Giáo Trình Thủy Nông _ ĐH Nông Lâm Tp Hồ Chí Minh

Giáo Trình Thủy Nông_ Trần Văn Mỹ. ĐH Nông Lâm Tp. Hồ Chí Minh. 2008 Chương 1 GIỚI THIỆU MÔN HỌC. 6 I Định nghĩa 6 II Vấn đề về nguồn nước tưới trên thế giới hiện nay: 6 III Vấn đề thủy nông ở Việt nam: 7 1. Khu vực miền Tây nam bộ (Vùng Đồng bằng Sông Cửu Long): 8 2. Khu vực miền Đông Nam bộ: 9 3. Khu vực Tây nguyên: 10 4. Vùng duyên hải trung bộ: 10 5. Vùng Bắc bộ: 11 6. Đánh giá nguồn nước tại Việt Nam: 11 7. Qui hoạch cho tương lai: 12 IV Thủy nông và các môn học liên hệ: 12 VI Giới hạn của gíao trình: 12 Chương 2 HỆ THỐNG ĐẤTNƯỚCCÂY TRỒNG 17 I Giới thiệu dẫn nhập: 19 II Hệ thống ĐẤTNƯỚC (theo quan niệm thổ nhưỡng hay quan niệm tỉnh): 19 II.1. Độ ẩm đất: 19 II.2. Các dạng nước trong đất (hình 2.2): 20 II.3. Các hằng số nước trong đất (hay là thang ẩm độ)(hình 2.3 và bảng 2.3): 22 III Hệ thống ĐẤTNƯỚC (theo quan niệm động học). 24 III.1. Năng lượng nước trong đất ẩm: 24 III.2. Các thành phần năng lượng nước trong đất: 25 III.3. Đường tương quan giữa áp suất giữ nước và ẩm độ trong đất. 26 IV Các phương pháp xác định độ ẩm và đường đặc trưng của đất. 26 IV.1. Phương pháp sấy khô: 26 IV.2. Phương pháp dùng điện trở : (electric resistance) (hình 2.7). 27 IV.3. Phương pháp phóng xạ: 27 IV.4. Phương pháp dùng trương lực kế: (tensiometter) (hình 2.8) 27 IV. 5. Phương pháp đo đường đặc trưng: (dùng màng áp suất) (hình 2.9). 27 IV.6. Phương pháp dùng giấy lọc (Using filter paper Whatman No 42.)(đọc thêm) 28 V Hiện tượng thảo mộc rút nước từ rể cây. 29 V.1. Tổng quát: 29 V.2. Các quan niệm về lượng nước hữu hiệu cho cây: 29 V.3. Hiện tượng di chuyển nước trong hệ thống ĐẤTNƯỚCCÂY TRỒNG. 30 V. 4. Việc rễ cây hút nước trong đất: 31 Chương 3 BỐC THOÁT HƠI NHU CẦU NƯỚC của CÂY TRỒNG 34 I Tổng quát: 35 II Những yếu tố ảnh hưởng đến Bốc thoát hơi (BTH): 35 II.1. Các yếu tố khí tượng: 35 II.2. Các yếu tố đất đai: 35 II.3. Các yếu tố cây trồng: 35 II.4 Các yếu tố khác: 36 III Các phương pháp xác định lượng bốc thoát hơi: 36 III.1. Phương pháp đo trực tiếp: 36 III.2. Dùng các lô thực nghiệm: 38 III.3. Phương pháp đo gián tiếp (dựa vào công thức): 38 IV. Nhu cầu nước của cây trồng: 38 IV.1. Vai trò của nước đối với cây trồng: 38 IV.2. Công thức: 38 V Bài đọc thêm (chỉ nêu cách xác định mà không đưa ra nhận xét) 42 Chương 4 HIỆN TƯỢNG NGẤM HÚT (infiltration) 45 I Tổng quát: 46 II Hiện tượng ngấm hút: 46 II.1.Cơ nguyên của sự ngấm hút: 46 II.2. Các công thức diễn tả sự ngấm hút: 47 II.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến sự ngấm hút: 48 III Sự phân phối độ ẩm đất sau khi ngấm hút: 50 III.1. Trong khi ngấm hút (hình 4.7). 50 III.2. Sau khi ngừng ngấm hút (tái phân phối độ ẩm đất) (hình 4.9) 51 IV Quá trình ngấm ổn định Lượng nước Thấm lậu: 52 V Phương pháp đo ngấm hút. 52 Chương 5 TÍNH TOÁN CHẾ ĐỘ TƯỚI CHO CÂY TRỒNG CẠN 54 I Nội dung: 55 II Phương trình cân bằng nước ngoài đồng: 56 II.1. Sơ đồ tính cân bằng nước ngoài đồng (hình 5.1). 56 II.2. Phương trình tổng quát (hệ thống khép kín): 56 II.3. Các thành phần của Wv, Wr, dW. 56 III Tính toán chế độ tưới cho cây trồng cạn: 57 III.1. Dựa vào nguyên tắc tính toán: 57 III.2. Phương pháp tính toán chế độ tưới bằng biểu bảng: 59 IV Xác định chế độ tưới nhìn từ khía cạnh quản lý hệ thống. 59 V. Mức độ giảm năng suất: 60 Chương 6 TÍNH TOÁN CHẾ ĐỘ TƯỚI CHO LÚA 63 I Các phương pháp canh tác ảnh hưởng lên nhu cầu nước của cây Lúa: 64 II Nước trong các giai đoạn tăng trưởng (bảng 6.1): 64 III Lượng nước cần cho 1 vụ lúa: 65 IV Các phương pháp quản lý Thủy nông trên ruộng lúa: 65 IV.1. Chiều sâu ngập và ảnh hưởng của chiều sâu ngập nước: 65 IV.2. Thời gian duy trì lớp nước trên ruộng lúa : 67 IV.3. Tưới ngập liên tục và tưới gián đoạn: 67 V Chế độ tưới cho cây Lúa: 67 V.1. Trên thửa ruộng đơn vị: 67 V.2. Chế độ tưới trên toàn cánh đồng: 68 Chương 7 CÁC PHƯƠNG PHÁP và KỸ THUẬT TƯỚI . 71 I Định nghĩa: 72 II Các phương pháp tưới: 72 III Các yêu cầu và chỉ tiêu lựa chọn phương pháp tưới: 72 III.1. Các yêu cầu: 72 III.2. Các chỉ tiêu lựa chọn phương pháp tưới: 72 IV Phương pháp tưới mặt đất : Có 3 phương pháp. 73 IV.1. Tưới ngập: 73 IV.2. Tưới giải 73 IV.3. Tưới rãnh: 76 V Tưới phun mưa: 77 V.1. Các dụng cụ dùng trong hệ thống tưới phun mưa: 77 V.2. Phân loại hệ thống tưới phun mưa. 77 V.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến việc chọn lựa hệ thống tưới phun: 78 V.4. Thiết kế hệ thống tưới phun mưa: 81 VI Tưới nhỏ giọt (hình 7.8a,b): 82 Chương 8 HỆ THỐNG ĐIỀU TIẾT NƯỚC RUỘNG 87 I Định nghĩa về hệ thống điều tiết nước ruộng: 88 II Nhiệm vụ và yêu cầu của 1 HTĐTNR: 89 III Vài nguyên tắc chung cho 1 HTĐTNR: 89 A. Kích thước khu ruộng: 89 B. Tưới tiêu kết hợp hay riêng lẻ: 89 C Vị trí kênh tưới tiêu trong trường hợp bố trí riêng lẽ: 90 IV Hệ thống điều tiết nước ruộng Lúa: 90 1. Kích thước thửa ruộng: 90 2. Các hình thức bố trí HTĐTNR: 90 V HTĐTNR cho cây trồng cạn: 92 VI. HTĐTNR trong trường hợp trồng Lúa và cây trồng cạn: (hình 8.8). 93 VII. Bố trí bờ vùng , bờ thửa và đường đi lại: 93 Chương 9 CHẾ ĐỘ TIÊU HỆ THỐNG TIÊU NƯỚC MẶT RUỘNG 96 I Tổng quát: 97 I.1. Định nghĩa và mục đích của việc tiêu nước 97 I.2. Những dấu hiệu cho thấy cần tiêu nước 97 I.3. Sự cần thiết và ích lợi của việc tiêu nước: 97 II Ảnh hưởng của tình trạng ngập úng lên đất đai và cây trồng: 97 II.1. Ảnh hưởng lên đất đai: 97 II.2. Ảnh hưởng lên cây trồng: 98 III Tính toán hệ số tiêu và lưu lượng thiết kế cho kênh tiêu. 99 III.1. Hệ số tiêu nước ruộng cây trồng cạn: 99 III.2. Hệ số tiêu nước và lưu lượng cho cây lúa: 101 IV Các biện pháp tiêu nước mặt trên đồng ruộng. 103 IV.1. Đối với cây Lúa: 103 IV.2. Đối với cây trồng cạn: 103 V Hệ thống kênh tiêu: 105 Chương 10 QUẢN LÝ XÓI MÒN TRÊN ĐẤT DỐC 108 I Giới thiệu chung: 109 II Tiến trình và cơ chế của xói mòn (processes and mechanics of erosion). 110 II.1. Định nghĩa: 110 II.2. Cơ chế của sự xói mòn: 110 III Tác hại của xói mòn: 111 IV Nguồn gốc và các yếu tố ảnh hưởng lên xói mòn đất do nước: 111 V Chống xói mòn do nước. 111 V.1. Nguyên tắc chung. 111 V.2. Biện pháp canh tác: 112 V.3. Biện pháp quản lý đất (soil management). 113 V.4. Biện pháp cơ học (mechanical methods). 113 VI Đo xói mòn 113 VII Xác định xói mòn do công thức (USLE): 114 Chương 11 CÁC BIỆN PHÁP THỦY NÔNG CẢI TẠO ĐẤT MẶN 122 I Đặt vấn đề. 123 II Đất muối: 123 II.1. Khái niệm về đất muối: 123 II.2. Phân loại đất muối: 123 III Ảnh hưởng của muối lên đất và cây trồng: 123 III.1. Ảnh hưởng lên đất: 123 III.2. Ảnh hưởng lên cây trồng: 124 III.3 Khả năng kháng mặn của cây trồng (bảng 11.1): 124 IV Các phương pháp cải tạo đất muối: 125 IV.1. Phạm vi giới hạn: 125 IV.2. Nguyên tắc: 125 IV.3. Lượng nước cần để tống độc: 125 V. Rửa mặn và biện pháp thủy nông vùng đất mặn: 126 V.1. Nguyên nhân hình thành đất mặn: 126 V.2. Rửa mặn và các biện pháp thủy nông tại vùng bị nhiễm mặn: 128 Chương 12 CÁC BIỆN PHÁP THỦY NÔNG CẢI TẠO ĐẤT PHÈN 134 I Sự hình thành Pyrite (FeS2): 135 II Sự oxid hóa Pyrite. 135 III Các độc tố: 135 IV Tống phèn, tháo chua và Biện pháp Thủy nông vùng đất phèn. 135 V Những biện pháp quản lý nước cho việc sử dụng bền vững đối với những vùng đất phèn ven biển ở Việt nam. 139 V.1. Thực trạng hiện nay: 139 V.2. Các phương án sử dụng đất phèn ở Việt nam. 140 Chương 13 CHẤT LƯỢNG NƯỚC TƯỚI 143 I. Đặt vấn đề: 144 II. Các vấn đề liên quan đến chất lượng nước tưới: 145 III. Xử lý nước tưới: 145

Mục lục

Chương 1 GIỚI THIỆU MÔN HỌC 6

I/ Định nghĩa 6

II/ Vấn đề về nguồn nước tưới trên thế giới hiện nay: 6

III/ Vấn đề thủy nông ở Việt nam: 7

1 Khu vực miền Tây nam bộ (Vùng Đồng bằng Sông Cửu Long): 8

2 Khu vực miền Đông Nam bộ: 9

3 Khu vực Tây nguyên: 10

4 Vùng duyên hải trung bộ: 10

5 Vùng Bắc bộ: 11

6 Đánh giá nguồn nước tại Việt Nam: 11

7 Qui hoạch cho tương lai: 12

IV/ Thủy nông và các môn học liên hệ: 12

VI/ Giới hạn của gíao trình: 12

Chương 2 HỆ THỐNG ĐẤT-NƯỚC-CÂY TRỒNG 17

I/ Giới thiệu dẫn nhập: 19

II/ Hệ thống ĐẤT-NƯỚC (theo quan niệm thổ nhưỡng hay quan niệm tỉnh): 19

II.1 Độ ẩm đất: 19

II.2 Các dạng nước trong đất (hình 2.2): 20

II.3 Các hằng số nước trong đất (hay là thang ẩm độ)(hình 2.3 và bảng 2.3): 22

III/ Hệ thống ĐẤT-NƯỚC (theo quan niệm động học) 24

III.1 Năng lượng nước trong đất ẩm: 24

III.2 Các thành phần năng lượng nước trong đất: 25

III.3 Đường tương quan giữa áp suất giữ nước và ẩm độ trong đất 26

IV/ Các phương pháp xác định độ ẩm và đường đặc trưng của đất 26

IV.1 Phương pháp sấy khô: 26

IV.2 Phương pháp dùng điện trở : (electric resistance) (hình 2.7) 27

IV.3 Phương pháp phóng xạ: 27

IV.4 Phương pháp dùng trương lực kế: (tensiometter) (hình 2.8) 27

IV 5 Phương pháp đo đường đặc trưng: (dùng màng áp suất) (hình 2.9) 27

IV.6 Phương pháp dùng giấy lọc (Using filter paper Whatman No 42.)(đọc thêm) 28

V/ Hiện tượng thảo mộc rút nước từ rể cây 29

V.1 Tổng quát: 29

V.2 Các quan niệm về lượng nước hữu hiệu cho cây: 29

V.3 Hiện tượng di chuyển nước trong hệ thống ĐẤT-NƯỚC-CÂY TRỒNG 30

V 4 Việc rễ cây hút nước trong đất: 31

Chương 3 BỐC THOÁT HƠI & NHU CẦU NƯỚC của CÂY TRỒNG 34

I/ Tổng quát: 35

II/ Những yếu tố ảnh hưởng đến Bốc thoát hơi (BTH): 35

II.1 Các yếu tố khí tượng: 35

II.2 Các yếu tố đất đai: 35

II.3 Các yếu tố cây trồng: 35

II.4 Các yếu tố khác: 36

III/ Các phương pháp xác định lượng bốc thoát hơi: 36

III.1 Phương pháp đo trực tiếp: 36

III.2 Dùng các lô thực nghiệm: 38

III.3 Phương pháp đo gián tiếp (dựa vào công thức): 38

IV Nhu cầu nước của cây trồng: 38

IV.1 Vai trò của nước đối với cây trồng: 38

IV.2 Công thức: 38

V/ Bài đọc thêm (chỉ nêu cách xác định mà không đưa ra nhận xét) 42

Chương 4 HIỆN TƯỢNG NGẤM HÚT (infiltration) 45

I/ Tổng quát: 46

II/ Hiện tượng ngấm hút: 46

II.1.Cơ nguyên của sự ngấm hút: 46

II.2 Các công thức diễn tả sự ngấm hút: 47

II.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến sự ngấm hút: 48

III/ Sự phân phối độ ẩm đất sau khi ngấm hút: 50

III.1 Trong khi ngấm hút (hình 4.7) 50

III.2 Sau khi ngừng ngấm hút (tái phân phối độ ẩm đất) (hình 4.9) 51

IV/ Quá trình ngấm ổn định - Lượng nước Thấm lậu: 52

V/ Phương pháp đo ngấm hút 52

Chương 5 TÍNH TOÁN CHẾ ĐỘ TƯỚI CHO CÂY TRỒNG CẠN 54

I/ Nội dung: 55

II/ Phương trình cân bằng nước ngoài đồng: 56

II.1 Sơ đồ tính cân bằng nước ngoài đồng (hình 5.1) 56

II.2 Phương trình tổng quát (hệ thống khép kín): 56

II.3 Các thành phần của Wv, Wr, dW 56

III/ Tính toán chế độ tưới cho cây trồng cạn: 57

III.1 Dựa vào nguyên tắc tính toán: 57

III.2 Phương pháp tính toán chế độ tưới bằng biểu bảng: 59

IV/ Xác định chế độ tưới nhìn từ khía cạnh quản lý hệ thống 59

V Mức độ giảm năng suất: 60

Chương 6 TÍNH TOÁN CHẾ ĐỘ TƯỚI CHO LÚA 63

I/ Các phương pháp canh tác ảnh hưởng lên nhu cầu nước của cây Lúa: 64

II/ Nước trong các giai đoạn tăng trưởng (bảng 6.1): 64

III/ Lượng nước cần cho 1 vụ lúa: 65

IV/ Các phương pháp quản lý Thủy nông trên ruộng lúa: 65

IV.1 Chiều sâu ngập và ảnh hưởng của chiều sâu ngập nước: 65

IV.2 Thời gian duy trì lớp nước trên ruộng lúa : 67

IV.3 Tưới ngập liên tục và tưới gián đoạn: 67

V/ Chế độ tưới cho cây Lúa: 67

V.1 Trên thửa ruộng đơn vị: 67

V.2 Chế độ tưới trên toàn cánh đồng: 68

Chương 7 CÁC PHƯƠNG PHÁP và KỸ THUẬT TƯỚI 71

I/ Định nghĩa: 72

II/ Các phương pháp tưới: 72

III/ Các yêu cầu và chỉ tiêu lựa chọn phương pháp tưới: 72

III.1 Các yêu cầu: 72

III.2 Các chỉ tiêu lựa chọn phương pháp tưới: 72

IV/ Phương pháp tưới mặt đất : Có 3 phương pháp 73

IV.1 Tưới ngập: 73

IV.2 Tưới giải 73

IV.3 Tưới rãnh: 76

V/ Tưới phun mưa: 77

V.1 Các dụng cụ dùng trong hệ thống tưới phun mưa: 77

V.2 Phân loại hệ thống tưới phun mưa 77

V.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến việc chọn lựa hệ thống tưới phun: 78

V.4 Thiết kế hệ thống tưới phun mưa: 81

VI/ Tưới nhỏ giọt (hình 7.8a,b): 82

Chương 8 HỆ THỐNG ĐIỀU TIẾT NƯỚC RUỘNG 87

I/ Định nghĩa về hệ thống điều tiết nước ruộng: 88

II/ Nhiệm vụ và yêu cầu của 1 HTĐTNR: 89

III/ Vài nguyên tắc chung cho 1 HTĐTNR: 89

A Kích thước khu ruộng: 89

B Tưới tiêu kết hợp hay riêng lẻ: 89

C/ Vị trí kênh tưới tiêu trong trường hợp bố trí riêng lẽ: 90

IV/ Hệ thống điều tiết nước ruộng Lúa: 90

1 Kích thước thửa ruộng: 90

2 Các hình thức bố trí HTĐTNR: 90

V/ HTĐTNR cho cây trồng cạn: 92

VI HTĐTNR trong trường hợp trồng Lúa và cây trồng cạn: (hình 8.8) 93

VII Bố trí bờ vùng , bờ thửa và đường đi lại: 93

Chương 9 CHẾ ĐỘ TIÊU & HỆ THỐNG TIÊU NƯỚC MẶT RUỘNG 96

I/ Tổng quát: 97

I.1 Định nghĩa và mục đích của việc tiêu nước 97

I.2 Những dấu hiệu cho thấy cần tiêu nước 97

I.3 Sự cần thiết và ích lợi của việc tiêu nước: 97

II/ Ảnh hưởng của tình trạng ngập úng lên đất đai và cây trồng: 97

II.1 Ảnh hưởng lên đất đai: 97

II.2 Ảnh hưởng lên cây trồng: 98

III/ Tính toán hệ số tiêu và lưu lượng thiết kế cho kênh tiêu 99

III.1 Hệ số tiêu nước ruộng cây trồng cạn: 99

III.2 Hệ số tiêu nước và lưu lượng cho cây lúa: 101

IV/ Các biện pháp tiêu nước mặt trên đồng ruộng 103

IV.1 Đối với cây Lúa: 103

IV.2 Đối với cây trồng cạn: 103

V/ Hệ thống kênh tiêu: 105

Chương 10 QUẢN LÝ XÓI MÒN TRÊN ĐẤT DỐC 108

I/ Giới thiệu chung: 109

II/ Tiến trình và cơ chế của xói mòn (processes and mechanics of erosion) 110

II.1 Định nghĩa: 110

II.2 Cơ chế của sự xói mòn: 110

III/ Tác hại của xói mòn: 111

IV/ Nguồn gốc và các yếu tố ảnh hưởng lên xói mòn đất do nước: 111

V/ Chống xói mòn do nước 111

V.1 Nguyên tắc chung 111

V.2 Biện pháp canh tác: 112

V.3 Biện pháp quản lý đất (soil management) 113

V.4 Biện pháp cơ học (mechanical methods) 113

VI/ Đo xói mòn 113

VII/ Xác định xói mòn do công thức (USLE): 114

Chương 11 CÁC BIỆN PHÁP THỦY NÔNG CẢI TẠO ĐẤT MẶN 122

I/ Đặt vấn đề 123

II/ Đất muối: 123

II.1 Khái niệm về đất muối: 123

II.2 Phân loại đất muối: 123

III/ Ảnh hưởng của muối lên đất và cây trồng: 123

III.1 Ảnh hưởng lên đất: 123

III.2 Ảnh hưởng lên cây trồng: 124

III.3 Khả năng kháng mặn của cây trồng (bảng 11.1): 124

IV/ Các phương pháp cải tạo đất muối: 125

IV.1 Phạm vi giới hạn: 125

IV.2 Nguyên tắc: 125

IV.3 Lượng nước cần để tống độc: 125

V Rửa mặn và biện pháp thủy nông vùng đất mặn: 126

V.1 Nguyên nhân hình thành đất mặn: 126

V.2 Rửa mặn và các biện pháp thủy nông tại vùng bị nhiễm mặn: 128

Chương 12 CÁC BIỆN PHÁP THỦY NÔNG CẢI TẠO ĐẤT PHÈN 134

I/ Sự hình thành Pyrite (FeS2): 135

II/ Sự oxid hóa Pyrite 135

III/ Các độc tố: 135

IV/ Tống phèn, tháo chua và Biện pháp Thủy nông vùng đất phèn 135

V/ Những biện pháp quản lý nước cho việc sử dụng bền vững đối với những vùng đất phèn ven biển ở Việt nam 139

V.1 Thực trạng hiện nay: 139

V.2 Các phương án sử dụng đất phèn ở Việt nam 140

Chương 13 CHẤT LƯỢNG NƯỚC TƯỚI 143

I Đặt vấn đề: 144

II Các vấn đề liên quan đến chất lượng nước tưới: 145

III Xử lý nước tưới: 145

Chương 1 GIỚI THIỆU MÔN HỌC.

I/ Định nghĩa

Thủy nông là một ngành khoa học kỹ thuật nghiên cứu việc sử dụng nước đểgia tăng sản xuất nông nghiệp, nâng cao sản lượng của cây trồng Như vậy các côngtác chính trong Thủy nông là:

a/ Mang nước từ nguồn (sông, suối, ao, hồ, giếng v.v ) đến nơi cần sử dụng chonông nghiệp (tưới) hay mang nước thừa từ ruộng ra ngoài (tiêu)

b/ Phân bố và sử dụng nước (có trên ruộng) kết hợp với các phương pháp nôngnghiệp khác, để biến đất thành môi trường tối hảo cho cây trồng đồng thời duy trì haycải tiến độ phì nhiêu của đất

Tóm lại, Thủy nông bao gồm việc tưới, tiêu, cải tạo đất và bảo vệ đất

Với định nghĩa trên, đối tượng của môn học Thủy nông là nước nhưng khôngphải là nước chung chung, mà là nước khi nó tác động lên đất để tạo điều kiện thuậnlợi cho cây trồng Vì vậy ta có thể nói đất nông nghiệp và cây trồng là 2 đối tượng phụcủa Thủy nông

II/ Vấn đề về nguồn nước tưới trên thế giới hiện nay:

Trước hết, nước là yếu tố không thể thiếu được để thảo mộc tăng trưởng pháttriển Trong 5 yếu tố căn bản của cây trồng (chất dinh dưỡng, nước, ánh sáng, khôngkhí và nhiệt độ) thì yếu tố nước dễ thay đổi hơn cả, và là yếu tố hàng đầu trong việcđưa đến năng suất cây trồng (nhất nước, nhì phân, tam cần, tứ giống) Đồng thời, thayđổi điều kiện của nước có thể thay đổi tác dụng của các yếu tố khác lên cây trồng Thí

dụ, tác dụng của ẩm độ đất trong việc phân hóa các chất đạm, kiểm soát về nhiệt độ và

độ ẩm không khí Nước còn có ảnh hưởng rất lớn đến lề lối canh tác và điều kiện canhtác (ví dụ: sạ lúa nổi, lúa cấy 2 lần, việc cơ giới hóa v.v ) Vì thế, Nhà nước Việt namcũng như toàn thế giới đã đặt công tác thủy lợi lên hàng đầu trong việc tăng gia sảnxuất nông nghiệp

Đối với trên toàn thế giới, diện tích đất nông nghiệp được tưới khởi đầu từ năm

1950 với 94 triệu hectares và diện tích này mở rộng không ngừng cho đến năm 1978với tốc độ phát triển đáng kể, trung bình 2.8 % một năm (lớn hơn tốc độ gia tăng dânsố) để đạt đến khoảng 206 triệu ha Tuy nhiên, kể từ 1978-1991 sự phát triển diện tíchđất nông nghiệp có tưới chậm lại, khoảng 1,2%/ năm (hình 1)

Trong tương lai, diện tích đất nông nghiệp có tưới tuy vẫn còn tiếp tục gia tăngnhưng sẽ không đạt được tốc độ gia tăng dân số Một phần nào đó là do việc sử dụngkhông bền vững nguồn nước ngầm, thiếu nguồn nước ngọt (miền Bắc Trung quốc)hoặc bị nhiễm mặn (10-30%)

Chính vì điều này, khi nhu cầu nước dành cho sinh hoạt, công nghiệp, và nhữngmục đích về môi trường ngày càng cao, nước sử dụng cho nông nghiệp sẽ càng ít đi.Trong khi đó tài nguyên nước lại khan hiếm để có thể có những kế hoạch mở rộngdiện tích đất nông nghiệp có tưới, đòi hỏi chúng ta càng phải tiết kiệm nước trong sảnxuất nông nghiệp (theo tài liệu Producing more rice with less water from irrigatedsystems, 1998).

III/ Vấn đề thủy nông ở Việt nam:

Việt nam có vị trí thuận lợi về nguồn nước dựa trên hệ thống sông ngòi chằngchịt, địa hình và mưa thuận lợi so với quy mô dân số Hình 2 cho thấy Việt nam cólượng nước sử dụng trên đầu người cao nhất trong khu vực (1200 m3/người) Tổnglượng nước trung bình hàng năm là 880 tỉ m3, trong đó lưu vực sông Hồng và sôngCữu long (Mekong) chiếm 75% lượng nước cấp Tuy nhiên do Việt nam name ở hạlưu nguồn cung cấp nước của sông Mekong, sông Hồng, Mã, Cả và Đồng Nai, do đókhả năng chủ động kiểm sóat nguồn nước đều nằm ngòai tầm tay của Việt Nam, đặcbiệt khả năng sử dụng nguồn nước bị hạn chế trong mùa khô

Nhìn chung, nước ta nằm vào khu vực nhiệt đới gió mùa, hai mùa mưa nắng rõrệt Lượng mưa trung bình năm trên 1500 mm Nhưng gần 90% lượng mưa hàng nămtập trung vào 6 tháng mùa mưa và 80 % trong số này lại tập trung vào 4 tháng mưanhiều nhất Hậu qủa là tại một nơi sẽ sảy ra tình trạng: Khô hạn vào mùa nắng và dưthừa nước vào mùa mưa Ngoài ra, do sự khác biệt về địa hình, đất đai, sông rạch, thủyvăn, mà tại mỗi vùng sẽ có những thuận lợi và khó khăn về thủy nông Sau đây ta khảosát sự quan trọng của công tác Thủy nông ở nước ta, nhất là ở các khu vực thuộc Nambộ.

1 Khu vực miền Tây nam bộ (Vùng Đồng bằng Sông Cửu Long):

Đây là vùng sản xuất nông nghiệp chủ lực của Việt nam, với sản lượng chiếm27% GDP của cả nước, khoảng 40% tổng sản lượng nông nghiệp và ½ tổng sản lượnglúa của cả nước, với 11 triêu tấn/ năm , bình quân 740 kg/ đầu người

(mặc dù mật độ dân số khá cao là 400 người/ 1 km2) Ngoài ra thủy sản cũng chiếmphần quan trọng trong xuất khẩu của đất nước

Với địa hình khu vực tương đối bằng phẳng, với diện tích nông nghiệp hơn 3triệu ha, trong đó khoảng 2.4 triệu ha đất được sử dụng trong nông nghiệp và nuôitrồng thủy sản Tiềm năng mở rộng đất nông nghiệp hiện nay hạn chế trong khoảng0.2 triệu ha Các vấn đề chủ yếu liên quan đến nguồn nước ở vùng Đồng Bằng SôngCửu Long là : Úng lụt kéo dài trên phạm vi rộng, tình trạng thiếu nước ngọt trong mùakhô, vấn đề xâm nhập mặn từ biển Đông và biển Tây trở ngại cho canh tác nôngnghiệp nhưng thuận lợi cho nuôi trồng thủy sản và vấn đề lan truyền và ô nhiễm phèntrong đầu mùa mưa

Các hệ thống thủy nông đã và sẽ ảnh hưởng rất lớn đến nền sản xuất nôngnghiệp cũng như Thủy sản ở vùng Đồng bằng sông Cửu long:

a/ Làm thay đổi hệ thống sản xuất lúa

Trước đây khoảng 2 thập kỷ, nhờ vào hệ thống thủy nông đã làm thay đổi hệthống canh tác lúa cấy 2 lần (khoảng 300.000 ha ở vùng nước ngập lâu, chịu ảnh

Hình 2:

hưởng của triều như ở Sóc trăng, Trà Vinh) sang lúa cấy 1 lần, hoặc làm thay đổi vùnglúa nổi (khoảng 500.000 ha ở vùng ngập sâu như ở An giang, Châu đốc) sang lúa cấy.

b/ Thủy nông giúp phát triển việc trồng lúa năng suất cao: Nhờ vào việc kiểmsoát được mực nước trong ruộng => có thể áp dụng giống lúa năng suất cao

c/ Làm tăng vụ trồng: Với lịch canh tác thích hợp thì có thể tăng từ 1 vụ lên 2

-3 vụ/năm

d/ Tăng khả năng đa canh: Nhờ vào các công tác thủy lợi, một số vùng như AnGiang, thay vì độc canh cây lúa, nông dân có thể trồng đậu, bắp v.v… trên vùng đấttrồng lúa

e/ Tăng khả năng lấy nước mặn phục vụ nuôi trồng thủy sản cho vùng ven biển

và duyên hải

2 Khu vực miền Đông Nam bộ:

Miền Đông Nam bộ, bao gồm Sông Bé, TP Hồ Chí Minh, Tây Ninh, Đồng Nai

và Bà Rịa Vũng Tàu, diện tích khoảng 2,3 triệu ha, có tiềm năng rất lớn về cây lươngthực lẫn cây công nghiệp Đồng thời phần lớn diện tích của miền Đông Nam bộ chủyếu là đất đỏ vàng, đất xám, đất phèn và mặn chiếm tỉ lệ nhỏ khoảng 173,000 ha nằmchủ yếu ở khu vực Cần Giờ_TPHCM, Châu Thành, Xuyên Mộc- Bà Rịa Vũng Tàu vàmột khối chạy dài từ TPHCM dọc sông Vàm Cỏ Đông lên tận Gò Dầu - Tây Ninh thìhoàn toàn nằm trong vùng chịu ảnh hưởng của nước mặn và bị nhiễm phèn nặng nề

Có hai hệ thống sông chính trong khu vực:

a Hệ thống sông Đồng Nai: bắt nguồn từ dãy núi Trường Sơn Nam, phầnthượng lưu gồm 2 nhánh Đa nhim và Đa Dung, tổng chiều dài 635 km, diện tích lưuvực 37,400 km2, độ cao 1700m, độ cao bình quân lưu vực 470 m, độ dốc bình quânlưu vực 4.6% Vùng hạ lưu sông Đồng Nai lên tới Trị an có các sông chính đổ vào làSông Bé, Sài Gòn, Lá Buông và Vàm Cỏ Trong điều kiện tự nhiên, thủy triều khốngchế toàn bộ khu vực hạ lưu lên tới tận chân thác Trị An

b Hệ thống sông Dinh và sông Ray: Là các sông ngắn, đổ trực tiếp ra biển, lưulượng dòng chảy thấp, khả năng bồi đắp phù sa kém

Khó khăn trong nông nghiệp xuất phát từ tình trạng thiếu nước Trong năm, khuvực ít mưa hơn Đồng bằng Bắc bộ Mùa khô kéo dài tới 5 tháng, thời gian đó lượngmưa trung bình mỗi tháng võn vẹn 10-50mm ( so với 400-450mm vào mùa mưa) Đặcđiểm sông rạch vùng này, do địa hình dốc cao, gây sự khác biệt lớn về dòng chảy của

hệ thống sông qua các thời kỳ trong năm Mùa mưa tập trung kéo dài 7 tháng từ tháng

5 đến tháng 11, chiếm hơn 90% lượng mưa cả năm

Hiện tượng xâm nhập mặn cao vào mùa khô cũng khá nghiêm trọng, mặc dùmặn nằm ở hạ lưu của điểm lấy nước sinh hoạt cho TPHCM, nhưng nguy cơ làmgiảm chất lượng nước vẫn còn khi mặn vẫn đang xâm nhập sâu qua khỏi đoạn hợpdòng sông Đồng Nai, Sài Gòn và Vàm Cỏ 7km

Tốc độ đô thị hóa ở vùng này khá cao, dự kiến kinh tế khu vực Đồng nai sẽ tănglên gấp đôi trong vòng 5 năm tới và có thể tiếp tục phát triển đến năm 2015 Tốc độ đô

thị hóa cao sẽ kéo theo những khó khăn nghiêm trọng về chất lượng cung cấp và cácvấn đề môi trường nước liên quan đến xử lý nước thải.

Các biện pháp quản lý hiện thời:

Cải tạo và mở rộng hệ thống thủy lợi, phát triển các công trình đa mục tiêu:

- Công trình Trị An ở trung lưu sông Đồng Nai, hoàn thành 1989 với công suấtlắp đặt 400 MW, sức chứa 2.8 tỉ m3 và cho dòng chảy bình quân mùa khô 200 m3/s đểngăn mặn

- Công trình Đa nhim, thượng nguồn sông Đồng Nai xây dựng 1964, công suất

160 MW, tưới cho 12800 ha

- Công trình Thác Mơ trên sông Bé, công suất lắp đặt 150 MW, chứa 820 triệum3 và diện tích cần tưới là 42000 ha, tăng dòng chảy tối thiểu lên 50 m3/s

- Công trình Dầu Tiếng trên sông Sài Gòn, do World Bank tài trợ 1986, diệntích tưới dự kiến là 84000 (thực tế tưới 44000 ha), sức chứa 1.5 tỉ m3 và cho dòngchảy tối thiểu 25 m3/s Ngoài ra còn có thêm 3 đập tràn phụ trách tưới cho 24700 ha.Các công trình đa mục tiêu:

Các dự án quy hoạch tổng thể lưu vực đang được nhà nước đầu tư để khai tháctiềm năng nguồn nước của lưu vực sông Đồng Nai: Đồng Nai 4 và 8 (Đắc Lắc) , Đa

Mi, Hàm Thuận, Bắc Lạc, Phúc Hòa và Bôn Rôn Số liệu cho thấy các công trình nàychứa khoảng 2 tỉ m3 và công suất lắp đặt là 1300 MW

Các chiến lược khác:

Hổ trợ cho việc ngăn mặn, các phương án xây các cửa cống và đê được tiếnhành ở công trình thủy lợi Hóc Môn- Bắc Bình Chánh gần TP HCM (trên diện tích

12000 ha) theo dự án cải tạo Thủy lợi của Ngân hàng Thế giới

Đồng thời đề ra chiến lược phát triển nguồn nước ngầm vùng thấp và trung ducủa khu vực Chiến lược trước hết cần chú trọng đến nhu cầu nước sinh hoạt nhân dânvùng ven biển, nơi đến nay vẫn chưa sử dụng nước mặt chất lượng tốt với số lượng đủdùng

3 Khu vực Tây nguyên:

So với các khu vực khác, khu vực vùng Tây nguyên có lượng mưa lớn hơn Tuynhiên, đây là vùng núi, nếu không có các hệ thống Thủy lợi giữ nước mùa khô thì cácsông rạch, suối đều khô cạn gây ra hiện tượng hạn hán nặng nề Đồng thời, nếu không

có các công trình chắn nước thì rất dễ bị xói mòn nghiêm trọng

Việc thiết lập các hồ chứa nước nhỏ ở những khe núi có thể giải quyết phần nàovấn đề này Ngoài ra việc khai thác các sông Sesan, Sperok, Drayling có thể cung cấpnước tưới cho khoảng 150,000 ha thuộc Kontum, Gialai và Daklak

4 Vùng duyên hải trung bộ:

Đây là vùng sông dốc và ngắn Đất ít, dân đông Do đó, nếu không có các hệthống Thủy nông (đập, hồ chứa ở thượng lưu) để mở rộng diện tích và tăng vụ thì chắcchắn vùng này không thể tự túc lương thực được Việc thiết lập các đập, hồ chứa ởthượng lưu các sông dốc và ngắn ở miền Trung có khả năng cung cấp nước tưới chokhoảng 400,000 ha và giảm được nhiều thiệt hại, đặc biệt do lũ lụt gây ra trong mùamưa.

5 Vùng Bắc bộ:

Các sông ở miền Bắc có độ dốc tương đối lớn,phối hợp với địa hình của lưuvực các sông nên nước lũ thường tập trung rất nhanh Mưa tập trung hơn (tháng 7,tháng 8 chiếm 40-45% lượng mưa cả năm), do đó rất dễ bị hạn hán, lũ lụt, xói mònv.v trầm trọng hơn miền Nam do đó các biện pháp Thủy lợi nói chung, Thủy nôngnói riêng là cấp bách và bức thiết nhất trong tất cả các vùng ở miền Nam

6 Đánh giá nguồn nước tại Việt Nam:

Theo “Đánh giá tổng quan nguồn nước tại Việt nam” (Ngân hàng thế giới,1996), các khó khăn mà các nguồn nước sông chính đang và sẽ phải đương đầu:

Lưu vực

song Nước mùa khô Lũ lụt mùa mưa Nước mặt Nước ngầm Lưu vực

Thiếu Xâm

nhập mặn

Lụt do sông

Ngập do tiêu thoát

Ô nhiễm Ô nhiễm Xuống cấp

Thu

7 Qui hoạch cho tương lai:

Phát triển thủy lợi đã tạo điều kiện cho việc sử dụng nước trong các ngành giatăng Hình 1.3 ước tính từ nay đến 2030, lượng nước dự kiến lấy ra tăng lên dưới 100triệu m3, nông nghiệp sẽ vẫn là ngành sử dụng nước chính và chiếm 75% trong 2030

so với hiện nay là 92%, trong khi đó lượng nước dùng trong công nghiệp và tiêu dùngcũng gia tăng nhưng ít hơn so với nông nghiệp

Do đó, cần xem xét lại tình trạng các nguồn nước hiện nay như đã nêu trên và đẩy mạnh biện pháp thủy nông cho từng vùng

IV/ Thủy nông và các môn học liên hệ:

Thủy nông không phải là môn học biệt lập mà nó có những liên hệ mật thiết vớicác môn học khác Sự phát triển của Thủy nông là hậu qủa và cũng là nguyên nhân của

sự phát triển của các ngành khác Quan trọng nhất là Nông nghiệp, Thủy lợi, Thủy lực,Khí tượng, Địa chất, Kinh tế, Xã hội…

VI/ Giới hạn của gíao trình:

Mục đích của giáo trình này là cung cấp cho sinh viên những kiến thức cơ bản

về Thủy nông: những số liệu cơ bản, các lý luận cơ sở, các phương pháp và biện phápThủy nông

Tập bài giảng gồm 4 phần chính:

Phần I: Dựa trên cơ sở phân tích các tương quan giữa Đất-Nước-Cây trồng,khảo sát việc tưới nước cho cây trồng trên đồng ruộng Tính toán yêu cầu nước, chế độtưới và phương pháp tưới

Phần II: Dựa trên kiến thức phần I, trình bày Hệ thống điều tiết nước ruộng, hệthống kênh tưới, tiêu và biện pháp quản lý 1 hệ thống Thủy nông.

Phần III: là phần chuyên đề, áp dụng các kiến thức trong 3 phần đầu để giảiquyết các vấn đề đặc biệt như cải tạo đất, chống xói mòn, v.v

Phần bài tập thực hành không nằm trong tập giáo trình này

Bài giảng được soạn tương đối đầy đủ chi tiết để có thể làm tài liệu tham khảocho các sinh viên muốn đi sâu hơn về Thủy nông

-*** -Các tài liệu tham khảo chính:

1 Tô phúc Tường, Giáo trình Thủy nông, ĐHNL, 1976:

2 Giáo trình Thủy nông Nhà xuất bản Nông nghiệp,

3 M Jansen, Design and Operation of farm irrigation system, the American Society

of Agricultural Engineers, 1983

4 Daniel Hillel, Introduction to Soil Physics, Academic Press, 1982

5 Vaughn E Hansen…, Irrigation principles and practices, 4th edition, 1962

6 Nurul Islam, Population and Food in the Early Twenty-First Century: Meeting Future Food Demand of an Increasing Population, International Food Policy

Research Institute , 1995

7 Producing more rice with less water from irrigated systems IRRI, SWIM,IIMI, 1998

8 Edward J Plaster, Soil Science and Management, 3rd edition, 1996

9 R.P.C Morgan, Soil erosion and Conservation, 1986

Bài đọc thêm:

Những thách thức Kỹ thuật Thủy nông trong tương lai

(trích từ Design and Operation of farm irrigation systems trang 9-10)

 Những vấn đề về phân phối nước cho các trang trại cần phải được quan tâm

chú ý Trong đó việc hiện đại hóa những kế hoạch tưới nứơc cổ lỗ, lạc hậu

để hệ thống phân phối nước, hoặc chính sách phân phối nước, không giớihạn hiệu suất tưới

 Hiện nay, vẫn chưa có những hệ thống tưới có hiệu qủa kinh tế có thể áp dụng nước với độ đồng đều gần như hoàn hảo Khi mục tiêu này đạt

được, chúng ta có thể phát triển thêm những phương pháp kiểm soát lượng

nước áp dụng đến mức độ chỉ gồm cho ET (BTH) và thấm lậu (leaching)

cần thiết mà thôi Nhiều hệ thống tưới mặt đất không thể hoạt động mộtcách hiệu qủa mà không có sự đầu tư (input) một khối lượng lớn về laođộng

 Vấn đề về nguồn năng lượng đưa nước tưới (section 3.7) Trong đó rất

nhiều nguồn năng lượng mới đang được ứng dụng (ví dụ: Sức gió) kể từ1980s đang là vấn đề đáng chú ý

 Vấn đề về môi trường (section 3.8) và sức khoẻ con người ở những nước

đang phát triển (section 2.1 và 9.5)

 Số liệu thực đo (actual data) về thiết kế và những khó khăn trong việc vận hành những hệ thống tưới hiện tại.

Những thách đố về tưới nước sẽ là vấn đề lớn nhất (đối với các nước đang pháttriển mà ở đó đã cải thiện những ứng dụng quản lý nước) sẽ có một tiềm năng

to lớn trong việc gia tăng sản xuất lương thực thực phẩm, và fibre

Chương trình hành động cuối cùng (đã được thảo luận tại Maryland, USA,

13-15/5/1980) sẽ bao gồm việc ĐẦU TƯ (input) hệ thống tưới có ý nghĩa, những chương trình ở các mức độ : TRANG TRẠI, LÀNG XÃ, QUỐC GIA VÀ CẢ QUỐC TẾ.

3 Các hằng số nước trong đất (Thang độ ẩm).

III/ Hệ thống ĐẤT NƯỚC (theo quan niệm động)

1 Năng lượng nước trong đất ẩm

2 Các thành phần năng lượng nước trong đất ẩm

3 Đường tương quan giữa áp suất giữ nước và ẩm độ đất

IV/ Các phương pháp xác định độ ẩm và đường đặc trưng của đất

1 Phương pháp sấy khô

2 Phương pháp dùng điện trở

3 Phương pháp phóng xạ

4 Phương pháp dùng trương lực kế (tensiometer)

5 Phương pháp đo đường đặc trưng (màng áp suất)

V/ Hiện tượng thảo mộc rút nước từ rễ cây

1 Tổng quát

2 Các quan niệm về lượng nước hữu hiệu cho cây

- Quan niệm cũ - Quan niệm mới

3 Phân tích các hiện tượng di chuyển của nước trong hệ thống ĐẤT CÂY TRỒNG

–NƯỚC-4 Rễ cây rút nước trong đất

Từ khóa: - Độ ẩm đất hoặc ẩm độ đất (soil moisture),

- hằng số nước trong đất (moisture constants),

- lượng nước hữu hiệu (available water), - nước dính (adhesion water),

- nước màng (cohesion water), - nước trọng lực (gravitional water),

- lực giữ nước của đất (water retention) (pF),

- hệ số truyền nước (K) (hydraulic conductivity).

Các vấn đề cần nắm vững:

1 Các khái niệm, cách tính ẩm độ đất và việc theo dõi (đo) độ ẩm đất

2 Các dạng nước trong đất và các lực giữ nước trong đất

3 Các khái niệm về lượng nước hữu hiệu đối với cây trồng

4 Sự di chuyển của nước trong đất vào vùng rễ cây (hoặc sự hấp thụ nước trong đất của rễ cây và sự di chuyển lên thân lá)

5 Các yếu tố ảnh hưởng lên việc hấp thụ nước của rễ cây

-***** -Chương 2: HỆ THỐNG ĐẤT-NƯỚC-CÂY TRỒNG.

I/ Giới thiệu dẫn nhập:

Mục đích cuối cùng của Thủy nông vẫn là việc dùng nước để tạo trong đất mộtmôi trường tối hảo cho cây trồng, đồng thời duy trì hay cải tiến độ phì nhiêu của đất.Mỗi một loại đất, mỗi một cây trồng có nhu cầu nước riêng, vì thế để thiết kế hệ thốngthủy nông trước hết ta phải biết các cây trồng, các loại đất có phản ứng như thế nào, sửdụng lượng nước tưới như thế nào khi được tưới nước? Có như thế thì ta mới tính tóanđúng được lượng nước, phẩm chất nước, kế hoạch tưới nước cho từng thửa ruộng, vàtrên cơ sở cho 1 hệ thống rộng

Nói một cách khác, các liên hệ giữa Đất-Nước-Cây Trồng phải được xem là

cơ sở cho việc thiết kế các hệ thống và sử dụng các hệ thống thủy nông Các liên hệ

đó phải được xem là các liên hệ nội tại, hữu cơ trong một hệ thống thống nhất Mục

đích của chương này là khảo sát các mối liên hệ đó

II/ Hệ thống ĐẤT-NƯỚC (theo quan niệm thổ nhưỡng hay quan niệm tỉnh):

để diển tả hay đo lường lượng nước có trong đất , người ta dùng các chỉ số “ độ ẩm”hay “ẩm độ” như sau:

a/ Độ ẩm tính theo trọng lượng (, tính theo ):

 (%) = [(TL đất ướt –TL đất khô) * 100] / TL đất khô

b/ Độ ẩm tính theo thể tích (, tính theo ):

 () = 100 * (TT nước chứa trong đất)/ TT toàn thể khối đất

c/ Chiều cao lớp nước tương đương (htd, tính bằng đơn vị chiều cao): là chiều cao của lớp nước chứa trong 1 chiều cao đơn vị của đất (ví dụ: 1 m)

htd = (thể tích nước chứa trong đất)/(thể tích toàn thể khối đất)

d/ Mối quan hệ giữa  và 

 =  * eb

Trong đó eb là dung trọng hay tỉ trọng biểu kiến khô của đất

eb (g/cm3) = (TL đất khô)/(TT toàn thể khối đất)

 Một số thông số khác thường dùng trong thủy nông là:

Thí dụ 1: Một mẫu đất có trọng lượng ướt (Mt) là 1000 g, thể tích khối đất (Vt) là 640

cm3 Trọng lượng sau khi sấy khô (Ms) là 800g Giã sử đất có tỉ trọng hạt s là 2,65 g/cm3

5 Độ ẩm thể tích = Vw/Vt = 200/640 = 0.3125 = 32.15%

6 Độ ẩm bảo hòa s = Vw/(Vt-Vs) = 200/(640-301.9) = 0.592 = 59.2%

7 Độ rỗng không khí fa = Va/Vt = (600-200-301.9)/640 = 0.216 = 21.6%

Thí dụ 2: a/Tính chiều cao lớp nước tương đương (cm) trong 1 phẫu diện đất sâu 1m

với các thông số như sau:

b/ Tính lượng nước chứa trên 1 ha có trong phẫu diện trên

a/ Hơi nước: Hơi nước có mặt trong tế khổng rất cần cho sự hoạt động pháttriển của bộ rễ, lông rễ Hơi nước luôn di chuyển từ chổ có áp suất tuyệt đối cao đếnnơi có áp suất tuyệât đối thấp hơn, nó cũng có thể di chuyển từ trong đất ra ngoàikhông khí và bị gió cuốn đi một cách thụ động Đó là nguyên nhân chủ yếu để hìnhthành sự bốc hơi mặt đất (mất nước trong đất).

b/ Nước liên kết hóa học: Do đặc tính hóa học của nước là một phân tử 2 cực(diopole) [H2O <=> H+ + OH-], nước có thể liên kết với các hạt đất (ví dụ ion Na+trong đất) tạo thành một lớp nước liên kết hóa học, liên kết vô cùng chặt chẻ với cácphân tử rắn trong đất, và không thể hút bởi rễ cây nên cây không sử dụng được Vì thếkhi tính độ ẩm đất, người ta không tính đến lượng nước này Lượng nước này chỉ cóthể tách rời khỏi đất khi có lực hút lớn (ví du:ï sấy ở 500 oC)

c/ Nước liên kết lý học: Đây là lượng nước giữ lại trong đất nhờ các lực phân

tử Nó bao gồm:

- Nước dính (nước hấp thụ, hay nước liên kết): do lực hấp thụ của các hạt đất lên

các phân tử nước Nước tạo thành 1 lớp mỏng chung quanh hạt đất, có chiều dàykhoảng 5 lần đường kính phân tử nước Lượng nước này thay đổi tùy theo thành phần

cơ giới của đất (đất sét > đất cát) Lượng nước này chỉ có thể di chuyển khi biến thànhhơi (sấy)

- Nước màng (hay nước liên kết hờ): lượng nước này được lớp nước dính hấp

thu bằng các lực phân tử định hướng Lớp nước màng có chiều dày từ 2 - 6 lần chiềudày của lớp nước dính Nước màng có thể di chuyển ở thể lỏng từ chổ màng dày đếnchổ màng mỏng khi có1 lực hút lớn; cây trồng có thể hấp thụ một phần của lượngnước này nhưng rất khó khăn Lượng nước này gia tăng khi các hạt đất là hạt nhỏ Cátkhoảng 1,5 % trong khi đó sét có thể lên đến 30%

d/ Nước tự do: Nói chung tất cả các lượng nước không chịu tác dụng bởi các lực liên kết phân tử thì được gọi là nước tự do

Không khí và hơi nước

Hạt đất Nước dính Nước màng

Nước mao quản (nước tự do)

Hình 2.2: Các dạng nước trong đất

- Nước mao quản: là lượng nước nằm ngoài lớp nước màng, chịu sự tác dụng của

lực mao dẫn Chính nhờ nước mao quản này mà nước ngầm có thể từ dưới leo lên trên

(mao quản leo), hay vẫn tiếp tục di chuyển từ trên xuống dưới sau khi ngừng cung cấpnước (mao quản treo) Người ta còn chia nước mao quản thành 2 loại: nước góc chỉchịu sự tác dụng của lực mao quản (là nước tại chổ cong nơi tiếp xúc của các lớp nướcmàng) Khi nước góc này dày thêm, tiếp xúc với nhau thì tạo thành mao quản ống(chịu tác dụng của lực mao dẫn lẫn trọng lực).

- Nước trọng lực: sau khi thành lập nước mao quản ống, giữa các tế khổng có khi

còn chổ trống chưa chứa nước Nếu được tiếp tục cung cấp nước thêm thì các chổtrống này sẽ chứa nước Lượng nước này gọi là nước trọng lực vì nó chỉ chịu sự tácdụng của trọng lực

Nước tự do là lượng nước cây trồng có thể hấp thu được

II.3 Các hằng số nước trong đất (hay là thang ẩm độ)(hình 2.3 và bảng 2.3):

a/ Độ ẩm bảo hòa (ĐA)bh: khi các lỗ rổng chứa đầy nước

b/ Độ ẩm đồng ruộng hay còn gọi là thủy dung ngoài đồng (field capacity):

Khi đất đã ở độ ẩm bảo hòa mà ngưng cung cấp nước, nước tiếp tục chuyểnđộng xuống sâu theo tác dụng của trọng lực Sau khi lượng nước trọng lực vừa chảy đihết khoảng 2-3 ngày sau khi mưa hoặc tưới, thi độ ẩm đất lúc đó là độ ẩm đồng ruộng(ĐA)dr Áp suất giữ nước tương ứng lúc đó khoảng 1/3 bars Ngoài ra ngưới ta còn cóthể định nghĩa (ĐA)dr theo lực giữ nước của đất (sẽ học ở phần tiếp theo sau) là:

- Áp lực giữ nước là –100 cm hay pF = 2 và mực nước ngầm sâu hơn 1m (theo Driessen, 1986a)

- Áp suất giữ nước là –50vm => - 330 cm (theo Keague et al 1984)

Những yếu tố ảnh hưởng lên độ ẩm đồng ruộng là:

a1 Sa cấu: sa cấu càng mịn thì ĐA(dr) càng cao

a2 Loại sét (type of clay): Nhiều montmorillonite thì ĐA(dr) càng cao.

a3 Thành phần hữu cơ : thành phần hữu cơ có thể giúp đất giữ nước nhiều hơn,nhưng lượng nước hữu cơ hiện diện trong đất thường rất thấp nên ảnh hưởng khôngđáng kể

a4 Tỉ lệ tái phân phối độ ẩm càng chậm => ĐA(dr) càng cao

a5 Sự hiện diện của tầng không thấm làm cản trở việc tái phân phối độ ẩm, do đólàm tăng ĐA(dr)

a6 Bốc thoát hơi

c/ Độ ẩm min (ĐA)min: Độ ẩm tối thiểu để duy trì năng suất cây trồng (được trìnhbày chi tiết ở phần V.2)

Độ ẩm min có thể được xác định bằng 2 cách như sau:

c1 Khi không có đầy đủ tài liệu:

(ĐA)min = [(ĐA)dr + (ĐA)hc]/2

c2 Xét theo 2 yếu tố : nhóm cây và ETm => p:

Trong đó p = [(ĐA)dr – (ĐA)min] / [(ĐA)dr – (ĐA)hc]

p được gọi là hệ số thiếu hụt độ ẩm (bảng 2.1 và bảng 2.2)

Bảng 2.1: Nhóm cây (theo Doorenbos et al, 1979)

Nhóm cây Cây trồng đại diện

1 Hành lá, Tiêu, Khoai tây

2 Bắp cải, Đậu (Pea), Cà chua

3 Đậu (Bean), Đậu phụng, Hướng dương, Dưa hấu, Lúa mì

4 Bông vải, Bắp, Mía, Thuốc lá

Bảng 2.2: Hệ số thiếu hụt độ ẩm p (theo nhóm cây và ETm).

* Khi vài lá bắt đầu héo mà không phục hồi (tươi) trở lại thì gọi đó là độ ẩm héo câyvĩnh viễn (permanent wilting point)

* Khi toàn cây đã héo thì gọi là độ ẩm héo cây tối hậu (ultimate wilting point)

Tuy sự khác biệt đo bằng ẩm độ giữa 2 trị số này rất nhỏ, nhưng sự khác biệtgiữa áp suất hút lại khá lớn (xem phần sau)

e/ Khoảng nước hữu hiệu: là khoảng ẩm độ từ (ĐA)dr đến (ĐA)hc

f/ Khoảng duy trì năng suất: là từ (ĐA)dr đến (ĐA)min

Dạng nước Hằng số nước trong đất Khoảng ẩm độ

(ĐA)bảo hòa Nước

Trọng lực

(ĐA) đồng ruộng

(1/3 bar) Khoảng nước

mao quản

(ĐA) héo cây vĩnh viễn

III/ Hệ thống ĐẤT-NƯỚC (theo quan niệm động học).

III.1 Năng lượng nước trong đất ẩm:

Nước trong đất, cũng như bao vật chất khác, đều có chứa năng lượng

Xét 1 điểm bất kỳ trong chất lỏng nằm trong đất Theo phương trình Bernouilli,năng lượng tại điểm đó là:

Năng lượng nước trong đất ẩm hầu hết ở trạng thái tỉnh tùy thuộc vào vị trí (z)

và tình trạng nội tại (năng lượng ma trận) ( p/ g) của phân tử nước đang xét

Khi có sự khác biệt năng lượng giữa 2 điểm nước trong đất mà nước có thể dichuyển từ điểm này qua điểm khác (từ nơi có tiềm năng cao đến nơi có tiềm năng thấphơn)

Như vậy lực tác dụng lên sự di chuyển của nước là

Fs = -dE/ds

trong đó: dE: chênh lệch năng lượng của 1 đơn vị trọng lượng nước

ds: đọan đường di chuyển, hay khỏang cách giữa 2 điểm

Dấu – chỉ sự giảm năng lượng theo đọan đường di chuyển

Do đó để nói đến năng lượng của nước tại 1 điểm là phải so sánh năng lượng ởđiểm đó với năng lượng của 1 điểm khác ở điều kiện chuẩn nào đó Điều kiện chuẩn,

có thể là nước ở trạng thái tự do, không chứa chất hòa tan, có áp suất khí trời, cùngnhiệt độ và độ cao như nước trong đất tại điểm ta đang xét

Theo định nghĩa trên đây thì năng lượng nước trong đất bảo hòa sẽ dương (+)

và trong đất khô hay ẩm sẽ âm (-) Như vậy nói đến lực giữ nước của đất ở 1 trạng tháinào đó là nói đến cần 1 lực để đem nước từ đất ở trạng thái đó sang trạng thái ứng vớiđiều kiện chuẩn

Năng lượng nước cĩ thể đo bằng đơn vị lực: atmosphere (atm), bar, chiều cao cột nước (H, cm), hay kgf/m2 ….trong đĩ:

1 atm = 1 bar = 10 m nước = 1 kgf/cm2

III.2 Các thành phần năng lượng nước trong đất:

Nước trong đất chịu sự tác dụng của nhiều lực, chính các lực này làm năngluợng của nước trong đất khác năng lượng của nước tự do Các lực thơng thường nhấtlà:

 Trọng lực (tạo nên thế năng)

 Lực phân tử (do các hạt đất tác dụng lên nước) (tạo nên năng lượng ma trận)

 Lực do sự khác biệt nồng độ (tạo nên năng lượng thẩm thấu)

- Thế năng (Eg): chỉ phụ thuộc vào vị trí so với 1 mặt chuẩn bất kỳ,

Nếu gọi P là áp suất trong hệ thống thì Em = P (P <0)

-Năng lượng thẩm thấu (Et): Nước ở trong đất cũng như nước trong hệ thống rễcây đều chứa các chất hịa tan, và vì nước trong đất phải được ngấm vào trong rễ, chonên năng lượng của thẩm thấu cần được để ý (thí dụ trong trường hợp đất nước mặn).(Et < 0 )

Thơng thường khi so sánh năng lượng là ta so sanùh với năng lượng nước ở điềukiện chuẩn ở cùng 1 cao độ (ta cĩ thể lấy z = 0)

Vì vậy E = Em + Et

Ngồi ra, Em>>Et, Do đĩ E = Em = P (hình 2.4)

Hình 2.4 cho thí dụ về ảnh hưởng của chất lượng nước lên áp suất nước trong đất.Nước trong đất cĩ thể chứa nhiều chất hịa tan, nên nếu nĩ tiếp xúc với nước tự do(nước cất) qua khối đất nằm ở giữa 2 màng bán thấm (nghĩa là chỉ thấm nước khơngcho khơng khí và chất hịa tan đi qua) thì nước tự do sẽ chảy qua đất Nĩi cách khác,chất hịa tan đã làm hạ năng lượng của nước trong đất

Màng thấm nước và chất hịa tan Màng thấm nước

Nướ

c

cất

Dung dịch đất

Đất ướt

Nước cất

Tổng Thẩm thấu

Hình 2.4: Áp suất giữ nước của đất.

III.3 Đường tương quan giữa áp suất giữ nước và ẩm độ trong đất.

lực giữ nước trúc lên lực giữ nước của hạt đất

Tại mỗi ẩm độ, nước trong đất có 1 năng lượng ma trận riêng tùy thuộc vào tínhchất của đất và của nước Do đó, người ta có thể thiết lập đường biểu diễn sự liên hệgiữa năng lượng ma trận (hay áp suất giữ nước) và ẩm độ đất Đường này gọi là đườngđặc trưng ẩm độ-áp suất giữ nước Đường đặc trưng này thay đổi tùy theo sa cấu (hình2.5) và theo cơ (kết) cấu đất (hình 2.6)

IV/ Các phương pháp xác định độ ẩm và đường đặc trưng của đất.

IV.1 Phương pháp sấy khô:

Đây là phương pháp thông dụng nhất

Nguyên tắc và dụng cụ: Tủ sấy (dùng để chỉnh nhiệt độ tự động), sấy ở nhiệt độ 105oC

trong thời gian khoảng 24 giờ (nghĩa là cho đến khi sự thay đổi trọng lượng khôngđáng kể) Sau đó dùng công thức (1) để xác định độ ẩm

Khuyết điểm: - Không đo được tức thời, tại chổ (hiện trường)

- Một số loại sét còn giữ lại nước dính, nước màng

- Một số chất hữu cơ có thể bị oxýt hóa (ozidized), và bị phân hủy(decomposed, decay) ở 105oC Do đó, việc giảm trọng lượng có thể không hoàn toàn domất nước trong đất Để giảm khuyết điểm trên đây, người ta tăng kích cở mẫu và giảm

số lượng mẫu, nhưng điều này lại dẫn đến việc phá hủy hoặc làm rối loạn (disturb) lôquan sát thí nghiệm

IV.2 Phương pháp dùng điện trở : (electric resistance) (hình 2.7).

Nguyên tắc và dụng cụ: Gồm 1 thỏi sứ hay fibre glass có 1 cặp điện cực (electrodes).

Thỏi sứ hút nước, cân bằng ẩm độ với lớp đất chung quanh nếu được chôn xuống đất

Ẩm độ trong thỏi sứ làm thay đổi điện trở của điện cực và do đó có thể xác định bằng

1 ohm-mét

- Ưu điểm: - Đo tức thời, tại chổ

- Khuyết điểm: - Khoảng ẩm độ khảo sát hẹp

- Trị số đo bị ảnh hưởng bởi các chất hòa tan

- Trị số đo sẽ sai khi thỏi sứ không tiếp xúc với đất tốt

IV.3 Phương pháp phóng xạ:

Nguyên tắc: Phóng xạ xuất phát từ 1 thỏi radium và berryllium hay amdricium và

berryllium, sẽ đụng vào các hạt nhân của các nguyên tử chung quanh làm tăng nănglượng của các phóng xạ Năng lượng giảm nhiều nhất khi các phóng xạ (neutrons, cáchạt trung hoà) đụng phải các hạt nhân có trọng lượng gần bằng chúng, đó là các hạtnhân H2 trong H2O (Hillel, 1971) Thí nghiệm cho thấy, số lượng các hạt trung hòa bịgiảm năng lượng tỉ lệ với số lượng các phân tử H2 trong đất Số lượng các hạt bị làmchậm lại được đo bởi các đồng hồ phóng xạ

Dụng cụ: Gồm 1 probe hình trụ, đầu có gắn chất phóng xạ Chung quanh được bảo vệ

bằng lưới chì (Pb) và Polyethylene Đồng hồ đo các hạt H2 bị làm chậm lại

Ưu khuyết điểm: Đo được độ ẩm tính theo thể tích Vùng ảnh hưởng đo được là 1 hình

cầu 15cm < D < 50cm Vì vậy trị số đo được là trị số trung bình Ngoài ra, phươngpháp này không thích hợp cho việc đo gần mặt đất hay những nơi có độ ẩm mất liêntục (mặt ướt, wetting front)

IV.4 Phương pháp dùng trương lực kế: (tensiometter) (hình 2.8)

Nguyên tắc và dụng cụ: Gồm chén sứ, ống nối và áp suất kế, nước được chứa đầy bên

trong Khi chôn chén sứ vào đất, sức hút nước từ đất khiến nước trong trương lực kếthoát ra ngoài theo các tế khổng của chén sứ làm giảm áp suất trong ống, áp suất kế sẽghi lại trị số này và đó là áp suất giữ nước của đất

Ưu khuyết điểm: Thường được dùng ngoài đồng để theo dõi độ ẩm của đất trồng trọt.

Chỉ đo được áp suất trong đất khi áp suất đo nhỏ hơn áp suất khí trời (< 1atm)

IV 5 Phương pháp đo đường đặc trưng: (dùng màng áp suất) (hình 2.9).

Nguyên tắc và dụng cụ: Các thành phần chủ yếu được trình bày trong hình 2.9 Mẫu

đất được đặt trên các tấm sứ rỗng (porous plate) làm bằng ceramic hay các màngcellulose acetate Phía trên tấm sứ có áp suất cao Phía dưới tấm sứ có áp suất thấp (khítrời) Tất cả chứa trong 1 hộp (chamber) chịu áp suất cao Khi tăng áp suất phía trên,tức là tăng sức hút từ phía dưới, nước sẽ thoát ra khỏi dĩa và xuống phía dưới Khi sứchút đã cân bằng vơi lực giữ nuớc của đất thì nước sẽ không thoát ra khỏi đất nữa Lúc

đó ta ngưng áp suất, lấy mẫu ra và xác định độ ẩm bằng phương pháp cân sấy Nhưvậy là ta xác định được các cặp trị số (p,W) Nếu tiếp tục thay đổi áp suất ta sẽ cóù các

cặp trị số tương ứng khác (p2W2; p3W3…pnWn) Đây chính là đường tương quan giữa

áp suất giữ nước của đất và ẩm độ

Ưu khuyết điểm: Dụng cụ đắt tiền, nhưng có thể thiết lập được đường đặc trưng từ

0-20 bars (hoặc 100 bar nếu là màng cellulose acetate)

IV.6 Phương pháp dùng giấy lọc (Using filter paper Whatman No 42.)(đọc thêm)

Phương pháp dùng giấy lọc dựa trên đặc tính ẩm độ chuẩn hóa của giấy lọc đểsuy ra đặc tính ẩm độ đất Phương pháp này xác định cho áp suất tiềm thế từ khoảng –

cây không phải kiểm soát bằng nhu cầu sinh tồn và dinh dưỡng của cây mà bằng hiệntượng bốc hơi từ các tế khổng ra lớp không khí chung quanh Có hiện tượng này là vì

có 1 gradient áp suất từ lá cây qua môi trường không khí chung quanh

Nhưng không phải hoàn toàn thụ động, mà cây có thể kiểm soát được tới 1 mứcnào đó lượng nước bốc hơi bằng cách đóng hay mở cửa khổng (stoma) (hình 2.10) Lẽ

dĩ nhiên việc đóng cửa khổng có ảnh hưỡng đến việc tăng trưởng của cây vì phòngdưới khổng (sub-stomatal cavity) cũng là nơi lá cây hấp thụ CO2 cần thiết cho hiệntượng quang hợp, và đôi khi làm cho cây qúa nóng, nước không thoát ra ngoài được.Đứng về phương diện thủy nông, ta xét:

a Đất cung cấp nước cho cây có dễ dàng không? Khi nào đất không cung cấp

đủ nước cho cây?

b Hiện tượng bốc thoát hơi có ảnh hưỡng gì lên năng lượng và sự di chuyểncủa nước trong đất?

Hình 2.10: Hiện tượng thảo mộc rút nước từ rễ cây

V.2 Các quan niệm về lượng nước hữu hiệu cho cây:

NSuất

(1)

(3)

(ĐA)dr

Hình 2.11: Các quan niệm (củ) về sử dụng nước giữa (ĐA)dr và (ĐA)hc

Cũng có người cho rằng khi ẩm độ giảm từ (ĐA)dr xuống (ĐA)hc thì cây cànglúc càng khó hút nước và sự tăng trưỡng của cây bị ảnh hưỡng trước khi đạt (ĐA)hc(theo Richards, Wadhigh, 1952) (đường số 2 , hình 2.11)

Cũng có người lại dung hòa hai quan niệm trên, cho rằng có 1 khoảng độ ẩm

mà tại đó rễ cây hút nước dễ dàng rồi đến điểm nào đó sự hút nước khó dần (đường số

3, hình 2.11)

Những quan niệm trên đây tuy khá hữu dụng trong việc thiết kế và quản lý các hệthống thủy nông, nhưng không đưa ra 1 hình ảnh thật đúng đắn về sự sử dụng nướctrong đất của cây trồng Thực ra, bởi vì đó là những quan niệm tỉnh học Trong khi đó

sự sử dụng nước trong đất là 1 hiện tượng động học, cho nên để hiểu rõ hơn, ta phảidùng động học để phân tích hiện tượng

Quan niệm mới hơn về sự cung cấp nước trong đất cho cây trồng:

Nhờ những phương pháp thí nghiệm mới, người ta biết được rằng, nước trongđất luôn luôn di chuyển và lượng nước cũng như lưu lượng nước được rễ cây hútkhông tùy thuộc vào độ ẩm hay vào tiềm năng của nước trong đất mà tùy thuộc vào:

 Khả năng hút nước của rễ khỏi lớp đất tiếp xúc với rễ

 Khả năng cung cấp và dẫn truyền nước của đất

Như vậy hiện tượng này tùy thuộc vào (1) đặc tính của cây trồng (mật độ rễ, chiềusâu rễ, sự phân phối rễ và khả năng riêng của cây trồng để tăng sức hút khi gặp hạn),(2) đặc tính của đất (độ dẫn nước, đường đặc trưng), (3) và điều kiện khí hậu (xác địnhlượng nước bốc hơi, do đó lượng nước và lưu lượng hút nước vào rễ)

V.3 Hiện tượng di chuyển nước trong hệ thống ĐẤT-NƯỚC-CÂY TRỒNG.

Theo quan niệm mới thì Đất - Cây trồng - Không khí là 1 hệ thống động, trong

đó nước di chuyển từ thành phần này qua thành phần kia Qui luật duy nhất chi phối sự

di chuyển này là : nước luôn luôn di chuyển từ nơi có năng lượng cao hơn đến nơi cónăng lượng thấp hơn theo phương trình:

q = - dE/Re

Vì phương trình này tương tự như trong định luật Ohm, nên nếu có thể biểudiễn diễn tiến nước chảy từ đất vào rễ, qua cây lên lá và ra không khí (hình 2.12)

Trong mô hình trên ta thấy Rse của đất thay đổi vì:

 Độ dẫn truyền (hydraulic conductivity) của nước trong đất thay đổi theo độ ẩm

 Khi gặp hạn, rễ cây có thể tăng mật độ trong khoảng đất ẩm (giảm Rse) hay mọc thêm ra vùng đất ẩm chung quanh

Khi nước chuyển động trong hệ thống trên, ta có thể viết:

q = -dE1/R1 = -dE2/R2 = -dE3/R3

Trong đó:

dE1: sự sai biệt áp suất từ đất vào rễ (khoảng 10 bars)

dE2: sự sai biệt áp suất từ rễ vào lá (khoảng 10 bars)

dE3: sự sai biệt áp suất từ lá ra ngoài không khí (# 500 bars)

Như vậy R1, R2, R3 trong những ngày nóng, khổng có thể đóng lại Do đó R tăng, q giảm

Hình 2.12: Sự di chuyển của nước trong hệ thống Đất-Nước-cây trồng

V 4 Việc rễ cây hút nước trong đất:

Nhiều loại cây rễ dài hàng km, diện tích có khi đến 100 m2 (cỏ hàng niên) Tuyvậy trong khối đất chứa rễ, chỉ có chừng 1% hạt đất tiếp xúc với rễ cây (Hillel) Nhưvậy, muốn vào được trong rễ, nước phải di chuyển trong đất có khi hàng cm (Gardner,1968)

Muốn rễ cây liên tục lấy được nước, lực hút nước của rễ phải lớn hơn lực giữnước của đất Nhưng như vậy chưa đủ, vì lực giữ nước của đất nơi tiếp xúc với rễ dầndần cân bằng với lực hút nước của rễ Như vậy phải có điều kiện nữa là nước phải dichuyển trong đất về phía rễ với 1 lưu lượng bằng lượng bốc thoát hơi

Gardner (1968) chứng minh rằng sự khác biệt giữa lực hút nước của rễ và lựcgiữ nước của trung bình khối đất chung quanh để duy trì một lưu lượng q sẽ tỉ lệ thuậnvới lưu lượng và tỉ lệ nghịch với khả năng truyền nước k của đất (xem bài đọc thêm).Như vậy thì dE cần có để duy trì sự chảy sẽ tùy thuộc vào :

 Lượng thoát hơi nước của cây (chi phối q)

 Độ ẩm trong đất (chi phối k)

Cây sẽ mất nước khi lượng nước hút vào không đủ bù cho lượng nước thoát hơi q(vì thoát hơi qúa cao hay rễ qúa thưa) Trong những trường hợp đó, hoặc cây phải giatăng lực hút nước của rễ cây hay tăng mật độ của rễ cây, nếu không cây sẽ héo dần(đóng cửa khổng) Như vậy độ ẩm hay lực giữ nước của đất tương ứng khi cây héokhông cố định mà tùy thuộäc vào q và k (qua độ ẩm đất)

 Lượng thoát hơi q (hình 2.13): chỉ khi q =0 thì lực hút nước của rễ và lực giữ nướctrong đất mới bằng nhau, khi đó cả 2 lực này đều nhỏ hơn 10 bar Khi q tăng và lựcgiữ nước trong đất hơn 10 bar thì lực hút nước của rễ phải cao hơn, khoảng 20-30bar thì mới duy trì được sự hút nước của rễ ở lưu lượng q.

Tuy nhiên rễ cây chỉ duy trì được lực hút tối đa khoảng 15-20 bar Do đó, ứng vớimột lưu lượng thoát hơi q > 0 và khi lực hút nước của rễ cây đạt tối đa thì tới một lúcnào đó đất sẽ khô dần và không đủ nước cung cấp theo yêu cầu lượng q, cây sẽ héodần Tại điểm cây héo, lực giữ nước trong đất sẽ nhỏ hơn và ẩm độ trong đất tươngứng sẽ lớn hơn so với trường hợp q nhỏ hơn hoặc q=0

 Độ ẩm đất (hình 2.14) khi q=0 , thì lực hút của rễ bằng lực giữ nước, lúc nàyđường đậm chính là đường đặc trưng ẩm độ -lực giữ nước trong đất Trong đất cát,phần lớn nước được chứa trong tế khổng lớn, chỉ có khỏang 6-7% nước chứa trong

tế khổng nhỏ, do đó cây cần phải tăng lực hút nhiều mới rút được lượng nước này

ra Chính vì lẽ đó cho nên trong đất cát, độ ẩm của đất ít có ảnh hưởng đến sự sinhtrưởng của cây, và cho đến khi độ ẩm gặp giới hạn điểm héo thì cây sẽ héo độtngột

Trong trường hợp đất sét, đường đặc trưng biến động nhiều từ độ ẩm cao đến thấp,nghĩa là ảnh hưởng của độ ẩm lean cây từ từ Hình 2.13, 2.14 cũng cho thấy ẩm độhéo cây thay đổi ít đối với cát nhưng thay đổi khá nhiều khi đất là sét ở các lưulượng hút nước của rễ khác nhau

Hình 2.13: Tùy thuộc vào lưu lượng hút nước của rễ

Hình 2.14: Tùy thuộc vào ẩm độ đất

Câu hỏi thảo luận:

1 Tại sao nước có thể cung cấp cho những cây cao có thể lên đến 50m?

2 Cây có hấp thụ nước vào ban đêm không ? Tại sao?

3 Một loại đất có thể thích hợp cho tất cả các loại cây trồng không ? Tại sao?

4 Sự khác biệt giữa quan niệm tỉnh và quan niệm động trong quan hệ Đất - Nước?

5 Tại sao cây trồng đóng khổng và các ảnh hưởng của nó?

Chương 3 BỐC THOÁT HƠI & NHU CẦU NƯỚC của CÂY TRỒNG

2 Phương pháp gián tiếp

IV/ Nhu cầu nước của cây trồng

V/ Bài đọc thêm về các công thức tính lượng bốc thoát hơi chuẩn

Từ khóa: - Bốc hơi (evaporation E) - Thoát hơi (transpiration T),

- Bốc thoát hơi (evapotranspiration ETa)

- Bốc thoát hơi chuẩn (reference crop evapotranspiration ETo)

- Nhu cầu nước của cây trồng (crop water needs / requirement)

- Nhu cầu nước tưới (irrigation water needs)

- Cân bằng nước (water balance).

Các vấn đề cần nắm vững:

1 Các yếu tố ảnh hưởng lên bốc thoát hơi

2 Cách đo bốc hơi qua chậu bốc hơi loại A (Ep)

3 Các cách tính lượng bốc thoát hơi chuẩn (ETo)

4 Cách tính nhu cầu nước của cây trồng (ứng dụng bảng tính Excel…)

5 Cân bằng nước ngoài đồng

Chương 3: BỐC THOÁT HƠI VÀ NHU CẦU NƯỚC CỦA CÂY TRỒNG.

I/ Tổng quát:

Sau khi tưới nước (hoặc mưa), nước ngấm xuống đất, được rễ cây hút lên, sau

đó truyền lên thân, lá, và biến thành hơi nước thoát ra ngoài không khí Đó là hiện

tượng thoát hơi (transpiration) Đồng thời, vùng đất mặt chung quanh cây cũng bị mặt

trời, gió, nhiệt độ, bức xạ tác động lên và biến nước trong tầng đất mặt thành hơi nước

và thoát ra ngoài không khí Đó là hiện tượng bốc hơi khoảng trống hay gọi tắt là hiện

tượng bốc hơi (evaporation)

Như vậy trên một khoảnh đất trồng cây, lượng nước mất ra ngoài không khí(mm/ngày) bao gồm cả bốc hơi và thoát hơi Về phương diện vật lý và sinh lý câytrồng, hai hiện tượng trên đây khác nhau Nhưng từ khía cạnh quản lý thủy nông, bốchơi và thoát hơi đều gây ra việc thất thoát lượng nước trong đất ra ngoài không khí Để

bù lại lượng nước mất trong đất do bốc thoát hơi , cần tưới bổ sung lượng nước mớicho cây trồng Chính vì thế, để tính được lượng nước cần tưới cho cây trồng, ta có thể

khảo sát hiện tượng Bốc thoát hơi (evapotranspiration).

II/ Những yếu tố ảnh hưởng đến Bốc thoát hơi (BTH):

II.1 Các yếu tố khí tượng:

 Ẩm độ không khí tăng, BTH giảm(tỉ lệ nghịch)

 Áp suất không khí tăng, BTH giảm (tỉ lệ nghịch)

 Nhiệt độ không khí tăng, BTH tăng (tỉ lệ thuận)

 Ánh sáng tăng, BTH tăng (tỉ lệ thuận)

 Gió tăng, BTH tăng (tỉ lệ thuận)

II.2 Các yếu tố đất đai:

 Ẩm độ đất tăng, BTH tăng (tỉ lệ thuận)

 Biện pháp làm đất: Cày lật có lượng bốc hơi thấp hơn so với còn để rơm rạ

II.3 Các yếu tố cây trồng:

 Lá: Những cây có nhiều lớp tế bào diệp lục và những lá bị hóa cutine nhiều thì thoát hơi nhiều hơn

 Rễ: Những cây có hệ thống rễ sâu, mật độ rễ cao, diện tích rễ lớn, có khảnăng hút nước cao Do đó có thể mất đi mọât lượng nước lớn ngay trong những điềukiện khô hạn mà các rễ khác không thể hấp thu được

 Loại cây: Do hệ thống rễ khác nhau, cấu tạo lá khác nhau, nên chắc chắnlượng nước cần khác nhau (xem phần hệ số hoa màu Kc)

 Thời kỳ tăng trưởng của cây: Khi cây còn nhỏ, lượng bốc thoát hơi hầunhư là lượng bốc hơi khoảng trống Lượng thoát hơi tăng dần khi cây có lá, và cực đạikhi ra bông kết trái (thông thường đây là thời kỳ cây không thể thiếu nước) sau đógiảm nhanh khi chín, thu hoạch (hình 3.1)

Hình 3.1: Nhu cầu nước của cây qua các thời kỳ tăng trưởng.

Ghi chú:

Planting (Gieo trồng) Emergence (nẩy mầm) Growth (phát triển)

Effective full cover (che phủ hoàn toàn) Maturation (chín)

Complete irrigation (tưới hoàn toàn đầy đủ) Partial irrgation (tưới 1 phần)

II.4 Các yếu tố khác:

Phương pháp dẫn thủy (tưới): Tưới ít và liên tục (từng ngày) làm lượng bốc

hơi gia tăng Tưới thưa hơn nhưng mỗi lần tưới nhiều hơn để nước di chuyển sâuxuống đất, sẽ giảm lượng bốc hơi và cây sử dụng được nhiều hơn

Biện pháp và kỹ thuật nông nghiệp: Các hình thức canh tác, mật độ gieo

trồng, che phủ mặt đất v.v đều có ảnh hưỡng lên chế độ nhiệt, khả năng phát triển của

bộ rễ trong đất, độ ẩm đất và khả năng tiếp xúc của đất với không khí Do đó ảnhhưởng lên sự thay đổi bốc thoát hơi

III/ Các phương pháp xác định lượng bốc thoát hơi:

III.1 Phương pháp đo trực tiếp:

a Dùng thủy tiêu kế (hình 3.2)

* Nguyên tắc: Đo thể tích (TT) hay trọng lượng nước (TL) mất đi từ các thùng trồng

cây dựa vào công thức:

TLbth = (TL đầu – TL cuối) + TL tưới – TL tiêu (1)

Hay TTbth = (TT đầu – TT cuối) + TT tưới – TT tiêu (2)

* Yêu cầu và khuyết điểm:

- Yêu cầu là điều kiện về môi trường xung quanh đối với thùng trồng cây phảitương tự hoặc càng ít khác biệt với điều kiện trồng cây tự nhiên bên ngoài thùng thìcàng tốt

- Độ chính xác đòi hỏi rất cao (vì bốc hơi rất nhỏ so với thể tích hoặc trọng lượng thùng chứa)

- Vấn đề truyền nhiệt trong và ngồi thùng phải gần giống nhau (do đĩ tốt nhất

là người ta phải chơn thùng xuống đất để tránh nhiệt độ của thùng cao gây ra sự khácbiệt trong và ngồi thùng)

Pressure sensor

(bộ cảm biến áp suất)

Hình 3.2: Thủy tiêu kế kiểu trọng lượng (a weighing lysimeter).

* Các loại thủy tiêu kế:

- Loại chậu nhỏ: Chậu nhỏ => cân nhỏ, do đĩ dễ chính xác, nhưng gặp trở ngại

về vấn đề truyền nhiệt, chịu ảnh hưởng nhiều bởi cây trồng chung quanh và cản trở sựphát triển của hệ thống rễ

- Loại thủy tiêu kế 3 thùng (hình 3.3): dùng cho cây lúa

Trong đĩ: TL1, TL2, TL3: trọng lượng của thùng 1,2,3

(đ),(c) : Thời điểm đầu và cuối thời kỳ đo

Thấm lậu

x x x x x

Lúa

Thùng chứa (Container)

Kín đáy

Đo bốc hơi

III.2 Dùng các lô thực nghiệm:

Phương pháp này chủ yếu dựa vào việc đo lượng nước vào ra của lô thí nghiệm

và tính toán cân bằng nước ngoài đồng Nhờ tính toán này mà ta biết được lượng nướctiêu thụ trong mùa vụ và tương quan giữa năng suất và lượng nước tiêu thụ Nhu cầunước là lượng nước tiêu thụ cho năng suất cao nhất

III.3 Phương pháp đo gián tiếp (dựa vào công thức):

Có rất nhiều công thức để xác định nhu cầu nước cho cây trồng Mỗi một côngthức đều có những ưu nhược điểm riêng của nó (xem bài đọc thêm)

IV Nhu cầu nước của cây trồng:

Việc tính toán nhu cầu nước của cây trồng nhằm giúp chúng ta xác định mộtcách khái quát tổng thể lượng nước cần có để đáp ứng yêu cầu về nước cho cây trồngphát triển tốt

IV.1 Vai trò của nước đối với cây trồng:

Trung bình, cây trồng sử dụng từ 0.5-0.7 m3 nước để tạo ra 1 kg chất khô (drymatter).Việc thiếu nước thường giới hạn sự tăng trưởng của cây trồng Như vậy nướcđóng ,một vai trò rất quan trọng đối với cây trồng (người canh tác) do các chức năngsau đây:

- Tế bào thực vật chứa từ 50 – 90% là nước (tùy theo loại tế bào)

- Khi tế bào thực vật đầy đủ nước thì sẽ làm cho cành thẳng đứng, lá mở rộng để tiếpnhận ánh sáng

- Tham gia trong phản ứng quang tổng hợp (tạo ra carbohydrates)

- Làm mát cây trồng (do thoát hơi)

- Hoà tan dinh dưỡng trong đất, và từ đó được rễ cây hấp thụ

- Dung môi (solvent) trong những phản ứng hóa học xảy ra trong cây

kc: hệ số hoa màu của cây trồng (bảng 3.2a,b,c,d)

Hệ số hoa màu kc phụ thuộc vào loại cây và thời kỳ tăng trưởng của cây

ETo: lượng bốc thoát hơi chuẩn

Có rất nhiều công thức để xác định lượng ETo này, nhưng phần lớn chủ yếudựa vào dữ liệu khí hậu như Penman, Blaney-Criddle, hoặc bức xạ, và v.v (xem bàiđọc thêm) Các công thức này rất phức tạp và đòi hỏi rất nhiều chỉ tiêu đo đạc về khítượng

Sau đây là công thức tính lượng bốc thoát hơi chuẩn dựa vào chậu bốc hơi loại A

Công thức tính ETo theo bốc hơi chậu A:

So với các cơng thức khác thì phương pháp này tương đối đơn giản, dễ thựchiện Chậu A là chậu trụ trịn, đường kính 120.7 cm, cao 25 cm, được đặt cao trên mặtđất 15 cm Trong chậu cĩ 1 giếng tỉnh nhỏ để vứa một thước mĩc câu để đo mực nướctrong chậu Trong chậu duy trì 1 lớp nước dày 5- 7.5 cm Hàng ngày lượng nước bốchơi từ chậu A (Ep) được đo nhờ thước mĩc câu.

ETo = kp * Ep

Trong đĩ: ETo: bốc thốt hơi chuẩn (mm/ngày)

Ep: bốc hơi từ chậu bốc hơi loại A (mm/ngày)

kp: hệ số của chậu bốc hơi, phụ thuộc vào vị trí đặt chậu A so với hiện trạng cây trồng,tốc độ giĩ và độ ẩm tương đối khơng khí (xem hình 3.4 và bảng 3.1)

Ghi chú: * Bốc thốt hơi chuẩn ETo cĩ thể tính theo cỏ (grass) hay alfalfa

* ETo tính theo cỏ là lượng bốc thốt hơi từ cánh đồng cỏ mọc tốt, phủ đầy cánh đồng,được tưới nước đầy đủ và được cắt ngắn cịn 8-15 cm

Bảng 3.1 Bảng tra hệ số kp cho chậu A

Chậu A Trường hợp A: đặt trên thảm cỏ Trường hợp B: đặt trên mặt đất khơ ráo

Trường hợp A

Hai trường hợp vị trí củ a chậu và môi trường xung quanh

Hình

3.4

Bảng 3.2b: Bảng tra hệ số cây trồng (Kc) (tính cho toàn vụ)

Loại cây trồng Thời gian tăng trưởng Hệ số Kc

Bảng 3.2 d: Bảng tra thời kỳ sinh trưởng của một số cây trồng

Cây trồng được chia ra làm 4 thời kỳ sinh trưởng như sau (hình 3.4):

- Thời kỳ cây con (initial stage)

- Thời kỳ tăng trưởng (development stage)

- Thời kỳ ra hoa, kết trái (mid season stage)

- Thời kỳ chín (late season stage)

Cây trồng Tổng thời

gian (ngày) Thời kỳ cây con

(ngày)

Thời kỳ tăng trưởng (ngày) Thời kỳ ra hoa, kết trái

(ngày)

Thời kỳ chín (ngày)