Bài giảng Thủy Nông 1

Transcription

1 Bài giảng Thủy Nông 1 Chương 1: GIỚI THIỆU MÔN HỌC Nội dung: I/ Định nghĩa: II/ Vấn đề nước tưới trên thế giới hiện nay III/ Vấn đề thủy nông ở Việt nam. IV/ Các môn học liên hệ. V/ Giới hạn của giáo trình. Từ khóa: Tƣới (irrigation) - Tiêu (drainage) - Độ phì của đất (soil fertility) Cải tạo đất (soil reclamation) - Năng suất cây trồng (crop yield)(y) Sản lƣợng cây trồng (crop production)(p) : P = Y * n * S Mùa vụ (cropping season) - Sản xuất nông nghiệp (agricultural production) Nội dung cần nắm vững: 1. Tưới và tiêu nước là gì? Tại sao phải tưới và tiêu nước cho cây trồng. 2. Mối quan hệ giữa quản lý chế độ nước và độ phì của đất, năng suất cây trồng, sản xuất nông nghiệp. 3. Những vấn đề còn tồn tại trong công tác thủy nông. Bài đọc thêm: Những thách đố kỹ thuật Thủy nông trong tƣơng lai.

2 Bài giảng Thủy Nông 2 Chương 1: GIỚI THIỆU MÔN HỌC. I/ Định nghĩa: Thủy nông là một ngành khoa học kỹ thuật nghiên cứu việc sử dụng nước để gia tăng sản xuất nông nghiệp, nâng cao sản lượng của cây trồng. Như vậy các công tác chính trong Thủy nông là: a/ Mang nước từ nguồn (sông, suối, ao, hồ, giếng v.v..) đến nơi cần sử dụng cho nông nghiệp (tưới) hay mang nước thừa từ ruộng ra ngoài (tiêu). b/ Phân bố và sử dụng nước (có trên ruộng) kết hợp với các phương pháp nông nghiệp khác, để biến đất thành môi trường tối hảo cho cây trồng đồng thời duy trì hay cải tiến độ phì nhiêu của đất. Tóm lại, Thủy nông bao gồm việc tưới, tiêu, cải tạo đất và bảo vệ đất. Với định nghĩa trên, đối tượng của môn học Thủy nông là nước nhưng không phải là nước chung chung, mà là nước khi nó tác động lên đất để tạo điều kiện thuận lợi cho cây trồng. Vì vậy ta có thể nói đất nông nghiệp và cây trồng là 2 đối tượng phụ của Thủy nông. II/ Vấn đề về nguồn nƣớc tƣới trên thế giới hiện nay: Trước hết, nước là yếu tố không thể thiếu được để thảo mộc tăng trưởng phát triển. Trong 5 yếu tố căn bản của cây trồng (chất dinh dưỡng, nước, ánh sáng, không khí và nhiệt độ) thì yếu tố nước dễ thay đổi hơn cả, và là yếu tố hàng đầu trong việc đưa đến năng suất cây trồng (nhất nước, nhì phân, tam cần, tứ giống). Đồng thời, thay đổi điều kiện của nước có thể thay đổi tác dụng của các yếu tố khác lên cây trồng. Thí dụ, tác dụng của ẩm độ đất trong việc phân hóa các chất đạm, kiểm soát về nhiệt độ và độ ẩm không khí. Nước còn có ảnh hưởng rất lớn đến lề lối canh tác và điều kiện canh tác (ví dụ: sạ lúa nổi, lúa cấy 2 lần, việc cơ giới hóa v.v..). Vì thế, Nhà nước Việt nam cũng như toàn thế giới đã đặt công tác thủy lợi lên hàng đầu trong việc tăng gia sản xuất nông nghiệp. Đối với trên toàn thế giới, diện tích đất nông nghiệp được tưới khởi đầu từ năm 1950 với 94 triệu hectares và diện tích này mở rộng không ngừng cho đến năm 1978 với tốc độ phát triển đáng kể, trung bình 2.8 % một năm (lớn hơn tốc độ gia tăng dân số) để đạt đến khoảng 206 triệu ha. Tuy nhiên, kể từ sự phát triển diện tích đất nông nghiệp có tưới chậm lại, khoảng 1,2%/ năm (hình 1). Trong tương lai, diện tích đất nông nghiệp có tưới tuy vẫn còn tiếp tục gia tăng nhưng sẽ không đạt được tốc độ gia tăng dân số. Một phần nào đó là do việc sử dụng không bền vững nguồn nước ngầm, thiếu nguồn nước ngọt (miền Bắc Trung quốc) hoặc bị nhiễm mặn (10-30%).

3 Bài giảng Thủy Nông 3 Chính vì điều này, khi nhu cầu nước dành cho sinh hoạt, công nghiệp, và những mục đích về môi trường ngày càng cao, nước sử dụng cho nông nghiệp sẽ càng ít đi. Trong khi đó tài nguyên nước lại khan hiếm để có thể có những kế hoạch mở rộng diện tích đất nông nghiệp có tưới, đòi hỏi chúng ta càng phải tiết kiệm nước trong sản xuất nông nghiệp (theo tài liệu Producing more rice with less water from irrigated systems, 1998). III/ Vấn đề thủy nông ở Việt nam: Việt nam có vị trí thuận lợi về nguồn nước dựa trên hệ thống sông ngòi chằng chịt, địa hình và mưa thuận lợi so với quy mô dân số. Hình 2 cho thấy Việt nam có lượng nước sử dụng trên đầu người cao nhất trong khu vực (1200 m3/người). Tổng lượng nước trung bình hàng năm là 880 tỉ m3, trong đó lưu vực sông Hồng và sông Cữu long (Mekong) chiếm 75% lượng nước cấp. Tuy nhiên do Việt nam name ở hạ lưu nguồn cung cấp nước của sông Mekong, sông Hồng, Mã, Cả và Đồng Nai, do đó khả năng chủ động kiểm sóat nguồn nước đều nằm ngòai tầm tay của Việt Nam, đặc biệt khả năng sử dụng nguồn nước bị hạn chế trong mùa khô.

4 Bài giảng Thủy Nông 4 Hình 2: Nhìn chung, nước ta nằm vào khu vực nhiệt đới gió mùa, hai mùa mưa nắng rõ rệt. Lượng mưa trung bình năm trên 1500 mm. Nhưng gần 90% lượng mưa hàng năm tập trung vào 6 tháng mùa mưa và 80 % trong số này lại tập trung vào 4 tháng mưa nhiều nhất. Hậu qủa là tại một nơi sẽ sảy ra tình trạng: Khô hạn vào mùa nắng và dư thừa nước vào mùa mưa. Ngoài ra, do sự khác biệt về địa hình, đất đai, sông rạch, thủy văn, mà tại mỗi vùng sẽ có những thuận lợi và khó khăn về thủy nông. Sau đây ta khảo sát sự quan trọng của công tác Thủy nông ở nước ta, nhất là ở các khu vực thuộc Nam bộ. 1. Khu vực miền Tây nam bộ (Vùng Đồng bằng Sông Cửu Long): Đây là vùng sản xuất nông nghiệp chủ lực của Việt nam, với sản lượng chiếm 27% GDP của cả nước, khoảng 40% tổng sản lượng nông nghiệp và ½ tổng sản lượng lúa của cả nước, với 11 triêu tấn/ năm, bình quân 740 kg/ đầu người (mặc dù mật độ dân số khá cao là 400 người/ 1 km2). Ngoài ra thủy sản cũng chiếm phần quan trọng trong xuất khẩu của đất nước. Với địa hình khu vực tương đối bằng phẳng, với diện tích nông nghiệp hơn 3 triệu ha, trong đó khoảng 2.4 triệu ha đất được sử dụng trong nông nghiệp và nuôi trồng thủy sản. Tiềm năng mở rộng đất nông nghiệp hiện nay hạn chế trong khoảng 0.2 triệu ha. Các vấn đề chủ yếu liên quan đến nguồn nước ở vùng Đồng Bằng Sông Cửu Long là : Úng lụt kéo dài trên phạm vi rộng, tình trạng thiếu nước ngọt trong mùa khô, vấn đề xâm nhập mặn từ biển Đông và biển Tây trở ngại cho canh tác nông nghiệp nhưng thuận lợi cho nuôi trồng thủy sản và vấn đề lan truyền và ô nhiễm phèn trong đầu mùa mưa. Các hệ thống thủy nông đã và sẽ ảnh hưởng rất lớn đến nền sản xuất nông nghiệp cũng như Thủy sản ở vùng Đồng bằng sông Cửu long: a/ Làm thay đổi hệ thống sản xuất lúa. Trước đây khoảng 2 thập kỷ, nhờ vào hệ thống thủy nông đã làm thay đổi hệ thống canh tác lúa cấy 2 lần (khoảng ha ở vùng nước ngập lâu, chịu

5 Bài giảng Thủy Nông 5 ảnh hưởng của triều như ở Sóc trăng, Trà Vinh) sang lúa cấy 1 lần, hoặc làm thay đổi vùng lúa nổi (khoảng ha ở vùng ngập sâu như ở An giang, Châu đốc) sang lúa cấy. b/ Thủy nông giúp phát triển việc trồng lúa năng suất cao: Nhờ vào việc kiểm soát được mực nước trong ruộng => có thể áp dụng giống lúa năng suất cao. c/ Làm tăng vụ trồng: Với lịch canh tác thích hợp thì có thể tăng từ 1 vụ lên 2-3 vụ/năm. d/ Tăng khả năng đa canh: Nhờ vào các công tác thủy lợi, một số vùng như An Giang, thay vì độc canh cây lúa, nông dân có thể trồng đậu, bắp v.v trên vùng đất trồng lúa. e/ Tăng khả năng lấy nước mặn phục vụ nuôi trồng thủy sản cho vùng ven biển và duyên hải. 2. Khu vực miền Đông Nam bộ: Miền Đông Nam bộ, bao gồm Sông Bé, TP Hồ Chí Minh, Tây Ninh, Đồng Nai và Bà Rịa Vũng Tàu, diện tích khoảng 2,3 triệu ha, có tiềm năng rất lớn về cây lương thực lẫn cây công nghiệp. Đồng thời phần lớn diện tích của miền Đông Nam bộ chủ yếu là đất đỏ vàng, đất xám, đất phèn và mặn chiếm tỉ lệ nhỏ khoảng 173,000 ha nằm chủ yếu ở khu vực Cần Giờ_TPHCM, Châu Thành, Xuyên Mộc- Bà Rịa Vũng Tàu và một khối chạy dài từ TPHCM dọc sông Vàm Cỏ Đông lên tận Gò Dầu - Tây Ninh thì hoàn toàn nằm trong vùng chịu ảnh hưởng của nước mặn và bị nhiễm phèn nặng nề. Có hai hệ thống sông chính trong khu vực: a. Hệ thống sông Đồng Nai: bắt nguồn từ dãy núi Trường Sơn Nam, phần thượng lưu gồm 2 nhánh Đa nhim và Đa Dung, tổng chiều dài 635 km, diện tích lưu vực 37,400 km2, độ cao 1700m, độ cao bình quân lưu vực 470 m, độ dốc bình quân lưu vực 4.6%. Vùng hạ lưu sông Đồng Nai lên tới Trị an có các sông chính đổ vào là Sông Bé, Sài Gòn, Lá Buông và Vàm Cỏ. Trong điều kiện tự nhiên, thủy triều khống chế toàn bộ khu vực hạ lưu lên tới tận chân thác Trị An. b. Hệ thống sông Dinh và sông Ray: Là các sông ngắn, đổ trực tiếp ra biển, lưu lượng dòng chảy thấp, khả năng bồi đắp phù sa kém. Khó khăn trong nông nghiệp xuất phát từ tình trạng thiếu nước. Trong năm, khu vực ít mưa hơn Đồng bằng Bắc bộ. Mùa khô kéo dài tới 5 tháng, thời gian đó lượng mưa trung bình mỗi tháng võn vẹn 10-50mm ( so với mm vào mùa mưa). Đặc điểm sông rạch vùng này, do địa hình dốc cao, gây sự khác biệt lớn về dòng chảy của hệ thống sông qua các thời kỳ trong năm. Mùa mưa tập trung kéo dài 7 tháng từ tháng 5 đến tháng 11, chiếm hơn 90% lượng mưa cả năm. Hiện tượng xâm nhập mặn cao vào mùa khô cũng khá nghiêm trọng, mặc dù mặn nằm ở hạ lưu của điểm lấy nước sinh hoạt cho TPHCM, nhưng nguy cơ làm giảm chất lượng nước vẫn còn khi mặn vẫn đang xâm nhập sâu qua khỏi đoạn hợp dòng sông Đồng Nai, Sài Gòn và Vàm Cỏ 7km.

6 Bài giảng Thủy Nông 6 Tốc độ đô thị hóa ở vùng này khá cao, dự kiến kinh tế khu vực Đồng nai sẽ tăng lên gấp đôi trong vòng 5 năm tới và có thể tiếp tục phát triển đến năm Tốc độ đô thị hóa cao sẽ kéo theo những khó khăn nghiêm trọng về chất lượng cung cấp và các vấn đề môi trường nước liên quan đến xử lý nước thải. Các biện pháp quản lý hiện thời: Cải tạo và mở rộng hệ thống thủy lợi, phát triển các công trình đa mục tiêu: - Công trình Trị An ở trung lưu sông Đồng Nai, hoàn thành 1989 với công suất lắp đặt 400 MW, sức chứa 2.8 tỉ m3 và cho dòng chảy bình quân mùa khô 200 m3/s để ngăn mặn. - Công trình Đa nhim, thượng nguồn sông Đồng Nai xây dựng 1964, công suất 160 MW, tưới cho ha. - Công trình Thác Mơ trên sông Bé, công suất lắp đặt 150 MW, chứa 820 triệu m3 và diện tích cần tưới là ha, tăng dòng chảy tối thiểu lên 50 m3/s - Công trình Dầu Tiếng trên sông Sài Gòn, do World Bank tài trợ 1986, diện tích tưới dự kiến là (thực tế tưới ha), sức chứa 1.5 tỉ m3 và cho dòng chảy tối thiểu 25 m3/s. Ngoài ra còn có thêm 3 đập tràn phụ trách tưới cho ha. Các công trình đa mục tiêu: Các dự án quy hoạch tổng thể lưu vực đang được nhà nước đầu tư để khai thác tiềm năng nguồn nước của lưu vực sông Đồng Nai: Đồng Nai 4 và 8 (Đắc Lắc), Đa Mi, Hàm Thuận, Bắc Lạc, Phúc Hòa và Bôn Rôn. Số liệu cho thấy các công trình này chứa khoảng 2 tỉ m3 và công suất lắp đặt là 1300 MW. Các chiến lược khác: Hổ trợ cho việc ngăn mặn, các phương án xây các cửa cống và đê được tiến hành ở công trình thủy lợi Hóc Môn- Bắc Bình Chánh gần TP HCM (trên diện tích ha) theo dự án cải tạo Thủy lợi của Ngân hàng Thế giới. Đồng thời đề ra chiến lược phát triển nguồn nước ngầm vùng thấp và trung du của khu vực. Chiến lược trước hết cần chú trọng đến nhu cầu nước sinh hoạt nhân dân vùng ven biển, nơi đến nay vẫn chưa sử dụng nước mặt chất lượng tốt với số lượng đủ dùng. 3. Khu vực Tây nguyên: So với các khu vực khác, khu vực vùng Tây nguyên có lượng mưa lớn hơn. Tuy nhiên, đây là vùng núi, nếu không có các hệ thống Thủy lợi giữ nước mùa khô thì các sông rạch, suối đều khô cạn gây ra hiện tượng hạn hán nặng nề. Đồng thời, nếu không có các công trình chắn nước thì rất dễ bị xói mòn nghiêm trọng. Việc thiết lập các hồ chứa nước nhỏ ở những khe núi có thể giải quyết phần nào vấn đề này. Ngoài ra việc khai thác các sông Sesan, Sperok, Drayling có thể cung cấp nước tưới cho khoảng 150,000 ha thuộc Kontum, Gialai và Daklak.

7 Bài giảng Thủy Nông 7 4. Vùng duyên hải trung bộ: Đây là vùng sông dốc và ngắn. Đất ít, dân đông. Do đó, nếu không có các hệ thống Thủy nông (đập, hồ chứa ở thượng lưu) để mở rộng diện tích và tăng vụ thì chắc chắn vùng này không thể tự túc lương thực được. Việc thiết lập các đập, hồ chứa ở thượng lưu các sông dốc và ngắn ở miền Trung có khả năng cung cấp nước tưới cho khoảng 400,000 ha và giảm được nhiều thiệt hại, đặc biệt do lũ lụt gây ra trong mùa mưa. 5. Vùng Bắc bộ: Các sông ở miền Bắc có độ dốc tương đối lớn,phối hợp với địa hình của lưu vực các sông nên nước lũ thường tập trung rất nhanh. Mưa tập trung hơn (tháng 7, tháng 8 chiếm 40-45% lượng mưa cả năm), do đó rất dễ bị hạn hán, lũ lụt, xói mòn v.v... trầm trọng hơn miền Nam do đó các biện pháp Thủy lợi nói chung, Thủy nông nói riêng là cấp bách và bức thiết nhất trong tất cả các vùng ở miền Nam. 6. Đánh giá nguồn nƣớc tại Việt Nam: Theo Đánh giá tổng quan nguồn nước tại Việt nam (Ngân hàng thế giới, 1996), các khó khăn mà các nguồn nước sông chính đang và sẽ phải đương đầu: Lƣu vực song Bắc Giang- Kỳ Cùng Sông Hồng Nƣớc mùa khô Lũ lụt mùa mƣa Thiếu Xâm Lụt Ngập nhập do do mặn sông tiêu Trung bình Không có Trung bình thoát Trung bình Nƣớc mặt Ô nhiễm Thấp Nƣớc ngầm Ô nhiễm Thấp Lƣu vực Xuống cấp ít Cao Cao Cao Cao Tiềm ẩn Cao Mã Cao Cao Cao Cao Thấp Thấp Cả ít Cao Cao Cao Thấp Thấp Thu ít Tiềm Cao Cao Tiềm ẩn Bồn ẩn Ba ít Thấp Cao Cao Thấp Thấp Cao Đồng Cao Cao Thấp Trung Cao Thấp Nai bình ĐBSCL Trung bình Cao Cao Cao Trung bình Thấp Không có Srepok Trung bình cao Không có Thấp Thấp Thấp Thấp Cao

8 Bài giảng Thủy Nông 8 Ghi chú: Không có: không biết, không tác dụng lúc này nhưng có thể có trong tương lai 7. Qui hoạch cho tƣơng lai: Phát triển thủy lợi đã tạo điều kiện cho việc sử dụng nước trong các ngành gia tăng. Hình 1.3 ước tính từ nay đến 2030, lượng nước dự kiến lấy ra tăng lên dưới 100 triệu m3, nông nghiệp sẽ vẫn là ngành sử dụng nước chính và chiếm 75% trong 2030 so với hiện nay là 92%, trong khi đó lượng nước dùng trong công nghiệp và tiêu dùng cũng gia tăng nhưng ít hơn so với nông nghiệp. Do đó, cần xem xét lại tình trạng các nguồn nước hiện nay như đã nêu trên và đẩy mạnh biện pháp thủy nông cho từng vùng. IV/ Thủy nông và các môn học liên hệ: Thủy nông không phải là môn học biệt lập mà nó có những liên hệ mật thiết với các môn học khác. Sự phát triển của Thủy nông là hậu qủa và cũng là nguyên nhân của sự phát triển của các ngành khác. Quan trọng nhất là Nông nghiệp, Thủy lợi, Thủy lực, Khí tượng, Địa chất, Kinh tế, Xã hội. VI/ Giới hạn của gíao trình: Mục đích của giáo trình này là cung cấp cho sinh viên những kiến thức cơ bản về Thủy nông: những số liệu cơ bản, các lý luận cơ sở, các phương pháp và biện pháp Thủy nông. Tập bài giảng gồm 4 phần chính:

9 Bài giảng Thủy Nông 9 Phần I: Dựa trên cơ sở phân tích các tương quan giữa Đất-Nước-Cây trồng, khảo sát việc tưới nước cho cây trồng trên đồng ruộng. Tính toán yêu cầu nước, chế độ tưới và phương pháp tưới. Phần II: Dựa trên kiến thức phần I, trình bày Hệ thống điều tiết nước ruộng, hệ thống kênh tưới, tiêu và biện pháp quản lý 1 hệ thống Thủy nông. Phần III: là phần chuyên đề, áp dụng các kiến thức trong 3 phần đầu để giải quyết các vấn đề đặc biệt như cải tạo đất, chống xói mòn, v.v.. Phần bài tập thực hành không nằm trong tập giáo trình này. Bài giảng được soạn tương đối đầy đủ chi tiết để có thể làm tài liệu tham khảo cho các sinh viên muốn đi sâu hơn về Thủy nông. ---***--- Các tài liệu tham khảo chính: 1. Tô phúc Tường, Giáo trình Thủy nông, ĐHNL, 1976: 2. Giáo trình Thủy nông. Nhà xuất bản Nông nghiệp, 3. M. Jansen, Design and Operation of farm irrigation system, the American Society of Agricultural Engineers, Daniel Hillel, Introduction to Soil Physics, Academic Press, Vaughn E. Hansen, Irrigation principles and practices, 4 th edition, Nurul Islam, Population and Food in the Early Twenty-First Century: Meeting Future Food Demand of an Increasing Population, International Food Policy Research Institute, Producing more rice with less water from irrigated systems. IRRI, SWIM,IIMI, Edward J. Plaster, Soil Science and Management, 3 rd edition, R.P.C. Morgan, Soil erosion and Conservation, 1986.

10 Bài giảng Thủy Nông 10

11 Bài giảng Thủy Nông 11

12 Bài giảng Thủy Nông 12

13 Bài giảng Thủy Nông 13 Bài đọc thêm: Những thách thức Kỹ thuật Thủy nông trong tƣơng lai (trích từ Design and Operation of farm irrigation systems trang 9-10). Những vấn đề về phân phối nước cho các trang trại cần phải được quan tâm chú ý. Trong đó việc hiện đại hóa những kế hoạch tưới nứơc cổ lỗ, lạc hậu để hệ thống phân phối nước, hoặc chính sách phân phối nước, không giới hạn hiệu suất tưới. Hiện nay, vẫn chƣa có những hệ thống tƣới có hiệu qủa kinh tế có thể áp dụng nƣớc với độ đồng đều gần nhƣ hoàn hảo. Khi mục tiêu này đạt được, chúng ta có thể phát triển thêm những phương pháp kiểm soát lượng nước áp dụng đến mức độ chỉ gồm cho ET (BTH) và thấm lậu (leaching) cần thiết mà thôi. Nhiều hệ thống tưới mặt đất không thể hoạt động một cách hiệu qủa mà không có sự đầu tư (input) một khối lượng lớn về lao động. Vấn đề về nguồn năng lƣợng đưa nước tưới (section 3.7). Trong đó rất nhiều nguồn năng lượng mới đang được ứng dụng (ví dụ: Sức gió) kể từ 1980s đang là vấn đề đáng chú ý. Vấn đề về môi trƣờng (section 3.8) và sức khoẻ con người ở những nước đang phát triển (section 2.1 và 9.5). Số liệu thực đo (actual data) về thiết kế và những khó khăn trong việc vận hành những hệ thống tưới hiện tại. Những thách đố về tưới nước sẽ là vấn đề lớn nhất (đối với các nước đang phát triển mà ở đó đã cải thiện những ứng dụng quản lý nước) sẽ có một tiềm năng to lớn trong việc gia tăng sản xuất lương thực thực phẩm, và fibre. Chương trình hành động cuối cùng (đã được thảo luận tại Maryland, USA, 13-15/5/1980) sẽ bao gồm việc ĐẦU TƢ (input) hệ thống tưới có ý nghĩa, những chương trình ở các mức độ : TRANG TRẠI, LÀNG XÃ, QUỐC GIA VÀ CẢ QUỐC TẾ.

14 Bài giảng Thủy Nông 14 Chương 2: HỆ THỐNG ĐẤT-NƢỚC-CÂY TRỒNG Nội dung: I/ Giới thiệu dẫn nhập. II/ Hệ thống ĐẤT-NƯỚC (theo quan niệm tỉnh). 1. Độ ẩm đất. 2. Các dạng nước trong đất. 3. Các hằng số nước trong đất (Thang độ ẩm). III/ Hệ thống ĐẤT NƯỚC (theo quan niệm động). 1. Năng lượng nước trong đất ẩm. 2. Các thành phần năng lượng nước trong đất ẩm. 3. Đường tương quan giữa áp suất giữ nước và ẩm độ đất. IV/ Các phương pháp xác định độ ẩm và đường đặc trưng của đất. 1. Phương pháp sấy khô. 2. Phương pháp dùng điện trở. 3. Phương pháp phóng xạ. 4. Phương pháp dùng trương lực kế (tensiometer). 5. Phương pháp đo đường đặc trưng (màng áp suất). V/ Hiện tượng thảo mộc rút nước từ rễ cây. 1. Tổng quát. 2. Các quan niệm về lượng nước hữu hiệu cho cây. - Quan niệm cũ. - Quan niệm mới. 3. Phân tích các hiện tượng di chuyển của nước trong hệ thống ĐẤT NƯỚC-CÂY TRỒNG. 4. Rễ cây rút nước trong đất. Từ khóa: - Độ ẩm đất hoặc ẩm độ đất (soil moisture), - hằng số nƣớc trong đất (moisture constants), - lƣợng nƣớc hữu hiệu (available water), - nƣớc dính (adhesion water), - nƣớc màng (cohesion water), - nƣớc trọng lực (gravitional water), - lực giữ nƣớc của đất (water retention) (pf), - hệ số truyền nƣớc (K) (hydraulic conductivity). Các vấn đề cần nắm vững: 1. Các khái niệm, cách tính ẩm độ đất và việc theo dõi (đo) độ ẩm đất. 2. Các dạng nước trong đất và các lực giữ nước trong đất. 3. Các khái niệm về lượng nước hữu hiệu đối với cây trồng. 4. Sự di chuyển của nước trong đất vào vùng rễ cây (hoặc sự hấp thụ nước trong đất của rễ cây và sự di chuyển lên thân lá). 5. Các yếu tố ảnh hưởng lên việc hấp thụ nước của rễ cây *****-----

15 Bài giảng Thủy Nông 15 Chương 2: HỆ THỐNG ĐẤT-NƢỚC-CÂY TRỒNG. I/ Giới thiệu dẫn nhập: Mục đích cuối cùng của Thủy nông vẫn là việc dùng nước để tạo trong đất một môi trường tối hảo cho cây trồng, đồng thời duy trì hay cải tiến độ phì nhiêu của đất. Mỗi một loại đất, mỗi một cây trồng có nhu cầu nước riêng, vì thế để thiết kế hệ thống thủy nông trước hết ta phải biết các cây trồng, các loại đất có phản ứng như thế nào, sử dụng lượng nước tưới như thế nào khi được tưới nước? Có như thế thì ta mới tính tóan đúng được lượng nước, phẩm chất nước, kế hoạch tưới nước cho từng thửa ruộng, và trên cơ sở cho 1 hệ thống rộng. Nói một cách khác, các liên hệ giữa Đất-Nước-Cây Trồng phải được xem là cơ sở cho việc thiết kế các hệ thống và sử dụng các hệ thống thủy nông. Các liên hệ đó phải được xem là các liên hệ nội tại, hữu cơ trong một hệ thống thống nhất. Mục đích của chương này là khảo sát các mối liên hệ đó. II/ Hệ thống ĐẤT-NƢỚC (theo quan niệm thổ nhưỡng hay quan niệm tỉnh): II.1. Độ ẩm đất: Một khối đất thông thường (hình 2.1) thực sự là 1 hỗn hợp gồm: - Các hạt đất: là các khoáng chất ở thể rắn (đặc, solid). - Các tế khổng: là các lổ rổng giữa các hạt đất. Trong tế khổng có chứa nước, hơi nước và không khí. Như vậy nước hiện diện trong đất dưới 2 dạng: thể lỏng và thể khí (hơi). Thành phần ở thể hơi không đáng kể so với thành phần ở thể lỏng. Vì vậy, để diển tả hay đo lường lượng nước có trong đất, người ta dùng các chỉ số độ ẩm hay ẩm độ như sau: a/ Độ ẩm tính theo trọng lượng (, tính theo ): (%) = [(TL đất ướt TL đất khô) * 100] / TL đất khô. b/ Độ ẩm tính theo thể tích (, tính theo ): ( ) = 100 * (TT nước chứa trong đất)/ TT toàn thể khối đất. c/ Chiều cao lớp nước tương đương (htd, tính bằng đơn vị chiều cao): là chiều cao của lớp nước chứa trong 1 chiều cao đơn vị của đất (ví dụ: 1 m). htd = (thể tích nước chứa trong đất)/(thể tích toàn thể khối đất). d/ Mối quan hệ giữa và. = * eb. Trong đó eb là dung trọng hay tỉ trọng biểu kiến khô của đất. eb (g/cm3) = (TL đất khô)/(tt toàn thể khối đất) hạt đất Khoâng Vf khí Ma Nöôùc nước Mw lỗ rổng Vt Mt V s Haït ñaát Ms (haït raén) Hình 2.1: Các thành phần trong 1 khối đất.

16 Bài giảng Thủy Nông 16 Một số thông số khác thường dùng trong thủy nông là: 1. Tỉ trọng đất (density of solid) ( s): s = TL đất khô/ thể tích hạt rắn = Ms/Vs. 2. Độ rỗng (porosity) (f) f = Vf/Vt = (Va + Vw) / (Va + Vw + Vs) 3. Độ bảo hòa (degree of saturation) (s) s = Vw/Vf = Vw / (Va + Vw) 4. Tỉ lệ rỗng (void ratio) (e) e = (Va + Vw) / Vs = Vf / (Vt Vf) 5. Độ rỗng không khí (air filled porosity) (fa) fa = Va/Vt = Va / (Va + Vw + Vs) Các mối quan hệ giữa các thông số: - Độ rỗng và tỉ lệ rỗng : e = f/(1-f) => f = e / (1-e) - Độ ẩm thể tích và độ bảo hòa: = s*f => s = /f - Độ rỗng và dung trọng: f = ( s b) / s = 1 - b/ s Thí dụ 1: Một mẫu đất có trọng lượng ướt (Mt) là 1000 g, thể tích khối đất (Vt) là 640 cm3. Trọng lượng sau khi sấy khô (Ms) là 800g. Giã sử đất có tỉ trọng hạt s là 2,65 g/cm3. Tính: 1. Dung trọng b = Ms/Vt = 800/640 = 1.25 g/cm3. 2. Độ rỗng f = 1 - b/ s = /2.65 = = = 52.8% 3. Tỉ lệ rỗng e = Vf/Vs = (Vt-Vs)/Vs = Vt/Vs 1 = 640/(800/2.65) 1 = Độ ẩm trọng lượng w= Mw?Ms = (Mt-Ms)/Ms = ( )/800 = 0.25 = 25%. 5. Độ ẩm thể tích = Vw/Vt = 200/640 = = 32.15% 6. Độ ẩm bảo hòa s = Vw/(Vt-Vs) = 200/( ) = = 59.2%. 7. Độ rỗng không khí fa = Va/Vt = ( )/640 = = 21.6%. Thí dụ 2: a/tính chiều cao lớp nước tương đương (cm) trong 1 phẫu diện đất sâu 1m với các thông số như sau: b/ Tính lượng nước chứa trên 1 ha có trong phẫu diện trên. Độ sâu h (cm) w (%) b Giải: a/ Độ sâu h (cm) w (%) b (%) htd (cm) * 18/100 = * 35/100 = 21 Tổng cộng 28.2 Vậy b/ V = h * S = 28.2 * 10 2 * 10 4 = 2820 m3.

17 Bài giảng Thủy Nông 17 II.2. Các dạng nƣớc trong đất (hình 2.2): a/ Hơi nước: Hơi nước có mặt trong tế khổng rất cần cho sự hoạt động phát triển của bộ rễ, lông rễ. Hơi nước luôn di chuyển từ chổ có áp suất tuyệt đối cao đến nơi có áp suất tuyệât đối thấp hơn, nó cũng có thể di chuyển từ trong đất ra ngoài không khí và bị gió cuốn đi một cách thụ động. Đó là nguyên nhân chủ yếu để hình thành sự bốc hơi mặt đất (mất nước trong đất). b/ Nước liên kết hóa học: Do đặc tính hóa học của nước là một phân tử 2 cực (diopole) [H 2 O <=> H + + OH - ], nước có thể liên kết với các hạt đất (ví dụ ion Na+ trong đất) tạo thành một lớp nước liên kết hóa học, liên kết vô cùng chặt chẻ với các phân tử rắn trong đất, và không thể hút bởi rễ cây nên cây không sử dụng được. Vì thế khi tính độ ẩm đất, người ta không tính đến lượng nước này. Lượng nước này chỉ có thể tách rời khỏi đất khi có lực hút lớn (ví du:ï sấy ở 500 oc). c/ Nước liên kết lý học: Đây là lượng nước giữ lại trong đất nhờ các lực phân tử. Nó bao gồm: - Nước dính (nước hấp thụ, hay nước liên kết): do lực hấp thụ của các hạt đất lên các phân tử nước. Nước tạo thành 1 lớp mỏng chung quanh hạt đất, có chiều dày khoảng 5 lần đường kính phân tử nước. Lượng nước này thay đổi tùy theo thành phần cơ giới của đất (đất sét > đất cát). Lượng nước này chỉ có thể di chuyển khi biến thành hơi (sấy). - Nước màng (hay nước liên kết hờ): lượng nước này được lớp nước dính hấp thu bằng các lực phân tử định hướng. Lớp nước màng có chiều dày từ 2-6 lần chiều dày của lớp nước dính. Nước màng có thể di chuyển ở thể lỏng từ chổ màng dày đến chổ màng mỏng khi có1 lực hút lớn; cây trồng có thể hấp thụ một phần của lượng nước này nhưng rất khó khăn. Lượng nước này gia tăng khi các hạt đất là hạt nhỏ. Cát khoảng 1,5 % trong khi đó sét có thể lên đến 30%. d/ Nước tự do: Nói chung tất cả các lượng nước không chịu tác dụng bởi các lực liên kết phân tử thì được gọi là nước tự do. Không khí và hơi nước Hạt đất Nước dính Nước màng Nước mao quản (nước tự do) Hình 2.2: Các dạng nước trong đất.

18 Bài giảng Thủy Nông 18 - Nước mao quản: là lượng nước nằm ngoài lớp nước màng, chịu sự tác dụng của lực mao dẫn. Chính nhờ nước mao quản này mà nước ngầm có thể từ dưới leo lên trên (mao quản leo), hay vẫn tiếp tục di chuyển từ trên xuống dưới sau khi ngừng cung cấp nước (mao quản treo). Người ta còn chia nước mao quản thành 2 loại: nước góc chỉ chịu sự tác dụng của lực mao quản (là nước tại chổ cong nơi tiếp xúc của các lớp nước màng). Khi nước góc này dày thêm, tiếp xúc với nhau thì tạo thành mao quản ống (chịu tác dụng của lực mao dẫn lẫn trọng lực). - Nước trọng lực: sau khi thành lập nước mao quản ống, giữa các tế khổng có khi còn chổ trống chưa chứa nước. Nếu được tiếp tục cung cấp nước thêm thì các chổ trống này sẽ chứa nước. Lượng nước này gọi là nước trọng lực vì nó chỉ chịu sự tác dụng của trọng lực. Nước tự do là lượng nước cây trồng có thể hấp thu được. II.3. Các hằng số nƣớc trong đất (hay là thang ẩm độ)(hình 2.3 và bảng 2.3): a/ Độ ẩm bảo hòa (ĐA)bh: khi các lỗ rổng chứa đầy nước. b/ Độ ẩm đồng ruộng hay còn gọi là thủy dung ngoài đồng (field capacity): Khi đất đã ở độ ẩm bảo hòa mà ngưng cung cấp nước, nước tiếp tục chuyển động xuống sâu theo tác dụng của trọng lực. Sau khi lượng nước trọng lực vừa chảy đi hết khoảng 2-3 ngày sau khi mưa hoặc tưới, thi độ ẩm đất lúc đó là độ ẩm đồng ruộng (ĐA)dr. Áp suất giữ nước tương ứng lúc đó khoảng 1/3 bars. Ngoài ra ngưới ta còn có thể định nghĩa (ĐA)dr theo lực giữ nước của đất (sẽ học ở phần tiếp theo sau) là: - Áp lực giữ nước là 100 cm hay pf = 2 và mực nước ngầm sâu hơn 1m (theo Driessen, 1986a). - Áp suất giữ nước là 50vm => cm (theo Keague et al 1984). Những yếu tố ảnh hưởng lên độ ẩm đồng ruộng là: a1. Sa cấu: sa cấu càng mịn thì ĐA(dr) càng cao. a2. Loại sét (type of clay): Nhiều montmorillonite thì ĐA(dr) càng cao. a3. Thành phần hữu cơ : thành phần hữu cơ có thể giúp đất giữ nước nhiều hơn, nhưng lượng nước hữu cơ hiện diện trong đất thường rất thấp nên ảnh hưởng không đáng kể. a4. Tỉ lệ tái phân phối độ ẩm càng chậm => ĐA(dr) càng cao. a5. Sự hiện diện của tầng không thấm làm cản trở việc tái phân phối độ ẩm, do đó làm tăng ĐA(dr). a6. Bốc thoát hơi. c/ Độ ẩm min (ĐA)min: Độ ẩm tối thiểu để duy trì năng suất cây trồng (được trình bày chi tiết ở phần V.2). Độ ẩm min có thể được xác định bằng 2 cách như sau: c1. Khi không có đầy đủ tài liệu: (ĐA)min = [(ĐA)dr + (ĐA)hc]/2. c2. Xét theo 2 yếu tố : nhóm cây và ETm => p: Trong đó p = [(ĐA)dr (ĐA)min] / [(ĐA)dr (ĐA)hc]. p được gọi là hệ số thiếu hụt độ ẩm (bảng 2.1 và bảng 2.2).

19 Nöôùc lieân keát Nöôùc töï do Bài giảng Thủy Nông 19 Bảng 2.1: Nhóm cây (theo Doorenbos et al, 1979) Nhóm cây Cây trồng đại diện 1 Hành lá, Tiêu, Khoai tây 2 Bắp cải, Đậu (Pea), Cà chua 3 Đậu (Bean), Đậu phụng, Hướng dương, Dưa hấu, Lúa mì. 4 Bông vải, Bắp, Mía, Thuốc lá Bảng 2.2: Hệ số thiếu hụt độ ẩm p (theo nhóm cây và ETm) ETm (cm/ngày) Nhóm cây d/ Độ ẩm héo cây (wilting point) (ĐA)hc: là độ ẩm mà tại đó cây tuy có khả năng có thể hút được nước nhưng không duy trì được sự sống. Lực giữ nước của đất tương ứng lúc đó là15 bars. * Khi vài lá bắt đầu héo mà không phục hồi (tươi) trở lại thì gọi đó là độ ẩm héo cây vĩnh viễn (permanent wilting point). * Khi toàn cây đã héo thì gọi là độ ẩm héo cây tối hậu (ultimate wilting point). Tuy sự khác biệt đo bằng ẩm độ giữa 2 trị số này rất nhỏ, nhưng sự khác biệt giữa áp suất hút lại khá lớn (xem phần sau). e/ Khoảng nước hữu hiệu: là khoảng ẩm độ từ (ĐA)dr đến (ĐA)hc. f/ Khoảng duy trì năng suất: là từ (ĐA)dr đến (ĐA)min. Dạng nước Hằng số nước trong đất Khoảng ẩm độ (ĐA)bảo hòa Nước Trọng lực (ĐA) đồng ruộng (1/3 bar) Khoảng nước Nước hữu hiệu mao quản (ĐA) héo cây vĩnh viễn Nước (15 bar) Khoảng màng héo cây (ĐA) héo cây tối hậu Khoảng Nước liên kết dính chặt 0 khô Hình 2.3: Sự liên hệ giữa các dạng nước trong đất và các hằng số nước.

20 Bài giảng Thủy Nông 20 Bảng 2.3: Các hằng số nƣớc trong đất. Loại đất (ĐA)dr (%) (ĐA)hc (%) LN hữu hiệu (%) LN hữu hiệu (cm/m đất) Cát thô ,5 4,5 4,5 5,5 6,7-9,2 Thịt nhiều cát ,5 8 9, Thịt ,5 9,5 9,5 10, ,5 Thịt nhiều sét ,5 11 9, Sét Source: theo SCS, III/ Hệ thống ĐẤT-NƢỚC (theo quan niệm động học). III.1. Năng lƣợng nƣớc trong đất ẩm: Nước trong đất, cũng như bao vật chất khác, đều có chứa năng lượng. Xét 1 điểm bất kỳ trong chất lỏng nằm trong đất. Theo phương trình Bernouilli, năng lượng tại điểm đó là: E = z + p/ g + v 2 /2g. Trong đó: z : Thế năng của điểm đang khảo sát, chính là độ cao của điểm đó so với mặt chuẩn, mặt chuẩn thường là mặt đất tự nhiên. p/ g : Lực giữ nước do đất gây ra, còn gọi là năng lượng ma trận ay lực phân tử (Matrix potential), là tỉ trọng chất lỏng đang khảo sát và g là gia tốc trọng trường. v 2 /2g : Động năng của chất lỏng tại điểm khảo sát, với v là vận tốc dòng chảy của chất lỏng trong đất. Tuy nhiên nước trong đất di chuyển rất chậm, nên động năng (v 2 /2g) không đáng kể. Năng lượng nước trong đất ẩm hầu hết ở trạng thái tỉnh tùy thuộc vào vị trí (z) và tình trạng nội tại (năng lượng ma trận) ( p/ g) của phân tử nước đang xét. Khi có sự khác biệt năng lượng giữa 2 điểm nước trong đất mà nước có thể di chuyển từ điểm này qua điểm khác (từ nơi có tiềm năng cao đến nơi có tiềm năng thấp hơn). Như vậy lực tác dụng lên sự di chuyển của nước là Fs = -de/ds. trong đó: de: chênh lệch năng lượng của 1 đơn vị trọng lượng nước. ds: đọan đường di chuyển, hay khỏang cách giữa 2 điểm. Dấu chỉ sự giảm năng lượng theo đọan đường di chuyển. Do đó để nói đến năng lượng của nước tại 1 điểm là phải so sánh năng lượng ở điểm đó với năng lượng của 1 điểm khác ở điều kiện chuẩn nào đó. Điều kiện chuẩn, có thể là nước ở trạng thái tự do, không chứa chất hòa tan, có áp suất khí trời, cùng nhiệt độ và độ cao như nước trong đất tại điểm ta đang xét.

21 Bài giảng Thủy Nông 21 Theo định nghĩa trên đây thì năng lượng nước trong đất bảo hòa sẽ dương (+) và trong đất khô hay ẩm sẽ âm (-). Như vậy nói đến lực giữ nước của đất ở 1 trạng thái nào đó là nói đến cần 1 lực để đem nước từ đất ở trạng thái đó sang trạng thái ứng với điều kiện chuẩn. Năng lượng nước có thể đo bằng đơn vị lực: atmosphere (atm), bar, chiều cao cột nước (H, cm), hay kgf/m2.trong đó: 1 atm = 1 bar = 10 m nước = 1 kgf/cm2. III.2. Các thành phần năng lƣợng nƣớc trong đất: Nước trong đất chịu sự tác dụng của nhiều lực, chính các lực này làm năng luợng của nước trong đất khác năng lượng của nước tự do. Các lực thông thường nhất là: Trọng lực (tạo nên thế năng). Lực phân tử (do các hạt đất tác dụng lên nước) (tạo nên năng lượng ma trận). Lực do sự khác biệt nồng độ (tạo nên năng lượng thẩm thấu). - Thế năng (Eg): chỉ phụ thuộc vào vị trí so với 1 mặt chuẩn bất kỳ, do đó Eg = * g * z. - Năng lượng ma trận (Em): Ma trận các hạt đất tác dụng lên nước các lực mao dẫn và liên kết làm cho năng lượng của nước trong đất thấp hơn năng lượng nước tự do ở cùng vị trí. Hai khái niệm lực mao dẫn và liên kết đều bắt nguồn từ sự hiện diện của nước trong các hạt đất và kẻ hở, rất khó để có thể phân biệt được khi nào thì lực này chuyển sang lực kia, cho nên dưới khía cạnh năng lượng, ta gọi chúng là lực ma trận. Nếu gọi P là áp suất trong hệ thống thì Em = P (P <0). -Năng lượng thẩm thấu (Et): Nước ở trong đất cũng như nước trong hệ thống rễ cây đều chứa các chất hòa tan, và vì nước trong đất phải được ngấm vào trong rễ, cho nên năng lượng của thẩm thấu cần được để ý (thí dụ trong trường hợp đất nước mặn). (Et < 0 ) Thông thường khi so sánh năng lượng là ta so sanùh với năng lượng nước ở điều kiện chuẩn ở cùng 1 cao độ (ta có thể lấy z = 0). Vì vậy E = Em + Et. Ngoài ra, Em>>Et, Do đó E = Em = P. (hình 2.4). Hình 2.4 cho thí dụ về ảnh hưởng của chất lượng nước lên áp suất nước trong đất. Nước trong đất có thể chứa nhiều chất hòa tan, nên nếu nó tiếp xúc với nước tự do (nước cất) qua khối đất nằm ở giữa 2 màng bán thấm (nghĩa là chỉ thấm nước không cho không khí và chất hòa tan đi qua) thì nước tự do sẽ chảy qua đất. Nói cách khác, chất hòa tan đã làm hạ năng lượng của nước trong đất.

22 Bài giảng Thủy Nông 22 Màng thấm nước và chất hòa tan Màng thấm nước Nöôùc caát Dung dòch ñaát Ñaát öôùt Nöôùc caát Tổng Cộng Thẩm thấu Ma trận Hình 2.4: Áp suất giữ nƣớc của đất. III.3. Đƣờng tƣơng quan giữa áp suất giữ nƣớc và ẩm độ trong đất. Đất sét Đất cát Đất Không bị nén Đất bị nén Lượng nước trong đất Hình 2.5: Ảnh hưởng của sa cấu lên lực giữ nước. Lượng nước trong đất Hình 2.6: Ảnh hưởng của cấu trúc lên lực giữ nước của hạt đất. Tại mỗi ẩm độ, nước trong đất có 1 năng lượng ma trận riêng tùy thuộc vào tính chất của đất và của nước. Do đó, người ta có thể thiết lập đường biểu diễn sự liên hệ giữa năng lượng ma trận (hay áp suất giữ nước) và ẩm độ đất. Đường này gọi là đường đặc trưng ẩm độ-áp suất giữ nước. Đường đặc trưng này thay đổi tùy theo sa cấu (hình 2.5) và theo cơ (kết) cấu đất (hình 2.6). IV/ Các phƣơng pháp xác định độ ẩm và đƣờng đặc trƣng của đất. IV.1. Phƣơng pháp sấy khô: Đây là phương pháp thông dụng nhất. Nguyên tắc và dụng cụ: Tủ sấy (dùng để chỉnh nhiệt độ tự động), sấy ở nhiệt độ 105 oc trong thời gian khoảng 24 giờ (nghĩa là cho đến khi sự thay đổi trọng lượng không đáng kể). Sau đó dùng công thức (1) để xác định độ ẩm. Ưu điểm: Khuyết điểm: - Dễ thực hiện. - Không đo được tức thời, tại chổ (hiện trường). - Một số loại sét còn giữ lại nước dính, nước màng.

23 Bài giảng Thủy Nông 23 - Một số chất hữu cơ có thể bị oxýt hóa (ozidized), và bị phân hủy (decomposed, decay) ở 105 oc. Do đó, việc giảm trọng lượng có thể không hoàn toàn do mất nước trong đất. Để giảm khuyết điểm trên đây, người ta tăng kích cở mẫu và giảm số lượng mẫu, nhưng điều này lại dẫn đến việc phá hủy hoặc làm rối loạn (disturb) lô quan sát thí nghiệm. IV.2. Phƣơng pháp dùng điện trở : (electric resistance) (hình 2.7). Nguyên tắc và dụng cụ: Gồm 1 thỏi sứ hay fibre glass có 1 cặp điện cực (electrodes). Thỏi sứ hút nước, cân bằng ẩm độ với lớp đất chung quanh nếu được chôn xuống đất. Ẩm độ trong thỏi sứ làm thay đổi điện trở của điện cực và do đó có thể xác định bằng 1 ohm-mét. - Ưu điểm: - Đo tức thời, tại chổ. - Khuyết điểm: - Khoảng ẩm độ khảo sát hẹp. - Trị số đo bị ảnh hưởng bởi các chất hòa tan. - Trị số đo sẽ sai khi thỏi sứ không tiếp xúc với đất tốt. IV.3. Phƣơng pháp phóng xạ: Nguyên tắc: Phóng xạ xuất phát từ 1 thỏi radium và berryllium hay amdricium và berryllium, sẽ đụng vào các hạt nhân của các nguyên tử chung quanh làm tăng năng lượng của các phóng xạ. Năng lượng giảm nhiều nhất khi các phóng xạ (neutrons, các hạt trung hoà) đụng phải các hạt nhân có trọng lượng gần bằng chúng, đó là các hạt nhân H 2 trong H 2 O (Hillel, 1971). Thí nghiệm cho thấy, số lượng các hạt trung hòa bị giảm năng lượng tỉ lệ với số lượng các phân tử H 2 trong đất. Số lượng các hạt bị làm chậm lại được đo bởi các đồng hồ phóng xạ. Dụng cụ: Gồm 1 probe hình trụ, đầu có gắn chất phóng xạ. Chung quanh được bảo vệ bằng lưới chì (Pb) và Polyethylene. Đồng hồ đo các hạt H 2 bị làm chậm lại. Ưu khuyết điểm: Đo được độ ẩm tính theo thể tích. Vùng ảnh hưởng đo được là 1 hình cầu 15cm < D < 50cm. Vì vậy trị số đo được là trị số trung bình. Ngoài ra, phương pháp này không thích hợp cho việc đo gần mặt đất hay những nơi có độ ẩm mất liên tục (mặt ướt, wetting front). IV.4. Phƣơng pháp dùng trƣơng lực kế: (tensiometter) (hình 2.8) Nguyên tắc và dụng cụ: Gồm chén sứ, ống nối và áp suất kế, nước được chứa đầy bên trong. Khi chôn chén sứ vào đất, sức hút nước từ đất khiến nước trong trương lực kế thoát ra ngoài theo các tế khổng của chén sứ làm giảm áp suất trong ống, áp suất kế sẽ ghi lại trị số này và đó là áp suất giữ nước của đất. Ưu khuyết điểm: Thường được dùng ngoài đồng để theo dõi độ ẩm của đất trồng trọt. Chỉ đo được áp suất trong đất khi áp suất đo nhỏ hơn áp suất khí trời (< 1atm). IV. 5. Phƣơng pháp đo đƣờng đặc trƣng: (dùng màng áp suất) (hình 2.9). Nguyên tắc và dụng cụ: Các thành phần chủ yếu được trình bày trong hình 2.9. Mẫu đất được đặt trên các tấm sứ rỗng (porous plate) làm bằng ceramic hay các màng cellulose acetate. Phía trên tấm sứ có áp suất cao. Phía dưới tấm sứ có áp

24 Bài giảng Thủy Nông 24 suất thấp (khí trời). Tất cả chứa trong 1 hộp (chamber) chịu áp suất cao. Khi tăng áp suất phía trên, tức là tăng sức hút từ phía dưới, nước sẽ thoát ra khỏi dĩa và xuống phía dưới. Khi sức hút đã cân bằng vơi lực giữ nuớc của đất thì nước sẽ không thoát ra khỏi đất nữa. Lúc đó ta ngưng áp suất, lấy mẫu ra và xác định độ ẩm bằng phương pháp cân sấy. Như vậy là ta xác định được các cặp trị số (p,w). Nếu tiếp tục thay đổi áp suất ta sẽ cóù các cặp trị số tương ứng khác (p 2 W 2 ; p 3 W 3 pnwn). Đây chính là đường tương quan giữa áp suất giữ nước của đất và ẩm độ. Ưu khuyết điểm: Dụng cụ đắt tiền, nhưng có thể thiết lập được đường đặc trưng từ 0-20 bars (hoặc 100 bar nếu là màng cellulose acetate) Naép môû ñoå ñaày nöôùc AÙp keá thuûy ngaân AÙp keá Maët ñaát Choã oáng noái Chieàu saâu d Söù Hình 2.8 Duïng cuï tröông löïc keá ñeå ño löïc giöõ nöôùc cuûa ñaát Buoàng aùp suaát Maãu ñaát Thoâng vôùi khí trôøi Söù hay maøn baùn thaám Hình 2.9: Duïng cuï maøng aùp suaát duøng ñeå xaùc ñònh ñöôøng ñaëc tröng

25 Bài giảng Thủy Nông 25 IV.6. Phƣơng pháp dùng giấy lọc (Using filter paper Whatman No 42.)(đọc thêm) Phương pháp dùng giấy lọc dựa trên đặc tính ẩm độ chuẩn hóa của giấy lọc để suy ra đặc tính ẩm độ đất. Phương pháp này xác định cho áp suất tiềm thế từ khoảng 10 đến V/ Hiện tƣợng thảo mộc rút nƣớc từ rể cây. V.1. Tổng quát: Lượng nước rễ cây hút từ đất truyền qua cây, phần lớn (>90%) được thoát ra ngoài không khí bằng hiện tượng thoát hơi (transpiration). Có thể nói lượng nước hút bởi rễ cây không phải kiểm soát bằng nhu cầu sinh tồn và dinh dưỡng của cây mà bằng hiện tượng bốc hơi từ các tế khổng ra lớp không khí chung quanh. Có hiện tượng này là vì có 1 gradient áp suất từ lá cây qua môi trường không khí chung quanh. Nhưng không phải hoàn toàn thụ động, mà cây có thể kiểm soát được tới 1 mức nào đó lượng nước bốc hơi bằng cách đóng hay mở cửa khổng (stoma) (hình 2.10). Lẽ dĩ nhiên việc đóng cửa khổng có ảnh hưỡng đến việc tăng trưởng của cây vì phòng dưới khổng (sub-stomatal cavity) cũng là nơi lá cây hấp thụ CO 2 cần thiết cho hiện tượng quang hợp, và đôi khi làm cho cây qúa nóng, nước không thoát ra ngoài được. Đứng về phương diện thủy nông, ta xét: a. Đất cung cấp nước cho cây có dễ dàng không? Khi nào đất không cung cấp đủ nước cho cây? b. Hiện tượng bốc thoát hơi có ảnh hưỡng gì lên năng lượng và sự di chuyển của nước trong đất? Hình 2.10: Hiện tượng thảo mộc rút nước từ rễ cây.

26 Bài giảng Thủy Nông 26 V.2. Các quan niệm về lƣợng nƣớc hữu hiệu cho cây: Quan niệm cũ: Nhiều người quan niệm rằng cây chỉ dùng nước trong khoảng từ (ĐA)dr đến (ĐA)hc và hai giới hạn này chỉ tùy thuộc vào loại đất. Nhiều người khác cho rằng, cây hấp thụ nước dễ dàng khi ẩm độ thay đổi từ (ĐA)dr đến (ĐA)hc rồi tại điểm này, cây không hút được nước nữa (theo Veihmeyer, Henrickson, 1955) (đường số 1, hình 2.11). NSuất (1) (2) (3) (ĐA)dr (ĐA)hc Độ ẩm Hình 2.11: Các quan niệm (củ) về sử dụng nước giữa (ĐA)dr và (ĐA)hc. Cũng có người cho rằng khi ẩm độ giảm từ (ĐA)dr xuống (ĐA)hc thì cây càng lúc càng khó hút nước và sự tăng trưỡng của cây bị ảnh hưỡng trước khi đạt (ĐA)hc (theo Richards, Wadhigh, 1952) (đường số 2, hình 2.11). Cũng có người lại dung hòa hai quan niệm trên, cho rằng có 1 khoảng độ ẩm mà tại đó rễ cây hút nước dễ dàng rồi đến điểm nào đó sự hút nước khó dần (đường số 3, hình 2.11). Những quan niệm trên đây tuy khá hữu dụng trong việc thiết kế và quản lý các hệ thống thủy nông, nhưng không đưa ra 1 hình ảnh thật đúng đắn về sự sử dụng nước trong đất của cây trồng. Thực ra, bởi vì đó là những quan niệm tỉnh học. Trong khi đó sự sử dụng nước trong đất là 1 hiện tượng động học, cho nên để hiểu rõ hơn, ta phải dùng động học để phân tích hiện tượng. Quan niệm mới hơn về sự cung cấp nƣớc trong đất cho cây trồng: Nhờ những phương pháp thí nghiệm mới, người ta biết được rằng, nước trong đất luôn luôn di chuyển và lượng nước cũng như lưu lượng nước được rễ cây hút không tùy thuộc vào độ ẩm hay vào tiềm năng của nước trong đất mà tùy thuộc vào: Khả năng hút nước của rễ khỏi lớp đất tiếp xúc với rễ. Khả năng cung cấp và dẫn truyền nước của đất. Như vậy hiện tượng này tùy thuộc vào (1) đặc tính của cây trồng (mật độ rễ, chiều sâu rễ, sự phân phối rễ và khả năng riêng của cây trồng để tăng sức hút khi gặp hạn), (2) đặc tính của đất (độ dẫn nước, đường đặc trưng), (3) và điều kiện khí hậu (xác định lượng nước bốc hơi, do đó lượng nước và lưu lượng hút nước vào rễ).

27 Bài giảng Thủy Nông 27 V.3. Hiện tƣợng di chuyển nƣớc trong hệ thống ĐẤT-NƢỚC-CÂY TRỒNG. Theo quan niệm mới thì Đất - Cây trồng - Không khí là 1 hệ thống động, trong đó nước di chuyển từ thành phần này qua thành phần kia. Qui luật duy nhất chi phối sự di chuyển này là : nước luôn luôn di chuyển từ nơi có năng lượng cao hơn đến nơi có năng lượng thấp hơn theo phương trình: q = - de/re. Vì phương trình này tương tự như trong định luật Ohm, nên nếu có thể biểu diễn diễn tiến nước chảy từ đất vào rễ, qua cây lên lá và ra không khí (hình 2.12). Trong mô hình trên ta thấy Rse của đất thay đổi vì: Độ dẫn truyền (hydraulic conductivity) của nước trong đất thay đổi theo độ ẩm. Khi gặp hạn, rễ cây có thể tăng mật độ trong khoảng đất ẩm (giảm Rse) hay mọc thêm ra vùng đất ẩm chung quanh. Khi nước chuyển động trong hệ thống trên, ta có thể viết: q = -de1/r1 = -de2/r2 = -de3/r3. Trong đó: de1: sự sai biệt áp suất từ đất vào rễ (khoảng 10 bars). de2: sự sai biệt áp suất từ rễ vào lá (khoảng 10 bars). de3: sự sai biệt áp suất từ lá ra ngoài không khí (# 500 bars). Như vậy R1, R2, R3 trong những ngày nóng, khổng có thể đóng lại. Do đó R tăng, q giảm. Hình 2.12: Sự di chuyển của nước trong hệ thống Đất-Nước-cây trồng. V. 4. Việc rễ cây hút nƣớc trong đất: Nhiều loại cây rễ dài hàng km, diện tích có khi đến 100 m2 (cỏ hàng niên). Tuy vậy trong khối đất chứa rễ, chỉ có chừng 1% hạt đất tiếp xúc với rễ cây (Hillel). Như vậy, muốn vào được trong rễ, nước phải di chuyển trong đất có khi hàng cm (Gardner, 1968).

28 Bài giảng Thủy Nông 28 Muốn rễ cây liên tục lấy được nước, lực hút nước của rễ phải lớn hơn lực giữ nước của đất. Nhưng như vậy chưa đủ, vì lực giữ nước của đất nơi tiếp xúc với rễ dần dần cân bằng với lực hút nước của rễ. Như vậy phải có điều kiện nữa là nước phải di chuyển trong đất về phía rễ với 1 lưu lượng bằng lượng bốc thoát hơi. Gardner (1968) chứng minh rằng sự khác biệt giữa lực hút nước của rễ và lực giữ nước của trung bình khối đất chung quanh để duy trì một lưu lượng q sẽ tỉ lệ thuận với lưu lượng và tỉ lệ nghịch với khả năng truyền nước k của đất (xem bài đọc thêm). Như vậy thì de cần có để duy trì sự chảy sẽ tùy thuộc vào : Lượng thoát hơi nước của cây (chi phối q). Độ ẩm trong đất (chi phối k). Cây sẽ mất nước khi lượng nước hút vào không đủ bù cho lượng nước thoát hơi q (vì thoát hơi qúa cao hay rễ qúa thưa). Trong những trường hợp đó, hoặc cây phải gia tăng lực hút nước của rễ cây hay tăng mật độ của rễ cây, nếu không cây sẽ héo dần (đóng cửa khổng). Như vậy độ ẩm hay lực giữ nước của đất tương ứng khi cây héo không cố định mà tùy thuộäc vào q và k (qua độ ẩm đất). Lượng thoát hơi q (hình 2.13): chỉ khi q =0 thì lực hút nước của rễ và lực giữ nước trong đất mới bằng nhau, khi đó cả 2 lực này đều nhỏ hơn 10 bar. Khi q tăng và lực giữ nước trong đất hơn 10 bar thì lực hút nước của rễ phải cao hơn, khoảng bar thì mới duy trì được sự hút nước của rễ ở lưu lượng q. Tuy nhiên rễ cây chỉ duy trì được lực hút tối đa khoảng bar. Do đó, ứng với một lưu lượng thoát hơi q > 0 và khi lực hút nước của rễ cây đạt tối đa thì tới một lúc nào đó đất sẽ khô dần và không đủ nước cung cấp theo yêu cầu lượng q, cây sẽ héo dần. Tại điểm cây héo, lực giữ nước trong đất sẽ nhỏ hơn và ẩm độ trong đất tương ứng sẽ lớn hơn so với trường hợp q nhỏ hơn hoặc q=0. Độ ẩm đất (hình 2.14). khi q=0, thì lực hút của rễ bằng lực giữ nước, lúc này đường đậm chính là đường đặc trưng ẩm độ -lực giữ nước trong đất. Trong đất cát, phần lớn nước được chứa trong tế khổng lớn, chỉ có khỏang 6-7% nước chứa trong tế khổng nhỏ, do đó cây cần phải tăng lực hút nhiều mới rút được lượng nước này ra. Chính vì lẽ đó cho nên trong đất cát, độ ẩm của đất ít có ảnh hưởng đến sự sinh trưởng của cây, và cho đến khi độ ẩm gặp giới hạn điểm héo thì cây sẽ héo đột ngột. Trong trường hợp đất sét, đường đặc trưng biến động nhiều từ độ ẩm cao đến thấp, nghĩa là ảnh hưởng của độ ẩm lean cây từ từ. Hình 2.13, 2.14 cũng cho thấy ẩm độ héo cây thay đổi ít đối với cát nhưng thay đổi khá nhiều khi đất là sét ở các lưu lượng hút nước của rễ khác nhau.

29 Bài giảng Thủy Nông 29 Hình 2.13: Tùy thuộc vào lưu lượng hút nước của rễ. Hình 2.14: Tùy thuộc vào ẩm độ đất. Câu hỏi thảo luận: 1. Tại sao nước có thể cung cấp cho những cây cao có thể lên đến 50m? 2. Cây có hấp thụ nước vào ban đêm không? Tại sao? 3. Một loại đất có thể thích hợp cho tất cả các loại cây trồng không? Tại sao? 4. Sự khác biệt giữa quan niệm tỉnh và quan niệm động trong quan hệ Đất - Nước? 5. Tại sao cây trồng đóng khổng và các ảnh hưởng của nó?

30 Bài giảng Thủy Nông 30 Chương 3: BỐC THOÁT HƠI & NHU CẦU NƢỚC của CÂY TRỒNG. Nội dung: I/ Tổng quát: II/ Những yếu tố ảnh hưởng đến Bốc thoát hơi. 1. Khí tượng. 2. Đất đai. 3. Cây trồng. 4. Các yếu tố khác III/ Các phương pháp xác định lượng Bốc thoát hơi. 1. Phương pháp trực tiếp. 2. Phương pháp gián tiếp. IV/ Nhu cầu nước của cây trồng. V/ Bài đọc thêm về các công thức tính lượng bốc thoát hơi chuẩn. Từ khóa: - Bốc hơi (evaporation E) - Thoát hơi (transpiration T), - Bốc thoát hơi (evapotranspiration ETa) - Bốc thoát hơi chuẩn (reference crop evapotranspiration ETo) - Nhu cầu nƣớc của cây trồng (crop water needs / requirement) - Nhu cầu nƣớc tƣới (irrigation water needs) - Cân bằng nƣớc (water balance). Các vấn đề cần nắm vững: 1. Các yếu tố ảnh hưởng lên bốc thoát hơi. 2. Cách đo bốc hơi qua chậu bốc hơi loại A (Ep). 3. Các cách tính lượng bốc thoát hơi chuẩn (ETo). 4. Cách tính nhu cầu nước của cây trồng (ứng dụng bảng tính Excel ). 5. Cân bằng nước ngoài đồng.

31 Bài giảng Thủy Nông 31 Chương 3: BỐC THOÁT HƠI VÀ NHU CẦU NƢỚC CỦA CÂY TRỒNG. I/ Tổng quát: Sau khi tưới nước (hoặc mưa), nước ngấm xuống đất, được rễ cây hút lên, sau đó truyền lên thân, lá, và biến thành hơi nước thoát ra ngoài không khí. Đó là hiện tượng thoát hơi (transpiration). Đồng thời, vùng đất mặt chung quanh cây cũng bị mặt trời, gió, nhiệt độ, bức xạ tác động lên và biến nước trong tầng đất mặt thành hơi nước và thoát ra ngoài không khí. Đó là hiện tượng bốc hơi khoảng trống hay gọi tắt là hiện tượng bốc hơi (evaporation). Như vậy trên một khoảnh đất trồng cây, lượng nước mất ra ngoài không khí (mm/ngày) bao gồm cả bốc hơi và thoát hơi. Về phương diện vật lý và sinh lý cây trồng, hai hiện tượng trên đây khác nhau. Nhưng từ khía cạnh quản lý thủy nông, bốc hơi và thoát hơi đều gây ra việc thất thoát lượng nước trong đất ra ngoài không khí. Để bù lại lượng nước mất trong đất do bốc thoát hơi, cần tưới bổ sung lượng nước mới cho cây trồng. Chính vì thế, để tính được lượng nước cần tưới cho cây trồng, ta có thể khảo sát hiện tượng Bốc thoát hơi (evapotranspiration). II/ Những yếu tố ảnh hƣởng đến Bốc thoát hơi (BTH): II.1. Các yếu tố khí tƣợng: Ẩm độ không khí tăng, BTH giảm(tỉ lệ nghịch). Áp suất không khí tăng, BTH giảm (tỉ lệ nghịch). Nhiệt độ không khí tăng, BTH tăng (tỉ lệ thuận). Ánh sáng tăng, BTH tăng (tỉ lệ thuận). Gió tăng, BTH tăng (tỉ lệ thuận). II.2. Các yếu tố đất đai: Ẩm độ đất tăng, BTH tăng (tỉ lệ thuận). Biện pháp làm đất: Cày lật có lượng bốc hơi thấp hơn so với còn để rơm rạ. II.3. Các yếu tố cây trồng: Lá: Những cây có nhiều lớp tế bào diệp lục và những lá bị hóa cutine nhiều thì thoát hơi nhiều hơn. Rễ: Những cây có hệ thống rễ sâu, mật độ rễ cao, diện tích rễ lớn, có khả năng hút nước cao. Do đó có thể mất đi mọât lượng nước lớn ngay trong những điều kiện khô hạn mà các rễ khác không thể hấp thu được. Loại cây: Do hệ thống rễ khác nhau, cấu tạo lá khác nhau, nên chắc chắn lượng nước cần khác nhau (xem phần hệ số hoa màu Kc). Thời kỳ tăng trưởng của cây: Khi cây còn nhỏ, lượng bốc thoát hơi hầu như là lượng bốc hơi khoảng trống. Lượng thoát hơi tăng dần khi cây có lá, và cực đại khi ra bông kết trái (thông thường đây là thời kỳ cây không thể thiếu nước) sau đó giảm nhanh khi chín, thu hoạch (hình 3.1).

32 Bài giảng Thủy Nông 32 Hình 3.1: Nhu cầu nƣớc của cây qua các thời kỳ tăng trƣởng. Ghi chú: Planting (Gieo trồng). Emergence (nẩy mầm). Growth (phát triển) Effective full cover (che phủ hoàn toàn). Maturation (chín). Complete irrigation (tưới hoàn toàn đầy đủ). Partial irrgation (tưới 1 phần). II.4 Các yếu tố khác: Phƣơng pháp dẫn thủy (tƣới): Tưới ít và liên tục (từng ngày) làm lượng bốc hơi gia tăng. Tưới thưa hơn nhưng mỗi lần tưới nhiều hơn để nước di chuyển sâu xuống đất, sẽ giảm lượng bốc hơi và cây sử dụng được nhiều hơn. Biện pháp và kỹ thuật nông nghiệp: Các hình thức canh tác, mật độ gieo trồng, che phủ mặt đất v.v.. đều có ảnh hưỡng lên chế độ nhiệt, khả năng phát triển của bộ rễ trong đất, độ ẩm đất và khả năng tiếp xúc của đất với không khí. Do đó ảnh hưởng lên sự thay đổi bốc thoát hơi. III/ Các phƣơng pháp xác định lƣợng bốc thoát hơi: III.1. Phƣơng pháp đo trực tiếp: a. Dùng thủy tiêu kế (hình 3.2). * Nguyên tắc: Đo thể tích (TT) hay trọng lượng nước (TL) mất đi từ các thùng trồng cây dựa vào công thức: TLbth = (TL đầu TL cuối) + TL tưới TL tiêu (1) Hay TTbth = (TT đầu TT cuối) + TT tưới TT tiêu (2). * Yêu cầu và khuyết điểm: - Yêu cầu là điều kiện về môi trường xung quanh đối với thùng trồng cây phải tương tự hoặc càng ít khác biệt với điều kiện trồng cây tự nhiên bên ngoài thùng thì càng tốt. - Độ chính xác đòi hỏi rất cao (vì bốc hơi rất nhỏ so với thể tích hoặc trọng lượng thùng chứa).

33 y 1m Bài giảng Thủy Nông 33 - Vấn đề truyền nhiệt trong và ngoài thùng phải gần giống nhau (do đó tốt nhất là người ta phải chôn thùng xuống đất để tránh nhiệt độ của thùng cao gây ra sự khác biệt trong và ngoài thùng). Thuøng chöùa (Container) Pressure sensor (bộ cảm biến áp suất) Hình 3.2: Thủy tiêu kế kiểu trọng lƣợng (a weighing lysimeter). * Các loại thủy tiêu kế: - Loại chậu nhỏ: Chậu nhỏ => cân nhỏ, do đó dễ chính xác, nhưng gặp trở ngại về vấn đề truyền nhiệt, chịu ảnh hưởng nhiều bởi cây trồng chung quanh và cản trở sự phát triển của hệ thống rễ. - Loại thủy tiêu kế 3 thùng (hình 3.3): dùng cho cây lúa. (1m*0.6m) (1m*0.6m) (1m*0.2m) Ño boác hôi Kín ñaùy x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x Thaám laäu x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x Luùa Hình 3.3: Thủy tiêu kế 3 thùng (dùng cho cây Lúa). Cách tính toán: Bốc hơi = TL3 (đ) TL3 (c). Bốc thoát hơi = TL1(đ) TL1 (c). Thấm lậu = TL1(đ) TL2 (c). Trong đó: TL1, TL2, TL3: trọng lượng của thùng 1,2,3. (đ),(c) : Thời điểm đầu và cuối thời kỳ đo.

34 Bài giảng Thủy Nông 34 III.2. Dùng các lô thực nghiệm: Phương pháp này chủ yếu dựa vào việc đo lượng nước vào ra của lô thí nghiệm và tính toán cân bằng nước ngoài đồng. Nhờ tính toán này mà ta biết được lượng nước tiêu thụ trong mùa vụ và tương quan giữa năng suất và lượng nước tiêu thụ. Nhu cầu nước là lượng nước tiêu thụ cho năng suất cao nhất. III.3. Phƣơng pháp đo gián tiếp (dựa vào công thức): Có rất nhiều công thức để xác định nhu cầu nước cho cây trồng. Mỗi một công thức đều có những ưu nhược điểm riêng của nó (xem bài đọc thêm). IV. Nhu cầu nƣớc của cây trồng: Việc tính toán nhu cầu nước của cây trồng nhằm giúp chúng ta xác định một cách khái quát tổng thể lượng nước cần có để đáp ứng yêu cầu về nước cho cây trồng phát triển tốt. IV.1. Vai trò của nƣớc đối với cây trồng: Trung bình, cây trồng sử dụng từ m3 nước để tạo ra 1 kg chất khô (dry matter).việc thiếu nước thường giới hạn sự tăng trưởng của cây trồng. Như vậy nước đóng,một vai trò rất quan trọng đối với cây trồng (người canh tác) do các chức năng sau đây: - Tế bào thực vật chứa từ 50 90% là nước (tùy theo loại tế bào) - Khi tế bào thực vật đầy đủ nước thì sẽ làm cho cành thẳng đứng, lá mở rộng để tiếp nhận ánh sáng. - Tham gia trong phản ứng quang tổng hợp (tạo ra carbohydrates). - Làm mát cây trồng (do thoát hơi). - Hoà tan dinh dưỡng trong đất, và từ đó được rễ cây hấp thụ. - Dung môi (solvent) trong những phản ứng hóa học xảy ra trong cây. IV.2. Công thức: Như đã trình bày trong phần III.3, có rất nhiều công thức để xác định nhu cầu nước cho cây trồng. Sau đây chúng tôi trình bày phương pháp xác định nhu cầu nước dựa theo bốc thoát hơi chuẩn (ETo). ETc (mm/ngày) = kc * ETo (mm/ngày). Trong đó: kc: hệ số hoa màu của cây trồng (bảng 3.2a,b,c,d). Hệ số hoa màu kc phụ thuộc vào loại cây và thời kỳ tăng trưởng của cây. ETo: lượng bốc thoát hơi chuẩn. Có rất nhiều công thức để xác định lượng ETo này, nhưng phần lớn chủ yếu dựa vào dữ liệu khí hậu như Penman, Blaney-Criddle, hoặc bức xạ, và v.v.. (xem bài đọc thêm). Các công thức này rất phức tạp và đòi hỏi rất nhiều chỉ tiêu đo đạc về khí tượng. Sau đây là công thức tính lượng bốc thoát hơi chuẩn dựa vào chậu bốc hơi loại A. Công thức tính ETo theo bốc hơi chậu A: So với các công thức khác thì phương pháp này tương đối đơn giản, dễ thực hiện. Chậu A là chậu trụ tròn, đường kính cm, cao 25 cm, được đặt cao trên

35 Bài giảng Thủy Nông 35 mặt đất 15 cm. Trong chậu có 1 giếng tỉnh nhỏ để vứa một thước móc câu để đo mực nước trong chậu. Trong chậu duy trì 1 lớp nước dày cm. Hàng ngày lượng nước bốc hơi từ chậu A (Ep) được đo nhờ thước móc câu. ETo = kp * Ep. Trong đó: ETo: bốc thoát hơi chuẩn (mm/ngày). Ep: bốc hơi từ chậu bốc hơi loại A (mm/ngày) kp: hệ số của chậu bốc hơi, phụ thuộc vào vị trí đặt chậu A so với hiện trạng cây trồng, tốc độ gió và độ ẩm tương đối không khí (xem hình 3.4 và bảng 3.1). Gioù Tröôøng hôïp A Chaäu Gioù Tröôøng hôïp B Chaäu Maët ñaát khoâ raùo Thaûm coû Thaûm coû Maët ñaát khoâ raùo 50m D1 50m D2 Hình 3.4 Hai tröôøng hôïp vò trí cuûa chaäu vaø moâi tröôøng xung quanh Ghi chú: * Bốc thoát hơi chuẩn ETo có thể tính theo cỏ (grass) hay alfalfa * ETo tính theo cỏ là lượng bốc thoát hơi từ cánh đồng cỏ mọc tốt, phủ đầy cánh đồng, được tưới nước đầy đủ và được cắt ngắn còn 8-15 cm. Bảng 3.1. Bảng tra hệ số kp cho chậu A Chậu A Trƣờng hợp A: đặt trên thảm cỏ Trƣờng hợp B: đặt trên mặt đất khô ráo RH trung bình (%) -> thấp <40 trung bình cao >70 thấp <40 trung bình cao >70 Vận tốc gió (m/s) D1 (m) Nhẹ < D2 (m) Trung bình Mạnh Rất mạnh >

36 Bài giảng Thủy Nông 36 Bảng 3.2a: Hệ số hoa màu kc theo thời gian sinh trƣởng: Hoa màu 0 % 10 % 20 % 30 % 40 % 50 % 60 % 70 % 80 % 90 % 100 % Bắp Lúa miến Đậu phụng Đậu Rau cải Lúa Bảng 3.2b: Bảng tra hệ số cây trồng (Kc) (tính cho toàn vụ) Loại cây trồng Thời gian tăng trưởng Hệ số Kc Chanh Năm 0.6 Bông vải 7 tháng 8 tháng Bắp 4 tháng 0.75 Đồng cỏ Quanh năm 0.75 Mía Năm 0.9 Thuốc lá 6 tháng 0.8 Cà chua 4 tháng 0.85 Lúa 3-6 tháng 1.3 Đậu 3 tháng 0.65 Bảng 3.2c: Bảng tra hệ số Kc theo thời kỳ sinh trƣởng của cây trồng. Cây trồng Thời kỳ cây con Thời kỳ tăng trưởng Thời kỳ ra hoa, kết trái Thời kỳ chín Bean/green Bean/dry Bắp cải (cabbage) Cà rốt (carrot) Bông vải (cotton) Dưa leo (cucumber) Cà tím (eggplant) Bắp ngọt (Maize, sweet) Bắp chăn nuôi (Maize, grain) Hành lá (Onion, green) Hành củ (Onion, dry) Đậuphụng (Peanut/G.nut) Pea Ớt (pepper) Khoai tây (potato) Đậu nành (Soybean) Bí xanh (squash) Hướng dương (sunflower) Cà chua (tomato) Ghi chú: Nếu Độ ẩm không khí (RH>80%) và Gió (V<2m/s) thì Kc tăng thêm 5% (0,05). Ngược lại RH<50% và Gió V>5m/s thì Kc giảm 5%.

37 Bài giảng Thủy Nông 37 Bảng 3.2 d: Bảng tra thời kỳ sinh trƣởng của một số cây trồng. Cây trồng được chia ra làm 4 thời kỳ sinh trưởng như sau (hình 3.4): - Thời kỳ cây con (initial stage) - Thời kỳ tăng trưởng (development stage) - Thời kỳ ra hoa, kết trái (mid season stage) - Thời kỳ chín (late season stage) Cây trồng Bean/green Bean/dry Bắp cải (cabbage) Cà rốt (carrot) Bông vải (cotton) Dưa leo (cucumber) Cà tím (eggplant) Bắp ngọt (Maize, sweet) Bắp chăn nuôi (Maize, 125 grain) 180 Hành lá 70 (Onion, green) 95 Hành củ 150 (Onion, dry) 210 Đâu phụng 130 (Peanut/Groundnut) 140 Đậu (Pea) Tiêu, ớt (pepper) Khoai tây (potato) Đậu nành (Soybean) Bí xanh (squash) Hướng dương 125 (sunflower) 130 Cà chua (tomato) Tổng thời gian (ngày) Thời kỳ cây con (ngày) Thời kỳ tăng trưởng (ngày) Thời kỳ ra hoa, kết trái (ngày) Thời kỳ chín (ngày)

38 Bài giảng Thủy Nông 38 Câu hỏi thảo luận: 1. Giải thích cơ chế tác động của những yếu tố khí tượng thực sự ảnh hưởng lên nhu cầu nước của cây trồng? 2. Để giảm nhu cầu nước cho cây trồng, chúng ta nên hay không nên giảm tác động của các yếu tố khí tượng? Tại sao? 3. Mục đích của việc tính toán nhu cầu nước của cây trồng? Nêu những mối liên hệ giữa nhu cầu nước của cây trồng và vấn đề quản lý thủy nông (lượng, quantity) như thế nào? 4. Nêu nhận xét và hướng giải quyết cho việc tính toán nhu cầu nước của cây trồng? -----*****----- V/ Bài đọc thêm (chỉ nêu cách xác định mà không đưa ra nhận xét) V.1. Công thức xác định nhu cầu nƣớc cho cây trồng trực tiếp. a. Nhóm 1 yếu tố: a.1. Công thức Cô chia cốp (Liên xô): ETc = K * Y trong đó: K: hệ số cần nước để tạo nên 1 đơn vị sản phẩm. Y: Năng suất phấn đấu. a.2. Công thức Karpov (Ca-pốp)(Liên xô): ETc = a * E trong đó: a: hệ số cần nước của cây. E: lượng bốc hơi mặt ruộng. b. Nhóm 2 yếu tố: b.1. Công thức Sarov: ETc = e t + 4b (m3/ha) trong đó: e: chỉ số tiêu thụ nước của cây trồng cho 1oC (tùy theo loại cây trồng và điều kiện khí hậu, có thể chọn là 2m3/1oC). t: tổng nhiệt độ trung bình ngày trong thời kỳ sinh trưởng b.2. Công thức Sapốp: ETc = K t (m3/ha) trong đó: K: hệ số cần nước của cây ứng với 1oC (phụ thuộc cây trồng và nhiệt độ, thông qua thực nghiệm). t: tổng nhiệt độ trung bình ngày trong từng thời kỳ sinh trưởng. c. Nhóm nhiều yếu tố: Công thức D.A. Stoiko: ETc = K * t (0.1 tc - a/100) (m3/ha) (1) và ETc = K * t (0.1 tc a/100) (m3/ha) (2). Công thức (1): dùng cho giai đoạn đầu. Công thức (2): dùng cho giai đoạn sau (đã che phủ khá tốt). Trong đó: t: tổng nhiệt độ trung bình ngày của thời kỳ tính toán. tc: nhiệt độ trung bình nhiều ngày của giai đoạn tính toán. a: độ ẩm tương đối trung bình của không khí trong thời kỳ tính toán. K: hệ số hiệu chỉnh (hệ số hoa màu) phụ thuộc loại cây và khí hậu.

39 Bài giảng Thủy Nông 39 Thí dụ: khoai tây (K= ), Bắp (K= ), Lúa hè thu (k = 1.02). V.2. Công thức xác định ETo. 1. Công thức Blaney-Criddle (xem thí dụ 2) ETo = c [ p (0.46 T + 8)]. Trong đó c: hệ số hiệu chỉnh của công thức. p: % của tổng số giờ nắng hàng năm tính theo trung bình ngày (bảng 3.3) T: nhiệt độ trung bình ngày (oc) 2. Công thức Penman: (xem thí dụ 3) ETo = c [w * Rn + (1 w) * f(n) * (ea ed)] trong đó: ETo : bốc thoát hơi chuẩn (mm/ngày). c: hệ số hiệu chỉnh của công thức. w: hệ số kể đến ảnh hưởng của nhiệt độ đối với bốc thoát hơi. Rn: bức xạ (mm/ngày). f(n): phương trình liên quan đến gió. (ea-ed): sự khác biệt giữa áp suất bốc hơi bảo hòa (ở nhiệt độ không khí trung bình) và áp suất bốc hơi trung bình thực sự của không khí (mbar). 3. Công thức về bức xạ: (xem thí dụ 4) ETo = c * w * Rs. trong đó: c: hệ số hiệu chỉnh của công thức w: hệ số xét đến ảnh hưởng do nhiệt độ và vĩ độ. Rs: bức xạ(mm/ngày). VI. Các thí dụ: Thí dụ 1: Xác định nhu cầu nước cho cây cà chua với các thông số như sau: Tháng Hai Ba Tư Năm Sáu Bảy Tám Ep (mm/ngày) Giã sử ẩm độ không khí (RH) trong tất cảc các tháng là 75%. Tốc độ gió trung bình (cho tất cảc các tháng) là 3m/s. Ngày bắt đầu trồng: 01/3. Thời gian sinh trưởng là 150 ngày. Giải: Bước 1: Xác định Eto cho các tháng (chọn kp = 0.8): - Tháng 2: Eto = Ep*kp = 5.0*0.8= 4.0. Tương tự cho các tháng còn lại: - Tháng 3: ETo = Tháng 4: Eto = Tháng 5: Eto= Tháng 6: Eto = Tháng 7: Eto= Tháng 8: Eto = 6.5 Bước 2: Xác định thời kỳ sinh trưởng (bảng 3.2d) - Ngày xuống giống: 01/3 - Cây con (35 ngày): từ 01/3 => 04/4. - Tăng trưởng (40 ngày): từ 05/4 => 15/5. - Ra hoa, kết trái (50 ngày): từ 16/5 => 04/7. - Chín (25 ngày): từ 05/7 => 30/7. Bước 3: Tính nhu cầu nước của cây trồng cho từng tháng (bảng 3.2c): - Tháng 3: 31 ngày với Kc = 0.45 (cây con)

40 Bài giảng Thủy Nông 40 - Tháng 4: 4 ngày với Kc = 0.45 và 26 ngày với Kc = 0.75 (tăng trưởng) - Tháng 5: 15 ngày với Kc = 0.75 và 16 ngày với Kc = 1.15 (ra hoa) - Tháng 6: 30 ngày với Kc = Tháng 7: 5 ngày với Kc = 1.15 và 25 ngày với Kc = 0.8. Tóm tắt: -Tháng 3: (31ngày * 5.0 * 0.45) # 70 mm/tháng. - Tháng 4: (4ngày*5.8* 0.45) +(26ngày*5.8*0.75) # 123 mm/tháng. - Tháng 5: (15ngày*6.3*0.75)+(16ngày*6.3*1.15) # 187 mm/tháng. - Tháng 6: (30ngày * 7.1 * 1.15) # 245 mm/tháng. - Tháng 7: (5 ngày*6.5*1.15)+(25ngày*6.5*0.8) # 165 mm/tháng. Thí dụ 2: Tính lượng bốc thoát hơi chuẩn (Eto) theo công thức Blaney-Criddle với các số liệu như sau: - Vĩ độ 10 o vĩ bắc. Nhiệt độ trung bình tối cao (Tmax) trong tháng 4 : 29.5 oc và nhiệt độ trung bình tối thấp (Tmin) trong tháng 4 là 19.4 oc. Giải: Dùng công thức Eto= p(0.46ttb + 8) Với Ttb = (Tmax+Tmin)/2 = ( )/2 = 24.5 oc Theo bảng 3.3, trong tháng 4 ứng với 10o vĩ bắc, ta có : p = Vậy Eto = 0.28 * [(0.46 * 24.5) + 8] = 5,4 mm/ngày. Bảng 3.3: Bảng tra hệ số p trong công thức Blaney-Criddle (hay % trung bình ngày có số giờ nắng trong năm ứng với những vĩ độ khác nhau). Vĩ độ Bắc Nam T.1 T.7 T.2 T.8 T.3 T.9 T.4 T10 T.5 T T.6 T12 T.7 T1 T.8 T2 T.9 T3 T.10 T4 T.11 T5 T.12 T6

41 Bài giảng Thủy Nông 41 Chương 4: HIỆN TƢỢNG NGẤM HÖT (infiltration) Nội dung: I/ Tổng quát. II/ Hiện tượng ngấm hút. 1. Cơ nguyên của sự ngấm hút. 2. Các công thức diễn tả sự ngấm hút. 3. Các yếu tố ảnh hưởng đến sự ngấm hút. - Sa cấu và cơ cấu đất. - Hoa màu che phủ. - Trắc diện đất. - Độ ẩm ban đầu của đất. - Tình trạng đóng váng của đất mặt. III/ Sự phân phối độ ẩm đất khi ngấm hút. IV/ Qúa trình ngấm ổn định Lượng nước thấm lậu. V/ Phương pháp đo ngấm hút. Từ khóa: - Ngấm hút - ngấm ổn định - lƣợng nƣớc ngấm hút (I) - tốc độ ngấm hút (infiltration rate) - thấm lậu (deep percolation) - chảy tràn (runoff)- sự phân phối độ ẩm (moisture distribution). Các vấn đề cần nắm vững: 1. Các lực tác động lên ngấm hút. 2. Các giai đoạn ngấm hút. 3. Các yếu tố ảnh hưởng đến ngấm hút. 4. Cách đo ngấm hút bằng thùng. Từ đó => (5) 5. Cách xác định phương trình ngấm hút theo Kostiakov. 6. Sự tái phân phối độ ẩm sau khi ngừng ngấm hút. 7. Hiện tượng chảy tràn và thấm lậu.

42 Bài giảng Thủy Nông 42 Chương 4: HIỆN TƢỢNG NGẤM HÚT (infiltration). I/ Tổng quát: Chương này nhằm giúp chúng ta nắm rõ bản chất của sự ngấm hút khi nước (do tưới hoặc do mưa) bắt đầu đi vào trong đất. Việc nắm rõ bản chất ngấm hút sẽ giúp chúng ta cung cấp nước có hiệu quả hơn (không gây ra chảy tràn và gây ra thất thoát nước tưới quá lớn), đặc biệt là ứng dụng trong các phương pháp tưới (sẽ trình bày trong các chương sau). Danh từ ngấm hút dùng để chỉ tiến trình nƣớc đi vào lớp đất mặt và di chuyển xuống phía dƣới. Trong thực tế ta có thể chia hiện tượng ngấm hút thành 2 giai đoạn: Giai đoạn ngấm hút là giai đoạn đầu, lượng nước ngấm vào trong đất thay đổi theo thời gian và giảm dần. Giai đoạn ngấm ổn định là giai đoạn sau, lúc ấy lượng nước ngấm vào trong 1 đơn vị thời gian đã ổn định, không thay đổi. Trong việc dẫn thủy (tưới), điều quan trọng là phải tính toán sao cho lượng nước ngấm xuống vừa đủ để tăng độ ẩm đất trong vùng rễ cây lên độ ẩm thích hợp cho cây trồng. Nếu ngấm không đủ nước sẽ giới hạn khả năng cung cấp nước của đất, hoặc có thể gây ra chảy tràn làm xói mòn đất. Nếu ngấm quá nhiều sẽ gây ra lãng phí nước. Lượng nước hao phí này gọi là lượng nước thấm lậu. Lượng nước thấm lậu này có thể chia làm 2 trường hợp : - Thấm qua bờ ruộng xuống kênh tiêu hoặc qua ruộng khác (seepage). - Thấm theo chiều thẳng đứng từ mặt ruộng xuống sâu vượt qua vùng rễ cây (percolation) => cây không thể hút được lượng nước này. Hiện tượng ngấm hút đặc biệt quan trọng trong việc tưới cho các loại hoa màu trồng cạn. Trong khi đó lượng nước thấm lậu lại là 1 đại lượng đáng kể trong việc tính toán nhu cầu nước cho cây Lúa. II/ Hiện tƣợng ngấm hút: II.1.Cơ nguyên của sự ngấm hút: Khi có lớp nước tiếp xúc với 1 lớp đất chưa bảo hòa thì nước được ngấm xuống đất do ảnh hưởng của: Sức hút của ma trận (do lớp đất khô ở phía dưới có tiềm năng thấp hơn lớp đất ẩm phía trên). Tác dụng của trọng lực kéo nước từ trên xuống. Theo định luật Darcy v = - K * (dh/dz). trong đó: H = Hp z; với Hp = -E: tiềm năng ma trận. z: độ sâu. Vậy v = K * (de/dz) + K. Như vậy khi thời gian ngấm hút gia tăng thì de/dz giảm dần => v # K. Đó là hệ số truyền nước (hydraulic conductivity) khi bảo hòa, khi đó ta có thể chọn gần đúng trị số Ks (hệ số truyền nước bảo hòa). Vì lý do đó, đồ thị biểu diễn sự thay đổi tôùc độ thấm theo thời gian có đặc điểm giảm về trị số ổn định là vận tốc ngấm hút cuối cùng (hay vận tốc ngấm hút cơ bản và bằng hệ số ngấm ổn định)

43 Löôïng nöôùc ngaám huùt (cm) Bài giảng Thủy Nông 43 II.2. Các công thức diễn tả sự ngấm hút: Công thức cơ bản diễn tả sự liên hệ giữa tốc độ ngấm hút và lượng ngấm hút I trong đất như sau: i = di / dt => I = i. dt Trong phần sau sẽ trình bày 3 công thức thường hay sử dụng trong tính tóan: a. Công thức Green and Ampt (1911). i = ic + b/i trong đó: i: tốc độ ngấm hút tức thời (mm.hr) (i = di/dt) ic: tốc độ ngấm hút ổn định (Ko hoặc Ks). b: hằng số phụ thuộc đặc tính đất (mm 2 /hr). I: lượng nước ngấm hút (mm). b. Công thức kinh nghiệm của Kostiakov (1932). I = Ko * tn Công thức này sẽ cho lượng ngấm hút là 1 đường thẳng trên đồ thị logarit (hình 4.2) ,74 Ñaát caùt (Thuû Ñöùc) I=3,3t 10 1 Ñaát seùt (Caàn Thô) 0,4 I=1,7t Thôøi gian (phuùt) Hình 4.2: Lượng nước ngấm hút trên đồ thị logarit (Lê Quang, Nguyễn Löôïng Hữu nöôùc Phương, ngaám 1974) huùt treân ñoà thò logarit c. Công thức Philip (1957c): i = ic + s/2t 1/2 => I = st 1/2 + K * t Trong đó s:hằng số phụ thuộc đặc tính đất. t: thời gian khảo sát Khi thấm ngang K # 0, thì I = st 1/2 Thí dụ 1: Thí nghiệm 1 lọai đất cho tốc độ ngấm hút (infitration rate) i = 20 mm/hr tương ứng với lượng nước ngấm hút (accumulated depth) I = 100mm. Nếu ic = 5 mm/hr, tính tốc độ ngấm hút khi I = 200 mm và I = 400 mm.

44 Bài giảng Thủy Nông 44 Giải: Thay trị số đã cho vào công thức Green and Ampt, ta có: 20 = 5 + b/100 hay b = 1500 mm2/hr. Vậy khi I = 200 mm => i = /200 = 12,5 mm/hr. Tương tự cho I = 400 mm => i = /400 = 8,75 mm/hr. Thí dụ 2: Cùng loại đất trên đây, xác định lớp nước có thể cung cấp cho cây mà không vượt qúa khả năng thấm của đất, nếu lớp tưới phun i = 15 mm/hr. Giải: Dựa vào công thức Green and Ampt. ta có: 15 = /I => I = 150 mm. Thí dụ 3: Trong 1 thí nghiệm thấm ngang, ta đo được lượng nước thấm là W = 150 cm3 sau khoảng thời gian t = 15 phút qua tiết diện S= 50 cm2. Tính I khi t = 1 hr. Giải: Dùng công thức Philip, ta có: I = s * t ½ => s = I/t ½ = (150/50) * 10/(15*60) 1/2 =1mm/s. (với I = W/S). Vậy khi t = 1hr => I = 1 * (3600) 1/2 = 60 mm. Thí dụ 4: Cùng loại đất như thí dụ 3, đo thấm đứng với hệ số truyền nước K = 2 * 10-4 cm/s (qua 1 cột đất đứng). a/ Tính I, i. Nếu biết rằng lượng nước ban đầu W 1 = 0,05cm 3 /cm 3 đất và lượng nước bảo hòa W 2 = 0,45 cm 3 /cm 3 đất. b/ Tính độ sâu vùng ẩm (wetting front) ứng với t = 1 hr. Giải:Dùng công thức Philip khi thấm đứng I = s * t 1/2 + K* t a/ Khi t = 1hr (3600sec) => I = 0,1 * (3600) 1/2 + 2 * 10-4 * 3600 = 6 + 0,72 Vậy I = 6,72 cm. b/ Độ sâu vùng ẩm (wetting front) được tính theo công thức L = I/dW hay L = 6,72/(0,45-0,05) = 16,8 cm. II.3. Các yếu tố ảnh hƣởng đến sự ngấm hút: Các yếu tố ảnh hưởng đến sự ngấm hút bao gồm: Độ dốc của đất, các giai đoạn và phương pháp canh tác, chất hữu cơ trong đất, sa cấu và cơ cấu đất, tế khổng trong đất, độ che phủ của thảo mộc, nhiệt độ và độ ẩm ban đầu của đất, trắc diện đất. Trong các yếu tố trên thì các yếu tố sau đây là quan trọng hơn cả: a/ Sa cấu và cơ cấu đất (bảng 4.2). Bảng 4.2: Vận tốc ngấm hút căn bản của vài loại đất (cm/giờ). (theo Israelsen, Hansen 1967). Sa cấu Cơ cấu tốt Cơ cấu xấu Cát to 1,9 2,5 1,3 Cát nhuyễn 1,3 1,9 0,9 Thịt pha cát nhuyễn 1,3 0,8 Thịt nhiều bụi 1,0 0,7 Thịt nhiều sét 0,8 0,6

45 Bài giảng Thủy Nông 45 b/ Do hoa màu che phủ đất (bảng 4.3) Ảnh hưởng của hoa màu lên vận tốc ngấm hút.(theo Israelsen, Hansen 1967). Loại hoa màu Tình trạng hoa màu Hệ số X Cỏ Hoa màu trồng không luống (phẳng) Hoa màu trồng * Cỏ xấu hay mới * Cỏ tốt, rễ đã phát triển * Cỏ thật tốt, lâu đời * Thưa hay xấu * Tốt, lâu * Mật độ cao, tốt * Cây mới, lưa thưa * Cây tương đối tốt * Cây tăng trưởng tốt, nhiều 1,2-1, ,5 1,1-1,3 1,6-2,0 2,5-3,0 1,0-1,1 1,1-1,3 1,3-1,5 Hệ số X chỉ độ tăng giảm lên vận tốc ngấm hút trong trường hợp có ảnh hưởng của hoa màu. c/ Trắc diện đất: c.1. Lớp đất thô (cát) trên lớp đất nhuyễn (sét) (hình 4.3) Nguoàn nöôùc Ñöôøng vieàn öôùt Ñaát Caùt Ñaát Hình 4.3: Lớp đất nhuyễn phía dưới ảnh hưởng lên sự ngấm hút (Baver, 1972) Mới đầu vận tốc ngấm hút được kiểm soát bằng lớp đất trên. Ngay khi mặt ướt, wetting front gặp lớp đất nhuyễn thì nước thấm xuyên vào lớp đất này vì lực ma trận của lớp đất này cao. Nhưng sau đó vận tốc ngấm hút chậm lại (hệ số truyền nước K của lớp đất nhuyễn nhỏ). Như vậy là lớp dưới có ảnh hưởng cuối cùng lên vận tốc ngấm hút. Nếu để lâu, sẽ có nước ngầm ở phía trên (tạm thời). c.2. Lớp đất nhuyễn ở trên lớp đất thô (hình 4.4) Trong trường hợp này, mới đầu vận tốc ngấm hút cũng tùy thuộc vào lớp đất trên. Nhưng khi mặt ướt gặp mặt giao tiếp giữa 2 lớp đất thì vận tốc ngấm hút có thể bị giảm đi thay vì nhanh hơn như người ta nghĩ. Bởi vì trong lớp đất nhuyễn, nước bị lực ma trận của lớp đất nhuyễn hút khiến nó không thể chảy vào những tế khổng lớn của lớp đất thô và khô phía dưới. Chỉ khi lớp đất nhuyễn gần bảo hòa nước thì nước mới xuyên qua mặt giao tiếp và xuống sâu lớp thô bên dưới một cách nhanh chóng.

46 Bài giảng Thủy Nông 46 d. Độ ẩm ban đầu của đất (hình 4.5): Rõ ràng là trong giai đoạn đầu, hiện tượng ngấm hút bị ảnh hưởng rất lớn bởi chiều sâu lớp nước và độ ẩm ban đầu của đất. Nhưng ảnh hưởng này giảm dần theo thời gian và có xu hướng biến mất ở tầng sâu (hình 4.5) e. Tình trạng đóng váng của lớp đất mặt (hình 4.6): Một khi lớp váng trên mặt được hình thành (do mưav.v ), dù rất mỏng không dày hơn vài mm) cũng sẽ tạo ra tỉ trọng lớn hơn (higher density), ít độ rỗng. Do đó nó sẽ cản trở nước thấm vào đất (hình 4.6) Ñaát khoâ Ñaát aåm Ñaát coù nhieàu loã roãng Ñaát ñoàng nhaát Ñaát ñoùng vaùn Đất đóng váng Hình 4.5: Ảnh hưởng của độ ẩm ban đầu đến ngấm hút Hình 4.6: Ảnh hưởng của tình trạng đóng váng đến ngấm hút III/ Sự phân phối độ ẩm đất sau khi ngấm hút: III.1. Trong khi ngấm hút (hình 4.7). -Ngay dưới lớp nước là lớp đất bảo hòa có chiều sâu chừng vài cm. Nöôùc ñoïng Ñoä aåm ban ñaàu baõo hoøa Ñoä aåm Vuøng baõo hoøa Vuøng chuyeån tieáp Vuøng vieàn öôùt Ñöôøng vieàn öôùt Hình 4.7: Sự phân bố độ ẩm đất trong khi ngấm hút. Söï phaân boá ñoä aåm trong ñaát trong khi ngaám huùt

47 Bài giảng Thủy Nông 47 - Dưới đó là một lớp dày, đất gần bảo hòa nước, được gọi là lớp chuyển tiếp với độ ẩm tương đối đồng nhất - Ngay dưới đó là một lớp chuyển tiếp độ ẩn giảm nhanh về độ ẩm độ đất bình thường. Lớp này là lớp đất ướt. - Mặt ướt là mặt phân chia giữa lớp đất chưa ngấm nước và lớp đất ướt phía trên. Nếu để hiện tướng ngấm hút tiếp tục. Mặt ướt và vùng ướt (wetting zone) càng xuống sâu, lớp chuyển tiếp (transmission zone) càng kéo dài. Càng xuống sâu thì gradient thủy lực trong lớp đất ướt càng giảm (hình 4.8) Möùc ñoä baõo hoøa t t 2 t t Hình 4.8: Sự phân bố độ ẩm theo độ sâu III.2. Sau khi ngừng ngấm hút (tái phân phối độ ẩm đất) (hình 4.9) t3 t 2 t1 t0 t0 t1 t2 t3 Söï taùi phaân phoái sau khi ñaát ngöng ngaám huùt Hình 4.9: Sự tái phân phối độ ẩm sau khi ngừng ngấm hút

48 Bài giảng Thủy Nông 48 Ngay sau khi ngấm hút bị ngưng (lớp nước trên mặt đất hay mưa, tưới không còn nữa), độ ẩm trong đất sẽ được phân phối lại (tái phân phối) khác với sự phân phối trong khi ngấm hút. Khi đó, lớp đất có thể được chia thành 2 thành phần, lớp trên : ướt, lớp dưới : khô; Phần khô ở lớp dưới sẽ dần dần lấy nước của lớp nước ướt phía trên bởi 2 lực: trọng lực và lực ma trận. Sự tái phân phối lúc ban đầu tùy thuộc vào; Độ khô (so với lớp đất trên) của lớp đất dưới. Chiều sâu của lớp đất ướt. Độ truyền dẫn nước của lớp đất ướt. Sự tái phân phối mới đầu tương đối nhanh, về sau càng chậm vì 2 lý do: - Sự khác biệt năng lượng giữa (áp suất giữ nước, áp suất ma trận) của 2 lớp trên (ướt) dưới (khô) càng ngày càng giảm. - Lớp đất ướt phía trên ngày càng khô => độ truyền dẫn nước càng giảm. Vì thế mặt ướt ngày càng giảm vận tốc xuống sâu. Sự tái phân phối này ngày càng chậm, đôi khi kéo dài hàng tháng (Hillel). Nhưng chính sự tái phân phối này cho ta thấy quan niệm (ĐA)dr đã trở thành lỗi thời và lầm lẫn vì sự thực nước không ngừng di chuyển trong đất (tuy vậy, quan niệm về (ĐA)dr vẫn được dùng để tính toán). IV/ Quá trình ngấm ổn định - Lƣợng nƣớc Thấm lậu: Sau 1 thời gian khoảng 2-3 ngày, vận tốc ngấm hút giảm xuống 1 trị số ổn định. Theo lý thuyết Vc = Ke * (a/h + 1). Nhưng thường a<<h => Vc = Ke. Vận tốc ngấm ổn định ( final infiltration rate) của 1 số loại đất. Loại đất Final infiltration rate (mm/hr). * Cát > 20 Trường hợp đất có nhiều tầng * Thịt pha cát thì Vc phụ thuộc vào tầng * Bột (loam) 5-10 có trị số nhỏ nhất. * Sét 1-5 * Sét nặng (sodic cleyic soils)< 1. V/ Phƣơng pháp đo ngấm hút. 1. Loại 2 thùng hình trụ (hình 4.10) Hệ thống dùng để đo thấm đứng của đất. Nó gồm 2 thùng hình trụ đồng tâm đóng ngập vào trong đất khỏang 40 cm, phần ló lên mặt đất khỏang cm. Kích thước thùng trong khỏang 20 cm, trụ ngòai là 50 cm. Nước được cung cấp đồng thời cho thùng ngòai và thùng trong thông qua bình chứa nước và bình đo thấm. Nước thấm qua thùng ngòai sẽ bảo vệ và tạo điều kiện cho dòng thấm trong thùng trong chảy theo chiều thẳng đứng. Lượng nước mất đi trong bình đo thấm sẽ được ghi nhận theo thời gian. Các số liệu này sẽ được dùng để xác định lượng

49 Bài giảng Thủy Nông 49 nước thấm hút và vận tốc thấm hút theo các công thức đã trình bày theo công thức gián tiếp (thí dụ như công thức Kostiakov)

50 Bài giảng Thủy Nông 50 Chương 5: TÍNH TOÁN CHẾ ĐỘ TƢỚI CHO CÂY TRỒNG CẠN. Nội dung: I/ Tổng quát. II/ Phương trình cân bằng nước ngoài đồng. III/ Tính toán chế độ tưới cho cây trồng cạn. IV/ Xác định chế độ tưới nhìn từ khía cạnh quản lý hệ thống thủy nông. V/ Mức độ giảm năng suất khi (ĐA)hc<(ĐA)tt<(ĐA)min. Từ khóa: - Cây trồng cạn (upland crops) - Cân bằng nƣớc (water balance) - Lớp nƣớc tƣới (I) (irrigation water depth) - Lƣợng nƣớc tƣới (volume of irrigation water) - Chu kỳ tƣới (n) (irrigation frequency) - Hiệu suất tƣới (water supply efficiency) - Chế độ tƣới (irrigation water regime) - Giảm năng suất (yield reducing). Các vấn đề cần nắm vững: 1. Cân bằng nước và lượng nước cần tưới cho cây trồng. 2. Lớp nước cần tưới và lượng nước cần tưới. 3. Lớp nước cần dẫn thủy và lượng nước cần dẫn thủy. 4. Chế độ tưới và các biện pháp quản lý thủy nông. 5. Mức độ giảm năng suất *****-----

51 Bài giảng Thủy Nông 51 Chương 5: TÍNH TOÁN CHẾ ĐỘ TƢỚI CHO CÂY TRỒNG CẠN. I/ Nội dung: Xác định chế độ tưới cho cây trồng cạn (ví dụ: Bắp, Đậu v.v ) là xác định: 1. Ngày cần tưới, chu kỳ tưới. 2. Mức tưới mỗi lần I (hay là lớp nước cần tưới I). Từ đó ta tính được: a. Số lần tưới trong thời gian tăng trưởng của cây. b. Lượng nước cần tưới trong suốt thời gian sinh trưởng của cây. c. Lưu lượng cần dẫn thủy để đạt mức tưới đã tính. Thông thường lưu lượng này được biểu thị bằng hệ số tưới (lưu lượng tưới cần thiết tính bằng lít/giây/ha cho 1 hệ thống hoạt động liên tục trong 24 giờ/ngày). Để xác định được chế độ tưới của cây trồng, ta phải dựa trên các đặc tính đất đai, khí hậu, cây trồng và mối liên hệ hữu cơ của chúng. Đồng thời không nên tưới qúa thừa khiến nước thấm lậu (ngoại trừ cây lúa), cũng không nên tưới qúa thiếu làm cho cây trồng khó hấp thu nước làm giảm năng suất cây trồng. Tóm lại: Trị số tối đa độ ẩm trong đất tương đương với lực giữ nước khoảng 0,1-0,3 bars (thường gọi là Thủy dung ngoài đồng, hay còn gọi là độ ẩm đồng ruộng) (tùy thuộc vào loại đất)(xem chương 2). Độ ẩm tối thiểu để duy trì năng suất phải là độ ẩm để cây hút nước dễ dàng. Điều này tùy thuộc vào lượng bốc thoát hơi hàng ngày, loại đất. Tuy nhiên thông thường đó là (ĐA) min (xem chương 2). Ghi chú: Khi độ ẩm đất hay lớp nước chưa xuống đến trị số tối thiểu, ta cũng có thể tưới để mang độ ẩm lên (ĐA) dr nhưng không nhất thiết lắm (lớp nước tưới nhỏ, số lần tưới nhiều => tốn nhân lực.). Nói chung, tính toán chế độ tưới là nắm vững nguyên tắc trên và áp dụng cụ thể vào phương trình cân bằng nước ngoài đồng.

52 Bài giảng Thủy Nông 52 II/ Phƣơng trình cân bằng nƣớc ngoài đồng: II.1. Sơ đồ tính cân bằng nƣớc ngoài đồng (hình 5.1). M T I E TL MNN Md Hình 5.1: Sơ đồ cân bằng nước ngoài đồng. II.2. Phƣơng trình tổng quát (hệ thống khép kín): Wv Wr = dw (1) Trong đó: Wv: lượng nước chảy vào hệ thống. Wr: lượng nước chảy ra khỏi hệ thống. dw: sự thay đổi (tăng hoặc giảm) lượng nước chứa trong hệ thống. * Các thành phần của dw: a. Đối với Lúa: đó là sự thay đổi lớp nước mặt ruộng. b. Đối với cây trồng cạn: Đó là sự thay đổi độ ẩm trong đất ở đầu và cuối thời kỳ tính toán. II.3. Các thành phần của Wv, Wr, dw. * Các thành phần của Wv (mm): Wv = Mhh + I + Tv + Nv + Md (2) Trong đó: Mhh: Lượng nước mưa hữu hiệu (mm) (*) I: Lượng nước tưới (mm) (*) Tv: Lượng nước tràn vào (từ ruộng bên cạnh) (mm). Nv: Lượng nướcngấm vào (từ ruộng bên cạnh)(mm). Md: Lượng nước mao dẫn (tùy thuộc vào mực nước ngầm cao hay thấp, loại đất, bốc thoát hơi nhiều hay ít) (mm). Ghi chú: Lượng nước mưa hữu hiệu là lượng nước tối đa còn giữ lại trong đất và trên ruộng sau cơn mưa (xem bài đọc thêm). * Các thành phần của Wr (mm): Wr = ETc + Tr + Nr + Ti + TL (3) Trong đó: ETc: tổng lượng nước bốc thoát hơi (mm) (*) Tr: Lượng nước tràn ra ngoài (ruộng kế bên) (mm).

53 Bài giảng Thủy Nông 53 Nr: Lượng nước ngấm ra ngoài (ruộng kế bên) (mm). Ti: Lượng nước tiêu ra ngoài (mm) (*) TL: Lượng nước thấm lậu xuống sâu ra khỏi vùng rễ (mm) (*) Tuy nhiên trong nhiều trường hợp thì: Tv = Tr = 0; Nv = Nr = 0; Md = 0. Thay vào phương trình cân bằng, ta có: Mhh + I - (ETc + Ti + TL) = dw (4) - Trong mùa nắng (Mhh = 0; Ti = 0, TL = 0) => I ETc = dw. Nếu không có sự thay đổi độ ẩm đầu và cuối giai đoạn tính toán thì dw = 0. Như vậy, I = Etc (5) điều này có nghĩa là lớp nước tưới dùng để thỏa mãn nhu cầu nước của cây. - Tương tự, Trong mùa mưa => I = Etc Mhh. (6) III/ Tính toán chế độ tƣới cho cây trồng cạn: III.1. Dựa vào nguyên tắc tính toán: a. Lớp nước cần tưới mỗi lần (I): Để duy trì năng suất, ta sẽ phải tưới khi độ ẩm xuống đến (ĐA)min và mang lên độ ẩm cao nhất là (ĐA)dr. I = [(ĐA)dr (ĐA)min)/100] * b * D (7) Trong đó: D: chiều sâu lớp đất hữu hiệu của rễ (cm) b: dung trọng (g/cm3) (ĐA)dr, (ĐA)min : độ ẩm đồng ruộng, độ ẩm min của đất trồng cây (% trọng lượng) Thí dụ: Đất có dung trọng b = 1,5 g/cm3; (ĐA)dr = 25% và (ĐA) hc = 11 %. Chiều sâu hữu hiệu của rễ D = 0,4 m. Tính lớp nuớc cần tưới mỗi lần. Trước hết ta tính (ĐA)min: (ĐA)min = [(ĐA)dr + (ĐA)hc)]/2 = ( )/2 = 18 %. Thay vào công thức I = [(Đ(A)dr (ĐA)min)] * b * D Ta có I = ((25-18)/100) * 1,5 * 0,4 * 1000 = 42 mm. Ghi chú: Trị số (ĐA)min có thể tính theo phương pháp tra bảng theo hệ số thiếu hụt độ ẩm p. b. Ngày tưới, chu kỳ tưới và thời gian tưới: Ngày tƣới: là ngày mà độ ẩm xuống đến (ĐA)min. Chu kỳ tƣới (n) là số ngày ở giữa 2 lần tưới: n = (I+Mhh)/Etc (8) Như vậy, chu kỳ này tùy thuộc vào lượng bốc thoát hơi của cây trồng, khí hậu, loại cây, thời kỳ sinh trưởng của cây, lớp nước tưới (đặc tính của đất). Thời gian tƣới (Tt): là số ngày cần để tưới đủ lớp nước I cho 1 diện tích cây trồng trong giai đoạn cần nước nhất, và Tt < n. Khi chọn Tt cần chú ý đến

54 Bài giảng Thủy Nông 54 kế hoạch sản xuất nông nghiệp (sử dụng động cơ cho việc khác, cần thời gian bảo quản sửa chữa động cơ và thời gian nghỉ cho người vận hành động cơ v.v Nếu Tt càng gần với n thì lưu lượng thiết kế càng nhỏ. c. Số lần tưới trong thời gian tăng trưởng của cây (m): m = TGST/n (9) Trong đó TGST: thời gian sinh trưởng của cây (ngày). d. Tổng lớp nước cần tưới trong thời gian trồng cây(it): It = I 1 + I Im = Ii (10) Trong đó : Ii : là mức tưới ở lần thứ I e. Lớp nước cần dẫn thủy mỗi lần tưới: (I ): Ii = Ii/ (11) : hiệu suất của hệ thống tưới (xem phụ lục 1 đính kèm). f. Tổng lớp nước cần dẫn thủy : Được tính cho TOÀN BỘ THỜI GIAN TĂNG TRƯỞNG: (It ): It = Ii (12) g. Lượng nước cần tưới (W): W= (I1+ +Im)*S (13) h. Lượng nước cần dẫn thủy (W'): W' = W/ (14) Hoặc W' = I'1+ I'2+ + I'm (15) k. Hệ số tưới: - Hệ số tưới cho 1 loại cây trồng (qct) (l/s/ha): là lưu lượng bình quân trên một đơn vị thời gian cần tưới liên tục cho 1 ha cây trồng (ứng với giai đoạn cần nhiều nước nhất) trong thời gian Tlv: qct = [10 * ETc * 10 3 ] / (3600 * Tlv) (16) [m3/ha][mm/ngày] [l] / [s].[số giờ/ngày] Trong đó: Tlv: Thời gian để đáp ứng hệ số tưới cho cây trồng trên mặt ruộng. (thường là số giờ làm việc trong một ngày) (giờ) ETc là bốc thóat hơi cây trồng (mm/ngày) Thí dụ: Bắp có hệ số hoa màu Kcmax = 0,9; ETo = 8 mm/ngày. Nếu hệ thống làm việc trong Tlv = 24 giờ/ngày. Tính qct. qct = (10 * 0,9 * 8 * 10 3 ) / (3600 * 24) = 0,83 l/s/ha. - Hệ số tưới của 1 hệ thống (qht): được xác định từ lớp nước tưới I và thời gian tưới Tt. qht = (10 * I /Tt* 10 3 )/(3600 * Tlv) (17) Như vậy, nếu Tt <= n thì qht >= qct.

55 Bài giảng Thủy Nông 55 III.2. Phƣơng pháp tính toán chế độ tƣới bằng biểu bảng: Phương pháp này dựa trên phương trình cân bằng lượng nước ngoài đồng đã trình bày ở các phần trên, thích hợp nhất cho những nơi có các tài liệu về lượng bốc thoát hơi và lượng mưa. Phương pháp này cũng đòi hỏi phải làm kế toán hàng ngày để tìm ra lượng nước trữ trong chiều sâu nuôi cây hàng ngày. Nguyên tắc của phương pháp như sau: Bước 1: Tính độ ẩm đất ban đầu (ĐA)bđ. Bước 2: Tính lượng nước cần phải tưới để mang độ ẩm đất lên (ĐA)dr (c.thức 7). Bước 3: Tính độ ẩm đất (hay lớp nước chứa trong đất ) trong tầng nuôi cây còn lại ngày hôm sau (bằng cách trừ đi lượng bốc thoát hơi trong ngày, nước tiêu, thấm lậu, cộng thêm lượng mưa hữu hiệu (Mhh), lượng nước tưới (nếu có) (c.thức 4). Bước 4: Kiểm tra nếu độ ẩm tính lại đã bị giảm đến độ ẩm giới hạn thấp nhất (thường là (ĐA)min). Nếu độ ẩm tính lại vẫn lớn độ ẩm giới hạn thì lập lại trình tự tính ở bước 3 cho ngày kế Nếu độ ẩm tính lại nhỏ hơn độ ẩm giới hạn thì tưới 1 lượng nước đủ để mang độ ẩm đất lên đến (ĐA)dr (công thức 7). Phương pháp này đã được áp dụng rộng rãi nhờ sự hỗ trợ của máy tính. IV/ Xác định chế độ tƣới nhìn từ khía cạnh quản lý hệ thống. Các phần trên trình bày cách xác định chế độ tưới khi tính toán thiết kế hệ thống. Mục đích là tìm ra được hệ số tưới, lưu lượng cần có và chu kỳ (hay thời gian tưới). Từ phương diện điều hành hệ thống thực tế, người ta có thể dùng nhiều cách khác nhau để xác định ngày cần tưới và mức tưới mỗi lần theo nguyên tắc: * Hoặc đo (dùng trương lực kế, hoặc electric resistance, v.v..), hoặc ước đoán độ ẩm của đất trong vùng rễ. * Dùng kinh nghiệm hiểu biết về loại cây, loại đất mà xác định ngày cần tưới. a. Đo độ ẩm bằng dụng cụ: Có thể đo bằng ẩm kế hoặc dùng các trương lực kế. Các thỏi sứ của các dụng cụ này được chôn xuống đất của thửa ruộng theo nhiều độ sâu (1/4 độ sâu của rễ, gần cuối vùng rễ và dưới vùng rễ ) và tại những vị trí có ảnh hưởng đặc biệt đến sự phân bố độ ẩm đất (khô nhanh, ướt nhiều v.v..). Các dụng cụ này tỏ ra hiệu quả khi dùng để báo hiệu khi nào đất cần tưới có trị số độ ẩm đất chỉ nằm trong khoảng giá trị độ ẩm đồng ruộng và cao hơn độ ẩm ở lực giữ nước của đất #1 bar. Khi đất khô hơn (khi lực giữ nước của đất lớn hơn 1 bar hay 1atm) thì dụng cụ không hoạt động đúng nữa vì không khí sẽ đi vào được các đầu sứ và làm giảm áp lực đo tại đồng hồ. Dùng ẩm kế có thể cho biết trực tiếp độ ẩm thực tế ngoài đồng tuy nhiên độ chính xác không cao do các hằng số nước trong đất (tính theo độ ẩm) biến thiên không lớn.

56 Bài giảng Thủy Nông 56 Dùng trương lực kế (tensiometer) có thể nâng cao độ chính xác. Thông qua áp lực đo trên đồng hồ, muốn xác định lớp nước cần tưới bao nhiêu cho đủ, ta phải sử dụng đường đặc trưng lực giữ nước Độ ẩm đất. b. Phỏng đoán độ ẩm bằng quan sát-xúc giác (bảng 5.1). Người ta có thể phỏng đoán độ ẩm của các loại đất và xác định khi nào cần tưới bằng quan sát và xúc giác (sờ, nắn,vân vê ) (bảng 5.1). Tuy nhiên, các bảng này chỉ có tính cách tham khảo, tốt nhất nên lập 1 bảng riêng cho từng loại đất. Phương pháp này có ưu điểm là nếu với kinh nghiệm nhiều cũng có thể cho độ chính xác lên đến 10-15% và đặc biệt là rẽ tiền, tiện dụng. Bảng 5.1: Xác định lượng nước cần tưới bằng xúc giác. (theo Merriam et al, CUSUSWASH, 1973). I Đất cát Đất pha cát Thịt trung bình Sét (cm/100cm) 0 Nước ra tay (a) + có thể (a) + có thể vân (a) + có thể vân khi nắm chặt (a) vân sợi nhỏ, sợi 3 cm. sợi 5 cm. ngắn. 2,5 Hơi ẩm-thành Thành viên Thành viên tròn Dính-Vân thành viên tròn dễ vở tròn khó vở dẻo-khi vân vê sợi dễ dàng dính. 4,2 Hơi ẩm-hơi dính Có thể thành Thành viên tròn -ntviên tròn khó vở 6,5 Khô rời rạc-chảy Có thể thành -nt- Thành viên tròn qua kẻ tay viên tròn yếu khó vở. V. Mức độ giảm năng suất: Khi độ ẩm trong đất thực tế Đ(A)tt nằm trong khoảng {Đ(A)min, (ĐA)hc}, thì cây sẽ giảm năng suất. Mức độ giảm năng suất này sẽ tùy thuộc vào loại cây và thời kỳ dinh trưởng của cây. Công thức xác định mức độ giảm năng suất như sau: [1-(NS)tt/(NS)lt] = Ky * (1 ETa/ETm) (18) Trong đó: (NS)tt: năng suất thực tế thu được. (NS)lt: năng suất lý thuyết có được Ky: hệ số mẫn cảm của hoa màu (bảng 5.2). ETa: bốc thoát hơi thực tế (do độ ẩm trong đất kém làm giảm thoát hơi). ETm: bốc thoát hơi khi cây trồng được cấp nước đầy đủ nước. ETa/ETm = [(1/(1-p)] * h1/h2 (19) Trong đó: p: hệ số thiếu hụt độ ẩm (bảng 2.1 và 2.2). h1 = [(ĐA)tt (ĐA)hc] * b * D/100. h2 = [(ĐA)dr (ĐA)hc] * b * D/100.

57 Bài giảng Thủy Nông 57 Bảng 5.2: Hệ số mẫn cảm của hoa màu (Ky): STT Loại cây trồng Sinh trưởng Ra bông Kết trái Chín Chung 1 Bắp cải Bông vải Nho Đậu phụng Bắp Hành Khoai tây Đậu nành Mía Thuốc lá Cà chua Dưa hấu

58 Bài giảng Thủy Nông 58 Phụ lục 1: Hiệu suất tưới ( = c* b* a)(theo Doorenbos and Pruitt, 1977) 1. Hiệu suất truyền tải ( c): ICID/ILRI - Cung cấp liên tục (không thay đổi dòng chảy) Cung cấp luân phiên cho 1 diện tích ha 0.8 với mỗi diện tích luân phiên ha (quản lý tốt) - Cung cấp luân phiên với diện tích lớn hơn ha, Diện tích luân phiên <1000 ha), quản lý ít hiệu quả * Dựa trên kế hoạch định trước 0.7 * Dựa theo yêu cầu Hiệu suất trên kênh ( b) - Khu tưới > 20 ha: * Không theo hàng lối (unlined) 0.8 * Theo hàng lối (hoặc đường ống) Khu tưới < hoặc = 20 ha * Không theo hàng lối 0.7 * theo hàng lối (hoặc đường ống) Hiệu suất phân phối (1 và 2)( c* b): - quản lý và vận chuyển tốt (adequate) thích hợp, có hiệu quả (sufficient) không thích hợp, kém hiệu quả (insufficient) Quá kém (poor) 0.30 g. Hiệu suất áp dụng trên đồng ruộng ( a) USDA SCS - Tưới mặt đất (surface methods) * Đất nhẹ (light soils)(cát) 0.55 * Đất trung bình (medium soils)(thịt) 0.70 * Đất nặng (heavy soils)(sét) Tưới giải bậc thang (graded border) Tưới giải (bằng phẳng)(basin and level border) Tưới rãnh (furrow) Tưới rãnh (đồng mức) Tưới phun (sprinkler) * Khí hậu khô và nóng 0.60 * Khí hậu ôn đới 0.70 * Khí hậu mát, ẩm Tưới cho Lúa 0.32

59 Bài giảng Thủy Nông 59 Chƣơng 6: TÍNH TOÁN CHẾ ĐỘ TƢỚI CHO LÖA. Nội dung: I/ Giới thiệu 1 số phương pháp canh tác lúa. II/ Nước trong các giai đoạn sinh trưởng của lúa. III/ Lượng nước cần cho 1 vụ lúa. IV/ Các phương pháp quản lý Thủy nông trên ruộng lúa. V/ Chế độ tưới cho cây lúa. Từ khóa: - Phƣơng pháp canh tác Lúa - sự thiếu nƣớc - lƣợng nƣớc cần - chế độ tƣới - quản lý thủy nông. Các vấn đề cần nắm vững: 1. Các phương pháp canh tác lúa. Lý do chọn phương pháp đó? 2. Ảnh hưởng của việc thiếu nước đối với các giai đoạn sinh trưởng của lúa. 3. Lượng nước cần cho 1 vụ lúa (Ải, Bốc thoát hơi, Thấm lậu). 4. Chế độ tưới cho 1 cánh đồng (nhiều thửa) trồng lúa. 5. So sánh nhu cầu nước tưới cho lúa và cây trồng cạn. 6. Biện pháp quản lý thủy nông trên ruộng lúa *****-----

60 Bài giảng Thủy Nông 60 Chƣơng 6: TÍNH TOÁN CHẾ ĐỘ TƢỚI CHO CÂY LÖA Lúa về phương diện phân loại thực vật thuộc họ Graminae, tông Oryza Sativa. Lúa là một loại cây trồng có nhiều đặc tính đặc biệt về phương diện cần nước và chịu ngập nước. Trong các loại cây lương thực, lúa là loại cây có nhu cầu nước cao hơn cả, nhu cầu này lại thay đổi tùy theo giai đoạn tăng trưởng, phương pháp canh tác và ngay cả phương pháp tưới cho lúa. Vì vậy muốn tìm chế độ tưới thích hợp nhất, người ta phải thấu triệt các yếu tố này trước. I/ Các phƣơng pháp canh tác ảnh hƣởng lên nhu cầu nƣớc của cây Lúa: Ở đây chúng tôi chỉ nêu vắn tắt một số phương pháp canh tác lúa, chủ yếu là nêu lên ảnh hưởng của các phương pháp này đối với nhu cầu nước của cây lúa. Một số phương pháp canh tác lúa chính yếu như sau: 1. Phƣơng pháp cấy: Thửa đất định cấy lúa được cày lật, phơi ải. Trong khi đó, mạ được nuôi dưỡng chăm sóc thật kỹ càng trong khu ruộng mạ (thường có diện tích rất nhỏ so với ruộng Lúa, do đó việc tính toán nhu cầu nước có thể được bỏ qua). Khi mạ đã sẳn sàng, từng phần ruộng được dẫn nước, bừa, ngâm ruộng vài ngày trước khi cấy. Cấy khu ruộng này thì tiếp tục bừa, ngâm ruộng khu ruộng khác cho đấn khi cả hệ thống được cấy. 2. Phƣơng pháp sạ ƣớt (sạ mộng): Sau khi đất đã được sửa soạn như phương pháp cấy, nước dư được tháo đi, lúa (đã được ngâm ủ trong 24 giờ để tạo mộng) được sạ vào ruộng bùn đã tháo nước mặt. 3. Phƣơng pháp sạ ngầm: Đất ruộng (có thể đã được bừa kỹ) để ngập nước (độ ngập sâu có thể đến vài chục cm) vài ngày cho bùn lắng xuống trước khi sạ. Khi sạ trong ruộng vẫn có lớp nước ngập này. Phương pháp này hữu hiệu trong việc trị cỏ dại và ngừa chim. 4. Phƣơng pháp sạ khô: Đất chỉ cần cày (hoặc phay) khô rồi sạ trên đất khô này mà không cần để ngập nước, ruộng được giữ ở trạng thái khô cho đến khi cây lúa có chừng 5 lá (30-40 ngày) rồi mới dẫn nước vào cho ngập. Phương pháp này tuy tiết kiệm được lượng nước đánh bùn, nhưng nhu cầu toàn vụ có thể cao hơn các phương pháp khác (do thấm lậu trên đất không đánh bùn cao). Ở nước ta hiện nay, phương pháp này chỉ áp dụng cho những vùng canh tác lúa nhờ nước trời. Về nhu cầu nước cho lúa, các phương pháp tính toán chủ yếu là dựa trên cho phương pháp cấy (và tương tự cho phương pháp sạ ướt). II/ Nƣớc trong các giai đoạn tăng trƣởng (bảng 6.1): Ở nhiều giai đoạn, cây lúa rất nhạy cảm với sự thiếu nước. Nhưng ngược lại cũng có những giai đoạn thiếu nước vẫn không làm giảm năng suất lúa. Vì vậy,

61 Bài giảng Thủy Nông 61 các chuyên viên Thủy nông cần nắm vững vấn đề này để bảo đảm cung cấp nước cho cây lúa tốt nhất, nhất là trong những giai đoạn cần nước. Bảng 6.1: Nhạy cảm của lúa đối với nước (theo Sugimoto, 1974). Ngày sau cấy Cấy Đẻ Đâm Tượng Tượng Trổ bông- Chín nhánh chồi đòng gié Ngậm sữa vô hiệu I II IV II I I IV Ghi chú: I: rất cần nước; II: cần nước; III: hơi cần nước; IV: không cần. III/ Lƣợng nƣớc cần cho 1 vụ lúa: Như đã trình bày, phương pháp cấy được chọn cho việc tính toán nhu cầu nước của lúa. Do đó lượng nước cần cho 1 vụ lúa gồm: - Làm mạ, đánh bùn: Thường được gọi chung là lượng nước sửa soạn đất. Lượng nước làm mạ thường trên 1 diện tích nhỏ, do đó lượng nước không đáng kể. Lượng nước đánh bùn thay đổi theo chiều sâu lớp đất cần bảo hòa, ẩm độ đất ban đầu, độ rổng đất, chiều cao lớp nước cần duy trì sau khi đánh bùn, thời gian ngâm ruộng và độ sâu của mực nước ngầm. Theo Matsushima, 1966, lượng nước cần thiết để đánh bùn từ 107 mm đến 263mm. - Bốc thoát hơi: Thay đổi theo khí hậu và loại lúa (từ mm). Công thức tính toán cũng giống như cây trồng cạn. Tuy nhiên việc khảo sát trị số kc cho cây lúa chưa được kỹ càng. Theo Nguyễn xuân Sơn, 1974 thì: kc = 1,44 trong thời kỳ sinh trưởng. kc = 1,88 trong thời kỳ sinh sản và kc = 1,63 trong thời kỳ chín. Tuy nhiên theo Sugimoto, 1971 thì: kc = 1,0 1,2 trong thời kỳ đầu sinh trưởng. kc = 1,2 1,3 trong giai đoạn đâm chồi tích cực và kc = 1,4 trong giai đoạn trổ gié. - Lượng nước thấm lậu (hay lượng nước mất đi do trọng lực). Lượng nước thấm lậu thay đổi tùy theo loại đất, chiều sâu mực nước ngầm. Trị số này biến thiên rất lớn từ 0,2 1,4 mm/ngày (theo Sugimoto,1971) đến >20mm/ngày (theo Tsutsui, 1968). Trung bình 3-6 mm/ngày.

62 Bài giảng Thủy Nông 62 IV/ Các phƣơng pháp quản lý Thủy nông trên ruộng lúa: IV.1. Chiều sâu ngập và ảnh hƣởng của chiều sâu ngập nƣớc: Trên phương diện lý thuyết, cây lúa có thể sinh trưởng và cho năng suất cao nếu đất có độ ẩm bảo hòa (Tsutsui, 1968) hay 80% khả năng giữ nước tối đa của đất (Tôn thất Trình, 1968). Nhưng thông thường lúa được canh tác bằng tưới ngập, trên mặt ruộng luôn có 1 lớp nước (chiều sâu lớp nước có thể thay đổi tùy theo thời kỳ tăng trưởng). Ưu điểm của tưới ngập: Giảm xác suất cây bị hạn (thiếu nước). Giúp đất đỡ mất dưỡng liệu vì oxyd hóa qúa độ. Làm mềm đất (dễ làm cỏ, cày bừa). Điều hòa nhiệt độ đất (đối với xứ lạnh). Giảm cỏ dại. Trừ một số sâu bệnh. Tuy nhiên việc tưới ngập cũng có 1 số nhược điểm sau: Cản trở việc cơ giới hóa. Đòi hỏi lượng nước tưới cao. Thiếu oxy nên rễ lúa ít phát triển hơn và đâm chồi chậm hơn. Phá hoại cơ cấu đất (đất càng ngày càng bị nén chặt). Theo De Dalta et al, 1973 thì nên duy trì lớp nước ruộng từ 5-7 cm là hữu hiệu nhất. Nếu chiều sâu ngập nước gia tăng, năng suất lúa có thể bị giảm (Sugimoto, 1971) nhất là các loại lúa cao sản. Ưu khuyết điểm của chiều sâu ngập nước cạn: Ưu điểm: Lớp nước cạn khiến nước nóng hơn lúc ban ngày, lạnh hơn lúc ban đêm. Sự khác biệt này giúp cây lúa đâm chồi nhanh hơn (Matsushima, 1962). Khiến sự phân hóa các chất hữu cơ dễ dàng hơn. Lượng nước bốc hơi sẽ ít hơn lớp nước dày. Giảm thiểu lượng nước thấm lậu. Khuyết điểm: Đòi hỏi ruộng phải thật bằng phẳng. Ít diệt được cỏ dại hơn lớp nước dày. Ngoài ra người ta có thể thay đổi chiều sâu lớp nước trên mặt ruộng theo các thời kỳ sinh trưởng gọi là tưới tăng sản (để tạo nên 1 năng suất cao hơn). a/ Theo Bộ môn Thủy nông, ĐH Thủy lợi Hà nội, 1972 thì giữa 3 công thức tưới như sau: Tưới xăm xắp (0-30 mm) Tưới nông hoặc vừa (30-50mm hoặc 60-90mm). Tưới ngập sâu. Kết quả cho thấy, tưới xăm xắp đạt sản lượng cao nhưng các tác dụng phụ khác lại kém so với các công thức khác.

63 Bài giảng Thủy Nông 63 b/ Công thức tưới tăng sản khi có điều kiện về quản lý thủy nông tốt (Tôn Thất Trình, 1968; Tsutsui, 1969). * Trong khi cấy: 2-3 cm trên lớp đất đã đánh bùn. Lớp nước qúa sâu có thể làm mạ dễ bị nổi lên sau khi cấy. * Sau khi mới cấy: 5-10 cm, chỉ để một số lá mạ trên mặt nước để giảm độ thoát hơi từ lá khi mạ chưa bén rễ để hút nước nuôi cây. * Sau khi bén rễ: Giai đoạn này có thể để bảo hòa đất là đủ, mực nước hết sức cạn để đốc thúc sự đâm chồi. Tuy nhiên, để an toàn có thể duy trì lớp nước từ 2-3 cm. * Sau khi đâm chồi tối đa: Có thể cho đất khô nứt nẻ vài ngày rồi dẫn nước trở lại, cách này được gọi là rút khô giữa mùa. Giai đoạn này thiếu nước cũng không làm giảm năng suất. * Tượng khối => ngậm sữa: Cần cung cấp nước đầy đủ, kịp thời:lớp nước 5-8 cm. * Chín: Rút nước dần để kích thích lúa chín và dễ thu hoạch. IV.2. Thời gian duy trì lớp nƣớc trên ruộng lúa : Người ta có thể giữ nước trên ruộng lúa thường xuyên ít hoặc không thay nước (nước đọng) hoặc thay nước liên tục. Tuy nhiên cần nắm rõ ưu khuyết điểm để quản lý cho tốt. Nước đọng có ưu điểm là bớt oxyd hóa, ít mất dưỡng liệu (Tsutsui) do thấm lậu, nhưng có khuyết điểm là không hòa tan thêm dưỡng khí, do đó dễ sinh ra độc tố (ví dụ: H 2 S). Do đó cần thay nước khi biết chắc là nước ruộng có độc tố. IV.3. Tƣới ngập liên tục và tƣới gián đoạn: Tưới liên tục là luôn luôn giữ trên mặt ruộng 1 lớp nước. Tưới luân phiên hay tưới gián đoạn là tưới 1 lớp nước rồi để cạn dần nước mới tưới trở lại. Thường thì nông dân Việt nam áp dụng tưới liên tục (vì hệ thống thủy nông chưa hoàn chỉnh hoặc không bảo đảm). Ngoài ra, tưới liên tục có các ưu điểm sau: Giảm thiểu cỏ dại. Điều hòa nhiệt độ đất. Giảm nhân công điều hành tưới. Tạo điều kiện sinh sống cho rong => giúp đạm hóa. Tăng cường kích thích việc quang tổng hợp ở lá phía dưới do phản chiếu mặt nước. Trái lại tưới gián đoạn thì tiết kiệm nước, đôi khi cho năng suất cao hơn, nhưng thông thường thì cho năng suất thấp hơn (nhưng hiệu năng dùng nước cao hơn). Phương pháp tưới gián đoạn ít sử dụng vì: Đòi hỏi hệ thống thủy nông hoàn chỉnh. Cần chuyên viên điều hành hệ thống thường xuyên và có kỹ thuật cao. Ảnh hưởng đến tâm lý người nông dân vì người dân không bao giờ muốn để ruộng đang trồng lúa bị khô nước.

64 Bài giảng Thủy Nông 64 V/ Chế độ tƣới cho cây Lúa: V.1. Trên thửa ruộng đơn vị: Lƣợng tƣới ải ban đầu (DS): là lượng nước cần để ngâm ruộng và cày bừa, sau đó duy trì 1 lớp nước để cấy. DS = Dbh + Hc. Trong đó: Dbh : lớp nước cần để bảo hòa ruộng (mm) Hc : lớp nước duy trì cho cấy lúa sau khi làm đất (mm) Dbh = ( Wbh - Wbđ) * eb * D Với Wbh: độ ẩm bảo hòa (tính theo phần trăm, %). Wbđ: độ ẩm đất ban đầu (tính theo %). eb: dung trọng hay tỉ trọng biểu kiến khô của đất. D: Chiều sâu lớp đất cần làm bảo hòa. Hc = [(thấm lậu + bốc hơi) * t ] + hc. t: thời gian ngâm ruộng. hc: chiều cao lớp nước cấy (thường từ mm). Tƣới dƣỡng lúa (I): Lượng nước cấp cho nhu cầu bốc thoát lúa mỗi ngày. Giống như tưới cho cây trồng cạn, nhưng ngoài lượng nước cấp cho bốc thoát hơi của lúa, trong công thức này có xét đến lượng nước thấm lậu mỗi ngày: I = ETc + Thấm lậu V.2. Chế độ tƣới trên toàn cánh đồng: Chế độ tưới trên toàn cánh đồng chỉ có thể tính toán được trên cơ sở tổng hợp các chế độ tưới trên toàn thể các thửa ruộng đơn vị. Vì thời gian gieo cấy của các thửa ruộng có tính cách tịnh tiến, thửa này sau thửa kia 1 ngày, giai đoạn tăng trưởng cũng có tính cách tịnh tiến tương tự, cho nên chế độ tưới (thông qua mức tưới) cho toàn cánh đồng có tính cách tịnh tiến. Ta có thể tổng hợp các chế độ tưới như sau: Trên hàng thửa ruộng thứ nhất, ta ghi mức tưới và ngày tưới (chế độ tưới của thửa ruộng thứ nhất). Trên các thửa ruộng đơn vị sau đó, ta ghi lại mức tưới của thửa ruộng thứ nhất nhưng chậm đi 1 ngày. Sau cùng, cộng tất cả mức tưới từng ngày của tất cả thửa ruộng đơn vị. Tuy nhiên, vì diện tích toàn thể cánh đồng bằng n lần diện tích của thửa ruộng đơn vị nên tổng số của các mức tưới trên các thửa ruộng được chia cho n (xem thí dụ 1). Trong trường hợp điều kiện thời tiết thay đổi, chế độ tưới trên các thửa ruộng có thể không còn tịnh tiến nữa. tuy nhiên, xác định chế độ tưới trên từng thửa rồi mới tổng hợp thì rất phức tạp. Ta có thể xác định vài chế độ tưới của 1 vài thửa ruộng tiêu biểu (ví dụ thửa 1, 5, 10,15 ). Sau đó giả sử có tịnh tiến trong các thửa ở giữa các thửa ruộng tiêu biểu (ví dụ 2-4, 6-9 và ). Sau cùng ta lập bảng tổng hợp từng ngày như trường hợp trên *****-----

65 Bài giảng Thủy Nông 65 Thí dụ 1: Khi chế độ tưới của các thửa ruộng giống nhau: N ø\ R TC/ 15/12 / / /_28/12-/ / / 16/12 /

66 Bài giảng Thủy Nông 66 Thí dụ 2: Khi chế độ tưới của các thửa ruộng khác nhau: N ø\ R TC/ 15/12 / / / 5/12 / ---20/12-/ 10/

67 Bài giảng Thủy Nông 67 Chương 7: CÁC PHƢƠNG PHÁP và KỸ THUẬT TƢỚI. Nội dung: I/ Định nghĩa: II/ Các phương pháp tưới: III/ Các yêu cầu và chỉ tiêu lựa chọn phương pháp tưới. IV/ Phương pháp tưới mặt đất. 1. Tưới ngập. 2. Tưới giải. 3. Tưới rãnh. V/ Tưới phun mưa. 1. Thiết bị, dụng cụ. 2. Phân loại. 3. Đặc tính kỹ thuật. 4. Đánh gía độ đồng đều. 5. Thiết kế hệ thống tưới phun mưa. VI/ Tưới nhỏ giọt. Từ khóa: - Phƣơng pháp tƣới (irrigation method), - kỹ thuật tƣới (irrigation technique), - tƣới ngập (flooding irrigation), - tƣới giải (border irrigation), - tƣới rãnh (furrow irrigation), - tƣới phun mƣa (sprinkler irrigation), - tƣới nhỏ giọt (drip/trickle irrigation), - độ đồng đều (uniform coefficiency). Các vấn đề cần nắm vững: 1. Các yêu cầu và các chỉ tiêu để lựa chọn phương pháp tưới. 2. Các kỹ thuật cần có cho mỗi phương pháp tưới. 3. Các ưu khuyết điểm của từng phương pháp tưới.

68 Bài giảng Thủy Nông 68 Chương 7: CÁC PHƢƠNG PHÁP & KỸ THUẬT TƢỚI. I/ Định nghĩa: Phương pháp tưới: là cách đưa nước từ nguồn nước đến mặt đất canh tác. Kỹ thuật tưới : là biện pháp cụ thể được áp dụng để thực hiện các phương pháp tưới. Mỗi phương pháp tưới đòi hỏi 1 kỹ thuật tưới riêng. Các phương pháp tưới phải được lựa chọn, các kỹ thuật tưới phải được áp dụng sao cho cây trồng phát triển tốt, đạt sản lượng cao, giảm thiểu sự mất nước và duy trì được độ phì nhiêu của đất. II/ Các phƣơng pháp tƣới: Các phương pháp tưới hiện nay có thể chia ra làm 4 loại như sau: Phƣơng pháp tƣới Tƣới mặt đất Tƣới phun mƣa Tƣới ngầm Tƣới nhỏ giọt Tƣới Tƣới Tƣới giải rãnh ngập Phương pháp tưới mặt đất: nước được đưa vào ruộng bằng trọng lực, chảy trên mặt đất hay trong những rảnh nhỏ trên mặt ruộng và ngấm dần xuống đất. Phương pháp tưới phun mưa: nước tưới vào ruộng dưới dạng mưa rơi (nước tưới có áp lực nhờ máy bơm). Phương pháp tưới ngầm: nước tưới được đưa vào vùng rễ của cây nhờ những thiết bị đặt ngầm dưới đất. Phương pháp tưới nhỏ giọt: nước được đưa vào vùng rể của cây bằng những thiết bị nhỏ từng giọt nước trên mặt đất và ngấm dần xuống vùng rễ cây. Mỗi phương pháp đều có những ưu khuyết điểm riêng. Để lựa chọn các phương pháp tưới thường người ta dựa theo các yêu cầu và chỉ tiêu sau: III/ Các yêu cầu và chỉ tiêu lựa chọn phƣơng pháp tƣới: III.1. Các yêu cầu: * Bảo đảm nước phân bố đều cho cây trồng. * Tưới đúng lúc, đúng lượng đã định sẵn. * Không cản trở việc cơ giới hóa. * Bảo đảm năng suất tưới cao, ít tốn nhân công. * Lợi ích kinh tế cao. III.2. Các chỉ tiêu lựa chọn phƣơng pháp tƣới: Đất: độ dốc và địa hình, độ thấm rút. Loại cây trồng.

69 i 0.5 Bài giảng Thủy Nông 69 Nước: Khả năng cung cấp nguồn nước (nước mặt, nước ngầm), nếu là nước ngầm cần phải khảo sát độ sâu mực nước ngầm. Khả năng tài chính. Trình độ kỹ thuật và số lượng nhân công. IV/ Phƣơng pháp tƣới mặt đất : Có 3 phương pháp. IV.1. Tƣới ngập: Lượng nước tưới cần thiết được đưa vào từng ô ruộng với 1 lưu lượng lớn, nước không kịp ngấm xuống. Vì vậy, sau khi ngừng cấp nước, nước sẽ đọng lại trên mặt ruộng và sẽ ngấm dần xuống đất, thời gian ngấm dần xuống đất nhanh hay chậm tùy theo đặc tính đất. Phương pháp này thường chỉ áp dụng cho Lúa. IV.2. Tƣới giải (Môû) Böûng chaén nöôùc (Ñoùng) Nong töôùi Bờ giải Cöûa laáy nöôùc (Ñang töôùi) Hình 7.1: Sơ đồ hệ thống tưới giải. a. Định nghĩa: Mặt ruộng được chia thành từng giải hay từng ô bởi các bờ giải. Tại đầu giải, có nong tưới và trên nong tưới có các bửng dâng nước để dâng nước lên cao. Lượng nước cần tưới được đưa vào ruộng với lưu lượng tương đối nhỏ để trong qúa trình tưới, nước sẽ chảy từ đầu giải đến cuối giải, và khi chảy như vậy, nước sẽ ngấm hết xuống đất. Đồng thời vận tốc dòng chảy không đủ lớn để không gây ra xói lở mặt đất. Tại cuối dãi, có một nong thoát nước (có khi không cần thiết). b. Các trường hợp ứng dụng: Cây trồng: cây trồng hàng hẹp (sát nhau) (thí dụ: đậu phụng..). Loại đất: đất có độ ngấm hút vừa (trung bình). Độ dốc: độ dốc dọc theo giải từ 0% đến 2%. Tốt nhất là độ dốc nhỏ hơn 0,5 %. Tốt nhất độ dốc ngang của dải không đáng kể. Tuy nhiên, nếu có độ dốc ngang

70 Bài giảng Thủy Nông 70 thì người ta sẽ cố gắng thay đổi kích thước bề rộng bờ giải sao cho độ chênh lớp nước giữa 2 bờ giải không qúa 6 cm. Địa hình: Lý tưởng nhất là mặt đất tương đối bằng phẳng, độ lồi lõm khoảng 5 cm. c. Xác định kích thước giải đất (theo thực nghiệm) (ĐH Thủy lợi, 1972) - Chiều dài giải: Bảng 7.1 Chiều dài giải Chiều dài giải (m) Độ dốc của giải Khả năng ngấm hút của đất < 0,2 % 0,2% - 1 % 1% - 2 % Cao Trung bình Thấp (kém) Bề rộng của giải: Bề rộng của giải đất phụ thuộc vào 4 yếu tố: Độ dốc ngang: Độ chênh lệch theo hướng ngang của 2 bên bờ giải không vượt qúa 6 cm (ví dụ: độ dốc ngang 1% => bề rộng giải < 6 m). Độ dốc theo chiều dài giải: Độ dốc này càng lớn thì bề rộng giải càng phải nhỏ (nếu không, nước không tràn đều). Bảng 7.2 Độ dốc theo chiều dài giải Chiều rộng tối đa (m) 0,15% - 0,3 % 30 0,4% - 0,5 % 10 > 0,5 % 6 Lưu lượng tưới giải: càng lớn, thì bề rộng giải càng lớn. Loại cây trồng và máy móc: Chiều rộng giải phải là bội số của khoảng cách giữa các hàng, và phải là bội số của dụng cụ sử dụng. d. Kết luận về phương pháp tưới giải: Phương pháp tưới giải có thể được áp dụng cho nhiều loại cây trồng không lên luống (líp). Tuy nhiên, phương pháp này có nhiều giới hạn như: chi phí san lấp mặt bằng cao, làm đất đóng váng, khó áp dụng cho đất cát (chiều dài sẽ quá ngắn), sét (bị xói mòn do nước chảy), khó tưới 1 lượng nước nhỏ. Xem hình 7.2a về tưới giải.

71 Bài giảng Thủy Nông 71 Figure 7.2

72 Bài giảng Thủy Nông 72 IV.3. Tƣới rãnh: Hình 7.3: Sơ đồ hệ thống tưới rãnh. a. Định nghĩa và khái niệm: Nước không phân bố trên khắp mặt ruộng mà được đưa vào các rãnh (lớn hoặc nhỏ) (nông hay sâu) giữa các luống để nước ngấm dần vào đất theo chiều ngang (vào luống) và chiều sâu (thấm lậu). Nước được đưa từ nong dẫn vào các rãnh bằng: nong phân phối, cửa lấy nước, siphon. Xem hình 7.2b,c cho các kiểu tưới rãnh. b. Các trường hợp áp dụng phương pháp tưới rãnh: Loại cây: Trồng thành luống hay hàng (thí dụ: cây ăn trái..). Loại đất: Đất có độ ngấm hút trung bình (0,5 cm/giờ 5 cm/giờ). Trắc diện đất (soil profile) cũng có ảnh hưởng lên việc sử dụng phương pháp này. Độ dốc tốt nhất: từ 0,2 % - 1 %. c. Các yếu tố kỹ thuật của phương pháp tưới rãnh: - Độ dốc: Tùy theo loại đất (bảng 7.3) Bảng 7.3: Độ dốc cho phép trong phương pháp tưới rãnh Loại đất Độ dốc theo chiều dài giải (%) Tối hảo Tối thiểu Tối đa Sét 0,2 0,05 0,25 Thịt 0,5 0,15 0,6 Cát 0,8 0,3 1,0 - Khoảng cách giữa các luống : Tùy thuộc vào dụng cụ làm luống, kích thước máy kéo và loại hoa màu, loại đất Bảng 7.4: khoảng cách giữa các luống Loại đất Khoảng cách giữa các rãnh (m) Sét 0,9 1,0 Thịt 0,6 0,9 Cát 0,45 0,6

73 Bài giảng Thủy Nông 73 - Chiều dài của rãnh: tùy thuộc vào độ dốc và lưu lượng lấy vào rãnh. Bảng 7.5: Chiều dài rãnh Loại đất Chiều dài rãnh tối đa (m) Độ dốc theo chiều dài giải 0,1% 0,15% 0,5% 1,0% 2,0% 3,0% 5,0% Sét Thịt Cát Thông thường chiều dài rãnh không nên lấy qúa ½ chiều dài tối đa cho phép này. - Lưu lượng chảy trong rãnh: có liên hệ mật thiết với độ ngấm hút, độ dốc của đất, chiều dài rãnh. lưu lươnïg không nên nhỏ quá (sẽ gây ra ngấm hút không đều) (phải để cho nước chảy đến cuối rãnh lớn hơn Tct/4, Tct là thời gian cần để đất ngấm hút lượng nước cần tưới, và không nên lớn quá (để tránh xói mòn). Bảng 7.6: Lưu lượng lấy vào rãnh (ĐH Thủy lợi, 1972) Độ ngấm hút Lƣu lƣợng Độ dốc dọc theo chiều dài giải < 0,002 0,002 0,004 0,004 0,01 Cao 1,0 1,2 0,7 1,0 0,4 0,7 Trung bình 0,6 0,8 0,4 0,6 0,2 0,4 Thấp 0,4 0,7 0,3 0,5 0,1 0,3 V/ Tƣới phun mƣa: Tưới phun mưa có thể sử dụng cho hầu hết các loại đất, các loại địa hình (ở những nơi mà phương pháp tưới trên mặt đất không thể sử dụng được hay sử dụng không có hiệu qủa. Một hệ thống tưới phun mưa có thể tự động hoàn toàn, bán tự động hay bằng tay (thủ công). Tuy nhiên bài này chỉ đề cập đến các phương pháp tưới phun mưa thông thường. V.1. Các dụng cụ dùng trong hệ thống tƣới phun mƣa: 1. Máy bơm: thường là bơm ly tâm (để cung cấp nước tưới có áp lực cao). 2. Ống dẫn nước chính: dẫn nước từ nguồn nước đến bơm và từ bơm đi đến các ống phụ. Ống dẫn nước chính có đường kính lớn nhất di động hay cố định. 3. Ống dẫn nước phụ: nhận nước từ ống dẫn nước chính. Oáng dẫn nước phụ cũng có thể bố trí di động hay cố định và đường kính nhỏ hơn ống dẫn chính. 4. Cánh phun: nhận nước từ ống dẫn nước phụ, tùy theo đặc điểm của từng loại cây trồng mà chọn các loại vòi phun phù hợp. Chiều cao cánh cánh phun phụ thuộc độ cao cây trồng tại khu vực bố trí. 5. Vòi phun: phân phối nước dưới dạng hạt mưa cho cây trồng. Đó là bộ phận quan trọng nhất nêu lên đặc tính của hệ thống tưới phun mưa.

74 Bài giảng Thủy Nông 74 V.2. Phân loại hệ thống tƣới phun mƣa. 1. Hệ thống cố định (hình 7.4). 2. Loại nhiều vòi phun: (lưu động, bán lưu động và cố định) (hình 7.5). 3. Một vòi phun (lưu động và bán lưu động) (hình 7.6). 4. Hệ thống xoay tròn (hình 7.7) V.3 Các yếu tố ảnh hƣởng đến việc chọn lựa hệ thống tƣới phun: 1. Các loại vòi phun và các đặc tính kỹ thuật: Các thông số kỹ thuật thường gồm có: áp suất hoạt động, lưu lượng phun và tầm phun. (Bảng 7.7) Áp suất họat động của mỗi một vòi phun có 1 khoảng áp suất làm việc tối ưu (tùy theo nhà sản xuất). Áp suất thực tế làm việc không nên để vượt qúa xa (lớn hơn hoặc nhỏ hơn) áp suất hoạt động tối ưu này (sẽ kém đều). Lưu lượng phun phụ thuộc vào áp suất của vòi. Thường thì áp suất tăng thì lưu lượng tăng. Các dữ kiện về lưu lượng là các dữ kiện cơ bản để chọn vòi phun và thiết kế hệ thống phun. Tầm phun (D): là đường kính tưới của vòi phun ứng với áp suất thiết kế. Đây là những thông số kỹ thuật rất quan trọng trong việc thiết kế hệ thống tưới phun. Các thông số này sẽ được các nhà sản xuất cung cấp (phụ lục 1.).

75 Bài giảng Thủy Nông 75

76 Bài giảng Thủy Nông 76 Bảng 7.7: Các loại vòi phun và đặc tính kỹ thuật: Loại vòi phun Áp suất làm việc Lƣu lƣợng Tầm phun D (m nƣớc) (lít/phút) (m) Áp lực thấp < 20 < Áp lực trung bình Áp lực cao # Cường độ tưới phun (bảng 7.8) : là chiều cao lớp nước hứng được trong 1 đơn vị thời gian, thường được tính bằng mm/phút hay mm/giờ. Cường độ tưới phun không được lớn hơn tốc độ ngấm hút của đất ( tránh chảy tràn làm xói mòn đất và lãng phí nước, hoặc làm đất bị đóng váng). Bảng 7.8: Cường độ tưới phun trên đất bằng phẳng Loại đất Cƣờng độ tối đa (a) (mm/giờ) Cƣờng độ phun tối đa (b) (mm/giờ) Cát Thịt Sét Ghi chú: (a): theo Sprinkler Irrigation handbook. (b): theo Planning for Farmland Irrigation. Ngoài ra, trên đất có thảo mộc che phủ thích hợp, có thể tăng thêm cường độ phun. Trái lại trên đất có độ dốc thì phải giảm cường độ tưới phun theo bảng 7.9 như sau: Bảng 7.9: Tỉ lệ giảm cường độ tưới phun theo độ dốc Độ dốc (%) >20 Tỉ lệ giảm (%) Mức độ đồng đều tưới phun (Uniformity coefficient) theo Christiansen: là chỉ tiêu để đo sự đồng đều của tưới phun. Mức độ đồng đều tười phun được đo bằng hệ số K như sau: K = ( Io dio ) / Io. Trong đó: Io: cường độ tưới phun bình quân trên 1 diện tích tưới phun (mm/phút hoặc mm/giờ). dio = ( I Io ) / n, với I là cường độ phun thực tế tại điểm quan trắc, và n là số điểm quan trắc tưới. Trị số K càng gần bằng 1 thì mức độ càng đồng đều (xem Thí dụ 1). Thí dụ 1: Với những trị số đo đạc I như sau, xác định độ đồng đều của 1 hệ thống tưới phun mưa đó: Khoảng cách vòi phun là: 12,2 m * 15,2 m

77 Bài giảng Thủy Nông 77 Giải: Trị số đo đạc Trung bình Sai biệt 86 68, , ,8 78-9,8 74-5,8 74-5,8 72-3,8 70-1,8 70-1,8 70-1,8 68-0,2 68-0,2 66-2,2 64-4,2 64-4,2 60-8, , , , , (1364/20) = 68,2 (148/20) = 7,4 Vậy K = (68,2 7,4) / 68,2 = 0,89 hay K = 89%. V.4. Thiết kế hệ thống tƣới phun mƣa: 1. Nguyên tắc chung: Mục tiêu của việc thiết kế 1 hệ thống tưới phun mưa là làm sao có 1 hệ thống tưới được lượng nước cần thiết với 1 mức độ đồng đều lớn nhất, kinh tế nhất (xét về vốn đầu tư ban đầu, chi phí vận hành, nhân công..). Việc lựa chọn các phương án hệ thống tưới phun thích hợp nhất cần dựa trên các điểm sau đây: Vốn đầu tư thấp. Sự khác biệt áp suất trong ống nên < 20% => lưu lượng thay đổi < 10%. Nếu đất dốc thì ống chính nên chạy theo độ dốc, ống phụ gần song song với đường đồng cao độ (hay hơi dốc xuống) => giảm thay đổi áp suất nhiều trên dường ống phụ Dễ vận hành và ít phụ thuộc cũng như ảnh hưởng đến các công tác khác (cày bừa cơ giới, làm đất). Số lượng vòi phun sử dụng mỗi lần không nên thay đổi nhiều. 2. Trình tự thiết kế hệ thống tưới phun mưa: a. Xác định diện tích, địa hình, địa thế, bốc thoát hơi, độ ngấm hút của đất, chiều sâu hữu dụng của rễ. b. Từ đó xác định lượng nước cần tưới mỗi lần (I), chu kỳ tưới (n).

78 Bài giảng Thủy Nông 78 c. Xác định cường độ phun lớn nhất Imax. d. Xác định số giờ làm việc trong ngày (thời gian tưới trong ngày) Tlv. e. Chọn lựa vòi phun, bố trí khoảng cách giữa các vòi phun, cánh phun (theo điều kiện gío) để thỏa mãn yêu cầu về độ đồng đều. f. Lập sơ đồ bố trí hệ thống tưới: xác định số vòi phun trên cánh phun, số cánh phun, chiều và hướng di chuyển của các cánh phun. g. Từ điều kiện địa hình và lưu lượng, xác định tổn thất trong ống và từ đó xác định máy bơm cần cung cấp cho hệ thống (Q,H). trong đó: H = h + hf + ho. Trong đó: h: cột nước (áp suất) cần cho vòi phun hoạt động được. hf: cột nước tổn thất trong ống. ho: cột nước địa hình (xuống dốc => ho <0). và hf + ho < 20 % để bảo đảm độ đồng đều. VI/ Tƣới nhỏ giọt (hình 7.8a,b): Tưới nhỏ giọt là phương pháp tưới sử dụng hệ thống các đường ống rất nhỏ có gắn các thiết bị tạo nước nhỏ giọt (emitter) với lưu lượng tưới nhỏ và thường xuyên (khỏang vài lít/giờ). Mạng đường ống được bố trí trên mặt đất hay chôn ngầm gần cây trồng. Nguồn nước sử dụng cho hệ thống tưới nhỏ giọt phải được xử lý lọc kỹ. Thuận lợi: Diện tích cấp nước và độ sâu ẩm hạn chế đến mức tối đa. Tiết kiệm nước (hiệu suất dùng nước có thể trên 90%). Hạn chế cỏ dại, giảm sâu bệnh đáng kể. Có thể kết hợp với việc bón phân, áp dụng thuốc cho cây trồng. Bất lợi: Dễ bít các emitter làm cho việc phân phối nước không hiệu quả. Cần phải thường xuyên kiểm tra, bảo trì hệ thống tưới. Trường hợp đất có chứa muối hoà tan hoặc nước tưới có nhiều muối, phương pháp này sẽ gây tích tụ muối cao trong tầng rễ. Không áp dụng được (hoặc không có hiệu quả kinh tế) đối với cây trồng hàng hẹp, dày như cỏ Alfalfa, ngũ cốc. Vốn đầu tư tương đối cao.

79 Bài giảng Thủy Nông 79 Nguồn nước Hình 7.5: Sơ đồ nhiều vòi phun (di động, bán di động). Nguồn nước Hình 7.6: Loại 1 vòi phun di động. Hình 7.7: Loại nhiều vòi phun quay tròn.

80 Bài giảng Thủy Nông 80 Figure 7.8a

81 Bài giảng Thủy Nông 81 Figure 7.8b

82 Bài giảng Thủy Nông 82

83 Bài giảng Thủy Nông 83 Chương 8: HỆ THỐNG ĐIỀU TIẾT NƢỚC RUỘNG. Nội dung: I/ Định nghĩa. II/ Nhiệm vụ và yêu cầu của 1 hệ thống Điều tiết nước ruộng. III/ Nguyên tắc chung cho 1 Hệ thống Điều tiết nước ruộng. 1. Kích thước. 2. Tưới tiêu kết hợp hay riêng lẻ. 3. Vị trí kênh tưới và kênh tiêu. IV/ Hệ thống Điều tiết nước ruộng Lúa. V/ Hệ thống Điều tiết nước ruộng cây trồng cạn. VI/ Hệ thống Điều tiết nước ruộng trong trường hợp trồng Lúa lẫn cây trồng cạn. VII/ Bố trí bờ vùng, bờ thửa và đường đi lại. Từ khóa: Hệ thống điều tiết, mƣơng chân rết, tiểu câu tiêu, tƣới tiêu kết hợp, tƣới tiêu riêng lẻ. Các vấn đề cần nắm vững: 1. Đơn vị canh tác cơ giới? 2. Nhiệm vụ và yêu cầu của 1 hệ thống điều tiết nước ruộng. 3. Nguyên tắc của 1 hệ thống điều tiết nước ruộng. 4. Hệ thống điều tiết nước ruộng Lúa, cây trồng cạn, kết hợp. 5. Việc bố trí bờ vùng, bờ thửa và đường đi lại *****-----

84 Bài giảng Thủy Nông 84 Chương 8: HỆ THỐNG ĐIỀU TIẾT NƢỚC RUỘNG (HTĐTNR). I/ Định nghĩa về hệ thống điều tiết nƣớc ruộng: Một hệ thống thủy nông hoàn chỉnh bao gồm hệ thống kênh tưới, hệ thống kênh tiêu và các công trình phụ để đưa nước từ nguồn nước đến khu vực tưới hay tiêu nước thừa từ khu vực ra vùng nhận nước tiêu. Các kênh mương trong hệ thống thủy nông gồm nhiều kênh to nhỏ khác nhau, mỗi kênh có tên gọi theo địa phương hay cấp kênh. Tùy theo hệ thống lớn hay nhỏ mà gồm đầy đủ hay thiếu 1 trong 5 cấp kênh theo thứ tự sau đây: Kênh cấp 1: lấy nước từ nguồn nước (hay tiêu nước ra khu nhận nước tiêu). Kênh cấp 2: kênh nhánh lấy nước từ kênh cấp 1 (hệ thống tưới), hoặc đưa nước vào kênh cấp 1 (hệ thống tiêu). Kênh cấp 3: kênh nhánh từ kênh cấp 2, còn gọi là mương cái (hệ thống tưới). Kênh cấp 4: kênh nhánh từ kênh cấp 3, còn gọi là mương con (hệ thống tưới). Kênh cấp 5: là cấp kênh cố định cuối cùng trong hệ thống, nước trong kênh cấp 5 đi vào ruộng (tưới) hay từ ruộng ra (tiêu). Còn gọi là mương chân rết (hệ thống tưới) hay tiểu câu tiêu (hệ thống tiêu). Đơn vị canh tác cơ giới hoàn chỉnh (trong điều kiện cơ giới hiện đại); là phần diện tích giới hạn bởi chiều dài của các kênh cố định nhỏ nhất (thường là kênh cấp 5) và khoảng cách giữa 2 kênh nhỏ nhất (xem hình 8.1). Trong diện tích này đôi khi có các mương tạm thời hay bán cố định hoặc các công trình có nhiệm vụ phân bố hay khống chế nước trong ruộng cho thích hợp với yêu cầu của cây trồng. Các kênh mương tạm thời hay bán cố định và các công trình đó hợp thành hệ thống điều tiết nước ruộng (HTĐTNR) (là đơn vị nhỏ nhất của hệ thống thủy nông). Đó là cơ sở để thiết kế hệ thống lớn, nhưng việc thiết kế và phối trí hệ thống lớn lại chi phối việc thiết kế HTĐTNR. Nguồn nước tưới K K1 K2 K3 K11 Đơn vị canh tác cơ giới K111 K112 K12 Nơi nhận nước tiêu Hình 8.1: Sơ đồ 1 hệ thống Thủy nông và đơn vị canh tác cơ giới

85 Bài giảng Thủy Nông 85 II/ Nhiệm vụ và yêu cầu của 1 HTĐTNR: HTĐTNR có nhiều hình thức bố trí khác nhau để thích hợp với yêu cầu của cây trồng, địa hình. Tuy nhiên, chung nhất thì HTĐTNR có các yêu cầu sau: a. Lấy nước từ hệ thống kênh tưới hay tiêu nước ra hệ thống kênh tiêu kịp thời theo yêu cầu của cây trồng. b. Phân bố và khống chế độ ẩm, mực nước trong ruộng cho phù hợp với yêu cầu của thời kỳ tăng trưởng của cây trồng. c. Thực hiện được các yêu cầu khác như thau chua, rửa mặn, hạ mực thủy cấp, giảm nhiệt độ nước ruộng v.v. theo yêu cầu của cây trồng và điều kiện canh tác. d. Không ngăn cản, mà phải tạo điều kiện cho các hoạt động cơ giới. III/ Vài nguyên tắc chung cho 1 HTĐTNR: A. Kích thƣớc khu ruộng: 1. Chiều dài khu ruộng canh tác cơ giới: Chiều dài của khu ruộng phải thích hợp với điều kiện địa hình và cơ giới hóa, nếu qúa ngắn, máy kéo phải quay lại nhiều lần => mất thời gian và nhiên liệu. Đối với máy kéo 4 bánh chiều dài khu ruộng phải > 400m. Đối với máy kéo nhỏ hơn thì từ m. Nếu chiều dài > 800m thì năng suất máy kéo cũng vẫn tăng nhưng không nhiều. 2. Chiều rộng khu ruộng: Tùy thuộc vào độ dốc ngang (thường từ m). Như vậy, diện tích 1 thửa ruộng đơn vị canh tác cơ giới thường lớn hơn 5 ha. Do đó, có thể phải có các bờ thửa tạm thời để khống chế mực nước. B. Tƣới tiêu kết hợp hay riêng lẻ: 1. Riêng lẻ : Tưới riêng, tiêu riêng. Bắt buộc ở những nơi cần thau chua, rửa mặn hay những nơi cần tưới tiêu cùng lúc. 2. Kết hợp (hình 8.2): 1 kênh mương làm cả 2 nhiệm vụ tưới và tiêu. Tưới tiêu kết hợp có thể sử dụng ở những nơi phẩm chất nước và đất tốt (không có vấn đề mặn hay phèn). Thuận tiện nhất ở những vùng đồi núi khi ruộng được xếp theo bậc thang. Tưới tiêu kết hợp có những ưu khuyết điểm sau: Ưu điểm: * Lấy nước thuận tiện. * Khối lượng đào đắp ít, dễ thi công. * Chiếm ít diện tích (mất ít đất). Khuyết điểm: * Kích thước kênh phải ứng với lưu lượng tối đa (khi tiêu) và thường rất lớn so với khi tưới, do đó khi tưới phải đóng cửa cuối kênh để dâng mực nước => bảo đảm tưới tự chảy. * Dễ gây bồi lắng (vận tốc dòng chảy khi tưới nhỏ). * Nước chết trong kênh sau khi tưới phải tháo đi (tránh nguy hại cho cây) gây lãng phí nước, tốn nhiên liêu. * Từ khi cho nước vào kênh tưới cho đến khi bắt đầu tự chảy khá lâu (chờ đầy kênh), có thể ảnh hưởng đến kế hoạch tưới.

86 Bài giảng Thủy Nông 86 * Trong khi đang tưới gặp mưa to (ví dụ: tưới trong hạn bà chằng), việc tiêu nước sẽ khẩn trương hơn (nước trong mương dâng qúa cao). * Công tác quản lý phức tạp hơn, nhiều công trình hơn => bảo quản tốn kém. Tuy nhiên đối với ruộng bậc thang thì tránh được các khuyết điểm trên (hình 8.2). Mực nước khi tưới Tiêu Mực nước khi tiêu Töôùi tieâu keát hôïp trong ñieàu kieän bình thöôøng Tưới Hình 8.2: Tưới tiêu kết hợp Ruộng bậc thang C/ Vị trí kênh tƣới tiêu trong trƣờng hợp bố trí riêng lẽ: Trong hệ thống thủy nông, hai kênh chính tưới và tiêu thường ở cách xa nhau (vị trí cao nhất và vị trí thấp nhất). Đối với kênh cấp 2,3, thì thường kề nhau. Còn đối với các cấp kênh nhỏ khác thì có thể bố trí kênh tưới và kênh tiêu gần sát nhau hay xa nhau. 1. Bố trí kề nhau: Khi ruộng có dốc thoải về 1 phía. Bố trí này có ưu điểm là cự ly vận chuyển ngắn (đất kênh tiêu đào lên đắp kênh tưới). Tuy nhiên có các khuyết điểm là: Chỉ tưới tiêu được 1 phía (giảm diện tích phục vụ) và tăng lượng nước thất thoát từ kênh tưới (thấm qua kênh tiêu). 2. Bố trí xa nhau: (kênh tưới ở giữa 2 kênh tiêu) khi mặt đất tương đối bằng phẳng hay có hình gợn sóng. Bố trí này có ưu điểm là phục vụ được cả 2 phía (tăng diện tích phục vụ); tác dụng thau chua, rửa mặn tốt hơn bố trí sát nhau (nếu kênh tưới phục vụ cùng 1 diện tích). Nhưng nó có các khuyết điểm sau: Đất đắp kênh tưới nhiều, cự ly vận chuyển xa, tốn nhiều đất canh tác. IV/ Hệ thống điều tiết nƣớc ruộng Lúa: 1. Kích thƣớc thửa ruộng: Trong thửa ruộng cơ giới thường chia thành nhiều thửa nhỏ hơn được ngăn cách bởi bờ thửa tạm thời (có thể phá đi khi cày bừa rồi sau đó làm lại). a. Về mặt tưới tiêu: Độ sâu mực nước trong cùng thửa ruộng không chênh lệch nhau qúa 5 cm (dh < 5 cm). Như vậy L = dh/i và b = dh/i. Trong đó I,I là độ dốc theo chiều dài và chiều ngang thửa ruộng. b. Về chăm sóc thu hoạch: Vì công tác chăm sóc thu hoạch đồng ruộng nước ta còn làm bằng thủ công, do đó để giảm công vận chuyển thì ruộng không nên qúa rộng c. Về quản lý ruộng đất: Để tiện việc quản lý, các thửa ruộng nên là bội số của ha (ví dụ: 1 ha, ½ ha, 2ha, 3 ha )

87 Bài giảng Thủy Nông Các hình thức bố trí HTĐTNR: a. Bố trí tưới liền thửa (hình 8.3) Ứng dụng khi đất có độ dốc cao (i > 1/1500). Rẻ tiền dễ làm nhưng có khuyết điểm là dễ lan truyền bệnh, khó quản lý. b. Tưới tiêu riêng từng thửa: (hình 8.4) Thích hợp ở những nơi bằng phẳng không có độ dốc ngang. Bố trí này có ưu điểm là ít lan truyền bệnh. c. Bố trí kết hợp: (hình 8.5) Khi đất có độ dốc ngang cao và để tránh khuyết điểm của bố trí tưới liền thửa. Hình 8.3: Bố trí tưới Liền thửa. Hình 8.4: Bố trí tưới tiêu riêng thửa. Hình 8.5: Bố trí Kết hợp Ghi chú: : kênh tưới : lấy nước : kênh tiêu : rãnh tưới tạm : bờ thửa : rãnh tiêu tạm

88 Bài giảng Thủy Nông 88 V/ HTĐTNR cho cây trồng cạn: Các ruộng trồng khô thường có độ dốc lớn hơn ruộng trồng Lúa. cho nên các kênh tưới tiêu thường được bố trí sát nhau và cũng nhờ có độ dốc lớn nên nếu điều kiện thuận tiện thì có thể bố trí tưới tiêu kết hợp. Hiện nay ở nước ta, các phương pháp tưới mặt đất (cần có bố trí kênh mương) là thông dụng hơn cả. Cho nên về phương diện tưới, ta xét trường hợp bố trí HTĐTNMR cho trường hợp này. 1. Phương diện bố trí: có 2 phương pháp bố trí: bố trí dọc và bố trí ngang. * Bố trí dọc theo nong tưới chính (hình 8.6): Nước được phân phối từ mương chân rết vào nong chính, nong phụ rồi từ đó chảy vào rãnh tưới hay giải. Khoảng cách giữa các nong phụ là chiều dài của giải hay rãnh. Bố trí này sử dụng khi đất có độ dốc nhỏ, nong chính chạy dọc theo hướng dốc chính. * Bố trí ngang thẳng góc với nong tưới chính (hình 8.7): không có nong tưới phụ. Nước từ mương chân rết chảy vào nong tưới chính rồi vào giải hay rãnh tưới. Phương pháp này áp dụng khi đất có độ dốc tương đối lớn và 2 chiều. Các mương chân rết, nong chính đều chéo góc với hướng dốc. Từ các nguyên tắc trên, tùy trường hợp cụ thể về độ dốc đất và vị trí của các mương chân rết mà ta có thể bố trí các nong tưới chính, nong tưới phụ. 2. Lưu lượng và kích thước các nong tưới: Các nong tưới phần nhiều là nong tạm thời, trong mùa canh tác, các máy kéo có thể vượt qua, cho nên kích thước, lưu lượng.. có các giới hạn sau: Mái dốc không qúa 1:1,5 Nên nửa đào, nửa đắp (mặt nước trong nong tưới hơn mặt đất 10 cm). Không nên sâu qúa 40 cm. Lưu lượng không qúa 40l/s. Trong đó lưu lượng nong tưới được xác định theo công thức Q= (I*B*L*10 3 )/3600*t) (l/s). trong đó: I là mức tưới mỗi lần (m) B, L: là bề rộng và chiều dài thửa ruộng (m). t là số giờ làm việc trong ngày. Hình 8.6: Bố trí dọc Hình 8.7: Bố trí ngang.

89 Bài giảng Thủy Nông 89 V. HTĐTNR trong trƣờng hợp trồng Lúa và cây trồng cạn: (hình 8.8). Trong nhiều trường hợp trên cánh đồng sẽ có lúa-màu xen với nhau. Vì đòi hỏi của cây lúa phức tạp hơn của hoa màu phụ (mặt đất phải phẳng, độ đốc ít, lưu lượng cao) vì thế khi bố trí thì bố trí cho cây lúa là chính. Khi trồng hoa màu phụ thì sửa đổi, làm thêm nong tưới cho thích hợp với cây trồng cạn. Vì các mương chân rết trong các trường hợp này chạy dọc theo hướng dốc, bố trí cho cây trồng cạn thường là bố trí ngang, và vì các độ dốc trong trường hợp này thấp nên lưu lượng cho vào rãnh (hay giải) nên gia tăng lớn hơn (khi trồng cây trồng cạn). Vì lưu lượng này được bảo đảm bởi mương chân rết (thiết kế khi trồng lúa). Ngoài ra, yêu cầu về mực nước ngầm (MNN) cho cây trồng cạn và cây lúa khác nhau, các hệ thống thủy lợi phải bảo đảm sao cho MNN trong thửa ruộng trồng cây trồng cạn không cao, ranh giới thường là các tiểu câu tiêu gồm 1 tiểu câu tiêu cạn (ruộng lúa) và 1 tiểu câu tiêu sâu (ruộng cây trồng cạn) để hạ sâu MNN trong ruộng cây trồng cạn. Do đó lượng nước thấm lậu từ ruộng lúa cũng gia tăng. Ruộng Lúa Cây trồng cạn MNN Hình 8.8: HTĐTNR cho ruộng lúa kết hợp với cây trồng cạn. VI. Bố trí bờ vùng, bờ thửa và đƣờng đi lại: Nguyên tắc chung của việc thiết kế các hệ thống kinh mương và điều tiết mặt ruộng là chia làm nhiều khu vực để biệt lập từng khu, không cho nước chảy từ nơi này qua nơi khác, không cho nước từ nơi cao dồn xuống nơi thấp, giữa các khu vực là các bờ. Có các loại bờ sau: Bờ thửa: là các bờ ngăn các thửa ruộng trong 1 đơn vị cơ giới có nhiệm vụ khống chế mực nước trong ruộng, giữ màu mở cho ruộng. Thường thì các bờ này còn có nhiệm vụ là các đường đi lại cho người hay trâu bò, để chăm sóc, bón phân v.v.. Các bờ này thường là tạm thời hay bán cố định, chiều rộng 0,3-0,5 m nếu là người đi và 0,4-0,6 m nếu có trâu bò. Mái dốc không nên qúa 1:1.5 và cao thường là dưới 0,3 m. Trong nhiều trường hợp bờ của các nong tưới chính là các bờ thửa. Bờ khoảnh: Bờ khoảnh là bờ ven theo các mương cố định cấp cuối cùng, có nhiệm vụ điều chỉnh nước mưa tại chổ. Như thế bờ khoảnh là bờ dọc theo chiều dài của 1 đơn vị cơ khí hoàn chỉnh. Các bờ khoảnh này thường được kết hợp làm đường để xe bò, xe kéo có thể hoạt động được, mang vật liệu hay sản phẩm ra đường cơ giới. Chiều rộng bờ khoảnh như thế nên từ 1,2 1,5 m. Các bờ khoảnh thường chính là các bờ mương

90 Bài giảng Thủy Nông 90 chân rết. Vì thế nước từ mương chân rết lấy vào ruộng (trồng lúa) hay vào các nong tưới (cây trồng cạn) phải qua các cửa lấy nước (hình 8.9) hoặc có thể dọc theo mương tiêu nhỏ nhất. * Bờ vùng: có tác dụng ngăn nước ngoại lai, không cho nước từ đồng cao dồn xuống đồng thấp. Bờ vùng thường chạy dọc theo và chính là bờ của các cấp kênh lớn hơn mương chân rết một cấp. Các bờ vùng thường là đường cơ giới, là nơi máy cày, máy kéo, máy vận chuyển chạy từ trạm ra phục vụ cánh đồng. Vì thế bờ vùng phải có kích thước lớn ít nhất là 3 m. 1,2-1,5 m I Bôø khoûanh Bôø vuøng Ruoäng I Trắc diện I-I Hình 8.9: Bờ thửa, bờ khoảnh, bờ vùng. Ghi chú: : Tưới : Tiêu Tùy theo điều kiện cụ thể, ta có thể bố trí đường xe cơ giới theo 3 cách như sau: Ñöôøng Keânh tieâu Keânh töôùi Hình 8.10.a. Ñöôøng ôû phía cao cuûa vuøng, saùt keânh töôùi. Caàn caùc coáng ñeå laáy nöôùc vaøo caùc möông chaân reát

91 Bài giảng Thủy Nông 91 Hình 8.10.b. Ñöôøng ôû phía thaáp cuûa vuøng, saùt keânh tieâu. Caàn caùc coáng ñeå tieâu nöôùc töø caùc tieåu caâu Hình 8.10.c. Ñöôøng ôû giöõa keânh töôùi vaø tieâu cuûa vuøng. Caàn caùc caàu ñeå vaøo ruoäng (ít khi söû duïng) Hình 8.10: Một số cách bố trí đường cơ giới

92 Bài giảng Thủy Nông 92 Chương 9: CHẾ ĐỘ TIÊU & HỆ THỐNG TIÊU NƢỚC MẶT RUỘNG. Nội dung: I/ Tổng quát. 1. Định nghĩa. 2. Những dấu hiệu cho thấy cần tiêu nước. 3. Sự cần thiết và lợi ích của việc tiêu nước. II/ Ảnh hưởng của tình trạng ngập úng lên đất đai và cây trồng. 1. Lên đất đai. 2. Lên cây trồng - Các loại màu. - Rau. - Cây ăn trái. - Lúa. III/ Hệ số tiêu nước và Lưu lượng thiết kế cho kênh tiêu. 1. Hệ số tiêu nước cho cây trồng cạn. 2. Hệ số tiêu nước cho cây Lúa. IV/ Các biện pháp tiêu nước mặt trên đồng ruộng. V/ Hệ thống kênh tiêu. Từ khóa: - Ngập úng (inudation), thời gian tập trung nƣớc (Tc), lƣu lƣợng tiêu, hệ số tiêu nƣớc, hệ số chảy tràn, cƣờng độ mƣa. Các vấn đề cần nắm vững: 1. Sự cần thiết và ích lợi của việc tiêu nước. 2. Các dấu hiệu cho thấy cần tiêu nước. 3. Thời gian ngập cho phép đối với cây trồng cạn, cây Lúa v.v 4. Thời gian tập trung nước (Tc). 5. Lưu lượng tiêu nước. 6. Biện pháp tiêu nước mặt ruộng.

93 Bài giảng Thủy Nông 93 Chương 9: CHẾ ĐỘ TIÊU & HỆ THỐNG TIÊU NƢỚC MẶT RUỘNG. I/ Tổng quát: I.1. Định nghĩa và mục đích của việc tiêu nƣớc Đó là việc rút nước thặng dư trong ruộng ra ngoài bằng các ống ngầm, mương ngầm hay giếng, mương lộ thiên. Mục đích chính yếu của việc tiêu nước trong nông nghiệp là làm môi trường đất bị úng thích hợp với sự sinh sống của cây cối và do đó gia tăng năng suất của cây trồng. I.2. Những dấu hiệu cho thấy cần tiêu nƣớc Người ta có thể dựa vào các dấu hiệu của mặt đất, đất dưới sâu và của thảo mộc, gia súc chung quanh để biết khi nào cần thoát thủy. Các dấu hiệu thông thường là: Mặt đất: nước đọng thành vũng hay mặt đất luôn ẩm ướt. Người và gia súc đi lại có vết chân. máy kéo dễ bị sa lầy. Cỏ: xuất hiện nhiều cỏ ưa nước (ví dụ:cỏ lông chồn, cỏ lác, lau sậy). Côn trùng và sinh vật: như ruồi, muỗi hay nhiều bù mắt, sên. Màu của đất: màu xám, hoặc nếu có đốm xám chứng tỏ đất đôi khi bị úng. Chiều sâu rễ: rễ cạn (do úng thủy không phát triển được). Mực nước thủy cấp: mực nước thủy cấp phải cách mặt đất 1 trị số tối thiểu cho mỗi loại hoa màu. Ví dụ: Mía (0,6m), bông vải (0,8m). I.3. Sự cần thiết và ích lợi của việc tiêu nƣớc: Các ích lợi của việc tiêu nước có thể được liệt kê như sau: Làm đất thoáng khí. Hạ mực nước ngầm => rễ ăn sâu hơn, do đó cây sử dụng 1 trắc diện đất sâu. Việc di chuyển máy móc, thiết bị người vàsúc vật được dễ dàng hơn. Việc cày bừa dễ dàng hơn => tiết kiệm nhiên liệu, chi phí và thời gian. Đồng thời việc cày bừa có thể thực hiện sớm hơn => tăng vụ. Sự đọng nước lâu ngày sẽ làm biến đổi các chất hữu cơ trong đất thành các acid hữu cơ (ví dụ H 2 S) rất độc cho cây. Sự tiêu nước làm tăng hiện tượng nitrate hóa nhờ sự gia tăng các vi sinh vật hiếu khí. Úng thủy có thể gây nhiều bệnh cho cây. Cây mọc không đều (do chổ thừa nước, chổ thiếu nước). Đất úng thủy khi gia súc trâu bò đi lại làm phá hủy cơ cấu đất. Hạn chế sự lan tràn của cỏ hoang ái thủy. Hạn chế sự gia tăng phát triển của ruồi, muỗi => hạn chế mầm gây bệnh cho người và gia súc. Ở vùng đồi núi có thể hạn chế được sự xói mòn đất. II/ Ảnh hƣởng của tình trạng ngập úng lên đất đai và cây trồng: II.1. Ảnh hƣởng lên đất đai: Ba ảnh hưởng lớn nhất của sự úng thủy lên đất là:

94 Bài giảng Thủy Nông 94 Sự thoáng khí: Dưỡng khí vào được trong đất nhờ 2 tiến trình: Chảy và khuếch tán. Trong đó hiện tượng khuếch tán là chủ yếu. Hiện tượng chảy từ nơi này qua nơi khác khi có sự khác biệt về nhiệt độ hay áp suất của oxy tại 2 điểm. Tốc độ khuếch tán tùy thuộc vào thành phần tế khổng không có nước (chỉ có không khí). Theo nhiều tác giả (Blake and Page, 1948) thì hiện tượng khuếch tác sẽ ngưng khi thành phần tế khổng chứa không khí nhỏ hơn %. Như thế khi nước làm đầy các tế khổng, không những nứơc đẩy không khí ra khỏi đất mà còn cản trở không cho không khí khuếch tán xuống phía dưới. Nhiều người (Luthin, 1957) còn cho rằng, nếu đất bị ngập thì oxy hầu như biến khỏi đất sau vài giờ. Nếu sau đó oxy được đưa vào đất bằng các biện pháp nhân tạo thì oxy cũng không tồn tại lâu trong đất. Sự mất oxy ra khỏi đất bị úng là nguyên nhân chính khiến cây bị giảm năng suất hay bị chết. Nồng độ CO 2 : Thông thường khi nồng độ oxy giảm (đất bị úng) thì nồng độ CO 2 sẽ gia tăng. Oxyd hoá khử: Sau khi lượng oxy trong đất bị sử dụng hết hay bị đẩy ra khỏi đất, các hiện tượng phân hóa của các chất hữu cơ xảy ra trong điều kiện yếm khí => tạo thành các chất bị oxyd hóa không hoàn toàn hay thành chất khử. II.2. Ảnh hƣởng lên cây trồng: Thông qua ảnh hưởng của úng, ngập lên đất như đã kể trên, thì phản ứng của cây đối với vấn đề này có khác nhau. Tuy nhiên, các tài liệu này còn thiếu. Sau đây chỉ trình bày vài kết qủa. Các loại màu: Trong 3 thời kỳ phát triển thì ngập trong thời kỳ phát dục làm giảm năng suất nhiều nhất, kế đến thời kỳ phát triển, sau đó là chín hạt. Tuy nhiên nếu bị úng kéo dài khoảng 10 ngày là cây hoàn toàn chết trong bất cứ giai đoạn nào. Ngoài ra năng suất giảm rất nhanh dù bị ngập trong 1 thời gian rất ngắn (1-2 ngày). Như vậy về phương diện thoát thủy, để bảo đảm năng suất, thời gian bị úng không quá 1 ngày (bảng 9.1) Bảng 9.1: Ảnh hưởng của thời gian ngập lên năng suất Bắp. (theo Van t Would và Hagan, 1957) Bị ngập 5 ngày sau khi nẩy mầm Bị ngập 15 ngày sau khi nẩy mầm Số ngày ngập Ngày bông ra Chiều ra cây Chỉ số năng suất Ngày bông ra Chiều cao cây Chỉ số năng suất 0 8/7 52,2 100% 8/7 52,8 100% 2 16/7 40,0 34,5% 16/7 44,5 52% 5 18/7 37,0 34,5% 20/7-10% 8 20/7 36,5 20,9% - - 5,5% 12 Chết b/ Rau: Khả năng chịu úng của rau rất kém. Các loại đậu, cà chua, bị ngập trong thời gian dù rất ngắn (vài ngày) là có ảnh hưởng lên cả năng suất lẫn chất lượng. c/ Cây ăn trái: Có rất ít dữ liệu khoa học về khả năng chịu úng của loại cây này.

95 Bài giảng Thủy Nông 95 d/ Cây Lúa: mặc dù Lúa là cây có khả năng chịu úng ngập. Nhưng khả năng chịu ngập của Lúa cũng có giới hạn (bảng 9.2). Bảng 9.2: Sức chịu ngập của lúa Tám Đen ( ĐHNN, 1965) Giai doạn sinh trƣởng Chiều sâu ngập Ngày ngập Chỉ số năng suất Đẻ nhánh Đối chứng ( % 6cm) Ngập 40 cm (còn 5cm lá) Ngập 40 cm ,8 % 93,2 % Làm đốt Đối chứng Ngập 40 cm Ngập 40 cm % 99,6 % 96,6 % Làm đòng Đối chứng Ngập 40 cm Ngập 40 cm Ngập 40 cm Ngập 60 cm % 100 % 99,3 % 96,4 % 96,6 % III/ Tính toán hệ số tiêu và lƣu lƣợng thiết kế cho kênh tiêu. III.1. Hệ số tiêu nƣớc ruộng cây trồng cạn: Trên một lưu vực có tiến trình tạo thành dòng chảy trong khi mưa và sau khi mưa. Tiến trình này khiến nước tập trung trong kênh không cố định mà thay đổi theo thời gian (hình 9.1). Lưu lượng sẽ đạt giá trị max khi thời gian mưa bằng thời gian tập trung nước Tc. Hình 9.1: Lưu vực

96 Bài giảng Thủy Nông 96 Hình 9.2: Đường quá trình lũ Như đã trình bày, cây trồng cạn không thể chịu úng ngập qúa 1 ngày. Vì vậy, mưa ngày nào phải tiêu xong trong ngày đó và tiêu càng nhanh càng tốt. Ngoài các yếu tố về đặc tính mưa và sức chịu ngập của cây, việc tính toán tiêu nước còn tùy thuộc vào địa hình, độ dốc của mặt đất, diện tích của lưu vực. Việc tính toán lưu lượng và hệ số tiêu nước cho 1 lưu vực được chia làm thành 2 trường hợp tùy theo thời gian tập trung nước (Tc). a. Thời gian tập trung nước (Tc): là thời gian để mưa rơi ở 1 điểm xa nhất trong khu vực chảy về điểm tập trung nước. b. Công thức xác định Tc: Nếu dòng chảy nhất định và rõ ràng: Tc = L/v. Trong đó L: chiều dài các dòng chảy. v: vận tốc. Nếu dòng chảy không rõ ràng. Tc được phỏng đoán theo các công thức sau: - Theo Ramser-Kirpich (lưu vực nhỏ hơn 50 ha); Tc = 0,0078 * L 0,77 * S 0,385. trong đó Tc: tính bằng phút. L: khoảng cách xa nhất đến cửa thóat nước của lưu vực (tính bằng feet) (1 feet = 0,3 m). S: độ dốc trung bình của lưu vực (%). - Theo Bransby-Williams (lưu vực từ ha): Tc = (0,88 * L)/(A 0,1 * H 0,2 ). trong đó Tc: tính bằng giờ. A: diện tích lưu vực (tính bằng dặm vuông) (1 dặm vuông = 2,6 km 2 ). H: chênh lệch độ cao từ điểm cao nhất đến điểm thấp nhất của lưu vực (tính bằng feet). - Theo chiều dài dốc và độ dốc (California Culverts Practice, California Highways and Public Works, September 1942): Tc = [(11.9 * L 3 ) / H ] 0.385

97 Bài giảng Thủy Nông 97 Với Tc : tính bằng giờ; L : chiều dài dốc của lưu vực (mile); và H: chênh lệch độ cao từ điểm cao nhất đến điểm thấp nhất của lưu vực (tính bằng feet). Trị số Tc tối thiểu: để đơn giản hơn, ta có thể dùng trị số tối thiểu như ở bảng 3 sau đây. Bảng 9.3: Bảng trị số Tc tối thiểu (theo diện tích lưu vực) (theo Ayres, 1936). Diện tích lƣu vực (ha) Tc tối thiểu (phút) Diện tích lƣu vực (ha) Tc tối thiểu (phút) 2 3, , , , , Ghi chú: Trị số trong bảng là an toàn nhất => hệ thống thiết kế sẽ tốn kém nhất. III.1.1. Trƣờng hợp Tc < 1ngày: a. Q max tk = C * I * A trong đó C: hệ số chảy tràn (bảng 9.6) I: cường độ cơn mưa thiết kế (ứng với tần suất thiết kế thường là 20-10%) có thời gian bằng thời gian tập trung nước Tc. ITc = (I 24 /24) * (24/Tc) n. với I 24 (mm) : lượng mưa trong 24 giờ (do trạm khí tượng cấp, có cùng tần suất). n: ½ hay 2/3. A: diện tích lưu vực. III.1.2. Trƣờng hợp Tc > 1 ngày: Dùng bài toán cân bằng nước: Mi (Ti + ETc + TL) = 0. qi = Ti/8,64 (l/s/ha) => Qi (l/s) = qi * A. III.2. Hệ số tiêu nƣớc và lƣu lƣợng cho cây lúa: Vì lúa có khả năng chịu ngập, ta có thể lợi dụng khả năng này để trử nước trong ruộng khi mưa xuống. Tuy nhiên, theo bảng 2 đã trình bày ở trên, chiều sâu nước gia tăng thì thời gian ngập phải giảm xuống (nếu không, năng suất sẽ giảm). Nếu gọi Tmax (ngày) là thời gian mà cây lúa chịu được độ ngập sâu Hmax, thì hệ số tiêu phải được tính toán sao cho chiều sâu ngập trong ruộng trong thời gian Tmax nhỏ hơn Hmax. Mực nước trong ruộng từng ngày có thể tính toán như sau: Mi (Ti + ETc + TL) = Hi Hi 1. trong đó Mi: lượng mưa (mm) trong ngày. Ti: lượng nước cần tiêu (mm) trong ngày. Hi: lớp nước trong ruộng vào cuối ngày (mm). Hi -1 : lớp nước trong ruộng (mm) vào cuối ngày trước đó. Chiều sâu lớp nước bình quân: Htb = (Hi + Hi -1 )/2.

98 Bài giảng Thủy Nông 98 Htb phải thoả mãn điều kiện chịu ngập của cây Lúa. Nếu không thỏa mãn thì Ti phải tăng lên. Tính Ti theo biểu bảng (bảng 4). Phương pháp này tốn thời gian (thử dần). Tính Ti theo đồ thị (hình 9.2) trong đó: đường (1): lượng mưa cộng dồn (tích lũy), trang 13/11 sách Thủy Nông. đường (2): Hmax- Hbình thường = 50 mm, khả năng trữ nước ruộng trên mức bình thường đường (3,4,5): diễn tả lượng nước tích lũy mất đi do tiêu nước, Ti. do bốc thoát hơi, thấm lậu; mỗi đường ứng với mỗi Ti khác nhau. Trong hình 2 này Ti=10mm/ngày, Ti=20mm/ngày, Ti=29mm/ngày. Hệ số góc (tang ) của mỗi đường là tổng số (Ti +ETc+ TL) trong thời đoạn tính toán. Ví dụ: Ti=10 mm/ngày, (ETc + TL) = 5 mm/ngày => (Ti + ETc + TL) = 15 mm/ngày. Giao điểm các đường (3),(4),(5) với đường (1) tượng trưng cho những ngày có mực nước trong ruộng bằng mực nước Hmax. Khoảng cách giữa 2 điểm là thời gian (số ngày) có mực nước trong ruộng cao hơn Hmax. Theo hình 2, đường (5) thoả mãn điều kiện này => Ti= 34-5 = 29 mm. Bảng 9.4: Tính tóan lượng nước cần tiêu bằng phương pháp biểu bảng Thứ tự ngày mƣa M (mm) EPT+ TL (mm) Ti (mm) h (mm) HI (mm) HBQ (mm) Ghi chú 0 50 Lượng tiêu ,5 Ti= ,5 10mm/ngày ,5 không thỏa mãn điều kiện ngập mm không quá ngày * 0 * * * * 0 * * * Lượng tiêu ,5 Ti= ,5 20mm/ngày ,5 không thỏa mãn điều kiện ngập ,5 100mm 7 không quá ngày Lượng tiêu

99 Bài giảng Thủy Nông Ti=40mm/n gày thỏa mãn điều ,5 kiện(ti=40 5 mm/ngày 6 hơi lớn) 7 8 Hệ số góc của đường này là Ti, EPT, TL. Từ đó Ti được xác định. Ứng với một trị số của Hmax ta có một Tmax riêng, do đó sẽ có 1 Ti. Ti thiết kế có trị số lớn nhất trong các Ti tìm được. IV/ Các biện pháp tiêu nƣớc mặt trên đồng ruộng. IV.1. Đối với cây Lúa: Lúa có khả năng chịu ngập, nên từ ruộng Lúa ta chỉ cần có các cửa tháo nước để đưa nước từ ruộng lúa xuống các kênh tiêu cấp nhỏ nhất là được. IV.2. Đối với cây trồng cạn: Vì cây trồng cạn không có khả năng chịu ngập, do đó vừa phải tiêu nước mặt đồng thời phải có biện pháp tiêu nước ngầm. Tuy nhiên các biện pháp và kỹ thuật tiêu nước ngầm tương đối phức tạp và gồm nhiều vấn đề, nên sẽ có 1 chương riêng về vấn đề tiêu nước ngầm này. Sau đây chỉ trình bày các biện pháp tiêu nước mặt đồng ruộng. a. Phương pháp thay đổi địa hình, làm phẳng mặt đất: Đây là phương pháp căn bản nhất và đơn giản nhất. Công tác này bao gồm việc làm cho mặt đất bằng phẳng, những chổ thấp được đổ thêm đất, chổ cao thì lấy đất đi, việc san phẳng còn cần thi hành sao cho mặt đất có độ dốc về 1 phía kênh mương thoát thủy nào đó (hình 9.3). Phương pháp làm phẳng có thể thi hành 1 cách đơn giản (như kéo 1 khung gỗ và sắt sau máy kéo) hoặc với máy ủi. Việc làm phẳng mặt đất rất đơn giản nhưng lại có thể rất hiệu qủa. Saveson (1953) đã báo cáo việc làm phẳng 1 vườn nếu có các chổ trủng sâu chừng 5 cm cũng có thể nâng cao năng suất của mía lên hơn 10 tấn/năm. b. Phương pháp lên líp (vồng) (hình 9.4): Đây là phương pháp thường được áp dụng tại miền Tây để trồng hoa màu phụ. Tại vùng này, các vồng thường cao hơn mặt nước khoảng từ 20-50cm và chiều dài của mỗi vồng chừng 6-7 m. Tại mỗi khoảng cách này có 1 mương thoát thủy. Chiều dài của toàn thể khu lên vồng từ m Đây cũng là phương pháp cổ xưa nhất được áp dụng tại Anh quốc. Các vồng này cũng rộng từ 6-7m và cao hơn đáy mương thoát thủy >1m (Luthin, 1957). Chiều cao và chiều rộng của các vồng bị chi phối bởi: Độ dốc của đất, đất càng phẳng thì các vồng càng hẹp. Mực nước ngập, nhất là ảnh hưởng của thủy triều. Đặc tính thoát thủy của đất. Đất có độ xuyên thấm càng thấp, vồng càng hẹp.

100 Bài giảng Thủy Nông 100 Sự thích hợp của các lớp đất ngầm trong việc tạo lập các vồng hay lớp. Thí dụ ở miền Tây có lớp đất acid sulphate ở độ sâu thay đổi từ 1-1,5 m. Lớp đất này không thể dùng làm vồng. Các khuyết điểm lớn của việc lên vồng có thể là: Giảm diện tích canh tác. Ngăn cản sự hoạt động của máy. c. Phương pháp thiết lập các đường sống trâu bằng cơ giới (hình 9.5 ) Để tránh các khuyết điểm của việc lên líp (ngăn cản cơ giới, đào mương lên líp bằng thủ công rất phí lao động, đất khó trở lại bằng phẳng khi không cần lên líp nữa), nhiều nơi đã cho tiến hành thiết lập các đường sống trâu bằng máy kéo và cày lật thông thường. Maët ñaát sau khi laøm phaúng Maët ñaát töï nhieân Hình 9.3. Laøm baèng maët ñaát ñeå nöôùc chaûy veà möông tieâu Hình 9.4. Caùc líp (voàng)

101 Keânh tieâu Bài giảng Thủy Nông 101 Các rãnh được thành lập do 2 đường cày lật đất về 2 phía khác nhau. Đỉnh của đường sống trâu được thành lập do 2 đường cày lật về 1 phía, đất lật hơi chồng lên nhau. Còn đất ở 2 bên đỉnh sống trâu được cày như thông thường. Với các phương pháp cày liên tục, kinh nghiệm tại Địa trung Hải cho thấy chi phí cày thành lập các luống sống trâu chỉ đắt hơn cày sửa soạn đất bình thường khoảng 20%. Thường thì các luống sống trâu được thành lập chỉ sau 2 hay 3 vụ, sau vụ đầu luống chưa có hình thể thật đúng. Các rãnh hứng nước (tương đương với các mương trong hệ thống mương líp) nông và rộng, có độ dốc mái kênh thoai thoải, cơ giới vượt qua được dễ dàng. Raõnh A Tieåu caâu k/c giöõa caùc raõnh B B A khoûang caùch tuøy theo loïai ñaát ( m) Keânh tieâu chính Hình 9.5: Luống sống trâu (theo Luthin, 1957)

102 Bài giảng Thủy Nông 102 V/ Hệ thống kênh tiêu: Hệ thống kênh tiêu có nhiệm vụ chiến lược trong việc tiêu nước. Chúng có nhiệm vụ hứng các nước tiêu từ mặt ruộng, tập trung các lượng nước này và hướng dẫn nước này ra khỏi khu vực cần tiêu nước. Trong phần này nói về cách bố trí và thiết kế mặt cắt dọc, ngang của kênh tiêu. 1. Bố trí hệ thống kênh tiêu: Việc bố trí hệ thống kênh tiêu phải làm đồng thời với hệ thống kênh tưới. Việc bố trí này dựa trên nguyên tắc chung như sau: a. Nguyên tắc bố trí kênh tiêu: Kênh tiêu phải bố trí ở nơi thấp để có thể tiêu tự chảy. Kênh tiêu phải ngắn để nhanh chóng tiêu nước ra khỏi khu vực, và để khối lượng thi công nhỏ. Trong trường hợp địa hình cho phép, nên bố trí rãnh tiêu chảy tập trung vào mương tiêu theo hình xương cá. Rãnh tiêu không nên tập trung nước vào 1 chổ trên mương tiêu để tránh hiện tượng ứ nước. Triệt để lợi dụng các kênh rạch thiên nhiên để làm các kênh tiêu. Nếu cần phải nắn, vét các kênh này để chúng làm được nhiệm vụ của kênh tiêu. b. Các cách bố trí: Nhìn chung, tùy địa hình và điều kiện thiên nhiên của khu vực, có thể có 2 cách bố trí chính: * Hệ thống bất kỳ: Đây là hệ thống có thể áp dụng cho các khu vực có những chổ trũng qúa sâu không thể làm phẳng bằng phương pháp san bằng, nhưng nước mặt có thể chảy dễ dàng (nghĩa là độ dốc trung bình cao). Hệ thống này gồm những kinh mương nối liền các chổ trũng sao cho để có thể dẫn nước đọng ở các chổ trũng ra khỏi khu vực. * Hệ thống song song: Đây là hệ thống thường được áp dụng cho các khu vực bằng phẳng khiến việc thoát nước mặt gặp khó khăn dù sau khi đã được san phẳng. Trong những trường hợp này, các mương cấp cao thường được đặt gần song song với các đường đồng cao độ. Các mương này dẫn đến mương thứ cấp chảy thẳng góc với các đường đồng cao độ rồi chảy ra các sông rạch để thoát đi. Trong những vùng bằng phẳng, các vồng, líp, luống có thể chạy thẳng góc với các tiểu câu tiêu. Như vậy khoảng cách giữa các tiểu câu tiêu phải làm sao để nước chảy trong các luống không gây sự xói mòn. Khoảng cách này có thể biến thiên từ m. 2. Thiết kế mặt cắt dọc, ngang của kinh tiêu: Về nguyên tắc, việc thiết kế mặt cắt dọc, ngang của kênh tiêu cũng tương tự như thiết kế kênh tưới. Ở đây chỉ nêu lên những khác biệt chính: a. Những điều kiện cần thỏa mãn khi thiết kế mặt cắt kênh tiêu: Các điểm khác nhau chính trong các điều kiện cần thỏa mãn khi thiết kế kênh tưới và kênh tiêu gồm: điều kiện khống chế tự chảy, lưu lượng tối thiểu và lưu lượng gia cường, độ cao an toàn.

103 Bài giảng Thủy Nông 103 a.1. Điều kiện khống chế tự chảy: Mặc cắt kênh tiêu phải làm sao cho khi chuyển với lưu lượng tiêu lớn nhất thì mực nước trong các tiểu câu tiêu phải thấp hơn mặt nước ruộng 1 khoảng là h. - Trong trường hợp ruộng lúa, h = 0,2 0,4 m. - Trong trường hợp ruộng trồng cây trồng cạn, h = 0,6 1,0 m. Để đảm bảo các ống thoát nước từ các ống ngầm cao hơn mặt nước 0,1 0,2 m. Mực nước (B n) tại đầu các tiểu câu tiêu, như thế có thể được tính toán bằng công thức: B n = Ao h Li -, trong đó Ao: Cao trình mặt ruộng L:chiều dài của kênh. i: độ dốc của kênh. : tổng số các tổn thất cột nước cục bộ trên kênh. Từ B n, ta tính toán được cao độ mực nước Bn trên kênh cấp cao hơn tại đầu các kênh cấp dưới. Bn = B n. Mực nước thiết kế của kênh tiêu phải thấp hơn các cao độ mặt nước yêu cầu. a.2. Về lưu lượng: Nước chỉ tiêu ra trong khi có mưa, do đó vấn đề lưu lượng tối thiểu và lưu lượng gia cường không đặt ra cho kênh tiêu. Lưu lượng tổn thất trong kênh cũng không đặt ra vì thông thường trong mùa mực thủy cấp cao, nước không ngấm từ kênh tiêu sang khu vực 2 bên. Do đó lưu lượng chảy trong kênh hầu như hoàn toàn bị khống chế bởi hệ số tiêu. a.3. Bờ đê và độ cao an toàn: Tuyệt đại bộ phận các kênh tiêu là kênh chìm. Do đó về phương diện thủy lực, kênh tiêu không cần có bờ đê. Đất đào lên, tốt nhất là chuyển đi đắp bờ cho kênh tưới, đắp đường giao thông theo yêu cầu của quy hoạch thủy lợi. b. Trình tự thiết kế mặt cắt dọc, ngang: Trình tự thiết kế kênh tiêu cũng tương tự như thiết kế kênh tưới, nhưng đơn giản hơn vì các điểm khác biệt a.2 và a.3 kể trên. Do đó việc thiết kế mặt cắt dọc, ngang của kênh tiêu bớt được các bước sau: Chỉ kiểm tra tốc độ không xói, không cần kiểm tra tốc độ lắng. Không cần tìm đường mặt nước tối thiểu. Không phải tìm đường mặt nước tối đa và cao độ bờ đê. Vậy trình tự có thể tóm tắt trong các bước sau: - Vẽ mặt cắt dọc của mặt đất tự nhiên. - Trên mặt cắt dọc, ghi rõ các công trình cần có hay vị trí các đầu kênh tiêu cấp dưới. - Chọn độ dốc thiết kế. - Xác định đường mặt nước thiết kế. - Xác định mặt cắt ngang. - Kiểm tra lại vận tốc không xói. - Từ chiều cao mực nước trong kênh và đường mặt nước, xác định đường đáy kênh. - Tính toán khối lượng đào và đắp (nếu có yêu cầu làm bờ vùng bờ khoảnh hay đường giao thông ngay sát kênh.

104 Bài giảng Thủy Nông 104 Bảng 9.6: Thành phần hệ số C (tính theo %): Lượng mưa Địa thế Đặc tính thủy lợi Độ thấm rút Tình trạng thảo mộc 75 mm/giờ (15) Dốc nhiều, đồi núi hiểm trở, độ dốc trung bình 20% (10) Không có nhiều chỗ trủng để đọng nước, có suối, sông dốc, có chảy tràn mỏng (25) Không có cây cỏ, đá lớn hầu như hoàn toàn không thấm rút (25) Không có thảo mộc hay rất ít (30) mm/giờ (10) Nhiều đồi, độ dốc trung bình 10-20% (5) Có những dòng nước chảy nhỏ (rạch) nhưng riêng biệt rõ ràng (15) Thấm rút chậm như khi đất sét nặng bảo hòa (20) Đồng cỏ bị xói mòn nhiều, khoảng 10% là có thảo mộc tốt tươi (20) mm/giờ (5) Độ dốc trung bình 5-10% hơi lên xuống (0) Có nhiều chổ trũng, ao hồ có thềm chắn nước, nước phần lớn chảy tràn mỏng trên mặt đất (10) Đất bột hay sét có cơ cấu tốt (15) Khoảng 50% được trồng thảo mộc cẩn thận hay có rừng (15) < 25 mm/giờ (0) Tương đối bằng phẳng, độ dốc trung bình 0-5% (0) Không có dòng nước chảy, ao hồ chứa nước lớn, nước chảy mỏng nhờ có các công trình bảo vệ đất (5) Cát nhiều hay đất có cơ cấu rất tốt (10) 90% diện tích có cây rậm rạp (5) Ghi chú: C = C1 + C2 + C3 + C4 + C5. (tổng số của tất cả 5 tham số trên đây).

105 Bài giảng Thủy Nông 105 Chương 10: QUẢN LÝ XÓI MÕN TRÊN ĐẤT DỐC Nội dung: I/ Giới thiệu chung. II/ Tiến trình và cơ chế của sự xói mòn. III/ Tác hại của xói mòn. IV/ Nguồn gốc và các yếu tố ảnh hưởng lên xói mòn do nước. V/ Đo mức độ xói mòn. 1. Bố trí ngoài đồng. 2. Trong phòng thí nghiệm. VI/ Xác định xói mòn theo công thức. VII/ Chống xói mòn do nước. 1. Nguyên tắc chung. 2. Biện pháp canh tác nông nghiệp. 3. Biện pháp quản lý đất. 4. Biện pháp cơ học. Từ khóa: - Xói mòn (soil erosion), - đất dốc (slopping areas), - tiến trình xói mòn (erosion process), - chống xói mòn (erosion control). Các vấn đề cần nắm vững: 1. Tiến trình và cơ chế của sự xói mòn. 2. Tác hại của xói mòn. 3. Nguồn gốc và các yếu tố ảnh hưởng đến xói mòn. 4. Nguyên tắc của việc chống xói mòn. 5. Các biện pháp chống xói mòn (tập trung vào giải pháp nông nghiệp). 6. Cách tính các thông số trong công thức xói mòn của Weischmeier oo00oo-----

106 Bài giảng Thủy Nông 106 Chương 10: QUẢN LÝ XÓI MÕN TRÊN ĐẤT DỐC I/ Giới thiệu chung: Đất cần hàng ngàn và đôi khi hàng triệu năm để hình thành, nhưng chỉ một hoặc vài năm là đã có thể bị hủy hoại. Hầu hết việc suy thoái đất là do những hoạt động của con người (ví dụ: phá rừng, quản lý kém hoặc do khai thác qúa mức). Theo International Soil Reference and Information Center (ISRIC) ở Hà lan thì 15% đất đai trên thế giới bị suy thoái do những nguyên nhân sau (UNEP, 1992). Xói mòn do nước (Water erosion) : 55,7% Xói mòn do gió (Wind erosion): 28,0% Suy thoái thành phần hóa học trong đất (Chemical degradation) do việc tưới tiêu không thích hợp : 12,1% (Physical interference): 4,2% Như vậy sự xói mòn đất chủ yếu là do nước. Trong phần trình bày sau chủ yếu là nói về xói mòn do nước. II/ Tiến trình và cơ chế của xói mòn (processes and mechanics of erosion). II.1. Định nghĩa: Xói mòn là sự tách rời hạt đất và sau đó vận chuyển hạt đất (bởi các nguyên nhân như nước chảy tràn, gió hoặc do trọng lực ) đến nơi khác lắng tụ lại. II.2. Cơ chế của sự xói mòn: II.2.1. Cơ chế xói mòn: Sự xói mòn đất xảy ra qua 3 giai đoạn: (1) Các hạt đất bị tách rời (detachment) khỏi vị trí ban đầu của chúng và (2) Đất bị mang đi (transport) nơi khác bởi gió hay bởi nước. (3) Sự lắng tụ (deposition). Cuối cùng khi không còn đủ năng lượng để mang các hạt đất đi xa nữa thì đất sẽ lắng tụ lại. Như vậy, sự thành công hay thất bại trong việc bảo tồn đất (soil conservation) chủ yếu là do nhận biết và áp dụng đúng đắn những biện pháp ngăn chận, giới hạn các nguyên nhân gây nên sự tách rời hoặc vận chuyển hạt đất. II.2.2. Các loại xói mòn do nƣớc: Frevert et al (1966) và Hudson (1989) đưa ra số dạng xói mòn do nước như sau: a. Xói mòn do giọt nước mưa (Raindrop erosion): Loại xoí mòn này làm tách các hạt đất tùy theo tác động của giọt nước mưa và bắn đi xa theo hướng xuống dốc (downslope) hơn là hướng lên dốc (upslope). b. Xói mòn theo lớp (Sheetwash erosion): Loại xói mòn này mang lớp đất mỏng đồng đều thành từng lớp hoặc dòng chảy trên mặt đất từng lớp mỏng c. Xói mòn theo rãnh (Rill erosion): Xói mòn này mang hạt đất theo từng rãnh nhỏ khi có sự tập trung của những lớp nước mỏng. d. Xói mòn theo mương (Gully erosion): Tương tự như rill erosion nhưng lúc này những rãnh nhỏ tập trung thành những mương lớn hơn và không ngăn chận bởi việc cày bừa đất thông thường.

107 Bài giảng Thủy Nông 107 e. Xói mòn qua bờ suối (Stream bank erosion): Sự xói mòn này xảy ra khi có dòng chảy tràn qua bờ suối. III/ Tác hại của xói mòn: 1. Làm đất mặt bị mỏng dần và giảm độ màu mở. 2. Làm giảm diện tích canh tác. Do đất không còn màu mở, việc canh tác sẽ không mang lại hiệu qủa kinh tế. Đất canh tác trở thành đồi trọc. Tại miền Bắc Việt nam, diện tích đồi trọc 5 triệu ha vào năm 1954 tăng lên 6,3 triệu ha năm 1972 (theo số liệu Đại học Thủy lợi, 1972). 3. Giảm năng suất cây trồng. Việc giảm màu mở trong đất sẽ ảnh hưởng xấu đến năng suất cây trồng. Ví dụ: Ở nông trường Mộc châu (Bắc VN), năng suất từ 2,5 tấn/ha năm 1959, giảm xuống còn 1,8 tấn/ha rồi giảm xuống còn 0,5 tấn/ha năm 1962 và đến 1962 thì mất trắng. 4. Quan hệ với lũ lụt: Xói mòn làm tăng diện tích đất trọc, làm giảm khả năng ngấm hút của đất => tăng hệ số dòng chảy => tăng vận tốc nước chảy trên mặt đất => nhanh chóng tập trung nước => tăng đỉnh lũ. Nhưng ngược lại, lũ lụt làm tăng lượng đất bị xói mòn. 5. Là nguyên nhân của hạn hán: Với việc giảm khả năng ngấm hút của đất => làm giảm lượng nước ngầm. Đó cũng là nguồn nước chủ yếu cung cấp cho sông ngòi, ao hồ trong mùa khô. 6. Giảm tác dụng của công trình thủy lợi: Sự xói mòn làm tăng lượng phù sa, làm giảm dung tích trử nước của ao hồ, giảm khả năng điều tiết nước, giảm khả năng vận chuyển nước của kênh mương, nâng cao lòng sông khiến đê phải nâng cao lên, bồi lấp cửa lấy nước, tháo lũ. Nguy hiểm hơn hết là việc làm thay đổi đường qúa trình lũ, thay đổi lưu lượng của sông suối Khiến các tài liệu cơ bản thủy văn thay đổi => không chọn được số liệu thiết kế cơ bản đúng đắn. Ngoài các tác hại trên đây, xói mòn còn ảnh hưởng xấu đến giao thông vận tải, ngư nghiệp, môi sinh IV/ Nguồn gốc và các yếu tố ảnh hƣởng lên xói mòn đất do nƣớc: 1. Mưa: (Lượng, cường độ, thời gian) đều có ảnh hưởng lên xói mòn. 2. Độ dốc và chiều dài của dốc: Độ dốc làm tăng vận tốc dòng chảy, chiều dài của dốc càng tăng thì gia tốc càng tăng => tăng xói mòn. 3. Đặc tính vật lý đất: Đất có khả năng ngấm hút cao, có lực dính cao thì có khả năng làm giảm xói mòn đất. 4. Thảm thực vật (nhất là rừng): Thảm thực vật vừa có khả năng làm tăng độ ngấm hút, vừa có khả năng làm giảm động năng của hạt mưa, làm giảm tốc độ dòng chảy trên mặt. Do đó, đây là yếu tố rất quan trọng trong việc chống xói mòn. 5. Các công trình thủy lợi và ao hồ: Đây là kho chứa nước trong mùa mưa => làm giảm tốc độ và lượng nước chảy. Đồng thời đây là nguồn nước trong mùa khô. Vì thế công trình thủy lợi vùng đồi núi vừa có tác dụng trực tiếp vừa có tác dụng gián tiếp (tưới cho cây trồng trong mùa khô làm tăng độ che phủ của thảm thực vật) trong việc chống xói mòn. 6. Phương pháp canh tác (hoặc do tác động của con người): Với phương pháp canh tác như đốt rừng làm rẩy, lên luống theo chiều dòng chảy đều có tác dụng rất nguy hiểm đến việc bảo tồn đất, và đều có ảnh hưởng sâu xa đến xói mòn.

108 Bài giảng Thủy Nông 108 V/ Chống xói mòn do nƣớc. V.1. Nguyên tắc chung. Muốn chống xói mòn thì phải ngăn chận không cho các nguyên nhân gây ra xói mòn xuất hiện. Các biện pháp thông thường gồm các các công duy trì bảo vệ và cải thiện thảm thực vật (rừng + cây trồng), tạo nhiều công trình thủy lợi hợp lý, khống chế dòng chảy, cải tạo địa hình, sử dụng đất đai và kỹ thuật canh tác hợp lý. Các biện pháp này tùy tình hình cụ thể của từng địa phương mà áp dụng. Nhưng muốn có kết qủa tốt thì tất cả các biện pháp phải được phối hợp chung với nhau, cùng 1 lúc tác động trên 1 diện tích lớn. Các biện pháp chống xói mòn phải được làm tập trung và liên tục, các công trình phải được bảo vệ thường xuyên. Khi phát động 1 phong trào chống xói mòn mới tại 1 địa phương nào thì các công trình ở đầu nguồn phải được làm trước, hoàn tất các công trình trên cao trước, rồi mới đi dần xuống phía dưới. Thông thường thì 1 công tác chống xói mòn mang các tính cách hỗn hợp (vừa lâm nghiệp, vừa nông nghiệp, vừa thủy lợi ). V.2. Biện pháp canh tác: Với nguyên tắc là luôn duy trì 1 lớp cây trồng che phủ mặt đất, cải tiến kỹ thuật cày bừa, đánh luống sao cho mặt đất không bị mưa rơi lên trực tiếp và để nước không chảy mạnh, nhanh chóng tập trung. Một số biện pháp canh tác nông nghiệp thường áp dụng là: a. Canh tác theo đường đồng mức (contour cultivation) (hình 10.1a). Cày bừa, gieo trồng đều theo đường đồng mức. Như thế, các luống cày hay luống gieo trồng tác động như những nấc thang nhỏ ngăn chận dòng chảy. b. Chuẩn bị đất ít nhất (minimum tillage): Chuẩn bị đất ít nhất sẽ giảm thiểu sự xáo trộn đất (minimum soil disturbance). Điều này có thể thực hiện bằng cách dùng thuốc diệt cỏ, chỉ cày trên những rãnh hẹp hoặc bỏ lổ. Việc cày bừa, diệt cỏ, và canh tác được thực hiện đồng thời để giảm thiểu thời gian đất trọc. c.trồng xen băng (row-crop cultivation) (alley cropping) (hình 10.1b): Là trồng xen kẻ các loại cây có tàng râm, rễ bò và sâu, lâu năm (là những cây có khả năng chống xói mòn cao) với các loại cây trồng thưa, ít tàn thành các băng theo đường đồng mức. Các băng trồng cây có tàn rậm càng lớn và càng gần nhau thì khả năng chống xói mòn càng cao. Thông thường các băng trồng cây rậm rộng chừng 10-20m, các băng trồng cây hàng thưa rộng chừng 20-30m. Trồng xen băng thường được kết hợp với luân canh. Thuận lợi: * Chống xói mòn có hiệu qủa cao * Phương pháp bảo tồn đất đai rẽ tiền và đơn giản. * Có thể cho năng suất ổn định lâu dài. Bất lợi: - Giảm diện tích canh tác do các băng tạo bóng râm (hedgerows) - Đòi hỏi lao động cao - Cạnh tranh ánh sáng, dinh dưỡng và nước trong đất giữa cá băng canh tác và các băng tạo bóng râm và tàn cây.

109 Bài giảng Thủy Nông 109 d. Luân canh (crop rotation): Những loại cây thích hợp cho việc trồng luân canh là legumes và cỏ (grass). Những loại cây này tạo ra khả năng che phủ mặt đất, duy trì hoặc ngay cả cung cấp chất hữu cơ cho đất. e. Gối vụ: Bảo đảm luôn có thảm thực vật che phủ mặt đất. f. Trồng nhiều loại cây (multiple cropping). Nhằm gia tăng sản lượng cây trồng và bảo tồn đất đai tốt hơn. Phương pháp này hoặc là trồng trồng liên tục 2 hay nhiều loại cây, hoặc là trồng xen (mixing) (trồng hai hay nhiều loại cây trên cùng 1 miếng đất cùng 1 lúc. Thuận lợi: năm) * Làm gia tăng sử dụng đất (tạo ra nhiều hơn 1 loại cây trồng trong * Giảm xói mòn đáng kể. * Cải thiện lưu thông tiền mặt (có sản phẩm phụ trong năm) * Gia tăng việc sử dụng thiết bị (=>giảm đầu tư/ha) Bất lợi:- Đòi hỏi lao động cao. - Lựa chọn thuốc trừ cỏ phức tạp (do tăng số cỏ dại trên cùng miếng đất) - Bệnh tật cho cây có thể gia tăng. - Mức độ vốn đầu tư và quản lý cao hơn. g. Trồng mật độ dày (high density planting). V.3. Biện pháp quản lý đất (soil management). a. Cung cấp chất hữu cơ cho đất: Nhằm gia tăng khả năng giữ nước của đất, độ kết dính (cohesiveness) của đất => tăng ổn định cơ cấu đất. Chất hữu cơ cung cấp cho đất có thể là: cây xanh (green matures), straw, hay chất hữu cơ sẳn sàng để phân hủy. b. Cày tối thiểu hoặc không cày bừa: Giúp tăng khả năng giữ nước của đất, tăng độ thấm rút của đất và tăng khả năng truyền nước của đất. V.4. Biện pháp cơ học (mechanical methods). a. Ruộng bậc thang (terraces) (hình 10.2). b. Mương chắn nước (hình 10.3). VI/ Đo xói mòn Có 2 cách đo xói mòn ngoài đồng: a. Đo thường xuyên (hình 10.4).(theo Hudson, 1965) - Số lô tùy thuộc vào mục đích của thí nghiệm, nhưng tối thiểu phải là 2 lần lập lại. - Kích thước lô tiêu chuẩn: dài 22 m* rộng 1,8m. Mỗi lô có bờ cao mm trên mặt đất (dĩ nhiên kích thước này có thể lớn hơn). - Lấy mẫu đo: Lấy trong thùng hứng mẫu gồm cả nước và đất, đất xói mòn sẽ tích tụ ở đáy thùng chứa. Sau đó loại lớp nước trong bên trên đi và đo thể tích dung dịch nước và đất còn lại trong thùng(v). Trong thể tích V này, lấy ra một số mẫu bằng hộp (chai) đựng mẫu có thể tích (Vm) đã biết trước, sau đó đem sấy khô và cân trọng lượng khô (G). Từ các trọng lượng khô Gi các mẫu lấy ra, tính trọng lượng trung bình Gtb và tính trọng lượng khô trung bình cho 1 đơn vị thể tích của mẫu (Gtb/Vm). Từ đó suy ra trọng lượng đất bị xói mòn trên khu vực quan trắc (G): G= (Gtb/Vm) * V.

110 Bài giảng Thủy Nông 110 b. Định kỳ lấy mẫu: Có nhiều kiểu dụng cụ lấy mẫu. Các dụng cụ này được đặt ngoài đồng và định kỳ lấy mẫu. Có thể dùng một trong các phương pháp sau: - Dùng dĩa kim loại (theo Gerlach, 1966). - Dùng phểu nhỏ (small funnels) hoặc chai lọ (bottles) (theo Bollinne, 1975, và Morgan, 1978). VII/ Xác định xói mòn do công thức (USLE): Có rất nhiều công thức để xác định lượng đất bị xói mòn hàng năm. Ở đây chúng tôi chỉ trình bày 1 dạng công thức thực nghiệm (emperical model) (theo Wischmeier and Smith, 1962) và Mitchell và Bubenzer, 1980) như sau: E = * R * K * LS * C * P (1) trong đó: E :Xói mòn trung bình trong 1 năm (kg/m 2 /yr). R :Chỉ số xói mòn do mưa (rainfall erosivity index). K :Chỉ số khả năng chống xói mòn của đất (soil erodibility index) (xem hình 10.5, b?ng 10.1). LS :Hệ số về độ dốc và chiều dài dốc (factors of slope length and slope steepness) LS = (L/22,13) m (0,065+0,045S+0,0065S 2 ) với L: chiều dài dốc, tính bằng mét. S: độ dốc, tính bằng %. m: 0,5 (nếu S > 5%). m: 0,4 (nếu 3% < S < 5%) m: 0,3 (nếu 1% <S< 3%) m: 0,2 (nếu S < 1%). C :Hệ số hoa màu (crop factor) (xem thí dụ 1). P :Hệ số của cách bảo tồn đất đang áp dụng (conservation practice factor) (xem thí dụ 1). Theo Mihara (1951) và Hudson (1971), David và Collado (1987), công thức tính R như sau: Rj = A Pi m trong đó: Rj: chỉ số xói mòn do mưa vào năm thứ j. Rj: thay đổi từ 100 => 300. Pi: tổng lượng mưa ngày (chỉ tính với lượng mưa ngày vượt qúa 25 mm, và i là số ngày mưa trong năm thứ j có lượng mưa lớn hơn 25 mm). A = 0,002 (số liệu thực nghiệm). m = 2 (số liệu thực nghiệm). Trong các nghiên cứu về lũ, thoát thủy v.v Tần suất sử dụng trong tính toán tiêu nước thường là 10%. Do đó, tần suất tính toán cho xói mòn nên chọn là 10%. Thí dụ 1: Dùng công thức USLE để tiên đoán lượng đất xói mòn như sau: Giã sử rằng trên 1 ha đất có những đặc tính sau: Chiều dài dốc 200m, bề rộng 50m, độ dốc trung bình 5%. Trồng Bắp và không có công trình chống xói

111 Bài giảng Thủy Nông 111 mòn. Đất có sa cấu bộ pha sét (clay loam) và chứa 2% chất hữu cơ. Chỉ số xói mòn do mưa R=200. Giải: R = 200 (theo đề bài) K = 0,25 (bảng 10.1 ) LS = (200/22,13) 0.5 [ 0,065+0,045(5)+0,0065(5) 2 ] = 3* 0,45 = 1,35 C = 0,54 (bảng 10.2) P = 1 (không áp dụng biện pháp chống xói mòn) (bảng 10.3) Từ đó E = (0,024)(200)(0,25)(1,35)(0,54)(1) = 8,16 kg/m 2 /năm. Giải pháp làm giảm xói mòn. Gía trị 8,16 kg/m 2 /năm là qúa lớn so với giới hạn 1,1 kg/m 2 /năm (theo FAO). Những giải pháp làm giảm xói mòn có thể là: a. Áp dụng phương pháp canh tác theo đường đồng mức (contouring): thì P = 0,5. (bảng 10.3) Như vậy E = 4,08 kg/m 2 /năm (vẫn còn lớn hơn 1,1 kg/m 2 /năm). b. Đổi hệ thống canh tác thành Bắp-Lúa mì-đồng cỏ (và để lại xác thực vật (residues) trên cánh đồng) (C = 0,055, bảng 10.4). Đồng thời áp dụng canh tác theo đường đồng mức. Như vậy E = (0.024)(200)(0,25)(1,35)(0,055)(0,5) = 0,41 kg/m 2 /năm. Gía trị này nhỏ hơn giới hạn cho phép (1,1 kg/m 2 /năm).

112 Bài giảng Thủy Nông 112 Bảng 10.1: Gía trị chỉ số xói mòn do đất (K) (theo Mitchell và Bubenzer, 1980) Sa cấu : Thành phần hữu cơ trong đất : 0.05% : 2% : 4% Cát (Sand) : 0.05 : 0.03 : 0.02 Cát pha thịt (Loamy sand) : 0.12 : 0.10 : 0.08 Thịt pha cát (Sandy Loam) : 0.27 : 0.24 : 0.19 Bụi (Loam) : 0.38 : 0.34 : 0.29 Bụi pha thịt (Silt Loam) : 0.48 : 0.42 : 0.33 Thịt (Silt) : 0.60 : 0.52 : 0.42 Bụi+sét pha cát (Sandy Clay Loam): 0.27 : 0.25 : 0.21 Bụi pha sét (Clay loam) : 0.28 : 0.25 : 0.21 Bụi + Sét pha thịt (Silty clay loam) : 0.37 : 0.33 : 0.26 Sét pha cát (Sandy clay) : 0.14 : 0.13 : 0.12 Sét pha thịt (Silty clay) : 0.25 : 0.23 : 0.19 Sét (Clay) : 0.13 => 0.29 Bảng 10.2: Chỉ số hoa màu (C), ở Tây Phi châu (theo Mitchell và Bubenzer, 1980) Biện pháp canh tác (practice) Hệ số C trung bình hàng năm Đất trống, đồi trọc (bare soil) Rừng hoặc chồi dày, có mùn Cỏ Savannah/Prairie mọc tốt 0.01 Bắp, Shorgum, kê 0.4=>0.9 (0.6) Lúa (bón nhiều phân) 0.1=>0.2 Bông vải, Thuốc lá 0.5=>0.7 Đậu phụng 0.4=>0.8 (0.6) Cà phê, Cocoa + cây che phủ 0.1=>0.3 (0.2) Bảng 10.3: Bảng tra hệ số P (theo Mitchell và Bubenzer, 1980) Độ dốc (%) Đồng mức (contouring) Cây trồng theo dãi đồng mức và có rãnh tưới Ruộng bậc thang (terracing)

113 Bài giảng Thủy Nông 113 Bảng 10.4: Bảng tra hệ số C, ở USA (theo Mitchell và Bubenzer, 1980) Biện pháp luân canh (crop rotation) : Productivity level : High : Low Corn (Bắp) C, Rdr, TP, Conv : 0.54 : 0.62 C (Rdl)-W (Rdl, TP) : 0.2 : 0.28 C W M, Rdl : : 0.95 Meadow (đồng cỏ) Cỏ (grass) và trồng xen legume : : 0.01 Alfalfa (Cỏ voi) : 0.02 : Shorgum, Grain Rdl, TP, Conv : 0.43 : 0.53 Soybean (đậu nành) B,Rdl,TP,Conv : 0.48 : 0.54 C-B,TP hàng năm : 0.43 : 0.51 Wheat (Lúa mì) W-F, TP sau khi W : 0.38 : W-M conv : : Ghi chú: C : Corn (bắp); M: Meadow (đồng cỏ) B: Soybean (Đậu nành) W: Wheat (Lúa mì) Rdl: để tất cả xác thực vật trên đồng (để trên mặt hoặc chôn vùi) TP: cày lật đất (>125mm) F: Fallow (bỏ hoang) Conv: Conventional (theo tập quán canh tác của địa phương)

114 Bài giảng Thủy Nông 114 Hình 10.1a,b: Canh tác theo đường đồng mức (a) và trồng xen băng (b).

115 Bài giảng Thủy Nông 115 Hình 10.2&.3: Ruộng bậc thang (10.1; 10.3) và mương chắn nước (10.2; 10.4).

116 Bài giảng Thủy Nông 116 Hình 10.4: Bố trí đo xói mòn ngoài đồng

117 Bài giảng Thủy Nông 117 Hình : Đồ thị xác định hệ số K trong công thức xác định xói mòn.