Giáo trình Hệ thống tưới tiêu

Nội dung text: Giáo trình Hệ thống tưới tiêu

1. B GIÁO D C VÀ ÀO T O TR NG I H C C N TH Ơ LÊ ANH TUẤN, PhD. Giáo trình (Irrigation and Drainage Systems) NN 450 Cn Th , 2009 Lớp Học Phần VNUA ( Khoa Nông Học ) - Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam
2. LI M U Bài gi ng môn h c H TH NG T I - TIÊU dành cho các sinh viên chuyên ngành Th y nông, Công thôn, Môi tr ng, Nông nghi p, Qu n lý t ai, Hoa viên Cây c nh. Bài gi ng t tr ng tâm cho sinh viên các nguyên lý tính toán nhu c u n c và k thu t ti – tiêu cho cây tr ng cng nh qu n lý các h th ng thu nông, công trình t i tiêu. Giáo trình này c biên so n và gi ng d y theo 2 tín ch , t ơ ng ơ ng v i 30 ti t h c t p, chia thành 6 ch ơ ng, trình t nh sau: • Ch ơ ng 1: Gi i thi u môn h c và các khái ni m c ơ b n v t i – tiêu. • Ch ơ ng 2: Quan h gi a t – nc và cây tr ng. • Ch ơ ng 3: Nhu c u n c c a cây tr ng. • Ch ơ ng 4: K thu t và h th ng t i nc. • Ch ơ ng 5: K thu t và công trình tiêu nc. • Ch ơ ng 6: Qu n lý h th ng t i – tiêu. Môn h c s có ph n bài t p th c hành nh m giúp cho sinh viên có th tính toán các các công th c và ng d ng ã gi i thi u trong các ti t h c lý thuy t.
3. Giáo trình H TH NG T I – TIÊU TS. LÊ ANH TU N === Ch ng 1: GI I THI U MÔN H C VÀ CÁC KHÁI NI M C Ơ B N V TI – TIÊU oOo 1.1 M U ã t lâu i, ng i nông dân Vi t Nam ã úc k t 4 y u t quan tr ng sn xu t nông nghi p hi u qu , cây tr ng sinh tr ng t t và có n ng su t cao là: Nc – Phân – Cn – Gi ng . Trong ó, n c là y u t quan tr ng hàng u – liên quan n t i n c và tiêu n c, sau ó m i n phân bón – liên quan n dinh d ng và phì nhiêu c a t, k ti p là c n – liên quan n s c lao ng, công ch m sóc v mùa và y u t quan tr ng sau cùng m i n gi ng – liên quan n ngu n g c và lo i cây tr ng. S d, n c là y u t quan tr ng hàng u vì nó giúp cho t và cây tr ng phát tri n. t c n ph i có n c m i duy trì s sng c a vi sinh v t trong t, b o t n phì nhiêu, t i xp c a t tr ng. Cây tr ng c n n c m i s ng và phát tri n. Trong th c v t n c chi m trên 70% tr ng l ng n c. Ngoài ra, n c giúp cho s cân b ng nhi t và m trong t và vùng không khí g n m t t. Vi c ki m soát l ng n c v a , không thi u – không th a là m t trong nh ng k thu t canh tác nông nghi p. Khi thi u n c, t và cây tr ng b khô héo, ph i t i b sung. Ng c l i, khi th a n c, t và cây tr ng b úng ng p, ph i tiêu thoát ra ngoài. T ng quát, k thu t ki m soát lng n c cho cây tr ng, bao g m công vi c t i – tiêu và các h th ng công trình, thi t b i kèm là c s khoa h c c a môn h c h th ng t i – tiêu. 1.2 GI I THI U MÔN H C Môn h c “ H th ng t i – tiêu ” (Irrigation and Drainage Systems) là m t trong nh ng môn h c cn thi t cho sinh viên các ngành h c có liên quan n thu li và nông nghi p, ôi khi cho c ngành môi tr ng, phát tri n nông thôn. Giáo trình này c biên so n và gi ng d y theo 2 tín ch , t ng ng v i 30 ti t h c t p, chia thành 6 ch ng, trình t nh sau: • Ch ng 1: Gi i thi u môn h c và các khái ni m c b n v ti – tiêu. • Ch ng 2: Quan h gi a t – nc và cây tr ng. • Ch ng 3: Nhu c u n c c a cây tr ng. • Ch ng 4: K thu t và h th ng t i nc. • Ch ng 5: K thu t và công trình tiêu nc. • Ch ng 6: Qu n lý h th ng t i – tiêu. Môn h c s có ph n bài t p th c hành nh m giúp cho sinh viên có th tính toán các các công th c và ng d ng ã gi i thi u trong các ti t h c lý thuy t. Trong quá trình h c, gi ng viên s gi ý các câu h i th o lu n trong lp ho c th o lu n nhóm. Trong quá trình h c, gi ng viên có th cho sinh viên xem các b phim ng n gi i thi u các k thu t t i – tiêu, n u c n thi t. Ngoài ra, tu theo iu ki n th c t , sinh viên có th c h ng dn i xem và trao i cách t ch c v n hành m t h th ng t i tiêu. V n này th ng qua vi c ph i h p tham quan ngành ngh ho c ki n t p khi ph i h p các môn h c khác. 1 ===\ Ch ng 1: GI I THI U MÔN H C VÀ CÁC KHÁI NI M C Ơ B N V TI - TIÊU
4. Giáo trình H TH NG T I – TIÊU TS. LÊ ANH TU N === 1.3 NH NGH A MÔN H C • “H th ng t i – tiêu” là m t công trình nhân t o, s dng ch yu cho nông nghi p, nh m m c ích giúp cho con ng i ch ng cung c p n c y theo nhu c u phát tri n c a cây tr ng; ng th i h th ng c ng giúp cho vi c tiêu thoát n c h p lý giúp cho cây tr ng không b nguy h i do ng p úng. • H th ng t i – tiêu là m t trong nh ng c s vt ch t h tng c a nông nghi p và nông thôn. H th ng giúp cho mùa màng phát tri n n nh, h n ch nh ng s th t th ng c a th i ti t và iu ki n t nhiên liên quan n ngu n n c, và cây tr ng. • Môn h c “H th ng t i – tiêu” là môn h c c gi ng d y giúp cho sinh viên có nh ng ki n th c nh t nh v thu nông và k thu t t i – tiêu trong nông nghi p. 1.4 MC TIÊU C A MÔN H C • Mc tiêu t ng quát c a môn h c “H th ng t i – tiêu” nh m cung c p nh ng ki n th c cn thi t ph c v cho nhu c u n c h p lý cho cây tr ng. • Mc tiêu c th ca môn h c “H th ng t i – tiêu” là cho sinh viên có c các n ng lc và hi u bi t v thu nông, bao g m:
   Di n t mi quan h ca t – nc – cây tr ng;
   Xác nh các lo i ngu n n c và ch t l ng n c;
   Tính toán s bc thoát h i n c t cây tr ng. Xác nh nhu c u n c cho cây tr ng theo t ng giai on sinh tr ng.
   Ph ng pháp và k thu t t i và tiêu.
   Các bi n pháp qu n lý h th ng t i tiêu t hi u qu k thu t và kinh t . Môn h c không có tham v ng là sau khi h c và thi xong, sinh viên có th tính toán, thi t k , xây dng và v n hành c m t h th ng t i – tiêu hoàn ch nh. Lý do là ngoài các lý thuy t nh t nh, sinh viên c n có m t ki n th c và s thông hi u r ng rãi, không nh ng là các v n v k thu t, v n v kinh t mà còn c n có s am hi u th c t các v n v xã h i thông qua nhi u nm làm vi c và va ch m th c t . Ki n th c và s hi u bi t thông qua môn h c này s giúp sinh viên có c m t ph n nn t ng hc thu t tng quát cho nh ng v n chuyên môn c a mình. 1.5 KI M TRA – ÁNH GIÁ MÔN H C Kt qu ánh giá môn h c d a vào quá trình h c t p c a sinh viên. im cu i cùng d a theo:  Bài t p môn h c: 30%  Ki m tra cu i khoá: 70% S phân lo i s da theo quy ch ào t o, g m 5 b c im: A (4) 10.0 – 8.5 Gi i B (3) < 8.5 – 7.0 Khá C (2) < 7.0 – 5.5 Trung bình D (1) < 5.5 – 4.0 Trung bình – Yu F (0) < 4.0 Kém – Không t 2 ===\ Ch ng 1: GI I THI U MÔN H C VÀ CÁC KHÁI NI M C Ơ B N V TI - TIÊU
5. Giáo trình H TH NG T I – TIÊU TS. LÊ ANH TU N === 1.5 LIÊN H VI CÁC MÔN H C KHÁC Tu theo l nh v c ào t o chuyên môn, môn h c “H th ng t i – tiêu” có nhi u liên h vi các môn h c khác. Nó có th là môn chuyên ngành b c bu c i v i sinh viên ngành thu li, nông nghi p, hoa viên cây c nh ho c là môn h c c s cho các ngành nh môi tr ng, lâm sinh ho c ngành phát tri n nông thôn. Sinh viên h c môn h c này t hc t th 6 tr i (ho c t nm th III b c gi ng d y i h c). Ki n th c c b n c n thi t bt u cho môn h c “H th ng t i – tiêu” là các môn Toán h c, V t lý, Sinh h c, Tin h c, Ngoài ra các môn có các tên g i khác nhau khác nh a ch t, V t lý t, Khí tng – Thu vn, Th nh ng, Sinh lý th c v t, Phì nhiêu t, , c ng là các môn h c c s cho môn h c này. Môn h c “H th ng t i – tiêu” s là môn h c liên h cho các môn khác nh Quy ho ch Thu li, Thu công, B m và Tr m b m, Qu n lý h th ng thu nông, Qu n lý ngu n n c, cho sinh viên ngành thu li ho c các môn h c khác nh B nh cây, K thu t nông nghi p, Quy ho ch nông nghi p, Môi tr ng, Kinh t nông nghi p, C nh quan, Phát tri n Nông thôn, 1.6 LCH S MÔN H C T th i ti n s , con ng i ch bi t hái – lm cây trái cho nhu c u s ng c a mình. Khi ã bi t gieo tr ng trong canh tác nông nghi p, con ng i bu c ph i tìm cách b sung các ki m khuy t ca t nhiên liên quan n ngu n n c và các t i giúp cho cây tr ng phát tri n và có n ng su t. Các công trình kh o c cho th y cách ây hn 5.000 n m tr c Công nguyên, ng i c Ai C p ã bi t cách l y n c và d n n c t sông Nile ti cho nh ng cánh ng tr ng lúa c a mình. Vn treo Babilon – mt trong b y k quan c a nhân lo i - vi các h th ng t i c u k là m t minh ch ng cho s sáng t o k v v h th ng t i - tiêu c a con ng i c xa. Các phát hin Ai C p (sông Nile), Trung Hoa (sông Hoàng), n (sông H ng), vùng Trung ông (L ng Hà: sông Tigris, sông Euphrates) cho th y nh ng công trình thu nông l n ã c xây d ng t vài ngàn n m v tr c ph c v cho nông nghi p. Mt s vùng Tây Phi, r i B c Phi c ng có du v t c a nh ng kênh ào d n n c, h ch a ph c v ti – tiêu. Nhi u ghi chép v quy lu t ngu n n c, th i ti t, thu vn, cách t i - tiêu c ng cho th y t ngàn x a, con ng i luôn tìm cách khai thác n c cho nông nghi p. Có th nói trong su t l ch s loài ng i, vi c khai thác và s dng ngu n n c luôn luôn i ôi và h u nh không bao gi ch m d t. S phát tri n c a xã hi loài ng i, công cu c m mang b cõi, phát tri n s n xu t, con ng i càng lúc càng v n xa hn h n n i c nh ban u c a mình và ã d n d n hình thành các ý ni m v vi c s dng các h th ng công trình và các lu t l liên quan n n c. Tuy nhiên, t tr c th k 17, công trình thu nông th ng mang tính kinh nghi m, t phát ch c s khoa h c và ph ng ti n nghiên c u còn r t s sài. Kho ng u th k th 18, khoa h c v ti tiêu m i có các c s lý lu n ban u. Nm 1738, nhà bác h c Nga Lomonosov ã cp n ph ng pháp tiêu n c m l y. Vi n s ng i Nga A.N. Cobchiacov ã xu t b n nhi u cu n sách v thu nông, trong ó có “Giáo trình thu nông”. Cui th k 19 n toàn b th k th 20, r t nhi u lý thuy t và th c nghi m c a nhi u nhà khoa hc trên th gi i tp trung nghiên c u v ti – tiêu. Nhi u h th ng thu nông c ng ã ra i và vn hành trong th c t trên c s nh ng nghiên c u này. T ch c L ng nông Qu c t (FAO) ã có nhi u n lc xu t b n hàng lo t sách liên quan n khoa h c t i – tiêu và có giá tr s dng trong nhi u tr ng h c, vi n nghiên c u và c quan qu n lý n c – nông nghi p. Môn h c “Thu nông” ho c ”H th ng t i – tiêu” hi n ã và ang gi ng d y hu h t các qu c gia. 3 ===\ Ch ng 1: GI I THI U MÔN H C VÀ CÁC KHÁI NI M C Ơ B N V TI - TIÊU
6. Giáo trình H TH NG T I – TIÊU TS. LÊ ANH TU N === 1.7 KHÁI NI M C Ơ B N V TI – TIÊU 1.7.1 Khái ni m v ti – tiêu cho cây tr ng Cây tr ng luôn luôn c n n c phát tri n. Khi t b do ít m a, b c h i l n, khô nóng, h n hán, cây tr ng b thi u n c có th b ng ng phát tri n, lúc ó tà ph i t i b sung n c cho t và cây tr ng h p thu. Tuy nhiên, khi l ng n c trong t quá nhi u và kéo dài, cây tr ng có th b hi do ng p úng, lúc ó ta c n ph i tiêu thoát n c. Tng quát, n u g i W n là l ng n c c n cho cây tr ng th i on nào ó, W s là l ng n c có trong t. Khi W n > W s thì cây tr ng thi u n c, ph i t i b sung. Ng c l i, khi W n > W s thì cây tr ng th a n c, có th ph i tiêu i. Các công trình t i – tiêu nh tr m b m, kênh d n, cng, c thi t k c bi t th c hi n nhi m v ki m soát n c cho nông nghi p g i là công trình thu nông. Khái ni m c b n này có th th hi n hình 1. Wn > Ws Wn < Ws TI TIÊU H TH NG H TH NG TI TIÊU NGU N N C Hình 1.1: Khái ni m v h th ng ti - tiêu 1.7.2 ơ n v o n v o dung tích c a n c là lít (L) ho c mét kh i (m3), 1 m 3 = 1000 L. i v i các h ch a ln ho c t ng l ng n c sông ngòi trong 1 n m, ng i ta dùng n v km 3 (1 km 3 = 10 6 m3). n v o l ng n c tr trong t là mm, m 3/ha ho c l/m 2. Quan h gi a các n v nh sau: 1 mm = 10 -3 m = 1 L/m 2 = 10 m 3/ha. 4 ===\ Ch ng 1: GI I THI U MÔN H C VÀ CÁC KHÁI NI M C Ơ B N V TI - TIÊU
7. Giáo trình H TH NG T I – TIÊU TS. LÊ ANH TU N === 1.7.3 Dung tr ng khô t Dung tr ng t (g/cm 3; t/m 3) là tr ng l ng c a m t n v th tích t ã rút h t n c, xác nh theo công th c (1-1): (1-1) 3 Th ng m u t c l y b ng m t hình tr tròn b ng kim lo i có th tích là V t = 100 cm . Sau ó, m u t c a vào t sy có nhi t 105 °C cho n khi m u t có tr ng l ng không i. Dung tr ng t tu theo lo i và ti x p c a t. Dung tr ng t gi m khi t c t i x p ho c cày b a k , ng c l i khi t b nén ch t, dung tr ng t t ng lên. Dung tr ng còn th hi n khe r ng trong t. H t t các m n thì dung tr ng càng nh . Dung tr ng m t s lo i t cho Bng 1.1. Bng 1.1: Dung tr ng m t s lo i t TT Lo i t Dung tr ng d (g/cm 3) 1 t cát 1,50 – 1,80 2 t th t 1,30 – 1,50 3 t sét 1,10 – 1,30 1.7.4 m t m c a t, ký hi u là θ, bi u hi n b ng % l ng n c ch a trong t. m c a t có th tính theo ph n tr m trong l ng t khô ho c tính theo ph n tr m th tích t. Th ng m u t 3 có th tích là V t = 100 cm (xem ph n 1.7.3). • Độ ẩm tính theo tr ọng l ượng đất khô (1-2) • Độ ẩm tính theo th ể tích đất nguyên tr ạng (1-3) • Độ ẩm tính theo độ rỗng c ủa đất (1-4) • Quan h ệ gi ữa w, θθθ và γγγk θθθ = ωωω.γγγk (1-5) 5 ===\ Ch ng 1: GI I THI U MÔN H C VÀ CÁC KHÁI NI M C Ơ B N V TI - TIÊU
8. Giáo trình H TH NG T I – TIÊU TS. LÊ ANH TU N === 1.7.5 Lng n c tr trong t Lng n c tr trong t là l ng n c có trong t mt sâu nào ó t i th i im xem xét. 4 Ws = 10 × z × d × ω (1-3) 3 Trong ó: Ws - lng n c tr trong t (m /ha); z - sâu c n xác nh l ng tr nc (m); d - dung tr ng t (g/cm 3; t/m 3); ω - m tính theo % tr ng l ng t khô t i th i im tính tr lng n c. 1.7.6 Lp n c t ơ ng ơ ng Chúng ta có th th hi n l ng n c tr trong t mt sâu z nào ó b ng m t l p n c t ng ng không có ch a t có th d hình dung chi u dày l p n c, tính theo mm. (Hình 1.2). Lp n c t ng ng z (m) Lp t khô Lp t có n c (ã rút h t n c) và cây tr ng Hình 1.2: Khái ni m v lp n c t ng ng Lp n c t ng ng H t (mm n c) xác nh theo: Ht = θ × z (1-6) Trong ó: θ - m theo th tích(%) Z - chi u dày l p t ang xem xét (mm) Ví d 1.1: θ = 40%, Z = 10 cm = 100 mm Htd = θ.Z Htd = 0.4 x 100 = 40 mm n c 10 cm t 6 ===\ Ch ng 1: GI I THI U MÔN H C VÀ CÁC KHÁI NI M C Ơ B N V TI - TIÊU
9. Lớp Học Phần VNUA ( Khoa Nông Học ) - Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam Giáo trình H Ệ TH ỐNG T ƯỚI – TIÊU TS. LÊ ANH TU ẤN === Ch ươ ng 2: QUAN H GI A T – NƯC VÀ CÂY TR NG oOo 2.1 CU TRÚC VÀ PHÂN LO I T Đất là kh ối v ật ch ất có c ấu trúc là các h ạt khoáng, s ản ph ẩm c ủa m ột quá trình phong hoá đá và phân hu ỷ các ch ất h ữu c ơ nh ư xác bã th ực và động v ật và d ưới các tác động c ủa nhi ều y ếu t ố tự nhiên nh ư th ời ti ết (nhi ệt độ, b ức x ạ mặt tr ời, m ưa, gió, ) và s ự ki ến t ạo địa ch ất. Trong đất có ch ứa các hạt khoáng, các ch ất dinh d ưỡng và n ước cung c ấp cho cây tr ồng sống và phát tri ển. Mỗi lo ại đất có các tính ch ất cơ lý và thành ph ần hạt khác nhau, tính gi ữ nước khác nhau, có th ể phù h ợp cho m ột s ố lo ại cây tr ồng. Tùy theo kích th ước đường kính h ạt đất được phân lo ại theo bảng 2.1. Hi ểu được tính ch ất c ủa đất, ta có th ể ch ọn ph ươ ng pháp t ưới và tiêu thích h ợp. Bảng 2.1: Phân lo ại đất theo kích th ước đường kính trong bình hạt (Ngu ồn: USAD, Mỹ) Lo ại đất Tên ti ếng Anh Đường kính trung bình c ủa h ạt Sỏi Gravel > 2 mm Cát r ất thô Very coarse sand 2,0 -1,0 mm Cát thô Coarse sand 1,0 -0,5 mm Cát trung bình Medium sand 0,5 – 0,25 mm Cát m ịn Fine sand 0,25 – 0,10 mm Cất r ất m ịn Very fine sand 0,10 – 0,05 mm Bùn Silt 0,05 – 0,002 mm Sét Clay < 0,002 mm Th ực t ế, đất tr ồng tr ọt th ường pha l ẫn nhi ều kích th ước h ạt khác nhau. Trong th ổ nh ưỡng, ng ười ta phân lo ại đất theo t ỉ lệ ph ần tr ăm (%) thành ph ần h ạt có trong đất nh ư cát, bùn và sét hi ện di ện trong m ẫu đất. B ằng cách khoan l ấy m ẫu đất, b ỏ vào m ột ống tr ụ tròn b ằng thu ỷ tinh và l ắt k ỹ, sau đó để yên cho các h ạt trong đất t ự lắng đọng. Theo nguyên t ắc v ật lý, các h ạt đất có kích th ước đường kính l ớn s ẽ lắng nhanh tr ước, các h ạt có kích th ước h ạt nh ỏ hơn s ẽ lắng ch ậm h ơn. Cát th ường l ắng d ưới đáy bình kho ảng sau vài phút, bùn s ẽ lắng sau 2-3 gi ờ, sét s ẽ lắng ch ậm hơn, t ụ lại trên bùn sau 18-24 gi ờ. M ột s ố keo sét ở tr ạng thái l ơ l ửng và g ần nh ư không th ể lắng được. Cu ối cùng, ta xác định t ỉ lệ ph ần tr ăm các h ạt cát, bùn và sét có trong m ẫu đất. Đất có th ể được phân lo ại d ựa theo bảng 1.2. Bảng 2.2: Phân lo ại đất theo t ỉ lệ % thành ph ần h ạt (Ngu ồn: USAD, Mỹ) Tỉ lệ % thành ph ần h ạt Lo ại đất Cát (Sand) Bùn (Silt) Sét (Clay) Cát (Sand) 80 - 100 0 - 20 0 - 20 Th ịt pha cát (Loamy sand) 50 - 80 0 - 50 0 - 20 Th ịt (Loam) 30 - 50 30 - 50 0 - 20 Th ịt bùn (Silty loam) 0 - 50 50 - 100 0 - 20 Th ịt sét (Clay loam) 20 - 50 20 - 50 20 - 30 Sét pha cát (Sandy clay) 50 - 70 0 - 20 30 - 50 Sét bùn (Silty clay) 0 - 20 50 - 70 30 - 50 Sét(Clay) 0 - 50 0 - 50 50 - 100 7 ===\ Ch ươ ng 2: QUAN H Ệ GI ỮA ĐẤT, N ƯỚC VÀ CÂY TR ỒNG
10. Lớp Học Phần VNUA ( Khoa Nông Học ) - Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam Giáo trình H Ệ TH ỐNG T ƯỚI – TIÊU TS. LÊ ANH TU ẤN === Cơ quan nông nghi ệp Hoa k ỳ có cách phân lo ại đất d ựa theo bi ểu đồ hình tam giác nh ư ở hình 2.1. Sự pha tr ộn gi ữa đất cát, đất bùn và đất sét theo m ột t ỉ lệ nào đó s ẽ hình thành đất th ịt, đất th ịt có th ể là th ịt cát, th ịt bùn th ịt sét ho ặc các d ạng th ịt cát sét, th ịt sét bùn, tu ỳ theo m ức độ pha tr ộn. Đất cát được xem là đất nh ẹ, t ươ ng đối d ễ cày b ừa nh ưng kh ả năng gi ữ nước kém. Đất th ịt hay đất trung bình, có t ỉ lệ cát và sét x ấp x ỉ nhau, m ức độ cày b ừa c ũng nh ư gi ữ nước v ừa ph ải. Đất sét là đất n ặng, cày b ừa khó h ơn và có kh ả năng gi ữ nước nhi ều h ơn (B ảng 2.3). Hình 2.1: Bi ểu đồ tam giác phân lo ại đất theo t ỉ lệ % thành ph ần h ạt (Nguồn: USAD, Mỹ) Bảng 2.3: Tính ch ất c ủa các lo ại đất Nh ận di ện Kh ả năng Kh ả năng làm đất Độ thoáng Tên g ọi lo ại đất bằng tay gi ữ nước cho canh tác khí Đất cát thô Các h ạt r ời r ạc, Kém Dễ Cao (đất nh ẹ) thô ráp Đất th ịt Có th ể vò viên, Trung bình Vừa Trung bình (đất trung bình) nh ưng d ễ vỡ vụn Đất sét Dễ ch ảy, d ẻo và dính Cao Khó Th ấp (đất n ặng) khi có n ước Trong 3 lo ại đất sét, đất th ịt và đất sét thì đất th ịt là thích h ợp nh ất cho cây tr ồng vì nó có kh ả năng gi ữ nước v ừa ph ải, kh ả năng tiêu n ước và độ thoáng khí t ốt, vi ệc chu ẩn b ị đất (cày, b ừa) tươ ng đối d ễ dàng, đất có kh ả năng gi ữ nhi ều ch ất dinh d ưỡng cao. 8 ===\ Ch ươ ng 2: QUAN H Ệ GI ỮA ĐẤT, N ƯỚC VÀ CÂY TR ỒNG
11. Giáo trình H Ệ TH ỐNG T ƯỚI – TIÊU TS. LÊ ANH TU ẤN === 2.2 PHÂN LO I NƯC TRONG T Nước trong đất được phân thành 3 lo ại: n ước hút ẩm, nước mao d ẫn và n ước tr ọng l ực (Hình 2.2). Ngoài ra, khi nghiên c ứu quan h ệ gi ữa n ước trong đất v ới cây tr ồng, ng ười ta còn chia ra 2 lo ại n ước: n ước có th ể sử dụng cho cây tr ồng và n ước không th ể sử dụng cho cây tr ồng. Nước hút ẩm Không khí Nước mao d ẫn Hạt đất Nước tr ọng l ực Nước ng ầm Hình 2.2: Các d ạng n ước trong đất 2.2.1 Nc hút m ( Hygroscopic water ) Nước hút ẩm là n ước bao quanh b ề mặt c ủa h ạt đất t ạo thành m ột màng m ỏng c ố định và g ần nh ư không di chuy ển được. Tu ỳ thu ộc di ện tích b ề mặt h ạt đất và độ ẩm không khí, n ước hút ẩm tạo nên m ột liên k ết hoá h ọc b ền v ững gi ữa n ước và đất với m ột áp l ực l ớn, t ối thi ểu là 31 atm (atmosphere), t ối đa có th ể lên đến 10.000 atmsphere. V ới áp l ực l ớn nh ư v ậy, r ễ cây không th ể “hút” được lo ại n ước này. Trong điều ki ện đất ch ỉ còn n ước hút ẩm, cây có th ể bị ch ết vì khô héo. 2.2.2 Nc mao d n (Capillary water ) Nước mao d ẫn t ồn t ại trong không gian các khe r ỗng gi ữa nh ững h ạt đất n ằm bên trên m ực n ước ng ầm. Hi ện t ượng sức c ăng m ặt ngoài t ạo nên l ực mao d ẫn làm n ước ng ầm t ừ bên d ưới “leo” lên cao, v ượt qua tr ọng l ực. N ước mao d ẫn có tính l ưu động cao nên r ễ cây hút được. Ranh gi ới gi ữa tr ạng thái n ước hút ẩm và n ước mao d ẫn g ọi là điểm héo ( Wilting point ), là điểm gi ới h ạn mà cây tr ồng b ắt đầu b ị khô héo do thi ếu n ước (Hình 2.3). 2.2.3 Nc tr ng l c (Gravitational water ) Nước tr ọng l ực chuy ển động trong các l ỗ rỗng c ủa đất d ưới tác d ụng c ủa s ức hút tr ọng tr ường. Nước tr ọng l ực ở dưới m ực n ước ng ầm, nh ưng khi có m ưa l ớn ho ặc l ượng n ước t ưới vào đất cao thì n ước tr ọng l ực có th ể duy trì m ột th ời gian ng ắn ở phía trên m ực n ước ng ầm. R ễ cây d ễ dàng hấp th ụ nước tr ọng l ực. Điểm trung gian gi ữa tr ạng thái n ước mao d ẫn và n ước tr ọng l ực g ọi là 9 ===\ Ch ươ ng 2: QUAN H Ệ GI ỮA ĐẤT, N ƯỚC VÀ CÂY TR ỒNG
12. Giáo trình H Ệ TH ỐNG T ƯỚI – TIÊU TS. LÊ ANH TU ẤN === thu ỷ dung ngoài đồng ( Field capacity ). Ở tr ạng thái n ước tr ọng l ực, đất b ị dư n ước, có th ể ph ải tiêu đi để cây tr ồng không b ị úng ng ập. Hình 2.3: Ba lo ại n ước trong đất và nhu c ầu t ưới – tiêu 2.3 S PHÁT TRI N C A CÂY TR NG Cây tr ồng là thành ph ần ch ủ yếu c ủa h ệ sinh thái nông nghi ệp. Cây tr ồng c ần đất, n ước, không khí và ánh sáng m ặt tr ời, th ậm chí c ả vi sinh v ật và m ột s ố côn trùng cho s ự phát tri ển. Thông th ường, cây tr ồng có nh ững giai đoạn phát tri ển khác nhau, bao g ồm: • Giai đoạn gieo tr ồng – nảy ch ồi: Giai đoạn này nhi ệt độ cho cây tr ồng ch ừng 25 – 28 °C là t ốt, độ ẩm không khí c ần cho cây tr ồng ch ỉ cần ch ừng 50 – 70% là v ừa đủ. • Giai đoạn tr ưởng thành – đâm nhánh : đây là giai đoạn tích lu ỹ sinh kh ối cho cây, lúc này b ộ rễ phát tri ển m ạnh, cây đâm t ược và ra nhi ều lá. Nhu c ầu n ước cho cây tr ồng gia tăng theo kh ối l ượng c ủa cây. Thích h ợp nh ất là ở nhi ệt độ 20 - 28 °C và độ ẩm không khí là 70 – 80%; • Giai đoạn ra hoa – kết trái : giai đoạn này, cây g ần nh ư ng ừng phát tri ển chi ều cao để chuy ển qua giai đoạn phát d ục và tích lu ỹ ch ất h ữu c ơ. Nhu c ầu n ước t ăng cao h ơn, nhi ệt độ thích h ợp vào kho ảng 20 - 28 °C và độ ẩm t ối h ảo ở mức 75 – 85%; • Giai đoạn thu ho ạch – lụi tàn : Giai đoạn này nhu c ầu n ước cho cây tr ồng gi ảm d ần và đôi lúc không c ần t ưới n ữa. Tuy nhiên, các giai đoạn này ch ỉ mang tính t ươ ng đối, nhi ều lo ại cây sau giai đoạn thu ho ạch lài quay v ề (Hình 2.3) quá trình đâm nhánh và ra hoa cho k ỳ sau nh ư các lo ại cây ăn trái, cây r ừng, cây ki ểng l ưu niên. 10 ===\ Ch ươ ng 2: QUAN H Ệ GI ỮA ĐẤT, N ƯỚC VÀ CÂY TR ỒNG
13. Giáo trình H Ệ TH ỐNG T ƯỚI – TIÊU TS. LÊ ANH TU ẤN === Giai đoạn gieo tr ồng – nảy ch ồi Giai đoạn tr ưởng thành – đâm nhánh Giai đoạn ra hoa – kết trái Giai đoạn thu ho ạch – lụi tàn Hình 2.3: Các giai đoạn phát tri ển c ủa cây tr ồng Nhi ều y ếu t ố khí h ậu nh ư nhi ệt độ, độ ẩm, m ưa, b ức x ạ mặt tr ời, gió, đóng vai trò quan tr ọng đối v ới s ự phát tri ển c ủa cây tr ồng. Cây tr ồng phát tri ển t ốt trong nh ững điều ki ện khí h ậu thích hợp nh ất định. Tu ỳ theo giai đoạn sinh tr ưởng và gi ống cây tr ồng mà các thông s ố khí h ậu t ối ưu sẽ khác nhau. Hình 2.4 cho th ấy một s ố yếu t ố khí h ậu tác động lên cây tr ồng. Hình 2.4: M ột số yếu t ố khí h ậu tác động lên cây tr ồng 2.4 VAI TRÒ C A N ƯC I V I CÂY TR NG Cây tr ồng s ống và phát tri ển được nh ờ ch ất dinh d ưỡng trong đất và được n ước hoà tan và đư a lên cây qua h ệ th ống r ễ. Nước giúp cho cây tr ồng th ực hi ện các quá trình v ận chuyển các khoáng ch ất trong đất giúp điều ki ện quang h ợp, hình thành sinh kh ối t ạo nên s ự sinh tr ưởng c ủa cây tr ồng. Trong b ản thân cây tr ồng, n ước chi ếm m ột t ỷ lệ lớn, t ừ 60% đến 90% tr ọng l ượng. Tuy nhiên, t ổng l ượng n ước mà cây tr ồng hút lên h ằng ngày ch ủ yếu là để thoát ra ngoài ở dạng thoát 11 ===\ Ch ươ ng 2: QUAN H Ệ GI ỮA ĐẤT, N ƯỚC VÀ CÂY TR ỒNG
14. Giáo trình H Ệ TH ỐNG T ƯỚI – TIÊU TS. LÊ ANH TU ẤN === hơi qua lá, n ước ch ỉ gi ữ lại cho b ản thân c ấu trúc c ủa cây tr ồng ch ỉ ch ừng 0,5 – 1,0% mà thôi. Có 4 nguyên nhân khi ến cây tr ồng ph ải hút nhi ều n ước để cân b ằng cho l ượng thoát h ơi t ừ lá và thân: • Trên b ề mặt lá cây có nhi ều khí kh ổng giúp cho s ự thoát h ơi n ước. Di ện tích khí kh ổng càng l ớn thì s ự hấp th ụ CO 2 trong không khí vào lá càng dễ dàng, giúp cây tr ồng quang hợp được t ừ ánh sang m ặt tr ời được. • Sự thoát h ơi nước là động l ực đòi h ỏi cây tr ồng hút nhi ều n ước t ừ đất. Nh ờ hi ện t ượng mao d ẫn mà n ước t ừ đất có th ể vào than cây qua h ệ th ống r ễ và len l ỏi lên cao, đôi khi hàng ch ục mét. • Sự thoát h ơin ước giúp cho s ự cân b ằng nhi ệt ở chung quanh lá và thân. D ưới tác động của ánh sáng m ặt tr ời, lá có th ể hấp thu n ăng l ượng ph ục v ụ cho quá trình quang h ợp, m ột ph ần n ăng l ượng chuy ển thành nhi ệt n ăng làm cho nhi ệt độ cây tr ồng t ăng lên đòi h ỏi ph ải có s ự thoát h ơi n ước để gi ảm nhi ệt độ bề mặt. • Sự thoát h ơi n ước t ạo động l ực cho s ự vận chuy ển d ưỡng ch ất trong đất qua s ự di chuy ển đi lên c ủa n ước trong b ản thân cây tr ồng. Sự thoát h ợi n ước l ớn thì cây tr ồng h ấp thu dưỡng ch ất càng l ớn. Rễ cây là b ộ ph ận hút n ước cho cây tr ồng. B ộ rễ hình thành ở nhi ều d ạng khác nhau, tu ỳ theo lo ại cây tr ồng, điều ki ện đất đai, khí h ậu và chi ều sâu m ực n ước ng ầm. Thông th ường, r ễ cây hút nhi ều n ước nh ất (chi ếm kho ảng 40 - 50%) ở độ sâu ¼ chi ều dài c ủa r ễ tính t ừ mặt đất, càng xu ống sâu thì t ỉ lệ hút h ước càng gi ảm (Hình 2.5). 10 20 30 40 0 % H/4 H/4 H/4 H/4 H Hình 2.5: Kh ả năng hút n ước c ủa r ễ cây theo độ sâu Th ực t ế, cây tr ồng trong điều ki ện được cung c ấp n ước đầy đủ sẽ có b ộ rễ dài và sâu, v ươ n ra theo các chi ều trong đất. Ng ược l ại, n ếu thi ếu n ước, b ộ rễ của cây s ẽ ng ắn và th ưa (Hình 2.6). 12 ===\ Ch ươ ng 2: QUAN H Ệ GI ỮA ĐẤT, N ƯỚC VÀ CÂY TR ỒNG
15. Giáo trình H Ệ TH ỐNG T ƯỚI – TIÊU TS. LÊ ANH TU ẤN === Hình 2.6: L ượng n ước tưới cho cây tr ồng ảnh h ưởng đến s ự phát tri ển c ủa b ộ rễ Trong điều ki ện đất và n ước đầy đủ, r ễ từng lo ại cây tr ồng s ẽ phát tri ển tri ển t ối đa để tăng tr ưởng. Chi ều sâu t ối đa c ủa h ệ th ống r ễ cây tr ồng c ũng chính là chi ều sâu l ớp đất c ần t ưới. Một hệ th ống t ưới hi ệu qu ả là khi h ệ th ống đó có th ể cung c ấp n ước đầy v ừa đủ th ấm h ết b ộ rễ của cây tr ồng. Bảng 2.1 cho chi ều sâu t ối đa c ủa h ệ th ống r ễ của m ột s ố loài cây rau, cây ki ểng và cây công nghi ệp. Bảng 2.4: Chi ều sâu b ộ rễ tối đa c ủa một lo ại cây tr ồng khi được cung c ấp n ước đầy đủ 60 cm 90 cm 120 cm 150 cm 180 cm Rau c ải Cà r ốt Cà chua Mía Chanh Các lo ại khoai Lúa Bắp Cà phê, trà Táo Cây hoa ki ểng Cây công nghi ệp Bông v ải Đay Cỏ vertiver ng ắn ngày ng ắn ngày Cây lá màu tr ồng Các cây ki ểng Dây leo trang trí Cau ki ểng Cây ăn trái ph ổ trong nhà dạng b ụi nh ỏ ngoài nhà bi ến Xươ ng r ồng Dứa các lo ại Chu ối Mai, đào Cây r ừng phòng hộ, đước 2.4 QUAN H GI A T - NƯC VÀ CÂY TR NG Trong các thành ph ần đất, n ước và cây tr ồng c ủa h ệ sinh thái nông nghi ệp, đất là thành ph ần khó thay đổi nh ất, n ước là thành ph ần có th ể thay đổi m ột ph ần và cây tr ồng thì con ng ười có th ể thay đổi d ễ dàng. Sự lưu gi ữ nước trong đất cho cây tr ồng tu ỳ thu ộc vào thành ph ần h ạt đất, đất có độ rỗng càng cao thì khả năng tr ữ nước càng kém do d ễ dàng b ị tiêu thoát nh ư tr ường h ợp đất cát. Đất sét th ường gi ữ nước t ốt nh ưng tiêu thoát kém. Đất th ịt là lo ại đất pha tr ộn gi ữa đất bùn và đất cát t ỏ ra thích h ợp cho nhi ều lo ại cây tr ồng nh ờ kh ả năng cung c ấp n ước thu ận l ợi (Hình 2.7). 13 ===\ Ch ươ ng 2: QUAN H Ệ GI ỮA ĐẤT, N ƯỚC VÀ CÂY TR ỒNG
16. Giáo trình H Ệ TH ỐNG T ƯỚI – TIÊU TS. LÊ ANH TU ẤN === Hình 2.7: Tam giác th ể hi ện kh ả năng gi ữ nước trong các lo ại đất cho cây tr ồng (Ngu ồn: USAD, Mỹ) Mối quan h ệ gi ữa đất, n ước và cây tr ồng có th ể minh h ọa bằng hình 2.8. Nước t ạo sinh v ật đất phát tri ển, duy trì độ ẩm trong đất, hòa tan và cung c ấp d ưỡng ch ất cho cây tr ồng. Đất và cây tr ồng đều t ạo quá trình làm s ạch n ước, điều ti ết ngu ồn n ước. NƯC Cấp n ước cho cây tr ồng Tạo điều ki ện cho Tham gia quá trình vi sinh v ật đất phát tri ển ạ ướ làm s ch n c Tham gia quá trình làm s ạch n ước Cấp d ưỡng ch ất cho cây tr ồng T Tạo ch ất h ữu c ơ cho đất Hình 2.8: Quan h ệ tươ ng tác gi ữa đất – nước và cây tr ồng 14 ===\ Ch ươ ng 2: QUAN H Ệ GI ỮA ĐẤT, N ƯỚC VÀ CÂY TR ỒNG
17. Lớp Học Phần VNUA ( Khoa Nông Học ) - Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam Giáo trình H Ệ TH ỐNG T ƯỚI – TIÊU TS. LÊ ANH TU ẤN === 2.5 PH ƯƠ NG TRÌNH CÂN B NG N ƯC CHO M T KHU T CÓ CÂY TR NG Ph ươ ng trình cân b ằng n ước là m ột ph ươ ng trình r ất c ăn b ản có th ể áp d ụng cho m ọi tr ường h ợp tính toán th ủy v ăn. Nguyên lý c ơ b ản c ủa ph ươ ng trình cân b ằng n ước là d ạng cân b ằng v ề kh ối lượng n ước đi vào và đi ra kh ỏi kh ối đất đang xem xét. M ột cách t ổng quát, ph ươ ng trình cân bằng n ước, xu ất phát t ừ định lu ật b ảo toàn kh ối l ượng, có th ể phát bi ểu ng ắn g ọn sau: “ Hi ệu s ố gi ữa t ổng l ượng n ước đi vào và đi ra c ủa m ột kh ối đất đang xem xét nào đó trong m ột th ời đoạn nh ất định b ằng s ự thay đổi l ượng n ước tr ữ trong kh ối đất đó”. Phát bi ểu trên có th ể rút ng ắn nh ư hình 2.9 và chi ti ết hóa ở hình 2.10. Lng n c n Lng n c i ± Lng nc tr Hình 2.9: Minh h ọa tóm t ắt ph ươ ng trình cân b ằng n ước đơ n gi ản P ET I Ro Ri Si So Hr GW DP L Hình 2.10: Các thông s ố trong ph ươ ng trình cân b ằng n ước vùng r ễ cây Gi ả sử có m ột kh ối đất hình tr ụ bao quanh m ột vùng r ễ nh ư hình 2.10. Xét m ột th ời điểm nào đó: ∆S = H r (θ2 - θ1) = W i - Wo (2-1) trong đó: ∆S - sự thay đổi l ượng n ước tr ữ trong th ời đoạn xem xét, (cm); Hr - chi ều sâu l ớp đất quanh vùng r ễ đang xem xét, (cm); θ2, θ1 - độ ẩm c ủa đất ở th ời điểm cu ối và th ời điểm đầu trong th ời đoạn (%); Wi, W o - tổng l ượng n ước đi vào (i) và đi ra (o) kh ỏi vùng r ễ xem xét, (cm). 15 ===\ Ch ươ ng 2: QUAN H Ệ GI ỮA ĐẤT, N ƯỚC VÀ CÂY TR ỒNG
18. Lớp Học Phần VNUA ( Khoa Nông Học ) - Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam Giáo trình H Ệ TH ỐNG T ƯỚI – TIÊU TS. LÊ ANH TU ẤN === Chi ti ết hóa các thông s ố của t ổng l ượng n ước đi vào và đi ra vùng r ễ: Wi = P + I + R i + S i + GW (2-2) Wo = ET + R o + S o + DP + L (2-3) trong đó: P - lượng n ước m ưa ( precipitation ), (cm); I - lượng n ước t ưới ( irrigation ), (cm); Ri, R o - lượng n ước ch ảy tràn m ặt ( runoff ) đi vào (i) và đi ra (o) vùng r ễ, (cm); Si, S o - lượng n ước th ấm ngang ( seepage ) đi vào (i) và đi ra (o) vùng r ễ, (cm); GW - lượng n ước th ấm do mao d ẫn t ừ nước ng ầm ( groundwater ), (cm); DP - lượng n ước th ấm sâu xu ống ra kh ỏi vùng r ễ (deep percolation ), (cm); L - lượng n ước rò r ỉ ra kh ỏi vùng r ễ (leakage ), (cm). Thay (2-2) và (2-3) vào (2-1), ta được: Hr (θ2 - θ1) = (P + I + R i + S i + GW) – (ET + R o + S o + DP + L) (2-4) Suy ra l ượng n ước t ưới cho cây tr ồng s ẽ là: I = (ET + R o + S o + DP + L) - (P + R i + S i + GW) + H r (θ2 - θ1) (2-5) Trong ph ươ ng trình trên, có t h ể có m ột số thông s ố bằng zero (0) do trong th ời đoạn xem xét, các thông s ố này không có. Th ực t ế, hai ngu ồn n ước chính cung c ấp cho cây tr ồng là n ước m ưa (P) và n ước t ưới (I). Khi n ước m ưa đã đủ cho cây tr ồng thì không c ần ph ải t ưới n ữa. Tuy nhiên, không ph ải t ất c ả lượng m ưa đều được cây tr ồng s ử dụng, mà nó còn b ị th ất thoát do m ột ph ần ch ảy tràn (R) trên s ườn d ốc c ủa m ặt đất, một ph ần th ấm sâu xu ống đất (DP) và m ột ph ần b ốc thoát h ơi tr ở lại lên không trung (ET) nh ư ở hình 2.11. L ượng n ước m ưa sau khi b ị tr ừ đi các t ổn th ất g ọi là l ượng m ưa hi ệu qu ả (P e). Pe = P – R – DP – ET (2-6) Bốc thoát h ơi (ET) Mưa (P) Ch ảy tràn (R) Th ấm xu ống (DP) Hình 2.11: M ưa và s ự hình thành dòng ch ảy t ừ mưa 16 ===\ Ch ươ ng 2: QUAN H Ệ GI ỮA ĐẤT, N ƯỚC VÀ CÂY TR ỒNG
19. Lớp Học Phần VNUA ( Khoa Nông Học ) - Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam Giáo trình H Ệ TH ỐNG T ƯỚI – TIÊU TS. LÊ ANH TU ẤN === Ch ươ ng 3: NHU C U NC VÀ NHU C U T I CA CÂY TRÔNG – oOo 3.1 BC H ƠI VÀ THOÁT H ƠI 3.1.1 Bc h i (E) Bốc h ơi (Evaporation ), ký hi ệu là E, là quá trình chuy ển hóa các phân t ử nước t ừ mặt đất và b ề mặt thoáng c ủa vùng ch ứa n ước từ th ể lỏng sang th ể hơi và đi vào không khí do tác động chính của b ức x ạ mặt tr ời, nhi ệt độ, độ ẩm không khí, gió và các y ếu t ố môi tr ường khác (Hình 3.1). Bức x ạ mặt tr ời Mây Gió B c h i t Bc h i t Bc h i t b thoáng mt t mt t ca m t n ưc Hình 3.1: Các d ạng b ốc h ơi t ự nhiên • Bức x ạ mặt tr ời cung c ấp năng l ượng làm gia t ăng nhiệt độ bề mặt c ủa m ặt n ước và m ặt đất t ạo điều ki ện chuy ển hóa các phân t ử nước t ừ th ể lỏng sang th ể hơi. D ưới tác động của b ức x ạ mặt tr ời, ban ngày n ước b ốc h ơi nhi ều h ơn ban đêm, mùa hè l ượng b ốc h ơi lớn h ơn mùa đông. • Gió là do s ự xáo tr ộn gây nên chuy ển động c ủa kh ối không khí. Gió càng m ạnh làm gia tăng s ự cu ốn hút các ph ần t ử nước ở bề mặt c ủa n ước và đất chuy ển t ừ th ể lỏng thành th ể khí và cu ốn lên không trung. Gió làm chuy ển d ịch kh ối không khí ẩm g ần m ặt đất lên cao t ạo nên s ự gi ảm áp khi ến kh ối không khí khô h ơn tràn vào khi ến s ự tốc độ bốc h ơi tăng thêm. • Độ ẩm không khí càng th ấp càng làm gia t ăng ti ềm n ăng b ốc h ơi do s ự chênh l ệch áp su ất ở các l ớp không khí. Vào mùa khô, độ ẩm không khí th ấp khi ến áp su ất không khí th ấp theo, b ốc h ơi khi đó gia t ăng. Vào mùa m ưa, khoi độ ẩm không khí đạt giá tr ị cực đại (không khí bão hòa h ơi n ước) thì hi ện t ượng b ốc h ơi m ặt thoáng g ần nh ư không đáng k ể. • Các y ếu t ố môi tr ường khác nh ư y ếu t ố đất, cây tr ồng và các công trình trên m ặt đất ảnh hưởng đến s ự bốc h ơi. Đất cát t ạo nên s ự bốc h ơi l ớn nh ất so v ới đất sét. Vùng có nhi ều cây tr ồng, l ượng b ốc h ơi t ừ mặt đất c ũng b ớt đi. Trên m ặt đất, càng có nhi ều công trình bao ph ủ thì l ượng b ốc h ơi t ự nhiên gi ảm đi theo t ỉ lệ di ện tích b ị che khu ất. 17 ===\ Ch ươ ng 3: NHU C ẦU NƯỚC C ỦA CÂY TR ỒNG
20. Lớp Học Phần VNUA ( Khoa Nông Học ) - Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam Giáo trình H Ệ TH ỐNG T ƯỚI – TIÊU TS. LÊ ANH TU ẤN === Lượng b ốc h ơi th ường tính b ằng chi ều dày l ớp n ước b ốc h ơi, đơ n v ị là mm. T ốc độ bốc h ơi là lượng n ước b ốc h ơi trong m ột đơ n v ị th ời gian (mm/ngày). Các tr ạm khí t ượng ở Vi ệt Nam th ường đo b ốc h ơi b ằng ch ậu đo bốc h ơi lo ại A (Hình 3.2). Ch ậu đo b ốc h ơi lo ại A (A pan) là một ch ậu hình tr ụ tròn có đường kính 120,7 cm, cao 25 cm làm b ằng thép tráng k ẽm hay inox. Ch ậu được đặt trên m ặt đất kho ảng 15 cm trên m ột k ệ gỗ. Trong ch ậu có m ột ống tr ụ tròn nh ỏ cao 20 cm, đường kính 10 cm để đo m ực n ước qua m ột thi ết b ị gọi là th ước móc câu. Mực n ước đổ vào ch ậu m ỗi ngày ch ừng 20 cm. Ghi nh ận m ực n ước ngày hôm tr ước (kho ảng 7:00 gi ờ sáng), đến 24 gi ờ sau đo l ại s ự sụt gi ảm m ực n ước trong ch ậu để xác định l ượng b ốc h ơi m ặt. Đo bốc h ơi ph ải kèm đo m ưa, n ếu có m ưa ph ải tr ừ đi l ượng m ưa r ơi trong ngày. Hình 3.2: Ch ậu đo b ốc h ơi lo ại A Ngoài ra, có m ột s ố công th ức kinh nghi ệm xác định lượng bốc h ơi E: • Công th ức Maietikhomirov: E = d.(15 + 3 w) (3-1) • Công th ức Poliacov: E = 18,6 (1 + 0,2.w) d 2/3 (3-2) • Công th ức Davis: E = 0,5 d (3-3) trong 3 công th ức trên: E – lượng b ốc h ơi tháng, (mm/tháng); d – độ thi ếu h ụt lượng ẩm bão hòa bình quân tháng (d = H – r), %; w – tốc độ gió trung bình tháng ở độ cao 8 – 10 m, (m/s). 3 2 Tổng l ượng b ốc h ơi Ez (m ) trên m ột di ện tích bề mặt F (km ) trong m ột th ời đoạn nào đó được xác định theo công th ức: 3 Ez = 10 × E × F (3-4) trong đó E (mm) là t ổng l ượng b ốc h ơi trong th ời đoạn tính toán. 18 ===\ Ch ươ ng 3: NHU C ẦU NƯỚC C ỦA CÂY TR ỒNG
21. Lớp Học Phần VNUA ( Khoa Nông Học ) - Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam Giáo trình H Ệ TH ỐNG T ƯỚI – TIÊU TS. LÊ ANH TU ẤN === 3.1.2 Thoát hi (T) Thoát h ơi ( Transpiration ), ký hi ệu là T, là hi ện tượng n ước thoát ra không khí t ừ mặt lá, thân cây nh ư là m ột ph ản ứng sinh lý c ủa cây tr ồng để ch ống l ại s ự khô h ạn chung quanh nó. Hơi nước được h ệ th ống r ễ của cây hút lên và thoát ra t ừ lá cây qua các khí kh ổng ở bề mặt lá và thân cây (Hình 3.3). Lượng n ước thoát h ơi t ừ cây tr ồng tùy thu ộc vào t ổng di ện tích m ặt lá (lá r ộng, lá h ẹp), c ấu trúc lá (d ạng ph ẳng, xo ăn, cu ốn, ), h ướng lá (về phía tia b ức x ạ mặt tr ời nhi ều hay ít), s ự phân b ố rễ của cây (r ễ dày, r ễ th ưa). Trong ph ạm vi cây tr ồng, l ượng n ước thoát h ơi l ớn hơn r ất nhi ều (có th ể lên đến 90% t ổng l ượng nước t ưới) so v ới l ượng b ốc h ơi t ừ mặt đất. Sự thoát h ơi ở cây tr ồng gia t ăng khi b ức x ạ mặt tr ời l ớn, nhi ệt độ môi tr ường t ăng cao, không khí tr ở nên khô, gió m ạnh, độ ẩm th ấp. Xác địnhl ượng thoát h ơi qua lá th ường khó kh ăn và ít chính xác. Thông th ường ng ười ta xác định l ượng thoát h ơi c ủa cây tr ồng t ừ các thông s ố khác trong ph ươ ng trình cân b ằng nước. Hình 3.3: Chuy ển v ận c ủa n ước trong đất ra không khí qua h ệ th ống r ễ của cây tr ồng. 3.1.3 Bc thoát hi tham chi u (ET o) Năm 1990, T ổ ch ức L ươ ng Nông Th ế gi ới (FAO), H ội T ưới tiêu Qu ốc t ế và T ổ ch ức Khí t ượng Th ế gi ới t ổ ch ức m ột h ội ngh ị để th ống nh ất ph ươ ng pháp xác định l ượng b ốc thoát h ơi c ủa cây tr ồng. Các nhà khoa h ọc (Doorenhos và Fruit, 1975) đã đư a ra khái ni ệm l ượng b ốc thoát h ơi tham chi ếu (Reference evapotranspiration ), vi ết t ắt là ET o, để ch ỉ kh ả năng b ốc thoát h ơi th ực vật theo m ột tiêu chu ẩn ho ặc điều ki ện tham kh ảo. ET o là l ượng n ước dùng để tưới cho m ột cây tr ồng là c ỏ chu ẩn, tr ồng và ch ăm sóc đúng k ỹ thu ật, ph ủ đều trên toàn b ộ mặt đất và được cung cấp n ước đầy đủ theo m ột điều ki ện t ối ưu. Ph ươ ng pháp xác định l ượng b ốc thoát h ơi tham chi ếu được FAO khuy ến kích áp d ụng chung cho toàn th ế gi ới và được th ể hi ện qua tài li ệu: “ Crop evapotranspiration – Guidelines for 19 ===\ Ch ươ ng 3: NHU C ẦU NƯỚC C ỦA CÂY TR ỒNG
22. Giáo trình H Ệ TH ỐNG T ƯỚI – TIÊU TS. LÊ ANH TU ẤN === computing crop water requirement – FAO Irrigation and Drainage Paper 56 ”. Một s ố ph ươ ng pháp để xác định ET o (Hình 3.4): • Ph ươ ng pháp Th ủy tiêu k ế (Lysimeter) • Ph ươ ng pháp Penman – Monteith; • Ph ươ ng pháp Blaney – Crriddle; • Ph ươ ng pháp b ốc h ơi ch ậu A. YU T KHÍ H U Nắng +Ph. pháp th ủy tiêu k ế + Ph. pháp b ốc h ơi ch ậu ET o Gió Nhi ệt độ E Độ ẩm + Ph. pháp Penman – Monteith + Ph. pháp Blaney – Crriddle CÂY TR NG Hình 3.4: Các ph ươ ng pháp xác định l ượng b ốc thoát h ơi ti ềm n ăng ET o a. Ph ư ng pháp dùng Th y tiêu k Th ủy tiêu k ế (Lysimeter ) là m ột thi ết b ị dùng để xác định giá tr ị bốc thoát h ơi tham chi ếu (ET o) của một cây tr ồng theo m ột điều ki ện t ưới ch ủ động. B ằng cách đo th ể tích n ước hay trong l ượng ta có th ể xác định l ượng b ốc thoát h ơi d ựa vào ph ươ ng trình cân b ằng n ước. Th ủy tiêu k ế có d ạng là m ột thùng hình tr ụ tròn được đổ đầy đất nh ư lo ại đất canh tác. Đáy thùng có ch ỗ để nước thoát ra nh ằm đo l ượng th ấm sâu. Bên c ạnh đó, thi ết b ị đo m ưa b ằng thùng đo mưa c ũng được l ắp đặt. M ặt trên c ủa thùng, cây tr ồng được gieo c ấy đều đặn gi ống nh ư môi tr ường bên ngoài (Hình 3.5). 20 ===\ Ch ươ ng 3: NHU C ẦU NƯỚC C ỦA CÂY TR ỒNG
23. Giáo trình H Ệ TH ỐNG T ƯỚI – TIÊU TS. LÊ ANH TU ẤN === Đo m ưa (R) Bốc thoát h ơi (ET o) Tưới (I) Hầm đo th ấm sâu (DP) Hình 3.5: B ố trí thi ết b ị Th ủy tiêu k ế Một cách t ổng quát, b ằng cách đo l ượng m ưa r ơi trong khu v ực (R), l ượng t ưới (I) và l ượng th ấm sâu xu ống đất (P), l ượng b ốc thoát h ơi (ET o) s ẽ được xác định theo: ET o = R + I – P (3-5) Một s ố nơi, ng ười ta dùng cân (đặt ở dưới th ủy tiêu k ế) để xác định s ự thay đổi l ượng n ước ở th ủy tiêu k ế để xác định l ượng b ốc thoát h ơi. • Ph ư ng pháp 3 thùng Đối v ới cây lúa và m ột s ố cây tr ồng c ạn, ng ười ta c ũng xác định tr ực ti ếp l ượng b ốc thoát h ơi bằng th ủy tiêu k ế nh ưng đặt 3 thùng khác nhau. Ph ươ ng pháp này th ường được g ọi là ph ươ ng pháp 3 thùng. Dùng 3 thùng hình kh ối vuông có kích th ước 60 x 60 x 60 cm, trong đó có 2 thùng không đáy và 1 thùng có đáy. Đặt 3 thùng này ngoài đồng, thùng được chon xu ống đất sao cho mi ệng thùng ngang v ới m ặt ru ộng nh ư hình 3.6. Dùng th ước móc câu để xác định m ực n ước trên m ặt ru ộng. Thi ết b ị đo m ưa (R) c ũng được l ắp đặt ở khu thí nghi ệm. 21 ===\ Ch ươ ng 3: NHU C ẦU NƯỚC C ỦA CÂY TR ỒNG
24. Giáo trình H Ệ TH ỐNG T ƯỚI – TIÊU TS. LÊ ANH TU ẤN === A B C ET E E P P Hình 3.6: B ố trí thí nghi ệm xác định l ượng b ốc thoát h ơi theo ph ươ ng pháp 3 thùng Gọi tên 3 thùng theo th ứ tự nh ư trên hình v ẽ là thùng A, thùng B và thùng C. Thùng A không đáy, có cây tr ồng. Thùng B không đáy và không có cây tr ồng. Thùng C có đáy và không có cây tr ồng. G ọi E là l ượng n ước b ốc h ơi t ự do m ặt thoáng, T là l ượng n ước thoát h ơi t ừ lá và P là lượng n ước m ất do th ấm sâu. Cân b ằng n ước ở mỗi thùng nh ư sau: Thùng A: a = E + T – P Thùng B: b = E – P Thùng C: c = E Suy ra: Lượng th ấm sâu P = c – b (3-6) Lượng thoát h ơi T = a – b (3-7) Lượng b ốc thoát h ơi ET = a + c – b (3-8) Ph ươ ng pháp này t ươ ng đối d ễ th ực hi ện nh ưng k ết qu ả có th ể không chính xác l ắm do: • Sự xáo tr ộn khi đổ đất tr ồng vào thùng có th ể ảnh h ưởng đến giá tr ị th ấm. • Di ện tích m ặt thùng th ủy tiêu k ế th ường không l ớn nên tính đại di ện không cao. • Nhi ệt độ đất bên trong và bên ngoài thùng có th ể chênh l ệch làm ảnh h ưởng s ự bốc thoát hơi n ước c ủa cây tr ồng. b. Ph ư ng pháp Penman – Monteith Ph ươ ng pháp Panman – Monteith xác định giá tr ị bốc thoát h ơi là m ột hàm s ố ph ụ thu ộc nhi ều thông s ố th ời ti ết t ại ch ỗ và chung quanh khu v ực xem xét. Các thông s ố này được mô t ả chi ti ết trong tài li ệu h ướng d ẫn tính toán c ủa FAO Irrigation and Drainage Paper. No. 56 : Guidelines for computing crop water requirement, (1985). Tính giá tr ị bốc thoát h ơi theo Panman – Monteith có ph ần m ềm máy tính CROPWAT cho k ết qu ả nhanh và ti ện l ợi h ơn. Lượng b ốc thoát h ơi tham chi ếu ET o được tính theo Panman – Monteith: 22 ===\ Ch ươ ng 3: NHU C ẦU NƯỚC C ỦA CÂY TR ỒNG
25. Giáo trình H Ệ TH ỐNG T ƯỚI – TIÊU TS. LÊ ANH TU ẤN === (3-9) trong đó: ET o - lượng b ốc thoát h ơi tham chi ếu chung đối v ới cây tr ồng (mm/ngày); 2 Rn - bức x ạ mặt tr ời trên b ề mặt cây tr ồng (MJ/m /ngày); G - mật độ dòng nhi ệt trong đất (MJ/m 2/ngày); T - nhi ệt độ trung bình ngày t ại v ị trí 2 m t ừ mặt đất ( °C); u2 - tốc độ gió t ại chi ều cao 2 m t ừ mặt đất (m/s); ex - áp su ất h ơi n ước bão hòa (kPa); ea - áp su ất h ơi n ước th ực t ế (kPa); ∆ - độ dốc c ủa áp su ất h ơi n ước trên đường cong quan h ệ nhi ệt độ (kPa/ °C); γ - hằng s ố ẩm (kPa/ °C). Các giá tr ị thông s ố nói trên có th ể tính t ừ số li ệu do ngành khí t ượng cung c ấp k ết h ợp v ới công th ức và b ảng tra theo tài li ệu c ủa FAO, Granier (1985). Ph ươ ng pháp Panman – Monteith cho k ết qu ả tươ ng đối chính xác nh ưng kh ối l ượng tính toán l ớn, ph ức t ạp và ph ải có đủ tài li ệu ban đầu. c. Ph ư ng pháp Blaney - Crridle Blaney – Crridle cho công th ức tính b ốc thoát h ơi tham chi ếu ET o (mm/ngày) đơ n gi ản h ơn: ET o = p(0,48T + 8) (3-10) trong đó: T - nhi ệt độ trung bình ngày ( °C); p - tỷ lệ ph ần tr ăm s ố gi ờ chi ếu sáng trung bình n ăm đối v ới các ngày c ủa tháng trong m ột chu k ỳ tưới. Giá tr ị của p ph ụ thu ộc vào v ĩ độ địa lý n ơi xem xét và th ời gian tính toán cho th ời v ụ cây tr ồng, xác định theo b ảng 3.1. Bảng 3.1: Bảng tra h ệ số p trong công th ức Blaney-Criddle Vĩ độ Tháng Bắc I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Nam VII VIII IX X XI XII I II III IV V VI 60 ° 0.15 0.20 0.26 0.32 0.38 0.41 0.40 0.34 0.28 0.22 0.17 0.13 55 ° 0.17 0.21 0.26 0.32 0.36 0.39 0.38 0.33 0.28 0.23 0.18 0.16 50 ° 0.19 0.23 0.27 0.31 0.34 0.36 0.35 0.32 0.28 0.24 0.20 0.18 45 ° 0.20 0.23 0.27 0.30 0.34 0.35 0.34 0.32 0.28 0.24 0.21 0.20 40° 0.22 0.24 0.27 0.30 0.32 0.34 0.33 0.31 0.28 0.25 0.22 0.21 35 ° 0.23 0.25 0.27 0.29 0.31 0.32 0.32 0.30 0.28 0.25 0.23 0.22 30 ° 0.24 0.25 0.27 0.29 0.31 0.32 0.31 0.30 0.28 0.26 0.24 0.23 25 ° 0.24 0.26 0.27 0.29 0.30 0.31 0.31 0.29 0.28 0.26 0.25 0.24 20 ° 0.25 0.26 0.27 0.28 0.29 0.30 0.30 0.29 0.28 0.26 0.25 0.25 15 ° 0.26 0.26 0.27 0.28 0.28 0.29 0.29 0.28 0.28 0.27 0.26 0.25 10 ° 0.26 0.27 0.27 0.28 0.28 0.29 0.29 0.28 0.28 0.27 0.26 0.26 5° 0.27 0.27 0.27 0.28 0.28 0.28 0.28 0.28 0.28 0.27 0.27 0.27 0° 0.27 0.27 0.27 0.27 0.27 0.27 0.27 0.27 0.27 0.27 0.27 0.27 (Ngu ồn: Brouwer và Heibloem, 1986 ) 23 ===\ Ch ươ ng 3: NHU C ẦU NƯỚC C ỦA CÂY TR ỒNG
26. Giáo trình H Ệ TH ỐNG T ƯỚI – TIÊU TS. LÊ ANH TU ẤN === Ví d ụ 3.1: Tính l ượng b ốc thoát h ơi tham chi ếu ET o theo Blaney – Crridle cho tháng 4 ở vùng có vĩ độ 25 ° Bắc. Cho bi ết nhi ệt độ trung bình ngày trong tháng 4 là 21,5 °C. Gi ải: Tại v ĩ độ 25 ° Bắc trong tháng 4 có p = 0,29 (tra b ảng 3.1). V ới T = 21,5 °C thì l ượng b ốc thoát h ơi tham chi ếu s ẽ là: ET o = p(0,48T + 8) = 0,29 (0,48 × 21,5 + 8) = 5,2 mm/ngày Công th ức Blaney – Crridle được s ử dụng ph ổ bi ến nh ờ đơ n gi ản và nh ất là khi không có đầy đủ số li ệu quan tr ắc. N ăm 1977, Doorenbos và Pruitt đã hi ệu ch ỉnh công th ức Blaney – Crridle bằng cách đư a thêm m ột s ố yếu t ố khí h ậu. Công th ức Blaney – Crridle hi ệu ch ỉnh nh ư sau: (3-11) trong đó: N - số ngày t ưới trong 1 chu k ỳ tưới (10 ≤ N ≤ 30) (ngày); a - hệ số kinh nghi ệm, ph ụ thu ộc RH min (%) và t ỷ số n/N; b - hệ số kinh nghi ệm, ph ụ thu ộc vào RH min , n/N và U d; RH min - độ ẩm t ươ ng đối t ối thi ểu (%); n/N - tỷ số gi ờ nằng th ực t ế/ gi ờ nắng l ớn nh ất; Ud - tốc độ gió trung bình ngày (m/s); P - tỷ lệ ph ần tr ăm s ố gi ờ chi ếu sáng trung bình, l ấy theo b ảng 3.1; T - nhi ệt độ trung bình ngày trong th ời k ỳ tưới ( °C); K1, K 2, K 5 – các h ệ số điều ch ỉnh, có th ể lấy K 1 = 2,19; K 2 = 8,13, K 5 = 1. d. Ph ư ng pháp ch u b c h i lo i A Dùng ch ậu b ốc h ơi lo ại A ( đã mô t ả ở mục 3.1.1) đo s ự thay đổi m ực n ước trong ch ậu. L ượng bốc h ơi tham chi ếu ET o được xác định theo: ET o = K p × E pan (3-12) trong đó: Epan - lượng b ốc h ơi đo tr ực ti ếp t ừ ch ậu (mm). Kp - hệ số bốc h ơi ch ậu. K p ph ụ thu ộc vào hình dáng ch ậu (lo ại ch ậu, màu s ắc), vị trí đặt ch ậu, điều ki ện độ ẩm và gió. Giá tr ị Kp th ường trong kho ảng 0,35 – 0,85, trung bình có th ể ch ọn K p = 0,70. Nếu xét đến v ị trí đặt ch ậu nh ư hình 3.7 thì K p lấy theo bảng 3.2. 24 ===\ Ch ươ ng 3: NHU C ẦU NƯỚC C ỦA CÂY TR ỒNG
27. Giáo trình H Ệ TH ỐNG T ƯỚI – TIÊU TS. LÊ ANH TU ẤN === Tr ường h ợp A Tr ường h ợp B Gió Gió Vùng Vùng Ch ậu Vùng Vùng Ch ậu đất tr ống tr ồng cây tr ồng cây đất tr ống ≥ 50 m DA ≥ 50 m DB Hình 3.7: Hai tr ường h ợp đặt ch ậu Bảng 3.2. B ảng tra h ệ số Kp cho ch ậu A Tr ường h ợp A: Tr ường h ợp B: Ch ậu A đặt trên th ảm c ỏ đặt trên m ặt đất khô ráo Độ ẩm RH Th ấp Tr. Bình Cao Th ấp Tr. Bình Cao trung bình (%) 70 70 Vận t ốc gió D D A B (m/s) (m) (m) Nh ẹ 1 0.55 0.65 0.75 1 0.7 0.8 0.85 8 10 0.45 0.55 0.6 10 0.45 0.5 0.55 100 0.5 0.6 0.65 100 0.4 0.45 0.5 1000 0.55 0.6 0.65 1000 0.35 0.4 0.45 (Ngu ồn: FAO, Irrigation and Drainage paper No. 50 ) 25 ===\ Ch ươ ng 3: NHU C ẦU NƯỚC C ỦA CÂY TR ỒNG
28. Giáo trình H Ệ TH ỐNG T ƯỚI – TIÊU TS. LÊ ANH TU ẤN === 3.2 NHU C U N C C A CÂY TR NG 3.2.1 Khái ni m Trong tính toán nhu c ầu n ước cho cây tr ồng, ng ười ta th ường g ộp l ượng n ước m ất đi t ừ bốc h ơi và thoát h ơi l ại thành m ột và g ọi chung là l ượng b ốc thoát h ơi ( evapotranspiration ), vi ết t ắt là ET. Trong m ột vùng đất, khi ch ưa có cây tr ồng, ET s ẽ là E. Khi vùng đất được che ph ủ bởi cây tr ồng trên 90% di ện tích đất, tr ị ET tr ở thành T. L ượng b ốc thoát h ơi là thông s ố quan tr ọng nh ất để xác định nhu c ầu n ước c ủa cây tr ồng. M ột cách g ần đúng ta có th ể xem: (Nhu c u n ưc c a cây tr ng) ≈≈≈ (L ưng b c thoát h i) Mu ốn xác định l ượng ET, th ường ph ải làm thí nghiệm khá công phu và m ất th ời gian. ET là thông s ố tùy thu ộc vào nhi ều y ếu t ố: • Yếu t ố khí h ậu; • Lớp ph ủ th ực v ật; • Điều ki ện đất. 3.2.2 Bc thoát hi cây tr ng (ET c) Bốc thoát h ơi cây tr ồng ( Crop evapotranspiration ), vi ết t ắt là ET c, theo th ực t ế xác định theo: ET c = K c . ET o (3-13) Trong đó, K c là h ệ số cây tr ồng (crop coefficient ), K c thay đổi theo lo ại cây tr ồng, th ời v ụ canh tác và giai đoạn sinh tr ưởng c ủa cây tr ồng. S ự thay đổi c ủa K c có th ể bi ểu hi ện b ằng đường cong Kc theo giai đoạn sinh tr ưởng c ủa cây tr ồng (Hình 3.8). Đường cong này xác định b ằng th ực nghi ệm. Tr ường h ợp thi ếu điều ki ện số li ệu quan tr ắc , có th ể tham kh ảo k ết qu ả công b ố của FAO (2001) theo Bảng 3.3 và B ảng 3.4. Bảng 3.5 cho th ời gian tr ồng và s ố ngày ứng v ới th ời k ỳ sinh tr ưởng c ủa cây tr ồng. Đường K c th ực 1.2 Đường K c thi ết k ế 1.0 0.8 Kc Ra hoa 0.6 Kt trái Thu 0.4 Phát tri n ho ch Gieo 0.2 ht 0.0 Giai on sinh tr ưng c a cây tr ng Hình 3.8: Ví d ụ sự thay đổi giá tr ị Kc theo giai đoạn sinh tr ưởng c ủa cây tr ồng 26 ===\ Ch ươ ng 3: NHU C ẦU NƯỚC C ỦA CÂY TR ỒNG
29. Giáo trình H Ệ TH ỐNG T ƯỚI – TIÊU TS. LÊ ANH TU ẤN === Bảng 3.3: Kho ảng giá tr ị Kc của m ột s ố lo ại cây tr ồng theo mùa (FAO, 2001) Lo ại Giai đoạn Giai đoạn Giai đoạn Giai đoạn cây tr ồng đầu (gieo h ạt) phát tri ển ra hoa – kết trái thu ho ạch Cải b ắp 0,30 – 0,40 0,70 – 0,80 0,95 – 1,10 0,80 – 0,95 Cà r ốt 0,40 – 0,50 0,70 – 0,80 0,95 – 1,10 0,80 – 0,95 Bông v ải 0,40 – 0,50 0,70 – 0,80 1,00 – 1,10 0,65 – 0,70 Đậu ph ộng 0,40 – 0,50 0,70 – 0,80 0,95 – 1,05 0,55 – 0,65 Đậu xanh 0,30 – 0,40 0,65 – 0,75 0,95 – 1,05 0,85 – 0,95 Đậu Hà Lan 0,40 – 0,50 0,70 – 0,80 1,05 – 1,20 0,95 – 1,10 Đậu nành 0,30 – 0,40 0,70 – 0,80 1,00 – 1,15 0,40 – 0,50 Dưa leo 0,40 – 0,50 0,70 – 0,80 0,85 – 0,95 0,70 – 0,80 Bắp 0,30 – 0,50 0,70 – 0,980 1,05 – 1,20 0,70 – 0,80 Khoai tây 0,40 – 0,50 0,70 – 0,80 1,05 – 1,15 0,70 – 0,80 Mía 0,40 – 0,50 0,80 – 0,90 1,10 – 1,20 0,60 – 0,70 Hồ tiêu 0,30 – 0,40 0,60 – 0,75 0,95 – 1,05 0,70 – 0,80 Cà chua 0,40 – 0,50 0,70 – 0,80 1,05 – 1,25 0,70 – 0,90 Lúa mì 0,30 – 0,40 0,70 – 0,80 0,95 – 1,20 0,20 – 0,25 Lúa m ạch 0,30 – 0,40 0,70 – 0,80 0,95 – 1,20 0,20 – 0,25 Lúa n ước 1,10 – 1,15 1.10 – 1,50 1,10 – 1,30 0,95 – 1,05 Hành 0,40 – 0,60 0,70 – 0,80 0,95 – 1,05 0,75 – 0,85 Củ cải 0,40 – 0,50 0,55 – 0,65 0,85 – 0,95 0,85 – 0,95 Củ cải đường 0,40 – 0,50 0,75 – 0,85 1,05 – 1,20 0,60 – 0,70 Dưa h ấu 0,30 – 0,40 0,70 – 0,80 0,95 – 1,05 0,65 – 0,75 Ghi chú: Giá tr ị đầu: Khi độ ẩm cao (RH min > 70%) và gió nh ẹ (w 5 m/s) Khi không th ỏa điều ki ện trên, có th ể lấy tr ị trung bình. Bảng 3.4: Giá tr ị Kc của m ột s ố lo ại cây tr ồng l ưu niên (FAO, 2001) Cây tr ồng Còn non Tr ưởng thành Chu ối 0,45 – 0,55 1,05 – 1,15 Chanh 0,25 – 0,35 0,60 – 0,70 Táo 0,40 – 0,50 0,80 – 0,90 Nho 0,65 – 0,75 0,65 – 0,75 Bảng 3.5: Th ời gian tr ồng (ngày) và s ố ngày ứng v ới th ời k ỳ sinh tr ưởng c ủa cây tr ồng Th ời k ỳ Tổng Cây tr ồng Gieo s ạ - Ra hoa, Chín, th ời gian Tăng tr ưởng Cây con kết trái thu ho ạch 75 15 25 25 10 Đậu xanh 90 20 30 30 10 120 20 25 60 15 Bắp c ải 140 25 30 65 20 Cà r ốt 100 20 30 30 20 27 ===\ Ch ươ ng 3: NHU C ẦU NƯỚC C ỦA CÂY TR ỒNG
30. Giáo trình H Ệ TH ỐNG T ƯỚI – TIÊU TS. LÊ ANH TU ẤN === Th ời k ỳ Tổng Cây tr ồng Gieo s ạ - Ra hoa, Chín, th ời gian Tăng tr ưởng Cây con kết trái thu ho ạch 150 25 35 70 20 180 30 50 55 45 Bông v ải 195 30 50 65 50 105 20 30 40 15 Dưa leo 130 25 35 50 20 130 30 40 40 20 Cà tím 140 30 40 45 25 80 20 25 25 10 Bắp ng ọt 110 20 30 50 10 125 20 35 40 30 Bắp ch ăn nuôi 180 30 50 60 40 70 25 30 10 5 Hành lá 95 25 40 20 10 150 15 25 70 40 Hành c ủ 210 20 35 110 45 130 25 35 45 25 Đậu ph ụng 140 30 40 45 25 90 15 25 35 15 Đậu Hà Lan 100 20 30 35 15 120 25 35 40 20 Tiêu 210 30 40 110 30 105 25 30 30 20 Khoai tây 145 30 35 50 30 135 20 30 60 25 Đậu nành 150 20 30 70 30 95 20 30 30 15 Bí xanh 150 25 35 35 25 125 20 35 45 25 Hướng d ươ ng 130 25 35 45 25 135 30 40 40 25 Cà chua 180 35 45 70 30 3.3 LNG M A H U HI U (Re) Mưa là m ột ngu ồn cung c ấp n ước t ự nhiên r ất quan tr ọng và c ần thi ết cho đất và cây tr ồng. Khi lượng m ưa r ơi xu ống khu v ực canh tác không đủ nước cho cây tr ồng thì khi đó bu ộc chúng ta ph ải có bi ện pháp t ưới b ổ sung ( supplemental irrigation ) bù cho l ượng n ước thi ếu h ụt. Không ph ải t ất c ả lượng m ưa r ơi (rainfall ) đều được c ầy tr ồng s ử dụng, m ột ph ần n ước m ưa s ẽ th ấm sâu (deep percolation ) xu ống đất b ổ cập vào l ượng n ước ng ầm, m ột ph ần ch ảy tràn (runoff ) theo s ườn d ốc c ủa m ặt đất (Hình 3.6). Ph ần n ước m ưa th ấm sâu và ch ảy tràn theo s ườn d ốc mà cây tr ồng không s ử dụng được g ọi là l ượng m ưa không h ữu hi ệu. Ph ần n ước m ưa tr ữ lại trong tầng r ễ và được cây tr ồng h ấp thu g ọi là lưng m ưa h u hi u (Effective rainfall ), ký hi ệu là Re. (Lưng m ưa h u hi u) = (Lưng m ưa r i) – (L ưng th m sâu) – (L ưng ch y tràn) 28 ===\ Ch ươ ng 3: NHU C ẦU NƯỚC C ỦA CÂY TR ỒNG
31. Giáo trình H Ệ TH ỐNG T ƯỚI – TIÊU TS. LÊ ANH TU ẤN === Mây Mưa r i Mưa r i Ch y tràn Ch y tràn Th m sâu Th m sâu Hình 3.6: M ột ph ần m ưa r ơi s ẽ bị mất do ch ảy tràn và th ấm sâu Lượng ch ảy tràn và th ấm sâu tùy thu ộc vào địa hình, độ dốc, lớp ph ủ th ực v ật, lo ại đất, Thông th ường ph ải đo đạc th ực nghi ệm m ới có các s ố li ệu này. Sơ b ộ, có th ể tham kh ảo tài li ệu c ủa FAO (2001): Re = 0,8 R khi R > 75 mm/tháng (3-14) và Re = 0,6 R khi R < 75 mm/tháng (3-15) Tr ường h ợp thi ếu số li ệu đo đạc, có th ể tạm th ời s ử dụng s ố li ệu ở Bảng 3.6 để xác định l ượng mưa h ữu hi ệu t ừ lượng m ưa th ực đo. Bảng 3.6: Quan h ệ gi ữa l ượng m ưa th ực đo (R) và l ượng m ưa h ữu hi ệu (Re) Đơ n v ị tính: mm/tháng R Re R Re 00 00 130 79 10 00 140 87 20 02 150 95 30 08 160 103 40 14 170 111 50 20 180 119 60 26 190 127 70 32 200 135 80 39 210 143 90 47 220 151 100 55 230 159 110 63 240 167 120 71 250 175 (Ngu ồn: Brouwer và Heibloem, 1986 ) 29 ===\ Ch ươ ng 3: NHU C ẦU NƯỚC C ỦA CÂY TR ỒNG
32. Giáo trình H Ệ TH ỐNG T ƯỚI – TIÊU TS. LÊ ANH TU ẤN === Ghi chú: Tr ường h ợp, l ượng m ưa th ực đo n ằm gi ữa 2 tr ị số R cho trong b ảng 3.6, giá tr ị gần đúng c ủa Re sẽ được n ội suy theo công th ức: a → n Lượng m ưa th ực đo R i → j b → m a i b (3-16) Nếu các giá tr ị lượng m ưa th ực đo a, i, b đã bi ết. Tr ị lượng m ưa ữ ệ đượ ừ ả ứ ộ ẽ ượ n j m h u hi u n, m có c t b ng 3.3. Công th c n i suy s cho l ng mưa h ữu hi ệu: Lượng m ưa h ữu hi ệu Re (3-17) Ví d ụ 3.2: N ếu l ượng m ưa th ực đo là 175 mm thì l ượng m ưa h ữu hi ệu s ẽ là bao nhiêu? Gi ải: Lượng m ưa 175 mm n ằm gi ữa tr ị 170 mm và 180 mm, c ăn c ứ vào b ảng 3.3, t ươ ng ứng với 2 tr ị lượng m ưu h ữu hi ệu là 111 mm và 119 mm. Vậy l ượng m ưa h ữu hi ệu cho l ượng 175 mm s ẽ là: 3.4 NHU C U T I C A CÂY TR NG 3.4.1 Xác nh nhu c u t ưi ln nh t theo tháng Nhu c ầu t ưới cho m ột lo ại cây tr ồng nào đó chính là s ự hi ệu s ố gi ữa nhu c ầu n ước cho cây tr ồng và l ượng m ưa h ữu hi ệu. (Nhu c u t ưi ca cây tr ng) = (Nhu c u n ưc cho cây tr ng) – (Lưng m ưa h u hi u) Dựa vào th ời gian canh tác (t ừ tháng đến tháng), thành l ập b ảng để xác định nhu c ầu n ước theo tháng. Bên c ạnh đó thu th ập s ố li ệu m ưa tháng trung bình c ủa giai đoạn canh tác. L ượng mưa h ữu hi ệu được tính ho ặc suy t ừ bảng tra (Ph ần 3.3). Sự chênh l ệch gi ữa nhu c ầu n ước cây tr ồng và l ượng m ưa h ữu hi ệu theo tháng chính là nhu c ầu tưới theo tháng c ủa cây tr ồng. L ập b ảng tính toán để có k ết qu ả, đồng th ời xác định được tháng có m ức t ưới cao nh ất. L ấy giá tr ị mức t ưới cao nh ất tháng làm c ơ s ở thi ết k ế công trình t ưới cho th ời v ụ. 30 ===\ Ch ươ ng 3: NHU C ẦU NƯỚC C ỦA CÂY TR ỒNG
33. Giáo trình H Ệ TH ỐNG T ƯỚI – TIÊU TS. LÊ ANH TU ẤN === Ví d ụ 3.3: Gi ả sử có m ột cánh đồng tr ồng cà chua v ới th ời gian sinh tr ưởng là 150 ngày. Th ời v ụ canh tác cà chua là t ừ tháng 2 đến tháng 6. Nhu c ầu n ước cho cà chua theo t ừng tháng cho ở bảng sau: Tháng 2 3 4 5 6 Tổng Nhu c ầu n ước 69 123 180 234 180 786 (mm/tháng) Tr ạm Khí t ượng cung c ấp giá tr ị lượng m ưa trung bình c ủa các tháng cho ở bảng sau: Tháng 2 3 4 5 6 Tổng Lượng m ưa R 20 38 40 80 16 194 (mm/tháng) Hãy xác định l ượng nước c ần t ưới cho cà chua t ừng tháng. Gi ải: Sử dụng b ảng 3.6 để ước l ượng l ượng m ưa h ữu hi ệu Re, k ết qu ả cho ở bảng sau: Tháng 2 3 4 5 6 Tổng Lượng m ưa 2 13 14 39 0 68 hữu hi ệu Re (mm/tháng) Vậy, nhu c ầu t ưới cho cà chua theo t ừng tháng s ẽ là: Tháng 2 3 4 5 6 Tổng Lượng t ưới 67 110 166 195 180 718 (mm/tháng) Nhìn k ết qu ả trên, ta d ễ dàng bi ết tháng 5 là tháng cao điểm c ủa nhu c ầu t ưới. Nh ư v ậy, n ếu thi ết kế hệ th ống t ưới cho v ụ cà chua trong kho ảng th ời v ụ này, giá tr ị max c ủa nhu c ầu t ưới theo tháng s ẽ là 195 mm/tháng. N ếu ph ải làm kênh d ẫn n ước thì l ưu l ượng d ẫn n ước ph ải th ỏa cho l ớp nước t ưới này trên toàn b ộ di ện tích tr ồng cà chua. 3.4.2 Ch tưi c a các lo i cây tr ng Mỗi lo ại cây tr ồng c ần có m ột ch ế độ tưới nh ất định. Vi ệc xác định ch ế độ tưới là quá trình tính toán thành l ập đường quá trình định m ức t ưới theo t ừng giai đoạn sinh tr ưởng c ủa cây tr ồng. Mục đích chính là nh ằm đạt m ục tiêu n ăng su ất c ũng nh ư tính kinh t ế trong xây d ựng và qu ản lý công trình t ưới. Mức t ưới (ký hi ệu là m) là l ượng n ước c ần t ưới ( đơ n v ị là th ể tích kh ối n ưới tưới, m 3) cho m ột đơ n v ị di ện tích cây tr ồng (tính theo hecta, ha). M ức t ưới được tính b ằng m3/ha. Hệ số tưới ( coefficient of irrigation ) là l ượng n ước c ần cung c ấp cho 1 đơ n v ị di ện tích trong kho ảng th ời gian nh ất định để đạt được m ức t ưới. (3-18) trong đó: q - hệ số tưới (l/s.ha); m - mức t ưới (m 3/ha); t - th ời gian t ưới (ngày); 86,4 - hệ số quy đổi đơ n v ị. 31 ===\ Ch ươ ng 3: NHU C ẦU NƯỚC C ỦA CÂY TR ỒNG
34. Giáo trình H Ệ TH ỐNG T ƯỚI – TIÊU TS. LÊ ANH TU ẤN === Lưu ý: 1 m 3/ha = 10 mm 1 l/s.ha = 8,64 mm/ngày.ha = 86,4 m 3/ngày.ha 3.4.3. Xác nh m c t ưi cho cây lúa Cây lúa có nhi ều giai đoạn sinh tr ưởng, c ụ th ể nh ư hình 3.7. Tủy theo gi ống lúa và mùa v ụ, th ời gian sinh tr ưởng t ừ lúc s ạ/c ấy đến khi thu ho ạch kho ảng t ừ 95 – 145 ngày. Ta có th ể gọi giai đoạn t ừ khi có cây m ạ đến lúc ch ồi max là th ời k ỳ phát tri ển, giai đoạn cây lúa làm đòng (t ượng gié) - trổ bông là th ời k ỳ tr ổ bông hay th ời k ỳ sinh s ản, cu ối cùng khi h ạt lúa ng ậm s ữa – ch ắc xanh cho đến lúc thu ho ạch là th ời k ỳ chín. Hình 3.7: Các giai đoạn sinh tr ưởng c ủa cây lúa và nhu cầu t ưới (x ấp x ỉ) Nếu không cung c ấp đủ nước cho cây lúa trong giai đoạn t ăng tr ưởng, s ố lượng ch ồi và chi ều cao cây có th ể bị gi ảm. N ếu có t ưới l ại, cây lúa s ẽ ph ục h ồi nh ưng n ăng su ất có kh ả năng gi ảm. Trong giai đoạn phát d ục c ủa cây lúa (làm đòng – tr ổ bông), n ếu b ị hạn hán kéo dài, n ăng su ất lúa sẽ gi ảm rõ r ệt. Trong canh tác lúa, có hai th ời k ỳ tưới quan tr ọng là th ời k ỳ tưới ải (chu ẩn b ị đất) và th ời k ỳ tưới dưỡng. T ưới ải nh ằm làm m ềm đất cho đến khi đất được bão hòa n ước t ạo điều ki ện cho vi ệc cày ải. Th ời k ỳ làm ải th ường kho ảng 2 – 3 tu ần, không nên kéo dài quá 4 tu ần vì s ẽ ảnh h ưởng đến các v ụ sau. Tưới d ưỡng nh ằm duy trì l ượng n ước c ần trong ru ộng bù cho l ượng n ước m ất đi do bốc thoát h ơi và th ấm rút xu ống đất trong giai đoạn t ừ sau khi c ấy cho đến khi lúa g ần chín. 32 ===\ Ch ươ ng 3: NHU C ẦU NƯỚC C ỦA CÂY TR ỒNG
35. Giáo trình H Ệ TH ỐNG T ƯỚI – TIÊU TS. LÊ ANH TU ẤN === • Lng n c t i cho th i k làm i (15 – 30 ngày) Wta = Wc + Wbh + We + Wp – 10 CR (3-19) trong đó: Wta - lớp nước t ưới ải, mm; 3 Wc - lớp n ước ở chân ru ộng, m /ha; W c = a, v ới a = 20 – 30 mm; Wbn - lớp nước bão hòa trong t ầng đất m ặt ru ộng, mm; 4 Wbh = 10 HA (1 - βn) H - chi ều sâu l ớp đất bão hòa, mm; A - độ rổng theo th ể tích c ủa đất, %; βn - độ ẩm ban đầu c ủa đất, (% của độ rỗng A); Xem minh h ọa ở hình 3.8. We - lớp n ước b ốc h ơi trong th ời gian làm ải; mm We = 10. E × t a E - bốc h ơi trung bình ngày trong th ời gian làm ải, mm/ngày; ta - th ời gian làm ải, ngày; Wp - lượng th ấm ổn định; mm Wp = 10 K e. I. t Ke - hệ số th ấm ổn định,t ủy theo lo ại đất, mm/ngày; J - gradient th ấm ổn định; t - th ời gian th ấm ổn định, ngày C - hệ số sử dụng n ước m ưa Re - lớp n ước m ưa h ữu hi ệu, mm; R - lớp n ước m ưa đo th ực t ế từ thùng đo m ưa, mm Bốc h ơi E Mưa R a Đất ru ộng H Độ ẩm ban đầu βn, Độ rỗng đất A% Th ấm W p Mực n ước ng ầm Hình 3.8: Minh h ọa các thông s ố của ph ươ ng trình 3.19 Hệ số tưới ải q (l/s.ha) s ẽ xác định theo công th ức: (3-20) 33 ===\ Ch ươ ng 3: NHU C ẦU NƯỚC C ỦA CÂY TR ỒNG
36. Giáo trình H Ệ TH ỐNG T ƯỚI – TIÊU TS. LÊ ANH TU ẤN === • Lng n c t i dng Dựa vào ph ươ ng trình cân b ằng n ước: I = ET + P – R (3-21) trong đó: I - lớp n ước t ưới, mm; ET - lớp n ước m ất đi do b ốc thoát h ơi, mm P - lớp n ước th ấm rút, mm; R - lớp n ước m ưa r ơi xu ống, mm. Để đo l ượng th ấm rút xu ống đất, ng ười ta chôn 2 thùng tr ụ tròn đồng tâm có đường kính l ần l ượt là 30 cm và 60 cm xu ống đất (hình 3.9). N ước ở hai thùng b ằng nhau, thùng ngoài có tác d ụng tạo gradient th ủy l ực để nước ở thùng trong bảo đảm được th ấm th ẳng đứng xu ống đất. Đo t ốc độ hạ th ấp m ực n ước ở thùng trong để xác định t ốc độ th ấm rút theo mm/gi ờ. Thùng ngoài 60 cm Thùng trong 30 cm 20 cm Nước 10 -15 cm Đất Th ấm Hình 3.9: B ố trí đo th ấm rút ngoài đồng Sự th ấm rút ph ụ thu ộc vào lo ại đất tr ồng, ví d ụ một k ết qu ả đo cho ở bảng 3.7. B ảng 3.8 cho phân lo ại m ức độ th ấm rút. Bảng 3.7: T ốc độ th ấm rút c ủa m ột s ố lo ại đất Tốc độ th ấm rút (mm/gi ờ) Lo ại đất Đất có th ảm th ực v ật Đất tr ống Đất th ịt 25 13 Đất th ịt m ịn 15 8 Đất th ịt pha sét 5 3 34 ===\ Ch ươ ng 3: NHU C ẦU NƯỚC C ỦA CÂY TR ỒNG
37. Giáo trình H Ệ TH ỐNG T ƯỚI – TIÊU TS. LÊ ANH TU ẤN === Bảng 3.8: Phân lo ại t ốc độ th ấm Mức độ Tốc độ th ấm (mm/gi ờ) Nhanh > 160 Nhanh – Trung bình 50 - 160 Trung bình 16 - 50 Trung bình – Ch ậm 5 - 16 Ch ậm 1,25 – 5,0 Rất ch ậm < 1,25 • nh l ng ti dng b ng ph ơ ng pháp l p b ng Lập b ảng tính s ơ b ộ dựa vào ph ươ ng trình cân b ằng n ước ứng m ỗi th ời đoạn 10 ngày t ại m ỗi giai đoạn sinh tr ưởng theo ví d ụ ở bảng 3.9. Bảng 3.9: Cân b ằng n ước trên ru ộng lúa trong th ời k ỳ tưới d ưỡng Đơ n v ị tính: mm Lớp Bốc Lớp n ước Th ời k ỳ Lượng Lượng Lớp n ước Lớp n ước Th ời đoạn nước thoát Th ấm bình quân sinh mưa tưới cu ối th ời cây lúa 10 ngày đầu th ời hơi P gi ữa đầu tr ưởng R I đoạn S2 yêu c ầu đoạn S1 ET và cu ối kỳ (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10) Cấy 1/5 – 10/5 30 24 10 15 39 40 35 30 - 40 16/5 – 26/5 40 30 8 20 18 40 40 27/5 – 6/6 40 Nảy ch ồi 30 - 50 7/6 17/6 Tr ổ đòng 30 - 60 Ng ậm s ữa 10 – 20 Ch ắc xanh 10 Chín 0 Các b ước tính toán: o Lập b ảng theo m ẫu ở trên; o Lớp n ước ở th ời đoạn đầu S1 dựa vào th ực t ế ngoài đồng ho ặc gi ả định; o Các s ố li ệu ở cột (4), (5) và (6) l ấy t ừ Tr ạm Khí t ượng; o Lượng n ước t ưới I c ăn c ứ vào l ớp n ước cây lúa yêu c ầu và d ự ki ến l ớp n ước th ời đoạn cu ối mà định m ức t ưới; o Lớp n ước ở th ời đoạn cu ối S 2 (mỗi th ời đoạn 10 ngày): S2 = S 1 + R + I – ET – P (3-22) o Lượng n ước bình quân gi ữa đầu và cu ối k ỳ: (3-23) o Lớp n ước cây lúa yêu c ầu th ường d ựa vào các nghiên c ứu nhu c ầu l ớp n ước ở từng giai đoạn sinh tr ưởng mà đư a ra khuy ến cáo. Kết qu ả trên mang tính s ơ b ộ vì có m ột s ố cột s ố li ệu khí t ượng ch ỉ là ph ỏng đoán. Theo th ực t ế canh tác và di ễn bi ến th ời ti ết mà b ảng trên s ẽ có các b ước hi ệu ch ỉnh. 35 ===\ Ch ươ ng 3: NHU C ẦU NƯỚC C ỦA CÂY TR ỒNG
38. Giáo trình H Ệ TH ỐNG T ƯỚI – TIÊU TS. LÊ ANH TU ẤN === • nh l ng ti dng b ng ph ơ ng pháp gi i Các b ước th ực hi ện (Hình 3.10): o Lập đồ th ị có 2 tr ục: tr ục hoành là th ời gian sinh tr ưởng c ủa cây lúa, tr ục tung là m ức t ưới tươ ng ứng; o Vẽ đường l ũy tích n ước hao (ΣWhao ): Whao = ET + P; o Vẽ đường l ũy tích n ước hao A = (ΣWhao + a max ) v ới a max là l ớp n ước t ối đa gi ữ trên m ặt ru ộng, a max = 60 cm; o Vẽ đường l ũy tích n ước hao B = (ΣWhao + a min ) v ới a min là l ớp n ước t ối thi ểu gi ữ trên m ặt ru ộng, a min = 30 cm; o Trên tr ục hoành, v ẽ lượng m ưa r ơi theo ngày xu ất hi ện. L ượng m ưa xác định t ừ mô hình mưa ngày ứng v ới t ần su ất thi ết k ế 75% (xem thêm ở Giáo trình Th ủy v ăn Công trình c ủa Lê Anh Tu ấn, 2006, Đại h ọc C ần Th ơ). o Từ điểm a 0 ban đầu c ủa l ớp n ước trên ru ộng, v ẽ đường th ẳng n ằm ngang, song song v ới tr ục hoành, c ắt đường B, t ừ điểm giao c ắt, ti ếp t ục v ẽ đường th ẳng đứng, song song v ới tr ục tung, c ắt đường A. Đoãn gi ữa đường B và đường A chính là l ượng n ước t ưới t ại th ời điểm xem xét. o Tr ường h ợp có m ưa, thì t ịnh ti ến chi ều dày l ớp n ước m ưa lên, c ọng thêm l ớp n ước m ặt ru ộng t ại th ời điểm đó. N ếu l ớp n ước này v ượt quá đường A thì ph ải tiêu n ước ở th ời đoạn đó. N ếu l ớp n ước không v ượt quá đường A thì ti ếp t ục v ẽ đường ngang cho đến khi gặp đường B để xác định th ời điểm t ưới và l ớp n ước t ưới. Đường A: Lớp n ước Mưa Tiêu trên ru ộng, mm (ΣWhao + a max ) Tiêu Đường B: (ΣWhao + a min ) Tưi Đường Mưa Mưa Whao = ET + P Tưi Tưi Mưa ngày, mm Mưa ngày amax amin Ngày Hình 3.10: Xác định các th ời k ỳ tưới ho ặc tiêu cho cây tr ồng b ằng đồ gi ải 36 ===\ Ch ươ ng 3: NHU C ẦU NƯỚC C ỦA CÂY TR ỒNG
39. Giáo trình H Ệ TH ỐNG T ƯỚI – TIÊU TS. LÊ ANH TU ẤN === 3.4.4. Xác nh m c t ưi cho cây tr ng c n Đối v ới cây tr ồng c ạn, ng ười ta dùng ph ươ ng pháp t ưới ẩm. Ph ươ ng pháp này là cần duy trì độ ẩm thích h ợp trong đất β nằm trong gi ới h ạn th ủy dung ngoài đồng (hay độ ẩm l ớn nh ất βmax ) và điểm héo (hay độ ẩm nh ỏ nh ất βmin ) (Hình 3.11). βmin ph ụ thu ộc vào l ượng b ốc thoát h ơi c ủa cây tr ồng hay nói cách khác ph ụ thu ộc vào lo ại cây tr ồng. βmin < β < βmax (3-24) Tổng l ượng n ước h ữu hi ệu (Total Available Water – TAW) được xác định theo: TAW = Sa = Wđồng ru ộng – Whéo cây = ( βđồng ru ộng – βhéo cây ). D (3-25) Với D - chi ều sâu l ớp đất c ần t ưới; cm. Độ ẩm h ữu hi ệu (Readily available water – RAW) RAW = S a. p (3-26) Với p - hệ số ph ụ thu ộc vào cây tr ồng và l ượng b ốc thoát h ơi, có th ể lấy p = 0,75. Mức t ăng tr ưởng Tối h ảo Sa (1-p) Sa (p) (RAW) βhéo cây βhữu hi ệu βđồng ru ộng Độ ẩm (TAW) = S a Hình 3.11: Minh h ọa cách xác định t ổng l ượng n ước h ữu hi ệu và độ ẩm h ữu hi ệu Vi ệc xác định độ ẩm trong đất th ường m ất th ời gian, mu ốn chính xác ph ải khoan l ấy m ẫu ngoài đồng và đư a v ề phòng thí nghi ệm phân tích. Theo kinh nghi ệm, ta có th ể ước đoán độ ẩm trong đất b ằng cách quan sát ngoài đồng và th ử đất b ằng tay nh ư ở Bảng 3.10 và B ảng 3.11. 37 ===\ Ch ươ ng 3: NHU C ẦU NƯỚC C ỦA CÂY TR ỒNG
40. Lớp Học Phần VNUA ( Khoa Nông Học ) - Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam Giáo trình H Ệ TH ỐNG T ƯỚI – TIÊU TS. LÊ ANH TU ẤN === Bảng 3.10: Xác định độ ẩm b ằng quan sát và th ử bằng tay ở ru ộng đất th ịt Quan sát và th ử bằng tay Độ ẩm 50 – 60% Độ ẩm 70 – 75% Độ ẩm 80 – 85% Độ ẩm 90- 85% Ru ộng màu : Ru ộng màu : Ru ộng màu : Ru ộng màu : Đất không vo thành Đất vo thành viên được Đất vo thành viên Đất se được thành viên được nh ưng khi ấn vào thì v ỡ được, khi ấn vào thì nh ững s ợi nh ỏ dễ dàng không v ỡ Ru ộng lúa : Ru ộng lúa : Ru ộng lúa : Ru ộng lúa : Mặt ru ộng n ứt n ẻ, Mặt ru ộng n ứt chân Mặt ru ộng li ền m ặt, có Mặt ru ộng nhão nghiêng bàn chân có chim giun đùn đất th ể lọt vào khe n ứt Bảng 3.11 : Xác định l ượng n ước c ần t ưới b ằng xúc giác Lượng n ước Lo ại đất cần t ưới I Đất cát Đất pha cát Th ịt trung bình Sét (cm/100 cm) Nước ra tay khi (*) + có th ể vân (*) + có th ể vân (*) + có th ể vân vê 0 nắm ch ặt (*) sợi nh ỏ, ng ắn. sợi 3 cm sợi 5 cm Hơi ẩm Thành viên tròn Thành viên tròn Dính 2,5 Thành viên tròn khó v ỡ dẻo Vân thành s ợi d ễ dễ vỡ Khi vân sẽ dính dàng Hơi ẩm, Có th ể thành viên Thành viên tròn - nt - 4,2 Hơi dính tròn khó v ỡ Khô r ời r ạc Có th ể thành viên - nt - Thành viên tròn 6,5 Ch ảy qua k ẻ tay tròn y ếu khó v ỡ (Ngu ồn: Meriam et al , 1973) Khi tính toán ch ế độ tưới cho cây tr ồng c ạn, c ần xác định: i. Lớp nước t ưới; ii. Chu k ỳ tưới; iii. Th ời gian t ưới; iv. Số lần t ưới; v. Tổng l ượng n ước t ưới. i. Xác nh l ng n c t i I = ( βđồng ru ộng - βmin ) γk.D (3-27) trong đó: 3 γk - dung tr ọng khô c ủa đất, g/cm ; D - chi ều sâu l ớp đất cần t ưới; cm. ii. Xác nh chu k ti - Ngày t ưới là ngày mà độ ẩm đất gi ảm xu ống t ới độ ẩm nh ỏ nh ất βmin - Chu k ỳ tưới là kho ản th ời gian gi ữa hai l ần t ưới - Vi ết ph ươ ng trình cân b ằng n ước gi ữa hai l ần t ưới 38 ===\ Ch ươ ng 3: NHU C ẦU NƯỚC C ỦA CÂY TR ỒNG
41. Lớp Học Phần VNUA ( Khoa Nông Học ) - Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam Giáo trình H Ệ TH ỐNG T ƯỚI – TIÊU TS. LÊ ANH TU ẤN === I + R = nET + ∆β (3-28) trong đó: n - số ngày t ưới, ngày; ∆β - chênh l ệch độ ẩm ở đầu và cu ối th ời đoạn, %; ∆β = 0
    (3-29) iii. Th i gian t i (3-30) trong đó: I - lượng n ước t ưới, mm/ngày; q - hệ số tưới, l/s.ha; iv. S ln t i Số lần t ưới dựa theo th ời gian sinh tr ưởng c ủa cây tr ồng và chu kỳ tưới (Hình 3.11) Hình 3.11: Đếm s ố lần t ưới trong c ả th ời gian sinh tr ưởng c ủa cây tr ồng v. T ng l ng t i Tổng l ượng t ưới cho c ả vụ Ivụ là t ổng l ượng t ưới cho t ừng k ỳ tưới Ii: Iv = ΣΣΣIi (3-31) Ta có th ể dùng ph ươ ng pháp đồ gi ải để vẽ xác định m ức t ưới thao th ời gian (Hình 3.12). • Vẽ trục tung là m ức n ước t ưới, có chi ều d ươ ng 2 đầu, tr ục hoành các các tháng c ủa th ời vụ canh tác. • Vẽ đường lũy tích cân b ằng n ước, đường s ố (1): W = Σ(Wb + Re + G e – ET), trong đó: o Wb - lượng n ước đầu th ời đoạn; o Re - lượng m ưa h ữu hi ệu; o Ge - lượng n ước ng ầm b ổ sung; và o ET - lượng b ốc thoát h ơi. • Vẽ đường số (2): Sa.D, trong đó: o Sa - tổng l ượng n ước h ữu hi ệu (TAW); o D - chiều sâu l ớp đất c ần t ưới, cm. • Vẽ đường s ố (3): (1 - p) Sa.D o p - hệ số ph ụ thu ộc vào cây tr ồng và l ượng b ốc thoát h ơi. • Từ giao điểm gi ữa đường s ố (1) và đường s ố (3), v ẽ đường số (4) song song v ới tr ục tung cắt đường s ố (2), t ừ giao điểm đó v ẻ đường song song v ới đường s ố (1) đến khi c ắt đường s ố (3) thì v ẽ lên đường số (5) song song v ới tr ục tung, Ti ếp t ục nh ư v ậy ta s ẽ có một chu ỗi đường “dích d ắc” số (4) và (5) xen nhau. 39 ===\ Ch ươ ng 3: NHU C ẦU NƯỚC C ỦA CÂY TR ỒNG
42. Lớp Học Phần VNUA ( Khoa Nông Học ) - Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam Giáo trình H Ệ TH ỐNG T ƯỚI – TIÊU TS. LÊ ANH TU ẤN === • Th ời điểm t ưới các các đoạn đường s ố (4). • Lớp n ước t ưới chính là chi ều cao c ủa đường s ố (4) nằm k ẹp gi ữa đường s ố (2) và s ố (3). • Số lần t ưới là s ố đoạn th ằng đứng s ố (4). Htưới 400 300 2 Sa.D 200 5 4 3 100 (1-p)Sa.D 0 T6 T8 Tháng T5 T7 100 200 1 300 400 500 Σ(Wb + Re + G e – ET) 600 700 Hình 3.12: Đồ gi ải để xác định mức t ưới cho cây tr ồng c ạn 40 ===\ Ch ươ ng 3: NHU C ẦU NƯỚC C ỦA CÂY TR ỒNG
43. Lớp Học Phần VNUA ( Khoa Nông Học ) - Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam Giáo trình HỆ THỐNG TƯỚI – TIÊU TS. LÊ ANH TUẤN === Chương 4: KỸ THUẬT VÀ HỆ THỐNG TƯỚI NƯỚC oOo 4.1 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN 4.1.1 Một số định nghĩa ban đầu Liên quan đến tưới nước cho cây trồng, ta có một số định nghĩa cơ bản sau: • Phương pháp tưới (irrigation methods): là cách thức nhân tạo được lựa chọn nhằm đưa nước từ nguồn đến vị trí canh tác cây trồng. • Kỹ thuật tưới (irrigation techniques): là biện pháp kỹ thuật, bao gồm việc thiết kế công trình tưới, chọn lựa thiết bị, chuẩn bị đất, thời gian vận hành cụ thể để áp dụng theo phương pháp tưới. • Hệ thống tưới (irrigation systems): là một loạt các công trình và thiết bị lấy nước từ nguồn nước, hệ thống dẫn nước, phân nước và đưa nước vào mặt đất canh tác. Tất cả công việc chọn phương pháp tưới, kỹ thuật tưới và hệ thống tưới đều cần tính toán, thiết kế và bố trí vận hành cụ thể với mục đích cung cấp nước vừa phải cho cây trồng phát triển thuận lợi theo đúng từng thời kỳ sinh trưởng nhằm đạt sản lượng cao, duy trì độ phì của đất, kiểm soát cỏ dại và hạn chế sự thất thoát nước. 4.1.2 Phân loại phương pháp tưới Hiện nay có 5 phương pháp tưới chính là tưới mặt, tưới phun, tưới giọt, tưới ngầm và tưới thấm. Mỗi cách tưới chính có thể có thêm một số cách phụ như hình 4.1. PHƯƠNG PHÁP TƯỚI Tưới mặt Tưới phun Tưới giọt Tưới ngầm Tưới thấm Tưới ngập Tưới dải Tưới rãnh Tự nhiên Nhân tạo Ngập bừa Kiểm soát Rãnh cạn Rãnh sâu Hình 4.1: Các phương pháp tưới 41 ===\ Chương 4: KỸ THUẬT VÀ HỆ THỐNG TƯỚI NƯỚC
44. Lớp Học Phần VNUA ( Khoa Nông Học ) - Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam Giáo trình HỆ THỐNG TƯỚI – TIÊU TS. LÊ ANH TUẤN === 4.1.3 Chọn lựa phương pháp tưới Việc lựa chọn phương pháp tưới sẽ phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: i. từng điều kiện sinh trưởng của cây trồng (khác nhau từng loại cây); ii. thời vụ (trồng vào mùa nắng, mùa mưa); iii. địa hình (đất cao, đất thấp hoặc không đồng đều); iv. loại đất (đất cát, đất thịt. đất sét); v. cao độ mực nước ngầm (mực nước ngầm nông hay sâu); vi. điều kiện cày trục và cơ giới hoá (kiều cày bừa và đường đi cơ giới trong ruộng);và vii. độ mặn, độ phèn của đất (đất có vỉa nước mặn, tầng sinh phèn bên dưới hay không). Phương pháp tưới đươc xem là hiệu quả toàn diện khi nó thỏa các yêu cầu sau: • Bảo bảm nước phân phối tương đối đồng đều đến từng cây trồng; • Thời điểm tưới phải theo đúng thời điểm cần nước của cây trồng; • Liều lượng tưới hợp lý, thoả nhu cầu nước của cây trồng; • Việc tưới nước không tốn nhiều công lao động; • Giảm thiểu được sự tổn thất nước, tổn thất năng lượng; • Việc xây dựng hệ thống tưới phải phù hợp với điều kiện cơ giới hoá đồng ruộng; • Có thể kết hợp mục tiêu tưới với các mục tiêu khác (cấp nước sinh hoạt, nuôi cá, giao thông thuý, cải tạo đất, ). 4.2 PHƯƠNG PHÁP VÀ KỸ THUẬT TƯỚI MẶT 4.2.1 Tổng quát Tưới mặt được xem là một trong các phương pháp tưới cổ điển đã được áp dụng từ lâu đời và tại nhiều quốc gia. Tưới mặt là biện pháp kỹ thuật dùng các đường dẫn tự nhiên (sông, rạch) hay nhân tạo (kênh, mương, rãnh) để đưa nước vào ruộng và ngấm vào đất cung cấp cho cây trồng. Tưới mặt đất có thể chia thành 3 phương thức tưới là tưới ngập, tưới dải và tưới rãnh. Tưới mặt có các ưu và nhược điểm sau: • Ưu điểm: Gần như không cần phải bơm nếu có hệ thống dẫn nước tự chảy theo trọng lực. Nhờ nước tràn trên mặt nên nước được ngấm sâu xuống đất một cách đồng đều. Kỹ thuật tưới này có thể giúp ích nhiều cho việc rửa mặn hoặc giảm phèn trong đất. Tưới ngập có thể hạn chế một phần cỏ dại nếu mặt ruộng được nước ngập trân mặt một thời gian dài. • Nhược điểm: Đây là kiểu tưới sử dụng khá nhiều nước. Khi áp dụng tưới mặt, ruộng phải được chuẩn bị san phẳng kỹ theo một độ dốc nhất định, bơ bao phải tốt để kiểm soát nước. Do vậy, khi áp dụng tưới mặt, công sức đầu tư ban đầu cho ruộng lớn. 4.2.2 Tưới ngập Tưới ngập (Flooding irrigation) là phương thức cung cấp nước cho một vùng đất có bờ bao chung quanh nhằm duy trì một lớp nước trên mặt đất trong một thời gian nhất định cho một mảnh ruộng hoặc vườn có các bờ bao xung quanh và duy trì lớp nước này trong một thời kỳ sinh trưởng nào đó của cây trồng. Tưới ngập, nếu thực hiện tốt, có thể giúp hạn chế cỏ dại trong ruộng, làm giảm nồng độ các độc chất trong đất và góp phần làm điều hòa vi khí hậu khu vực. Kỹ thuật tưới ngập thích hợp cho những loại cây trồng sống trong điều kiện ngập nước như lúa, một số loại cỏ, cây ăn trái, 42 ===\ Chương 4: KỸ THUẬT VÀ HỆ THỐNG TƯỚI NƯỚC
45. Giáo trình HỆ THỐNG TƯỚI – TIÊU TS. LÊ ANH TUẤN === Trong tưới ngập, người ta còn phân biệt ra 2 kiểu: ngập bừa và ngập có kiểm soát. • Ngập bừa (Wild flooding irrigation), hay còn gọi là ngập không kiểm soát (uncontrolled flooding), là hình thức tưới nguyên thủy và là phương pháp tưới kém hiệu quả nhất. Trong phương pháp ngập bừa, người ta chỉ việc cho nước tràn tự do vào đồng ruộng mà không có một sự kiểm soát nào về tốc độ dòng chảy. Nước chảy vào đồng theo các luống cày, hoặc theo đường đồng mức và hướng dốc, giống như kiểu tràn của dòng chảy lũ. Phương pháp này áp dụng cho những nơi có nguồn nước khá thừa thải và ở nơi có cao trình cao nhất như hồ chứa tự nhiên trên núi, tưới cho các cánh đồng trồng cỏ, các cây lương thực tự nhiên, cây có giá trị thấp, chủ yếu cho gia súc. Nước phân phối trên cánh đồng không đồng đều nhau, đất trồng ở những chỗ này là đất có kết cấu hạt trung bình và mịn. • Tưới ngập có kiểm soát (Controlled flooding irrigation), còn gọi là ngập bình thường (ordinary flooding), là phương pháp dùng cho những nơi có nguồn nước dư thừa và rẻ. Đồng ruộng được chia thành những ô thửa có kích thước phù hợp theo độ rỗng của đất. Nước được dẫn vào ruộng theo nhưng kênh mương nhỏ, chảy từ nơi cao đến nơi thấp (Hình 4.1). Nước được kiểm soát để ngưng chảy khi đã chảy ngập đến nơi thấp nhất của ô thửa. h1 ho h2 Hình 4.1: Một kiểu tưới ngập cho ruộng lúa Tưới ngập có thể áp dụng cho các vùng có địa hình khác nhau như kiểu tưới ngập tràn cho các ruộng lúa ở vùng đồng bằng hay kiểu tưới cho các ruộng bậc thang ở các vùng trung du. Đất thích hợp cho kiểu tưới tràn là các loại đất có độ thấm nhỏ như các loại sét, thịt pha sét, thịt pha cát hoặc đất cát. Đất có nhiều hạt to sẽ làm mất nhiều nước, làm trôi các chất phù sa, phân bón trong ruộng. Trong tưới ngập, độ dốc mặt ruộng nên khống chế vào khoảng 0,001 – 0,0005. Việc chọn diện tích tưới cũng khá quan trọng. Các vùng đồng bằng thấp, đất sét thịt, ít cát nên chọn diện tích tưới tràn từ 1000 m2 – 3000 m2. Vùng núi, vùng bán sơn địa và vùng ven biển nên tưới ngập ở các diện tích ít hơn từ 500 m2 – 1000 m2. Ngoài ra, diện tích tưới còn có quan hệ giữa lưu lượng tưới và loại đất nhằm bảo đảm khi tưới, nước sẽ được trải đều, không gây úng ngập. Lưu lượng tưới lớn thì phải thiết kế khu ruộng rộng. Đất có các hạt kích thước càng lớn thì lưu lượng tưới càng thấp và ngược lại để tránh hiện tượng mất nước gây lãng phí. Việc lựa chọn có thể tham khảo bảng 4.1. 43 ===\ Chương 4: KỸ THUẬT VÀ HỆ THỐNG TƯỚI NƯỚC
46. Giáo trình HỆ THỐNG TƯỚI – TIÊU TS. LÊ ANH TUẤN === Bảng 4.1: Quan hệ giữa diện tích thửa ruộng (m2), lưu lượng tưới (l/s) và loại đất Loại đất Đất Đất Đất Đất Lưu lượng cát thịt pha cát thịt pha sét sét 5 35 100 200 350 10 65 200 400 650 15 100 300 600 1000 30 200 600 1200 2000 60 400 1200 2400 4000 90 600 1800 3600 6000 120 800 2400 4800 8000 150 1000 3000 6000 10000 180 1200 3600 7200 12000 210 1400 4200 8400 14000 240 1600 4800 9600 16000 270 1800 5400 10800 18000 300 2000 6000 12000 20000 (Nguồn: Booher, 1974) Tùy địa hình và nguồn nước, các khu ruộng có thể bố trí kiểu thông nhau (nước từ ruộng này chảy qua ruông kế cận) như hình 4.2 hoặc bố trí cửa lấy nước kiểu độc lập (nước vào ruộng trực tiếp từ kênh tưới) như hình 4.3. Kênh tưới c ướ y n ấ a l Bờ ruộng ử c C ướ y n a b ấ a l ử C Kênh tiêu Hình 4.2: Bố trí cửa lấy nước vào ruộng kiểu thông nhau 44 ===\ Chương 4: KỸ THUẬT VÀ HỆ THỐNG TƯỚI NƯỚC
47. Giáo trình HỆ THỐNG TƯỚI – TIÊU TS. LÊ ANH TUẤN === Kênh tưới Kênh tiêu c ướ y n ấ a l ử C Bờ ruộng a b Hình 4.3: Bố trí cửa lấy nước vào ruộng kiểu độc lập Theo phương pháp tưới ngập cho lúa, độ dốc lý tưởng nên khống chế từ i = 0,001 đến i = 0,0005. Tốt nhất là bố trí thửa ruộng theo hình chữ nhật có kích thước từng ô khoảng từ 0,1 ha (a x b = 10 x 100 m2) đến 0,25 ha (a x b = 25 x 100 m2). Bề rộng a có thể xác định theo công thức: (4-1) trong đó: h1 - mực nước đầu ruộng phía cửa lấy nước (xem hình 4.1); h2 - mực nước cuối ruộng; ho - mực nước bình quân trong ruộng. Lưu lượng cần lấy vào ruộng để có lớp nước mặt ruộng: (4-2) trong đó: w - diện tích ô ruộng (m2); t - thời gian lấy nước vào ruộng (h); Kt - tốc độ thấm bình quân trong thời gian t (m/h). Trong tưới ngập cho lúa, có thể sử dụng phương cách tưới đồng thời hoặc tưới luân phiên. • Tưới đồng thời là hình thức tưới cùng một lúc cho tất cả thửa ruộng, khi nước chảy vào kênh tưới, tất cả cửa lấy nước đều đồng loạt mở để nhận nước vào ruộng. Cách này có ưu điểm là tiết kiệm thời gian tưới nhưng đòi hỏi kênh dẫn phải lớn để đủ nước tải và nông dân phải thực hiện việc canh tác đồng loạt theo một thời biểu thống nhất. • Tưới luân phiên là hình thức tước tưới lần lượt cho các thửa ruộng theo thứ tự ước hẹn trước. Khi nước chảy vào kênh, tùy theo sự chuẩn bị của từng thửa ruộng sẽ lần lượt cửa 45 ===\ Chương 4: KỸ THUẬT VÀ HỆ THỐNG TƯỚI NƯỚC
48. Giáo trình HỆ THỐNG TƯỚI – TIÊU TS. LÊ ANH TUẤN === lấy nước, khi nước đầy thửa này xong, cửa lấy nước sẽ đóng lại và mở cửa lấy nước cho ruộng kế cận. Cách thức này sẽ làm giảm áp lực lấy nước đầu nguồn vào kênh tưới, không đỏi hỏi kênh tưới phải lớn nhưng sẽ kéo dài thời gian tưới và tốn nhiều công sức để đóng mở các cửa lấy nước theo trình tự. 4.2.3 Tưới dải Tưới dải (border irrigation), còn gọi là tưới băng , là hình thức tưới tràn trên toàn bộ mặt ruộng (Hình 4.4 và Hình 4.5). Có 2 loại tưới dải: dải có bờ thẳng (áp dụng cho những vùng đồng bằng) và dải có bờ lượn theo đường đồng mức (áp dụng cho những vùng núi, vùng bán sơn địa). Tưới dải áp dụng cho những cánh đồng lớn, trong đó ruộng được chia thanh những dải có chiều rộng là a = 5 – 15 m, chiều dài L chạy theo hướng dốc. Nước chảy vào đầu cao của ruộng, tràn trên mặt ruộng xuống đến đầu thấp hơn. Nước vừa chảy vừa thấm xuống đất. Điều kiện áp dụng phương pháp tưới dải là đất ruộng phải đồng chất, khả năng thấm nhỏ. Cây trồng trên ruộng được trồng theo dãy hoặc trồng dày trên mặt ruộng (như các loại cỏ, lúa nước, ), chịu ngập gốc khoảng 1 – 5 cm trong suốt thời gian tưới. Tốc độ chảy tràn phải phù hợp để không làm phá vỡ kết cấu đất. Tưới dải có ưu điểm là sử dụng một lượng nước lớn khá an toàn, giảm thiểu công lao động và thời gian, chi phí quản lý thấp và cung cấp nước đồng đều và hiệu quả sử dụng nước cao. Nhược điểm của tưới dải là phải có ruộng thật bằng phẳng, do vậy chi phí đầu tư trang bằng mặt ruộng lúc đầu cao và phải có nguồn nước dồi dào. Theo kinh nghiệm, mối quan hệ giữa chiều dài dải L (m), độ ngấm nước của đất và độ dốc mặt đất i có quan hệ như ở bảng 4.2. Bảng 4.2: Quan hệ giữa L, i và độ ngấm nước trong phương pháp tưới dải i < 0,002 0,002 – 0,01 0,01 – 0,02 Độ ngấm Lớn (đất cát) 30 - 50 60 - 70 70 – 80 Trung bình (đất thịt) 50 - 70 70 - 80 80 – 100 Nhỏ (đất sét) 70 - 90 80 - 100 100 - 120 (Nguồn: N.T. Bằng, N.A. Tuấn, 2006) 46 ===\ Chương 4: KỸ THUẬT VÀ HỆ THỐNG TƯỚI NƯỚC
49. Giáo trình HỆ THỐNG TƯỚI – TIÊU TS. LÊ ANH TUẤN === Kênh tưới Kênh tiêu Bờ ruộng a L Hình 4.4: Hình thức tưới dải trên ruộng (mặt bằng) Vùng ướt dưới đất Hình 4.5: Hình thức tưới dải trên ruộng (mặt cắt ngang) 4.2.4 Tưới rãnh Tưới rãnh (Furrow irrigation) thường áp dụng tưới cho cây trồng cạn hoặc cây ăn trái. Rãnh là các đường trũng hẹp, đào xen kẽ với các liếp và chạy song song với nhau (Hình 4.6). Thông thường, người ra đào các rãnh hẹp này và lấp đất đắp hai bên thành liếp. Nước được cho vào các rãnh và thấm dần 2 bên cho cây trồng. Phương pháp này còn gọi là tưới thấm, khác với kiểu tưới ngập tự do, chỉ có một phần ba hoặc một nửa diện tích bị ngập nước, do vậy sự bốc hơi tư do bị giảm đi đáng kể. Kênh dẫn nước vào ruộng trong phương pháp này cao hơn mặt ruộng. 47 ===\ Chương 4: KỸ THUẬT VÀ HỆ THỐNG TƯỚI NƯỚC
50. Giáo trình HỆ THỐNG TƯỚI – TIÊU TS. LÊ ANH TUẤN === Cây trồng Liếp Rãnh Hình 4.6: Phương pháp tưới rãnh điển hình Ưu điểm của phương pháp tưới rãnh là tiết kiệm nước hơn tưới ngập và tưới dải, giảm được lượng tổn thất nước do bốc hơi nên cho hiệu quả tưới cao hơn. Phương pháp này có thể áp dụng cho nhiều loại đất khác nhau, không gây xói mòn đất và không làm chèn chặt đất. Nước đi vào cây qua hệ thống rễ, không làm ướt lá nên có thể tránh được một số bệnh cho cây. Nhược điểm của tưới rãnh là phải tốn nhân lực để chuẩn bị đất làm rãnh. Người quản lý nước phải biết kiểm soát mực nước vừa phải. Rãnh tưới ở các vùng đồng bằng có thể bố trí theo 2 hình thức: • Khi độ dốc mặt đất nhỏ hơn khoảng 0,2 – 0,5 % thì có thể bố trí chạy theo hướng dốc của mặt đất. • Khi độ dốc mặt đất lớn hơn 0,5% thì nên bố trí rãnh xiên một góc nhọn với hướng dốc nhằm hạn chế tốc độ chảy cao, giảm xói mòn đất. Đối với các vùng miền núi, vùng bán sơn địa, độ dốc mặt đất không đồng đều thì có thể căn cứ vào đường đồng mức mà bố trí rãnh lượn theo đường đồng cao độ. Ta có thể phân biệt 2 loại rãnh: rãnh cạn (không giữ nước) và rãnh sâu (có giữ nước), tùy theo cây trồng. • Rãnh cạn (rãnh không giữ nước) là sau khi tưới, nước sẽ thấm hết vào đất. Loại này thích hợp cho đất ít dốc (dưới 0,2 – 0,5%). Khi thấm xuống đất, khu đất thấm nước sẽ có hình quả trứng (Hình 4.7). 48 ===\ Chương 4: KỸ THUẬT VÀ HỆ THỐNG TƯỚI NƯỚC
51. Giáo trình HỆ THỐNG TƯỚI – TIÊU TS. LÊ ANH TUẤN === Gọi chiều ngang quả trứng là a và chiều sâu là h. Hình dạng quả trứng sẽ phụ thuộc vào loại đất: Ở các loại đất sét trung bình và nặng thì a > h, và ngược lại các loại đất nhẹ, độ thấm nước cao như cát, đất thịt pha cát thì a < h. Liếp Rãnh tưới h Vùng ướt Vùng ướt a Hình 4.7: Minh họa vùng ướt trong đất khi tưới rãnh Khoảng cách giữa hai rãnh phải dựa vào đặc tính đất, bố trí sao cho hai vòng hình quả trứng có thể giao cắt nhau tạo độ ẩm ở vùng ướt trong đất vừa đủ cho rễ cây trồng hút nước. Có thể chọn khoảng cách hai rãnh theo bảng 4.3. Bảng 4.3: Khoảng cách tham khảo giữa hai rãnh theo loại đất Loại đất Khoảng cách rãnh (m) Đất nhẹ (cát) 0,5 – 0,6 Đất trung bình (thịt) 0,6 – 0,8 Đất nặng (sét) 0,8 – 1,0 (Nguồn: Nguyễn Đức Quý, 2007) Tuy nhiên, nếu có xét đến khả năng cơ giới và điều kiện đi lại, khoảng cách giữa hai rãnh phải tính toán lại theo kỹ thuật nông nghiệp. Chiều dài rãnh phụ thuộc vào tính thấm của đất, điều kiện địa hình và độ dốc mặt đất, có thể tham khảo ở bảng 4.4. 49 ===\ Chương 4: KỸ THUẬT VÀ HỆ THỐNG TƯỚI NƯỚC
52. Giáo trình HỆ THỐNG TƯỚI – TIÊU TS. LÊ ANH TUẤN === Bảng 4.4: Xác định chiều dài rãnh Độ dốc rãnh (%) Loại đất > 0,7 0,3 – 0,7 < 0,3 Thịt nặng (thấm yếu) 150 - 200 100 - 150 70 - 100 Thịt pha cát (thấm trung bình) 100 - 150 70 - 100 60 - 80 Đất cát và cát pha (thấm mạnh) 80 - 120 60 - 80 50 - 70 (Nguồn: Bùi Hiếu và Lê Thị Nguyên, 2004) Rãnh thường có mặt cắt ngang hình thang, bề rộng mặt thoáng tư 20 – 40 cm, bề sâu khoảng 20 – 30 cm. Chiều sâu có thể điều chỉnh sâu hơn ở đất nặng và cạn hơn ở đất nhẹ. Lưu lượng tưới nên khống chế vào khoảng 0,8 – 1,2 l/s ở phía đầu vào. Lưu lượng chảy trong rãnh có liên hệ mật thiết với độ ngấm hút, độ dốc của đất, chiều dài rãnh. Lưu lượng lấy vào rãnh có thể tham khảo ở bảng 4.5. Kiểm soát tốc độ dòng chảy để hạn chế xói mòn, nên duy trì ở mức 0,25 – 0,3 m/s. Bảng 4.5: Lưu lượng lấy vào rãnh Lưu lượng Loại đất Độ dốc dọc theo chiều dài rãnh < 0,002 0,002 – 0,004 0,004 – 0,01 Sét 1,0 – 1,2 0,7 – 1,0 0,4 – 0,7 Thịt 0,6 – 0,8 0,4 – 0,6 0,2 – 0,4 Cát 0,4 – 0,7 0,3 – 0,5 0,1 – 0,3 (Nguồn: Đại học Thủy lợi Hà Nội, 1972) • Rãnh sâu (rãnh có giữ nước): áp dụng cho đất bằng phẳng hoặc đất có độ dốc nhỏ hơn 0,2%. Có thể làm rãnh có độ sâu khoảng 20 - 30 cm, bề rộng mặt khoảng 30 – 40 cm. Chiều dài rãnh có thể khoảng 60 – 100 m. Đối với vườn cây ăn trái, vườn cảnh có thể bố trí tưới rãnh như hình 4.8, ở đó rãnh được tạo để dẫn nước vào từng gốc cây và thấm vào rễ qua hình thức rãnh vòng hình vành khăn. Rãnh vòng có thể đào chung quanh gốc cây, có chiều sâu 30 – 50 cm, rộng từ 30 – 50 cm. Rãnh vòng nối với kênh tưới bằng một rãnh hẹp. Vòng đất quanh cây được vun cao thành một mô đất nhỏ. Diện tích vòng được cân nhắc theo diện tích của tán cây khi cây đã lớn. Ưu điểm của phương pháp này là nước được tiết kiệm khá nhiều, giảm được lượng bốc hơi nên hiệu quả tưới cao. Khi chuẩn bị đất không cần san phẳng hoàn toàn vùng đất nếu đất tương đối bằng phẳng. Nhược điểm là phải đầu tư công sức nhiều cho chuẩn bị ban đầu và phải thường xuyên nạo vét, sửa sang rãnh (do sạt lở, là rụng, cỏ mọc trong rãnh ). Phương pháp tưới này kết hợp với kỹ thuật “xiết nước” cho các vườn cây ăn trái như cam quýt hoặc cây cảnh có thể tạo ra kết quả cho cây ra hoa – kết trái nghịch mùa, giá trị nông sản sẽ cao hơn. “Xiết nước” là kỹ thuật xác định thời điểm thích hợp tháo khô nước quanh cây vài ngày để cây bị thiếu nước rơi vào tình trạng bị stress, sau đó cho nước vào trở lại sẽ kích thích cây trổ lá non, đơm hoa. 50 ===\ Chương 4: KỸ THUẬT VÀ HỆ THỐNG TƯỚI NƯỚC
53. Giáo trình HỆ THỐNG TƯỚI – TIÊU TS. LÊ ANH TUẤN === Rãnh vòng Rãnh Cây Kênh ăn trái nhánh Rãnh Kênh chính Hình 4.8: Một kiểu tưới rãnh cho vườn cây ăn trái 4.3 PHƯƠNG PHÁP VÀ KỸ THUẬT TƯỚI PHUN 4.3.1 Tổng quát Tưới phun mưa (sprinkler irrigation) là hình thức đưa nước tưới lên cao khỏi mặt đất và để nước rơi tự do xuống kiểu mưa rơi. Hình thức tưới này có thể áp dụng cho hầu hết các loại đất khác nhau hoặc các địa hình từ bằng phẳng đến they đổi phức tạp nơi mà các hình thức tưới mặt đất khác khó áp dụng hoặc áp dụng không hiệu quả. Tưới phun thường được áp dụng cho tưới hoa màu, cây cảnh, cây công nghiệp, đồng cỏ, vườn ươm cây lâm nghiệp, Tưới phun mưa có ưu điểm chính là tiết kiệm được nhiều lượng nước tưới (có thể giảm 40 – 50% lượng nước so với tưới ngập thông thường), các tổn thất do thấm sâu và chảy tràn được giảm thiểu khá nhiều. Do vậy, hiệu quả sử dụng nước tưới là cao. Phương pháp tưới này có thể áp dụng cho hầu hết mọi dạng địa hình cao thấp khác nhau, không cần phải làm phẳng mặt ruộng. Tưới phun còn giảm thiểu chi phí xây dựng kênh mương nội đồng, do vậy có thể gia tăng diện tích canh tác. Cách tưới này có thể kết hợp với việc bón phân và phòng trừ sâu bệnh bằng cách hoà tan các chất này vào nước. Tưới phun mưa còn tạo cảnh quan đẹp, góp phần gia tăng độ ẩm và giảm nhiệt độ không khí khu vực. Năng suất cây trồng trong phạm vi tưới thường cao. Tuy nhiên, nhược điểm của tưới phun mưa là chi phí lắp đặt thiết bị tưới ban đầu thường lớn. Người vận hành hệ thống tưới phải có kỹ thuật điều khiển hoạt động. Hệ thống phải thường xuyên được theo dõi, điều chỉnh tốc độ phun hoặc di chuyển theo hướng gió. Gió mạnh gây khó khăn trong điều chỉnh lưu lượng phun mưa. Các đầu phun thường hay bị nghẽn nếu nguồn nước 51 ===\ Chương 4: KỸ THUẬT VÀ HỆ THỐNG TƯỚI NƯỚC
54. Giáo trình HỆ THỐNG TƯỚI – TIÊU TS. LÊ ANH TUẤN === có nhiều chất bùn cặn. Ngoài ra,việc bố trí đường ống có thể làm hạn chế cơ giới hóa và một số hoạt động canh tác khác. 4.3.2 Phân loại Kiểu tưới phun có thể rất đơn giản thủ công như tưới thùng, tưới bán cơ giới như tưới từ ống xịt mềm từ máy bơm, tưới qua đầu phun quay, tưới cơ giới qua hệ thống phun mưa đặt trên giàn xe di động. Trong kỹ thuật tưới hiện đại, tưới qua đầu phun quay và tưới qua hệ thống phun mưa là phổ biến nhất. Theo điều kiện tháo rời, ta có thể phân ra 4 kiểu hệ thống tưới phun mưa: i. Hệ thống cố định hoàn toàn: toàn bộ máy bơm, đường ống chính và nhánh và đầu phun mưa đều được lắp đặt cố định. ii. Hệ thống bán cố định (hệ thống bán di động): Đường ống chính và nhánh được chon cố định trong đất. Máy bơm có thể cố định hoặc tháo lắp, đầu phun mưa thì tháo lắp theo yêu cầu tưới. iii. Hệ thống cố định, vòi phun di động: hệ thống này các máy bơm tạo áp lực, đường ống chính và phụ đều cố định và thường được chon xuống đất. Đoạn ống nối với vòi phun được tháo lắp được và gắn theo đường dẫn nước tưới. iv. Hệ thống di động: Toàn bộ hệ thống gồm máy bơm, đường ống chính và nhánh, d8ầu phun mưa đều di chuyển dọc theo cánh đồng tưới. Có nhiều loại đầu phun quay trong thị trường như hình 4.9. Có 2 kiểu vòi phun chính là: vòi phun khuếch tán và vòi phun tia. Nhà sản xuất đầu phun thường cho bảng tra các thông số kỹ thuật của từng loại vòi phun để lựa chọn. Tùy theo loại cây trồng và kỹ thuật tưới mà ta có thể chọn đầu phun qua các thông số như áp suất hoạt động, lưu lượng phun và tầm phun mưa. Hình 4.9: Một số kiểu đầu tưới phun mưa trên thị trường Trong một hệ thống phun mưa, các thiết bị chính bao gồm (Hình 4.10): • Máy bơm ly tâm hoặc bơm pittông để hút nước và đẩy nước với áp lực cao. • Ống dẫn nước chính: nối liền với máy bơm để chuyển nước có áp đến các ống nhánh. • Ống nhánh: gắn liền với ống chính và vòi phun. • Vòi phun: nơi dòng nước được bắn ra. Vòi phun phải tạo một tầm phun cao và xa nhất. • Ngoài ra, tùy theo thiết kế mà có thể có thêm các thiết bị phụ như bánh xe di chuyển, dàn khung để cố định các đường ống, van điều chỉnh và kiểm soát lưu lượng, 52 ===\ Chương 4: KỸ THUẬT VÀ HỆ THỐNG TƯỚI NƯỚC
55. Giáo trình HỆ THỐNG TƯỚI – TIÊU TS. LÊ ANH TUẤN === Tia nước phun ra Phạm vi tưới Đầu phun Cây trồng Ống nhánh Máy bơm nước Ống dẫn nước chính Bệ đỡ ống Nguồn nước tưới Hình 4.10: Sơ đồ hệ thống thiết bị phun mưa 4.3.3 Các thông số kỹ thuật Khi thiết kế và lắp đặt hệ thống tưới phun mưa, các thông số kỹ thuật sau cầu lưu ý: • Giọt nước tưới phải rơi nhẹ xuống đất Cần kiểm soát hạt nước rơi vừa phải để không gây dòng chảy mặt, tia nước rơi xuống đất không gây hiện tượng xói mòn đất, đất không bị kết chặt. Cần phải bảo đảm là áp lực nước không làm dập cây con, cành non hoặc hoa. Một số tham khảo liên quan đến cường độ mưa rơi (vận tốc rơi của hạt nước tưới) lên các loại đất khác nhau: + Đất nặng: Vrơi ≤ 0,1 mm/phút + Đất trung bình: Vrơi = 0,1 – 0,2 mm/phút + Đất nhẹ: Vrơi = 0,2 – 0,5 mm/phút Ngoài ra, cần xem xét độ dốc địa hình nơi tưới: + Đất có độ dốc < 0,05 thì cường độ mưa rơi không cần phải giảm; + Đất có độ dốc 0,05 – 0,08 thì cường độ mưa rơi phải giảm 20%; + Đất có độ dốc 0,08 – 0,12 thì cường độ mưa rơi phải giảm 40%; + Đất có độ dốc 0,12 – 0,20 thì cường độ mưa rơi phải giảm 60%. Kích thước hạt nước rơi không được lớn quá có thể làm hại cây trồng nhưng nhỏ quá thì dễ bị gió cuốn đi. Thông thường nên khống chế đường kính hạt nước d ≤ 1 – 2 mm. • Bố trí khoảng tưới Bố trí khoảng tưới chính là xác định khoảng cách giữa các đường ống tưới và giữa các vòi phun. Các khoảng cách này phải được điều chỉnh theo các yếu tố như áplực nước tưới, tốc độ quay của 53 ===\ Chương 4: KỸ THUẬT VÀ HỆ THỐNG TƯỚI NƯỚC
56. Giáo trình HỆ THỐNG TƯỚI – TIÊU TS. LÊ ANH TUẤN === vòi phun, tốc độ gió lúc tưới, biên của một vòng tưới phun, độ giao cắt của diện tích tưới của vòi. Thông thường thì nước rơi xuống nhiều ở gần đầu phun, càng ra xa thì nước càng giảm (Hình 4.11). Do vậy, cần phải điều chỉnh nước tưới để cung cấp cho cây trồng tương đối đồng đều. Khoảng cách giữa 2 vòi phun phải nhỏ hơn đường kính tưới của một vòi phun. Khoảng cách giữa 2 đường ống tưới không lớn hơn 65 – 70 % đường kính phun của một vòi phun. Nếu có gió lớn thì phải điều chỉnh theo hướng giảm khoảng cách giữa 2 vòi phun hơn nữa (Hình 4.11). Đường kính Diện tích ướt ướt Vòi phun Ống nước Vòi phun Vùng thấm ướt Hình 4.11: Khái niệm về vùng thấm ướt dưới đất trong tưới phun mưa D Máy bơm Vùng nước rơi Đường L < (65 – 70%) D ống Hình 4.12: Bố trí khoảng tưới theo đường kính vùng nước tưới rơi 54 ===\ Chương 4: KỸ THUẬT VÀ HỆ THỐNG TƯỚI NƯỚC
57. Giáo trình HỆ THỐNG TƯỚI – TIÊU TS. LÊ ANH TUẤN === Thực tế, do sự khác nhau về hình dạng đất tưới thì phải thiết kế lại tầm phun theo các hình dạng khác nhau như hình 4.13. Phun tròn vòng Phun 3/4 vòng Phun nửa vòng R R R S S S S R R Phun ¼ vòng S S R = Bán kính phun S = Vị trí đầu phun mưa Hình 4.13: Các kiểu phun tầm phun quay • Bố trí vòi phun Việc bố trí vòi phun có thể là theo dạng hình vuông, hình tam giác đều hoặc hình chữ nhật (Hình 4.14). Trong hình 4.14, SL là khoảng cách giữa 2 vòi phun trên đường ống tưới, Sm là khoảng cách giữa 2 đường ống dẫn nước tưới và D là đường kính ướt của vùng tưới phun mưa. + Khi có gió nhẹ dưới 2 m/s thì có thể bố trí Sm = D; + Khi gió thổi 2,0 – 2,5 m/s thì bố trí Sm = (0,60 – 0,65) D; + Khi gió mạnh đến 2,5 – 3,5 m/s thì bố trí Sm = 0,50 D; + Khi gió trên 3,5 m/s thì nên ngưng tưới. SL D Ống dẫn nước tưới Sm Hình vuông Hình tam giác đều Hình chữ nhật Hình 4.14: Khoảng cách và vị trí đặt vòi phun mưa • Lưu lượng vòi phun: (4-3) trong đó: Q - lưu lượng vòi phun (cm3/s); 55 ===\ Chương 4: KỸ THUẬT VÀ HỆ THỐNG TƯỚI NƯỚC
58. Giáo trình HỆ THỐNG TƯỚI – TIÊU TS. LÊ ANH TUẤN === C - hệ số lưu lượng của vòi, C = 0,80 – 0,95; A - diện tích mặt cắt ngang của vòi phun (cm2); g - gia tốc trọng trường, g = 9,81 m/s2; h - áp lực cột nước ở vòi phun (m). Lưu lượng yêu cầu ở một vòi phun được xác định theo: (4-4) trong đó: Q - lưu lượng yêu cầu ở một vòi phun (l/s); SL - khoảng cách giữa 2 vòi phun trên đường ống tưới (m); Sm - khoảng cách giữa 2 đường ống dẫn nước tưới (m); I - cường độ phun mưa tối ưu (cm/h). I xác định theo: (4-5) trong đó: S - diện tích ướt chung quanh vòi phun (m2). Bán kính phun mưa của vòi: (4-6) trong đó: d - đường kính vòi phun (m); h - áp lực cột nước ở vòi phun (m). Có thể sử dụng bảng 4.6 và 4.7 để xác định áp lực và tầm phun. Bảng 4.6: Áp lực và tầm phun của vòi phun mưa Áp lực thấp Áp lực trung bình Áp lực cao Hạng mục Phun gần Phun vừa Phun xa Áp lực làm việc (atm) 1 - 3 3 - 5 > 5 Lưu lượng (m3/h) 0,3 – 11,0 11,0 – 40,0 > 40 Bán kính phun mưa (m) 5,0 – 20,0 20,0 – 40,0 > 40 Bảng 4.7: Trị h/d thích hợp theo cây trồng Loại cây trồng h/d Các loại rau, hoa cảnh ≥ 4000 Cây lương thực và cây công nghiệp ≥ 3000 Cây ăn trái, cây tạo dáng, cây bóng mát ≥ 2500 Cỏ chăn nuôi, cỏ trang trí vườn cảnh ≥ 2000 • Chiều dài đường ống tưới Ống tưới thường làm bằng chất dẻo LDPE có áp lực theo chuẩn là 4 bars, loại phổ biến nhất dùng đển tưới phun có đường kính ống là 32 mm cho dễ vận chuyển và tháo lắp. Chiều dài của đường ống tưới được chọn căn cứ vào số vòi phun trên đường ống, khoảng cách và lưu lượng phun, theo bảng 4.8. 56 ===\ Chương 4: KỸ THUẬT VÀ HỆ THỐNG TƯỚI NƯỚC