Độ dài chiếu sỏng trong ngày thay đổi phụ thuộc vào thời gian trong năm và vĩđộđịa lý (bảng 2.4).
Trờn xớch đạo, độ dài ngày trung bỡnh trong cả năm là 12giờ ± 30 phỳt.
Độ dài ngày từ xớch đạo đến cỏc cực sau ngày xuõn phõn (21/III) tăng ở phớa Bắc và giảm ở phớa Nam; sau ngày thu phõn (23/IX) thỡ ngược lại. Ở Bắc bỏn cầu, ngày 22/VI là ngày dài nhất, độ dài ngày ở vựng Bắc cực là 24 tiếng. Ở
vựng cực ngày được kộo dài liờn tục vào mựa hố và đờm liờn tục vào mựa đụng;
ở vựng vĩ độ trung bỡnh, độ dài ngày trong năm dao động từ 7 đến 17,5 tiếng. Mựa hố, thời gian một ngày ở Bắc bỏn cầu dài làm thời kỳ quang hợp của cõy xanh dài ra. Do đú cỏ, thảo nguyờn và thực vật sống tớch lũy được lượng năng lượng lớn trong mựa hố để nuụi sống thực vật.
Tổng cỏn cõn bức xạ hầu như đều cú giỏ trị dương, chỉ trừ nơi nào cú tuyết và băng bao phủ quanh năm (Bắc cực và Nam cực).
Bảng 2.4. Độ dài ngày sinh học (thời gian sỏng, ..giờ..phỳt) vào ngày 15 hàng thỏng( theo Shulghin) Thỏng Vĩ tuyến,o 0 10 20 30 40 50 60 70 I 12 54 12 22 11 54 11 19 10 41 9 49 8 32 5 44 II 12 51 12 35 12 18 12 01 11 39 11 16 10 42 9 40 III 12 51 12 48 12 46 12 48 12 49 12 57 13 08 13 36 IV 12 50 13 06 13 24 13 47 14 13 14 55 16 07 18 55 V 12 53 13 21 13 55 14 35 15 27 16 45 19 16 24 00 VI 12 53 13 31 14 12 15 02 16 08 17 50 22 19 24 00 VII 12 54 13 26 14 04 14 48 15 51 17 24 20 46 24 00 VIII 12 51 13 13 13 37 14 06 14 47 15 46 17 37 23 16 IX 12 50 12 55 13 00 13 02 13 26 13 46 14 23 15 38 X 12 51 12 39 12 27 12 17 12 06 11 57 11 41 11 18 XI 12 51 12 25 12 00 11 31 11 00 10 19 9 26 7 12 XII 12 53 12 21 11 47 10 09 10 26 9 26 7 54 4 16 2.7. Ảnh hưởng của bề mặt nghiờng đối với bức xạ mặt trời
Dũng bức xạ trực tiếp đến bề mặt trỏi đất phụ thuộc vào gúc chiếu của tia mặt trời. Giỏ trị năng lượng cực đại tới bề mặt trỏi đất khi cỏc tia sỏng chiếu bằng gúc 90o. Gúc chiếu càng nhỏ lờn đơn vị bề mặt đất thỡ năng lượng bức xạ
càng yếu.
Dũng trực xạ tới bề mặt nằm ngang S’ bằng dũng bức xạ lờn bề mặt vuụng gúc với tia sỏng S90 nhõn với sin của độ cao mặt trời hΘ (hΘ- gúc giữa tia sỏng mặt trời và bề mặt nằm ngang):
S’ = S90 . sin hΘ (2.8) Giả sử S90 = 837,6W/m2 và hΘ = 30 thỡ S’ = 418,8W/mo 2. Nếu bề mặt đất khụng nằm ngang thỡ S’ tới bề mặt đú khụng chỉ phụ thuộc vào hΘ mà cũn vào
độ nghiờng của bề mặt và hướng của ỏnh sỏng. Người ta tớnh được rằng khi S90 = 837,6W/m2 , hΘ = 30o, độ nghiờng của dốc 10o, hướng về phớa Bắc vào giữa trưa, thỡ S’B = 286,2W/m , cũn hB 2 ướng về phớa Nam S’N = -537,5W/m ; t2 ương
đương với S’BB = 67%S’ và S’N = 128%S’.
Bằng tớnh toỏn và khảo sỏt người ta nhận ra rằng S’ của mặt trời bởi dốc về phớa Bắc và về phớa Nam khỏc nhau cũn phụ thuộc vào thời gian trong năm ( bảng 2.5).
Bảng 2.5 Tỷ số của tổng xạ mặt trời của dốc nghiờng hướng Bắc và hướng Nam với tổng bức xạ trực tiếp tới mặt nằm ngang.
Vĩđộ Thỏng
III IV V VI VII VIII IX
o Dốc 10 , hướng Bắc 50 0,75 0,86 0,91 0,94 0,93 0,90 0,80 60 0,64 0,80 0,88 0,90 0,88 0,86 0,73 o Dốc 10 , hướng Nam 50 1,22 1,11 1,04 1,01 1,02 1,07 1,14 60 1,34 1,14 1,06 1,07 1,04 1,12 1,21 o Dốc 20 , hướng Bắc 50 0,48 0,70 0,83 0,87 0,85 0,76 0,60 60 0,27 0,60 0,77 0,81 0,80 0,68 0,44 o Dốc 20 , hướng Nam 50 1,38 1,18 1,07 1,02 1,04 1,12 1,28 60 1,65 1,29 1,12 1,04 1,07 1,20 1,42 2.8. Sự hấp thụ và phõn bố bức xạ mặt trời trong cỏnh đồng. Diện tớch trồng trọt là một hệ quang học phức tạp, nú phõn bố lại dũng bức xạ mặt trời:
Trong cỏnh đồng gieo trồng thưa, khi trời sỏng rừ, trực xạ và tỏn xạ cú thể
xõm nhập tới lớp lỏ phớa dưới, thậm chớ tới bề mặt đất.
Trong cỏnh đồng được gieo trồng dày đặc, cõy trồng phỏt triển cao, 20 - 25% bức xạ được phản hồi lại (chủ yếu là tia màu xanh trong phần phổ nhỡn thấy), phần bức xạ cũn lại hoặc được hấp thụ bởi lớp lỏ phớa trờn (chủ yếu là tia màu đỏ và chàm), hoặc xuyờn qua cỏc tỏn lỏ như qua cỏc tấm lọc. Dũng bức xạ
trong cỏc lớp lỏ phớa dưới cú thể nhỏ hơn nhiều lần so với cỏnh đồng thưa, nú làm xấu đi điều kiện quang hợp của lỏ thấp; và khi điều kiện thời tiết õm u - ảnh
hưởng đến cả lớp lỏ trung bỡnh. Vớ dụ: lỳc giữa trưa khi dũng bức xạ tổng cộng 942,3 - 977,2W/m2 , trong cỏnh đồng ngụ với độ cao của cõy là 160 - 170 cm và mật độ gieo là 169 nghỡn cõy/ha:
Ở độ cao 125cm so với bề mặt đất, lượng bức xạ là 684 W/m2 ;
Ở độ cao 20cm so với bề mặt đất, lượng bức xạ là 390,9 W/m2.
Một chỉ số quan trọng của tỏc động quang hợp là tỷ số giữa diện tớch bề
mặt lỏ trờn một đơn vị diện tớch cỏnh đồng. Vào thời kỳ đầu của giai đoạn sinh trưởng (gieo - nảy mầm ), diện tớch lỏ cũn ớt, chỉ bằng 10 - 20% diện tớch cỏnh
đồng, điều này cú nghĩa là 80 - 90% diện tớch gieo trồng khụng hấp thụ ỏnh sỏng mặt trời cho sự quang hợp. Cõy xanh hấp thụ bức xạ mặt trời chủ yếu qua bề
mặt lỏ (hỡnh 2.4), và đạt giỏ trị lớn nhất khi diện tớch lỏ 35000 - 45000m2/ha (phụ thuộc vào cấu trỳc đồng ruộng và đặc tớnh của cõy xanh). Diện tớch bề mặt lỏ lớn nhất của cõy lấy hạt thường khảo sỏt được vào thời kỳ ra hoa của cõy.
0 10 20 30 40 50 60 70 80 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Diện tích lá cây, nghìnm /ha
Sự hấp thụ bức xạ mặt trời, %
Hỡnh 2.4. Sự hấp thụ bức xạ mặt trời (%) bởi cỏnh đồng phụ thuộc vào diện tớch bề mặt lỏ (nghỡn m2 /ha).
2.9. Sử dụng bức xạ mặt trời trong sản xuất nụng nghiệp
Nhiệm vụ cơ bản của sử dụng bức xạ mặt trời đầy đủ nhất trong sản xuất 30
nụng nghiệp đú là tăng hệ số tỏc động cú ớch (I) của bức xạ quang hợp; hệ số
này chớnh là tỷ số giữa bức xạ mặt trời trong quỏ trỡnh quang hợp với toàn bộ
bức xạ quang hợp chung mà cõy xanh hấp thụ.
Theo tớnh toỏn của Nitripụrụvich A.A., hệ số tỏc động cú ớch của cỏnh
đồng xấp xỉ 0,5 - 1,5%, cỏnh đồng tốt 1,5 - 3% và cú thể đạt tới đỉnh cao 3,5 - 5%.
Nguyờn nhõn của năng suất cõy trồng thấp trong sản xuất nụng nghiệp bao gồm: độ màu mỡ của đất thấp, kỹ thuật canh tỏc khụng đỳng, cải tạo đất kộm, cấu trỳc gieo trồng khụng tối ưu...
Nitripụrụvich A.A. đó khẳng định rằng, cỏnh đồng gieo trồng mà tổng diện tớch bề mặt lỏ 40 - 50 nghỡn m2/ha hấp thụ bức xạ lớn nhất và tạo được năng suất cao.
Gần đõy người ta lai giống cõy trồng mà trong điều kiện khụng thuận lợi của mụi trường (vớ dụ như thiếu nước) vẫn cú khả năng quang hợp để thớch nghi lại và trong điều kiện thuận lợi vẫn nhận được sản lượng cao.
Điều kiện chiếu sỏng thay đổi liờn tục theo thời gian trong ngày, theo khả
năng phỏt dục, độ cao và mật độ cõy xanh cũng như độ mõy phủ... Lỳc đú chức năng quang hợp của cõy xanh hoạt động với cường độ khỏc nhau. Sản lượng của cõy trồng tăng đột ngột nếu chức năng quang hợp của chỳng hoạt động với hệ số
I lớn (khụng tớnh đến hệ số chiếu sỏng khỏc nhau của cõy ). Vỡ vậy cỏc nhà khoa học đang nghiờn cứu để tạo ra trong cõy xanh một khả năng mới và quan trọng
đú là thớch nghi lại nhanh để chức năng quang hợp của chỳng cú thể hoạt động thường xuyờn với hệ số I lớn trong điều kiện chiếu sỏng thay đổi.
CHƯƠNG 3. CHẾĐỘ NHIỆT CỦA ĐẤT VÀ KHễNG KHÍ
Bức xạ mặt trời được lớp khớ quyển gần bề mặt đất hấp thụ tạo thành nhiệt. Một phần lượng nhiệt này được dựng làm núng lớp khớ quyển gần mặt đất và dựng trong quỏ trỡnh bốc hơi nước chứa trong lớp khớ quyển phớa trờn mặt đất và trờn bề mặt thực vật; phần nhiệt cũn lại được truyền sõu xuống dưới lũng đất. Do dũng bức xạ mặt trời khụng giống nhau trong thời gian một ngày và một năm nờn nhiệt độ khụng khớ và đất cũng thay đổi và đụi khi dao động trong một khoảng rất lớn.
Trong cơ thể sống của thực vật, quỏ trỡnh quang hợp, quỏ trỡnh thở, quỏ trỡnh bốc thoỏt hơi tiềm năng, quỏ trỡnh hấp thụ cỏc chất hữu cơ trong đất và cỏc quỏ trỡnh sinh học khỏc của cõy xanh chỉ diễn ra trong khoảng nhiệt độ nhất
định.
Khoảng nhiệt độ gõy ra tỏc động sống cho thực vật, khi đú sự phỏt triển của cõy và sự hỡnh thành mựa màng diễn ra tớch cực nhất - đú là nhiệt độ tối thấp sinh vật và nhiệt độ tối cao sinh vật. Những giỏ trị nhiệt độ này của cỏc cõy khỏc nhau thỡ khỏc nhau.
Nhiệt độ của đất gõy ảnh hưởng rất lớn đến sự phỏt triển của hệ rễ, đến hoạt tớnh của vi chất hữu cơ trong đất và đến sự hấp thụ Phụtphỏt và Nitơrat của cõy xanh từđất.
Nhiệt độ khụng khớ tăng kớch thớch sự phỏt triển của cõy xanh, nhưng chỉ
tới một giới hạn xỏc định nào đú; nếu nhiệt độ tiếp tục tăng cõy xanh sẽ bị ảnh hưởng khụng tốt và cú thể sẽ chết.
Khi thời tiết núng và khụ trong thời kỳ tưới sẽ gặp chứng thở gấp của cõy xanh và hạt sẽ gầy, ốm, làm giảm năng suất và chất lượng của hạt. Khi nhiệt độ đất cao, củ khoai tõy sẽ bị thoỏi húa và dẫn đến chất lượng giống thấp. Sự phõn bố sõu bệnh và cụn trựng của cõy nụng nghiệp cũng gắn chặt với chế độ nhiệt.
Điều kiện nhiệt độ trong chừng mực nào đú quyết định cả trạng thỏi, hành vi và sản lượng của động vật nuụi.
Vớ dụ: thời tiết núng, hạn chế hoạt động của động vật và làm chậm sự tăng cõn, nờn khi thời tiết nắng núng cần bảo vệ động vật nuụi chống núng. Vỡ vậy, nghiờn cứu qui luật chế độ nhiệt của đất và lớp khớ quyển gần mặt đất cú ý nghĩa quan trọng đối với sản xuất nụng nghiệp.
3.1. Tớnh chất nhiệt của đất.
Chếđộ nhiệt của đất phụ thuộc vào nhiệt dung và độ dẫn nhiệt của nú.
Nhiệt dung của đất bao gồm nhiệt dung thể tớch và nhiệt dung khối lượng. Nhiệt dung thể tớch Cv - lượng nhiệt (J) cần thiết để làm núng 1m3 đất lờn 1oC. Nhiệt dung khối lượng (hay cũn gọi là nhiệt dung riờng) CR - lượng nhiệt (J) để
làm núng 1kg đất lờn 1oC. Giữa nhiệt dung thể tớch và nhiệt dung riờng cú mối quan hệ như sau:
Cv = CR .d (3.1)
Ở đõy, d - tỷ khối đất.
Ở đa số đất trồng, nhiệt dung thể tớch dao động trong khoảng 2,05 - 2,51J/(m3.oC).
Độ dẫn nhiệt của đất - đú là khả năng truyền nhiệt của đất từ lớp này tới lớp khỏc. Hệ số truyền nhiệt (khả năng truyền nhiệt) của đất bằng lượng nhiệt (J)
đi qua một thiết diện 1m2 của một lớp dày 1m khi hiệu nhiệt độ hai biờn là 1 C o sau khoảng thời gian là 1 giõy. Độ dẫn nhiệt phụ thuộc vào thành phần cỏc chất khoỏng trong đất, độ ẩm của đất và sức chứa khụng khớ trong cỏc khe hở của
đất. Nhiệt dung và độ dẫn nhiệt của một số loại đất và cỏc thành phần cấu thành trong bảng 3.1.
Bảng 3.1 Nhiệt dung và hệ số dẫn nhiệt của cỏc phần cấu thành đất
Nhiệt dung thể tớch,J/(m Hệ số dẫn nhiệt, (W/m. Cỏc phần cấu thành đất
Nhiệt dung riờng,
J/(kg.oC) 3 o. C) oC) cỏt và sột 753,6 – 963 2,05 - 2,43 0,84 - 1,26
mựn 2009,7 2,51 0,84
khụng khớ trong đất 1004,8 0,0016 0,02
nước trong đất 4186,8 4,19 0,50
Nhiệt dung của đất mà cỏc khe hở của nú chứa toàn nước thỡ lớn hơn nhiệt dung của đất khụ, vỡ nhiệt dung của nước lớn hơn nhiều so với nhiệt dung của khụng khớ chuyển động. Màu sắc cũng làm ảnh hưởng đến sự núng lờn của đất:
đất sỏng màu cú Albeđụ lớn hơn đất tối màu và vỡ vậy khi dũng bức xạ như
nhau, đất sỏng núng lờn chậm hơn đất tối, đất dưới lớp phủ thực vật núng lờn
chậm hơn so với đất trống.
Nhiệt độ trung bỡnh của lớp đất phớa trờn (0 - 5 cm) vào mựa hố, ban ngày lớn hơn nhiệt độ khụng khớ ởđộ cao 2m. Ở độ sõu 20cm dưới lớp phủ thực vật, nhiệt độ của đất cỏt nhẹ cũng lớn hơn nhiệt độ khụng khớ, cũn đất sột nặng ở độ
sõu này trong toàn bộ thời gian mựa hố lạnh hơn nhiệt độ khụng khớ 1 - 2oC. Mưa và nước tưới làm tăng nhiệt dung của đất, làm giảm nhiệt độ của nú. Mựn khụ cú nhiệt dung thấp hơn so với cỏc loại đất khỏc, khi đất được bóo hoà nước thỡ đất lại cú nhiệt dung lớn nhất.
3.2. Biến trỡnh ngày và năm của nhiệt độđất. Định luật Furie.
Sự thay đổi nhiệt độđất trong ngày gọi là biến trỡnh ngày, biến trỡnh ngày của nhiệt độ đất thường cú một giỏ trị cực đại và một giỏ trị cực tiểu. Trờn bề
mặt đất, giỏ trị nhiệt độ cực tiểu vào ngày sỏng rừ trước lỳc mặt trời mọc, lỳc đú cỏn cõn bức xạ cú giỏ trị õm và sự trao đổi nhiệt giữa khụng khớ và đất là khụng
đỏng kể. Giỏ trị nhiệt độ cực đại vào gần 13 giờ, sau đú bắt đầu giảm đến giỏ trị
nhiệt độ cực tiểu vào sỏng hụm sau. Hiệu giữa giỏ trị nhiệt độ đất cực đại và giỏ trị nhiệt độ đất cực tiểu gọi là biờn độ của biến trỡnh nhiệt độ trong ngày (Đng ).
Cỏc nhõn tố ảnh hưởng lờn biờn độ của biến trỡnh nhiệt độ ngày (Đng ) bao gồm:
1. thời gian của năm: mựa hố - Đng lớn, mựa đụng -Đng nhỏ;
2. vĩ độ địa lý: Đng liờn quan tới độ cao mặt trời vào lỳc giữa trưa.Trong cựng một ngày, độ cao mặt trời tăng theo hướng từ cực tới xớch đạo; vỡ vậy tại vựng cực Đng nhỏ nhất, cũn tại hoang mạc nhiệt đới nơi mà cú tỏn xạ lớn Đng cú thểđạt tới 50oC.
3. địa hỡnh: so sỏnh với độ bằng phẳng, sườn dốc hướng Nam núng lờn mạnh hơn và hướng Bắc yếu hơn; cũn hướng Tõy mạnh hơn hướng Đụng và biờn độĐng cũng thay đổi tương ứng.
. 4. lớp phủ thực vật: nú làm giảm Đng
5. nhiệt dung và độ dẫn nhiệt của đất: Đng tỷ lệ nghịch với nhiệt dung và
độ dẫn nhiệt của đất.
6. màu sắc của đất: Đng của bề mặt đất tối màu lớn hơn so với bề mặt đất sỏng màu vỡ sự hấp thụ bức xạ của bề mặt đất tối màu lớn hơn và phản hồi yếu 34
hơn so với bề mặt đất sỏng.
7. mõy phủ: vào ngày cú thời tiết õm u, Đng nhỏ hơn nhiều lần so với ngày sỏng, quang mõy.
Sự biến thiờn nhiệt độ đất trong năm gọi là biến trỡnh nhiệt độ đất theo năm (Đn ) và xỏc định theo nhiệt độ trung bỡnh thỏng của bề mặt và lớp đất tương ứng. Đn cũn phụ thuộc vào dũng bức xạ mặt trời trong năm.
Nhiệt độ trung bỡnh thỏng lớn nhất của bề mặt đất đo được vào thỏng VII khi dũng nhiệt tới đất đạt giỏ trị lớn nhất; và nhỏ nhất vào thỏng I, thỏng II.
Cỏc nhõn tố ảnh hưởng lờn Đng thỡ cũng gõy ảnh hưởng lờn Đn (trừ nhõn tố
thứ nhất - thời gian của năm). Đn tăng cựng với vĩ tuyến địa lý, trong vựng xớch