5
BÀI 1
CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA VIỆC TƯỚI NƯỚC CHO CÂY TRỒNG
1.1. Tác dụng của tưới nước
1.1.1. Anh hưởng của tưới nước đến đất đai
Tưới nước có thể làm thay đổi phương hướng của quá trình biến đổi đất đai. Anh
hưởng của tưới đối với đất biểu hiện trên nhiều mặt: làm thay đổi lý tính, làm thay đổi các
quá trình hoá học, sinh vật học trong đất, quá trình phá huỷ hoặc tích lũy chất hửu cơ...
Sự thay đổi lý tính biểu hiện trước hết ở chổ làm thay đổi kích thước cấp hạt đất.
Theo B.O.Ghienco tưới nước làm giảm cấp cấp hạt có kích thước 3 -1mm và làm tăng cấp
hạt có kích thước bé ở lớp đất 0 -20cm. Do vậy mà dung trọng đất tăng lên, độ rỗng và
tính thấm nước của đất giảm xuống, nhất là ở tầng đất mặt.
Với các loại cây trồng khác nhau, dưới ảnh hưởng của tưới nước, các cấp hạt đất
thay đổi khác nhau.
Tưới nước với độ ẩm đất 50- 60% độ ẩm tối đa thì sức liên kết, sức dính hút của hạt
đất nằm trong giới hạn thích hợp nhất cho việc làm đất bằng cơ giới. Tưới nước có thể dẫn
đến hình thành một lớp đất chặt ở tầng đất sâu do quá trình rửa trôi keo đất theo trọng lực.
Sự rửa trôi này kéo theo các hợp chất cacbonat Ca, Mg, SiO2 và chúng tích tụ lại ở độ sâu
nhất định tuỳ theo tính chất của đất:
- Đất nặng lớp đất chặt hình thành ở độ sâu 0,45 đến 1,2m
- Đất nhẹ lớp đất chặt hình thành ở độ sâu 1,2 đến 3,0m
Khi tưới nước có phù sa thì lý tính của đất còn bị thay đổi bởi các cấp hạt sét được
dẫn vào ruộng. Những cấp hạt sét đường kính nhỏ hơn 0,005 mm, nhất là những cấp hạt
sét đường kính nhỏ hơn 0,001mm có tác dụng làm tăng khả năng giữ nước, sức dính hút,
sức liên kết của đất cát. Ngược lai, những cấp hạt có kích thước lớn hơn lại có tác dụng
làm tăng độ tơi xốp và thoáng khí của đất sét. Vì vậy cần thấy rõ được vai trò của nước
tưới đối với tính chất đất khác nhau để có thể sử dụng nước phù hợp với các quá trình biến
đổi lý học có lợi cho điều kiện dinh dưỡng của cây trồng và độ phì của đất. Xác định đúng
đắn chế độ tưới nước trong những điều kiện địa chất thuỷ văn, khí hậu thời tiết và đất đai
khác nhau là cơ sở của việc đảm bảo những yêu cầu trên.
Tưới nước còn ảnh hưởng đến chế độ nhiệt của đất. Do nhiệt dung của nước lớn
nên tưới nước có thể điều hoà nhiệt độ đất. Về mùa nóng, đất có độ ẩm thích hợp, nhiệt độ
đất thấp hơn ở đất không được tưới và ngược lại về mùa rét nhiệt độ đất cao hơn.
Tưới nước cũng dẫn đến những thay đổi về mặt hoá tính của đất. Trước hết nước là
môi trường để tiến hành các phản ứng hoá học xảy ra trong đất. Nước có thể hoà tan các
chất dinh dưỡng tích luỹ trong đất để cung cấp cho cây trồng. Nước làm giảm nồng độ
dung dịch đất tạo điều kiện cho cây trồng hút thức ăn thuận lợi. Nước tưới còn mang vào
đất nhiều chất hòa tan, chất lơ lững có ích cho cây trồng, nhất là nứơc tưới có phù sa. Vì
vậy, tưới nước có thể làm tăng được chất dinh dưỡng cho đất. Nhưng tưới nước không
đúng có thể dẫn đến những biến đổi có hại cho độ phì của đất đai và cây trồng.
Khi lượng nước tưới quá nhiều, nước sẽ rửa trôi các chất dinh dưỡng xuống tầng
sâu, có thể làm mức nước ngầm dâng cao tới lớp đất có bộ rễ cây hoạt động, đất trở nên
6
thiếu thoáng khí và phát triển theo con đường lầy hoá, tái mặn. Tưới quá nhiều nước, quá
trình phản nitrat hoá mạnh, nhất là khi tưới tràn. Dẫn đến hiện tượng mất đạm khi tưới
nước.
Lượng nước thừa chảy xuống tầng đất sâu kéo theo đạm NO3 là nguyên nhân của sự
mất đạm ở lớp đất mặt. Nhưng không phải các chất dinh dưỡng đều bị rửa trôi theo dòng
chảy. Kali trong đất ở dạng dung dịch hoặc bón vào đất dưới dạng muối rất nhanh chóng
chuyển sang dạng kali tổng số. Lân di động cũng nhanh chóng bị đất hấp phụ. Vì vậy khi
tưới nước chúng rửa trôi không đáng kể.
Tưới nước còn ảnh hưởng đến hoat động sinh học ở trong đất. Nói chung, độ ẩm đất
thích hợp cho các loại vi sinh vật hoạt động gần với giới hạn độ ẩm cần thiết cho cây trồng.
Ở độ ẩm cây héo thì hoạt động của vi sinh vật bị đình trệ.
Độ ẩm 80- 95% của sức chứa ẩm tối đa đồng ruộng là giới hạn thích hợp nhất cho
nấm và xạ khuẩn hoạt động.
Vi khuẩn phân giải Cellulose cũng hoạt động mạnh ở giới hạn độ ẩm 85 -90% độ chứa
ẩm tối đa.
Vi khuẩn nitrat hoá hoạt động mạnh ở giới hạn độ ẩm trên 60% và bị đình trệ khi đất
có độ chứa ẩm tối đa.
Tưới nước còn ảnh hưởng đến sự hoạt động của vi khuẩn nốt sần. Trong vùng khô
hạn nốt sần của rễ cây họ đậu gần như không hình thành được. Nhưng tưới đủ nước thì quá
trình này tiến hành bình thường và sự dinh dưỡng đạm của cây trồng được tăng cường hơn.
Nếu lúc tưới đất bảo hoà nước thì vi sinh vật yếm khí hoạt đông mạnh, hoạt động
của vi sinh vật háo khí bị kìm hãm. Khoảng cách giữa 2 lần tưới càng dài thì sự khác nhau
giữa phương hướng hoạt động của vi sinh vật trong đất trước và sau tưới càng lớn.
Sự phân giải chất hữu cơ trong đất gắn chặt với hoạt động của vi sinh vật. Đất thiếu
nước hoạt động của vi sinh vật háo khí mạnh mẽ thuận lợi cho quá trình phá huỷ các chất
hữu cơ, nhất là mùn. Quá trình phá huỷ các chất hữu cơ mâu thuẩn với sự cần thiết nâng
cao độ phì của đất. Việc nâng cao năng suất cây trồng nông nghiệp đòi hỏi phải tăng lượng
chất hữu cơ trong đất. Tưới nước hợp lý có tác dụng điều hoà được hoạt động sinh học
trong đất, quá trình tích luỷ chất hữu cơ sẽ trội hơn quá trình phá huỷ chúng. Và đất sẽ giàu
chất hữu cơ cần thiết cho sự dinh dưỡng của cây trông. Do vậy, sự thay đổi các hoạt động
sinh học trong đất liên quan chặt chẽ với các yếu tố của chế độ tưới như lượng nước tưới,
số lần tưới, độ sâu lớp đất tưới và phương pháp tưới.
1.1.2. Ảnh hưởng của tưới nước đến cây trồng.
Tưới nước dẫn đến những sự thay đổi về tính chất hoá học, hoạt động sinh vật học
trong đất và tiểu khí hậu đồng ruộng. Do đó ảnh hưởng trực tiếp đến sinh trưởng phát triển,
năng suất và phẩm chất cây trồng. Đứng về mặt hoạt động sinh học, tưới nước sẽ giúp cho
cây trồng hấp thụ chất dinh dưỡng được thuận lợi, cung cấp đầy đủ nước cho cây tiến hành
các quá trình sinh lý bình thường trong những điều kiện ngoại cảnh thay đổi, nhất là những
vùng khô hạn.
Nhiều thí nghiệm đã cho thấy rằng, cung cấp đầy đủ nước và CO2 cây trồng có thể
nâng cao khả năng đồng hoá lên 5 - 8 lần, hoặc cao hơn nữa. Ngay cả trong những ngày
trời âm u, khả năng đồng hoá của cây trồng được tưới có thể tăng gấp đôi.
7
Chính vì trong điều kiện cung cấp đủ nước, cây trồng có thể sử dụng đến mức tối đa
các yếu tố dinh dưỡng khác, nhất là phân bón và có thể tiến hành nhịp nhàng các quá trình
trao đổi chất mà sinh trưởng phát triển thuận lợi.
Tưới nước không những làm tăng năng suất cây trồng mà còn ảnh hưởng đến phẩm
chất sản phẩm. Theo tài liệu của rất nhiều tác giả (Laicop, Paplop...) tưới nước cho lúa mì
có thể làm tăng năng suất 4 - 5 lần hoặc cao hơn nữa nhưng đồng thời cũng làm giảm hàm
lượng protein trong hạt trung bình 3,2 - 7,6% so với cây trồng không được tưới. Các tác giả
cho rằng, sự giảm hàm lượng protein trong hạt cây họ hoà thảo dưới ảnh hưởng của tưới
nước là quy luật chung cho tất cả cây trồng thuộc họ này. Nguyên nhân dẫn đến kết quả
trên có thể do tưới nước đã ảnh hưởng đến sự tích luỹ protein vào hạt.
- Một là, khi tưới nước làm thay đổi sự cung cấp đạm cho cây trồng, cây trồng không
đủ đạm để dùng vì trong điều kiện được tưới cây trồng sinh trưởng nhanh, tích luỹ lượng
chất khô lớn, yêu cầu một lượng chất dinh dưỡng cao, hơn nữa đạm có thể bị rửa trôi
xuống tầng sâu.
- Hai là, tưới nước ảnh hưởng trực tiếp đến sự tích luỹ protein. Vì tưới nước làm thay
đổi tốc độ của các quá trình tích luỹ vật chất và tốc độ chín của hạt. Ở cây không được
tưới, lá cây già nhanh và theo mức độ già của lá tỷ lệ đạm và hydrat cacbon vận chuyển
vào hạt nghiêng về phía tăng tương đối hàm lượng đạm (Paplop, 1955). Trong điều kiện
khô hạn sự vận chuyển hydrat cacbon bị kìm hãm ở mức độ cao hơn sự vận chuyển đạm vì
cùng vơi tốc độ già của lá, khả năng đồng hoá CO2 và tích luỹ hydrat cacbon trong lá và
hạt bị đình trệ nhanh hơn. Tuy rằng trong hạt của cây trồng không được tưới protein tích
luỹ nhiều hơn (tính theo % trọng lượng chất khô), nhưng ở bộ phận bông của cây trồng
được tưới chứa nhiều glutamat amon có nhiều khả năng để sinh tổng hợp protein hơn ở bộ
phận bông của cây trồng không được tưới.
Khả năng sinh tổng hợp protein không thể thực hiện triệt để vì hàm lượng đạm trong
các cơ quan sinh trưởng của chúng quá thấp. Sự thiếu đạm và các chất dinh dưỡng khác
khi tưới nước bằng con đường sử dụng phân bón hợp lý. Hay nói cách khác, để đảm bảo
tăng năng suất cây trồng và giữ vững phẩm chất bên cạnh công tác tưới tiêu còn tác động
các biện pháp kỹ thuật khác như bón phân, xới xáo, làm cỏ...
1.1.3. Ảnh hưởng của tưới nước đến tiểu khí hậu đồng ruộng
Tưới nước có ảnh hưởng lớn đến nhiệt độ của tầng không khí sát mặt đất. Trên đất
được tưới nhiệt độ thấp hơn ở đất không được tưới, ngược lại độ ẩm cao hơn.
Thí nghiệm ở trạm tưới Accavat (Liên xô cũ) cho thấy trên mặt đất bỏ hoang nhiệt độ
lên tới 32,4oC, nhưng nếu được tưới nước nhiệt độ giảm xuống 24,3oC. Trên ruộng trồng
bông nhiệt độ 29,3oC, sau khi tưới giảm xuống 25,3oC.
Sự thay của tiểu khí hậu đồng ruộng còn phụ thuộc vào phương pháp tưới khác nhau.
Tài liệu nghiên cứu của viện sĩ Côt-chia-côp cho thấy sự khác nhau về nhiệt độ, độ ẩm,
thiếu hụt bão hoà không khí và bay hơi mặt đất dưới ảnh hưởng của phương pháp tưới như
sau:
8
Bảng 1: Ảnh hưởng của phương pháp tưới đến tiểu khí hậu đồng ruộng
Điều kiện
Thí nghiệm
Nhiệt độ
trung bình (oC)
Độ ẩm
Không khí (%)
Thiếu hụt bão hoà
không khí (mb)
Bay hơi
(mm)
Mưa nhân tạo
Tưới rãnh
Không tưới
27,6
28,3
29,6
51
42
38
4,7
18,1
21,1
47
114
131
Mặt khác, khả năng hấp thụ nhiệt của đất ẩm và đất khô khác nhau đã dẫn đến sự
thay khác nhau về tiểu khí hậu đồng ruộng. Sự thay đổi của tiểu khí hậu đồng ruộng đã dẫn
đến sự khác nhau về sinh trưởng của cây trồng, việc nâng cao ẩm độ và hạ thấp nhiệt độ
không khí đã làm giảm lượng bốc hơi mặt lá và quá trình đồng hoá của cây được tăng
cường, năng suất cây trồng được nâng cao hơn. Qua đó, cho ta thấy rằng nước tưới không
những là nhu cầu cần thiết của cây trồng mà còn là yếu tố có tác dụng chi phối các yếu tố
ngoại cảnh, tạo cho cây trồng môi trường thuận lợi để sinh trưởng và phát triển tốt.
1.2. Lượng nước cần tưới cho cây trồng
1.2.1. Yêu cầu nước của cây trồng
Để sinh trưởng, phát triển cây trồng cần được cung cấp đồng thời đầy đủ các yếu tố
ánh sáng, nhiệt độ, nước, không khí và thức ăn. Nước, không khí, các chất dinh dưỡng là
những nguyên liệu để tổng hợp nên chất hữu cơ trong cây nhưng nước là yếu tố cây trồng
phải sử dụng một khối lượng lớn nhất. Lượng nước này phần lớn được sử dụng vào quá
trình bay hơi mặt lá (99,8%) và chỉ có 0,01 - 0,03 là dùng để xây dựng các bộ phận của
cây. Lượng nước chứa trong các bộ phận của cây luôn luôn thay đổi. Theo kết quả của các
nhà nghiên cứu thực vật chỉ trong thời gian 1 giờ đã có 10 - 100% lượng nước trong cây
được đổi mới. Chính vì vậy, mỗi ngày trên diện tích 1 ha cây trồng (ngô, lúa, rau) cần 30 -
60m3 nước. Lượng nước cây cần tăng theo quá trình sinh trưởng, đạt đến mức tối đa khi
cây có khối lượng thân lá lớn nhất nhưng cũng có khác nhau tuỳ theo loại cây trồng:
- Những loại cây lấy hạt nhu cầu nước nhiều nhất ở thời kỳ hình thành các cơ quan
sinh sản.
- Những loại cây lấy củ nhu cầu nước nhiều nhất ở thời kỳ phát triển củ. Ở thời kỳ
này, cây tiêu thụ nước với hiệu suất tích luỹ chất khô cao nhất và nước đóng vai quyết định
đến năng suất cuối cùng.
- Cây rau yêu cầu nước trong suốt quá trình sinh trưởng.
Vì vậy, để cây trồng sinh trưởng phát triển bình thường phải thường xuyên có dòng
nước đi từ rễ lên lá để nhanh chóng bù đắp lại tổn thất nước do bay hơi mặt lá. Do đó, cây
yêu cầu đất phải có độ ẩm thích hợp, đảm bảo sức giữ nước của đất luôn luôn bé hơn sức
hút nước của cây và đất có tính thấm nước tốt để dòng ẩm nhanh chóng chuyển đến cung
cấp cho cây trồng.
Độ ẩm đất thích hợp trong tầng đất bộ rễ hoạt động thay đổi theo yêu cầu sinh lý của
từng loại cây trồng, qua các thời kỳ sinh trưởng khác nhau. Nhưng đối với cây trồng cạn,
giới hạn trên của độ ẩm thích hợp thường trùng với độ chứa ẩm tối đa của đất, phụ thuộc
vào thành phần cơ giới và kết cấu đất, nằm trong phạm vi 70 - 85%. Giới hạn dưới của độ
ẩm thích hợp phải lớn hơn độ ẩm cây héo, thay đổi tuỳ theo đặc điểm sinh lý của từng loại
cây trồng, độ sâu hoạt động của bộ rễ và khả năng vận chuyển, trao đổi nước của đất. Nhìn
9
chung, giới hạn dưới thích hợp dao động xung quanh độ ẩm 60 - 75% độ chứa ẩm tối đa
của đất nhất là thời kỳ khủng hoảng nước của cây.
Bảng 2: Giới hạn dưới của độ ẩm đất thích hợp cho một số cây trồng
(% của độ ẩm tối đa)
Cây trồng Tính chất đất Giới hạn độ ẩm
thích hợp (%)
Thời kỳ cần nhất
Ngô
Khoai tây
Bắp cải
Cà chua
Kh. Lang
Lúa mỳ
Thịt và thịt nhẹ
Thịt và thịt nhẹ
Thịt và thịt nhẹ
Thịt và thịt nhẹ
Thịt thịt nặng
Đất thịt
75 - 80
75 - 80
80 - 85
70 - 75
70 - 75
70 - 80
Phân hoá cờ, trổ cờ, phun râu
Củ phình to đến thu hoạch
Suốt quá trình sinh trưởng
Hình thành quả
Củ phình to đến thu hoạch
Phân hoá đồng đến chín sữa
Cùng với nước, cây cần yêu cầu đất phải có một lượng không khí nhất định để giúp
cho bộ rễ hô hấp, thực hiện tốt chức năng hấp thụ, chất dinh dưỡng từ môi trường. Mặt
khác, không khí trong đất cũng rất cần cho hoạt động của vi sinh vật phân giải chất hữu cơ
cung cấp thức ăn cho cây trồng.
1.2.2. Lượng nước cần của cây trồng
Nhu cầu nước trong suốt quá trình sinh trưởng của cây trồng từ lúc gieo trồng đến
lúc thu hoạch gọi là lượng nước cần của cây. Mỗi loại cây trồng trong những điều kiện
ngoại cảnh nhất định đều có quy luật dùng nước khác nhau. Tìm hiểu được quy luật đó
chúng ta mới có khả năng đáp ứng được nhu cầu sinh lý nước bình thường của chúng và
mới có cơ sỡ lý luận, thực tiễn đúng đắn để xây dựng chế độ nước tưới thích hợp, đảm bảo
cây trồng sinh trưởng, phát triển tốt.
Lượng nước cần bao gồm hai thành phần: lượng nước bốc hơi mặt lá và lượng nước
bốc hơi khoảng trống (bốc hơi từ mặt đất hay từ mặt nước).
a. Lượng nước bốc hơi mặt lá
Lượng nước rễ cây hút từ đất rồi phát tán qua bề mặt thân lá gọi là lượng bốc hơi
mặt lá. Cây trồng chỉ sử dụng 0,1 - 0,3% tổng lượng nước cây hút để xây dựng các bộ phận
của cây, phần còn lại đều bốc hơi qua bề mặt thân lá.
Bốc hơi mặt lá là một quá trình rất cần thiết đối với quá trình sinh trưởng của cây
trồng. Nó có quan hệ chặt chẽ với quá trình hút nước, hút khoáng từ đất. Bốc hơi mặt lá
còn có tác dụng làm giảm nhiệt độ mặt lá, tránh cho cây trồng không bị hại khi nhiệt độ
không khí cao. Vì vậy, giới hạn tối đa chịu nóng của cây trồng chứa nhiều nước có thể lên
tới 50 - 52oC, nhưng sự sinh trưởng của chúng bị ức chế khi nhiệt độ gần 35oC.
Lượng bốc hơi mặt lá khác nhau tuỳ theo giống cây trồng và tình trạng sinh trưởng
phát triển của nó.
Người ta dùng đại lượng hệ số bốc hơi mặt lá KI để đánh giá, so sánh lượng bốc hơi
mặt lá của cây trồng. Hệ số bốc hơi mặt lá KI là lượng nước cây trồng phát tán qua thân lá
(tính bằng m3) để có thể tích luỹ được một tấn chất khô (toàn cây).