấy nước có 4716 cái [8]

Xết về tý lẽ điện tích canh tác được tới, Việt Nam cổ t lệ điện tích canh tác

được tới là 52% [8], cao hơn nhiều so với các nước trên th giới và khu vực, Đạtđược kết quả tên là do có đường lỗi ding din của Đảng sự đầu tr lớn của Nhànước và sự đóng góp to lớn của nhân dân liên tục trong nhiễu thập kỷ qua

Về tỷ lệ các hộ sử dung nước, Việt Nam có tỷ lê nước dùng cho tưới thuộc

vào loại cao nhất trên thể giới, chiếm tới 95% tổng lượng nước dùng của cả nước.

Theo dự đoán của các chuyên gia [8], đến năm 2025, nhu cầu dùng nước cho các

ngành kinh tỄ của Việt Nam vào khoảng 90 tỷ m3, chiếm 10,8% lượng nước chảy

vào lãnh thổ Việt Nam và chiếm 27% lượng nước sản sinh ra trên lãnh thổ, đây là tỷ1g quá cao so với khuyén cáo của các nhà khoa học trên thé giới

Trong thời gian qua mặc đủ được sự quan tâm đầu tư to lớn trong lĩnh vực thủy loi, nhưng hạn han xây ra ngày một nghiêm trong Thống kê trong 20 năm gắn

đây, đã có hơn 30 vụ hạn hán nghiêm trong xảy ra trên tắt cả các vùng, miễn làm

thiệt hai hàng chục ngàn ha các loại cây lương thực, cây công nghiệp wv Theo kết

‘qua cân bằng nước, nếu được đầu tư với tốc độ như hiện nay, đến năm 2025 trênphạm ví toàn quốc sẽ thiếu khoảng 10 tỷ mã nước cho các ngành dùng nước, Xu thé

vé nhu cầu nước của các ngành khác như công nghiệp, dân sinh ngây cảng tăng cao,

Do vậy xu thé cắt giảm nguồn nước phục vụ cho trới chắc chắn xây ra làm cho cán săn cân bing nước khu vực nông nghiệp sẽ bị mắt cân đối nghiêm trong, Việc tim

kiểm các giải pháp nhằm tăng hiệu quả sư dung nước (sản xuất lượng lương thưc

nhiều hơn tra một đơn vi nước tưới) là cứu cánh của ngành nông nghiệp Việt Nam.

trong giai đoạn tới

1.2 Tổng quan về mối quan hệ giữa chế độ nước mặt ruộng đến các quá trìnhchính trong đất lúa

“Trong đắt lúa, đưới ảnh hưởng của chế 46 nước mặt ruông các quá trình xây

ra tất đa dang, Trong nghiên cứu nay chi xem xét các quá trình xây ra trong dat lúa

(đưới ánh hưởng của chế độ nước) ảnh hưởng đến sự sinh trưởng và phát triển của

lúa, và ảnh hưởng đến môi trường xung quanh Các quá trình nay bao gồm:

+ Diễn biến động thái của thể Oxy hóa -khứ (Eh);

+ Diễn biến độ chua của đất (pH);

+ Sự thay đổi các tính chất cơ, lý của dit;

+ Trạng thái tổn tại các chất dịnh dưỡng trong đất,

+ Mỗi quan hệ giữa độ giảm năng suất va ch độ tưới

‘Oxy hóa và chất khử có ở trong đất tại thời điểm nghiên cứu Đây là hệ số có ýnghĩa rit quan trọng trong đất trồng nói chung và đất lúa nói riêng Do sự chỉ phối

của nó đến sự hòa tan, chuyên hóa các nguyên tổ hóa học, các chất trong môi trường,

đất và nước Do vậy chỉ phối các trạng thái tồn tại, hình thành và tích lũy các chấtdinh đưỡng cũng như cúc chit độc hai khác Các yến tổ này hoặc truc tiếp hay gián

tiếp ảnh hướng đến quá trình sinh trưởng và phát triển của lúa

“Thời gian ngập nước (ngày)

Hình 1.1 Động thái Eh trong đất lúa tương ứng với các thời kỳ ngập nước (hình a) ở đất làm khô và đất làm ngập nước; hình b) ở đất có các đặc tính khác

nhau) (Ngudn FN Ponnamperuma [S1j)

Số ngày sau khi ngập nước.

Hình 1.2 Động thái Eh theo Van Huy Hải (1986) [ 61]

Để biễu diễn thé Oxy hỏa-khử, người ta sử dung Eh (thé oxy hỏa-khử, do

bằng mv) hay pE (logarit thập nhân của E) Ở diều kiện tiêu chuẩn (25°C, m a=lmoll), mỗi quan hệ giữa Eh và pE có dang:

pE = Eh/0,059 Theo Ponnamperuma F N.(1985) [SI], trong dat, thé oxy hóa khử Eh phụ

thuộc vào thời gian ngập nước và tỉnh chất của đất Hình 1.1 cho thấy, đất giàu chấthữu cơ có tốc độ giảm Eh cảng mạnh Kết quả này cũng trùng hợp với kết quả

nghiên cứu của Văn Huy Hai (1986) [61] tình L2).

Theo Văn Huy Hai (1986) [ 61], ngoài sự phụ thuộc thời gian ngập nước,

động thái của Eh còn phụ (huộc vào chế độ bón phân Ở phương án bón phân

chuồng và bón rơm, Eh giảm mạnh nhất Quá trình này được giải thích theo cơ chế

phản ứng sau:

(CH:O + x0; ++ xCO; +xH,0

2H;O 0; + 4H + 4e

Kết qua của sự xuất hiện electron làm tăng quá trình khử Do vậy khi bón

rơm và các chất hữu cơ sẽ làm cho Eh giảm mạnh.

Ngược lại khi bón các loại phân vô cơ (như dam ure chẳng hạn) Dù nguồn

sốc chúng ở dang nao sau khi bón sẽ phân hóa thành NO; , chất nảy mang tính oxy

hóa nên làm hạn chế sự giảm của Eh, Có thé giải thích quá trình này như sau: về

ban chất NO; là chất oxy hóa, chúng nhận electron dé khử thảnh NO; là chất khử Tuy nhiên quả tinh này chi tổn tại trong giai đoạn ngắn, sau đó chấtnày lại bị khử

tiếp ta thành Ns theo phản ứng

NÓ; + 6H’ + Se ++ LÊN; + 3H;O ay

Quá trình trên cho thấy, đổi với đắt trồng lúa ngập nước, ngoài sự phụ thuộc

vào thời gian ngập nước, chế độ phân bón (loại phân bón) cũng ảnh hưởng rat lớn

đến động thai Eh trong đất lúa

Ngôi

bản thân cây lúa Theo Tanaka A & Tandano T (1972) [60], khi dit trồng lúa, đặc

sự phụ thuộc vào các yếu tổ trên, động thai của Eh còn phụ thuộc vào

biệt là ở giai đoạn lúa phát triển mạnh, Eh tăng hon so với đất không trồng lúa Hiệntượng này được tác giả giải thích nguyên nhân là do O; khuyếch tan qua lá, thânxuống bộ rễ và vào đất đã làm tăng chất Oxy hóa của đắt, giảm chất khử Két quả là

Eh tăng khi lúa ở giai đoạn phát trién mạnh Kết quả nay cũng tring hợp với các

nghiên cứu của các tác giả khác (Văn Huy Hải) (1986) [61]

Sự thay đôi Eh theo thời gian ngập nước cũng đã được Nguyễn Việt Anh (2009) [3] thí nghiệm, đo đạc và cho kết quả tương tự Trong 8 ngày đầu sau khi

ngập nuớc, giá trị Eh giảm nhanh chồng (tir 129 mv đến 168 my giảm xuống chỉ

còn -84 my đến -185my), Sau 8 ngày, giá tri Eh có xu hướng không giảm theo thời

gian ngập nước mà có xu hương không thay đổi.

Ở quá trình rit nước phơi muông, sự tăng Eh phụ thuộc vào trang thái bê mat

đất sau khi rút nước, Nếu bể mặt đất se mat (không có vết mi), giá trị Eh dao động

từ 90 đến 100 my Nếu bể mặt đất có vét nứt chân chim, giá tri Eh đạt khoảng 150

đến 200mv

"Như vậy trong đất lúa ngập nước, động thái của Eh phụ thuộc vào 3 yếu tổ là

thời gian ngập nước, chế độ bón pha và sự sinh trưởng của cây lúa Trong các loại

hình trên, chế độ nước có ý nghĩa hết sức quan trong đổi với động thái Eh Thời

gian ngập nude càng dài, Eh càng giảm và ngược lại Trong quá trình thay đổi Eh,

cỏ thời điểm tốc độ giảm cỏ sự đột biển gọi là điểm rơi Eh,

[hur vậy qua sư ảnh hưởng của chế độ móc dn động thái Eh, chế độ nức

đã gián tiếp ảnh hưởng đến trạng thai tồn tại các chất trong đất lúa Do vậy anhhưởng đến khả năng hip thu các chất dinh dưỡng đồng thời sư ích lấy các độc tổ

cũng lim ảnh hưởng đến sự sinh trưởng và phát triển của lúa Qua đó ảnh hưởng

“đến năng suất của chúng.

1.2.2 Ảnh hưởng của chế độ mrúc đến độ chua của đắt (pH)

Anh hưởng của chế độ nước mặt ruộng đến pH đã được nhiều tác giả nghiên.cứu như Pagel H (1981){49]: Ponaperama, F N (1978) [50] vv Theo Pagel, khi đắt

số giá tr pH > 7, trong quá trình ngập nước pH giảm dần và tim cân với giá tr 7 Nguyên nhân là do CO; hòa tan trong nước tạo thành HCO; làm cho pH giảm Quá

trình trùng hòa và pha loãng xảy ra lâm cho pH của đắt giảm va tiệm cận vớ gi tr 7

Hình 1.3 cho thấy kết quả nghỉ n cứu của F N Ponnamperuma (1985) [S1] Khi ngập nước các loại đất có xu hướng tăng (hay giảm) độ pH và tiệm cận về vị

7 Đối với các loại đắt có pH < 7, do quá trình pha loãng nên độ pH tăng dẫn và có

xu hướng tiệm cận với giả tri 7 Thời gian ngập cảng dai, giá trị pH cảng tăng New

proton (11) Do vậy nồng độ H’ trong đất giảm, pH tăng,

ên nhân là do khi ngập nước, quá trinh khử xây ra Đây là qua tình sử dụng

© 99 sétpha T7 48 155 008

bẻ L L L L L L Ls

02 + 6 Ey 10 12 1 16

“Thời gian ngập nước

Hình 1.3 Đông thái pH của một số loại đất khi ngập nước theo FN

Nthiên cứu của Van Huy Hải cũng cho thấy, ngoài sự phụ thuộc vio tồi

gian ngập, sư thay đổi của gia ti pH còn phụ thuộc vào chế đô phân bón Khi bón

đặc biệt là những ngày đầu ngập nước phân vô cơ đơn thuần làm giảm độ pH rõ

Khi bón phân vô co kết hợp phân chuồng, giá tị pH it thay đổi và dao động xung

quanh giá tị pH của khu đất không bón phân

chứng Nguyên nhân được tác giả giải thích la do các gốc axit (như SO) từ trong

phúc hệ keo bị diy vào dung dich đất làm cho pH giảm

'Như vay, so với Eh, giá ti pH thay đổi theo xu hướng có lợi cho cây trồng

(dao động xung quanh trị số 7) khi thời gian ngập nước tăng lên Các biện pháp bón

phân (đặc biệt là phân khoáng có chứa gốc axi về lâu dài sẽ làm giảm pH Dat to

nên chua hơn.

1 Anh hưởng cia chế d nước đến các quá tình sinh hỏa khác

Liên quan đến sự sinh trường và phát tri của lúa, ngoài các yếu tổ như độ

én hóa các chất định dudng

trong đất đóng vai trò rất quan trong đối với cây Nhiều kết quả nghiên cửu cho

thé Oxy hóa-khử (Eh) và độ chua của đắt pH) sự chu;

thấy, khi đất chuyển trang thái từ ky khí sang háo khí, các phan ứng hóa học trong,

đất xây ra theo hướng oxy hóa

1.3 Tổng quan về mối quan hệ giữa sự thiếu hụt nước đến sản lượng lúa

Sự thiếu nước ảnh hưởng đến tinh trang sinh thái, hoạt động sinh lý của lúa

và cub cùng ảnh hưởng đến sản lượng Theo quan điểm kính học, lượng nướctưới là lượng đầu vào của tư liệu sản xuất trong tư liệu sản xuất nông nghiệp Do đó,

quan hệ toàn học giữa năng suất lúa và lượng nước tưới được gọi là hệ s sử cưng

1.3.1 Khái niệm cơ bản về hệ số sử dụng nước của la

Theo quan diém dẫu vio và dẫu ra, quan hệ toán học giữa năng suất lúa

(trọng lượng hat) và các nhân tổ anh hướng chủ yếu (hay nguồn đầu vào) thể hiện

bảng quan hệ nào dé là đường đặc trmg năng suất cây ting, Tuy các nhân tổ chủ

yếu (Xi) ảnh hưởng đến năng suất cây trồng (Y) là tương đối nhiều như khí hậu,

nước, chất dịnh dưỡng, muỗi (nồng độ chất hoa tan) đc tỉnh di truyền của giống và

trình độ quan lý,v tạo thành quan hệ hàm số phúc tạp Công thức tổng quát trên

đây có thể được mô hình hóa dưới dạng:

Y=T@i) (1-2)

X= Các nhân tổ ảnh hưởng đến năng suắt hoặc lượng dẫu tr

đầu vào

3 n là sổ thứ tư các yéu tổ đầu vo

Quan hệ toán học giữa năng suất cây trồng và nước được gọi là hàm sản xuất

“ước (Water production fanetion), Nước với vai trò là biển số độc lập của hàm sản

xuất, thường được biểu thị bằng 3 loại chỉ ti Luong nước tưới (W); Luong bée

thoát hơi thực tế (ETa); Độ âm thực tai trong đất (a) Chỉ tiêu biểu thị năng suấtcây trồng cũng có 3 loại: Năng suất trên đơn vị diện tích (Y); Năng suất trung bình

(K— YW); Nang suất tối hạn (y = dV/4W).

Các nhân tổ tác động (X)

Hinh L4 Đường đặc trưng năng suất inh L5 Bagiai đoạn củahệ số sử

Victor V.at al [53] Năng suất tới han là suất biển đổi năng suất do biển đồi lượng nước gây nên,

lọc gọi là gia lượng Tủ định nghia toán học có thể thấy, năng suất tới bạn là độ đốc tại một điểm

Nguồn Vietor V ava [53] dung nước Ne

bằng dao him bậc nhất của him số sản xuất nước, trong kính

bat hy tr đường đặc trưng năng suất.

Đường đặc trung của hệ số sử dụng nước nói chung bao gồm phản tăng dẫn

và phin giảm dẫn Khi nước là nhân tổ không hạn chế của Y thì hàm số tăng dẫn

Nang suất ở điễm C dại biểu cho năng suất cao nhất (Ymax) của cây trồng

khi tưới đủ nước Đường đặc trumg sản lượng cây trồng có thể chia thành 2 vùng:

'Vũng 1 (bên tri điểm C) la ving tưới không đủ; Vùng 2 (bên phải điểm C) là vùng tưới qua lượng Dạng đường cong ở vùng 1 chủ yếu chịu ảnh hưởng của loại cây

"rồng và chất lượng giống cây, loại đất, kỹ thuật tưới,

Dang đường cong vùng 2 chịu sự không chế của các nhân tổ khác chủ yếu:

ting nước, mức độ giảm độ thông khi trong ting hoạt động của hệ rễ, sự rửa trôi chất

dinh đưỡng, các bệnh hại cây Sử dung quan hệ Y, K, y~W, đặc tính của ham số

sản xuất nước có thể chia thành 3 giai đoạn để phân tích hi suất lợi dụng tài

nguyên nước và phạm vi sin xuất thích hợp trong điều kiện nước hạn chế.

Trong hình 1.5, Ep là sự tăng giảm sản xuất nude phân ánh mức độ nhạy cảm

của sự tăng trưởng năng suất đối với lượng đầu tr nước, thường biểu thị bằng phn

trăm biển đổi của hai dai lượng Nếu ding AY/Y để biểu thị số phần trăm biển đổi của năng suất , dùng AW/W biểu thị suất biến đổi của lượng nude thì sự tăng giảm

sử dụng nước Ep là:

avy ¥ ay) AW — as

Tir đây có thé thay sự tăng giảm sử dung nước là ty số của năng suất tới

"hạn và năng suất rung bình Khi lượng biến đổi thi năng suất tới hạn và năng suấttrung bình đều biến dai theo cho nên sự ting giảm sử dụng cũng thay đổi theo sự

khác nhau của lượng nước.

+ Khi Ep>1— y> K, tức năng suất tới hạn lớn hơn năng suất trung bình, lúc này hệ số sử đụng nước thể hiện sức sản xuất tăng din,

+ Khi Ep < I => y < K, tức năng suất tới hạn nhỏ hơn nang suất trung bình, lúc này hệ số sử dung nude thể hiện sức sản xuất nước giảm dẫn, lượng đầu tw nước

vio cần dùng lại đúng lúc.

+ Nếu Ep <0, nang suất tối hạn nhỏ hơn 0, lúc này tiếp tue tăng đầu tư lượng,

nước vào thì sẽ làm cho năng suất giảm xuống

1.3.2 Mô hình toán học của hệ số sử dụng nước - cây tring

1.3.2.1 M6 hình tình thái

Mô hình tinh thải mô tả quan hệ giữa năng suất thu hoạch của cây tring với

lượng nước tưới, không xét đến vật chất khô được tích lũy như thé nào trong quá

trình sinh trường phát triển của cây trồng,

Loại mô hình này gồm 2 loại chủ yéu: Mô hình sử dung nước trong toàn bội

thời kỳ sinh trưởng phát trién và mô hình sử dụng nước trong từng giai đoạn sinh

trưởng phát triển của cây trồng

4) Mé hình sie dung nước trong tổng thời gian sinh trường, phát triển của

cây tring

+ Mô hình toán của lượng nude tuổi trong ting thời gian sinh trưởng phát

triển Mô hình nay có dạng Parabol

Ta, +b +00? (9

Trong đó:

`Y - Sản lượng cây trồng ; W « lượng nước tưới; a b., , ~ hệ số kinh nghiệm

Do chịu ảnh hướng của các nhân tổđiễu kiện khí âu, loại dt, biên pháptuổi loại cây trồng và phẩm chất giống cây trồng v.v, các hệ số kinh nghiệm trong

công thức trên khác nhau tương đối nhiều ở những vùng khác nhau, cho nên cản

phải có các số liệu thí nghiệm để phân tích hồi quy

+ Mô hình toán của lương bốc thoát hơi nước ong tổng thời gian sinh

trưởng phát triển cây trồng

Mô hình này 2 dạng

~ Mô hình tuyển Y=a, + biETa as)

~ Mô hình phi tuyển tính Y =a; + bob Ta + (16)

Nhiều nghiên cứu đã chứng minh, chỉ khi ETa tương đối nhỏ thì Y tăng lên

theo tuyến tính với ETa Khi Y đạt tới mức nhất định, ETa tiếp tue tăng là do tác

dung của các biên pháp kỹ thuật nông nghiệp khác Do vậy, quan hệ tuyển tinh nói chung chỉ thích hợp với vùng sản lượng trung bình và thấp, có nguồn nước tưới

không đủ, tinh 46 quản lý không cao, tài nguyên nông nghiệp chưa được phát huy

đẩy đủ Trong điều kiện nguồn nước cải thiên và trình độ quân lý cao, Y và ETa thể

"hiện quan hệ tăng lên theo him phi tuyển

Mô hình toán của lượng bốc thoát hoi tổng thời gian sinh trưởng phát triểncây trồng có dạng tương tự như mô hình toán của lượng nước tưới trong tổng thờigian sinh trường phát triển cây trồng, cho nên ding lượng bốc thoát hơi nước thaycho lượng nước tưới để xác định Nhưng do ảnh hưởng của các nhân tổ điều kiệnkhí hấu, loại đất, loại cây trồng và chất lượng giống, biện pháp tưới, v.v cho nên

hệ số kinh nghiệm ở những ving khác nhau chênh lệch tương đối lớn Nhiều nghiên

cứu chứng minh rằng, quan hệ của sản lượng và lượng bốc thoát hơi nước của cây

tr tự, nếu được biểu thi bằng quan hệ của sản lượng tương đối và lượng bốc thoát

hơi nước tương đổi thì kết qua có tinh ổn định tương đổi tốt F.Doorendos vàA.H.Kasam [31] đã giới thiệu mỗi quan hệ đó ở công thức (4.6) (goi tit là mô hình

D-k):

a7)

Trong đó

Ya - Sản lượng thực tế của cây trồng;

`Ym - Sản lượng lớn nhất của cây trồng:

Em - Lượng bốc thoát hơi lớn nhất

Ky - Hệ số nhạy cảm nước của cây trồng

` nghĩa vật lý của hệ số nhạy cảm nude của cây trồng là tỷ số giữa sự giảmsản lượng tương đối (I - Y, /Yq) vả lượng thiểu hút bée thoát hơi nước tương đối

Trị số Ky cảng lớn biên thị ảnh hưởng của nước đối với sản lượng cây trồngcàng lớn, hoặc càng nhạy cảm với sự thiểu nước Dé nâng cao hiệu suất sản xuất

của mỗi met khỗi nước trổ, nÊn tụ tiên cũng cấp nước cho cây trồng cổ Ky lớn;

Ky nhỏ có thể giảm lượng nước tưới hoặc không tưới Như vy, t số Ky là một

tham số then chết để chỉ đạo việ tưới kiểu không diy đủ, quản lý tối ưu lượng

nước tưới Trị số Ky cần được xác định bằng 1 tehiêm cho từng loại, giống cây

gian (dated water production function) Mé hình D-K cho mỗi thời kỳ sinh trưởng

phất triển cây tring:

(1 Ya/Ym)i = Ky( (1- ETa/ETm)i 08

cứu đã chứng minh rằng, quan hệ tuyến tính trên đây không hoàn

toàn phi hợp với tinh hình thực tế, Giả định tuyển tính trong mỗi

trưởng, phát triển không sắt với thực tế bằng giả định tính cho tổng thời gian sinh

trưởng phát triển của cây trồng.

Những mô hình này chỉ xét đến ảnh hướng của nước trong từng thời kỳ sinh trưởng phát triển của cây trồng riêng biệt ma chưa xét đến ảnh hưởng lẫn nhau của nước trong các thời kỳ sinh trưởng phát triển khác nhau ảnh hưởng của nước trong

các thời kỳ sinh trường phát trién khác nhau đổi với sản lượng cây trồng là rất phức

tạp, Do vậy, có thể sử đụng mô hình phép nhân hoặc phép công.

công thúc toán học nhân liên tục các giai đoạn sinh trưởng phát triển của cây trồng.để cầu thành ảnh hướng chung của hiệu ứng giai đoạn đổi với sản lượng (sản lượng

tương đối), được gọi là mổ hình phép nhân Có 4 loại mô hình phép nhân, có tính đại biểu như sau:

* Mồ hình Jensen

Mô hình M.E, Jensen (1968) [38], lấy lượng bốc - thoát hơi tương đổi làm

biển số độc lập và biểu thị bằng chỉ số nhạy cảm nước của giai đoạn tương ứng như

q9)

Trong đó

4 Chỉ số nhạy cảm nước (dang chi số lũy thủa) với sự thiểu nước trong các

giai đoạn sinh trưởng phát triển khác nhau đối với sản lượng cây tring:

i= 1,2, n là số thứ tự các thời kỳ sinh trưởng phát triển cây trồng

* Mé hình Minhas

Mô hình B, Minhas, K Parikhm, Srinvasan (1974) [47] (gọi tit là mô hình

lâm bí

Minhas), dùng lượng thiểu nước trơng đi số độc lập và biểu thị bằng chỉ

số nhạy cảm giai đoạn tương ứng 4; như sau

ay ~ hệ số hiệu chỉnh xéttới các nhân tổ khác ngoài lượng nước thực

tế, đối với Ya/Ym, ap < 10.

lâm biến số độc lập và biểu thi ba 1g nhân liên tục với hệ số nhạy cảm nước ở giai

“đoạn tương ứng như sau

Tich biết thoát hoi mặt lá (Ta) và bốc hơi nước khoảng trồng (Es) trong ET

Để đánh gid chính xác, RA Hanks và R.W Hill (1980) [S7] đã đề xuất công thức

Emi và Tai, Tmi, sau khi tổng hợp lại tắt cá, có thé tinh toán được sự biển đổi của

sản lượng Trong nhiễu trường hợp, mẫu số của công thức (4.12) phan lớn hợp nhất

lại thành Emi + Tmi = Ke.ETpi, trực tiếp tìm được bằng phương pháp Penman.

của biển số độc lập khác nhau, việc đăng giá tính nhạy cảm đối với sản lượng lớn hay nhỏ, cần

Mô hình phép nhân, do kết cấu nội bộ của mô hình và thành pl

khác nhau tùy theo tỉnh hình cụ thể của mô hình.

+ Mô hình phép công,

Mô hình toán lấy lượng bốc thoát hơi nước tương đối hoặc lượng thiểu nước

tương đổi của các giai đoạn sinh trưởng phát triển (i) làm biển số độc lập, dùng

phương trình toán học công các ảnh hưởng riêng biệt lại với nhau để tạo thành ảnh

hưởng chung đổi với sản lượng (sản lượng tương đổi), được gọi là md hình pháp

công Có 4 loại mô hình phép cộng có tinh đại biểu như sau.

+ M6 hình Blank

Mô hình H Blank (1975) [28] lấy lượng bốc thoát hoi nước tương đổi làm

biến số độc lập và biểu thị bằng nhân với hệ số nhạy cảm nước giai đoạn tương ứng

như sau

y, (E1,

Trong đó

Kỳ - hệ số nhạy cảm với thiểu nước tong các giai đoạn sinh trưởng

khác nhau (i) đối với sản lượng cây trồngi= 1.3 n ~ số thir tự giai đoạn sinh trưởng phat triển cây trồng

Mô hình này đầu in ding tài liệu thí nghiệm của trường ĐH Colorado (Mỹ)

để thiết lập, chứng minh rằng trong điều kiện địa phương kết quả áp dụng với ngô

tương đối tốt hơn là ding mô hình phép nhân Jensen,

* AfG hình Stewart

M6 hình pháp cộng do 1, Stewart (1976) [56] và các công sự đề xuất, gi tất

là Mô hình Stewart, đồng lượng thiểu nước trơng đổi làm biển số độc lấp và biểu thi bằng nhân với hệ số nhạy cảm Kỉ của giả đom tương ứng (i) như sau

* M6 hình D-G

Khó khăn của việc xây dựng mô hình toán học him số sản xuất nước - cây

trồng là thiểu các tủ liệu thí nghiêm thiết kể ing cho trới kiểu không di nước, vì

không thể không nghiên cứu cách tìm ra trị số gần đúng toán học trung bình củamẫu thay cho tổng th, do đó ti Đại hội tưới tiêu quốc t lẫn thứ 12 (ICID, 1984);D.Davidov và ST Gaydarova [30] đã đưa ra mô hình phép cộng ding trị số gầnđáng để tính toán quan hệ giữa tr số ting sin lượng tương đổi và tưới nước cho các

giai đoạn sinh trưởng, phát triển của cây gọi tit là mô hình D-G:

(116) Trong dé:

= 1,2, n, số thứ tự giai đoạn sinh trưởng phat triển của cây trồng, N= số năm (hue nghiệm) mẫu tìm trí số gần đúng rung bình

chỉ số cây trồng, tức chỉ số lũy thừa đổi với lượng thiếu nước

tương đối trong toàn bộ thời kỳ sinh trưởng phát triển tủy theo loại

cây trồng, m, = 0,6 = 1,0, cây ngô m, = 1,0, cây linh lãng m, = 0,7,K,- D-G gọi là hệ số chia sé tăng sản lượng trung bình do tưới của

thời ky sinh trường phát triển (i) nào đó.

1 hoặc gọi là hệ số hiệu ứng giai đoạn của tưới, ý nghĩa của

nó là hệ số nhạy cảm nước của giai đoạn sinh trưởng cây trồng

AV ay + Trĩ sổ trung bình của ting sản lượng lớn nhất trên đơn vi diễntích trong N năm, trong điều kiện tốt nhất duy ti cũng cắp nước đầy

đủ (May) cho mỗi thôi kỳ sinh trưởng phát miễn (i), tức AI

Srv. =L28,.N)

AY, - Trị số tăng sản của cây trồng trên đơn vị điện tích do cung cấp,

nước không đủ (M,) của năm nào đ ();

Ma - Cung cắp nước thực tế

Mm - Cung cắp nước đầy đủ

M,y- Trị số trung bình nhiều năm của lượng cung cấp nước thực tế

(M4) trong của thời kỳ sinh trường phát iển G) nào đó, tú lễ

May <ŠM,„IN (117)

Uiu điểm chủ yêu của mô hình phép công trung bình gần đúng là

(1) Lấy lượng cấp nước làm biến số độc lập dễ thực hiện tong quyết sách tưới.

(2) Lam nổi bật tác dung chia sẻ của tưới, có thể có quan hệ giữa

lượng ting sản trung bình và lượng cắp nước trung bình N năm,

(3) Về mặt kết cầu mô hình đã có 2 cấp độ xét tới tinh nhạy cảm thiểu

nước của cây trồng là m, và KỈ

Nhung việc sử dụng phương phấp nay yêu cầu phải có ligt thời gian tương

đối dai N > 5, hoặc năm thủy văn trong N năm cổ tính đại diện tương đối tốt, nên

tương đối thích hợp với ngành quan lý tưới, dig trị số trung binh mẫu thay thé cho

hành dự báo mới có thể có kết quá tương đi

kỳ vọng toán học để

Không thì vẫn có những rủ ro nhất định

+ Đặc điểm của mô hình tĩnh thái

(1) Các mô hình nh thai kể trên cần được xác định trong những điều kiện

nhất định thông qua phân tích hồi quy các ti liêu thí nghiên đối với các cây trồng khác nhau tại các địa điểm khác nhau, những mô hình này chỉ thể lên mỗi quan hệ giữa sàn lượng của cây trồng khi thu hoạch và lượng nude tưới hoặc lương bốc

thoát hơi trong toàn bộ thời kỳ sinh trưởng phát triển hoặc trong giai đoạn sinh

trưởng phát triển, nhưng không thể hiện được vật chất khô đã được tích lũy như thể

nào trong quá trình sinh trưởng, nước đã ảnh hưởng như thể nào đối với quá tình

hình thành vật chất khô v.x Cho nên mô hình này thuộc loại mô hình kiểu hộp đen, hay mô hình sản lượng cuối cùng Loại mô hình này n, cần it tài tính toán đơn gi

liêu thực đo, Nhơng các tham số của mô hình có tính thời gian và tính địa phương

rit lớn

(2) Các chỉ tiêu nhạy cảm nước của mô hình tĩnh thái có quan hệ đổi lạ, có

thể đổi cho nhau Vi du: trong trường hợp chỉ thiểu nước 6 giai đoạn thứ (i), % của

mô hình Jensen và K¿ của mô hình Blank, 2, của mô hình Jensen và Ky) của m6

hình D-K lần lượt có quan hệ đổi ứng như công thúc (1.18, 1.19), Lợi dụng cácquan hệ chuyên hoán này có thé từ I chỉ tiêu nhay cảm nào đó đã biết dé tim ngược

lại hoặc kiể n nghiệm chỉ tiêu nhạy cảm của 1 mô hình khác Loại quan hệ chuyển

hoán này chứng tò mô hình tinh thái có tính thông dụng trong những điều kiện nhất

cây trồng, đồng thời dự báo lượng tích lũy vật chất khô của cây trồng trong các thời

kỳ khác nhau và sản lượng cuối củng của cây trồng Loại mô hình động thái được

chia làm hai loại: mô hình cơ lý và mô hình kinh nghiêm.

+ Mô hình động thải cơ lý

Mô hình động thái cơ ý là mô hình xuất phát từ góc độ sinh lý nude của cây

trồng để mô phỏng quá trình sinh trướng của cây trồng, đồng thời thông qua sự môphỏng quá trình sinh trường của cây trồng dé dự tính sản lượng vật chất khô

Feddes (1987) [33], trong mô phông sản lượng cây trồng cho rằng, quá trình

san xuất vật chất khô biển đôi theo thời gian, theo dang đường cong S, đồng th

‘qua phân tích có được quan hệ giữa suất hình thành ngày của vật chất khô và tỷ suất

bốc - thoát hơi của cây trồng

AT, („T7

-47,- +4

t2 2 -2|t t4

Trang đó

A+ HỆ số lợi dụng nước hữu hiệu lớn

a= Suit hình thành thực tẾ của vật chất kh (ngày);

T - Tốc suất thoát hơi

‘Re- Trị số trung bình của chênh lệch khí áp bão hòa nước và khi áp

dim thực tế

£ -Hệ số (£= 001);

4a Suit hình thành của vật chất khô trong điều kiện cung cấp đầy đủ

chất dinh dưỡng và nước (ngày)

LAI- Chỉ số điện tích lá của cây trồng;

xa Luong đặc trưng biểu thị ác dung hô hấp;

€ < Hệ số chuyên hoá thành phản đường thành tinh bột

Feddes kết hợp mô hình mô phỏng vật chất khô (gọi là Crop-Model) với mô

hình vận chuyên nước trong hệ thông liên tục đất - nước - cây và khí quyển (SPAC)

(SWATER- Model) để hình thành 1 mô hình tổ hợp (SWACROP), đồng thời dùng

mô hình này để mô phòng đông thái nước trong đất và qua trình tích lãy vật chất khô cho từng ngày.

“rong quá trinh mô phỏng, cần nhập các tài iệu khi tượng (như bức xa, nhiệt

đô, độ âm không khí tương đối, tốc độ gió,v.v.); Các tài liệu thủy văn và thổ

nhường (đặc tính nước thổ nhưỡng ở các lớp đắt, đường đặc trưng nude, độ truyền

dẫn thủy lực không bão hòa, động thái độ sâu của nước ngằm, v.v): Cat

cây trồng (mật độ bộ rễ, độ phủ của tán cây trồng, ngày nay mắm và thu hoạch,chiền cao cây trồng, v.v ) theo tồng ngày,

+ Mô hình kinh nghiệm.

Đặc điền của mồ hình động thái

Mô hình động thái có thể mô phóng và dy bảo theo từng thời đoạn, quá trình

tích luỹ vật chit khô hoặc quả tình sinh trưởng của cây trồng (tie dung quang hợp,

hô hip, thoát hơix.v), đồng thời kết hợp với mô hình vận chuyển của nước trong thống vận chuy:

bao một cách tương đối chỉ tiết phan ánh sự sinh trưởng của cây trồng đi

nước liên tục của cây trồng (SPAC), có thé mô phỏng và dự.

mức độ nước khác nhau.

Loại mô hình nay chẳng những quan sét quá trình sinh trưởng của cây trồng,

mà còn biết được quan hệ trực tiếp của sản lượng cây trồng với thực trang cung cấp

nước tại ruộng Sử dung loại mô hình nay có thể căn cứ vào liệt tài liệu khí tượng.

ban dau dé thiết kế kế hoạch theo các phương án tưới tiết kiệm nước khác nhau, xác

inh phương thức tưới tiết kiêm nước tối ưu tương ứng, đồng thời đựa vào tinh hình sinh trưởng phát tiễn của cây 0 ing, trên cơ sở dự báo khí tượng trung hạn, để xác

định phương án tiết kiệm nước tối ưu, cung cấp các căn cứ cho hệ théng tưới tiến

hảnh quan lý ti kiệm nước có khoa học.

Nhung đại đa số các mô hình động thái, nhất là mô hình cơ lý, đều edn rắt

nhiều tải liệu do đặc theo thời đoạn (từng ngày, từng gid, thâm chỉ ngắn hơn giờ) như: tài liêu khi tượng có liên quan, thé nhưỡng, cây trồng, va thuỷ văn địa chất

v.v trong đó có một số tài liệu lai rat khó đo đạc, do đó mô hình động thái có một

số hạn chế nhất định trong việc sử dụng

Các nhận xét

- Cây lúa trong hệ sinh thái đồng ruộng, chịu tac đông rất mạnh của môi

trường khí hậu, đất và môi trường sinh vật Các môi trường vẻ lâu dài tại cùng một thời điểm tác đông lẫn nhau trong quá trình chuyển hóa năng lượng và tuẫn hoàn vật chất, cạnh tranh nhau và quyết định sự phát trign của lúa

- Nước là một trong những điều kiện sinh thái cơ bản đối với đời sống cây

trồng nói chung và lúa nói riêng Tỉnh trang nước đồng ruộng chẳng những ảnh

hưởng trực tiép đến hoạt động sinh lý của cây lúa, mà còn ảnh hưởng tới các yếu tổ

khác của độ phì

hưởng tới cây lúa.

¡ khí hậu đồng ruông và các biện pháp canh tác qua đó ảnh

= Nghiên cứu lý thuyết và thí nghiệm, thực tiễn sản xuất nông nghiệp cho

thấy, chế độ nước mặt ruộng ảnh hưởng trực tiếp đến năng suất lúa Nhìn chung khi

bị thiểu nước, lượng bốc hơi thực tế giảm làm anh hướng đến năng suất cây trồng.

nói chung và đặc bit là cây lúa.

1.4 Tổng quan về tình hình nghiên cứu lượng mưa hiệu quả

Lượng mưa hiệu quả là lượng mưa rơi xuống được trữ lại trên ruộng hoặc

trong đất, sử dụng để thỏa mãn lượng nước cần của cây trồng Đối với lúa ở Việt

Nam, lượng mưa hiệu quả thường chiểm từ 30% đến 80% tổng lượng nước edn.1.4.1 Téng quan về tinh hình nghiên cứu lượng mưa hiệu quả trên thé giới

Lượng mưa hiệu qua phụ thuộc chặt chẽ vào 2 yếu tổ chính là chế độ mưa

của từng vùng (bao gen lượng mưa và sự phân bố mưa) và chế độ nước trên mộng

lúa (bao gồm công thúc tưới và chế đô tưới) Trên thé giới đã có nhiều công trình

nghiên cứu về lượng mưa hiệu quả đã được công bổ Trong đó đáng chủ ý là các

công trình sau đây

+ Nghiên củu của tổ chức bảo vệ đất của Hoa Kỳ (US Soil Conservation

Association): Trên cơ sở tải liệu thục đo giữa mối quan hệ lượng mưa tháng và

lượng mưa hiệu quả đã xây dựng được mỗi quan hệ hồi quy giữa lượng mưa tháng

và lượng mưa hiệu quả đối với mưộng lúa và đề xuất áp dụng cho ving California

như sau

o = P(125 - 0.2P)/125; Khi P < 250 mm;

Po = 125 ~0,1P; Khi P > 250 mm.

Trong đó: Po: Lượng mưa hiệu quả,

P: Lượng mưa thing thực tế.

« ˆ Các nhà khoa học của Nga: đựa trên cơ sở tải liệu thực nghiệm tại ving trồnglúa khu vực miễn Nam đã để xuất các công thức thực nghiệm xác định lượng mưa

hiệu quả:

KhiP B+ (Wa,=W,) th ly a1, Khi P> E+ (Wy-W,) th lấy ø=[E + (Wa.- W.)]/P

Trong đó - P-Lượng mua thy té

E: Lượng bốc hơi thụ t,

‘Wye: Lớp nước mặt ruộng tại cuối thời đoạn,

We Lap nước mat ruộng đầu thời đoạn tính toán

a: Hệ số sử dụng nước mua,

«_ Các nhà khoa học Trung Quốc trên cơ sở tải liệu thực nghiệm tại các vùng

trồng lúa các tỉnh phía Nam đã đề xuất công thức tỉnh lượng mưa hiệu quả áp dung

cho các vùng này.

Khi P< 5 mm, thi lẫy a= 0;

Khi 5 mm <P < 50 mm, thi lấy ø= 0,8 +1;

Khi P> 50 mm, thì lấy J7+08 Trên cơ sở nghiên cứu mỗi quan hệ phụ thuộc gi lượng mưa hiệu quả và

các yêu tỗ anh hưởng đến lượng mưa hiệu quả, các nhà lập trình CROPWAT đã đề

xuất một giải php xác định lượng mưa hiệu quả theo 4 phương ân mở.

Phuong án 1: Cố định phan trăm lượng mưa hiệu quả

Theo phương an này lương mưa hiệu quả được lấy cỗ định theo một tỷ lễ nào

đồ của lượng mưa

Py =%P Đây là phương ân kha kiên cưỡng vì như đã phân ích ở phan trước đó, t lệ

giữa lượng mưa thực tế và lượng mưa hiệu quả phụ thuộc chặt chế vào các yêu tổ

‘quan lý lớp nước mặt ruông và chế độ mưa Nghĩa là để xác định được tỷ lệ hợp lý phải thí nghiệm đo đạc xác định.

Phương án 2: Phụ thuộc lượng mưa

Theo phương án này, một công thức kinh nghiệm đã được FAO xây dựng

dựa trên cơ sở vùng khô hạn và bán khô hạn, như sau

Pụ,— 0,6*P - 10 (khi P < 70 mm),

Pq = 0,8*P - 24 (khi P > 70 mm)

Phương án này cho thấy công thức kinh nghiệm được xây dựng trên cơ sở,

vũng khô han và bán khô hạn Rõ rang không thích hợp với chế đô mưa ở Hà Nam

ng và Việt Nam nói chung,

Phương án 3: Xây dựng công thức kinh nghiệm

Vé nguyên tắc phương án này có nguyên lý tương ty như phương án 2 Tuy nhiên điểm khác biệt cơ bản là các tham số của phương trình hỏi quy do người sử

dung tự xác định trên cơ sở xây đụng quan hệ hồi quy tuyến tinh, Phương trình có

dang:

Puy =a*P -b (khi P < z mm),

Pụ,= c°P = (khi P > z mm)

Các hệ số a,b, c, d và z do người sử đụng tự xác định

Phương án 4: Phương pháp của cơ quan bảo vệ dit Hoa Kỳ

Cơ quan bảo vệ đất Hoa Kỷ xây dung công thức kinh nghiệm xác định lượng

mưa hiệu quá trên cơ sở chế độ mưa và chế độ quản lý nước ving trồng lúa

California

Pụ,= P/125 (125 -02*P) khi P< 250 mm,

Đụ, = 125 + 0,1*P khi P > 250 mm,

Rõ rằng đây cũng là công thức kinh nghiệm Do vậy công thức này chỉ đúng

cho vùng có chế độ mưa và chế độ quản lý nước mặt ruộng phủ hop với ving

nghiên cứu ma thôi.

1.4.2 Cúc nghiên cứu xác định lượng mưa hiệu quả ở Việt Nam

Ở Việt Nam, việc nghiên cứu xác định lượng mưa hiệu quả đã được một số

nhà khoa học tiền hành vio thập ky 90 của thể ky’ 20 đến nay Trong đó đảng chú ý

66 các công trình nghiên cứu sau:

Nguyễn Đức Châu trên cơ sở tài liệu thí nghiệm tại vùng Tuy Phước - Bình

Định trong các niên vụ 1998 + 2000 đã cho thấy hệ số sử dụng nước mưa:

~ Vu Đông xuân: C đạt từ 0,65 +0:

= Vụ He thụ C đạt từ 0,57 = 0.61;

- Vụ mùa C đạt từ 0,58 + 06