Bài giảng - Phương pháp tưới tiêu

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

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.

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:

Bảng 1: Ảnh hưởng của phương pháp tưới đến tiểu khí hậu đồng ruộng Độ ẩm Không khí (%) 51 42 38 Thiếu hụt bão hoà không khí (mb) 4,7 18,1 21,1 Nhiệt độ trung bình (oC) 27,6 28,3 29,6 Điều kiện Thí nghiệm Mưa nhân tạo Tưới rãnh Không tưới Bay hơi (mm) 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

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.

Tính chất đất Thời kỳ cần nhất Cây trồng

Bảng 2: Giới hạn dưới của độ ẩm đất thích hợp cho một số cây trồng (% của độ ẩm tối đa) Giới hạn độ ẩm thích hợp (%) 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 Thịt và thịt nhẹ Thịt và thịt nhẹ Thịt và thịt nhẹ Thịt và thịt nhẹ Thịt thịt nặng Đất thịt Ngô Khoai tây Bắp cải Cà chua Kh. Lang Lúa mỳ

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).

Bảng 3: Hệ số bốc hơi mặt lá KI của một số cây trồng chính

Cây trồng

Cây trồng Lúa nước Ngô Đậu Bông KI(m3) 395 - 811 Bắp cải 339 - 495 Dưa chuột 563 - 747 Cà chua 368 - 660 Lúa mỳ KI(m3) 250 - 600 713 - 820 550 - 650 271 - 639

Ngay cùng một giống cây trồng, qua các thời kỳ sinh trưởng, tuổi cây và tính trạng sinh trưởng khác nhau lượng bốc hơi mặt lá cũng khác nhau. Qua nghiên cứu của Viện nghiên cứu thuỷ lợi, lượng bốc hơi mặt lá qua các thời kỳ sinh trưởng của lúa chiêm như sau:

Bảng 4: Cường độ bốc hơi mặt lá qua các thời kỳ sinh trưởng của lúa chiêm

Bén rể Đẻ nhánh Đứng cái Làm đồng Trổ bông

0,42 Thời kỳ sinh trưởng KI (mm/ngày) 3,12 1,44 0,61

Chín sữa 3,15 1,3 Lượng bốc hơi mặt lá của cây trồng còn chịu ảnh hưởng của điều kiện thời tiết như: nhiệt độ, ẩm độ, gió. Khi nhiệt độ không khí dưới 6oC, lượng bốc hơi mặt lá hầu như không đáng kể. Nhưng khi nhiệt độ trên 6oC lượng bốc hơi mặt lá tương đương lượng bốc hơi mặt nước.

Lượng bốc hơi mặt lá còn chịu ảnh hưởng của độ ẩm đất và khả năng cung cấp chất dinh dưỡng của chúng trong một giới hạn thích hợp, ẩm độ đất càng cao khả năng cung cấp nước cho cây trồng càng dễ dàng, lượng bốc hơi mặt lá càng tăng. Điều kiện dinh dưỡng của cây trồng càng tốt thì hệ số bốc hơi mặt lá càng giảm.

Như vậy, bốc hơi mặt lá vừa là quá trình sinh lý vừa là một quá trình vật lý chịu ảnh hưởng lớn của điều kiện sống và quan hệ chặt chẽ với sự sinh trưởng của cây trồng. Cung cấp đầy đủ lượng nước ốc hơi mặt lá trong những điều kiện ngoại cảnh nhất định là một yêu cầu quan trọng để cây trồng sinh trưởng bình thường và cho năng suất cao.

Lượng nước bốc hơi mặt lá có thể xác định theo công thức thực nghiệm của U.Bitski:

)

 fFYK (

 .5,11 Trong đó: E1: lượng bốc hơi mặt lá (mm)

(5,1

)



 fF KY

YK: trọng lượng chất khô cây tích luỹ được (g) F - f: thiếu hụt bão hoà không khí (mmHg) Từ công thức trên ta có thể xác định hệ số bốc hơi mặt lá KI

b. Lượng bốc hơi khoảng trống Lượng nước bốc hơi từ mặt đất trong ruộng màu và từ mặt nước trong ruộng lúa đều được gọi là lượng bốc hơi khoảng trống. Lượng nước này bị chi phối bởi điều kiện thời tiết

khí hậu, kỹ thuật canh tác và địa chất thuỷ văn ở từng vùng khác nhau. Nhiệt độ cao và độ ẩm không khí thấp, gió mạnh là những yếu tố làm tăng cường lượng bốc hơi khoảng trống. Cường độ bốc hơi khoảng trống càng mạnh khi mực nước ngầm ở càng gần mặt đất và bốc hơi mao quản của đất thuận lợi. Nhưng mặt khác kỹ thuật canh tác cũng ảnh hưởng trực tiếp đến lượng bốc hơi khoảng trống. Mật độ cây trồng dày, tán cây rậm rạp, đất được che phủ đều có tác dụng làm giảm lượng bốc hơi này. Đất được xới xáo, được bón nhiều phân hữu cơ, độ ẩm đất thích hợp cũng dẫn đến bốc hơi khoảng trống bị hạn chế. Trên thực tế, ở ruộng khô, lượng bốc hơi khoảng trống chiếm khoảng 10 - 15% tổng lượng nước tưới nhưng ở ruộng lúa chiếm tới 50 - 57%. Lượng nước này thay đổi là biểu hiện của sự thay đổi nhiệt khác nhau giữa đất và không khí, nó không trực tiếp ảnh hưởng đến sự sinh trưởng của cây trồng. Đó là một quá trình tất yếu xảy ra trong tự nhiên, có tác dụng điều hoà nhiệt độ đất, tiểu khí hậu đồng ruộng và có ảnh hưởng trực tiếp đến lượng nước tưới cũng như nhu cầu tưới nước của cây trồng trên đồng ruộng. Vì vậy, cần tác động các biện pháp cần thiết để hạn chế lượng bốc hơi khoảng trống. Ở ruộng nước những biện pháp thả bèo hoa dâu, dùng các hợp chất hoá học phủ mặt nước đều có thể hạn chế lượng bốc hơi này.

1.2.3. Các phương pháp xác định lượng nước cần của cây trồng a. Xác định theo hệ số cần nước Kc Hệ số cần nước Kc là lượng nước cần thiết cho cây trồng để tạo ra một đơn vị sản

lượng, tính bằng m3/tạ sản phẩm.

Hệ số cần nước bị chi phối bởi điều kiện khí hậu và phi khí hậu như: giống, kỹ thuật canh tác, đất đai... Kc là đại lượng có ý nghĩa kinh tế hơn so với hệ số bốc hơi mặt lá KI. Vì vậy, nó được sử dụng rộng rãi để tìm hiểu lượng nước cần cho cây trồng trong những điều kiện khí hậu, thời tiết nhất định.

Nhiều thí nghiệm đã cho thấy hệ số cần nước giảm khi năng suất tăng nhưng lượng nước cần lại tăng dần khi sản lượng tăng. Nói một cách khác, là cung cấp nước và chất dinh dưỡng càng tốt thì năng suất cây trồng càng cao và năng suất cây trồng càng cao thì lượng nước cần cho một đơn vị diện tích lại giảm (Fedorenko, 1957).

Ví dụ: đối với bông khi năng suất bông tăng 146% thì lượng nước cần chỉ tăng 35%

và hệ số cần nước lại giảm 35%.

Theo Côtchiacôp quan hệ giữa lượng nước cần và năng suất có thể biểu diễn theo

công thức:

E = Kc.Y

Trong đó: E: lượng nước cần cho cây trồng (m3/ha) Kc: hệ số cần nước (m3/tạ) Y: năng suất (tạ/ha)

Với một giống cây trồng trong điều kiện nhất định, qua nhiều thí nghiệm Côtchiacôp thấy: khi năng suất cây trồng tăng thì lượng nước cần cũng đòi hỏi nhiều hơn và quan hệ của chúng là đường cong có dạng hàm số mũ:

E = C. Yn

C và n được coi là hai hằng số xác định từ thực tế thí nghiệm

Phương pháp tính lượng nước cần E theo hệ số nước cần Kc chỉ sử dụng được trong điều kiện khí hậu tương đối ổn định và điều kiện phi khí hậu đều tác động theo một chiều hướng tương tự. Tuy vậy, cũng có sai số khá lớn so với lượng nước cần thực tế của cây trồng do sự biến động của điều kiện khí hậu hằng năm. Ví dụ: theo Lơgôp, tính lượng nước cần cho ngô theo phương pháp này sai số từ 25 - 27% so với giá trị trung bình quan sát trong 6 năm.

b. Xác định theo hệ số bốc hơi mặt lá Lượng nước cần của cây trồng phụ thuộc vào nhiều yếu tố nhưng chủ yếu là đặc

điểm sinh học của cây trồng, thời tiết khí hậu và biện pháp kỹ thuật trồng trọt.

Trong những điều kiện nhất định, với từng loại giống cây trồng và khả năng cho năng suất của nó, khi đã xác định được hệ số bốc hơi mặt lá ta có thể tính được lượng nước cần theo công thức sau:

1(  ). NK I Trong đó: N: năng suất sinh vật học (tấn/ha) KI: hệ số bốc hơi mặt lá (m3/tấn chất khô) : tỷ số giữa lượng bốc hơi khoảng trống và lượng bốc hơi mặt lá, thường trong

(m3/ha)

khoảng 0,2 - 0,5.

c. Xác định lượng nước cần theo lượng bốc hơi khoảng trống Trong cùng một điều kiện phi khí hậu (đất đai, kỹ thuật canh tác, giống...) thì lượng nước cần quan hệ chặt chẽ với lượng bốc hơi mặt nước tự do (số liệu ở các trạm khí tượng vùng). Lượng bốc hơi mặt nước tự do càng lớn thì lượng nước cây trồng cần càng cao và ngược lại. Từ đó, Cacpôp đưa ra đại lượng về hệ số cần nước .

Hệ số cần nước  là chỉ số cần nước của cây trồng khi mặt nước tự do bay hơi một đơn vị, không phụ thuộc vào tổng lượng bốc hơi mặt nước tự do, có nghĩa là không phụ thuộc vào điều kiện thời tiết khí hậu. Qua thực tế nghiên cứu về lượng nước cần E của một loại cây trồng nào đó trong điều kiện khí hậu có lượng bốc hơi mặt nước tự do tương ứng là Eo. Ta có thể xác định được hệ số cần nước  theo công thức:



E oE

Giá trị của  coi như không phụ thuộc vào điều kiện khí hậu nên có thể sử dụng nó để tìm hiểu lượng nước cần của từng loại cây trồng trong điều kiện khí hậu thay đổi nhưng các điều kiện phi khí hậu tương tự.

Hệ số cần nước  có thể xác định theo từng thời kỳ sinh trưởng khác nhau của cây

trồng và cũng có thể xác định chung cho cả quá trình sinh trưởng.

d. Xác định theo độ thiếu hụt bão hoà không khí Độ thiếu hụt bão hoà không khí là sự chênh lệch giữa sức trương hơi nước bão hoà ở

nhiệt độ đã cho và sức trương của hơi nước trong không khí (D = E - e).

Để xác định lượng nước cần của cây trồng, Anpachiep đã sử dụng hai đại lượng: thiếu hụt độ ẩm bão hoà không khí trong thời kỳ sinh trưởng của cây trồng và hệ số đường cong sinh học:

 D.KE

Trong đó: E: lượng nước cần (mm) K: hệ số đường cong sinh học D: tổng thiếu hụt bão hoà không khí (mmHg). Hệ số đường cong sinh học K được xác định bằng tỷ số giữa lượng nước cần thực tế

của cây trồng và lượng thiếu hụt độ ẩm bão hoà không khí trong cùng một thời gian.

e. Xác định theo nhiệt độ không khí Theo Lơgốp, trong điều kiện được tưới nước, dự trữ độ ẩm ở tầng đất 1m không thấp hơn 70% độ chứa ẩm tối đa, lượng nước cần của cây trồng trong suốt quá trình sinh trưởng có quan hệ chặt chẽ với tổng nhiệt độ trung bình ngày đêm và lượng bốc hơi mặt nước tự do. Vì vậy, tổng nhiệt độ trung bình ngày đêm và lượng bốc hơi mặt nước tự do trong thời kỳ sinh trưởng của cây đều có thể sử dụng để tính toán lượng nước cần cho cây.

Dựa vào những nghiên cứu thực nghiệm, Lơgôp đã đưa ra công thức tính mối quan

hệ giữa lượng nước cần và nhiệt độ:

 .eE t

Trong đó: E: lượng nước cần trong quá trình sinh trưởng của cây trồng (m3/ha) t: tổng nhiệt độ trung bình ngày đêm trong thời gian sinh trưởng. e: hệ số nước cần tương ứng với 1oC (m3/1oC)(hệ số sinh lý). Hệ số sinh lý e được xác định bằng tỷ số giữa lượng nước cần thực tế và tổng nhiệt độ trung bình trong từng thời gian sinh trưởng của cây trồng,e khác nhau tuỳ từng loại cây trồng ở những vùng khí hậu nhất định.

f. Xác định theo phương pháp Sarov - Công thức A. Sarov I

E = e  t + 4b

 t : Tổng nhiệt độ trung bình ngày trong quá trình sinh trưởng. e: chỉ số hao nước của cây trồng khi tăng lên 10C, lấy bằng 2m3/10C, phụ thuộc vào

E: lượng nước cần (m3/ha)

cây trồng và điều kiện khí hậu.

b: số ngày sinh trưởng của cây trồng (ngày). Đây là công thức phản ánh khá chính xác lượng nước cần của cây trồng và đã được

áp dụng rộng rãi ở nhiều nước trên thế giới.

- Công thức A. Sarov II

E = Kc  t Kc: Hệ số cần nước ứng với 10C phụ thuộc vào cây trồng và khí hậu thông qua thực nghiệm.

 t : Tổng nhiệt độ trung bình ngày trong thời kỳ sinh trưởng của cây trồng. Công thức này được áp dụng rộng rãi ở Việt Nam và cho kết quả sát thực. g. Công thức D.A. Stoiko Các công thức này cho kết quả gần sát với thực tế ở Việt Nam. Phần lớn các công thức thuộc loại này được FAO giới thiệu sử dụng và được áp dụng rộng rãi ở nhiều nơi trên thế giới. Các công thức này nêu quan hệ giữa lượng nước cần với 2 yếu tố khí hậu quan trọng là nhiệt độ, độ ẩm và yếu tố cây trồng qua hệ số hiệu chỉnh Kc.

) (m3/ha) EI = Kc  t ( 0,1tc -

a 100 a 100

) (m3/ha) EII = Kc  t ( 0,1tc + 1 -

Công thức I dùng để tính cho cây trồng ở thời kỳ đầu. Tính từ lúc gieo mọc đến trước

khép tán.

Công thức II dùng để tính cho cây trồng ở thời kỳ sau, tính từ lúc khép tán đến thu

 t : Tổng nhiệt độ trung bình ngày trong thời kỳ sinh trưởng của cây trồng. tc: Nhiệt độ trung bình nhiều ngày trong thời kỳ tính toán.

hoạch.

a 100 Kc: Hệ số cây trồng. Kc= 1,12 đối với lúa đông xuân. Kc= 1,02 đối với lúa Hè Thu. Kc= 0,75-0,85 đối với đậu tương xuân. Kc= 0,85 – 0,95 đối với ngô h. Công thức Thorthwaite

E = 16 Kc (

t10 )a (mm) I

12 

In : chỉ số nhiệt của năm tính toán

I = 

1 

: độ ẩm không khí trung bình nhiều ngày trong thời kỳ tính toán.

In = (

t )1,514 5

: chỉ số nhiệt tháng tính toán, với t là nhiệt độ bình quân của tháng.

a =

+ 0,5 khi I < 80

6,1 I 100

Kc: hệ số cây trồng Kc= 1,08 – 1,2 đối với lúa xuân. Kc= 0,8 – 1,2 đối với lúa Hè Thu. Kc= 1,0 – 1,1 đối với cây trồng cạn a: Hệ số phụ thuộc vào nhiệt độ trung bình của năm I a = x3 – x2 = 2x + 0,5 khi I > 80

x =

8,8 I 1000

Công thức Thorthwaite có xét tới yếu tố khí hậu và cây trồng, nên đã được áp dụng

rộng rãi ở nhiều nước trên thế giới và cả ở Việt Nam.

h. Công thức Blaney – Criddle Công thức này được áp dụng rộng rãi, có độ chính xác và tin cậy khá cao, đã được

FAO giới thiệu trong các tài liệu phổ biến kiến thức, công thức cải tiến có dạng:

E = KcET0 ET0 = φ (f, HRmin, n/N, U2)

Trong đó: f: là nhân tố tiêu hao nước f = P (0,46t + 8,13) với P là tỷ số giữa độ dài ngày được chiếu sáng trung bình trong thời đoạn xem xét và tổng số độ dài ngày được chiếu sáng cả năm. Trị số P phụ thuộc vào thời gian (tháng) trong năm và vĩ độ.

t: nhiệt độ trung bình HRmin: độ ẩm tương đối tối thiểu, khi tính toán thường lấy theo 3 cấp, thấp khi

HRmin<20%, trung bình khi HRmin = 20 – 50% và cao khi HRmin > 50% .

Tỷ số n/N: tham số phản ánh bức xạ mặt trời. Với n là số giờ nắng thực tế hàng ngày, N: số giờ nắng thiên văn hằng ngày phụ

thuộc vào tháng và vĩ độ.

U2: tốc độ gió ở chiều cao 2m, khi tính toán ET0 , U2 được phân thành 4 cấp: - Gió nhẹ: khi U2 < 2m/s (<175 km/ngày) - Gió điều hòa: khi U2 = 2 - 5m/s (175 - 425km/ngày) - Gió mạnh: khi U2 = 5 - 8m/s (425 - 700km/ngày) - Gió rất mạnh: khi U2 > 8m/s ( >700km/ngày) Blaney – Creddle đã thành lập biểu đồ để tính ET0 theo (f, n/N, U2, HRmin) căn cứ vào đó để tra trị số ET0. Mặt khác để đơn giản cho việc tính toán ta có thể lập trình trên máy tính để tính ET0 theo biểu thức sau:

ET0 = a + b.p (0,46t + 8,13) (mm/ngày) Kc: hệ số sinh lý của cây trồng, phụ thuộc vào loại cây trồng, thời gian sinh trưởng và

một số yếu tố khí hậu quan trọng như độ ẩm, tốc độ gió, nhiệt độ.

k. Công thức bức xạ (Radiantion) Công thức xác định lượng nước cần E theo lượng bức xạ cũng là công thức tin cậy có

độ chính xác khá cao.

E = KcET0 ET0 = C (W, Rs) (mm/ngày)

Trong đó: ET0: lượng bốc hơi mặt lá (mm/ngày) Rs: lượng bức xạ mặt trời tính tương đương bốc hơi (mm/ngày) W: yếu tố trọng lượng phụ thuộc vào nhiệt độ và cao độ C: hệ số hiệu chỉnh phụ thuộc vào điều kiện ẩm độ và tốc độ gió Kc: hệ số cây trồng

l. Công thức Penman Đây là công thức cho kết quả chính xác cao, sát thực tế vì xác định lượng nước cần có quan hệ với các yếu tố khí hậu như nhiệt độ, bức xạ, tốc độ gió, độ ẩm... và cây trồng. Công thức này cũng được FAO giới thiệu áp dụng cho các vùng canh tác khác nhau đã cho kết quả tốt, tuy nhiên yêu cầu phải có đầy đủ tài liệu, quá trình tính toán phức tạp, khối lượng tính toán lớn. Công thức Penman cải tiên có dạng:

E = KcET0 ET0 = C.W.Rn + (1- W). f(u). (ea – ed) (mm/ngày)

Trong đó C: hệ số hiệu chỉnh về sự bù trừ đối với tốc độ gió ban ngày và ban đêm cũng như sự

thay đổi của bức xạ mặt trời.

W: hệ số hiệu chỉnh phụ thuộc vào nhiệt độ và vĩ độ. Rn: bức xạ thuần tính tương đương bốc hơi (mm/ngày)

Rn = Rns – Rnl

Với Rns là bức xạ mặt trời được giữ lại sau khi đã phản xạ đối với mặt ruộng:

Rns= (1- α).Rs

Theo FAO trị số α = 0,25, trị số Rn là bức xạ mặt trời

n N

1Rn= (0,25 – 0,5 ).Ra

Ra: bức xạ mặt trời ngoài khí quyển, phụ thuộc vào vĩ độ và thời gian trong năm. Rnl: bức xạ được tỏa ra bởi năng lượng hút ban đầu

Rnl = f(t).f(ed).f(n/N)

f(t): hàm hiệu chỉnh về ảnh hưởng của nhiệt độ đối với bức xạ sóng dài. f(n/N): hàm hiệu chỉnh về hiệu quả của giờ chiếu sáng mặt trời thực tế với giờ chiếu

sáng mặt trời lớn nhất đối với bức xạ sóng dài. Trị số f(n/N) tính theo biểu thức sau:

n N

f(n/N) = 0,1 + 0,9

f(ed): hàm hiệu chỉnh về hiệu quả áp suất hơi thực tế với bức xạ sóng dài. Trị số f(ed)

tính theo biểu thức sau:

f(ed) = 0,34 – 0,44 ed

f(u): hàm quan hệ với tốc độ gió

f(u) = 0,35(1 + 0,54v)

v: tốc độ gió trung bình ở độ cao 2m (m/s) ea- ed : hiệu số giữa áp suất hơi nước bảo hòa ở nhiệt độ không khí trung bình và áp suất hơi nước thực tế trung bình của không khí.

ea: hàm số quan hệ với nhiệt độ ed: được xác định theo công thức

Hr 100

ed = ea

Hr: độ ẩm không khí trung bình (%)

1.3. Nguồn nước tưới và chất lượng nước tưới 1.3.1. Nước sông

Ở nước ta nguồn nước tưới chủ yếu là nước sông và nước ao hồ. Nước sông chứa nhiều chất hữu cơ, phù sa, chất lơ lửng và một ít muối hoà tan. Nguồn nước thuộc hệ thống sông Hồng và sông Cửu Long có hàm lượng phù sa rất cao và chứa nhiều chất dinh dưỡng cần thiết cho cây trồng. Lượng chất dinh dưỡng dễ tiêu trong nước phù sa sông Hồng (mg/m3nước)

Trong nước Trong bùn Tổng Đạm 110 38 148 Lân 300 44 344 Kali 3250 106 3356

Do đó nước sông có thể cung cấp cho đất nhiều chất dinh dưỡng có tác dụng nâng cao độ phì của đồng ruộng. Nhưng nước tưới phù sa cũng chứa nhiều hạt cát thô đường kính 0,1 - 0,15mm hoặc lớn hơn, có độ chìm lắng khoảng 20mm/giây dễ gây ra tình trạng bồi lấp mương máng ảnh hưởng xấu đến quá trình khai thác và quản lý nước.

Ngoài ra trong phù sa cũng có những hạt cát đường kính 0, 01 - 0,05mm lắng đọng trong ruộng có tác dụng làm giảm tính dính và làm tăng tính thấm nước của đất sét nhưng không có giá trị về mặt dinh dưỡng.

Chỉ có những hạt sét đường kính nhỏ hơn 0,005mm nhất là nhỏ hơn 0,001mm mới có giá trị dinh dưỡng lớn và lắng đọng vào ruộng sẽ làm giảm tính thấm nước, độ rỗng của đất, nên có tác dụng cải tạo lý hoá tính của đất cát, đất thịt nhẹ.

Nước sông, ngoài phù sa còn có chứa các loại khí hoà tan. Trong 1m3 nước có khoảng 20cm3 khí CO2, 15 - 20cm3 khí nitơ và 8 - 10cm3 khí ôxi. Về mùa đông hàm lượng khí trong nước nhiều hơn mùa hạ. Lượng CO2 càng nhiều thì khả năng hoà tan của nước càng lớn.

Do thành phần và tác dụng của nước sông như vậy, nên trong quá trình khai thác tưới cần có biện pháp để hạn chế sự lắng đọng cát thô trên hệ thống kênh mương và lợi dụng quá trình lắng đọng phù sa trên đồng ruộng để tăng nguồn phân bón cho cây trồng và cải tạo đất.

1.3.2. Nước ao hồ, kho chứa Nước ao hồ kho chưa có rất ít các chất lơ lửng, khí hoà tan và chứa một lượng chất

khoáng hoà tan nhỏ bé không gây tác hại gì đối với cây trồng và đất đai.

Nhiệt độ nước ở các hồ chứa về mùa lạnh thường thấp, có thể gây ảnh hưởng xấu đến sinh trưởng của cây trồng. Do đó làm tăng nhiệt độ ở hồ chứa trước khi dẫn vào ruộng là biện pháp nâng cao chất lượng nước tưới.

Tạo điều kiện cho nước có thời gian dài tiếp xúc với ánh sáng mặt trời trước khi đưa vào ruộng bằng cách xây dựng mương dẫn nước thích hợp và tổ chức tưới nước vào ban ngày, lúc có ánh sáng mặt trời và nhiệt độ không khí cao là những biện pháp có hiệu quả sử dụng nhiều trong thực tiển sản xuất.

1.3.3. Nước ngầm Ở vùng núi, trung du và trên các cao nguyên có khả năng mở rộng diện tích canh tác và thâm canh cây trồng. Có thể khai thác nguồn nước ngầm để làm nước tưới. Những vùng

khô hạn, xa sông ngòi tự nhiên, khai thác nguồn nước sông gặp nhiều khó khăn, cũng cần chú ý thăm dò nguồn nước ngầm để tưới.

Tính chất nước ngầm khác với nước sông, nước ngầm có chứa nhiều muối khoáng hoà tan ở mức độ có thể gây hại cho cây trồng. Vì vậy, trước khi khai thác, sử dụng, cần phân tích kỹ thành phần và nồng độ các loại muối để có thể tìm biện pháp xữ lý làm giảm độc hại hoặc chỉ dùng để tưới cho các loại cây trồng cho phép.

Lượng muối hoà tan cho phép đối với hầu hết các loại cây trồng và đất đai là từ 0,1 - 0,15% ( 1 - 1,5g/l nước tưới). Nhưng khi dùng phải hạn chế tiêu chuẩn tưới đến mức thấp nhất cho phép vì với nồng độ 1g/l thì khi tưới 1000m3 nước vào ruộng là đã đưa vào đó 1000kg muối.

Khi lượng lượng muối hoà tan trong nước từ 0,15 - 0,3% nhất thiết phải phân tích

thành phần các loại muối đó vì tác hại của các loại muối đối với cây trồng có khác nhau.

Ở đất thấm nước tốt, lượng muối cho phép trong nước tưới đối với Na2CO3<0,1%;

NaCl<0,2%; Na2SO4 <0,5%.

- Nếu lượng muối chủ yếu là CaSO4 thì nước có hại đối với cây trồng và đất đai. - Nếu thành phần muối trong nước chủ yếu là Na2CO3 thì nước này không dùng để tưới, nếu không được bón thêm CaSO4. Khi trong nước chứa nhiều loại muối thì mức độ độc hại do tỷ lệ giữa hàm lượng giữa các loại muối quyết định.

Nước dùng để tưới tốt nhất khi hàm lượng muối 10mili đương lượng/l và Na chiếm 50%, nước có thể dùng được khi chứa 10 - 30 mili đương lượng/l và Na chiếm 60 - 75%, nước không dùng được khi chứa 50mili đương lượng/l và Na chiếm trên 75%. Nếu như trong tổng số muối mà sunfat chiếm ưu thế thì hàm lượng muối có thể tăng lên 50%.

Ở nước ta, mở rộng việc khai thác nước ngầm để tưới cho cây trồng ở vùng núi, trung du là vấn đề cần thiết có ý nghĩa kinh tế lớn, cần được nghiên cứu, thăm dò và nhanh chóng phát triển.

1.3.4. Nước thải Nước thải trong các thành phố và nhà máy cũng là một nguồn nước tưới lớn ở vùng ngoại ô các thành phố lớn và các khu công nghiệp tập trung. Nguồn nước này chứa nhiều chất dinh dưỡng cần thiết cho cây trồng. Ở các nước nông nghiệp phát triển nguồn nước này được sử dụng rộng rãi trong nông nghiệp.

Thành phần dinh dưỡng có trong nguồn nước này phụ thuộc vào lượng dòng chảy đầu người/ngày đêm hoặc sản phẩm thải ra của các nhà máy, xí nghiệp. Nước thải thành phố với lưu lượng trung bình đầu người khoảng 150l/ngày đêm thì 1m3 nước có thể 900 gam chất hoà tan trong đó có 90g đạm nguyên chất, 15 g acid phốt pho ric và 40g K2O. Lượng dinh dưỡng này tương đương với 400g sunfat đạm, 100g super lân, 100g muối kali, hoặc tương đương với 15 - 17 kg phân chuồng tốt. Ngoài ra chúng còn chứa một số chất độc có hại cho cây trồng như Clo: 180 - 200g và lưu huỳnh: 80 - 90g.

Tỷ lệ N : P: K của các loại nước thải không cân đối với yêu cầu dinh dưỡng của cây trồng. Tỷ lệ này thường là (5 - 6) : 1 : (2 - 3) nhưng hầu hết các loại cây trồng sử dụng phân bón với tỷ lệ (1,8 - 3) : 1 : (2 - 5), do vậy nếu sử dụng đủ kali thì thừa đạm, không có lợi cho sinh trưởng phát triển của cây trồng.

Ở nước ta, việc sử dụng nước thải thành phố để tưới cho cây trồng, nhất là các loại rau đã được thực hiện từ lâu ở các vùng ngoại ô các thành phố. Tuy vậy, việc thiết kế các công trình xữ lý nước thải, tránh nguy hiểm về mặt vệ sinh nói chung chưa hoàn chỉnh. Do đó, việc sử dụng và hiệu quả tưới của chúng đối với cây trồng và đất đai còn bị hạn chế

1.4. Chế độ nước trong đất 1.4.1. Khái niệm chung Chế độ nước trong đất luôn luôn biến đổi. Bằng phương pháp cân bằng giữa lượng nước xâm nhập vào đất (nước mưa, nước hút ẩm của đất từ không khí, nước ngầm) và lượng nước tiêu hao từ đất (nước bốc hơi mặt đất, bốc hơi qua thân lá cây trồng, nước thẩm lậu xuống tầng đất sâu..) qua từng thời gian hoặc bằng phường pháp quan trắc trực tiếp độ ẩm đất chúng ta có thể xác định được sự biến động của độ ẩm đất. Sự biến động này thay đổi theo độ sâu lớp đất, chịu ảnh hưởng của điều kiện thời tiết khí hậu mà lớn nhất là lượng mưa tự nhiên và lượng bốc hơi từ mặt đất.

Chế độ nước trong đất phụ thuộc vào tính chất vật lý của đất như: kết cấu, độ rỗng, dung trọng đất. Để tìm hiểu yếu tố khí hậu ảnh hưởng đến chế độ nước của đất, người ta dùng hệ số ẩm ướt K xác định bằng tỷ số giữa tổng lượng mưa và tổng lượng bốc hơi trung bình trong nhiều năm.

Ở những vùng K>1 đất trở nên ẩm ướt, nước thẩm lậu nhiêu, gây dòng chảy trên mặt và ở đó hình thành chế độ nước rửa trôi, các chất dinh dưỡng dần dần bị rửa trôi, đất nghèo thức ăn, kém thoáng khí.

Để cây trồng sinh trưởng bình thường cần áp dụng các biện pháp tiêu nước thừa

trong đất, ngăn chặn nguồn nước chảy trên mặt đất và nước ngầm xâm nhập vào đất.

Ở những vùng K<1 đất trở nên khô hạn, cần áp dụng các biện pháp hạn chế bốc hơi

từ mặt đất và tưới nhân tạo để đảm bảo chế độ nước thích hợp cho cây trồng.

1.4.2 Các loại nước trong đất và các loại độ ẩm đất. a. Các loại nước trong đất . - Hơi nước: Đây là loại nước có trong không khí của khe rỗng đất, rất thuận lợi cho hoạt động của vi sinh vật và rễ cây. Hơi nước trong đất chuyển động từ nơi có áp lực cao xuống nơi có áp lực thấp. Ap lực đó phụ thuộc vào độ ẩm tuyệt đối và nhiệt độ của hơi nứơc. Hơi nước có thể đọng lại ở thành khe rỗng và chuyển động từ trong đất ra ngoài không khí. Sự chuyển động này là nguyên nhân chủ yếu để hình thành sự bốc hơi mặt đất.

- Nước liên kết hoá học: là loại nước liên kết chặt chẽ với các hạt đất và không trực

tiếp tham gia vào quá trình biến đổi vật lý trong đất.

Nếu đốt nóng một mẫu đất đến nhiệt độ từ 100 - 1100C thì sau một thời gian nước trong đất bốc hơi gần hết, lúc này đất có trọng lượng tương đối ổn định gọi là trọng lượng đất khô tuyệt đối. Nhưng nếu cứ đốt nóng mẫu đất ở nhiệt độ cao hơn 1100C thì sau một thời gian trọng lượng đất tiếp tục giảm vì còn một lượng nước tiếp tục bốc hơi và sẽ bốc hơi hết khi đốt nóng đến 5000C. Như vậy, loại nước bốc hơi ở nhiệt độ trên 1000C gọi là nước liên kết hoá học. Loại nước này trong một số trường hợp có thể đạt đến 5-7 % trọng lượng đất khô. Đối với cây trồng loại nước này không sử dung được nên khi tính độ ẩm đất người ta thường không tính đến loại nước này.

- Nước liên kết lý học: là loại nước được giữ lại ở trong đất nhờ lực phân tử và bốc

hơi ở 1000C. Nước liên kết lý học được chia làm 2 loại là nước dính và nước màng.

+ Nước dính: là loại nước dính chặt vào mặt ngoài của hạt đất thành từng lớp, thường có chiều dày từ 8 - 10 lớp phân tử nước. Loại nước này được tạo thành ở trong đất do hơi nước bị đất hút từ không khí vào rồi ngưng đọng lại. Khi độ ẩm của không khí là độ ẩm bảo hoà thì đất sẽ có điều kiên hút hơi nước tối đa và tính chất này được đặc trưng bằng hệ số dính nước của đất. Lượng nước dính tối đa trong đất có thể đạt tới chỉ số 7 - 8% trọng lượng đất khô. Khi lượng nước ngậm trong đất bằng 2 lần lượng nước dính thì cây đã bắt đầu thiếu nước, rễ cây khó hút nước lên và hạn chế phát triển của cây. Do đó giới hạn tối thiểu của nước ngậm phải bằng 2 lần lượng nước dính tối đa.

+ Nước màng: khi đã đạt đến lượng nước dính tối đa, nếu tiếp tục cung cấp nước cho đất thì các màng nước xung quanh hạt đất vẫn tiếp tục tăng lên và hình thành nên loại nước màng.

Như vậy, nước màng là loại nước bao bọc phía ngoài nước dính tối đa, có chiều dày gấp 2 - 6 lần chiều dày của lớp nước dính. Nước màng có tỷ trọng lớn hơn 1 và có độ nhớt rất cao, cây hấp thụ nước màng khó khăn. Nếu nước trong đất chỉ là nước màng thì cây sẽ bị héo.

- Nước tự do: A.V. Trôfunmôp đã định nghĩa nước tự do như sau: “ tất cả các loại nước chứa trong đất với một hàm lượng vượt quá lượng trữ nước phân tử tối đa ( nước màng) đều không chịu tác dụng của lực phân tử các hạt đất, tất cả các loại nước ấy đều gọi là nước tự do”.

Sau khi đã hình thành nước màng, nếu tiếp tục cung cấp thêm nước cho đất thì giữa các góc nhọn của khẻ hỏng chứa đầy nước và hình thành mặt nước cong, được gọi là nước goc.

Sau khi đã hình thành nước góc nếu tiếp tục cung cấp thêm nước cho đất thì mặt nước cong các góc ngày càng mở rộng tiếp xúc với nhau và lúc này được gọi là nước mao quản ống. Tuy nhiên giữa các hạt đất còn có kẻ hổng hình ống chưa chứa đầy nước. Nếu các kẻ hổng đó tiếp xúc với mặt nưới tự do thì nước sẽ chuyển động lên trong các kẻ hổng đó như trong các ống mao quản và nước đó gọi là nước mao quản.

Hình 1: Các loại nước trong đất

Nước mao quản có hai loại: + Nước mao quản leo: là nước mao quản chuyển động từ dưới lên, sự chuyển động này chỉ phụ thuộc vào lực căng mặt ngoài của nước. Chiều cao leo tối đa cũng phụ vào loại đất, thành phần cơ giới, độ rỗng, thành phần và nồng độ các muối trong đất. Ví dụ: khi tăng nồng độ của NaCl, NaCO3 và Na2SO4 cho nước leo thì hmax sẽ giảm xuống, nhưng khi tăng Ca(HCO)2, CaSO4 thì hmax sẽ tăng lên.

Chiều cao leo của nước mao quản trong các loại đất có thể tham khảo qua bảng sau: Bảng 2: Chiều cao leo của nước mao quả

Loại đất Loại đất

Đất sét Thịt pha cát Cát pha hmax (cm) 200 - 400 150 - 300 100 - 150 Đất cát Đất bùn Đất mặn hmax (cm) 50 - 100 120 - 150 120

- Nướcmao quản treo: khi mư hay khi tưới nước, nước chứa đầy ống mao quản, nhưng không tiếp giáp với nước ngầm, mà nước đó được giữ lại do sức căng mặt ngoài gọi là nước mao quản treo.

- Nước trọng lực: là nước mà khi khe hổng đã đầy nước, nếu cung cấp thêm nước thì

chuyển động của nước này chỉ chịu tác dụng của trọng lực.

- Nước ngầm: là nước tự do chứa trong đất, được tạo thành sau khi mưa và ngấm xuống đất thấm nước rồi đọng lại trên tầng đất không thấm nước. Đây là nguồn nước tương đối sạch, chứa nhiều chất hoà tan hơn nước mặt và ít bị ô nhiễm. Hầu như trong nước ngầm không có chất lơ lững. b. Các loại độ ẩm đất.

Để đánh giá khả năng giữ nước và cung cấp nước cho cây trồng, người ta sử dụng

các loại độ ẩm đất.

- Độ ẩm bão hoà: là độ chứa ẩm lớn nhất của đất. Ở trạng thái này nước chiếm tất

cả khe hở của đất. Lượng nước bão hoà đất có thể xác định theo công thức:

W (m3/ha) = 104.h.A.(1 -  o) W (% của trọng lượng đất) = A. d

Trong đó: A - độ rỗng của đất tính theo % thể tích đất. d - dung trọng đất (tấn/m3)  o - độ ẩm có sẵn trong đất tính theo % của độ rỗng A h - độ sâu lớp đất cần bão hoà nước (m).

Trạng thái nước này không thích hợp với điều kiện sống của cây trồng cạn, quá trình hô hấp của chúng bị rối loạn vì thiếu không khí, nhất là đối với cây họ đậu, cây bị khô héo và chết. Nhưng trạng thái nước này không tồn tại trong đất lâu dài (trừ trường hợp mức nước ngầm ở sát mặt đất) vì đất không có khả năng giữ nước, một phần nước sẽ di chuyển xuống tầng đất sâu dưới tác dụng của trọng lực.

- Độ ẩm tối đa: là độ chứa ẩm ứng với khả năng giữ nước lớn nhất của đất. Khả năng này phụ thuộc vào tính chất vật lý của đất và mức nước ngầm. Mức nước ngầm gần mặt đất, độ chứa ẩm tối đa có trị số lớn và ngược lại mức nước ngầm ở sâu, khả năng giữ nước của đất bị giảm sút và được gọi là độ chứa ẩm thấp nhất.

Cách xác định độ ẩm tối đa: + Trong phòng thí nghiệm: dùng ống lấy mẫu đất, đặt vào chậu nước cho bão hoà rồi đặt lên rây cho nước trọng lực chảy hết (chỉ còn nước mao quản) và đem xác định được độ ẩm  max.



TLDKK )



(%max

100.



  max(%)

 mm U K m K dd 100.. A

+ Xác định ngoài đồng ruộng: đắp bờ trên một đường tròn có bán kính 1m, bờ cao 2cm, tủ rơm rạ để tránh bay hơi, tưới nước vào khoảng 300l nước. Sau 24 giờ lấy máy để xác định độ ẩm.

 Wtd = 104. h . d.  max

 d: độ chứa ẩm tối đa tính theo % trọng lượng đất khô kiệt h: là độ sâu lớp đất xác định (m) d: dung trọng đất (tấn/m3)

Trong đó:  max: độ chứa ẩm tối đa đồng ruộng tính theo % của độ rỗng đất

- Độ ẩm hữu hiệu: là giới hạn độ ẩm đất mà cây trồng có thể hút được nước. Độ ẩm

hữu hiệu được xác định bằng hiệu số giữa độ ẩm tối đa và độ ẩm cây héo.

- Độ ẩm cây héo (Bh): là độ ẩm mà tại đó cây không hút được nước và bắt đầu héo. Cây héo vĩnh viễn khi lực hút của nước chỉ đạt 7 - 32 atm. Tại điểm héo lực hút nước của

cây trồng nhỏ hơn lực hút nước của đất dẫn đến đất hút nước từ trong cây ra ngoài. Độ ẩm cây héo phụ thuộc vào sức giữ nước tối đa của đất (  max), phụ thuộc vào từng loại cây trồng khá nhau.

Lượng nước tưới hợp lý:

Wtưới = 2/3.h.d(  max -  ch).10 (m3/ha)

1.4.3. Cân bằng nước trên đồng ruộng Chế độ nước trên đồng ruộng bao gồm các hiện tượng xâm nhập, di chuyển, giữ nước, tiêu hao nước. Nguồn cung cấp nước chủ yếu cho đất là nước khí quyển và nước ngầm. Đồng thời lượng tiêu hao đi do các lý do sau:

- Một phần cây sử dụng và phát tán. - Một phần bốc hơi khoảng trống. - Một phần thấm xuống sâu

Do đó muốn cân bằng chế độ nước trong đất là phải tính lượng nước tổng số bao gồm: tổng số lượng nước chứa trong chiều dày lớp đất nghiên cứu ( m3/ha hay mm cột nước).

NTS = (W1d1h1 + W2d2h2 + ... Wndnhn) ( m3/ha)

Trong đó: W độ ẩm, d: dung trọng, h: chiều dày tầng đất. Lượng nước hữu hiệu trong đất bằng tổng số lượng nước có trong đất có thể xâm

nhập vào cây chứa trong lớp đất thuộc khu rễ.

Nhh = NTS - Nchết Dùng các biện pháp điều hoà nước nhằm tạo điều kiện cung cấp nước thoả mãn nhu cầu của cây trồng. Làm thay đổi “ thu - chi" nước ở đất sẽ ảnh hưởng đến tổng lượng nước dự trữ và lượng nước hữu hiệu của nó. Có biện pháp cân bằng nước đúng đắn, sẽ làm tăng năng suất cây trồng.

Muốn cân bằng lượng nước trên đồng ruộng cần phải căn cứ vào tài liệu khí tượng, tính chất đất, nhu cầu nước của cây. Muốn tạo điều kiện cho cây phát triển tốt phải làm cho lượng nước xâm nhập vào đất và lượng nước bốc hơi bằng nhau. Muốn cân bằng chế độ nước phải biết hệ số phát tán của cây trồng, khả năng giữ nước thích hợp của đất, điều kiện thừa ẩm hay thiếu ẩm. Căn cứ vào hoàn cảnh cụ thể của đất đai, khí hậu mà ta xây dựng hệ thống biện pháp thích hợp.

Ví dụ: ở đất lầy, mực nước ngầm nông cần tiêu thuỷ bằng ống ngầm hay mương lộ thiên. Ở vùng đất thiếu nước trong nhiều tháng thường lấy việc giữ nước là chính vì việc tưới còn gặp nhiều khó khăn. Biện pháp giữ nước bao gồm các biện pháp cải thiện kết cấu đất, tủ đất bằng cỏ khô, rơm rạ, diệt cỏ dại, gieo trồng đúng thời vụ, bên cạnh đó có thể xây dựng những công trình thuỷ lợi lớn và nhỏ như hồ chứa nước, đắp đập trữ nước ...Nói tóm lại, cân bằng chế độ nước trong đất là tổng hợp các biện pháp trồng trọt, thuỷ nông, trồng cây gây rừng.