CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.4. Đặc điểm sinh học cây Ngô và các yếu tố tự nhiên ảnh hƣởng đến sự
1.4.1. Đặc điểm sinh học cây Ngô
Ngô (Zea mays L.) là cây nông nghiệp một lá mầm thuộc chi Zea, họ hòa thảo (Poaceae hay còn gọi là Gramineae). Các giống ngô ở Việt Nam có những đặc điểm nhƣ chiều cao cây, thời gian sinh trƣởng, chống chịu sâu bệnh và thích ứng với điều kiện ngoại cảnh khác nhau. Song cây ngô đều có những dặc điểm chung về hình thái, giải phẫu. Các bộ phận của cây ngô bao gồm: rễ, thân, lá, hoa (bông cờ, bắp ngô) và hạt. (tiennong.vn)
Rễ ngô
Ngô có hệ rễ chùm tiêu biểu cho bộ rễ các cây họ hòa thảo. Độ sâu và sự mở rộng của rễ phụ thuộc vào giống, độ phì nhiêu và độ ẩm của đất.
Ngô có 3 lọai rễ chính: Rễ mầm, rễ đốt và rễ chân kiềng.
Thân
Thân Ngô đặc, khá chắc, có đƣờng kính từ 2-4cm tùy thuộc vào giống, điều kiện sinh thái và chăm sóc. Chiều cao của thân ngô khoảng 1,5-4m. Thân chính của ngô có nguồn gốc tù chồi mầm. từ các đốt dƣới đất của thân chính có thể phát sinh ra 1-10 nhánh (thân phụ) với hình dánh tƣơng tự thân chính.
kết thúc bằng bông cờ. Số lóng và chiều dài lóng là chỉ tiêu quan trọng trong việc phân loại các giống ngô (giống ngắn ngày, giống trung ngày, giống dài ngày).
Lá ngô
Căn cứ vào vị trí trên thân và hình thái có thể chia lá ngô làm 4 loại: - Lá mầm: Là lá đầu tiên khi cây còn nhỏ, chƣa phân biệt đƣợc phiến lá với vỏ bọc lá.
- Lá thân: Lá mọc trên đốt thân, có mầm nách ở kẽ chân lá. - Lá ngọn: lá mọc ở ngọn, không có mầm nách ở kẽ lá. - Lá bi: Là những lá bao bắp.
Lá ngô điển hình đƣợc cấu tạo bởi bẹ lá, bản lá (phiến lá) và lƣỡi lá (thìa lìa, tai lá). Tuy nhiên có một số loại không có thìa lìa làm cho lá bó, gần nhƣ thẳng đứng theo cây
- Bẹ lá (còn gọi là cuống lá): Bao chặt vào thân, trên mặt nó có nhiều lông. Khi cây còn non, các bẹ lá lồng gối vào nhau tạo thành thân giả bao phủ, bảo vệ thân chính.
- Phiến lá: Thƣờng rộng, dài, mép lá lƣợn sóng, ở một số giống trên phiến lá có nhiều lông tơ. Lá ở gần gốc ngắn hơn, những lá mang bắp trên cùng dài nhất và sau đó chiều dài của lá lại giảm dần.
- Thìa lìa: Là phần nằm giữa bẹ lá và phiến lá, gần sát với thân cây. Tuy nhiên, không phải giống ngô nào cũng có thìa lìa; ở những giống không có thìa lìa, lá ngô gần nhƣ thẳng đứng, ôm lấy thân.
Số lƣợng lá, chiều dài, chiều rộng, độ dày, lông tơ, màu lá, góc lá và gân lá thay đổi tùy theo từng giống khác nhau. Số lá là đặc điểm khá ổn định ở ngô, có quan hệ chặt với số đốt và thời gian sinh trƣởng. Những giống ngô ngắn ngày thƣờng có 15 - 16 lá, giống ngô trung bình: 18 - 20 lá, giống ngô dài ngày thƣờng có trên 20 lá.
Bông cờ và bắp ngô
Ngô là loài cây có hoa khác tính cùng gốc. Hai cơ quan sinh sản: đực (bông cờ) và cái (bắp) nằm ở những vị trí khác nhau trên cùng một cây.
Bông cờ (hoa đực)
Hoa đực nằm ở đỉnh cây, xếp theo chùm gồm một trục chính và nhiều nhánh. Hoa đực mọc thành bông nhỏ gọi là bông chét, bông con hoặc gié.
Bắp ngô (hoa cái)
Hoa tự cái (bắp ngô) phát sinh từ chồi nách các lá, song chỉ 1 - 3 chồi khoảng giữa thân mới tạo thành bắp. Hoa có cuống gồm nhiều đốt ngắn, mỗi đốt trên cuống có một lá bi bao bọc.
Hạt ngô
Hạt ngô thuộc loại quả dính gồm 5 phần chính: vỏ hạt, lớp alơron, phôi, nội nhũ và chân hạt. Vỏ hạt là một màng nhẵn bao xung quanh hạt. Lớp alơron nằm dƣới vỏ hạt và bao lấy nội nhũ và phôi. Nội nhũ là phần chính của hạt chứa các tế bào dự trữ chất dinh dƣỡng. Nội nhũ có 2 phần: nội nhũ bột và nội nhũ sừng. Tỷ lệ giữa nội nhũ bột và nội nhũ sừng tùy vào chủng ngô, giống ngô.
Phôi ngô chiếm 1/3 thể tích của hạt và gồm có các phần: ngù (phần ngăn cách giữa nội nhũ và phôi), lá mầm, trụ dƣới lá mầm, rễ mầm và chồi mầm.
Các hạt ngô có kích thƣớc cỡ hạt đậu Hà Lan, và bám chặt thành các hàng tƣơng đối đều xung quanh một lõi trắng để tạo ra bắp ngô. Mỗi bắp ngô dài khoảng 10 - 25 cm, chứa khoảng 200 - 400 hạt. Các hạt có màu nhƣ ánh đen, xám xanh, đỏ, trắng và vàng. (Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn (2011). Giáo trình “Mô đun đặc điểm sinh học cây ngô, nghề trồng ngô”)
Sinh trƣởng phát triển của cây ngô
Thời gian sinh trƣởng của cây ngô dài, ngắn khác nhau phụ thuộc vào giống và điều kiện ngoại cảnh. Trung bình TGST từ khi gieo đến khi chín là 90 - 160 ngày.
Sự phát triển của cây ngô chia ra làm 2 giai đoạn:
Giai đoạn sinh trƣởng dinh dƣỡng: Từ khi gieo đến khi xuất hiện nhị cái Giai đoạn sinh trƣởng sinh thực: Bắt đầu với việc thụ tinh của hoa cái cho đến khi hạt chín hoàn toàn.
Có nhiều ý kiến khác nhau về thời gian sinh trƣởng phát triể của cây ngô, song có thể chia ra các thời kỳ sau: Thời kỳ nảy mầm, thời kỳ 3 - 6 lá, thời kỳ 8 - 10 lá, thời kỳ xoáy nõn, thời kỳ nở hoa và thời kỳ chín.
Nhiệt độ
Cây ngô có nguồn gốc ở vùng nhiệt đới, nhƣng qua quá trình trồng trọt, chọn lọc và thuần hóa ngày nay ngô có thể trồng trên nhiều vùng khí hậu khác nhau. Phần lớn ngô đƣợc trồng ở những miền ấm hơn của những vùng có khí hậu ôn đới và cận nhiệt đới ẩm, và khó phát triển ở những vùng bán khô hạn. Ở Bắc bán cầu, việc trồng ngô đạt tới cƣờng độ cao nhất ở những vùng có đƣờng đẳng nhiệt trong tháng 7 khoảng 21,1 o
C đến 26 oC . Tƣơng tự nhƣ vậy ở Nam bán cầu nhƣng với mùa trồng ngƣợc lại.
Cây ngô hầu nhƣ có thể trồng ở tất cả các vĩ tuyến, trừ những nơi quá lạnh hoặc mùa trồng quá ngắn. Cần nhấn mạnh về việc phát triển giống ngô ƣu thế lai đã thích nghi trên những vùng trồng khác nhau. Ngô có thể trồng ở trên các độ cao khác nhau:
Bảng 1.4 Ngô trồng ở các khu vực có độ cao khác nhau
Khu vực Độ cao
Châu Âu (Tyrol) 1.300m
Châu Á (Kashmir) 2.000m
Peru và Mehico 3.000m-3.900m
Ngô là cây trồng khí hậu ấm, nhiệt độ yêu cầu từ khi trồng đến lúc ra hoa, suốt thời kỳ nảy mầm, thích hợp vào khoảng 18,3oC; nhiệt độ dƣới 12,8 oC dẫn đến giảm năng suất. Nhiệt độ tối thiểu nằm giữa 9 - 10o
C. Nhiệt độ có ảnh hƣởng đến thời gian sinh trƣởng của ngô. Trong cả đời sống cũng nhƣ từng thời kỳ cây ngô cần một lƣợng tích nhiệt nhất định. Dù lƣợng nhiệt độ cây mới sinh trƣởng, phát triển bình thƣờng. Tùy giống mà lƣợng tích nhiệt yêu cầu khác nhau. Giống càng chín muộn, yêu cầu tích nhiệt càng cao. Nhiệt độ có ảnh hƣởng đến thời gian sinh trƣởng của ngô. Trong suốt thời gian sinh trƣởng đến khi ngô trổ cờ, nhiệt độ có ảnh hƣởng đến thời gian trỗ cờ cũng nhƣ thời gian sinh trƣởng. Ở giai đoạn sau trỗ ít chịu ảnh hƣởng của nhiệt độ. Thời tiết nóng hầu nhƣ không làm cho quá trình chín nhanh lên, trong khi nhiệt độ cao đã gây cho quá trình sinh trƣởng nhanh ở thời kỳ trƣớc trổ cờ. Về ban đêm lạnh làm giảm tốc độ sinh trƣởng trƣớc trổ cờ. Cây ngô ở thời kỳ trổ cờ rất mẫn cảm với nhiệt độ cao. Ở điều kiện nhiệt độ cao và độ ẩm không khí thấp có thể làm cho
lá, bông cờ bị khô và ngăn cản quá trình thụ phấn thụ tinh. Hạt phấn sau khi rời khỏi bao phấn sức sống bị giảm nhanh.
Nƣớc
Nƣớc là yếu tố môi trƣờng quan trọng đối với đời sống của cây ngô, vì vậy nhu cầu nƣớc đối với ngô là rất lớn. Ở những vùng nóng, nơi có bốc hơi và thoát nƣớc cao, nhu cầu nƣớc của cây ngô lại càng cao. Các nhà khoa học đã tính ra là một cây ngô có thể bốc thoát từ 2 - 4 lít nƣớc/ngày. Trong quá trình sinh trƣởng và phát triển 1 ha ngô bốc thoát khoảng 1800 tấn nƣớc tƣơng đƣơng với lƣợng nƣớc mƣa khoảng 175mm. Tuy vậy, ngô là cây trồng cạn có bộ rễ phát triển mạnh, nên cây có khả năng hút nƣớc từ đất rất khỏe, khỏe hơn nhiều loài cây trồng khác. Ngô là cây có khả năng sử dụng nƣớc tiết kiệm cho nên lƣợng nƣớc cần để tạo ra một đơn vị chất khô là rất thấp.
Ngô là loài cây sinh trƣởng nhanh, mạnh, tạo ra một khối lƣợng chất xanh lớn, nên ngô cần một lƣợng nƣớc lớn trong quá trình sinh trƣởng, lớn hơn nhiều so với nhiều loại cây trồng khác. Nhu cầu về nƣớc và khả năng chịu hạn của cây ngô qua từng thời kỳ sinh trƣởng có khác nhau nhƣ:
Bảng 1.5 Nhu cầu về nước và khả năng chịu hạn của cây ngô qua từng thời kỳ sinh trưởng
Thời kỳ Tổng lƣợng nhu cầu nƣớc cho cả thời kì
Thời kỳ đầu Tích lũy ít chất xanh nên không cần nhiều nƣớc
Thời kỳ 7 - 13 lá cây ngô 28 - 35 m3 Thời kỳ xoắn nõn, trỗ cờ, phun
râu 65 - 70 m
3
Cây ngô khi gặp hạn ở thời kỳ trỗ cờ, kết hạt (ở độ ẩm 40%) ảnh hƣởng lớn đến năng suất. Hạn ở kỳ mọc đến lá thứ 8, không những không giảm năng suất mà còn có chiều hƣớng năng suất cao hơn trong điều kiện đầy đủ nƣớc, lý do thời kỳ đầu cây ngô phát triển thân lá chậm (1 - 2% chất khô), bộ rễ phát triển mạnh hơn nên đòi hỏi đất phải thoáng, tiếp sau đó từ khi ngô 7 - 8 lá trở đi nhu cầu nƣớc của ngô tăng dần và đạt đến đỉnh cao ở thời kỳ trỗ cờ, phơi màu,
thụ tinh (1 cây ngô lúc này sử dụng 2 lít nƣớc/ngày). Từ thụ tinh đến chín sữa ngô vẫn cần nhiều nƣớc, sau đó yêu cầu nƣớc giảm dần. Cây ngô không có khả năng chịu úng, thậm chí độ ẩm đất quá cao trên 80% có ảnh hƣởng xấu đến sinh trƣởng phát triển của cây ngô, đặc biệt là thời kỳ cây con (từ mọc đến lá thứ 8).
Quan hệ giữa tốc độ phát triển của cây ngô và độ ẩm đất
Độ ẩm đất vốn gây ảnh hƣởng đến việc tích lũy sinh khối và ít gây ảnh hƣởng đến tốc độ các bƣớc phân hóa cờ. Trong điều kiện đồng ruộng, trữ lƣợng ẩm trong đất vào thời kỳ bắt đầu hình thành lá thƣờng trên 40mm ở lớp đất 0 - 50cm và 70mm ở lớp đất 0 -100cm, ở vùng đất đen thƣờng > 100mm ở lớp đất 0 -100cm. Trữ lƣợng ẩm thay đổi trong giới hạn đó không gây biến động thời 35 gian từ mọc đến trổ cờ (có nghĩa là ở bƣớc 2 - 8). Tốc độ phát triển của phân hóa cờ phụ thuộc chủ yếu vào chế độ nhiệt. Độ ẩm đất vốn có ảnh hƣởng tích lũy vật chất và ít ảnh hƣởng không lớn đến tốc độ hoàn thành các bƣớc phân hóa cờ và bắp.
Chế độ không khí trong đất
Để thu hoạch sản lƣợng ngô cao, ngoài việc cung cấp nƣớc và chất dinh dƣỡng... còn phải chú ý đến chế độ không khí trong đất. Chế độ không khí ảnh hƣởng gián tiếp thông qua nhiều khâu khác nhƣ vi sinh vật, quá trình biến đổi hóa học trong đất. Cây ngô, đặc biệt rễ ngô thích hợp phát triển trong môi trƣờng hảo khí. Nếu đất bí, rễ phát triển kém, ăn nông, ít lông hút, khả năng hút khoáng kém, dẫn đến tình trạng thiếu chất dinh dƣỡng.. Để cho cây ngô phát triển bình thƣờng phải duy trì một lƣợng O2 thích đáng trong đất bằng cách cải thiện chế độ không khí trong đất thông qua kỹ thuật làm đất nhƣ xới xáo, cũng nhƣ áp dụng chế độ tƣới hợp lý.
Ánh sáng
Chế độ ánh sáng là yếu tố quan trọng cho sự sống của thực vật. Ngô là loại cây trồng có nguồn gốc nhiệt đới thuộc nhóm cây ngày ngắn. Nghiên cứu phản ứng của cây ngô đối với độ dài ngày cho thấy cây ngô hình thành các kiểu hình thái khác nhau với độ dài ngày khác nhau. (Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn (2011). Giáo trình “Mô đun đặc điểm sinh học cây ngô, nghề trồng
ngô”)
CHƢƠNG 2. MÔ TẢ SỐ LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Cơ sở dữ liệu và mô tả số liệu 2.1 Cơ sở dữ liệu và mô tả số liệu
Số liệu đƣợc sử dụng trong luận văn bao gồm:
- Số liệu về điều kiện tự nhiên và kinh tế - xã hội tỉnh Tuyên Quang đƣợc thu thập chủ yếu từ niên giám thông kê tỉnh Tuyên Quang từ năm 2010 đến 2017.
- Số liệu quan trắc tại các trạm khí tƣợng Tuyên Quang, Chiêm Hóa, Hàm Yên từ 1961-2015 (các yếu tố nhiệt độ, lƣợng mƣa, bốc hơi, tốc độ gió) và các hiện tƣợng thời tiết cực đoan. Để xác định xu thế và mức độ biến đổi của các yếu tố hoặc cực trị khí hậu.
Hệ thống trạm khí tƣợng trên địa bàn tỉnh Tuyên Quang gồm tất cả 4 trạm, bao gồm: trạm Chiêm Hóa, Hàm Yên, Tuyên Quang và trạm Na Hang. Hầu hết các trạm đều có liệt tài liệu đo đạc từ năm 1961 cho tới nay, nhƣng hiện nay chỉ có 3 trạm đang hoạt động, còn trạm Na Hang đã ngừng đo từ năm 1982. Tuy trạm Bắc Mê thuộc tỉnh Hà Giang, nhƣng trạm này lại nằm gần với các huyện vùng cao nhƣ huyện Lâm Bình và huyện Na Hang, nên trạm Bắc Mê sẽ phản ánh đƣợc diễn biến thời tiết cho hai huyện này. Vì vậy, trong luận văn sẽ sử dụng thêm số liệu khí tƣợng của trạm Bắc Mê để tính toán, đánh giá tác động của BĐKH đến cây Ngô tỉnh Tuyên Quang dựa vào các yếu tố lƣợng mƣa hiệu quả và lƣợng bốc thoát tiềm năng để sử dụng làm đầu vào cho mô hình Aquacrop.
Các kịch bản BĐKH đƣợc sử dụng trong luận văn bao gồm kịch bản BĐKH tỉnh Tuyên Quang do Viện Khoa học Khí tƣợng Thủy văn và Biến đổi khí hậu xây dựng với 2 kịch bản RCP4.5 và RCP 8.5, đƣợc sử dụng để chạy mô hình đánh giá tác động BĐKH đến năng suất cây Ngô tỉnh Tuyên Quang.
Số liệu về diện tích, sản lƣợng, năng suất cây Ngô cho các huyện, Thành phố của tỉnh Tuyên Quang đƣợc thu thập chủ yếu từ niên giám thông kê tỉnh Tuyên Quang năm từ 2010 đến 2017.
2.2 Phƣơng pháp nghiên cứu
2.2.1 Phương pháp phân tích xu thế và biến đổi trong quá khứ
Phƣơng pháp hồi quy tuyến tính đƣợc sử dụng để xác định xu thế và mức độ biến đổi của các yếu tố hoặc cực trị khí hậu. Các yếu tố hoặc cực trị khí hậu có thể đƣợc xác định giá trị trung bình theo tháng, mùa hoặc năm từ số liệu quan trắc hàng ngày. Phƣơng trình hồi qui tuyến tính của một yếu tố x bất kỳ theo thời gian đƣợc mô tả dƣới dạng sau đây:
trong đó :
Với , Sx, St, r tƣơng ứng là trung bình số học và độ lệch chuẩn của x và t, và hệ số tƣơng quan tuyến tính giữa x và t.
Xu thế tăng, giảm của x theo t đƣợc đánh giá trên cơ sở xét dấu và độ lớn của hệ số góc a1.
2.2.2 Giới thiệu mô hình AquaCrop
AquaCrop là một mô hình tăng trƣởng cây trồng đƣợc phát triển bởi Bộ phận Đất và Nƣớc của FAO để giải quyết vấn đề an ninh lƣơng thực và để đánh giá hiệu quả của môi trƣờng và quản lý đối với sản xuất cây trồng. AquaCrop mô phỏng phản ứng năng suất với nƣớc của cây trồng thân thảo, và đặc biệt phù hợp với điều kiện giải quyết trong đó nƣớc là yếu tố hạn chế chính trong sản xuất cây trồng. Khi thiết kế mô hình, một sự cân bằng tối ƣu giữa sự đơn giản, chính xác và mạnh mẽ đã đƣợc theo đuổi. Để đƣợc áp dụng rộng rãi, AquaCrop chỉ sử dụng một số lƣợng nhỏ các tham số rõ ràng và các biến đầu vào chủ yếu trực quan đòi hỏi các phƣơng thức đơn giản để xác định. Mặt khác, các quy trình