VI. Cỏc loại mụ hỡnh
8. 2 Mụ hỡnh lan truyền thấm sõu chất húa học LEACHM
LEACHM (Leaching Estimation And CHemistry Model) mụ phỏng trạng thỏi của nước và mụ phỏng quỏ trỡnh vận chuyển của chất lỏng trong ủất khụng bóo hoà hoặc bóo hũa 1 phần, tới ủộ sõu 2 m. Mụ hỡnh LEACHM mụ phỏng nhiều loại húa chất khỏc nhau: LEACHN mụ phỏng sự chuyển húa và vận chuyển của ủạm (N) và lõn (P); LEACHP mụ phỏng sự phõn ró và lan truyền của thuốc trừ sõu; LEACHC mụ phỏng sự lan truyền của cỏc ion vụ cơ, và LEACHB mụ phỏng ủộng thỏi của vi sinh vật trong sự cú mặt của 1 loại chất dinh dưỡng cho sự phỏt triển của chỳng. Những mụ hỡnh này cú thể ỏp dụng cho cả trong phũng thớ nghiệm và ngoài thực ủịa, mụ hỡnh cũng bao gồm cả cỏc mụ hỡnh con về hỳt nước và chất dinh dưỡng của rễ cõy.
Hỡnh 5-12. Cỏc hợp phần chớnh và ủường phỏt triển của LEACHM (Hutson, 2003).
Cỏc thụng số cụ thể của mụ hỡnh.
- Thụng số chung của thớ nghiệm như thời tiết, ủặc tớnh lý học ủất, rễ cõy tại vựng nghiờn cứu.
- Thụng số về ủất gồm cú: hàm lượng mựn trong ủất, hàm lượng nitrat và a mụn ban ủầu, hàm lượng ủạm trong chất tàn dư thực vật, hàm lượng cacbon và ủạm trong tàn dư thực vật.
- Thụng số về phõn bún gồm cú: Lượng phõn ủạm (Urea, a mụn, nitrat), phõn lõn, hàm lượng ủạm và lõn trong tàn dư thực vật và trong phõn chuồng.
- Thụng số ủầu ra của mụ hỡnh gồm cú: Lượng amụn, nitrat và lõn do cõy hỳt, lượng amụn bốc hơi, ủạm mất trong quỏ trỡnh nitrat húa, và lượng amụn, nitrat và lõn mất do thấm sõu.
8. 3. Mụ hỡnh ủơn giản về lan truyền húa chất trong ủất.
Vớ dụ:
Xem xột một loại ủất cú chứa 1 lớp phõn bún (vớ dụ phõn ủạm, N, ủược bún ở ủộ sõu 20 cm). để ủơn giản hũa cho việc tớnh toỏn, giả sử ủất bóo hũa nước, ủất cú ủộ rỗng a (m3
m-3, thường dao ủộng từ 0.35 - 0.75 và chứa khụng khớ và nước). Nước mưa gõy ra 1 dũng di
Nước mưa, tưới Chất húa học Thoỏt hơi nước Bốc hơi Nước Cõy phỏt triển Dũng chảy mặt Cõy hỳt Dũng lưu thụng nước Vận chuyển cỏc chất Chất húa học, tương tỏc vi sinh vật Thấm sõu Nước Chất húa học
Hỡnh 5-13. Biểu ủồ biểu diễn sự lan truyền chất húa học trong ủất
chuyển với tốc ủộ vỖ và nước di chuyển trong cỏc kẽ hở ủất với tốc ủộ v = vỖ/a. Hàm lượng của N trong nước tại 1 ủiểm x và thời gian t là C(x,t)
để mụ phỏng quỏ trỡnh di chuyển của N trong ủất, phẫu diện ủất ủược chia thành cỏc tầng ủất cú cỏc ủặc ủiểm khỏc nhau (thành phần vật lý như ủộ rỗng, ủộ dẫn nước, thành phần cơ giới v.vẦ) và ủược biểu diễn như hỡnh 5-13. Biểu ủồ này sẽ giỳp ta viết cỏc phương trỡnh di chuyển của N trong phẫu diện ủất như sau:
Phương trỡnh dũng chảy của N di chuyển tại tầng ủất thứ i sẽ là:
FL(i) = V. C(i-1) ; là dũng N ủi vào tầng i (5)
FL(i+1) = V. C(i) ; là dũng N ủi ra khỏi tầng i, và ủi vào tầng i+1 (6) Giả sử N phõn tỏn ủều trong mỗi tầng với nồng ủộ ủồng nhất C(i). Vậy N ủi vào một tầng là tớch của tốc ủộ dũng nước chảy vào và nồng ủộ N trong nước chảy ủến từ tầng trước ủú. Hệ dũng chảy của N cho tầng ủất i là hiệu của dũng chảy vào và ra khỏi tầng i
NFL(i) = FL(i) Ờ FL(i+1) hoặc (7)
NFL(i) = V. (C(i) Ờ C(i+1)) (8)
Ta cú thể tớch của tầng ủất là VOL = AREA. H [diện tớch bề mặt (x) chiều cao]. Nếu phẫu diện là ủồng nhất và ủược chia làm cỏc tầng cú ủộ dày như nhau và bằng H, sự thay ủổi nồng ủộ của N trong tầng ủất sẽ ủược tớnh bằng NFL(i)/H và tốc ủộ thay ủổi nồng ủộ của N ủược viết dưới dạng phương trỡnh 9. Biến ủộng hàm lượng của N trong ủất ủược biểu diễn như trong hỡnh 5-14.
C(i)) 1) (C(i TCOM V H NFL(i) dt dC(i) = = − − (9) x x1 (x-x1)= -H F(i) FL(i+1) C(i-1) C(i) x Tcmass=H/V C(i+1) (x-x1)= +H
Hỡnh 5-14. Phõn bố hàm lượng ủạm trong ủất theo chiều sõu lỳc ban ủầu, sau 40, 80 và 100 ngày.
Một số lưu ý:
Trờn ủõy là chương trỡnh mụ phỏng của ủơn chất trong mụi trường ủồng nhất và chỉ cú 1 ủầu vào. Trong thực tế chất húa học trong ủất biến ủổi theo sự chi phối của nhiều yếu tố mụi trường như trỡnh bày trong phần mềm LEACHM. Tại mỗi cấp quan tõm khỏc nhau chỳng ta cú quy mụ của mụ hỡnh lớn hay nhỏ. Mụ hỡnh càng ủược mụ tả chi tiết thỡ cho ủộ chớnh xỏc càng cao (gần với hệ thống thực), tuy nhiờn sai số cũng sẽ rất lớn nếu phương trỡnh tớnh toỏn và số liệu ủầu vào bị sai. Vỡ thế người xõy dựng cũng như người sử dụng mụ hỡnh phải luụn ủảm bảo nguyờn tắc cẩn thận trong từng chi tiết tớnh toỏn, viết phương trỡnh, hiệu chỉnh cũng như ỏp dụng ra thực tế. Nếu mụ hỡnh ủược xõy dựng tốt thỡ sẽ ủem lại rất nhiều lợi ớch cho thực tế, bằng khụng nú sẽ làm cho người sử dụng vận dụng sai cỏc thành tựu khoa học và khụng trả lời ủược cỏc cõu hỏi của thực tế ủặt ra.
C h i ề u s õu p h ẫ u d i ệ n ( m ) Hàm lượng N (mg kg-1)
Tài liệu ủọc thờm
đậu Cao Lộc, Thỏi Phiờn, Nguyễn Tử Siờm, và Trần đức Toàn, 1998. Ảnh hưởng của cỏc phương thức canh tỏc ủất dốc ở Hũa Bỡnh. Trong: Thỏi Phiờn và Nguyễn Tử Siờm (chủ biờn), Canh tỏc bền vững trờn ủất dốc ở Việt nam, Nhà xuất bản Nụng nghiệp, Nà Nội. tr: 23-44.
Thỏi Phiờn, Mai Văn Trịnh, Nguyễn Cụng Vinh, Hoang Fagerstrom, M.H. và Nellson, I., 2001. Xúi mũn ủất và cõn bằng dinh dưỡng dưới cỏc hỡnh thức du canh bỏ húa ngắn, Khoa học ủất số 14. tr: 38-47.
đào Chõu Thu, Quyền đỡnh Hà và đỗ Nguyờn Hải, 1997. đỏnh giỏ hiệu quả của cỏc mụ hỡnh nụng lõm kết hợp ỏp dụng cải tạo vựng ủồi trọc Tam Quan, huyện Tam đảo, tỉnh Vĩnh Phỳ. Khoa học ủất số 8. tr: 88-92.
Trần đức Toàn, Hoàng đức Nhõn, Nguyễn Tử Siờm và Thỏi Phiờn, 1998. Cỏc biện phỏp tổng hợp cho việc sản xuất nụng nghiệp hiệu quả và sử dụng tốt ủất ủồi trọc Tam đảo, Vĩnh Phỳ, Trong: Thỏi Phiờn và Nguyễn Tử Siờm (chủ biờn), Canh tỏc bền vững trờn ủất dốc ở Việt nam, Nhà xuất bản Nụng nghiệp, Nà Nội. tr: 80-88
TểM TẮT
Chương này mụ tả lịch sử hỡnh thành cỏc lý thuyết về mụ hỡnh hoỏ và cỏc khỏi niệm cơ bản về mụ hỡnh. Con người xõy dựng mụ hỡnh nhằm khỏi quỏt hoỏ cỏc hiện tượng trong tự nhiờn, hoạt ủộng kinh tế, xó hội và trong sản xuất nụng nghiệp nhằm dự tớnh, dự bỏo cỏc chiều hướng sẽ xảy ra trong mụi trường, ủồng thời ủề xuất cỏc biện phỏp hợp lý nhằm quản lý sản xuất nụng nghiệp hạn chế ụ nhiễm và suy thoỏi ủất. Tuy nhiờn, mụ hỡnh hoỏ hiện nay cũn rất nhiều bất cập do cỏc nhõn tố mụi trường thay ủổi rất phức tạp và những thay ủổi ngoài thực tế khỏc rất nhiều so với thay ủổi ở trong cỏc tỡnh huống ủó cú sự kiểm soỏt của con người. Con người ủó xõy dựng rất nhiều mụ hỡnh ủể mụ phỏng, phõn tớch cỏc quỏ trỡnh thay ủổi của hệ thống mụi trường. Trong chương này tập trung vào mụ tả cỏc mụ hỡnh xúi mũn ủất, mụ hỡnh lan truyền hoỏ chất trong mụi trường ủất, mụi trường nước, v.v.
Cõu hỏi ụn tập
1. Mụ hỡnh hoỏ nhằm mục ủớch gỡ?
2. Anh (chị) hóy liệt kờ cỏc ưu và nhược ủiểm của mụ hỡnh hoỏ? 3. Phương phỏp xõy dựng mụ hỡnh?
4. ắ nghĩa của mụ hỡnh hoỏ trong phõn tớch hệ thống mụi trường nụng nghiệp?
5. Cỏc mụ hỡnh tớnh toỏn lượng ủất bị xúi mũn? Ưu và nhược ủiểm của từng mụ hỡnh? 6. Anh (chị) hiểu như thế nào về mụ hỡnh thấm sõu chất hoỏ học (LEACHM)?
GIẢI THÍCH THUẬT NGỮ
Biờn giới của hệ thống: ỘđườngỢ phõn biệt giữa cỏc phần tử của hệ thống với mụi trường. Cõy trồng: Là tất cả cỏc loại cõy ủược trồng và quản lý trong một vựng hay một nụng trại
nhằm mục tiờu thoả món nhu cầu của con người.
Cấu trỳc của hệ thống: là hỡnh thức cấu tạo bờn trong của hệ thống bao gồm: (i) Sự sắp
xếp vị trớ giữa cỏc phần tử; (ii) Cỏc mối quan hệ giữa cỏc phần tử.
Chức năng của hệ thống: là khả năng ủược qui ủịnh cho hệ thống, làm cho hệ thống cú
thể thay ủổi trạng thỏi và từng bước ủạt tới mục tiờu ủó ủịnh.
Cơ cấu cõy trồng: Là thành phần và cỏc loại cõy trồng ủược bố trớ theo khụng gian và thời
gian trong một nụng trại hay một vựng sản xuất( thường xỏc ủịnh trong một năm).
Cơ chế của hệ thống: là phương thức hoạt ủộng hợp với qui luật khỏch quan vốn cú của
hệ thống.
Cụng thức luõn canh: là việc bố trớ cõy trồng một cỏch thớch hợp theo trỡnh tự thời gian
trong năm trờn một khụng gian nhất ủịnh (cú thể là mảnh ruộng, cú thể cỏnh ủồng hoặc một vựng...).
Dũng dinh dưỡng nội lưu: Dũng dinh dưỡng chuyển dịch bờn trong hệ thống xỏc ủịnh.
đầu vào tiờu chuẩn (Target input): là dũng cỏc chất dinh dưỡng ở dạng phõn bún, thuốc trừ sõu, nước tưới, nước trời, vv cung cấp cho ủồng ruộng trong ủầu hoặc suốt mựa vụ canh tỏc nhằm ủạt năng suất chỉ tiờu (TY).
đầu vào: là cỏc tỏc ủộng của mụi trường ủến hệ thống bằng cỏc dũng dinh dưỡng, vật chất hoặc thụng tin. Vớ dụ: rừng, cú ủầu vào là dinh dưỡng, nước, khụng khớ; Nụng hộ cú ủầu vào là tiền vốn, lao ủộng.
đầu ra: là tỏc ủộng trở lại của hệ thống với mụi trường. đầu ra cú thể là dũng năng lượng, thụng tin, tiền tệ, dinh dưỡng (nụng sản và chất thải).
độ phỡ bóo hoà (Saturated Soil Fertility): độ phỡ của ủất ủạt ủến ngưỡng tối ủa trong ủiều kiện cỏc yếu tố hỡnh thành ủất (khớ hậu, ủỏ mẹ, ủịa hỡnh, sinh vật) ớt cú sự biến ủộng.
độ phỡ tiờu chuẩn (Target Soil Fertility): độ phỡ tiờu chuẩn của ủất là ủộ phỡ sẵn cú trong tự nhiờn hoặc ủó ủược con người ủiều chỉnh ủể năng suất cõy trồng ủạt hiệu quả kinh tế cao nhất, khụng làm tổn hại ủến mụi trường.
Hệ sinh thỏi nụng nghiệp (HSTNN): là hệ thống bao gồm cỏc sinh vật và cảnh quan ủược
sử dụng cho mục ủớch sản xuất nụng nghiệp. Hệ sinh thỏi nụng nghiệp vốn là cỏc hệ sinh thỏi tự nhiờn ủược con người biến ủổi phục vụ nhu cầu về lương thực, thực phẩm của con người.
Hành vi của hệ thống: là tập hợp cỏc ủầu ra Y của hệ thống.
Hệ thống chăn nuụi: là hệ thống sản xuất bằng vật nuụi trong nụng hộ/trang trại/doanh
nghiệp hoặc cộng ủồng.
Hệ thống dinh dưỡng cõy trồng tổng hợp (IPNS): là hệ thống duy trỡ hoặc ủiều chỉnh ủộ
phỡ của ủất và dinh dưỡng cõy trồng ở mức ủộ hợp lý nhất cho năng suất của cõy trồng thụng qua hợp lý hoỏ cỏc lợi ớch từ tất cả cỏc nguồn hiện cú của dinh dưỡng cõy trồng trong một thể thống nhất.
Hệ thống kinh tế xó hội: là sự quản lý của nụng dõn và hệ thống chớnh sỏch, cỏc tổ chức
văn hoỏ xó hội ủược kết hợp lại cựng thỳc ủẩy hệ thống canh tỏc hoạt ủộng tốt ủạt mục tiờu của hệ thống nụng nghiệp.
Hệ thống ngành nghề-chế biến (hệ thống phi nụng nghiệp): là dạng sản xuất mang tớnh
chất tiểu thủ cụng nghiệp cựng gúp phần làm tăng thu nhập cho nụng dõn.
Hệ thống nụng hộ: Cú thể núi là ủơn vị cuối cựng của hệ thống nụng nghiệp cú phạm vi,
biờn giới rừ ràng và cú chủ thể của hệ thống riờng. Chủ thể của hệ thống chớnh là hộ nụng dõn, người luụn suy nghĩ ủề ra mọi quyết ủịnh cho cỏc hoạt ủộng của hệ thống nụng hộ một cỏch hợp lý nhất. Hộ nụng dõn cung cấp cỏc ủầu vào cho hệ thống nụng hộ như: lực lượng lao ủộng, tiền vốn, cũng là người tỡm mụi trường cho ủầu ra của hệ thống nụng hộ, là người cõn ủối mọi hoạt ủộng của hệ thống.
Hệ thống nụng nghiệp trước hết là một phương thức khai thỏc mụi trường ủược hỡnh thành và phỏt triển trong lịch sử, một hệ thống sản xuất thớch ứng với cỏc ủiều kiện sinh thỏi, khớ hậu của một khụng gian nhất ủịnh, ủỏp ứng với cỏc ủiều kiện và nhu cầu của thời ủiểm ấy.
Hệ thống canh tỏc là hỡnh thức tập hợp của một tổ hợp ủặc thự của cỏc tài nguyờn trong
nụng trại ở một mụi trường nhất ủịnh bằng những phương phỏp cụng nghệ sản xuất ra cỏc sản phẩm nụng nghiệp sơ cấp.
Hệ thống cõy trồng (Cropping Systems): Là tập hợp tất cả cỏc loại cõy cú quan hệ với mụi
trường tự nhiờn, kinh tế, xó hội của nụng trại hay vựng ủể cựng tạo ra sản phẩm nụng nghiệp với hiệu quả kinh tế cao.
Hệ thống nuụi trồng thuỷ sản: là dạng canh tỏc trong ủiều kiện mụi trường nước ủể nuụi
trồng cỏc loại giỏp xỏc, ủộng vật thuỷ sinh trong ủiều kiện sinh thỏi nhất ủịnh ủể thoả món nhu cầu con người.
Hợp phần kỹ thuật (Component Technogy): là tất cả cỏc biện phỏp kỹ thuật ủược tỏc ủộng vào sản xuất ủể cho hiệu quả kinh tế cao nhất. (Giống- làm ủất, bún phõn- tưới nước- làm cỏ-phũng trừ sõu bệnh- thu hoạch...)
Labile Pool bao gồm tất cả cỏc dinh dưỡng cú khả năng linh ủộng trong ủất: dạng hoà tan
trong dung dịch ủất, dạng trao ủổi trờn bề mặt keo sột, dạng hấp thụ khụng chặt.
Mụ hỡnh hay hỡnh mẫu (hiểu thụng thường) là một cỏi mẫu hay hỡnh thể của một vật ủể
tham khảo. Mụ hỡnh là sự trừu tượng hoỏ hay ủơn giản hoỏ hệ thống, nhưng cỏc ủặc tớnh cơ bản của hệ thống phải ủược giữ nguyờn.
Mụ hỡnh nụng nghiệp là mụ hỡnh mụ tả cỏc hoạt ủộng của hệ thống nụng nghiệp. Nhờ nú
mà ta cú thể biết ủược cỏc hoạt ủộng của hệ thống nụng nghiệp như thế nào, trong mỗi hệ thống cú bao nhiờu hệ phụ, cỏc mối liờn hệ của chỳng ra sao, mụi trường của chỳng là gỡ, hiệu quả hoạt ủộng của hệ thống cao hay thấp. Trong nụng nghiệp, mụ hỡnh ủược sử dụng phổ biến trong cụng tỏc khuyến nụng và ủào tạo.
Mụi trường: Theo nghĩa rộng mụi trường là tập hợp tất cả cỏc ủiều kiện bờn ngoài cú ảnh
hưởng ủến một vật thể hay một sự kiện.
Mục tiờu của hệ thống: là cỏi ủớch mà hệ thống cần ủạt tới.
Năng suất chỉ tiờu (Target yield): là năng suất con người cố gắng ủạt tới trong cỏc ủiều
kiện nhất ủịnh.
Nghiờn cứu hệ thống canh tỏc (FSR): Phương thức tiếp cận ủể nghiờn cứu và phỏt triển
thống thống nhất và nú tập trung vào mối ràng buộc giữa cỏc thành phần trong hệ thống dưới sự kiểm soỏt và quản lý của cỏc nụng hộ. Những thành phần của hệ thống tương tỏc với cỏc nhõn tố vật lý, sinh học và kinh tế - xó hội nằm ngoài sự kiểm soỏt của nụng hộ.
Nguồn dinh dưỡng tồn tại ở dạng ỳ, ớt linh ủộng (Inert Pool) bao gồm cỏc chất dinh dưỡng ủược bọc rất chắc chắn ở bờn trong cỏc keo sột hoặc cỏc tinh thể khoỏng chất, axit khụng thể cụng phỏ ủược trong ủiều kiện bỡnh thường hay cũn gọi là trơ, ỳ trước cỏc tỏc ủộng. Nhiệt ủộ cao hoặc lực cơ học cú thể làm cho sự bảo vệ của cỏc keo sột hoặc chất khoỏng bị phỏ huỷ bị phỏ huỷ, giải phúng cỏc chất dinh dưỡng trơ lỳ.
Nguồn dinh dưỡng tồn tại ở dạng hợp chất tương ủối bền (Stable Pool) bao gồm cỏc
chất ủược hấp thu chặt trờn keo sột, nhưng nếu bị cụng phỏ bởi axit mạnh thỡ cỏc chất dinh dưỡng ủú cú thể bị tỏch ra khỏi keo sột vào dung dịch chiết xuất.
Ngưỡng ủộ phỡ của ủất là ngưỡng cỏc ủặc tớnh sinh, lý, hoỏ của ủất ủạt mức tối ủa. Nếu hàm lượng, số lượng hay nồng ủộ cỏc ủặc tớnh này vượt quỏ ngưỡng này thỡ chỳng sẽ tự bị ủào thải hoặc làm cho hệ thống bị thay ủổi về chức năng (ụ nhiễm). Vớ dụ: trong ủiều kiện mụi trường khoỏng hoỏ mạnh ở vựng nhiệt ủới, hàm lượng cỏc chất hữu cơ trong ủa số trường hợp ở ủất nhiệt ủới thấp hơn so với hàm lượng chất hữu cơ trong ủất ụn ủới.
Nụng nghiệp là một loại hoạt ủộng của con người, tiến hành trước hết là ủể sản xuất ra