3.1. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 3.1.1. Đối tượng nghiên cứu
Đề tài thực hiện nghiên cứu:
- Cây ngô: các nhân tố ảnh hưởng đến sinh khối của ngô - Phản xạ tán của cây ngô
3.1.2. Phạm vi nghiên cứu
Nghiên cứu ứng dụng phản xạ của thực vật vào xác định sự tích lũy sinh khối trong cây ngô bằng các số liệu về sinh khối và ảnh chụp phản xạ tán của ngô được thực hiện tại trường Đại học Nông Lâm từ tháng 2 năm 2012 đến tháng 4 năm 2012.
3.2. Địa điểm và thời gian nghiên cứu
- Địa điểm nghiên cứu: Đề tài được thực hiện tại Trường Đại học Nông Lâm Thái Nguyên.
- Thời gian nghiên cứu: từ ngày 06 tháng 02 năm 2012 đến 30 tháng 4 năm 2012.
3.3. Nội dung nghiên cứu
- Giới thiệu chung về cây ngô
- Ảnh hưởng của các nhân tố đến sinh khối của ngô.
- Ảnh hưởng của các nhân tố đến phản xạ tán của ngô.
- Ảnh hưởng của các giai đoạn sinh trưởng và phát triển khác nhau đến phản xạ tán của ngô.
- Mối tương quan giữa phản xạ tán và sinh khối của ngô.
3.4. Phương pháp nghiên cứu
3.4.1. Phương pháp thu thập tài liệu
- Thu thập các tài liệu về phản xạ của thực vật và khả năng tích lũy sinh khối trong cây trồng từ các báo cáo, khóa luận, các bài báo, tạp chí và các giáo trình đã có.
- Thu thập số liệu về sinh khối và phản xạ tại các bước sóng khác nhau của ngô qua các lần lấy mẫu và chụp ảnh thí nghiệm.
- Kế thừa tài liệu, số liệu về quy trình bón phân, bố trí thí nghiệm ngô tại Khu công nghệ cao – Khoa Nông Học – Trường Đại học Nông Lâm Thái Nguyên.
3.4.2. Phương pháp bố trí thí nghiệm đồng ruộng
Cơ sở lựa chọn thí nghiệm là do có sự khác nhau về sinh khối giữa các ô thí nghiệm. Đây là thí nghiệm được bố trí trước từ tháng 2 năm 2012 nhằm mục đích đánh giá ảnh hưởng của các giống ngô và đạm đến sinh trưởng và phát triển của ngô.
Thí nghiệm được bố trí tại Khu Công nghệ cao – Khoa Nông học – Trường đại học Nông Lâm Thái Nguyên.
Vật liệu thí nghiệm:
- Cây trồng: Cây ngô
- Môi trường đất thí nghiệm: pH = 6,0; Mùn = 1,7 %, đạm = 0,14 %, Lân = 0,13 %, Kali = 0,2 %. Đây là một loại đất có giàu dinh dưỡng thích hợp với cây trồng.
- Phân bón: Phân đạm, phân lân và phân Kali để phục vụ cho thí nghiệm.
Quy mô nghiên cứu thí nghiệm của đề tài:
- Mục đích của nghiên cứu thí nghiệm là nghiên cứu về sự ảnh hưởng của các nhân tố (giống và đạm) đến sinh khối và phản xạ của cây trồng. Từ đó, tìm ra mối tương quan giữa sinh khối và phản xạ của ngô.
- Đề tài tiến hành nghiên cứu và theo dõi thí nghiệm hai nhân tố: hai mức bón đạm ở giai đoạn trước trỗ 10 ngày ( giai đoạn xoắn nõn) là N = 0 (kg/ha) – kí hiệu là N1 và N = 75 (kg/ha) – ký hiệu là N2 và hai mức giống ngô là Giống V1: LVN14 và Giống V2: LVN99 được bố trí theo kiểu ô chính – ô phụ với 3 lần nhắc lại. Tổng số ô thí nghiệm được theo dõi là 12 ô thí nghiệm.
- Mỗi ô thí nghiệm có diện tích 5 m2, ngô được trồng trong các ô thí nghiệm với 24 cây/ 1 hàng, một ô thí nghiệm được bố trí trồng 7 hàng.
- Giữa các khối thí nghiệm có trồng hàng rào bảo vệ.
- Môi trường đất nền thí nghiệm được bón 90kg P2O5 + 90kg K2O.
Bảng 3.1. Lượng đạm bón cho các công thức qua các thời kỳ Giống
Mức bón đạm (*)
Lượng bón đạm qua các thời kỳ (kg/ha) Tổng lượng Bón 3 – 5 lá Bón 7 – 9 lá Xoắn nõn bón
V1 N1 50 25 0 75
V2 N1 50 25 0 75
V1 N2 50 25 75 150
V2 N2 50 25 75 150
*: Mức bón đạm ở giai đoạn xoắn nõn: N1 là mức bón 0kh/ha; N2 là mức bón 75kg/ha.
3.4.3. Phương pháp đo phản xạ tán
Phản xạ tán của ngô được chụp bằng máy đo phản xạ tán Spectroradiometer PS – 300 với khoảng nhìn (FOV) là 30o. Bước sóng đo được từ 300 nm đến 1100 nm với độ phân giải là 0.5nm.
Tiến hành đo các ô thí nghiệm và lấy giá trị đại diện cho mỗi công thức.
Mỗi ô thí nghiệm chụp ảnh hai phản xạ và dữ liệu phản xạ cho ô thí nghiệm là giá trị phản xạ trung bình của hai lần chụp phản xạ tán.
Phương pháp đo: máy đo phản xa tán được kết nối với Laptop đã được cài đặt phần mềm SpectraWiz qua cổng USB và kết nối với bộ cảm. Bộ cảm được đưa lên trên cao cách mặt đất 2m nhờ thanh đỡ. Việc đo phản xạ tán của ngô được thực hiện trong khoảng thời gian từ 11h – 13 h (GMT+7) ở giai đoạn ngô 7 - 9 lá và giai đoạn trước trỗ 10 ngày (vào ngày 26 tháng 4 và ngày 12 tháng 5 năm 2012).
Trước khi tiến hành đo phản xạ của ngô ở các ô thí nghiệm, tiến hành đo phản xạ bằng thanh phản xạ tiêu chuẩn (Reflectance standard), máy đo
phản xạ tán sẽ tính toán phần trăm (%) phản xạ thực vật từ mẫu phản xạ thực vật và phản xạ tiêu chuẩn.
3.4.4. Phương pháp lấy mẫu cây
Cùng thời điểm với thời điểm đo phản xạ, tiến hành lấy mẫu ba cây trên một ô thí nghiệm tại vị trí để đo phản xạ tán của thực vật. Mẫu thực vật đã lấy được cân để tính trọng lượng tươi, sau đó tiến hành băm mẫu trộn đều lấy 200g mẫu tươi theo quy tắc đường chéo.
Mẫu thực vật đã được băm nhỏ lấy 200g sẽ được sấy trong tủ sấy tại phòng thí nghiệm khoa Nông học, trường Đại học Nông lâm Thái Nguyên từ hai đến ba ngày ở nhiệt độ 700C đến khi trọng lượng không đổi. Tiến hành cân đo sinh khối khô. Số liệu về sinh khối tươi và sinh khối khô được đổi về đơn vị là g.m-2
3.4.5. Phương pháp tổng hợp và xử lý số liệu
- Số liệu về phản xạ dưới dạng các đồ thị được chuyển về dạng số biểu thị phần trăm phản xạ tán của ngô ở các bước sóng.
- Tiến hành kiểm tra số liệu vừa chụp, loại bỏ nhưng mẫu chụp bị nhiễu, các phần bước sóng bị nhiễu lấy phản xạ từ bước sóng 400nm – 823nm. Qua quá trình xử lý, thu được 69 phản xạ tán qua hai lần đo.
- Tính toán phản xạ trung bình của mỗi ô thí nghiệm, của các loại giống khác nhau bằng phần mềm Excel.
- Tính trung bình phản xạ tán của ngô ở bốn bước sóng cơ bản (Blue, Green, Red, Near – Infrared) phục vụ tính toán các chỉ số NDVI Red.
3.4.6. Chỉ tiêu nghiên cứu
- Sinh khối (sinh khối tươi và sinh khối khô):
+ Phương pháp lấy mẫu: Lấy ba cây trên một ô thí nghiệm
+ Thời gian lấy mẫu: tiến hành lấy mẫu vào thời gian ngôi 7 - 9 lá và giai đoạn trước trỗ 10 ngày.
+ Mẫu được cân tính sinh khối tươi, băm nhỏ, sấy khô tính sinh khối khô.
- Phản xạ tán của ngô: Được chụp hai lần trùng với thời gian đo sinh khối của cây.
- Các chỉ tiêu tính toán liên quan đến phản xạ của ngô:
+ Chỉ số khác biệt thực vật NDVI (Normalized Difference Vegetation Index)
Các chỉ số phổ thực vật được phân tách từ các băng nhìn thấy, cận cận hồng ngoại, cận hồng ngoại và dải đỏ là các tham số trung gian mà từ đó có thể thấy được các đặc tính khác nhau của thảm thực vật như: sinh khối, chỉ số diện tích lá, khả năng quang hợp các sản phẩm sinh khối theo mùa.
Những đặc tính đó có liên quan và phụ thuộc rất nhiều vào dạng thực vật bao phủ và thời tiết, đặc tính sinh lý, sinh hoá và sâu bệnh… Công nghệ gần đúng để giám sát đặc tính các hệ sinh thái khác nhau là phép nhận dạng chuẩn và phép so sánh giữa chúng.
Có nhiều các chỉ số thực vật khác nhau, nhưng chỉ số khác biệt thực vật (NDVI) được trung bình hoá trong một chuỗi số liệu theo thời gian sẽ là công cụ cơ bản để giám sát sự thay đổi trạng thái lớp phủ thực vật, trên cơ sở đó biết được tác động của thời tiết, khí hậu đến sinh quyển. NDVI có giá trị từ - 1 đến +1.
Giá trị NDVI thấp cho thấy khu vực đó độ phủ thực vật thấp.
Giá trị NDVI cao thì cho thấy khu vực đó có độ phủ thực vật tốt.
Giá trị NDVI có giá trị âm cho thấy ở đó không có thực vật, là những thể mặt nước hay do mây phủ.
Chỉ số thực vật NDVI được tính theo công thức sau:
nir Red Red
nir Red
NDVI = R -R
R +R
Trong đó: Rnir : Bức xạ ở vùng cận hồng ngoại RRed: Bức xạ ở vùng sóng đỏ
Như vậy từ các giá trị định lượng của NDVI ta có thể xác định được trạng thái sinh trưởng và phát triển của thực vật nói chung và cây trồng nói riêng.
Phần 4