trực tiếp đến đề tài
Hiện nay, vấn đề biến đổi khí hậu đang diễn ra phổ biến trên Thế giới và đang là vấn đề môi trường bức xúc của nhân loại. Việc xác định tích lũy các nguyên tố C,N, S và sinh khối có vai trò rất quan trọng trong việc tính toán lượng phân bón hợp lý làm giảm lượng phát thải khí nhà kính . Có rất nhiều phương pháp khác nhau được sử dụng để xác định hàm lượng CNS
trong cây. Các tác giả đánh giá hàm lượng CNS trong cây chủ yếu bằng phương pháp phân tích hoặc trồng cây để theo dõi sự sinh trưởng và tích lũy CNS của cây. Phương pháp phân tích cây thường cho kết quả chính xác nhưng thường tốn thời gian, chi phí lớn, sử dụng nhiều hóa chất độc hại nên ảnh hưởng xấu tới môi trường và sức khỏe của con người.
Gần đây nhiều tác giả nghiên cứu ứng dụng phản xạ của thực vật trong việc phát hiện sớm sinh trưởng và tình trạng dinh dưỡng đa lượng và vi lượng của cây. Các kết quả nghiên cứu đều cho thấy phản xạ của cây trồng có liên quan mật thiết tới tình hình sinh trưởng và dinh dưỡng của cây. Ảnh hưởng của nguyên tố CNS tới phản xạ thực vật đã được nghiên cứu bước đầu. Kết quả nghiên cứu bước đầu cho thấy thực vật tích lũy CNS khác nhau thì thường có phản xạ khác nhau, đặc biệt là ở bước sóng cận hồng ngoại. Chính vì vậy, nghiên cứu ảnh hưởng của nguyên tố CNS và sinh khối tới đặc tính phản xạ của cây, tìm ra sự khác biệt trong phản xạ của cây sẽ giúp cho việc đánh giá được sự tích lũy CNS trong cây, từ đó tính toán phương trình bón phân hợp lý, giúp giảm biến đổi khí hậu.
Phần 3
ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3.1. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
3.1.1. Đối tượng nghiên cứu
Đề tài thực hiện nghiên cứu:
- Cây ngô: các nhân tố ảnh hưởng đến sinh khối của ngô - Phản xạ tán của cây ngô
3.1.2. Phạm vi nghiên cứu
Nghiên cứu ứng dụng phản xạ của thực vật vào xác định sự tích lũy sinh khối trong cây ngô bằng các số liệu về sinh khối và ảnh chụp phản xạ tán của ngô được thực hiện tại trường Đại học Nông Lâm từ tháng 2 năm 2012 đến tháng 4 năm 2012.
3.2. Địa điểm và thời gian nghiên cứu
- Địa điểm nghiên cứu: Đề tài được thực hiện tại Trường Đại học Nông Lâm Thái Nguyên.
- Thời gian nghiên cứu: từ ngày 06 tháng 02 năm 2012 đến 30 tháng 4 năm 2012.
3.3. Nội dung nghiên cứu
- Giới thiệu chung về cây ngô
- Ảnh hưởng của các nhân tố đến sinh khối của ngô. - Ảnh hưởng của các nhân tố đến phản xạ tán của ngô.
- Ảnh hưởng của các giai đoạn sinh trưởng và phát triển khác nhau đến phản xạ tán của ngô.
- Mối tương quan giữa phản xạ tán và sinh khối của ngô.
3.4. Phương pháp nghiên cứu
- Thu thập các tài liệu về phản xạ của thực vật và khả năng tích lũy sinh khối trong cây trồng từ các báo cáo, khóa luận, các bài báo, tạp chí và các giáo trình đã có.
- Thu thập số liệu về sinh khối và phản xạ tại các bước sóng khác nhau của ngô qua các lần lấy mẫu và chụp ảnh thí nghiệm.
- Kế thừa tài liệu, số liệu về quy trình bón phân, bố trí thí nghiệm ngô tại Khu công nghệ cao – Khoa Nông Học – Trường Đại học Nông Lâm Thái Nguyên.
3.4.2. Phương pháp bố trí thí nghiệm đồng ruộng
Cơ sở lựa chọn thí nghiệm là do có sự khác nhau về sinh khối giữa các ô thí nghiệm. Đây là thí nghiệm được bố trí trước từ tháng 2 năm 2012 nhằm mục đích đánh giá ảnh hưởng của các giống ngô và đạm đến sinh trưởng và phát triển của ngô.
Thí nghiệm được bố trí tại Khu Công nghệ cao – Khoa Nông học – Trường đại học Nông Lâm Thái Nguyên.
Vật liệu thí nghiệm:
- Cây trồng: Cây ngô
- Môi trường đất thí nghiệm: pH = 6,0; Mùn = 1,7 %, đạm = 0,14 %, Lân = 0,13 %, Kali = 0,2 %. Đây là một loại đất có giàu dinh dưỡng thích hợp với cây trồng.
- Phân bón: Phân đạm, phân lân và phân Kali để phục vụ cho thí nghiệm.
Quy mô nghiên cứu thí nghiệm của đề tài:
- Mục đích của nghiên cứu thí nghiệm là nghiên cứu về sự ảnh hưởng của các nhân tố (giống và đạm) đến sinh khối và phản xạ của cây trồng. Từ đó, tìm ra mối tương quan giữa sinh khối và phản xạ của ngô.
- Đề tài tiến hành nghiên cứu và theo dõi thí nghiệm hai nhân tố: hai mức bón đạm ở giai đoạn trước trỗ 10 ngày ( giai đoạn xoắn nõn) là N = 0 (kg/ha) – kí hiệu là N1 và N = 75 (kg/ha) – ký hiệu là N2 và hai mức giống ngô là Giống V1: LVN14 và Giống V2: LVN99 được bố trí theo kiểu ô chính
– ô phụ với 3 lần nhắc lại. Tổng số ô thí nghiệm được theo dõi là 12 ô thí nghiệm.
- Mỗi ô thí nghiệm có diện tích 5 m2, ngô được trồng trong các ô thí
nghiệm với 24 cây/ 1 hàng, một ô thí nghiệm được bố trí trồng 7 hàng. - Giữa các khối thí nghiệm có trồng hàng rào bảo vệ.
- Môi trường đất nền thí nghiệm được bón 90kg P2O5 + 90kg K2O.
Bảng 3.1. Lượng đạm bón cho các công thức qua các thời kỳ Giống
Mức bón đạm (*)
Lượng bón đạm qua các thời kỳ (kg/ha) Tổng lượng bón Bón 3 – 5 lá Bón 7 – 9 lá Xoắn nõn V1 N1 50 25 0 75 V2 N1 50 25 0 75 V1 N2 50 25 75 150 V2 N2 50 25 75 150
*: Mức bón đạm ở giai đoạn xoắn nõn: N1 là mức bón 0kh/ha; N2 là mức bón 75kg/ha.
3.4.3. Phương pháp đo phản xạ tán
Phản xạ tán của ngô được chụp bằng máy đo phản xạ tán
Spectroradiometer PS – 300 với khoảng nhìn (FOV) là 30o. Bước sóng đo
được từ 300 nm đến 1100 nm với độ phân giải là 0.5nm.
Tiến hành đo các ô thí nghiệm và lấy giá trị đại diện cho mỗi công thức. Mỗi ô thí nghiệm chụp ảnh hai phản xạ và dữ liệu phản xạ cho ô thí nghiệm là giá trị phản xạ trung bình của hai lần chụp phản xạ tán.
Phương pháp đo: máy đo phản xa tán được kết nối với Laptop đã được cài đặt phần mềm SpectraWiz qua cổng USB và kết nối với bộ cảm. Bộ cảm được đưa lên trên cao cách mặt đất 2m nhờ thanh đỡ. Việc đo phản xạ tán của ngô được thực hiện trong khoảng thời gian từ 11h – 13 h (GMT+7) ở giai đoạn ngô 7 - 9 lá và giai đoạn trước trỗ 10 ngày (vào ngày 26 tháng 4 và ngày 12 tháng 5 năm 2012).
Trước khi tiến hành đo phản xạ của ngô ở các ô thí nghiệm, tiến hành đo phản xạ bằng thanh phản xạ tiêu chuẩn (Reflectance standard), máy đo phản xạ tán sẽ tính toán phần trăm (%) phản xạ thực vật từ mẫu phản xạ thực vật và phản xạ tiêu chuẩn.
3.4.4. Phương pháp lấy mẫu cây
Cùng thời điểm với thời điểm đo phản xạ, tiến hành lấy mẫu ba cây trên một ô thí nghiệm tại vị trí để đo phản xạ tán của thực vật. Mẫu thực vật đã lấy được cân để tính trọng lượng tươi, sau đó tiến hành băm mẫu trộn đều lấy 200g mẫu tươi theo quy tắc đường chéo.
Mẫu thực vật đã được băm nhỏ lấy 200g sẽ được sấy trong tủ sấy tại phòng thí nghiệm khoa Nông học, trường Đại học Nông lâm Thái Nguyên từ
hai đến ba ngày ở nhiệt độ 700C đến khi trọng lượng không đổi. Tiến hành
cân đo sinh khối khô. Số liệu về sinh khối tươi và sinh khối khô được đổi về đơn vị là g.m-2
3.4.5. Phương pháp tổng hợp và xử lý số liệu
- Số liệu về phản xạ dưới dạng các đồ thị được chuyển về dạng số biểu thị phần trăm phản xạ tán của ngô ở các bước sóng.
- Tiến hành kiểm tra số liệu vừa chụp, loại bỏ nhưng mẫu chụp bị nhiễu, các phần bước sóng bị nhiễu lấy phản xạ từ bước sóng 400nm – 823nm. Qua quá trình xử lý, thu được 69 phản xạ tán qua hai lần đo.
- Tính toán phản xạ trung bình của mỗi ô thí nghiệm, của các loại giống khác nhau bằng phần mềm Excel.
- Tính trung bình phản xạ tán của ngô ở bốn bước sóng cơ bản (Blue, Green, Red, Near – Infrared) phục vụ tính toán các chỉ số NDVI Red.
3.4.6. Chỉ tiêu nghiên cứu
- Sinh khối (sinh khối tươi và sinh khối khô):
+ Phương pháp lấy mẫu: Lấy ba cây trên một ô thí nghiệm
+ Thời gian lấy mẫu: tiến hành lấy mẫu vào thời gian ngôi 7 - 9 lá và giai đoạn trước trỗ 10 ngày.
- Phản xạ tán của ngô: Được chụp hai lần trùng với thời gian đo sinh khối của cây.
- Các chỉ tiêu tính toán liên quan đến phản xạ của ngô:
+ Chỉ số khác biệt thực vật NDVI (Normalized Difference Vegetation Index)
Các chỉ số phổ thực vật được phân tách từ các băng nhìn thấy, cận cận hồng ngoại, cận hồng ngoại và dải đỏ là các tham số trung gian mà từ đó có thể thấy được các đặc tính khác nhau của thảm thực vật như: sinh khối, chỉ số diện tích lá, khả năng quang hợp các sản phẩm sinh khối theo mùa. Những đặc tính đó có liên quan và phụ thuộc rất nhiều vào dạng thực vật bao phủ và thời tiết, đặc tính sinh lý, sinh hoá và sâu bệnh… Công nghệ gần đúng để giám sát đặc tính các hệ sinh thái khác nhau là phép nhận dạng chuẩn và phép so sánh giữa chúng.
Có nhiều các chỉ số thực vật khác nhau, nhưng chỉ số khác biệt thực vật (NDVI) được trung bình hoá trong một chuỗi số liệu theo thời gian sẽ là công cụ cơ bản để giám sát sự thay đổi trạng thái lớp phủ thực vật, trên cơ sở đó biết được tác động của thời tiết, khí hậu đến sinh quyển. NDVI có giá trị từ - 1 đến +1.
Giá trị NDVI thấp cho thấy khu vực đó độ phủ thực vật thấp.
Giá trị NDVI cao thì cho thấy khu vực đó có độ phủ thực vật tốt.
Giá trị NDVI có giá trị âm cho thấy ở đó không có thực vật, là
những thể mặt nước hay do mây phủ.
Chỉ số thực vật NDVI được tính theo công thức sau:
nir Red Red nir Red R -R NDVI = R +R
Trong đó: Rnir : Bức xạ ở vùng cận hồng ngoại
RRed: Bức xạ ở vùng sóng đỏ
Như vậy từ các giá trị định lượng của NDVI ta có thể xác định được trạng thái sinh trưởng và phát triển của thực vật nói chung và cây trồng nói riêng.
Phần 4
KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC 4.1. Tóm tắt
Thí nghiệm được bố trí vào vụ Xuân từ tháng 2 đến cuối tháng 6 năm 2012. Thí nghiệm bao gồm hai giống ngô (LVN14 và LVN99) và hai mức đạm N1 (N=0 (kg/ha) và N2 (N=75 (kg/ha) được thực hiện vào năm 2012 tại Khu Công nghệ cao – Khoa Nông học, Trường Đại học Nông lâm Thái Nguyên. Phản xa tán được chụp với bước sóng 300 – 1000 nm và theo dõi ba
chỉ tiêu: Sinh khối tươi (g/m2), sinh khối khô (g/m2), phản xạ (%) tại các bước
sóng khác nhau của ngô được đo vào ngày 26 tháng 4 năm 2012 và ngày 16 tháng 5 năm 2012 ở giai đoạn ngô 7 – 9 lá và giai đoạn trước trỗ 10 ngày.
Bảng 4.1. Tóm tắt thiết kế thí nghiệm và thời gian lấy mẫu.
Giống ngô Các mức bón đạm Chú ý - Giống V1 (LVN14) - Giống V2 (LVN99) N = 0(kg/ha) N = 75(kg/ha) Các mẫu thực vật và phản xạ tán của cây trồng được đo vào giai đoạn ngô 7 - 9 lá và giai đoạn trước trỗ 10 ngày.
4.2. Giới thiệu chung về cây ngô
Ngô, bắp hay bẹ (danh pháp hai phần: Zea mays L. ssp. mays) là một
loại cây lương thực được thuần canh tại khu vực Trung Mỹ và sau đó lan tỏa ra khắp châu Mỹ. Ngô lan tỏa ra phần còn lại của thế giới sau khi có tiếp xúc của người châu Âu với châu Mỹ vào cuối thế kỷ 15, đầu thế kỷ 16.
Ngô là cây lương thực được gieo trồng nhiều nhất tại châu Mỹ (Chỉ riêng tại Hoa Kỳ thì sản lượng đã là khoảng 270 triệu tấn mỗi năm). Các giống ngô lai ghép được các nông dân ưa chuộng hơn so với các giống, thứ ngô thông thường do có năng suất cao vì có ưu thế giống lai. Trong khi một vài giống, thứ ngô có thể cao tới 7 m (23 ft) tại một số nơi, thì các giống ngô thương phẩm đã được tạo ra với chiều cao chỉ khoảng 2,5 m (8 ft).Ngô ngọt (Zea mays var. rugosa hay Zea mays var. saccharata) thông thường thấp hơn so với các thứ, giống ngô khác.
4.2.1. Các giai đoạn sinh trưởng và phát triển của ngô
Đời sống của cây ngô được chia ra nhiều giai đoạn sinh trưởng phát triển, mỗi giai đoạn đều có những yêu cầu ngoại cảnh và kỹ thuật chăm sóc khác nhau (Nguyễn Đức Lương, 2000) [8]. Bao gồm 5 giai đoạn chính:
- Giai đoạn từ gieo đến mọc: Giai đoạn này thường kéo dài từ 5-7 ngày nên yêu cầu làm đất phải thoáng khí, tơi xốp, đủ ẩm và nhiệt độ thích hợp.
- Giai đoạn từ mọc đến 3-4 lá: Giai đoạn này chất dinh dưỡng dự trữ trong hạt đã hết nên cây phải hút chất dinh dưỡng từ đất để nuôi thân lá. Vì thế, cần phải bón lót đầy đủ và xới xáo kịp thời.
- Giai đoạn cây ngô từ 7-9 lá: Đây là giai đoạn quyết định năng suất ngô (số bắp trên cây, số hàng hạt trên bắp ngô và kích thước của bắp ngô). Đây là thời kỳ cây bắt đầu hình thành nên bắp và bông cờ nên nhu cầu nước của cây tăng lên. Nếu thiếu nước ở giai đoạn này cây sẽ ảnh hưởng đến việc hình thành số lượng hạt và hàng hạt của cây, nên duy trì tưới nước giữ ẩm cho đất khoảng 65 – 75%.
- Giai đoạn xoáy nõn (trước khi trỗ cờ khoảng 10 ngày)-trỗ cờ-phun râu: Giai đoạn này quyết định số hạt chắc trên bắp ngô, cây ngô rất mẫn cảm với điều kiện thời tiết bất thuận như hạn, nóng, rét. Vì vậy, phải tính toán thời vụ gieo trồng thích hợp. Thời kỳ này các bộ phận của cây sinh trưởng rất nhanh, đặc biệt là bộ phận bắp và bông cờ nên cây cần một lượng nước lớn. Giai đoạn này điểm sinh trưởng của cây qua khỏi mặt đất nên khả năng chịu úng của cây cao hơn các giai đoạn trước. Cung cấp nước duy trì độ ẩm đất 70 – 75%.
- Giai đoạn từ trỗ cờ đến thu hoạch: Thời kỳ này kéo dài từ 45-50 ngày tuỳ theo giống, cần chú ý sau khi trỗ 10 ngày nếu gặp hạn thì hạt ngô vẫn bị lép nhiều.
Trong quy mô nghiên cứu, đề tài tiến hành nghiên cứu ngô ở hai giai đoạn : - Giai đoạn cây ngô từ 7-9 lá
- Giai đoạn xoáy nõn (trước khi trỗ cờ khoảng 10 ngày)
Đây là hai giai đoạn quan trọng quyết định đến năng suất và chất lượng sản phẩm cuối cùng của ngô.
4.2.2. Giới thiệu về hai giống ngô LVN14 và LVN99
Bảng 4.2 thể hiện một số đặc điểm khác nhau của hai giống V1 và V2. Giống V1 có thời gian sinh trưởng và phát triển lớn hơn V2. Nếu trong cùng một điều kiện về dinh dưỡng và khí hậu như nhau, V1 có khả năng sinh trưởng và phát triển tốt hơn V1, nhu cầu dinh dưỡng lớn hơn so với V2.
Bảng 4.2. Đặc điểm hai giống ngô LVN 14 và LVN 99
Chỉ tiêu LVN 14 (V1) LVN99 (V2)
Nguồn gốc
Là giống lai đơn từ hai dòng DF4 và CML161 qua thí nghiệm lai đỉnh
Là giống lai đơn có các dòng rút từ các giống lai ưu tú nhập nội có nguồn gốc nhiệt đới Thời gian sinh
trưởng trung bình - Vụ Xuân: 120 – 125 ngày. - Vụ Hè : 90 – 100 ngày. - Vụ Xuân : 115 – 120. - Vụ Hè Thu : 90 – 95 ngày. - Vụ Đông: 95 -105 ngày.
Chiều cao cây 200 – 220 cm 205 ± 5 cm
Chiều cao đóng
bắp 100 – 110cm 95 ± 5 cm.