theo các mức nhiệt độ điểm sƣơng và độ cao.
Nhiệt độ điểm sƣơng Độ cao
(°C) 0 m 500 m 1000 m 1500 m 0 0.0 0.0 0.0 0.0 -2 1.2 1.3 1.4 1.5 -4 2.3 2.5 2.6 2.8 -6 3.3 3.5 3.7 3.9 -8 4.1 4.4 4.6 4.9 -10 4.8 5.1 5.4 5.8 -12 5.4 5.8 6.1 6.5 -14 6.0 6.3 6.7 7.1 -16 6.4 6.8 7.2 7.7 -18 6.8 7.2 7.7 8.1
Đã có nhiều nghiên cứu trên thế giới đƣợc tiến hành, sử dụng công nghệ GIS và dữ liệu viễn thám để theo dõi trạng thái sinh trƣởng phát triển của cây trồng, đánh giá tác hại của thiên tai trong đó có nhiệt độ thấp. Các nhà nghiên cứu đã trình bày kết quả theo các hƣớng, bao gồm: phân tích dữ liệu viễn thám là hàm của các thông số sinh lý của cây trồng và thay đổi theo thời gian của chúng, giải thích các quan sát bằng các mơ hình lý thuyết, xác định các thuật tốn phân loại, phát triển hoặc ứng dụng các phƣơng pháp phân loại, xác định các thông số sinh lý của cây trồng và kết hợp với các mơ hình tăng trƣởng để giám sát trạng thái sinh trƣởng, phát triển, hình
thành năng suất và giám sát các yếu tố khí tƣợng bất lợi nhƣ: nhiệt độ thấp, sƣơng muối, sƣơng giá, hạn hán...đến sinh trƣởng phát triển của cây trồng bởi các modul phần mềm, sau đó tích hợp trong GIS để xây dựng các bản đồ chuyên đề.
Dƣới đây là một số hình ảnh về bản đồ nhiệt độ thấp của các nƣớc đã xây dựng.
Hình 2.1. Bản đồ phân vùng sức chịu đựng của cây trồng ở điều kiện nhiệt độ thấp vùng Bắc Mỹ
Hình 2.2. Bản đồ phân vùng sức chịu đựng của cây trồng ở điều kiện nhiệt độ thấp ở Australia
Từ những kết quả ứng dụng công nghệ GIS và viễn thám, các nhà khoa học trên thế giới đều có chung đánh giá nhƣ sau: sử dụng cơng nghệ GIS và viễn thám
đã mang lại những hiệu quả rất rõ rệt đối với nền kinh tế xã hội. Đối với nông nghiệp nó mang lại hiệu quả kinh tế ở những điểm sau:
- Nâng cao độ chính xác khi thành lập các bản đồ. Ứng dụng viễn thám và GIS có thể nâng cao hiệu quả từ 140-190% so với các công nghệ khác. Thông tin viễn thám và GIS rất phong phú thậm chí nó cịn cung cấp các thông tin dƣới dạng lập thể (khơng gian), vì vậy cho phép xác định chính xác và chi tiết đối tƣợng nghiên cứu. - Tiết kiệm đƣợc thời gian, việc ứng dụng viễn thám và GIS trong nghiệp vụ có thể tiết kiệm đƣợc thời gian từ 4 – 10 lần so với công nghệ truyền thống hiện nay. - Tiết kiệm đƣợc kinh phí từ 70-80% so với các phƣơng pháp hiện nay.
- Ở Mỹ dùng viễn thám và GIS để dự báo năng suất tiểu mạch làm lợi 0,4 tỷ USD/ năm, phòng chống tác hại của thiên tai và sâu bệnh làm lợi 750 triệu USD.
- Tại Trung Quốc dùng viễn thám và GIS để dự báo năng suất tiểu mạch làm lợi 2 tỷ Nhân dân tệ/ năm…. Dùng số liệu viễn thám trong việc điều tra sử dụng đất chi phí là 0.04 tệ/Km2. Trong khi đó, phƣơng pháp truyền thống chi phí là 1 tệ/Km2.
Ở Châu Á, ngoài việc ứng dụng viễn thám để xem xét các quá trình tự nhiên xảy ra trên bề mặt trái đất có liên quan đến nơng nghiệp, cịn áp dụng viễn thám và GIS trong các nghiên cứu:
- Quan hệ giữa phổ của bƣớc sóng cận hồng ngoại IR với thực vật;
- Chỉ số chuẩn hoá thực vật (NDVI) và nhiệt độ ban ngày, trong đó có nghiên cứu mối quan hệ giữa NDVI với nhiệt độ bề mặt đất để xác định mức độ khắc nghiệt của thời tiết đối với cây trồng, nhƣ: nắng nóng, rét hại, rét đậm, sƣơng giá, sƣơng muối....
- Ấn Độ đã sử dụng viễn thám trong đánh giá diện tích cây trồng;
- Nhật Bản ứng dụng công nghệ viễn thám để xây dựng bản đồ cây trồng, bản đồ năng suất và dự báo năng suất cây trồng.
- Trung Quốc đã rất thành công trong việc sử dụng viễn thám và GIS để đánh giá năng suất, sản lƣợng và trạng thái phát triển của các cây trồng, và giám sát hạn hán, lũ lụt, sƣơng giá, sƣơng muối....
thái sinh trƣởng, phát triển của cây trồng và giám sát thiên tai.
- Các nƣớc trong khu vực gió mùa đã áp dụng viễn thám để phân loại lớp phủ thực vật và mùa sinh trƣởng.
- Những ứng dụng viễn thám trong đánh giá điều kiện sinh trƣởng và sự hình thành năng suất cây trồng đã đƣợc nghiên cứu thử nghiệm ở Ấn Độ, Nhật Bản. Các nƣớc này đã dùng số liệu viễn thám trong mơ hình Xích macốp để dự báo năng suất cây trồng.
- Áp dụng chỉ số thực vật để giám sát hạn hán ở Nhật Bản, Thái Lan, Ấn Độ cho kết quả chính xác 90- 95% so với thực tế;
- Nghiên cứu mối quan hệ giữa NDVI với các tham số khí hậu ở vùng ơn đới khô hạn.
- Dự báo mùa sinh trƣởng, biến đổi khí hậu thơng qua chỉ số NDVI. - Đánh giá thực trạng rừng qua số liệu viễn thám.
2.1.2. Những nghiên cứu trong nƣớc
Ở Việt Nam đã có khá nhiều cơng trình nghiên cứu về nhiệt độ thấp nhƣ : (1) Đánh giá nhiệt độ thấp có hại đối với cây trồng ở Việt Nam và chiến lƣợc ứng phó (Nguyễn Văn Viết, năm 2011); (2) Tài nguyên khí hậu nơng nghiệp Việt Nam (Nguyễn Văn Viết, năm 2009); (3) Nghiên cứu đặc điểm diễn biến của hiện tƣợng rét hại khu vực Tây Bắc và khả năng dự báo (Dƣơng Văn Khảm, năm 2011); (4) Điều tra khoanh vùng sƣơng muối gây hại cây cà phê tỉnh Sơn La (Lại Văn Chuyển, Vƣơng Hải, Nguyễn Trọng Hiệu, năm 1999), (5) Khí hậu và tài nguyên khí hậu Việt Nam (Nguyễn Đức Ngữ, Nguyễn Trọng Hiệu, năm 2004 và còn nhiều các cơng trình nghiên cứu khác.
Những nghiên cứu trên đã góp phần khơng nhỏ trong việc phục vụ sản xuất và phát triển các cây trồng nói chung và cây cơng nghiệp nói riêng. Song trƣớc đây các nghiên cứu đƣợc tiến hành trong điều kiện số liệu và kỹ thuật tính tốn cịn nhiều hạn chế, việc nghiên cứu đánh giá chủ yếu chỉ tập trung khai thác số liệu của các trạm, trại và cơ quan nghiên cứu của ngành nơng nghiệp, các trạm khí tƣợng
thuỷ văn, khí tƣợng nơng nghiệp, mà chƣa có nghiên cứu nào có điều kiện xây dựng bản đồ phân bố nhiệt độ thấp, đặc biệt mức độ và quy mô tác hại của nhiệt độ thấp đối với cây trồng chi tiết đến các huyện. Hơn nữa trong các nghiên cứu trƣớc đây chƣa có các số liệu đƣợc thu nhận và tính tốn từ các cơng nghệ và mơ hình tiên tiến nhƣ: hệ thống thông tin địa lý (GIS), viễn thám (RS), hệ thống định vị tồn cầu (GPS) vì vậy kết quả thu đƣợc mang tính cục bộ, rất khó áp dụng trên diện rộng.
2.2. Đặc trƣng nhiệt độ thấp có hại cho cây cao su
Để đánh giá ảnh hƣởng của nhiệt độ thấp đến sự sinh trƣởng, phát triển và hình thành năng suất cao su tỉnh Lai Châu, trên cơ sở các ngƣỡng nhiệt độ thấp có hại đối với loại cây này (bảng 2.4), tác giả tiến hành đánh giá các đặc trƣng nhiệt độ thấp trên chuỗi số liệu đƣợc xem xét, bao gồm các đặc trƣng:
- Khả năng xuất hiện nhiệt độ thấp theo các ngƣỡng.
- Ngày bắt đầu và kết thúc nhiệt độ các ngƣỡng theo các suất bảo đảm.
2.2.1. Ngƣỡng nhiệt độ thấp có hại cho cây cao su
Các quá trình sinh lý diễn ra trong cơ thể thực vật (quá trình quang hợp, vận chuyển chất dinh dƣỡng...) chỉ có thể diễn ra ở một ngƣỡng nhiệt độ nhất định. Nhiệt độ có ảnh hƣởng rất lớn đến quá trình sinh trƣởng, phát triển và hình thành năng suất của cây trồng. Nhiệt độ quá cao hay quá thấp đều có ảnh hƣởng xấu đến cây trồng, khi nhiệt độ đạt đến ngƣỡng giới hạn so với sức chịu đựng của cây trồng thì cây trồng ngừng hẳn sinh trƣởng và phát dục, khi nhiệt độ tiếp tục giảm xuống hoặc tiếp tục tăng lên cao vƣợt qua ngƣỡng giới hạn đó thì thực vật sẽ chết từng bộ phận hoặc chết hồn tồn [1].
Hình 2.3. Hình ảnh minh họa tác hại của nhiệt độ thấp đối với cây cao su Với tầm quan trọng của nhiệt độ nhƣ đã nêu ở trên, thì việc quy hoạch các Với tầm quan trọng của nhiệt độ nhƣ đã nêu ở trên, thì việc quy hoạch các vùng trồng cây trồng nói chung và cây lâu năm nhƣ cao su nói riêng rất cần phải xem xét đến yếu tố nhiệt độ, đặc biệt là nhiệt độ thấp vƣợt ngƣỡng giới hạn của cây trồng. Việc nghiên cứu, xem xét nhiệt độ thấp ở một địa điểm nào đó, có phù hợp với nhiệt độ tới hạn mà mỗi loại cây trồng chịu đựng đƣợc sẽ là cơ sở để đánh giá mức độ thuận lợi hay bất lợi về nhiệt độ khi gieo trồng tại địa điểm đó.
Để đánh giá đƣợc ảnh hƣởng của nhiệt độ thấp đối với cây trồng, trƣớc tiên phải biết đƣợc yêu cầu của cây trồng đối với nhiệt độ và giới hạn của chúng. Vì vậy, để đánh giá khả năng chịu lạnh của cây cao su ở tỉnh Lai Châu cần xác định ngƣỡng nhiệt độ giới hạn cho loại cây trồng này.
Ở chƣơng 1 đã trình bày về đặc điểm sinh thái của cây cao su, trong đó có đánh giá về điều kiện nhiệt độ và nhiệt độ thấp có hại cho loại cây trồng này. Cây cao su hiện nay đang đƣợc gieo trồng ở Lai Châu cơ bản đều là các giống có khả năng chịu lạnh nhƣ: GT 1, PB 260, RIM 600, RIW 1, RIW 3, RIC 121, LH 83/85, LH 83/29, YITC 77-4, HL 90/952, IAN 873, RIM 712, tuy nhiên các giống này cũng chỉ có khả năng chịu lạnh đến 100
C. Từ những đặc điểm sinh thái của cây cao su và thực tiễn các giống đang đƣợc trồng ở tỉnh Lai Châu, tác giả đƣa ra bản tổng hợp các ngƣỡng nhiệt độ thấp có hại cho loại cây trồng này (bảng 2.4).
Bảng 2.4. Ngƣỡng nhiệt độ thấp có hại cho cây cao su Ngƣỡng nhiệt độ thấp Ngƣỡng nhiệt độ thấp
(0C) Mức độ gây hại
T ≤ 100C
Ngƣỡng nhiệt độ làm hạt cao su mất sức nảy mầm hồn tồn, đối với cây cao su ngồi vƣờn thì bị rối loạn hoạt động trao đổi chất và chết nếu nhiệt độ này kéo dài
T ≤ 50C Ngƣỡng nhiệt độ cây cao su sẽ bị nứt vỏ, chảy mủ hàng
loạt, đỉnh sinh trƣởng bị khô và cây chết
2.2.2. Khả năng xuất hiện nhiệt độ thấp theo các ngƣỡng
Từ chuỗi số liệu quan trắc, kết quả tính tốn các đặc trƣng của các cấp nhiệt độ có hại cho cây cao su đƣợc thể hiện trên bảng 2.5 - 2.6. Từ các bảng này nhận thấy:
- Ở đai độ cao dƣới 300m: Với ngƣỡng nhiệt độ dƣới 50C xảy ra trong các tháng chính đơng (tháng XII, tháng I), tần suất xuất hiện năm là 18%. Để đánh giá mức độ khắc nghiệt của nhiệt độ thấp theo chỉ tiêu tổng số lần xuất hiện trong năm, thì trung bình 1 năm chỉ có 0.6 ngày xảy ra, nhƣ vậy mức độ khắc nghiệt của nhiệt độ thấp dƣới 50
C ở đai cao này là không đáng kể. Nhiệt độ dƣới 100C xảy ra ở tất cả các tháng trong mùa đơng, trung bình 1 năm có 8.86 ngày, tập trung nhiều vào tháng XII (3.67 ngày) và tháng I (2.22 ngày), các tháng khác chỉ từ 0.31 ngày đến 1.1 ngày, tần suất xuất hiện nhiệt độ tối thấp năm dƣới 100C là 85%, tuy khả năng
xuất hiện cao, nhƣng số ngày xảy ra không nhiều và khơng liên tục vì vậy cũng không ảnh hƣởng lớn đến cây trồng.
- Ở đai độ cao từ 300 - 600m: đã bắt đầu xuất hiện nhiệt độ dƣới 20C tuy nhiên tần suất xuất hiện năm là rất thấp (8%). Nhiệt độ tối thấp dƣới 50C có thể xảy ra bất cứ lúc nào trong mùa đơng, trung bình hàng năm có 1.62 ngày nhiệt độ xuống dƣới 50C. Ở ngƣỡng nhiệt độ dƣới 100C không chỉ xuất hiện ở trong các tháng mùa đơng mà cịn xuất hiện ở tháng chuyển tiếp (tháng IV), trung bình hàng năm có 15.41 ngày trong đó tháng XII có 6.98 ngày và tháng I là 4.15 ngày, tần suất xuất hiện nhiệt độ tối thấp năm dƣới 100C là 94%, tuy năm nào hầu nhƣ cũng xảy ra, nhƣng số ngày xảy ra không nhiều và khơng tập trung vì vậy cũng khơng ảnh hƣởng lớn đến cao su.
- Ở độ cao 600 - 800m: đã bắt đầu xuất hiện nhiệt độ dƣới 00C nhƣng với tần suất thấp (5%), trung bình hàng năm chỉ có 0.09 ngày. Ở ngƣỡng nhiệt độ dƣới 20C, tần suất năm là 15%, trung bình năm chỉ có 0.34 ngày. Nhiệt độ tối thấp dƣới 50C có thể xảy ra bất cứ lúc nào trong mùa đơng, với tần suất năm là 52%, trung bình năm có 2.16 ngày. Ở độ cao này, năm nào cũng có ít nhất một ngày xuất hiện nhiệt độ tối thấp dƣới 100
C, thời gian xuất hiện kéo dài cả sang tháng IV và tháng X, trung bình hàng năm có 28.16 ngày, trong đó tháng XII là 9.65 ngày và tháng I là 9.79 ngày.
- Ở độ cao 800 - 1000m: nhiệt độ tối thấp tuyệt đối là -0.40C, xảy ra vào tháng XII/1982 tại Tam Đƣờng. Trung bình 1 năm có 0.08 ngày có nhiệt độ dƣới 00C, với tần suất năm là 6%. Ở ngƣỡng nhiệt độ dƣới 20C, tần suất năm là 15%, trung bình năm chỉ có 0.45 ngày,. Nhiệt độ tối thấp dƣới 50
C có thể xảy ra bất cứ lúc nào trong mùa đơng, hàng năm có 5.41 ngày, với tần suất xuất hiện là 73%. Ở độ cao này năm nào cũng có ngày xuất hiện nhiệt độ tối thấp dƣới 100
C, thời gian xuất hiện kéo dài cả sang tháng IV, và tháng X, trung bình hàng năm có 45.2 ngày trong đó tháng XII có 14.28 ngày và tháng I là 14.25 ngày.
- Ở độ cao 1000 - 1500m: trung bình 1 năm có 0.03 ngày có nhiệt độ dƣới 00C. Ở ngƣỡng nhiệt độ dƣới 20C, tần suất xuất hiện năm là 45%, trung bình năm có
1.1 ngày xuất hiện. Nhiệt độ tối thấp dƣới 50C đã xuất hiện ở trong tháng chuyển tiếp (tháng IV), với tần suất năm là 97%, hàng năm có 7.41 ngày. Ở độ cao này năm nào cũng có ít nhất một ngày xuất hiện nhiệt độ tối thấp dƣới 100
C, thời gian xuất hiện kéo dài cả sang cả 2 tháng chuyển tiếp (tháng IV, tháng X), trung bình hàng năm có 46.93 ngày, trong đó tháng XII là 13.86 ngày và tháng I là 13.69 ngày.
- Ở độ cao trên 1500m: nhiệt độ tối thấp tuyệt đối năm là -3.30C, xảy ra vào tháng XII/1999 tại Shìn Hồ. Ở độ cao này nhiệt độ tối thấp dƣới 00C xuất hiện ở hầu hết các tháng trong mùa đông, xác suất xuất hiện là 36% năm, trung bình 1 năm có 1.25 ngày có nhiệt độ dƣới 00C. Ở ngƣỡng nhiệt độ dƣới 20C khơng chỉ xảy ra trong mùa đơng mà cịn xuất hiện trong cả tháng tháng X, với tần suất xuất hiện là 82% năm, trung bình năm có 4.96 ngày có nhiệt độ thấp ở ngƣỡng này. Nhiệt độ tối thấp dƣới 50
C xuất hiện bất cứ lúc nào từ tháng IX năm trƣớc đến tháng IV năm sau, 100% số năm quan trắc đều thấy nhiệt độ tối thấp dƣới 50C, trung bình hàng năm có 20.18 ngày. Ở ngƣỡng nhiệt độ dƣới 100C, thời gian xuất hiện xảy ra bất cứ lúc nàoi từ tháng IX năm trƣớc đến tháng V năm sau, trung bình hàng năm có 98.46 ngày, trong đó gần nhƣ tồn bộ số ngày ở 2 tháng chính đơng (tháng XII, tháng I) đều có nhiệt độ tối thấp ở ngƣỡng nhiệt độ này.
Bảng 2.5. Số ngày trung bình nhiều năm của các ngƣỡng nhiệt độ theo các đai độ cao khác nhau (Đơn vị: ngày)
Đai độ cao (m) Ngƣỡng nhiệt độ (0 C) I II III IV V IX X XI XII Tổng năm <300 ≤ 5 0.24 0.36 0.60