57
Luận văn sử dụng mô hình Cropwat 8.0, là mô hình tính chế độ tưới tiên tiến nhất ra đời vào năm 1992, được Tổ chức Nông lương Thế giới (FAO) xây dựng và khuyến cáo sử dụng trên toàn thế giới để tính toán nhu cầu nước cho cây trồng và lập kế hoạch tưới dựa trên dữ liệu được cung cấp bởi người sử dụng. Những dữ liệu này có thể được nhập trực tiếp vào Cropwat hoặc nhập vào từ các chương trình khác.
Cơ sở khoa học để xác định chế độ tưới cho cây trồng là cân bằng nước mặt ruộng và quan hệ đất – nước – cây trồng – khí hậu. Theo nguyên tắc là phương pháp giải phương trình cân bằng nước đến và lượng nước hao cho năng suất cao của cây trồng. Nhu cầu nước cho cây trồng (IRn) được xác định từ nhu cầu cân bằng nước tại thời điểm canh tác như sau [5]:
IRn = ETc - (Peff + Ge + Wb) + LRmm (mm/ thời đoạn) (2.9) Trong đó:
- ETc: lượng bốc hơi cây trồng; - Peff: lượng mưa hiệu quả;
- Wb: lượng nước có sẵn ban đầu trong đất; - Ge: lượng nước ngầm bổ sung hay thoát đi;
- LRmm: lượng nước ban đầu trong thời gian làm đất đủ điều kiện gieo trồng. • Lượng nước bốc hơi cây trồng ETc
Trong một thời đoạn tính toán, lượng nước cần của cây trồng (CWR: Crop Water Requirement) chính bằng lượng bốc hơi cây trồng (ETc: Crop Evapotranspiration) và được xác định bởi công thức sau [5]:
CWR = ETc = ETo x Kc (mm/thời đoạn) (2.10) Trong đó:
- ETo: là lượng bốc hơi chuẩn và phụ thuộc hoàn toàn vào các yếu tố khí tượng (nhiệt độ, tốc độ gió, số giờ nắng và độ ẩm).
58
- Kc: là hệ số sinh lý của cây trồng tại thời đoạn tính toán. Hệ số này phụ thuộc đặc trưng của cây trồng (chiều cao cây trồng, sức cản bề mặt lá và hệ số phản xạ), thông số đất và khí hậu như bề mặt đất, bay hơi, tốc độ gió và hướng gió.
Thông số Kc thay đổi tùy theo loại cây trồng và giai đoạn sinh trưởng của cây trồng (giai đoạn ban đầu, phát triển cây trồng, giữa mùa và cuối vụ).
• Lượng nước bốc hơi cây trồng chuẩn ETo
Lượng bốc hơi tham khảo ETo là thông số dùng để chỉ khả năng bốc thoát hơi nước của cây trồng trong điều kiện tiêu chuẩn (điều kiện tham khảo). Điều kiện tham khảo là điều kiện mà ở đó bề mặt sẽ được phủ đầy cỏ, tưới nước đầy đủ, cao đều, và phát triển tốt. Cây trồng tham khảo là cây giả định với một chiều cao là 0,12 m, sức cản bề mặt lá cố định là 70 s/m, và hệ số phản xạ là 0,23 [5]. ETo xác định bằng cách sử dụng mô hình Cropwat 8.0. Việc tính toán giá trị ETo trong mô hình Cropwat dựa trên cơ sở toán học là công thức Penman-Monteith:
𝐸𝑇𝑜 =0,408∆(𝑅𝑛−𝐺)+𝛾
900
𝑇+273𝑢2(𝑒𝑠−𝑒𝑎)
∆+𝛾(1+0,34𝑢2) (𝑚𝑚/𝑛𝑔à𝑦) (2.11)
Trong đó:
Rn là bức xạ thực trên bề mặt cây trồng (MJ/m2/ngày); G là mật độ thông lượng nhiệt của đất (MJ/m2/ngày); T là nhiệt độ không khí trung bình ngày ở độ cao 2m (m/s); es là áp suất hơi nước bão hòa (kPa);
ea là áp suất hơi nước thực tế (kPa);
∆ là độ dốc của đường cong áp suất hơi nước (kPa/oC);
𝛾 là hằng số ẩm (kPa/oC).
Trong nghiên cứu này, dữ liệu khí tượng ghi nhận tại trạm khí tượng Châu Đốc tỉnh An Giang từ năm 1978 đến năm 2020 được sử dụng để tính toán ETo gồm kinh độ, vĩ độ và độ cao tại trạm đo, nhiệt độ tối đa trung bình tháng (oC), nhiệt độ tối thiểu
59
trung bình tháng (oC), độ ẩm tương đối trung bình tháng (%), tốc độ gió trung bình tháng (km/ngày), số giờ nắng trung bình tháng (giờ/ngày) và lượng mưa trung bình tháng (mm/tháng).
• Lượng mưa hiệu quả (Peff)
Lượng mưa hiệu quả (Peff) chính là lượng mưa rơi xuống trên diện tích đang canh tác mà cây trồng có thể sử dụng được. Nếu gọi Ptot là tổng lượng mưa thì khi rơi xuống khu đất canh tác đã bị thất thoát một phần do chảy đi nơi khác, do đó Peff < Ptot. Có nhiều công thức để xác định lượng mưa hiệu quả này [5]:
+ Tính lượng mưa hiệu quả đối với cây lúa:
Vùng nghiên cứu có lượng mưa biến động khá lớn (giữa mùa khô và mùa mưa), do đó nghiên cứu này sử dụng công thức của Hiệp hội bảo tồn đất của Mỹ (USDA) như sau:
Peff = (Ptot. (125 – 0,2.Ptot)) /125 với Ptot ≤ 250 mm (2.12) Peff = 125 + 0.1*Ptot với Ptot > 250 m (2.13) • Nhu cầu nước nông nghiệp
Nhu cầu nước nông nghiệp hàng tháng có thể được tính theo: [5]
𝑄 = ∑𝑛 𝐴𝑖(𝐸𝑇𝑐𝑖 − 𝑃𝑒𝑓𝑓) × 10
𝑖=1 (2.14) Trong đó:
Q là nhu cầu nước nông nghiệp hàng tháng của kế hoạch tưới (m3/ngày); i là chỉ số cây trồng;
Ai là diện tích trồng trọt (ha);
ETci là thoát hơi nước cây trồng (mm/ngày);
Peff là lượng mưa hiệu quả (mm/ngày) và 10 là hệ số chuyển đổi.