tóm tắt luận án tiến sĩ Nghiên cứu ứng dụng mô hình động thái để xác định công thức luân canh trên đất phù sa trung tính ít chua đồng bằng sông Cửu Long

Ngay từ những năm 1982, với nhiều dự án xây dựng các vùng sinh thái nông nghiệp trên thế giới và Đông Nam Á, FAO đã đưa ra nhiều quy trình để xác định cơ cấu mùa vụ cây trồng cho từng kh

-

NGÔ TI ỀN GIANG

ĐỂ XÁC ĐỊNH CÔNG THỨC LUÂN CANH

TRÊN ĐẤT PHÙ SA TRUNG TÍNH ÍT CHUA

ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG

Chuyên ngành: Trồng trọt

Mã số: 62.62.01.01

HÀ N ỘI – 2012

ƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

Ng ười hướng dẫn khoa học:

1 PGS.TS ĐOÀN VĂN ĐIẾM

2 PGS.TS NGUY ỄN VĂN VIẾT

Ph ản biện 1: PGS.TS Phạm Văn Cường

Khoa Nông h ọc, trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội

Ph ản biện 2: PGS.TS Trần Hồng Thái

Vi ện Khoa học KTTV&MT, Bộ TN&MT

Ph ản biện 3: TS Nguyễn Đại Khánh

Trung tâm KTTV Qu ốc Gia, Bộ TN&MT

Lu ận án sẽ được bảo vệ tại hội đồng chấm luận án cấp Trường

h ọp tại:

Tr ường Đại học Nông nghiệp Hà Nội Vào h ồi giờ, ngày tháng năm

Có th ể tìm hiểu luận án tại thư viện:

-Th ư viện Quốc gia Việt Nam

-Th ư viện Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội

-Th ư viện Viện Khoa học Khí tượng Thuỷ văn và Môi trường

M Ở ĐẦU

1 Tính c ấp thiết của đề tài

“Xây dựng nền nông nghiệp phát triển toàn diện theo hướng hiện đại,

bền vững, sản xuất hàng hoá lớn, có năng suất, chất lượng, hiệu quả và khả

năng cạnh tranh cao, bảo đảm vững chắc an ninh lương thực quốc gia cả

trước mắt và lâu dài” là mục tiêu, chiến lược phát triển nông nghiệp Việt

Nam đến 2020, Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn, 2009 [1]

Ngay từ những năm 1982, với nhiều dự án xây dựng các vùng sinh

thái nông nghiệp trên thế giới và Đông Nam Á, FAO đã đưa ra nhiều quy

trình để xác định cơ cấu mùa vụ cây trồng cho từng khu vực cụ thể nhằm

đạt được các mục đích chủ yếu: (1) Xác định mức độ phù hợp với các điều

kiện khí hậu từng vùng, nâng cao khả năng khai thác và sử dụng tối đa các

điều kiện khí hậu thời tiết thuận lợi, giảm thiểu các tác động không thuận

lợi trong từng vụ; (2) Khai thác tối đa lợi thế của các loại đất ở từng vùng;

(3) Bảo đảm đạt hiệu quả kinh tế cao hơn với từng mức đầu tư cho từng cơ

cấu luân canh trên từng vùng đất cụ thể; (4) Bảo đảm một nền nông nghiệp

phát triển bền vững FAO, 2006 [51]

Để đạt được 4 mục tiêu trên, từng vùng phải xây dựng được cơ cấu

luân canh cây trồng hợp lý

Cơ cấu cây trồng được hình thành từ điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã

hội cụ thể và vận động theo thời gian Một cơ cấu cây trồng hợp lý phải phù

hợp với điều kiện tự nhiên kinh tế - xã hội, thể hiện tính hiệu quả mối quan

hệ giữa các cây trồng được bố trí trên đồng ruộng, làm cho sản xuất ngành

trồng trọt phát triển toàn diện, mạnh mẽ vững chắc theo hướng sản xuất

thâm canh gắn với đa canh, sản xuất hàng hoá và có hiệu quả kinh tế cao,

Lý Nhạc và cộng sự, 1987 [24], Đào Thế Tuấn, 1989 [39]

Cùng với đề xuất cơ cấu cây trồng cần hoàn thiện các phương pháp,

công cụ tính toán cho phép sử dụng tối đa các nguồn thông tin, rút ngắn thời

gian thử nghiệm để đưa ra được các công thức luân canh phù hợp Từ đó

cho thấy một số hạn chế cần phải giải quyết: (1) Trong nghiên cứu xác định

công thức luân canh, thời vụ gieo trồng đã chú ý đến khí hậu nhưng những

biến động hàng năm của điều kiện thời tiết khí hậu ảnh hưởng đến hoạt

động sản xuất nông nghiệp như thế nào lại chưa được quan tâm nghiên cứu thoả đáng; (2) Các nghiên cứu đơn lẻ cho từng cây trồng cụ thể đã được quan tâm nhiều nhưng việc xây dựng tổ hợp các cây trồng trong mối quan

hệ với thời tiết chưa được chú ý nhiều; (3) Các công thức luân canh cần nhiều thời gian thử nghiệm nên khi đưa ra sản xuất, đôi khi đã không còn hoặc ít phù hợp với điều kiện thị trường; (4) Các công cụ mô phỏng quá trình sinh trưởng, phát triển và hình thành năng suất của các cây trồng nông nghiệp đã được phát triển mạnh mẽ trên thế giới cho phép giải quyết nhanh bài toán đó nhưng chưa được tham số hoá trong điều kiện của đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL)

Để góp phần giải quyết các nội dung trên, chúng tôi thực hiện đề tài

“Nghiên cứu ứng dụng mô hình động thái để xác định công thức luân canh trên đất phù sa trung tính ít chua đồng bằng sông Cửu Long”

2 M ục đích và yêu cầu nghiên cứu

2.1 M ục đích của đề tài

- Mô phỏng quá trình sinh trưởng, phát triển và hình thành năng suất

một số cây trồng chính phù hợp với các điều kiện khí hậu, thuỷ văn trên đất phù sa trung tính ít chua đồng bằng sông Cửu Long;

- Thử nghiệm áp dụng các thông tin khí hậu, khí hậu nông nghiệp, kinh

tế để thiết lập và đánh giá nhanh các công thức luân canh cho trên đất phù

sa trung tính ít chua đồng bằng sông Cửu Long

2.2 Yêu c ầu của đề tài

- Xác định và chính xác hoá các tham số của mô hình động thái hình thành năng suất một số cây trồng chính (lúa, ngô, đậu tương) trên trên đất phù sa trung tính ít chua đồng bằng sông Cửu Long;

- Ứng dụng mô hình động thái hình thành năng suất cây trồng để đánh giá và xác định công thức luân canh lấy lúa làm nền kèm theo các hiệu quả kinh tế trên đất phù sa trung tính ít chua đồng bằng sông Cửu Long

3 Ý ngh ĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

3.1 Ý ngh ĩa khoa học

Đánh giá tác động của điều kiện khí hậu thời tiết đến sinh trưởng, phát triển và hình thành năng suất cây trồng không chỉ dựa trên đơn lẻ từng yếu

tố mà là đánh giá tác động tổng hợp các yếu tố Đề tài là cơ sở khoa học

chứng minh tác động của điều kiện ngoại cảnh mang tính tổng hợp

Xây dựng cơ cấu gieo trồng, công thức luân canh phải nắm bắt được

các điều kiện thuận lợi, bất thuận của từng vùng nhằm phát huy thế mạnh,

giảm thiểu rủi ro trong hoạt động sản xuất nông nghiệp, mang lại hiệu quả

kinh tế cao nhất Đề tài là dẫn liệu khoa học về việc xác định công thức luân

canh phù hợp với các điều kiện khí hậu của vùng

Kết quả nghiên cứu của đề tài là phương pháp, công cụ cho phép có

đầy đủ cơ sở khoa học để đánh giá tác động của các dao động, biến đổi khí

hậu đến trồng trọt khu vực đồng bằng sông Cửu Long

3.2 Ý ngh ĩa thực tiễn

Bằng mô hình toán, trên cơ sở các thông tin khí hậu - đất đai - cây

trồng, cho phép xác định được ngay các công thức luân canh thích hợp

Điều này sẽ có ý nghĩa rất lớn cho các nhà quản lý chỉ đạo sản xuất nông

nghiệp và người nông dân, tuỳ theo điều kiện (đầu tư, giá cả ) mà ngay từ

đầu vụ có thể chọn lựa được công thức luân canh phù hợp

Kết quả của đề tài sẽ góp phần ổn định và nâng cao hiệu quả sản xuất

nông nghiệp, phát huy lợi thế của vùng phù sa trung tính ít chua ĐBSCL

nhằm từng bước nâng cao, ổn định đời sống cho người nông dân

4 Ph ạm vi nghiên cứu của đề tài

(1) Đề tài tiến hành nghiên cứu trên 3 cây trồng chính: lúa, ngô, đậu

tương trong các công thức luân canh lấy lúa làm nền trên đất phù sa trung

tính ít chua ở ĐBSCL (vùng ven sông Tiền - sông Hậu, khu vực không chịu

ảnh hưởng của lũ và triều); (2) Các tham số được xác định thông qua các

quan trắc thực nghiệm thường xuyên của Trạm Khí tượng Thuỷ văn Nông

nghiệp Trà Nóc, Cần Thơ (3) Kiểm nghiệm tính phù hợp của mô hình bằng

số liệu không phụ thuộc thông qua kết quả khảo nghiệm và kiểm nghiệm

giống, sản phẩm cây trồng và phân bón của Cục Trồng trọt, Bộ Nông

nghiệp và Phát triển nông thôn từ năm 2007 đến 2010; kết quả thí nghiệm

12 giống đậu tương tại Ô Môn, Cần Thơ (4) Các tính toán liên quan đến

hiệu quả kinh tế được xác định trên cơ sở mức đầu tư (theo định mức

khuyến nông) với giá cố định

5 Điểm mới của luận án

- Sử dụng công cụ toán học mô phỏng quá trình sinh trưởng, phát triển

và hình thành năng suất một số cây trồng chính trên đất phù sa trung tính ít chua ĐBSCL trong mối quan hệ đất - khí hậu - cây trồng theo từng bước

thời gian (mô hình động thái);

- Ứng dụng mô hình động thái hình thành năng suất cây trồng xác định các công thức luân canh lấy lúa làm nền trên đất phù sa trung tính ít chua ĐBSCL trong mối quan hệ thời tiết khí hậu - cây trồng và hiệu quả kinh tế

6 C ấu trúc của luận án

Luận án được trình bày trên 136 trang; phần mở đầu: 4 trang; chương 1: Tổng quan tài liệu và cơ sở khoa học của đề tài: 32 trang; chương 2: Đối

tượng, nội dung và phương pháp nghiên cứu: 16 trang; chương 3: Kết quả nghiên cứu và thảo luận: 72 trang; chương 4 : kết luận và đề nghị: 2 trang; Phần tài liệu tham khảo gồm 47 tài liệu tiếng Việt, 17 tài liệu tiếng Anh và

20 tài liệu tiếng Nga Số liệu được trình bày trên 48 bảng biểu, 33 hình vẽ

CH ƯƠNG 1

T ỔNG QUAN TÀI LIỆU VÀ CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI

1.1 C ơ cấu cây trồng

1.1.1 C ơ cấu cây trồng

Hệ thống cây trồng là hoạt động sản xuất cây trồng trong nông trại bao

gồm tất cả các hợp phần cần có để sản xuất một tổ hợp các cây trồng và mối quan hệ giữa chúng với môi trường Do đặc tính sinh học của cây trồng và môi trường luôn biến đổi nên chúng mang tính động Vì vậy, khi nghiên cứu

hệ thống cây trồng không chỉ dừng lại ở một không gian và thời gian mà là

việc làm thường xuyên để tìm ra xu thế phát triển, yếu tố hạn chế, giải pháp

khắc phục để chuyển đổi hệ thống cây trồng, Đào Thế Tuấn, 1984 [38]

1.1.2 Nghiên c ứu phát triển cơ cấu cây trồng trên thế giới và Việt Nam

Nghiên cứu hệ thống canh tác, hệ thống cây trồng và các biện pháp kỹ thuật như: trồng xen, trồng gối, thâm canh tăng vụ, tưới nước đã được đề

cập từ lâu Ở Việt Nam, hàng loạt các giống cây trồng và biện pháp kỹ thuật canh tác về lúa, lạc, đậu đỗ, ngô, ra đời đã góp phần đáng kể vào việc

nâng cao năng suất, sản lượng Song song với xây dựng mô hình cơ cấu cây

trồng cần phải hoàn thiện các phương pháp, công cụ tính toán để có thể đưa

ra các công thức luân canh, giảm bớt thời gian thử nghiệm, sử dụng tối đa

các nguồn thông tin để có được những mùa vụ bền vững

1.2 Nghiên c ứu mô hình mô phỏng trên thế giới và trong nước

Với mục tiêu định lượng hoá ảnh hưởng của điều kiện môi trường đến

năng suất cây trồng, đã khởi thảo hàng loạt những mô hình toán như mô

hình thống kê, mô hình động thái - thống kê Mô hình hoá quá trình hình

thành năng suất cây trồng được tiến hành bằng 2 cách: mô hình thực nghiệm

và mô hình lý thuyết Các tiến bộ trong mô tả bộ gen thực vật, sự hiểu biết

về quá trình tăng trưởng và phát triển đã cho phép các nhà mô hình hoá thực

hiện một cuộc cải tổ cần thiết về cách thức mô phỏng phản ứng của cây

trồng White và Hoogenboom đã xác định sáu mức độ chi tiết di truyền

trong các mô hình mô phỏng cây trồng: (1) Mô hình chung, không tham

khảo đến loài; (2) Mô hình cụ thể loài không tham khảo về kiểu di truyền;

(3) Khác biệt di truyền đại diện bằng thông số cụ thể; (4) Khác biệt di

truyền đại diện bởi các alen cụ thể, phản ứng của gen thể hiện thông qua mô

hình tuyến tính; (5) Di truyền khác biệt đại diện bởi các kiểu gen, mô phỏng

dựa trên quy định về biểu hiện kiểu gen, các phản ứng của kiểu gen và môi

trường; (6) Di truyền khác biệt đại diện bởi các kiểu gen, phản ứng gen và

môi trường được mô phỏng ở mức độ tương tác cao

Mô hình cây trồng và phân tích hệ thống đã trở thành công cụ quan

trọng trong nghiên cứu nông nghiệp hiện đại Mô hình tổng hợp những hiểu

biết của con người về các quá trình sinh lý, sinh thái, ảnh hưởng của điều

kiện ngoại cảnh bằng các phương trình toán học Khi một mô hình được xác

nhận, nó sẽ giúp phân tích và giải thích thí nghiệm Mục tiêu của mô hình

mô phỏng còn hướng tới việc tối ưu hóa hệ thống sản xuất, giảm thiểu các

tác động tiêu cực đến môi trường, Hodges T và cộng sự, 1992 [55]

Ở Việt Nam, từ những năm 1980 đã bắt đầu tiệm cận với các mô hình

dự báo năng suất cây trồng, trong đó mô hình động thái đã và đang được

quan tâm nghiên cứu nhiều Các mô hình này hiện đang được dùng trong

đánh giá điều kiện khí tượng nông nghiệp (KTNN), tính toán năng suất ở

phần lãnh thổ phía Bắc với độ chính xác cao Tuy nhiên, việc áp dụng mô hình động thái xác định cơ cấu luân canh cây trồng vùng đất phù sa trung tính ít chua ĐBSCL cho đến nay chưa có công trình nào hay một tác giả nào nghiên cứu ứng dụng Cho nên đây là vấn đề nghiên cứu đầu tiên và rất cần thiết cho sản xuất nông nghiệp ở ĐBSCL

CHƯƠNG 2

ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Đối tượng nghiên cứu: 3 cây trồng chính (lúa, ngô, đậu tương)

2.2 N ội dung thực hiện: (1) Đánh giá điều kiện tự nhiên vùng đất phù sa

trung tính ít chua ĐBSCL; (2) Nghiên cứu xác định các tham số khí hậu - đất - cây trồng ở vùng đất phù sa trung tính ít chua ĐBSCL; (3) Xác định các tham số của mô hình động thái; (4) Thực nghiệm số lựa chọn và đánh giá hiệu quả kinh tế các công thức luân canh vùng đất phù sa trung tính ít chua ĐBSCL;

2.3 Địa điểm, thời gian nghiên cứu

2.3.1 Địa điểm: (1) Trung tâm Nghiên cứu Khí tượng Nông nghiệp; (2)

Trạm Thực nghiệm Khí tượng Thuỷ văn Nông nghiệp Trà Nóc - Cần Thơ, Viện Khoa học Khí tượng Thuỷ văn và Môi trường

2.3.2 Th ời gian: 2006 - 2010

2.4 Ph ương pháp nghiên cứu

2.4.1 Điều tra, phân tích điều kiện tự nhiên với sản xuất nông nghiệp

Điều tra thu thập và phân tích đặc điểm điều kiện tự nhiên vùng đồng bằng sông Cửu Long Phân tích, đánh giá mối quan hệ của cơ cấu cây trồng, công thức luân canh với điều kiện khí hậu, thuỷ văn và đất đai

2.4.2 B ố trí thí nghiệm

Các thí nghiệm thực hiện tại Trạm Thực nghiệm Khí tượng Thuỷ văn Nông nghiệp Trà Nóc, bố trí theo khối ngẫu nhiên đầy đủ (RCB), 3 lần nhắc

lại Quy trình chăm sóc theo khuyến nông Cần Thơ

2.4.2.1 Thí nghiệm trên lúa: Thí nghiệm trên lúa được bố trí trong các vụ

đông xuân, xuân hè và hè thu qua các năm 2000, 2001, 2002 và 2003

2.4.2.2 Thí nghiệm trên đậu tương, ngô: Thí nghiệm xác định các hệ số của

mô hình động thái được bố trí trong các vụ xuân hè và hè thu qua các năm

2004, 2005

B ảng 2.1 Giống và thời vụ gieo trồng lúa

Gi ống Ngày gieo Gi ống Ngày gieo Gi ống Ngày gieo

V ụ đông xuân V ụ xuân hè V ụ hè thu

IR 64

16/11/1999 IR64 20/3/2001 IR64 15/7/2001

OMCS 2000 OMCS 2000 OM2000

IR 64

2/12/2000

IR64

3/4/2002

IR64

19/7/2002

IR 64

6/12/2001 IR64 24/3/2003 OM21 4/7/2003

B ảng 2.2 Giống và thời vụ gieo trồng đậu tương, ngô

Gi ống Ngày gieo xuân hè Ngày gieo hè thu Giống Ngày gieo xuân hè Ngày gieo hè thu

MT Đ - 176

21/3/04 15/7/04 DK888 15/3/04 15/7/04

MT Đ - 176 14/3/05 20/7/05 DK888 10/3/05 20/7/05

2.4.2.3 Các chỉ tiêu theo dõi

(1) Quan trắc các yếu tố khí tượng bề mặt tại vườn khí tượng; (2)

Quan trắc sinh học tiến hành theo Quy phạm quan trắc khí tượng Nông

nghiệp [2]; (3) Cân sấy sinh khối và đo các yếu tố tiểu khí hậu đồng ruộng

2.4.3 Ph ương pháp phân tích và xử lý số liệu

Phân tích phương sai (ANOVA) được thực hiện bằng chương trình

IRRISTAT 5.0; đánh giá mức độ chính xác của các tham số trong mô hình

động thái, tác giả sử dụng phương pháp tính sai số của tác giả Nguyễn Văn

Viết, 1986 [40]:

Y Y

Y

S

Th Th

t

Trong đó: S y : Sai số của giá trị tính toán so với số liệu thực (%), Y T : Giá trị tính toán của các tham

số, Y Th : Giá trị thực tế của các tham số

Trên cơ sở bộ tham số đã được xác định và chính xác hoá với số liệu

phụ thuộc (các năm thí nghiệm), tiến hành đánh giá tính phù hợp của mô

hình thông qua các số liệu điều tra khảo sát, thu thập từ các nghiên cứu thí nghiệm về giống bao gồm: (1) Các thí nghiệm về khảo nghiệm lúa, ngô năm

từ các kết quả khảo nghiệm, kiểm nghiệm giống, sản phẩm cây trồng và phân bón từ năm 2008 đến 2010; (2) Kết quả nghiên cứu khảo nghiệm các

giống lúa và cây trồng cạn của Viện Lúa đồng bằng sông Cửu Long trong các năm 2006, 2007; (3) Kết quả nghiên cứu đặc điểm các giống đậu nành

tại huyện Ô Môn, Thành phố Cần Thơ trong năm 2008-2009 của Trường Đại học Nông lâm TP Hồ Chí Minh

2.4.4 Xác định công thức luân canh

Sản xuất lúa ở ĐBSCL phụ thuộc chủ yếu vào nguồn nước Đề tài sử

dụng chỉ tiêu về mùa mưa, triều để xác định vụ gieo trồng lúa chính Dựa trên vụ lúa chính đó, xem xét bố trí các cây trồng sau như thế nào để có công thức luân canh cây trồng có hiệu quả kinh tế cao hơn cả

Để đo lường hiệu quả kinh tế của mỗi vụ sản xuất, các chỉ số dưới đây được tính toán theo công thức tương ứng Các chỉ số là tổng của các vụ sản

xuất trong các công thức

- Chi phí: Tổng các chi phí sản xuất bao gồm cả công lao động

- Tổng thu = Tổng sản phẩm × giá

- Lãi thuần = Tổng thu - Chi phí

2.4.5 C ấu trúc mô hình động thái

Mô hình quá trình hình thành sinh khối, năng suất của cây trồng bao gồm mô tả định

lượng những quá trình quang

hợp, hô hấp, sinh trưởng, chế

độ nhiệt và ẩm của cây trồng

2.4.5.1 Mô hình quá trình quang hợp và hô hấp

Mô tả toán học quá trình quang hợp cho cây trồng một năm sử dụng công thức thực Hình 2.2 S ơ đồ mô tả cấu trúc mô hình

động thái

nghiệm của Monsi-Sacki do Budagovski A I và cộng sự, 1966 [65] cải tiến

trong tính toán quang hợp của quần thể ở điều kiện tối ưu

i max j i i

j i i i max

j

oi

I a

I a

Φ

Φ

Φ

Φ

Φ

+

×

×

×

Trong đó: Φ oi : C ường độ quang hợp ở điều kiện tối ưu (mgCO 2 dm -2 giờ -1 ); Φ maxi : Cường

độ quang hợp tối đa; a Φi : Hệ số góc đường cong quang hợp; I: Cường độ bức xạ hoạt động PAR; J: Tuần tính toán

Trong điều kiện thực tế, quang hợp xác định theo Pôlevôi A.N.,

Xukhop L N., 1986 [74]:

φτitrennuoc = φoitrennuoc×αφi

×ψφitrennuoc (2.4)

φτitrongnuoc =φoitrennuoc×αφi

×ψφi trennuoc (2.5)

Trong đó:φτitrennuoc , φτitrongnuoc : C ường độ quang h ợp trong điều kiện thực tế của phần trên n ước và phần trong nước; αφi : Đường cong quang h ợp của cơ quan i; ψφitrennuoc ,

ψφitrongnuoc : Hàm ảnh hưởng của nhiệt độ đối

v ới quang hợp

Đường cong ảnh hưởng của nhiệt độ đến quang hợp dựa trên cơ sở của

công thức của Ross Iu.K:

















−

−

−

×

−

−

=

do opt d

do d

do

opt

d

do

d

T T

T T 2 T

T

T

T

φ

Trong đó: T d : Nhi ệt độ trung bình ban ngày (không khí ho ặc nước); T do , T dopt : Nhi ệt độ bắt đầu và nhiệt độ tối ưu cho quang h ợp (không khí hoặc nước)

Cường độ quang hợp của lá, thân trên và dưới nước trong toàn bộ thời

gian chiếu sáng ban ngày:

φitrennuoc =ε×φτitrennuoc×L itrennuoc×τd (2.9)

φitrongnuoc =ε×φτitrongnuoc×L itrongnuoc×τd (2.10)

Trong đó: ε: H ệ số chuyển đổi

CO 2 sang sinh kh ối; L i : Di ện tích

b ề mặt đồng hoá bộ phận i phần trên và trong n ước; τd : Th ời gian chi ếu sáng trong ngày

Quá trình hô hấp được chia thành “hô hấp sinh trưởng” và “hô hấp duy

trì” Hô hấp sinh trưởng tỷ lệ với quang hợp của quần thể:

R g = Cg ×φob (2.12) Trong đó: Rg: Cường độ hô hấp sinh trưởng;

Cg: Hệ số tiêu hao sinh khối

Hô hấp duy trì tỷ lệ với trọng lượng sinh khối khô của các bộ phận Nó

phụ thuộc vào nhiệt độ và giai đoạn sinh trưởng của cây:

R m = C m×ϕR×

(αRL×m L + αRS×m S

+αRR×m R + αRP×m P ) (2.13)

Trong đó: Rm: Cường độ hô hấp duy trì; m L ,

m S , m R , m P : Trọng lượng sinh khối khô; C m :

H ệ số hô hấp duy trì; αRL , αRS , αRR , αRP : Các đường cong ảnh hưởng đến cường độ hô

h ấp; ϕR : Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hô hấp

2.4.5.2 Mô hình quá trình phân bố chất đồng hoá

Phương trình tổng quát tăng trưởng theo Ivanov P.A, 1941 [69]:

ob

dT

dm

−

= φ

(2.17)

Trong đó: dm/dT: Tăng trưởng sinh khối

c ủa cây; φob : T ổng sản phẩm quang hợp;

R ob : T ổng lượng hô hấp

Ross Iu K., 1968 [76] đưa ra hệ phương trình vi phân để mô tả sinh

trưởng của cây theo từng bộ phận riêng biệt:













+

−

×

−

×

=

∑

∑

=

=

4

1 i ' ii i

4

1 i

ob R ob ' ii i

W M V

R dT

(2.18)

Trong đó: ii': Bộ phận của cây; mi: Trọng

l ượng khô bộ phận i; ε φ: H ệ số hữu hiệu quang h ợp; εR : H ệ số hô hấp; R ob : T ổng

l ượng hô hấp trong ngày; V i : Tr ọng lượng khô c ủa phần tử i bị mất trong ngày; βi: Hàm sinh trưởng; M: Tổng lượng chất khô

Để cho giai đoạn sinh trưởng dinh dưỡng sử dụng hàm sinh trưởng βi, đối với giai đoạn sinh trưởng sinh thực sử dụng hàm ωi

Mô tả tốc độ thay đổi sinh khối từng bộ phận của cây trồng, sử dụng phương trình của Galiamina E P 1974 [66] và Polevoi A N., 1978 [73]:















+



− +

×

=

+

× +

×

×

− +

×

=

∑

Cp 1

m m

C C

1 dT dm

C 1

m C

C 1 dT dm

r , S , L i i i p r mp rp pP ob p p

gi i i r mi ri gi ob i i

ω ϕ

α φ β

ω ϕ α φ

β (2.20) Trong đó: βi: Hàm sinh

tr ưởng của giai đoạn dinh

d ưỡng; ωi: Hàm sinh tr ưởng

c ủa giai đoạn sinh thực;i: Lá (L), thân (S), r ễ (r)

2.4.5.3 Mô hình hoá chế độ nhiệt ẩm Bức xạ hoạt động quang hợp (PAR) trong quần thể được xác định theo công thức của Budagovski A.I và cộng sự, 1966 [65]:

Hi Q

OH H

L C 1

I I

× +

=

(2.25)

Trong đó: I OH : C ường độ PAR trên bề mặt quần

th ể; C Q : H ằng số thực nghiệm, L Hi : Di ện tích bề

m ặt đồng hoá phần trên nước

Đối với phần trong nước sử dụng phương trình:

i Q

O

L C 1

I I

∏

∏

∏

× +

=

(2.26)

Trong đó: I OΠ : C ường độ PAR tại độ sâu xác định trong nước; L Πi : Di ện tích bề mặt đồng hoá ph ần trong nước của lúa

Bức xạ hoạt động quang hợp (PAR) trên bề mặt quần thể được xác định theo công thức:

d

B OH

60

Q 5 , 0 I

τ

×

×

=

(2.27)

Trong đó: Q B : B ức xạ tổng cộng;

τd: Độ dài ngày

Nhiệt độ trung bình ban ngày của không khí bên trong quần thể Td

được tính theo phương pháp của Misenko Z A

T d = d 1 + d 2×T max(2.37) Trong đó: T max : nhi ệt độ tối cao của không khí;

d 1 ; d 2 : các h ệ số

Cân bằng bức xạ được xác định thông qua bức xạ tổng cộng

R o = a×Q-b (2.42)

Trong đó: Ro: cân bằng bức xạ; a: Tham số biểu

th ị tang góc nghiêng của đường thẳng ánh sáng

t ới; Q: Cường độ bức xạ tổng cộng; b: Tham số

Như vậy, cấu trúc của mô hình động thái hình thành năng suất cây

trồng một năm và các tham số của mô hình đã được xem xét Để xác định

trị số của những tham số đó cần thiết phải có những số liệu thí nghiệm

CH ƯƠNG 3

K ẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN

3.1 Điều kiện tự nhiên và hệ thống canh tác lúa vùng ĐBSCL

3.1.1 Điều kiện tự nhiên

ĐBSCL nằm ở gần vùng xích đạo, có địa hình bằng phẳng và thấp, có

nền nhiệt độ cao và phân bố khá đồng đều trong cả vùng Đây là vùng có

tiềm năng nhiệt lớn nhất trong cả nước (tổng nhiệt độ năm đạt tới 9.500 -

10.000oC) Hầu khắp các nơi trong vùng đều có nhiệt độ trung bình năm

khoảng 26,5 - 27,0oC, biên độ năm của nhiệt độ ở đây rất thấp (khoảng 3oC)

và nhiệt độ trung bình tháng thấp nhất trong năm đạt trên 25oC Thời kỳ

mùa khô chịu ảnh hưởng của chua, mặn lấn sâu vào nội địa, hạn chế khả

năng trồng cây và tăng vụ; ngược lại thời kỳ mùa mưa trùng với mùa lũ gây

ra ngập úng nghiêm trọng trên phạm vi lớn gây khó khăn cho sản xuất

3.1.2 H ệ thống canh tác lúa ở ĐBSCL

3.1.2.1 Các hệ thống canh tác lúa cổ truyền

Từ những năm 1970 trở về trước, canh phụ thuộc hoàn toàn điều kiện

tự nhiên Có thể chia ĐBSCL thành 3 vùng sản xuất lúa chủ yếu: vùng lúa

nổi, vùng lúa cấy 2 lần và vùng lúa cấy 1 lần, Lê Minh Triết, 2000 [42]

3.1.2.2 Hệ thống canh tác lúa hiện nay

Từ sau năm 1975, mùa vụ gieo trồng và cơ cấu giống ở vùng ĐBSCL

đã đi theo các tiểu vùng sinh thái nông nghiệp Cụ thể:

- Tiểu vùng ven và giữa sông Tiền, sông Hậu: sản xuất ổn định 2 - 3

vụ lúa hoặc 2 vụ lúa và 1 vụ màu, hầu hết các loại cây trồng ở đây có năng

suất cao nhất ở ĐBSCL Riêng phần từ phía quốc lộ 1A đến biên giới Campuchia thuộc địa bàn tỉnh An Giang, Đồng Tháp, hàng năm bị ảnh

hưởng bởi ngập lụt, trong đó phần lớn bị ngập sâu, thời gian ngập tùy theo

từng khu vực từ 2 - 5 tháng trong năm nên sản xuất thường bị ảnh hưởng vào vụ hè thu

- Tiểu vùng Đồng Tháp Mười: chịu ảnh hưởng nặng của ngập lũ, tập trung đất phèn chính ở ĐBSCL Mùa vụ canh tác lúa ở đây phụ thuộc nhiều vào độ sâu và thời gian ngập lũ, khoảng thời gian gieo trồng cũng như thời gian thu hoạch của mỗi vụ kéo dài hơn các nơi khác Ở khu vực ngập trung bình đã làm được 2 vụ lúa đông xuân và hè thu, khu vực ngập nông đã sản

xuất được 2 - 3 vụ lúa đông xuân, hè thu và thu đông

- Tiểu vùng Tứ Giác Long Xuyên: đất bị nhiễm phèn và bị ngập lũ sâu,

lũ thường về sớm Nông dân thực hiện phương châm “sống chung với lũ”, tranh thủ sản xuất 2 vụ lúa ngắn ngày trước khi lũ về và thêm vụ 3

- Tiểu vùng Tây Sông Hậu: địa hình thấp trũng, vẫn còn bị ảnh hưởng

của lũ gây ngập cục bộ Hiện nay hầu hết diện tích đã trồng được 2 vụ lúa/năm bằng các giống ngắn ngày

- Tiểu vùng Bán đảo Cà Mau: tiểu vùng không bị ảnh hưởng bởi lũ, đất bị nhiễm phèn mặn và có diện tích đất phèn lớn Canh tác lúa chủ yếu là hai vụ lúa (hè thu và mùa), diện tích gieo trồng vụ đông xuân rất nhỏ Khả

năng tưới khó khăn, thiếu nước ngọt vào mùa khô

- Tiểu vùng Ven Biển Đông: đất đai bị nhiễm mặn, thiếu nước ngọt cho sản xuất Hệ thống canh tác chủ yếu là một vụ lúa mùa địa phương Đến nay, một số khu vực cục bộ có hệ thống thủy lợi và đê bao ngăn mặn hoàn

chỉnh nên đã canh tác được hai vụ lúa bằng các giống mới ngắn ngày Đây

là tiểu vùng tốt để tập trung sản xuất các giống lúa mùa đặc sản, chất lượng cao cho xuất khẩu và tiêu dùng trong nước

Những năm gần đây, một số tỉnh trọng điểm sản xuất lúa ở ĐBSCL đã

tập trung nhiều dự án, chương trình nhằm cải thiện cơ cấu giống cây trồng,

vật nuôi, đặc biệt là các chương trình dự án cải thiện cơ cấu giống lúa theo hướng chất lượng cao phục vụ xuất khẩu

3.1.2.3 Những kết quả nghiên cứu luân canh lúa - màu ở ĐBSCL

Ngành Nông nghiệp & PTNT đang khuyến cáo mở rộng diện tích các

mô hình luân canh trên nền đất lúa, đưa cây bắp lai vào trong cơ cấu [5]:

- Mô hình 2 lúa + 1 màu: đưa cây bắp, đậu nành, mè vào giữa 2 vụ lúa

đông xuân (XI - II) - màu xuân hè (III - VI) - lúa hè thu (VI – IX) Mô hình

2 vụ lúa - 1 vụ màu cho thu nhập từ 30 - 35 triệu đồng/ha và lãi từ mô hình

này từ 12 - 15 triệu đồng/ha

- Mô hình lúa - rau: vẫn làm vụ lúa đông xuân, vụ xuân hè trồng dưa

hấu, rau các loại và trồng lại vụ lúa hè thu Mô hình này cho thu nhập từ 35

- 70 triệu đồng/ha, lãi 15 - 40 triệu đồng/ha

Về hệ thống canh tác lúa - màu, theo Lê Minh Triết và ctv, một số hệ

thống canh tác chủ yếu tại Ô Môn - Cần Thơ gồm có: (1) 2 vụ lúa (đông

xuân - hè thu); (2) 2 vụ lúa (đông xuân - hè thu) + 1 vụ màu; (3) 2 vụ lúa

(đông xuân - hè thu) + cá; (4) 3 vụ lúa (đông xuân + hè thu + thu đông)

Những nghiên cứu của Trần Công Thiện và Trần Quốc Quân ở Nông

trường Sông Hậu - Ô Môn - Cần Thơ cho thấy có 3 nhóm hệ thống canh tác

chủ yếu: (1) 2 vụ lúa (đông xuân - hè thu); (2) 2 vụ lúa (đông xuân - hè thu)

+ cá; (3) 2 vụ lúa (đông xuân - hè thu) + cá + màu + chăn nuôi Lợi nhuận

cao nhất thuộc mô hình lúa đông xuân - lúa hè thu + cá + màu + chăn nuôi,

kế đến là mô hình lúa đông xuân - lúa hè thu + thủy sản, còn thấp nhất là

mô hình độc canh 2 lúa đông xuân - hè thu

3.2 Các tham s ố mô hình động thái

3.2.1 Đặc trưng về đất

Cần Thơ có địa hình bằng phẳng, cây trồng chính là lúa Ðất thuộc loại

đất phù sa có tầng đốm rỉ (Cambic Fluvisols) Khi sử dụng đất cần lưu ý

cung cấp nước tưới về mùa khô, đặc biệt chú ý tới việc duy trì hữu cơ, lân là

yếu tố dinh dưỡng hạn chế ở đơn vị đất này

3.2.2 Các tham s ố mô hình động thái

Dựa vào các tài liệu đã công bố ở trong và ngoài nước, các kết quả

thực nghiệm tại Trạm Trà Nóc, tác giả đã xác định được các tham số của

mô hình động thái hình thành năng suất của lúa, ngô và đậu tương vụ đông

xuân, xuân hè và hè thu thể hiện ở 3 khối chính của mô hình: Quang hợp,

Hô hấp, Chế độ nhiệt - ẩm

3.2.2.1 Tham số khối quang hợp và hô hấp

B ảng 3.2 Các tham số tính toán quang hợp và hô hấp

Các tham s ố Lúa

Ngô Đậu

t ương

Ký hi ệu B ộ phận nTrên ước Dnước ưới

Φmax

Thân 6,67 5,49 - - Các tham s ố Lúa

Ngô Đậu

t ương

Ký hi ệu B ộ phận nTrên ước Dnước ưới

a Φi Lá 1289,4 1060,2 369,2 183,45

Thân 429,8 353,7 - -

C m 0,17 0,17 0,17 0,17

T dopt ( o C) 32 30 32 32

T oi ( o C) Lá 300 300 750 600

T ri ( o C)

Lá 130 130 400 400 Thân 150 150 350 350

R ễ 150 150 400 400

H ạt 450 450 450 600 Đường cong quang hợp của từng bộ phận được xác định theo phương trình của Manonov L.K và Kim G.G., 1978 [70]:

( )

oi

2 oi T T T 008 0

−

×

−

=

ϕ

α

(3.1)

Trong đó: T: tổng nhiệt độ hữu hiệu ở bước

th ời gian tính toán; T oi : t ổng nhiệt độ hữu hiệu quang h ợp đạt giá trị cực đại

Đường cong hô hấp của từng bộ phận được xác định thông qua

phương trình của Gliamin E.P, Xiptixo C.O., 1974 [67]:

2 ri

T ) T (T 0,001

α

−

−

= (3.2) Trong c ường độ hô hấp đạt cực đại đó: T ri - tổng nhiệt hữu hiệu mà

3.2.2.2 Tham số nhiệt, ẩm Kết quả xác định hệ số hấp phụ bức xạ tổng cộng ở lớp nước sâu z của ĐBSCL được trình bày trên bảng 3.3

B ảng 3.3 Hệ số hấp phụ bức xạ quang hợp của nước

Z(m) Hệ số

h ấp phụ Z(m)

H ệ số

h ấp phụ Z(m)

H ệ số hấp

ph ụ Z(m)

H ệ số

h ấp phụ 0,05 0,330 0,20 0,250 0,500 0,230 0,800 0,200

0,10 0,275 0,30 0,250 0,600 0,220 0,900 0,190

0,15 0,270 0,40 0,240 0,700 0,210 1,000 0,180

Nhiệt độ ban ngày của không khí được tính thông qua công thức của

FAO đã được cải tiến cho ĐBSCL có dạng:



















−

−









−

−

−

−

=









−

−









−

−

− +

=

d d d

d min

max 1

1

n

d

d d

d min

max 1

1

d

5 0 23 1 5 0 Sin 57 1 68 37 4 5 0 23 ) T T (

x

t

x

T

5 0 23 1 5 0 Sin 57 1 68 37 4 5 0 23 ) T T (

x

t

x

T

τ

τ π τ τ

τ

τ π τ τ

Để áp dụng cho ĐBSCL: x 1 =1,15; x 2 =0,95

(3.3)

B ảng 3.4 Hệ số xác định nhiệt độ nước ruộng, thảm thực vật ban ngày

Tháng Lúa Ngô Đậu tương

d 1 d 2 d 1 d 2 d 1 d 2

10 1,03 0,695 1,02 0,03 1,01 0,04

11 1,08 0,050 1,03 0,04 1,02 0,05

12 1,03 0,405 1,04 0,03 1,03 0,06

1 1,125 -2,502 1,12 0,05 1,05 0,08

2 1,125 -2,147 1,13 0,07 1,07 0,09

3 1,175 -1,792 1,14 0,06 1,12 0,11

Độ ẩm đất hữu hiệu cho các cây trồng cạn áp dụng công thức:





>

<

<

−

+

+

=

(3.4) 50

50 0 100

) 0505 0 87

mm x

Wo

mm x x x x

Wo

W

Trong đó: W : độ ẩm đất tuần

c ần tính toán; Wo: độ ẩm đất ban đầu; x: Lượng mưa tuần.

3.2.2.3 Các tham số của hàm sinh trưởng

* Hàm sinh trưởng giai đoạn phát triển dinh dưỡng: Quá trình tích luỹ chất

khô của cây ngắn ngày theo công thức của Xakum V.A., 1973 [78]:

bt a max t

e 1

M

+

=

Điểm uốn của phương trình này cho biết cây trồng đã chuyển từ giai

đoạn sinh trưởng dinh dưỡng sang sinh trưởng sinh thực

B ảng 3.5 Các tham số giai đoạn sinh trưởng dinh dưỡng

Lúa IR64 Tham s ố R ễ Thân Lá Bông

M max 445,077 877,10 502,287 578,277

a i 7,457 8,392 6,284 11,195

b i 0,025 0,027 0,026 0,025

Ngô LVN10 Tham s ố R ễ Thân Lá Bông

M max 250,00 915,00 340,00 1522,00

a i 2,250 6,600 3,880 1,300

b i 0,005 0,017 0,009 0,003

Đậu tương MTĐ-176 Tham s ố R ễ Thân Lá Bông

M max 27,50 58,00 63,00 352,50

a i 1,230 3,040 2,080 54,025

b i 0,004 0,008 0,006 0,003

* Giai đoạn sinh trưởng sinh thực

Phương trình mô tả quá trình sinh trưởng của lá, thân, rễ giai đoạn sinh

trưởng sinh thực có dạng:

mi(t)=Mmax × eai-bt (3.29) hoặc Mmax× (ebit-a)-1 (3.30) Khi đó hàm phân bố lại chất đồng hoá của các bộ phận được viết:

dt

dm m

i

ω

(3.31)

B ảng 3.6 Các tham số hàm sinh trưởng giai đoạn sinh trưởng sinh thực

Tham

s ố

Lúa IR64 Ngô LVN10 Đậu tương MTĐ-176

R ễ Thân Lá R ễ Thân Lá R ễ Thân Lá

ai 6,546 3,882 4,779 1,370 7,880 3,985 1,085 2,260 1,615

bi 0,014 0,008 0,038 0,004 0,041 0,065 0,005 0,048 0,035 Tmax 479,7 502,733 425 925,15 1000 960,15 857,5 762,5 925,05

3.2.2.4 Xác định các tham số hàm sinh trưởng đối với các giống khác

Trong mô phỏng động thái, mỗi giống khác nhau cần phải xác định

được các hệ số của các hàm sinh trưởng cụ thể Công việc này đòi hỏi có

các số liệu thí nghiệm

Để giảm bớt thời gian thí nghiệm, đơn giản hoá bài toán xác định các

hệ số, đề tài tiến hành xác định mức độ tương đồng của các giống so với

một giống được lựa chọn làm “giống chuẩn”

Dựa trên các giống được chọn làm chuẩn, xác định chỉ tiêu nhằm xây

dựng mối tương quan của các hàm sinh trưởng với sinh khối trong một giai

đoạn lựa chọn Kết quả đã lựa chọn sinh khối giai đoạn trỗ bông (trổ cờ

hoặc ra hoa) đạt 75% và tổng sinh khối trên mặt đất lúc thu hoạch so với các

giống chuẩn làm hệ số chuyển đổi Kết quả thu được (1) Đối với lúa: (so với

IR64) OM2000: 0,959532; OM21: 1,377905; OM-1490: 1,083555;

OM2492: 1,300919; (2) Đối với ngô: (so với LVN10) DK888: 0,937133;

(3) Đối với đậu tương (so với MTĐ-176): HL203:1,01608

3.2.3 Ki ểm nghiệm tham số

3.2.3.1 Kiểm nghiệm các tham số nhiệt ẩm

Sai số tuyệt đối và tương đối của nhiệt độ ban ngày và ban đêm trung

bình dưới 5%, mức độ chính xác của công thức tính bức xạ đạt 97,94 % nên

hoàn toàn có đủ điều kiện áp dụng các công thức tính toán điều kiện nhiệt,

bức xạ cho vùng ĐBSCL

C ần Thơ

c ộng tháng trung bình nhiều năm

tr ạm Cần Thơ (1978-2000)

3.2.3.2 Kiểm nghiệm độ nhạy của mô hình động thái

Để kiểm tra khả năng ứng dụng mô hình trong thực tế, đề tài tiến hành

đánh giá kết quả mô phỏng khi thay đổi các giá trị sinh khối ban đầu (ML0, thân MS0, rễ MR0) với các mức thay đổi 5%, 10%, 15% Kết quả cho thấy: (1) Dao động của năng suất theo mô hình đồng pha với sự thay đổi của sinh

khối ban đầu; (2) Mức độ thay đổi, như độ lệch của năng suất với năng suất khi không thay đổi các tham số không đáng kể

Các giống ngô Các giống đậu tương

DK888: t ừ -1.774% đến 1.014% HL 203: từ -2.242% đến 0.503%

LVN10: t ừ -1.83% đến 0.915% MT Đ-176: từ -1.695% đến 0.847%

Các giống lúa:

IR 64: t ừ -1,609% đến 0,935% OM-1490: t ừ -2,169% đến 0,922%

OM 21: t ừ -2,177% đến 0,978% OM2000: từ -2,456% đến 0,884%

OM 2492: t ừ -1,921% đến 0,885%

Như vậy có thể thấy tham số lựa chọn là hoàn toàn phù hợp và mang tính đặc trưng cho các giống cây trồng khác nhau và điều kiện thực tế 3.2.3.3 Kiểm nghiệm mô hình động thái trong tính toán năng suất

Để kiểm tra khả năng tính toán sinh khối khô và mức độ chính xác của

mô hình, đề tài sử dụng các số liệu sinh khối thực đo so sánh với số liệu tính toán theo mô hình đã được thiết lập

Sai số giữa năng suất tính toán của mô hình động thái và năng suất

thực tế là rất thấp: sai số cao nhất <=10% (cao nhất IR64, vụ xuân hè/2001) Sai khác so với thực thu: ngô: từ -4,20% đến 8,30%; đậu tương: từ -4,10% đến 7,20%; lúa: từ -9,30% đến 9,80% Như vậy: (1) Hoàn toàn có thể áp

dụng mô hình vào trong tính toán thực tế với bộ giống trên; (2) Hoàn toàn

có thể áp dụng phương pháp mức độ tương đồng của giống mới so với

gi ống được lựa chọn làm chuẩn: ngô: LVN10, lúa: CR203, đậu tương:

MT Đ-176 để điều chỉnh các tham số của mô hình

3.2.3.4 Mô hình động thái trong đánh giá điều kiện khí tượng nông nghiệp hình thành năng suất

Dựa vào mô hình động thái có thể tính toán được ảnh hưởng của các điều kiện thời tiết trong các thời kỳ sinh trưởng khác nhau của cây trồng,