Tiểu luận: Điều chỉnh trao đổi nước và ứng dụng tưới nước cho cây trong sản xuất

Nước trong cây và vai trò của nó đối với các hoạt động sinh lý của cây Trong các tế bào, mô của cây chứa lượng nước rất lớn khoảng 3/4 khối lượng cây, bao gồm nước tự do và nước liên kết

Tiểu luận: Điều chỉnh trao đổi nước và ứng dụng tưới nước cho cây trong sản xuất.

NỘI DUNG

1 Vai trò của nước

1.1 Nước trong cây và vai trò của nó đối với các hoạt động sinh lý của cây

Trong các tế bào, mô của cây chứa lượng nước rất lớn (khoảng 3/4 khối lượng cây), bao gồm nước tự do và nước liên kết Hàm lượng và tỷ lệ hai dạng nước này quyết định trạng thái chất nguyên sinh, cường độ, chiều hướng trao đổi chất, khả năng sinh trưởng, phát triển và chống chịu của cây Cụ thể:

- Nước quyết định sự ổn định cấu trúc của chất nguyên sinh Nước tạo màng thuỷ

hoá bao quanh chất nguyên sinh và tuỳ theo độ thuỷ hoá mà hệ keo nguyên sinh chất ở trạng thái sol, coaxecva hay gel Nhờ vậy mà duy trì được cấu trúc và hoạt tính của keo nguyên sinh chất, quyết định mức độ hoạt động sống, quyết định tính chống chịu của keo nguyên sinh chất của tế bào và của cây

- Nước tham gia vào các phản ứng hóa sinh, các biến đổi chất trong tế bào Nước

vừa là dung môi cho các phản ứng, vừa là nguyên liệu tham gia trực tiếp vào các phản ứng trong cây Chẳng hạn, nước cung cấp điện tử và H+ cho việc khử CO2 trong quang hợp, tham gia oxi hóa nguyên liệu hô hấp, tham gia vào các phản ứng thủy phân

- Nước là dung môi hòa tan các chất hữu cơ và các chất khoáng Nước liên quan

đến độ pH của dung môi, ảnh hưởng đến lượng hoà tan các chất trong môi trường nước

- Nước tạo dòng vận chuyển các chất trong tế bào và giữa các tế bào với nhau, đến các cơ quan trong toàn cơ thể và tích lũy vào cơ quan dự trữ quyết định sự hình

thành năng suất kinh tế của cây trồng Nước tạo nên dòng vận chuyển vật chất, tạo nên mạch máu lưu thông trong cây như tuần hoàn máu ở động vật

- Nước điều chỉnh nhiệt trong cây Quá trình bay hơi nước làm giảm nhiệt độ đặc

biệt là của bộ lá, đảm bảo hoạt động quang hợp và các chức năng sinh lý khác tiến hành thuận lợi

- Nước có chức năng dự trữ trong cây Thực vật chịu hạn như các thực vật mọng

nước có hàm lượng nước dự trữ lớn Hàm lượng nước liên kết trong cơ thể thực vật này rất cao, quyết định khả năng chống chịu của chúng đối với điều kiện bất thuận nhất là chịu nóng và hạn

- Nước tạo nên sức trương P trong tế bào Nhờ có sức trương P mà đảm bảo cho tế

bào luôn ở trạng thái trương nước tạo tư thế thuận lợi cho các hoạt động sinh lý và sinh trưởng phát triển của cây

- Nước là thành phần quan trọng trong việc duy trì sự cân bằng tỷ lệ O2/CO2 trong khí quyển, thuận lợi cho các hoạt động sống của mọi sinh vật thông qua quang hợp

của cây Ðối với từng chức năng sinh lý cụ thể, nước có vai trò đặc trưng riêng

1.2 Vai trò của nước đối với quang hợp

Nước trong lá và trong tế bào thực vật nói chung đều ảnh hưởng đến sự hình thành

và kích thước của bộ máy quang hợp Nước không chỉ là nguồn nguyên liệu mà còn

là điều kiện đặc biệt quan trọng trong qua trình sinh tổng hợp các chất hữu cơ quan trọng – cơ sở cho việc hình thành năng suất của cây trồng (hình 1.2).Thiếu nước gây sự phân huỷ bộ máy quang hợp, làm suy thoái lục lạp, phá huỷ mối liên kết giữa diệp lục và protein

Hình 1 Vai trò của nước đối với quang hợp

các chất trong pha sáng và pha tối của quang hợp; các sản phẩm quang hợp không được vận chuyển ra khỏi lá làm giảm sút hoạt động quang hợp của lá, thậm chí ức chế quang hợp Cây đủ nước, khí khổng mở, ảnh hưởng tốt tới tốc độ xâm nhập

CO2 vào lá cung cấp cho quang hợp

Các thí nghiệm đều cho thấy rằng: hàm lượng nước trong lá đạt trạng thái bão hoà

và thiếu bão hoà một ít (90 - 95%) thì quang hợp đạt cực đại Tuy nhiên, nếu độ thiếu bão hoà nước tăng lên trên 10% thì quang hợp bị giảm sút Quang hợp ngừng khi độ thiếu bão hoà nước trong lá tăng trên 30% Tuy nhiên, tuỳ theo khả năng chống chịu hạn của cây mà mức độ giảm sút quang hợp khác nhau Thực vật càng chống chịu hạn tốt thì quang hợp càng giảm ít hơn khi thiếu nước, ví dụ: ở cây bông

Ả rập cường độ quang hợp giảm chậm và chỉ ngừng khi độ thiếu bão hoà nước lên tới >35% Chính vì vậy, trong sản xuất cần có chế độ tưới nước hợp lý cho cây trồng để chúng có hoạt động quang hợp tối ưu và tránh hạn xảy ra, nhất là trong thời kỳ hình thành cơ quan kinh tế

1.3 Vai trò của nước đối với sự vận chuyển và phân bố các chất trong cây

Nước ảnh hưởng đến quá trình vận chuyển các chất trong cây mạnh nhất so với các yếu tố khác Nước quyết định tốc độ và cả chiều hướng vận chuyển, phân bố các chất trong cây bởi nó vừa là dung môi hoà tan, vừa là môi trường để các chất này được vận chuyển Các chất vô cơ được rễ hút vào và vận chuyển trong mạch gỗ (xylem) theo hướng chính là từ rễ lên ngọn Các chất hữu cơ được tổng hợp ở lá, vận chuyển trong hệ mạch rây (libe, floem) theo hướng chính là từ lá xuống rễ và hướng khác là tới các cơ quan dự trữ như củ, quả, hạt - khi các cơ quan này hình thành (Hình 2)

Hình 2 Mô hình vận chuyển nước, các chất khoáng và các chất được tổng hợp.

Khi thiếu nước thì tốc độ vận chuyển các vật chất trên đều giảm Các thí nghiệm đã khẳng định rằng tốc độ dòng vận chuyển trong mạch libe giảm từ 1/3- 1/2 lần khi thiếu nước Nếu thiếu nước nhiều sẽ gây hiện tượng chảy ngược dòng: các chất hữu

cơ lại vận chuyển từ cơ quan dự trữ, cơ quan tích luỹ đến cơ quan dinh dưỡng Hậu quả là cây sinh trưởng kém, năng suất giảm, thậm chí không cho năng suất

Ví dụ: lúc lúa trỗ chắc mà gặp hạn thì hạt bị lép, lửng nhiều; khoai tây bị hạn thì ít

củ và củ nhỏ; đậu, lạc khi vào chắc mà thiếu nước thì hạt không mẩy Vì vậy, việc đảm bảo nhu cầu nước cho cây trồng đặc biệt là ở giai đoạn hình thành cơ quan kinh tế là rất cần thiết, bởi đây là một yếu tố quyết định năng suất kinh tế

1.4 Vai trò của nước đối với hô hấp của cây

Nước là môi trường cho các phản ứng sinh hoá, là nguyên liệu trực tiếp tham gia vào các quá trình ôxi hoá trong hô hấp Hàm lượng nước trong mô ảnh hưởng rất mạnh, có tính quyết định tới cường độ hô hấp Thiếu nước sẽ làm tăng hô hấp vô hiệu, hiệu quả sử dụng năng lượng trong hô hấp thấp

Tuy nhiên, mối quan hệ giữa cường độ hô hấp và hàm lượng nước trong mô là phức

tạp, phụ thuộc vào các loại thực vật, các loại mô khác nhau Chẳng hạn: ở cây mọng nước, một số mô có cường độ hô hấp tăng khi mô héo Ðối với hạt thì tuân theo qui luật rõ ràng: khi độ ẩm tăng thì thúc đẩy cường độ hô hấp tăng theo

Ví dụ: hạt lúa mì phơi khô trong không khí (hàm lượng nước còn khoảng10%) thì cường độ hô hấp rất thấp, khi độ ẩm hạt tăng 14 15 % thì cường độ hô hấp tăng 4

-5 lần Khi độ ẩm hạt tăng lên đến 30 - 3-5% thì cường độ hô hấp của hạt tăng gấp hàng nghìn lần Cần lưu ý là mối quan hệ giữa hàm lượng nước trong mô và cường

độ hô hấp có liên quan khá chặt chẽ với nhiệt độ

1.5 Vai trò của nước đối với dinh dưỡng khoáng

Sự trao đổi dinh dưỡng khoáng trong cây là một quá trình sinh lý rất phức tạp, phụ thuộc rất nhiều vào các điều kiện khác nhau, trong đó nước là một trong các yếu tố đóng vai trò quan trọng Các chất dinh dưỡng khoáng được bón vào đất hoặc phun lên lá đều ở dạng ion hoà tan trong nước Cây hút nước, vận chuyển nước kèm theo hút khoáng và vận chuyển khoáng vào cây (hình 3.2) Hàm lượng nước trong tế bào, trong cây, trong đất đều ảnh hưởng tới tốc độ hút, vận chuyển bị động và chủ động các chất khoáng và chất dinh dưỡng khác trong cây Thiếu nước, sự hút và vận chuyển khoáng đều giảm do tốc độ dòng thoát hơi nước (động lực trên) bị giảm

Hình 3 Sự vận chuyển các chất khoáng và nước vào rễ cây

1.6 Vai trò của nước đối với sinh trưởng, phát triển của cây

Nước luôn được coi là điều kiện sinh thái tối cần thiết cho sinh trưởng, phát triển của cây Nước ảnh hưởng tới tất cả các giai đoạn sinh trưởng, phát triển của cây nhưng mạnh nhất là giai đoạn giãn (đó chính là thời kỳ khủng hoảng nước của cây) Ðặc biệt mẫn cảm với hàm lượng nước là sự nẩy mầm của hạt Khi hạt giống phơi khô còn khoảng 10 - 12 % nước thì ngừng sinh trưởng, hạt ở trạng thái ngủ nghỉ Hạt hút nước vào, đạt độ ẩm hạt khoảng 50 - 60 % sẽ phát động sinh trưởng và nẩy mầm

Cây sinh trưởng, phát triển thuận lợi nhất khi đủ nước Song, phải lưu ý: nếu cây luôn bão hoà nước sẽ dẫn đến kéo dài thời kỳ sinh trưởng, phát triển dinh dưỡng, cây chậm ra hoa; nếu cây bị thiếu nước (bị hạn) thì thời kỳ sinh trưởng, phát triển dinh dưỡng rút ngắn, cây ra hoa, quả sớm

Cây bị thiếu nước do bất kỳ nguyên nhân nào, dù là hạn đất (do đất thiếu nước), hạn không khí (do độ ẩm không khí quá thấp) hay hạn sinh lý (do trạng thái sinh lý của cây không cho phép cây hút được nước) đều ảnh hưởng xấu tới tất cả các chức năng sinh lý của cây, làm là cây sinh trưởng, phát triển chậm, thậm chí ngừng sinh trưởng Biểu hiện đầu tiên, rõ nhất khi cây bị thiếu nước là cây bị héo, rũ, sau đó lá dần mất màu xanh do diệp lục bị phá huỷ Khi cây bị héo, dù là héo tạm thời hay héo lâu dài đều có hại Ðặc biệt, héo lâu dài gây tác hại nghiêm trọng tới sinh trưởng, phát triển của cây Do đó, cần xác định chế độ tưới hợp lý cho từng loại cây trồng tránh bị héo Khi bị héo, phải tìm nguyên nhân gây héo để có biện pháp khắc phục

Có thể mô tả tóm tắt vai trò của nước trong mối quan hệ hữu cơ với các hoạt động sống trong cây theo hình 4

Hình 4 Mối quan hệ hữu cơ giữa trao đổi nước với các hoạt động sống khác nhau trong cây

1.7 Vai trò của nước đối với khả năng chống chịu các điều kiện ngoại cảnh bất thuận

Hàm lượng, tỷ lệ nước tự do và liên kết trong cây, các dạng nước mao quản, nước màng, nước trọng lực trong đất không chỉ ảnh hưởng tới các hoạt động sinh lý của cây mà còn có quan hệ khá chặt chẽ tới khả năng chống chịu các điều kiện ngoại cảnh bất thuận của cây Lượng nước tự do trong các tế bào của cây cao thì cường độ trao đổi chất trong cây diễn ra mạnh và theo hướng tổng hợp, cây sinh trưởng tốt Nhưng ngược lại, chúng lại chống chịu rét, hạn, mặn kém nên dễ bị tổn thương, thậm chí chết và rụng Nước liên kết trong chất nguyên sinh tạo nên độ bền vững của keo nguyên sinh chất nên nó có vai trò quan trọng trong việc quyết định khả năng chống chịu của cây Tỷ lệ nước liên kết càng cao thì cây càng chống chịu tốt với các điều kiện ngoai cảnh bất lợi như: chống chịu nóng, hạn, mặn Cây xương rồng sống được trong điều kiện rất nóng và khô hạn của sa mạc là do tỷ lệ hàm lượng nước liên kết chiếm 2/3 hàm lượng nước trong chúng Tuy nhiên, cây sinh trưởng kém Vì lý do nào đó làm cây thiếu nước, nói cách khác là cây bị hạn gây

ảnh hưởng xấu đến hoạt động của các chức năng sinh lý và sinh trưởng, phát triển nói chung của cây Từ đó, ảnh hưởng xấu đến sức sống và khả năng chống chịu các loại bệnh hại của cây Hiện tượng này biểu hiện khá rõ khi sự thay đổi độ ẩm đất xẩy ra đột ngột (quá thiếu hoặc quá dư thừa nước, đất bị ngập, úng) hoặc bị váng chặt làm đất thiếu dưỡng khí Ở các điều kiện trên, sinh trưởng, phát triển và hoạt động của bộ rễ (nhất là với các cây có rễ ăn sâu) bị ảnh hưởng xấu nhưng lại rất thuận lợi cho việc phát sinh, phát triển một số loại bệnh như bệnh lở cổ rễ, cuốn lá ở cây họ cà (ví dụ: cà chua xuân hè)

2 Cơ sơ sinh lý của việc tưới nước hợp lý cho cây

Mỗi loại cây trồng, ở mỗi thời kỳ sinh trưởng khác nhau, cây có nhu cầu nước khác nhau tuỳ thuộc vào các hoạt động sinh lý của thời kỳ đó Hai quá trình hút nước và thoát hơi nước có liên quan trực tiếp đến hàm lượng nước trong cây và lượng nước cây cần Ðể tưới nước hợp lý cho cây, trước hết cần xác định được nhu cầu nước của cây, xác định thời điểm tưới và phương pháp tưới thích hợp

2.1 Xác định nhu cầu nước của cây

Nhu cầu nước của cây chính là lượng nước tổng số và trong từng thời kỳ sinh trưởng mà cây cần để có năng suất tối đa Ðiều đó cũng có nghĩa là năng suất cây trồng có liên quan chặt chẽ với lượng nước được cung cấp Có thời kỳ đặc biệt mà nếu thiếu nước sẽ ảnh hưởng nghiêm trọng đến đời sống của cây và năng suất, phẩm chất cuối cùng của sản phẩmthu hoạch Các nhà nghiên cứu về chế độ nước của cây gọi đó là thời kỳ khủng hoảng nước của cây Nhu cầu nước thay đổi tuỳ thuộc từng loại cây trồng và các giai đoạn sinh trưởng khác nhau Nhìn chung, nhu cầu nước của cây tăng dần theo độ lớn của cây và đạt tối đa khi cây có khối lượng thân lá và bề mặt phát tán nước lớn nhất, sau đó giảm dần Theo các nhà thuỷ nông thì trung bình mỗi ngày các cây trồng như lúa, ngô, lúa mì, rau cần từ 30 - 60 m3 nước/ha Trong một giờ đã có từ 10 đến 100% lượng nước trong cây đã đổi mới Các loại cây lấy hạt thường có nhu cầu nước nhiều nhất ở thời kỳ hình thành cơ quan sinh sản Các cây lấy củ có nhu cầu nước nhiều nhất ở thời kỳ sinh trưởng

nước cần tưới trên một diện tích gieo trồng của một cây trồng nào đó tuỳ theo thời

vụ Có thể mô phỏng mối quan hệ giữa nhu cầu nước của cây (lượng nước cây hút vào) và lượng nước cây đã thực hiện thoát hơi nước như hình 5.2

Hình 5 Mô hình biểu diễn mối quan hệ giữa nước cây hút vò và thoát ra trong hoạt động trao đổi nước của cây

3 Ứng dụng của việc tưới nước cho cây trong sản xuất