Nghiên cứu động thái ẩm của đất trong kỹ thuật tưới nhỏ giọt để xác định chế độ tưới hợp lý cho cây nho lấy lá trên vùng khan hiếm nước tt

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO - BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT VIỆN KHOA HỌC THỦY LỢI VIỆT NAM VIỆN KHOA HỌC THỦY LỢI MIỀN NAM - - TRẦN THÁI HÙNG NGHIÊN CỨU ĐỘNG THÁI ẨM CỦA ĐẤT TRONG KỸ THUẬT TƯỚI NHỎ GIỌT ĐỂ XÁC ĐỊNH CHẾ ĐỘ TƯỚI HỢP LÝ CHO CÂY NHO LẤY LÁ TRÊN VÙNG KHAN HIẾM NƯỚC CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT TÀI NGUYÊN NƯỚC MÃ SỐ: 58 02 12 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾT SĨ KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH - 2018 Cơng trình hồn thành tại: VIỆN KHOA HỌC THỦY LỢI MIỀN NAM Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS VÕ KHẮC TRÍ GS.TS LÊ SÂM Phản biện 1: Phản biện 2: Phản biện 3: Luận án bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án cấp:………… Họp tại: VIỆN KHOA HỌC THỦY LỢI MIỀN NAM 658 Đại lộ Võ Văn Kiệt, Phường 01, Quận 5, TP Hồ Chí Minh Vào hồi: …….giờ……phút, ngày……tháng…….năm 2018 Có thể tìm đọc luận án tại: - Thư viện Quốc gia Việt Nam - Thư viện Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam - Thư viện Viện Khoa học Thủy lợi miền Nam -1- MỞ ĐẦU TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Hai tỉnh Ninh Thuận Bình Thuận vùng khơ hạn nước, lượng mưa phân bố không đồng tháng năm Vì vậy, cần sử dụng hợp lý tài nguyên nước để đảm bảo sản xuất Nghiên cứu chế độ tưới tiết kiệm nước hợp lý cho trồng có giá trị kinh tế cao quan trọng cần thiết Trước đây, nghiên cứu thường tập trung vào phương diện chế độ tưới cho trồng theo phương pháp tưới chưa quan tâm nhiều đến động thái ẩm đất theo không gian rễ hoạt động Trên giới, nho lấy trồng nhiều Mỹ, Thổ Nhĩ Kỳ, Hy Lạp, Brazil… Tại Việt Nam, từ năm 1999÷2010, CTy TNHH thực phẩm YERGAT Trung tâm Phát triển KT-XH Bình Thuận (SEDEC) nhập giống nho IAC 572 từ Brazil trồng để lấy chế biến xuất Do phù hợp với điều kiện tự nhiên tỉnh Ninh Thuận, Bình Thuận, Đồng Nai… nên phát triển tốt cho hiệu kinh tế cao Hiện nay, giới chưa có nghiên cứu chế độ tưới hợp lý cho nho lấy lá, có vùng nhiệt đới khan nước (vùng khơ hạn) Nam Trung Bộ Chính vậy, Nghiên cứu động thái ẩm đất kỹ thuật tưới nhỏ giọt để xác định chế độ tưới hợp lý cho nho lấy vùng khan nước góp phần làm sáng tỏ vấn đề cấp thiết MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Mục tiêu nghiên cứu: (1) Xác định diễn biến lan truyền nước động thái ẩm đất kỹ thuật tưới nhỏ giọt; (2) Xác định chế độ tưới tiết kiệm nước hợp lý cho nho lấy canh tác vùng khan nước (vùng khô hạn), bao gồm: chu kỳ tưới, lượng nước thời gian tưới theo giai đoạn sinh trưởng cây; Đối tượng nghiên cứu: Nghiên cứu cho loại trồng: nho lấy vùng khan nước Ninh Thuận Bình Thuận; Kỹ thuật canh tác theo hàng (theo luống) Kỹ thuật tưới dùng tưới nhỏ giọt (tưới phun mưa nhỏ dùng để cải tạo vi khí hậu); Phạm vi nghiên cứu: thuộc vùng khan nước (vùng khô hạn) Việt Nam, gồm tỉnh Ninh Thuận Bình Thuận; Điều kiện khí hậu nắng nóng, mưa; thổ nhưỡng chủ yếu đất cát mịn; hạn chế điều kiện nguồn nước mặt; Bố trí thực nghiệm tưới tiết kiệm nước tỉnh Bình Thuận; -2Nội dung nghiên cứu - Đánh giá tổng quan lĩnh vực nghiên cứu giới nước; - Khảo sát thực địa, thiết kế thiết lập mơ hình nghiên cứu thực nghiệm chế độ tưới hợp lý cho nho lấy lá; - Thực nghiệm tưới, quan trắc diễn biến lan truyền nước động thái ẩm đất theo không gian thời gian Thiết lập tương quan hồi quy tuyến tính đại lượng liên quan trình lan truyền nước động thái ẩm đất; - Thực nghiệm trình sinh trưởng, phát triển theo chu kỳ lượng nước tưới mùa vụ Thiết lập tương quan xây dựng hệ phương trình hồi quy tuyến tính nhân tố: khí tượng (nhiệt độ, độ ẩm, nắng, gió, mưa, bốc nước) - lượng nước tưới - suất trồng; - Ứng dụng mơ hình CoupModel mơ lan truyền ẩm nhiệt hệ thống đất - trồng - không khí kỹ thuật tưới nhỏ giọt; - Xác định chế độ tưới tiết kiệm nước hợp lý cho nho lấy Cách tiếp cận - Tiếp cận toàn diện, hệ thống thực tiễn, từ tổng thể đến chi tiết; kế thừa, chọn lọc kinh nghiệm tri thức, nghiên cứu sở liệu có; Tiếp cận theo hệ sinh thái, hướng phát triển hiệu bền vững, giảm thiểu lãng phí tài nguyên đất-nước; Kế thừa/ứng dụng KHKT đại, thành tựu tưới sản xuất, thu hoạch bảo quản sản phẩm tiên tiến Phương pháp nghiên cứu - Phân tích, tổng hợp hệ thống hóa lý thuyết; Kế thừa chọn lọc phân tích tổng kết kinh nghiệm nghiên cứu; Điều tra khảo sát trường; Phương pháp thí nghiệm phịng thực nghiệm ngồi đồng; Xử lý liệu phương pháp phân tích thống kê; Phương pháp mơ hình tốn mơ q trình lan truyền nước động thái ẩm kỹ thuật tưới nhỏ giọt Ý NGHĨA VÀ NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN Ý nghĩa khoa học: - Nghiên cứu thiết lập đường đặc trưng ẩm đất canh tác (đất cát mịn) vùng khan nước (vùng khô hạn) sở khoa học phục vụ xác định chế độ tưới hợp lý cho trồng cạn; - Nghiên cứu thiết lập mối tương quan Đất – Nước – Cây trồng – Khí hậu sở khoa học nghiên cứu ứng dụng tưới nước cho trồng cạn vùng khan nước (vùng khô hạn); - Nghiên cứu xác định tiêu nghiên cứu tưới hiệu tưới nước kỹ thuật tưới nhỏ giọt cho nho lấy vùng khan nước (vùng khô hạn) Nam Trung Bộ -3Ý nghĩa thực tiễn:  Cây nho lấy có giá trị kinh tế cao, nhiên thiếu nước phục vụ tưới vấn đề cản trở đến phát triển đại trà Kết nghiên cứu giúp người dân tưới tiết kiệm nâng cao hiệu dùng nước, phục vụ phát triển trồng quy mô rộng lớn trở thành trồng mạnh;  Kết nghiên cứu lựa chọn hợp lý để chuyển đổi cấu trồng theo hướng đa dạng hóa loại trồng có giá trị kinh tế cao (mang tính bền vững) thích nghi với điều kiện tự nhiên vùng khô hạn;  Ứng dụng kết nghiên cứu giúp đơn giản hóa cơng tác tưới, góp phần xây dựng kế hoạch tưới phát triển mơ hình khai thác, sử dụng tài nguyên đất – nước phục vụ sản xuất ổn định bảo vệ mơi trường bền vững Những đóng góp nghiên cứu  Xây dựng đường đặc trưng ẩm loại đất canh tác nhằm phát triển hiệu kỹ thuật tưới nhỏ giọt cho loại trồng vùng khan nước;  Mô lan truyền nước động thái ẩm tầng đất canh tác (vùng rễ hoạt động) nho lấy lá;  Thiết lập chế độ tưới tiết kiệm nước hợp lý cho nho lấy canh tác vùng khan nước (vùng khô hạn) Nam Trung Bộ; CẤU TRÚC CỦA LUẬN ÁN Luận án trình bày 136 trang, bao gồm 36 bảng, 53 hình trang thuyết minh Nội dung luận án gồm chương chính, phần Mở đầu Kết luận - Kiến nghị, cụ thể sau: Mở đầu Chương 1: Tổng quan lĩnh vực nghiên cứu; Chương 2: Cơ sở lý thuyết bố trí thực nghiệm; Chương 3: Kết thực nghiệm mô lan truyền nước, động thái ẩm đất kỹ thuật tưới nhỏ giọt; Chương 4: Kết thực nghiệm xây dựng chế độ tưới hợp lý cho nho lấy vùng khan nước; Kết luận Kiến nghị Phần Phụ lục trình bày 145 trang, gồm 105 bảng biểu 99 hình minh họa phần thuyết minh “Tổng kết kỹ thuật trồng, chăm sóc thu hoạch nho lấy lá” CHƯƠNG I TỔNG QUAN LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU I.1 NGHIÊN CỨU VỀ SỰ VẬN ĐỘNG CỦA NƯỚC TRONG HỆ THỐNG ĐẤT – NƯỚC - CÂY TRỒNG Chế độ nước đất xem tổng hợp tượng nước xâm nhập vào đất, chuyển động nó, giữ tầng đất tiêu -4hao từ đất Các nhà khoa học cho trình nước thấm vào đất chia thành giai đoạn: (1) Thấm chưa ổn định, (2) Thấm ổn định Nghiên cứu lan truyền nước đất nhằm xác định phương pháp tưới lượng nước tưới hợp lý cho loại để nâng cao hiệu dùng nước I.2 NGHIÊN CỨU ÁP LỰC HÚT ẨM VÀ ĐỘNG THÁI ẨM CỦA ĐẤT ĐỂ ỨNG DỤNG TRONG TƯỚI TIÊU NƯỚC CHO CÂY TRỒNG Có cách xác định áp lực hút ẩm đất: (1) Phương pháp đo trực tiếp thiết bị đo (Tensiometer, Capilarimeter hay Vacum chamber); (2) Phương pháp gián tiếp dùng thiết bị đo tiêu liên quan tới áp lực ẩm hàm phụ thuộc, sau tính tốn áp lực hút ẩm Xác định nước đất nhiều phương pháp: Trọng lượng, Block nhiệt dung, ống Neutron, đo thời gian chuyển tiếp tín hiệu TDR; Đường đặc trưng ẩm (pF) loại đất xây dựng để biểu thị mối liên quan áp lực hút ẩm (h) độ ẩm đất (θ) Có phương pháp để xây dựng đường đặc trưng ẩm là: lý thuyết, thực nghiệm bán thực nghiệm Ứng dụng đường đặc trưng ẩm để: dự báo nhu cầu tưới cho trồng; thiết lập mối quan hệ độ ẩm-áp lực ẩm đất-mật độ rễ hút nước cây; đánh giá vận chuyển muối lan truyền chất hịa tan đất; phục vụ cơng tác tưới cho trồng cạn… Nghiên cứu thực nghiệm xây dựng đường đặc trưng ẩm để tính tốn trữ lượng nước hữu ích đất lượng nước dễ hữu ích cho trồng, phục vụ xác định chế độ tưới tiết kiệm nước hợp lý vùng khan nước (vùng khơ hạn) Nam Trung Bộ quan tâm thực Vì vậy, để góp phần nâng cao hiệu dùng nước sản xuất, cần xây dựng đường đặc trưng ẩm đất Nghiên cứu thực nghiệm thấm để kiểm tra việc tưới thiếu/thừa nước quan tâm thực hiện, chủ yếu dừng việc phân tích tiêu - lý - hóa đất kết nghiên cứu quan trọng, dễ xảy tượng thừa nước kéo dài thời gian lần tưới (nước thấm sâu qua vùng rễ hoạt động) Do đó, hầu hết người dân thực tưới theo phương pháp truyền thống, thời gian lượng nước tưới tùy theo chủ quan người trực tiếp sản xuất gây lãng phí nhiều nước Hiện nay, kỹ thuật tưới tiết kiệm nước ứng dụng rộng rãi giới, nước Mỹ, Israel, Úc, Tây Ban Nha, Đức… có nhiều kinh nghiệm thành tựu lĩnh vực nghiên cứu, áp dụng kỹ thuật công nghệ quản lý tưới tiết kiệm nước sản xuất nông nghiệp, thay hầu hết hệ thống tưới thông thường trước đem lại hiệu kinh tế cao Ở Việt Nam, người nông dân bước đưa hệ thống tưới vào thay giải pháp tưới truyền thống, giúp tiết kiệm nước nâng cao suất, chất lượng sản phẩm -5Các nghiên cứu trước chưa quan tâm nhiều đến động thái ẩm đất theo không gian hoạt động rễ cây, nên chưa ứng dụng xác định chế độ tưới cho trồng cạn Động thái ẩm đất ứng với kỹ thuật tưới khác khác không gian thời gian, ứng dụng kỹ thuật tưới nhỏ giọt vào thực tiễn sản xuất, cần có nghiên cứu cụ thể vấn đề này, có động thái ẩm theo ngày, để thấy mức hấp thụ nước hiệu cây, tránh xảy tượng tưới thừa tưới thiếu nước vùng ẩm tối ưu vượt nhỏ không gian rễ, từ xác định mức tưới xác cho mùa vụ sau Nghiên cứu chế độ tưới thực với nhiều phương pháp khác cho nhiều loại trồng cạn Tuy nhiên, kết công bố xác định mức tưới theo điều kiện khí tượng thực tế hàng ngày để đảm bảo đủ nước cho trồng chưa phổ biến nhiều, điều hạn chế việc ứng dụng tưới nước cho trồng người nông dân, đặc biệt vùng khan nước (vùng khô hạn) Nam Trung Bộ Các nghiên cứu nho Việt Nam nhiều, nhiên nghiên cứu chế độ tưới diễn lâu, khơng cịn phù hợp với thời điểm tương lai Cây nho lấy loại có triển vọng phát triển mang lại hiệu kinh tế Việt Nam, chế độ tưới hợp lý cho trồng chưa thực hiện, việc tưới nước cho chủ yếu theo cảm tính phương pháp tưới truyền thống lãng phí nước Chính vậy, sở khoa học chế độ tưới, chăm sóc cho nho lấy cần thiết nghiên cứu xác định cụ thể, đặc biệt kỹ thuật tưới nhỏ giọt vùng khan nước (vùng khô hạn) Nam Trung Bộ I.3 ĐẶC ĐIỂM VÙNG NGHIÊN CỨU Ninh Thuận Bình Thuận có điều kiện khí hậu khơ hạn mưa nước Mặc dù hệ thống sơng ngịi hồ chứa tỉnh phong phú lượng mưa không theo không gian thời gian nên cạn kiệt nghiêm trọng vào mùa khơ Hàng năm diện tích trồng bị thiệt hại hạn hán tăng cao Tổng diện tích phải dừng sản xuất năm 2016 tỉnh Ninh Thuận khoảng 10.260ha: Vụ Đông Xuân 5.775ha (lúa 2.645ha, màu 3.130ha); vụ Hè Thu 4.495ha lúa Tại tỉnh Bình Thuận, tổng diện tích năm bị thiệt hại tính đến ngày 2/3/2016 là: 1.400ha, gồm 150ha lúa (tập trung Đức Linh 97ha, Hàm Thuận Bắc 19 ha, Hàm Tân 34ha), 300ha long, 200ha điều, 700ha mía… Hàm Tân Diện tích đất hoang hóa tỉnh phong phú, nhiên điều kiện nguồn nước không đáp ứng đủ nên người dân canh tác thường xuyên, ảnh hưởng lớn đến đời sống xã hội vùng Vì vậy, việc ứng dụng giải pháp tưới tiết kiệm nước cho trồng cần thiết -6CHƯƠNG II CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ BỐ TRÍ THỰC NGHIỆM II.1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT II.1.1 Cơ sở lý thuyết trình vận chuyển nước đất Định luật Darcy (cho dòng chảy đất bão hòa nước) Lưu lượng nước chảy qua khối đất bão hòa nước tiết diện A: 𝐻2−𝐻1 )∗𝐴 ∆𝐿 𝑄 = 𝐾∗( (2.1) Trong đó: H1 H2: Áp suất điểm đầu cuối khối nước bão hòa; ΔL: Chiều dài khối nước theo chiều dịng chảy; A: Diện tích mặt cắt ngang khối nước vng góc dịng chảy; Q: Lưu lượng nước chảy qua khối đất bão hòa (cm3/s); Tốc độ thấm ổn định qua đơn vị diện tích đơn vị thời gian 𝑄 𝑉 = = 𝐾∗𝑗 (2.2) 𝐴 Trong đó: K: Hệ số thấm bão hịa (cm/s); J: Chênh lệch áp suất đầu nước (Gradien ngấm ổn định hay độ dốc 𝐻2−𝐻1 thuỷ lực) ∆𝐿 (cm/cm); Dòng chảy đất khơng bão hịa nước Theo Richards (1931), dịng chảy đất khơng bão hịa tính: 𝜕𝜓 𝜕𝑧 𝑞𝑤 = −𝑘𝑤 ( − 1) − 𝐷𝑣 𝜕𝐶𝑣 + 𝑞𝑏𝑦𝑝𝑎𝑠𝑠 𝜕𝑧 (2.3) Trong đó: kw: Tốc độ dịng thấm đất khơng bão hịa; ψ: Sức căng mặt ngồi nước; z: độ sâu thấm; Cv: tập trung nước khơng khí đất; Dv: hệ số khuyếch tán nước đất; qbypass: dòng chảy qua khe rỗng lớn (vĩ mô) khối đất; qmat: dòng Darcy hay dòng chảy qua khe rỗng nhỏ đất; qw: tổng của: dòng chảy qua khe rỗng nhỏ q mat, dòng nước qv dòng chảy qua khe rỗng lớn qbypass tầng đất; Phương trình tổng qt cho dịng chảy khơng bão hịa từ định luật bảo toàn khối lượng: (𝜃 − 𝜃 ) 𝑞 (𝜃 − 𝜃 ) 𝑞 = ∆𝑡 ∆𝑧 (2.7) hay = ∆𝑡 (2.8) ∆𝑧 Trong đó: θ: Độ ẩm đất; Phương trình (2.3) (2.7) phương trình để tính động thái ẩm đất -7II.1.2 Các hàm đặc trưng thủy lực nước đất a) Đường đặc trưng ẩm đất Theo Brook & Corey (1964), áp lực hút ẩm thực tế, ψ, sau: 𝜓 −𝜆 ) 𝜓𝑎 𝑆𝑒 = ( (2.11) Trong đó: ψa: Áp lực khe rỗng; λ: Chỉ số phân bố kích thước lỗ rỗng; Độ bão hịa nước hữu ích, Se, xác định sau: 𝜃−𝜃 𝑆𝑒 = 𝜃 − 𝜃𝑟 (2.12) 𝑠 𝑟 Trong đó: θ: độ ẩm thực tế; θs: độ ẩm bão hòa; θr: hàm lượng nước lại (hay hàm lượng nước mà gradient dθ/dh trở thành zero); Theo Van Genuchten (1980), hàm số đặc trưng lực hút ẩm sau: 𝑆𝑒 = (2.13) g g𝑚 (1+(𝛼𝜓) 𝑛 ) Trong đó: α, gn gm: hệ số thực nghiệm; b) Hệ số thấm khơng bão hịa Theo Mualem (1976), hệ số thấm khơng bão hịa kw* tính: (𝑛+2+ ) 𝜆 ∗ 𝑘𝑤 = 𝑘𝑚𝑎𝑡 𝑆𝑒 (2.16) * Nếu hàm số (2.11) cho đặc trưng ẩm dùng hệ số kw tính: 𝜓 2+(2+𝑛)𝜆 ∗ 𝑘𝑤 = 𝑘𝑚𝑎𝑡 ( 𝜓𝑎 ) (2.17) Trong đó: kmat: Hệ số thấm qua lỗ rỗng bão hòa nước; n: tham số tính tốn tương quan lỗ rỗng dòng chảy rối; Theo Van Genuchten (2.13), hệ số thấm khơng bão hịa sau: −1 ∗ 𝑘𝑤 = 𝑘𝑚𝑎𝑡 (1−(𝛼𝜓)𝑔𝑛 (1+(𝛼𝜓)𝑔𝑛 )−𝑔𝑚 ) 𝑔𝑚 (1+(𝛼𝜓)𝑔𝑛 ) 2 (2.18) Trong đó: α, gn, gm: hệ số thực nghiệm (tương tự (2.13)); Giống lựa chọn khác hàm số Mualem (2.16) ÷ (2.18), hệ số thấm khơng bão hịa kw* tính hàm lũy thừa đơn giản bão hòa tương đối: 𝜃 𝑃𝑛𝑟 ∗ 𝑘𝑤 = 𝑘𝑚𝑎𝑡 (𝜃 ) 𝑠 (2.19) Hoặc hàm lũy thừa đơn giản bão hòa hữu ích: 𝑃 ∗ 𝑘𝑤 = 𝑘𝑚𝑎𝑡 𝑆𝑒 𝑛𝑒 (2.20) Trong đó: Pnr, Pne: tham số; Se: Độ bão hịa hữu ích; kmat: Hệ số thấm qua lỗ rỗng bão hòa nước; θs: độ ẩm bão hòa nước; θ: độ ẩm thực tế; -8Tổng hệ số thấm gần bão hịa tính tốn sau: ∗ 𝑘𝑤 ∗ (𝜃 −𝜃 ))+ (𝑙𝑜𝑔(𝑘𝑤 𝑠 𝑚 𝑘𝑠𝑎𝑡 𝜃−𝜃𝑠 +𝜃𝑚 𝑙𝑜𝑔( )) 𝜃𝑚 𝑘𝑤(𝜃 −𝜃 ) 𝑠 𝑚 = 10 (2.21) Trong đó: ksat: Hệ số bão hịa nước tồn phần bao gồm khe rỗng khối đất; ∗ (𝜃 𝑘𝑤 𝑠 − 𝜃𝑚 ): hệ số thấm phía (𝜃𝑠 − 𝜃𝑚 ) ψmat tính từ cơng thức (2.16) ÷ (2.18); c) Trữ lượng nước hữu ích tích lũy đất lượng nước dễ hữu ích cho cây: Theo FAO, trữ lượng nước hữu ích tầng đất (i) có bề dày dz: AW(i) = 1000*(θfc – θwp)* dz(i) = 1000*θaw(i) * dz(i) (mm) (2.22) Trong đó: AW: Trữ lượng nước hữu ích đất có bề dày dz (mm) θaw, θfc, θwp: độ ẩm hữu ích, độ ẩm đồng ruộng, độ ẩm héo (m3/m3 hay cm3/cm3); dz(i): Độ dày tầng đất nghiên cứu thứ (i) (m) - Tổng trữ lượng nước hữu ích tầng đất tính tốn: 𝑇𝐴𝑊 = ∑𝑛1 𝐴𝑊(𝑖) = 1000 ∑𝑛1 𝜃𝑎𝑤(𝑖) ∗ 𝑑𝑧(𝑖) (mm) (2.23) Trong đó: i = → n: số gia độ sâu tầng đất TAW: Tổng trữ lượng nước hữu ích (lũy tích) đất độ sâu z - Lượng nước dễ hữu ích cho trồng (RAW): RAW = p * TAW (mm) (2.24) Trong đó: RAW: Lượng nước dễ hữu ích cho trồng độ sâu z p: Hệ số bình quân tổng lượng nước hữu ích đất giúp rễ hút dễ dàng, giá trị từ ÷ II.2 TÍNH TỐN NHU CẦU NƯỚC CHO CÂY TRỒNG Tổng lượng bốc nước chu kỳ tưới (CK) n: 𝐸𝑝𝑎𝑛(𝑛) = ∑ 𝑛 𝑖=1 𝐸𝑝𝑎𝑛(𝑖) (mm) (2.25) Bốc thoát nước tham chiếu tính tốn chu kỳ tưới (ETo): ETo(i) = Kpan * Epan(n) (mm) (2.26) Trong đó: Epan(i): tổng lượng bốc nước ngày (mm); n: chu kỳ tưới 2, hay ngày;Kpan: Hệ số bốc chậu đựng nước; Bốc thoát nước mặt ruộng hay nhu cầu nước cho trồng: ETc = Kc * ETo (mm) (2.27) hay Wcrop = Kc*ETo (mm) (2.28) Nhu cầu tưới trồng (mức tưới bản) chu kỳ tưới n: Ist(n) = ETc – P(n) (mm) (2.29) Trong đó: Kc: Hệ số nhu cầu nước cây; - 11 Khu vực không trồng cây: Zck2max: 43,37cm, Rck2max: 21,60cm; Zck3max: 45,13cm, Rck3max: 20,1cm; Zck4max: 45,61cm, Rck4max: 18,38cm; Khu vực trồng cây: Zck2max: 44,53cm, Rck2max: 23,4cm; Zck3max: 46,03cm, Rck3max: 21,50cm; Zck4max: 47,53cm, Rck4max: 19,95cm; Vẽ biểu đồ quan hệ tương quan đại lượng: Z, R, W, t, VZ, VR, Hệ số xác định tương quan cao (R2 > 0,90) Z 50.0 (cm) 40.0 30.0 20.0 Z = 9,3112ln(t) - 10,912 R² = 0,9344 10.0 0 60 120 180 240 300 360 420 t (phút) R 30.0 (cm) 25.0 20.0 15.0 10.0 5.0 R = 4,3998ln(t) - 0,5178 R² = 0,9818 60 120 180 240 300 360 420 t (phút) Hình 3.5: Biểu đồ quan hệ tương quan đại lượng CK2 ngày (Khu vực trồng cây, tưới TKN) III.2.2 Diễn biến lan truyền nước phòng (Lab) Kết quả quan trắc lan truyền nước phịng có xu tương tự trường: Zckmax: 47,7cm, Rck4max: 25,2cm; Vẽ biểu đồ quan hệ tương quan giữa: Zlab, Rlab, W, t, Vzlab VRlab Kết cho thấy hàm số thiết lập có hệ số R2 cao (R2 > 0,90); III.3 ĐẶC TÍNH GIỮA NƯỚC VÀ LƯỢNG NƯỚC HỮU ÍCH CỦA ĐẤT III.3.1 Đường đặc trưng ẩm đất (pF) Ứng dụng mơ hình Van Genuchten (1980) để thiết lập đường đặc trưng ẩm đất canh tác (pF) để ứng dụng việc xác định động thái ẩm đất, hệ số tương quan R2 từ 0,96÷0,99 Đường cong (pF) tầng đất điển hình cho loại đất cát mịn với hình dáng đường cong đồng có độ dốc thoải Bảng 3.4: Kết đo (trung bình mẫu đất) đường cong lực giữ nước đất (pF) STT Lực h (pF) h (cm) h (bar) Độ sâu (cm) 0÷10 10÷20 20÷30 30÷40 40÷50 50÷60 0÷40 0÷60 0,0 0,0 0,0 39,10 35,93 35,10 31,60 33,00 32,23 35,43 34,49 Ẩm độ thể tích (%) 0,4 1,0 1,5 1,8 2,5 10,0 31,6 63,1 0,002 0,010 0,031 0,062 Đo hộp cát (Sand Box) 35,00 33,90 23,40 13,70 31,33 29,23 21,33 12,40 31,57 29,80 21,33 11,77 29,57 28,07 20,23 11,43 30,43 28,57 20,20 11,43 30,03 27,87 19,63 10,97 31,87 30,25 21,58 12,33 31,32 29,57 21,02 11,95 2,0 100,0 0,098 12,93 12,10 11,30 11,00 10,97 10,63 11,83 11,49 2,5 4,2 316,2 15848,9 0,310 15,543 Đo pF Box 11,30 5,57 11,67 3,76 10,70 3,82 10,27 4,61 10,30 3,39 10,20 3,23 10,98 4,44 10,74 4,06 - 12 Mẫu TB - tầng đất: 10-20cm PF PF Mẫu TB - tầng đất: 0-10cm 5.000 4.000 3.000 2.000 1.000 0.000 R² = 0.9835 10.0 20.0 30.0 40.0 Độ ẩm (%) PF PF 10.0 20.0 20.0 30.0 PF 30.0 40.0 Độ ẩm (%) R² = 0.9861 PF 10.0 20.0 10.0 20.0 30.0 40.0 Độ ẩm (%) Mẫu TB - tầng đất: 50-60cm R² = 0.9838 5.000 4.000 3.000 2.000 1.000 0.000 30.0 40.0 Độ ẩm (%) Mẫu TB - tầng đất: 40-50cm 5.000 4.000 3.000 2.000 1.000 0.000 10.0 Mẫu TB - tầng đất: 30-40cm R² = 0.9794 R² = 0.9747 Mẫu TB - tầng đất: 20-30cm 5.000 4.000 3.000 2.000 1.000 0.000 5.000 4.000 3.000 2.000 1.000 0.000 40.0 5.000 4.000 3.000 2.000 1.000 0.000 R² = 0.9828 10.0 20.0 30.0 40.0 Độ ẩm (%) Độ ẩm (%) Hình 3.10: Biểu đồ đường đặc trưng ẩm theo tầng đất Bảng 3.5: Trữ lượng nước tích lũy, trữ lượng nước hữu ích đất lượng nước dễ hữu ích cho nho lấy Tầng Độ đất sâu (cm) θfc Wfc TWfc θwp Wwp TWwp θaw AW TAW Hệ số RAW TRAW θp (mm) (mm (cm3/ (cm3/ (mm) (mm) (cm3/ (mm) (mm) (cm3/ (mm) (mm) P 3 nước) cm3) cm ) cm ) cm ) 0,35 2,58 2,58 θp (% TT) 0,1036 80,08 10÷20 0,1210 12,10 25,03 0,0376 3,76 9,33 0,0834 8,34 15,70 0,35 2,92 5,50 0,0918 75,87 20÷30 0,1130 11,30 36,33 0,0382 3,82 13,15 0,0748 7,48 23,19 0,35 2,62 8,12 0,0868 76,82 30÷40 0,1100 11,00 47,33 0,0461 4,61 17,76 0,0639 6,39 29,58 - - - - - 40÷50 0,1097 10,97 58,30 0,0339 3,39 21,14 0,0758 7,58 37,16 - - - - - 50÷60 0,1063 10,63 68,93 0,0323 3,23 24,37 0,0740 7,40 44,56 - - - - - 0÷10 0,1293 12,93 12,93 0,0557 5,57 5,57 0,0736 7,36 7,36 Trong đó: θfc, θwp , θaw: Độ ẩm đồng ruộng, độ ẩm héo độ ẩm hữu ích đất ; Wfc, TWfc: Lượng nước trữ tổng lượng nước tích lũy đất độ ẩm đồng ruộng; Wwp, TWwp: Lượng nước trữ tổng lượng nước tích lũy đất độ ẩm héo; AW, TAW: Lượng nước hữu ích tổng (lũy tích) trữ lượng nước hữu ích đất; p : Hệ số bình quân tổng lượng nước hữu ích đất (TAW) ; RAW, TRAW: Lượng nước dễ hữu ích tổng lượng nước dễ hữu ích cho trồng; θp : Độ ẩm tối thiểu thích hợp cho trồng (điểm p); - 13 III.3.2 Khả trữ nước hữu ích đất lượng nước dễ hữu ích cho trồng Đối với tầng đất chứa rễ hoạt động trồng 0÷20cm (cho trồng có rễ hoạt động nơng, gần sát bề mặt đất), độ trữ ẩm đồng ruộng 25,03mm, tổng lượng nước hữu ích đất 15,70mm (chiếm 62,73% độ trữ ẩm đồng ruộng) Trong tầng đất thực nghiệm 0÷60cm), độ trữ ẩm đồng ruộng 68,93mm, tổng lượng nước hữu ích đất 44,56mm (chiếm 64,64% độ trữ ẩm đồng ruộng) Tổng lượng nước dễ hữu ích loại trồng cạn phổ biến vùng khan nước Nam Trung Bộ: nho ăn quả: 10,36mm (chiếm 35,0% tổng lượng trữ nước hữu ích-TLTNHI), độ ẩm tối thiểu thích hợp cho θp: 8,76%TT; Thanh long: 17,75mm (60,0% TLTNHI), θp: 7,17%TT; táo: 22,28mm (50,0% TLTNHI), θp: 6,93%TT; mía: 19,22mm (65,0% TLTNHI), θp: 6,85%TT; rau (các loại): 9,27mm (40,0% TLTNHI), θp: 8,31%TT; hành tỏi: 4,71mm (30,0% TLTNHI), θp: 9,6%TT Đối với nho lấy lá, tầng đất chứa rễ hoạt động trồng ÷ 20cm, tổng lượng nước dễ hữu ích: 5,50mm (35,0% TLTNHI), θp: từ 9,18 ÷ 10,36%TT Khi độ ẩm đất giảm tới điểm độ ẩm tối thiểu thích hợp cho θp, cần tưới nước để hấp thụ phát triển tốt III.4 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ĐỘNG THÁI ẨM ĐẤT III.4.1 Động thái ẩm theo chiều sâu tầng đất Vào cuối chu kỳ, độ ẩm CK2 lớn nhất, CK3, thấp CK4 Khu vực không trồng (KoTC): độ ẩm đất tầng phía thấp tầng phía Khu vực trồng tưới tiết kiệm nước (TKN): độ ẩm tầng có chứa rễ hoạt động thấp tầng lại; tầng đáy chịu tác động yếu tố khí tượng không bị rễ hút nước nên độ ẩm cao tầng phía Khu vực tưới truyền thống (CT): độ ẩm tầng đất phía nhỏ tầng phía rễ hoạt động chủ yếu nằm phía hút nước mạnh phía Khu vực tưới truyền thống (CK2) -Vụ V1 Khu vực tưới tiết kiệm nước (CK2) - Vụ V1 Độ sâu (cm) -5 -10 -15 10 15 20 25 30 35 Độ ẩm (%) 6,0 12,0 18,0 24,0 -20 -25 -30 -5 0,5 30,0 36,0 42,0 48,0 Độ sâu (cm) -10 -15 -20 -25 -30 10 15 20 25 30 35 Độ ẩm (%) 0,5 6,0 12,0 18,0 24,0 30,0 36,0 42,0 48,0 Hình 3.12: động thái ẩm theo thời gian chiều sâu tầng đất khu vực – V1 - 14 III.4.2 Động thái ẩm theo chu kỳ tưới a) Khu vực KoTC: So sánh độ ẩm đất cuối CK tưới với độ ẩm (θp) loại trồng cạn, kết theo mức độ tăng lên gồm: hành tỏi, rau, cà chua, táo, long, mí)… Khi áp dụng tưới TKN, không nên kéo dài CK tưới lớn ngày, riêng chịu hạn tốt (mía, long…) tưới với CK trung bình (3 ngày), bị thiếu nước vào ngày cuối CK tưới, đặc biệt có độ nhạy cảm cao với nước rau, cà chua hành tỏi Để tránh giảm suất chất lượng sản phẩm sau thu hoạch nên tưới với CK ngắn (2 ngày) b) Khu vực trồng nho lấy tưới TKN: hầu hết độ ẩm đất cuối CK3 CK4 nhỏ độ ẩm (θp), độ ẩm tầng đất 10÷20cm CK4 đơi xấp xỉ (θwp) gây khó khăn cho hút nước Riêng CK2 có độ ẩm lớn (θp) nên đảm bảo cho hút đủ nước để phát triển tốt 0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 20.0 -5 θwp -10 Độ sâu (cm) Độ ẩm (%) θp - nho lấy -15 θcuối CK2 (TKN2-V1) -20 θcuối CK3 (TKN3-V1) -25 θcuối CK4 (TKN4-V1) -30 Hình 3.15: So sánh độ ẩm đất cuối chu kỳ tưới với độ ẩm héo θwp θp – Khu vực tưới tiết kiệm nước (TKN) - Vụ V1 c) Khu vực trồng nho lấy tưới phương pháp truyền thống: độ ẩm đất cuối CK3 CK4 nhỏ độ ẩm (θp), chí CK4 xấp xỉ (θwp), có nhu cầu nước tăng cao việc hút nước gặp khó khăn, thường có biểu bị héo nhẹ, ảnh hưởng đến suất chất lượng sản phẩm toàn mùa vụ Riêng CK2 có độ ẩm lớn (θp) 0.0 -5 Độ sâu (cm) -10 -15 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 20.0 Độ ẩm (%) θwp θp - nho lấy θcuối CK2 (CT2-V1) -20 -25 -30 θcuối CK3 (CT3-V1) θcuối CK4 (CT4-V1) Hình 3.16: So sánh độ ẩm đất cuối chu kỳ tưới với độ ẩm héo θwp θp – Khu vực tưới truyền thống (CT) - Vụ V1 - 15 III.5.3 Động thái ẩm theo ngày a) Khu vực không trồng (KoTC): Từ 21g÷3g sáng có mức độ giảm độ ẩm nhỏ nhất, 3g÷9g có mức giảm độ ẩm vị trí thứ ba ngày; từ 9g÷15g, mức giảm độ ẩm đất đạt lớn nhất; từ 15g÷21g có mức giảm lớn thứ hai đứng sau thời đoạn 9g÷15g Tầng đất 0÷5cm có mức giảm lớn nhất, tầng 5÷10cm, 10÷15cm, 15÷20cm, 20÷25cm tầng 25÷30cm b) Khu vực trồng nho lấy tưới tiết kiệm nước (TKN): Khi xét đến giảm độ ẩm tầng đất, có khác biệt rõ ràng thứ tự so với khu vực KoTC, nguyên nhân rễ hút nước chuyển lên thân phục vụ quang hợp, trao đổi chất giúp phát triển cân nhiệt Thứ tự mức giảm: tầng đất 10÷15cm giảm nhiều nhất, tầng đất 5÷10cm, 15÷20cm, 0÷5cm, 20÷25cm tầng 25÷30cm c) Khu vực trồng nho lấy tưới tiết kiệm nước (TKN): Sự suy giảm độ ẩm thời điểm ngày tương tự khu vực TKN Khi xét đến suy giảm độ ẩm tầng đất, khu vực có khác biệt rõ ràng thứ tự so với khu vực KoTC khu tưới TKN, tầng đất 20÷30cm có mức giảm lớn nhất, tầng đất 15÷20cm, 10÷15cm, 5÷10cm tầng 0÷5cm Độ ẩm (%) 5.00 4.00 3.00 2.00 1.00 0.00 15:00 21:00 3:00 9:00 15:00 21:00 3:00 9:00 Chu kỳ 21:00 3:00 9:00 15:00 21:00 3:00 9:00 15:00 (sau (sau (sau (sau (sau (sau (sau (sau (sau (sau (sau (sau (sau (sau (sau (sau 6giờ) 12giờ) 18giờ) 24giờ) 30giờ) 36giờ) 42giờ) 48giờ) 6giờ) 12giờ) 18giờ) 24giờ) 30giờ) 36giờ) 42giờ) 48giờ) Thời gian (giờ) -5 cm -10cm -15 cm -20 cm -25 cm -30 cm Độ ẩm (%) Hình 3.18: Mức giảm độ ẩm ngày tầng đất-KV không trồng cây, CK2-V1 5.00 4.00 3.00 2.00 1.00 0.00 15:00 21:00 3:00 9:00 15:00 21:00 3:00 9:00 Chu 21:00 3:00 9:00 15:00 21:00 3:00 9:00 15:00 (sau (sau (sau (sau (sau (sau (sau (sau kỳ (sau (sau (sau (sau (sau (sau (sau (sau 6giờ) 12giờ) 18giờ) 24giờ) 30giờ) 36giờ) 42giờ) 48giờ) 6giờ) 12giờ) 18giờ) 24giờ) 30giờ) 36giờ) 42giờ) 48giờ) Thời gian (giờ) -5 cm -10cm -15 cm -20 cm -25 cm -30 cm Độ ẩm (%) Hình 3.19: Mức giảm độ ẩm ngày tầng đất - KV tưới TKN, CK2 - V1 5.00 4.00 3.00 2.00 1.00 0.00 15:00 21:00 3:00 9:00 15:00 21:00 3:00 9:00 Chu 21:00 3:00 9:00 15:00 21:00 3:00 9:00 15:00 (sau (sau (sau (sau (sau (sau (sau (sau kỳ (sau (sau (sau (sau (sau (sau (sau (sau 6giờ) 12giờ) 18giờ) 24giờ) 30giờ) 36giờ) 42giờ) 48giờ) 6giờ) 12giờ) 18giờ) 24giờ) 30giờ) 36giờ) 42giờ) 48giờ) Thời gian (giờ) -5 cm -10cm -15 cm -20 cm -25 cm -30 cm Hình 3.20: Mức giảm độ ẩm ngày tầng đất - KV tưới truyền thống, CK2 -V1 - 16 III.5 ỨNG DỤNG MƠ HÌNH COUP MODEL MÔ PHỎNG ĐỘNG THÁI ẨM TRONG HỆ THỐNG ĐẤT-CÂY TRỒNG-KHÔNG KHÍ III.5.1 Tổng quan mơ hình Coup Model Mơ hình Coup ban đầu có tên gọi Soil Model phát triển để mơ q trình chuyển động nước nhiệt loại đất có thực vật che phủ theo chiều sâu phẫu diện đất Lý thuyết gồm: (1) Các định luật bảo tồn khối lượng lượng; (2) Dịng chảy đất (Định luật Darcy) nhiệt độ (Định luật Fourier) III.6.2 Ứng dụng mơ hình Coup Model mơ động thái ẩm hệ thống đất - trồng - khơng khí a) Thiết lập liệu ban đầu vào mơ hình: đưa liệu vào cửa sổ Document, Run Info, Switches, Parameters, Parameter tables, Model files… gồm: Dữ liệu khí tượng, lượng nước tưới, trồng, đặc tính lý đất …; Thời gian mơ theo mùa vụ: Vụ V1 từ 01/01 ÷ 30/4/2012, Vụ V2 từ 01/9 ÷ 30/12/2012, Vụ V3 từ 01/01 ÷ 30/4/2013 b) Phân tích đánh giá kết mơ Xây dựng đường đặc trưng ẩm đất mô hình dựa vào cấu trúc đất cho kết tương đồng với kết đo áp lực ẩm phòng Động thái ẩm tẩng đất: độ ẩm đất đầu mùa vụ hạ thấp Sau tưới, độ ẩm đất tăng lên trì cao so với thời điểm ban đầu, kết phù hợp với quan trắc thực tế trường Bốc thoát nước mặt ruộng (của đất qua lá) với trình tưới phát triển trồng, biên độ từ 0,5÷4mm/ngày Sự hút nước đất rễ cây: từ 0÷2mm/ngày, phù hợp với diễn biến thoát nước bốc thoát nước trồng Diễn biến nhiệt độ tầng đất thay đổi theo chiều sâu, tầng đất 0÷5cm có biên độ từ 18÷220C, tầng đất phía có biên độ giảm dần 1,5÷20C theo thời gian Sự phát triển tập trung rễ theo động thái ẩm đất giống với phát triển rễ trường III.6 KIỂM ĐỊNH DỮ LIỆU THỰC NGHIỆM, PHÂN TÍCH TƯƠNG QUAN VÀ XÂY DỰNG CÁC PHƯƠNG TRÌNH HỒI QUY Dữ liệu xử lý phân tích thống kê, kiểm định độ tin cậy Cronbach's Alpha phân tích nhân tố khám phá EFA Kiểm định khác biệt trung bình có ý nghĩa thống kê One-Way ANOVA, kiểm định Levene Statistic – đồng phương sai, kiểm định F - khác biệt có ý nghĩa thống kê (ANOVA) kiểm định Welch - vi phạm giả định phương sai không đồng Kết kiểm định đảm bảo yêu cầu thống kê, phục vụ tính tốn, phân tích thiết lập phương trình hồi quy tuyến tính nhân tố Kết kiểm định hệ số tương quan đảm bảo tương quan đại lượng chặt chẽ Các hệ phương trình hồi quy sau: - 17 Bảng 3.15: Hệ phương trình hồi quy tuyến tính thấm đất Phương trình hồi quy f (Z) = f (t) f (Z) = f (W, R) Tưới f (Vz) = f (W, R) TKN f (R) = f (t) f (R) = f (W) f (VR) = f (W, R) Khu vực CK2 CK3 Z2 = 0,957t2 Z2 = 0,481W2 + 0,555R2 Vz2 =0,397W2 - 1,300R2 R2 = 0,858t2 R2 = 0,858W2 VR2 =0,554W2 - 1,417R2 Z3 = 0,969t3 Z3 = 0,596W3 + 0,445R3 Vz3 = 0,357W3 - 1,253R3 R3 = 0,838t3 R3 = 0,838W3 VR3 =0,488W3 - 1,355R3 CK4 Z4 = 0,961t4 Z4 = 0,582W4 + 0,467R4 Vz4 =0,289W4 - 1,199R4 R4 = 0,813t4 R4 = 0,813W4 VR4 = 0,432W4 - 1,296R4 Bảng 3.16: Kết kiểm định xây dựng hệ phương trình hồi quy tuyến tính đường đặc trưng ẩm (pF) (TAWpF2 TRAWpF) TT Quan hệ yếu tố f(TAW) = f(θpF2) f(TRAW) = f(θpF) EigenPhương trình value hồi quy > 0,5 > 0,5 B1, B2, B3, B’1, B’2, B’3, Bct > C1, C2, C3, C’1, C’2, C’3, Cct Lô thực nghiệm Tháng 01-4/2012 Tháng 9-12/2012 Tháng 01-4/2013 Hình 4.8: Năng suất trồng lô thực nghiệm - mùa vụ IV.3 HIỆU QUẢ SỬ DỤNG NƯỚC (Water Use Efficiency - WUE) Các lơ tưới phun mưa có WUE cao lô tưới nhỏ giọt đơn tưới truyền thống Các lơ thuộc CK2 có WUE cao CK3 CK4 Trong CK tưới, lô có mức tưới (m(3)) đạt WUE cao nhất, tiếp đến mức tưới trung bình (m(2)) mức tưới cao (m(1)) WUF (Tấn/ha.m3.10^-3) - 20 30.0 25.0 20.0 15.0 10.0 5.0 0.0 A1 A'1 A2 A'2 A3 A'3 Act B1 B'1 B2 B'2 B3 B'3 Bct C1 C'1 C2 C'2 C3 C'3 Cct Lô thực nghiệm WUEi (Tháng 01-4/2012) WUEi (Tháng 9-12/2012) WUEi (Tháng 01-4/2013) Hiệu suất (%) Hình 4.9: Hiệu sử dụng nước tưới tồn mùa vụ 75.0 60.0 45.0 30.0 15.0 0.0 Hiệu suất nước tưới V1 (%) Hiệu suất nước tưới V2 (%) A1 A'1 A2 A'2 A3 A'3 Act B1 B'1 B2 B'2 B3 B'3 Bct C1 C'1 C2 C'2 C3 C'3 Cct Hiệu suất nước tưới V3 (%) Lô thực nghiệm Hình 4.11: Hiệu suất nước tưới tồn vụ mơ hình thực nghiệm IV.4 KIỂM ĐỊNH DỮ LIỆU THỰC NGHIỆM, PHÂN TÍCH TƯƠNG QUAN VÀ THIẾT LẬP HỒI QUY TUYẾN TÍNH Kiểm định độ tin cậy liệu tưới phát triển trồng (Cronbach's Alpha, phân tích EFA, One-Way ANOVA…) đảm bảo yêu cầu thống kê, phục vụ việc đánh giá phân tích thực nghiệm cụ thể Kết phân tích tương quan Pearson (r > 0,5), hệ số R2 > 0,5, kiểm định F, t có Sig.= 0,0001 < 0,05 (khoảng tin cậy 95%), VIF < 10, Eigenvalue > 1, đảm bảo yêu cầu để xây dựng hệ phương trình hồi quy truyến tính: (1) f (ETo) = f (t, h, s, w, p) - (Hồi quy yếu tố khí tượng) Trong đó: Eto: Thốt nước bề mặt đất biến phụ thuộc; t: nhiệt độ, h: độ ẩm không khí, s: nắng, w: gió, p: mưa biến độc lập (2) f (Im) = f (ETo) - (Hồi quy lượng nước tưới – bốc nước) (3) f (Ym) = f (Ym) - (Hồi quy Năng suất trồng - lượng nước tưới) Bảng 4.8: Các phương trình hồi quy tuyến tính nhân tố T CK Mùa vụ T Phương trình hồi quy tuyến tính m1 = 1,25 m2 = 1,00 m3 = 0,75 m1 = 1,25 m2 = 1,00 m3 = 0,75 m1 = 1,25 m2 = 1,00 m3 = 0,75 Vụ V1 (từ 01 tháng 01 ÷ 30 tháng 4) f (ETo) = f (t, h, s, w, p) ETo(V1) = 0,112t - 0,415h + 0,308s + 0,587w - 0,049p f (Im) = f (ETo) f (Ym) = f (Im) I1,25 = 0,875*ETo1,25 Y1,25 = 0,994* I1,25 I1,00 = 0,877*ETo1,00 Y1,00 = 0,994* I1,00 I0,75 = 0,879*ETo0,75 Y0,75 = 0,994* I0,75 I1,25 = 0,855*ETo1,25 Y1,25 = 0,993* I1,25 I1,00 = 0,855*ETo1,00 Y1,00 = 0,993* I1,00 I0,75 = 0,854*ETo0,75 Y0,75 = 0,993* I0,75 I1,25 = 0,858*ETo1,25 Y1,25 = 0,981* I1,25 I1,00 = 0,863*ETo1,00 Y1,00 = 0,980* I1,00 I0,75 = 0,862*ETo0,75 Y0,75 = 0,979* I0,75 Vụ V2 (từ 01 tháng ÷ 30 tháng 12) f (ETo) = f (t, h, s, w, p) ETo(V2) = - 0,021t - 0,458h + 0,355s + 0,540w - 0,053p f (Ym) = f (Im) f (Im) = f (ETo) I1,25 = 0,952*ETo1,25 Y1,25 = 0,997* I1,25 I1,00 = 0,951*ETo1,00 Y1,00 = 0,997* I1,00 I0,75 = 0,951*ETo0,75 Y0,75 = 0,997* I0,75 I1,25 = 0,943*ETo1,25 Y1,25 = 0,995* I1,25 I1,00 = 0,945*ETo1,00 Y1,00 = 0,996* I1,00 I0,75 = 0,945*ETo0,75 Y0,75 = 0,996* I0,75 I1,25 = 0,921*ETo1,25 Y1,25 = 0,997* I1,25 I1,00 = 0,919*ETo1,00 Y1,00 = 0,997* I1,00 I0,75 = 0,920*ETo0,75 Y0,75 = 0,998* I0,75 - 21 IV.5 CHẾ ĐỘ TƯỚI CHO CÂY TRONG KỸ THUẬT TƯỚI NHỎ GIỌT (1) Tổng thời gian vụ tạo tán thu hoạch trồng khoảng tháng; (2) Chu kỳ tưới ngày; Mức nước tưới nhỏ giọt cho trồng mức nước (m = 0,75); (3) Lượng nước tưới nhỏ giọt (Im) tính tốn từ kết bốc (ETo) lượng mưa hiệu (P) hàng ngày hệ số nhu cầu nước tưới (Kc) theo giai đoạn sinh trưởng phát triển cây, (4) Lượng nước tưới nhỏ giọt (Im) tính với mức 0,725 (lít/cây.lần tưới) tương đương 3,745 (m3/ha.lần tưới) để trì độ ẩm tầng đất chứa rễ họat động, tránh thấm sâu gây lãng phí nước Bảng 4.9: Hệ số nhu cầu nước Kc nho lấy Giai Cây Cây phát triển Cắt đỉnh Cắt đỉnh đoạn mầm Cây phát triển Cây phát triển giàn lần giàn lần hướng lên đỉnh hướng sinh phát hướng xuống hướng xuống giàn xuống trưởng triển Thời gian 10-20/01 21-31/01 01-10/02 11-20/02 21-29/02 01-10/3 11-20/3 21-31/3 01-10/4 11-20/4 21-30/4 0,30 0,45 0,55 0,60 0,65 0,65 0,70 0,70 0,65 0,65 0,55 8.929 12.137 14.712 14.712 13.241 14.712 14.712 16.183 14.712 14.712 12.505 11.365 15.450 18.727 18.727 16.854 18.727 18.727 20.599 18.727 18.727 15.918 ETo(V1) = 0,112t - 0,415h + 0,308s + 0,587w - 0,049p I0,75 = 0,879*ETo0,75 Y0,75 = 0,994* I0,75 10-20/9 21-30/9 01-10/10 11-20/10 21-31/10 01-10/11 11-20/11 21-30/11 01-10/12 11-20/12 21-30/12 0,25 0,30 0,45 0,55 0,60 0,60 0,65 0,65 0,60 0,60 0,55 8.929 12.137 14.712 14.712 13.241 14.712 14.712 14.712 14.712 14.712 12.505 11.365 15.450 18.727 18.727 16.854 18.727 18.727 18.727 18.727 18.727 15.918 ETo(V1) = 0,112t - 0,415h + 0,308s + 0,587w - 0,049p I0,75 = 0,879*ETo0,75 Y0,75 = 0,994* I0,75 Thời gian Thời gian Hình 4.13: Giản đồ hệ số trồng Kc - kỹ thuật tưới nhỏ giọt 21-30/12 11-20/12 01-10/12 21-30/11 11-20/11 01-10/11 21-30/4 11-20/4 01-10/4 21-31/3 11-20/3 01-10/3 21-29/02 11-20/02 01-10/02 21-31/01 21-31/10 0.2 11-20/10 0.4 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 01-10/10 0.6 21-30/9 Kc 0.8 Giản đồ hệ số trồng Kc (Giai đoạn tháng đến tháng 12) 10-20/9 Giản đồ hệ số trồng Kc (Giai đoạn tháng 01 đến tháng 4) 10-20/01 Kc Kc Mức nước tưới (mm) Mức nước tưới (m3/ha) Hệ PT hồi quy tuyến tính Thời gian Kc Mức nước tưới (mm) Mức nước tưới (m3/ha) Hệ PT hồi quy tuyến tính - 22 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN Luận án đạt kết trình bày đây:  Về nghiên cứu lan truyền nước kỹ thuật tưới nhỏ giọt (thấm nước) 1.1) Luận án nghiên cứu lan truyền nước đất khu vực: không trồng cây, trồng tưới TKN phòng cho thấy: (Vz) (Z) lớn (VR) (R) Kết ra: tưới 40÷50phút, nước lan truyền bao phủ hồn tồn rễ hoạt động (0÷20cm) Thiết lập tương quan xây dựng phương trình hồi quy tuyến tính giữa: Z, R, W, Vz, VR, cho kết kiểm định đảm bảo yêu cầu, hệ số tương quan cao, mơ hình hồi quy tuyến tính phù hợp có ý nghĩa suy tổng thể để ứng dụng vào thực tiễn sản suất tương tự  Về xây dựng đường đặc trưng ẩm đất (pF) 1.2) Luận án xây dựng đường đặc trưng ẩm (pF) đất cát biển sử dụng vùng khơ hạn NTB, để phục vụ tính tốn lượng nước dễ hữu ích cho loại trồng, tương quan chặt chẽ (R2 > 0,9) (1.2.1) Tổng lượng trữ nước hữu ích đất (TAW) so với lượng trữ ẩm đồng ruộng cao, từ 56,91% (0÷10cm) ÷ 64,64% (50÷60cm) (1.2.2) Tổng lượng nước dễ hữu ích (TRAW) độ ẩm tối thiểu thích hợp cho (θp) loại trồng cạn phổ biến vùng khan nước: Cây nho ăn quả: 10,35mm, θp: 8,76%TT; Thanh long: 17,75mm, θp: 7,17%TT; táo: 22,28mm, θp: 6,93%TT; mía: 19,22mm, θp: 6,85%TT; rau (các loại): 9,27mm, θp: 8,31%TT; Hành tỏi: 4,71mm, θp: 9,6%TT Đất canh tác cần tưới để trì độ ẩm khoảng từ độ ẩm tối thiểu thích hợp cho (θp) đến độ ẩm đồng ruộng (θfc)  Về nghiên cứu động thái ẩm đất 1.3) Luận án xác định động thái ẩm đất trồng nho lấy vùng khan nước (vùng khô hạn) Nam Trung Bộ Kết rằng: (1.3.1) Khu vực KoTC: độ ẩm đất tăng dần theo chiều sâu tầng đất, tầng (0÷5cm) có giá trị nhỏ nhất, tầng (25÷30cm) có giá trị lớn nhất; (1.3.2) Khu vực tưới TKN: tầng 5÷20cm suy giảm độ ẩm nhanh rễ hút nước giúp phát triển Tầng 20÷30cm khơng chứa rễ nên độ ẩm giảm chậm so với tầng phía trên, nước chủ yếu thấm xuống khơng phải rễ hút Như vậy, từ tầng 20÷30cm xuống phía dưới, nước tưới mang lại hiệu cho nho lấy lá, nên cần lưu ý để hạn chế tưới nhiều nước gây thấm sâu xuống tầng đất này; (1.3.3) Động thái ẩm khu vực tưới TKN: CK2: độ ẩm cuối CK lớn (θp), không bị thiếu nước CK3 CK4: tưới nhiều CK2 nên thấm vào đất lớn, giai đoạn đầu CK - 23 hút đủ nước, vào ngày cuối CK độ ẩm giảm thấp θp, gần sát θwp, bị thiếu nước Vì vậy, để đảm bảo cho trồng phát triển tốt, đề nghị áp dụng chu kỳ tưới ngày/lần; (1.3.4) Khu vực tưới truyền thống: độ ẩm giảm dần theo chiều sâu tầng đất (do rễ hoạt động nằm sâu), mức suy giảm đầu chu kỳ tưới lớn khu vực KoTC khu tưới TKN (do thấm sâu gây lãng phí nước); (1.3.5) Sự giảm độ ẩm ban ngày lớn buổi tối đêm, buổi chiều giảm nhiều buổi sáng Từ 9÷15g có mức giảm lớn Vì vậy, người dân nên tưới vào buổi sáng để hút nhiều nước phục vụ tốt trình quang hợp, trao đổi chất cân nhiệt thân trời nắng; (1.3.6) Thiết lập tương quan xây dựng phương trình hồi quy tuyến tính nhân tố: (a) Thực nghiệm thấm, (b) Đường đặc trưng ẩm (pF) nước đất, (c) Đường đặc trưng ẩm độ ẩm tầng đất Kết kiểm định đảm bảo u cầu, hệ số tương quan cao, mơ hình hồi quy tuyến tính xây dựng phù hợp có ý nghĩa suy tổng thể  Về nghiên cứu mô động thái ẩm đất 1.4) Ứng dụng mơ hình Coup Model mơ truyền ẩm nhiệt hệ thống đất-cây trồng-khơng khí có kết sát với quan trắc thực tế  Đề xuất chế độ tưới hợp lý cho nho lấy kỹ thuật tưới nhỏ giọt 1.5) Luận án rằng: (1.5.1) CK2 (m(3)) có lượng nước thừa thấp nhất, thời điểm cuối CK2, đất đảm bảo độ ẩm cho trồng hấp thụ phát triển tốt, đạt suất cao Các lô thuộc: CK2 (m(1) m(2)), CK3 CK4 nước tưới thấm vượt qua rễ hoạt động gây lãng phí, cuối CK3 CK4 độ ẩm đất bị giảm không đảm bảo đủ nước cho trồng hấp thụ để phát triển; (1.5.2) Mức tưới nước (m(3)) tiết kiệm nhiều nước so với mức tưới lại; (1.5.3) Các lơ có lắp đặt hệ thống tưới phun mưa có hiệu sử dụng nước cao lô tưới nhỏ giọt đơn đối chứng Các lơ CK2 có hiệu sử dụng nước cao CK3 CK4 Các lơ có mức tưới nước (m(3)) đạt hiệu sử dụng nước cao nhất; (1.5.4) Hiệu suất nước tưới áp dụng kỹ thuật tưới TKN cho thấy: thứ tự xếp chu kỳ tưới giảm dần từ lơ có mức tưới nước (m(3)) tới lơ có mức tưới nhiều nước (m(1)); (1.5.5) Sự phát triển lô tưới nhỏ giọt kết hợp tưới phun mưa nhanh đẹp hơn, thời gian thu hoạch sản phẩm sớm, tập trung đồng so với lô tưới nhỏ giọt đơn lô đối chứng; (1.5.6) Lợi nhuận lô tưới phun mưa lớn lô tưới nhỏ giọt đơn đối chứng; Các lô thuộc CK2 > CK3 > CK4; - 24 (1.5.7) Thiết lập tương quan xây dựng hệ phương trình hồi quy tuyến tính nhân tố: khí tượng-lượng nước tưới-năng suất trồng đảm bảo yêu cầu kiểm định, hệ số tương quan cao, mô hình hồi quy tuyến tính xây dựng phù hợp có ý nghĩa suy tổng thể; (1.5.8) Luận án đề xuất lựa chọn chế độ tưới hợp lý cho nho lấy kỹ thuật tưới nhỏ giọt sau: (1) Tổng thời gian vụ tạo tán thu hoạch khoảng tháng; (2) Chu kỳ tưới ngày; Áp dụng mức tưới nhỏ giọt nước (m = 0,75); (3) Lượng nước tưới nhỏ giọt (Im) tính tốn từ kết bốc thoát (ETo) lượng mưa hiệu (P) hàng ngày hệ số nhu cầu nước tưới (Kc) theo giai đoạn sinh trưởng phát triển cây, (4) Lượng nước tưới nhỏ giọt (Im) tính với mức 0,725 (lít/cây.lần tưới) tương đương 3,745 (m3/ha.lần tưới) để trì độ ẩm tầng đất chứa rễ hoạt động (0÷20cm), tránh thấm sâu gây lãng phí nước KIẾN NGHỊ 2.1) Nghiên cứu xây dựng đường đặc trưng ẩm (đường cong pF) cho loại đất dụng sản xuất nơng nghiệp, có khu vực NTB 2.2) Kiến nghị cần xây dựng bổ sung thêm đường đặc trưng ẩm tầng đất, từ -60cm xuống tới độ sâu 85÷90% rễ hoạt động cây, để tính lượng nước dễ hữu ích cho cây, phục vụ xác định chế độ tưới thích hợp cho loại lâu năm như: điều, cà phê, ca cao, xoài, mãng cầu ; 2.3) Đối với vùng khơ hạn NTB, điều kiện khí hậu khắc nghiệt, để giảm thấm nước đất, người dân cần tăng hàm lượng sét chất mùn, chất keo cho đất, đồng thời nên áp dụng chế độ tưới ngắn ngày để trì độ ẩm đất, đảm bảo cho trồng hút nước phát triển tốt; 2.4) Khi dùng kỹ thuật tưới nhỏ giọt, để nâng cao hiệu sử dụng nước khu vực có điều kiện tương tự loại trồng có đặc điểm tương tự nho lấy lá, để nước thấm hết tầng đất chứa rễ hoạt động, cần tưới từ 40÷50phút cho độ sâu (0 ÷ 20cm), từ 90÷100phút cho tầng (0 ÷ 30cm), từ 180÷190phút cho tầng (0 ÷ 40cm), sau dừng tưới tránh lãng phí nước thấm sâu, đồng thời nên áp dụng CK2 ngày để độ ẩm đất ln nằm khoảng độ ẩm thích hợp cho (θp÷ θfc); 2.5) Nghiên cứu thêm thấm tầng đất khơng đồng theo độ sâu, địa hình khơng phẳng, mực nước ngầm thay đổi có ảnh hưởng tới trồng để ứng dụng thực tiễn sản xuất cách hiệu quả; 2.6) Nghiên cứu dự báo ngắn ngày yếu tố khí tượng để tính lượng nước tưới xác định tác động khí hậu đến phát triển trồng CƠNG TRÌNH CƠNG BỐ CỦA TÁC GIẢ I Bài báo quốc tế [1] [2] [3] [4] Tran Thai Hung, Xing Wengang, Zhang Juan (2007) The Technique of Economic Irrigation The International Journal of Effective utilization or Agricultural soil & water resources and protection of environment, China pp 160 ÷ 164 Tran Thai Hung, Xing Wengang, Hoang Cam Chau (2008) Research on suitable drip irrigation schedule for tomato Center for Science and Technology Development, Ministry of Education, China Tran Thai Hung, Xing Wengang (2009) Research on infiltration flow and soil moisture dynamics according to soil depth for drip irrigation technique Center for Science and Technology Development, Ministry of Education, China Tran Thai Hung, Vo Khac Tri, Le Sam (2016) Research on Infiltration Spread in Soil of Drip Irrigation Technique for Grape Leaves at the Water Scarce Region of Vietnam International Journal of Agricultural Science and Technology (IJAST) DEStech Publications, Inc USA Vol4, No – August 2016, pp 45 ÷ 54 II Bài báo nước Trần Thái Hùng (2009) Nghiên cứu diễn biến dòng thấm độ ẩm theo chiều sâu đất kỹ thuật tưới nhỏ giọt Tuyển tập KH&CN Viện Khoa học Thủy lợi miền Nam Số 11, trang 185 ÷ 197 [6] Trần Thái Hùng, Nguyễn Văn Lân, Lê Sâm (2014) Nghiên cứu đánh giá tiềm đề xuất giải pháp khai thác sử dụng hợp lý bền vững tài nguyên nước phục vụ phát triển nông thôn vùng Duyên hải miền Trung Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Thủy lợi Số 21, trang 32 ÷ 40 [7] Trần Thái Hùng, Võ Khắc Trí, Lê Sâm (2014) Nghiên cứu đề xuất giải pháp khoa học công nghệ hạ tầng sở thủy lợi phục vụ phát triển nho lấy xuất tỉnh Bình Thuận Tạp chí Nông nghiệp PTNT (chuyên đề Bảo vệ môi trường ngành Nơng nghiệp & PTNT), trang 11 ÷ 19 [8] Trần Thái Hùng, Võ Khắc Trí, Lê Sâm (2015) Nghiên cứu diễn biến lan truyền thấm đất kỹ thuật tưới nhỏ giọt cho nho lấy vùng khan nước Tạp chí Khoa học Công nghệ Việt Nam Tập 3, Số 11, trang ÷ 12 [9] Trần Thái Hùng, Võ Khắc Trí, Lê Sâm (2016) Nghiên cứu thực nghiệm chế độ tưới thích hợp cho nho lấy kỹ thuật tưới nhỏ giọt vùng khan nước Tạp chí KHKT Thủy lợi Môi trường, Đại học Thủy lợi Số 55, trang 73 ÷ 82 [10] Trần Thái Hùng, Võ Khắc Trí, Lê Sâm (2017) Nghiên cứu thực nghiệm xây dựng đường đặc trưng ẩm đất (pF) phục vụ xác định chế độ tưới hợp lý cho trồng cạn vùng khơ hạn Nam Trung Bộ Tạp chí KHKT Thủy lợi Môi trường, Đại học Thủy lợi Số 57, trang 40 ÷ 49 [11] Trần Thái Hùng (2018) Nghiên cứu thực nghiệm động thái ẩm đất kỹ thuật tưới nhỏ giọt để xác định chế độ tưới hợp lý cho nho lấy vùng khan nước (vùng khơ hạn) Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Thủy lợi Số 42, trang 65 ÷ 77 [12] Trần Thái Hùng (2018) Nghiên cứu thực nghiệm diễn biến thấm đất kỹ thuật tưới nhỏ giọt phục vụ tưới tiết kiệm nước hợp lý cho trồng cạn vùng khô hạn Nam Trung Bộ Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Thủy lợi Số 47 (Đã chấp thuận đăng tháng 9/2018) [5] HƯỚNG DẪN NGHIÊN CỨU VÀ GIẢNG DẠY TRONG NỘI DUNG LUẬN ÁN 1) Đồng hướng dẫn nghiên cứu thực nghiệm trường năm 2012 hoàn thành luận văn Đại học cho 02 sinh viên Viện Cơng nghệ Hồng gia Thụy Điển, năm 2013: Tên sinh viên: (1) Sara Andersson; (2) Julia Cavell Tên luận văn: Long-term water modelling of the Soil-Plant-Atmosphere System - A study conducted for the growing of Grape Leaves with drip irrigation in Binh Thuan Province, Vietnam 2) Giảng dạy 24 học viên Sở Nông nghiệp PTNT tỉnh Bình Thuận, tháng 11 năm 2009 chủ đề: Sử dụng hiệu tiết kiệm nước tưới số trồng ... nghiên cứu chế độ tưới hợp lý cho nho lấy lá, có vùng nhiệt đới khan nước (vùng khơ hạn) Nam Trung Bộ Chính vậy, Nghiên cứu động thái ẩm đất kỹ thuật tưới nhỏ giọt để xác định chế độ tưới hợp lý cho. .. 57, trang 40 ÷ 49 [11] Trần Thái Hùng (2018) Nghiên cứu thực nghiệm động thái ẩm đất kỹ thuật tưới nhỏ giọt để xác định chế độ tưới hợp lý cho nho lấy vùng khan nước (vùng khô hạn) Tạp chí Khoa... lượng nước tưới hợp lý cho loại để nâng cao hiệu dùng nước I.2 NGHIÊN CỨU ÁP LỰC HÚT ẨM VÀ ĐỘNG THÁI ẨM CỦA ĐẤT ĐỂ ỨNG DỤNG TRONG TƯỚI TIÊU NƯỚC CHO CÂY TRỒNG Có cách xác định áp lực hút ẩm đất: