Xác định nhu cầu nước cho cây cà phê vối kinh doanh tại Gia Lai bằng phương trình fao penman monteith và hệ số cây trồng

KHOA HOÏC KYÕ THUAÄT30 T Ạ P C H Í K H O A H Ọ C C Ô N G N G H Ệ V À M Ô I T R Ư Ờ N G 1. Đặt vấn đề Tưới nước là một trong những biện pháp kỹ thuật quan trọng quyết định đến năng suất cà phê vối. Sau thời gian khô hạn, hoa cà phê đã phân hóa đầy đủ, cây cà phê cần một lượng nước đủ để kích thích quá trình tái tăng trưởng, nở hoa, thụ phấn và thụ tinh. Một số nghiên cứu về tưới nước cho cây cà phê vối tại Tây Nguyên đã được thực hiện và đưa ra lượng nước tưới giúp cây cà phê sinh trưởng và phát triển tốt, đảm bảo năng suất. Tuy nhiên, điểm chung của những nghiên cứu này chính là đánh giá phản ứng của cây cà phê (sinh trưởng, năng suất) đối với những lượng nước khác nhau mà chưa xác định chính xác nhu cầu sử dụng nước của cây cà phê vối trong các giai đoạn khác nhau. Chúng tôi giả thiết rằng, lượng nước mà các nghiên cứu đã khuyến cáo chưa đánh giá đầy đủ nhu cầu nước của cây cà phê. Do vậy, nghiên cứu này nhằm xác định nhu cầu nước của cây cà phê vối kinh doanh với mục tiêu vừa đảm bảo nhu cầu nước có cây cà phê sinh trưởng, phát triển tốt đồng thời tiết kiệm được lượng nước tưới so với những khuyến cáo trước đây. 2. Vật liệu, nội dung và phương pháp nghiên cứu 2.1. Vật liệu, địa điểm và thời gian nghiên cứu Vật liệu: vườn cà phê vối kinh doanh, trồng năm 2012, mật độ 1.100 cây/ha. Xác định nhu cầu nước cho cây cà phê vối kinh doanh tại Gia Lai bằng phương trình fao penman monteith và hệ số cây trồng KS. NGUYỄN THỊ THANH PHỤNG, ThS. NGUYỄN QUANG NGỌC, ThS. NGUYỄN TRẦN QUYỆN Trung tâm Nghiên cứu và Phát triển cây Hồ tiêu Địa điểm: thị trấn Ia Kha, huyện Ia Grai, tỉnh Gia Lai. Thời gian: tháng 11 năm 2017 đến tháng 12 năm 2018. 2.2. Nội dung và phương pháp nghiên cứu 2.2.1. Nội dung 1: Xác định nhu cầu nước cho cây cà phê vối kinh doanh Nhu cầu nước của cây cà phê được xác định là lượng nước cần thiết để đáp ứng sự mất nước thông qua sự thoát hơi nước. Nước trong đất liên tục bị mất đi do quá trình bốc hơi từ mặt đất và quá trình thoát hơi nước từ cây cà phê, cây che bóng và cỏ dại. Lượng nước mất đi do quá trình này được gọi là lượng bốc thoát hơi nước và cũng được xem như lượng nước tiêu thụ của vườn cây. Lượng bốc thoát hơi nước của vườn cà phê áp dụng theo phương trình FAO Penman Monteith và hệ số cây trồng Kc, theo công thức sau: ETc = ETo x Kc Trong đó: ETc (mm/ngày): Lượng bốc thoát hơi nước ETc của vườn cây cà phê. Eto (mm/ngày): Bốc thoát hơi tiêu chuẩn ETo (Theo phương trình của Penman - Monteith) Kc: Hệ số cây trồng Kc (theo đề xuất của FAO - Tổ chức nông lương quốc tế) * Cách tính lượng bốc thoát hơi tiêu chuẩn ETo KHOA HOÏC KYÕ THUAÄT 31 S Ố 0 6 N Ă M 2 0 19 Trong đó: Rn - bức xạ mặt trời trên bề mặt cây trồng (MJ/m2/ngày); G - mật độ thông lượng nhiệt trong đất (MJ/m2/ngày); T - nhiệt độ trung bình ngày tại vị trí 2 m từ mặt đất (°C); u2 - tốc độ gió tại chiều cao 2 m từ mặt đất (m/s); es - áp suất hơi nước bão hòa (kPa); ea - áp suất hơi nước thực tế (kPa); ∆ - độ dốc của áp suất hơi nước trên đường cong quan hệ nhiệt độ (kPa/ °C); g - hằng số ẩm (kPa/ °C) Các thông số trên được xác định thông qua trạm khí tượng thời tiết đặt tại vườn thí nghiệm. Chỉ số ETo được tính toán hàng ngày bằng phần mềm Cropwat. u2: tốc độ gió của khu vực nghiên cứu RHmin: độ ẩm thấp nhất của khu vực nghiên cứu h: chiều cao cây cà phê Ghi chú: FAO 56 là viết tắt của Crop evapotranspiration - Guidelines for computing crop water requirement - FAO Irrigation and Drainage Paper No.56 (Tài liệu hướng dẫn tính toán nhu cầu nước cho cây trồng, bản số 56 của Tổ chức nông lương thế giới - FAO). 2.2.2. Nội dung 2: Xác định lượng nước tưới đợt 1, đợt 2 và đợt 3 Lượng nước tưới cho cà phê kinh doanh được tính toán dựa trên sự cân bằng nước hàng ngày trong đất: Hiệu số giữa tổng lượng nước đi vào và đi ra của một khối đất đang xem xét nào đó trong thời gian nhất định bằng sự thay đổi lượng nước trữ trong khối đất đó. Phương trình được xác định thông qua công thức: Ir + Pr = D - Dr Trong đó: Ir là lượng nước cần tưới cho đất (mm) tại thời điểm xem xét Pr là lượng nước mưa tại thời điểm xem xét D (mm) là lượng nước được đất dự trữ lại để cây trồng sinh trưởng và phát triển bình thường Dr là lượng nước dự trữ còn lại trong lớp đất (mm) tại thời điểm xem xét Như vậy lượng nước tưới cho cây cà phê được tính toán như sau: Ir = D - Dr - Pr - Lượng nước tưới (lít/gốc) = I (mm) × S trong đó S (m2) là diện tích chiếm chỗ của mỗi gốc cà phê có bán kính tán 1,2m. - Cách xác định D: Lượng nước được đất dự trữ lại (D) chính là độ ẩm hữu hiệu và được xác định bằng công thức: D = 1000 × (θFC - θWP) × Zr - Phương trình Penman - Monteith xác định lượng bốc thoát hơi tiêu chuẩn có dạng: Hình 1: Trạm khí tượng tại vườn thí nghiệm * Hệ số cây trồng Kc Hệ số cây trồng Kc được tính theo công thức dưới đây: Kc = Kc (tab) + [0.04(u2 - 2) - 0.004(RHmin - 45)](h/3)0.3 Trong đó: Kc (tab) : hệ số cây trồng tra theo bảng 12 (FAO 56) KHOA HOÏC KYÕ THUAÄT32 T Ạ P C H Í K H O A H Ọ C C Ô N G N G H Ệ V À M Ô I T R Ư Ờ N G Trong đó: θFC là độ ẩm đồng ruộng θWP là độ ẩm cây héo; Zr là độ sâu lớp đất cần tưới cho cây cà phê (45 cm) Trong thí nghiệm này θFC, θWP được xác định thông qua việc lấy mẫu đất, phân tích trong phòng thí nghiệm. - Cách xác định Dr: lượng nước dự trữ còn lại trong đất (Dr) được xác định bằng công thức: Dr = Dr-1 - ETcr Trong đó: Dr-1 : là lượng nước còn trong đất vào ngày r-1(mm) và được xác định: Dr-1 = 1000 × (θr-1 - θWP) × Zr, với θr-1 là độ ẩm đất vào ngày r-1 ETcr  : là lượng bốc thoát hơi nước vào ngày r Như vậy lượng nước cần tưới cho cây cà phê sẽ được tính toán hàng ngày theo công thức sau: Ir = D - Dr-1 + ETcr - Pr 2.2.3. Đánh giá hiệu quả của lượng nước tưới đợt 1, đợt 2 và đợt 3 đến diễn biến độ ẩm đất, tỷ lệ nở hoa và tỷ lệ đậu quả * Bố trí thí nghiệm: Thí nghiệm được thiết kế theo kiểu ô lớn không lặp lại, gồm 2 công thức: + Công thức 1 (0,2 ha): Tưới qua hệ thống tưới nước tiết kiệm phun mưa tại gốc, lượng nước tưới tính toán tại nội dung 2.2.2. + Công thức 2 (0,2 ha): Đối chứng: tưới bằng phương pháp tưới dí, với lượng nước tưới là 390l/gốc/lần và chu kỳ tưới 15 - 20 ngày. * Chỉ tiêu và phương pháp theo dõi - Độ ẩm đất: Lấy mẫu độ ẩm đất ở tầng đất 0 - 30cm. Vị trí lấy mẫu ở ngay mép tán của cây cà phê. Độ ẩm đất được phân tích bằng phương pháp cân khối lượng đất trước và sau khi sấy đến khi khô kiệt. Theo dõi độ ẩm trước khi tưới 1 ngày và sau khi tưới với chu kỳ 5 ngày 1 lần (5, 10, 15, 20 ngày). P1 - P2 Độ ẩm đất (%) = ————— x 100 P1 - P3 Trong đó: P1: khối lượng đất + khối lượng hộp nhôm trước khi sấy P2: khối lượng đất + hộp nhôm sau khi sấy P3: khối lượng hộp nhôm - Độ thấm sâu: Được xác định sau khi tưới 1 ngày bằng cách đào một hố sâu đến khi gặp lớp đất khô thì dùng thước đo chiều sâu hố. - Sự ra hoa và đậu quả của cà phê: Mỗi công thức theo dõi 20 cây, mỗi cây theo dõi 4 cành ở 4 hướng. Các cành được đánh dấu bằng dây buộc và theo dõi trên 5 đốt cố định. + Tỷ lệ hoa nở: Theo dõi 2 lần (sau tưới đợt 1 và sau tưới đợt 2). Đếm số hoa nở và không nở được trên cây sau khi tưới 4 - 5 ngày khi hoa cương lên và chuẩn bị nở. Tổng số hoa nở Tỷ lệ hoa nở (%) = ———————— x 100 Tổng số hoa * Xử lý số liệu: số liệu được xử lý bằng phần mềm Excel. 3. Kết quả và thảo luận 3.1. Nhu cầu nước của cây cà phê và lượng nước tưới cho đợt 1, đợt 2 và đợt 3 Theo số liệu từ trạm khí tượng tại vườn thí nghiệm, cơn mưa cuối cùng của mùa mưa năm 2017 vào ngày 03 tháng 12 năm 2017, đánh dấu mùa khô bắt đầu. Như vậy, mùa khô năm 2017 tại Gia Lai bắt đầu muộn hơn so với thường lệ. Các số liệu ETo và ETc được theo dõi từng ngày bắt đầu từ ngày dứt cơn mưa cuối cùng, được cộng lũy kế đến thời điểm tưới nước đợt 1, đợt 2 và đợt 3. Số liệu được trình bày tại bảng 1 KHOA HOÏC KYÕ THUAÄT 33 S Ố 0 6 N Ă M 2 0 19Bảng 1. Nhu cầu nước và lượng nước cần tưới cho mỗi đợt Thời gian Sau dứt mưa đến tưới đợt 1 Từ 03/12/2017 đến 02/02/2018 Tưới đợt 1 - Tưới đợt 2 Từ 02/02 đến 23/02/2018 Tưới đợt 2 - Tưới đợt 3 Từ 23/02 - 15/03/2018 Tổng ETo (mm) 151,95 76,17 63,00 Kc 0,78 0,73 0,92 Tổng ETc (mm) 117,91 55,45 57,96 Lượng nước tưới (lít/cây) 324,10 239,10 244,00 Sau dứt mưa khoảng 57 ngày, lúc này độ ẩm đất đạt khoảng 27 - 28%. Hoa cà phê đã trong trạng thái phân hóa hoàn toàn, nụ hoa có màu trắng ngà, dài khoảng 0,8 - 1,0 cm; cây cà phê bắt đầu có triệu chứng héo tạm thời, lá hơi rũ xuống vào giữa trưa khi trời nắng gắt và nhiệt độ không khí tăng cao. Đây là thời điểm thích hợp để tưới đợt 1 (tưới nở hoa) cho cây cà phê. Kết quả tính toán thì lượng nước tưới cho cây cà phê đợt 1 là 324,1 lít/gốc, đợt 2 là 239,1 lít/cây và đợt 3 là 244,0 lít/cây. 3.2. Đánh giá hiệu quả của lượng nước tưới đợt 1, đợt 2 và đợt 3 đến diễn biến độ ẩm đất, tỷ lệ hoa nở và tỷ lệ đậu quả * Diễn biến độ ẩm đất - Tưới đợt 1 (tưới nở hoa) Bảng 2. Diễn biến độ ẩm đất của các công thức sau khi tưới đợt 1 CT Lượng nước tưới (lít/cây/lần) Độ thấm sâu (cm) Ẩm độ đất (%TLĐK) Tầng đất Trước tưới 1 ngày Sau tưới 1 ngày 5 ngày 10 ngày 15 ngày 20 ngày CT1 324,1 40 0-10cm 26,53 43,28 32,92 31,30 30,21 29,00 10-20cm 28,11 42,03 35,71 33,56 33,02 31,81 20-30cm 29,45 41,66 36,08 34,65 34,01 33,37 TB 28,03 42,32 34,9 33,17 32,41 31,39 CT2 390 46 0-10cm 25,48 45,05 38,20 31,76 29,96 27,43 10-20cm 27,15 46,86 41,59 34,65 33,24 29,62 20-30cm 28,83 47,00 41,89 35,57 34,48 33,07 TB 27,16 46,30 40,56 34,00 32,56 30,04 (Ghi chú: TLĐK: trọng lượng đất khô) Kết quả tại bảng 2 cho thấy công thức tưới 390 lít/cây có vùng thấm sâu hơn so với công thức tưới 324,1 lít/cây. Tuy nhiên, vùng rễ hút của cây cà phê chỉ phân bố trong khoảng 40 cm do vậy chỉ cần tưới với lượng nước 324,1 lít/ cây đã đủ thấm trong vùng rễ của cây cà phê. Để đánh giá diễn biến của độ ẩm đất khi tưới ở mức 324,1 lít/cây và 390 lít/cây, các mẫu đất ở tầng đất 0 - 10 cm, 10 - 20 cm và 20 - 30 cm được thu thập để phân tích độ ẩm đất. Xét về diễn biến độ ẩm đất sau tưới 1 ngày, 5 ngày, 10 ngày và 15 ngày thì công thức 2 (tưới 390 lít/cây) có độ ẩm cao hơn so với công thức 1 (tưới 324,1 lít/cây). Tuy nhiên, độ ẩm đất sau tưới 20 ngày thì giữa công thức 2 và công thức 1 là tương đương nhau. Như vậy, việc tưới 324,1 lít/cây thì độ ẩm đất sau 20 ngày tương đương với tưới 390 lít/cây. Xét về tầng đất: Ở tầng đất sâu (20 - 30 cm) thì độ ẩm cao hơn so với tầng đất mặt 0 - 10 cm và 10 - 20 cm. Đất tầng mặt cũng thoát hơi nước nhanh hơn so với tầng đất sâu hơn. - Tưới đợt 2: Sau tưới đợt 1 khoảng 20 ngày, thì tiến hành tưới đợt 2 với lượng nước tưới cho công thức 1 là 239,1 lít/cây, công thức 2 là 390 lít/cây. Số liệu về độ thấm sâu và diễn biến độ ẩm đất được thu thập và trình bày tại bảng 3. Bảng 3. Diễn biến độ ẩm đất của các công thức sau khi tưới đợt 2 Công thức Lượng nước tưới (lít/cây/lần) Độ thấm sâu (cm) Ẩm độ đất (%TLĐK) Tầng đất Trước tưới 1 ngày Sau tưới 1 ngày 5 ngày 10 ngày 20 ngày CT1 239,1 40 0-10cm 29,00 42,89 34,16 30,75 28,16 10-20cm 31,81 41,60 37,15 33,13 30,85 20-30cm 33,37 36,29 35,38 34,18 31,87 TB 31,39 40,26 35,56 32,68 30,29 CT2 390 48 0-10cm 27,43 43,33 36,52 32,88 27,98 10-20cm 29,62 43,62 37,67 37,18 29,77 20-30cm 33,07 42,80 40,41 38,60 31,60 TB 30,04 43,25 38,20 36,22 29,78 (Ghi chú: TLĐK: trọng lượng đất khô) Công thức 2 (tưới 390 lít/cây) thấm sâu hơn so với công thức 1 (tưới 239,1 lít/cây). Tuy nhiên, chỉ cần tưới với lượng 239,1 lít/cây đủ để thấm toàn bộ vào vùng hoạt động của bộ rễ cà phê. Số liệu độ ẩm đất cũng cho thấy việc tưới với lượng nước 390 lít/cây và 239,1 lít/cây thì độ ẩm đất sau 20 ngày sau tưới là tương đương nhau. - Tưới đợt 3: Bảng 4. Diễn biến độ ẩm đất sau khi tưới đợt 3 CT Lượng nước (lít/cây/lần) Độ thấm sâu (cm) Ẩm độ đất (%TLĐK) Tầng đất Trước tưới 1 ngày Sau tưới 1 ngày 5 ngày 10 ngày CT1 244,0 45 0-10cm 28,16 45,51 39,77 32,27 10-20cm 30,85 45,39 41,00 33,86 20-30cm 31,87 47,44 39,85 34,26 TB 30,29 46,11 40,21 33,47 CT2 390 49 0-10cm 27,98 46,26 38,14 31,62 10-20cm 29,77 46,07 40,29 36,74 20-30cm 31,60 48,87 41,68 38,61 TB 29,78 47,07 40,03 35,66 (Ghi chú: TLĐK: trọng lượng đất khô) KHOA HOÏC KYÕ THUAÄT34 T Ạ P C H Í K H O A H Ọ C C Ô N G N G H Ệ V À M Ô I T R Ư Ờ N G Độ thấm sâu của nước sau khi tưới đợt 3 có chiều hướng thấm sâu hơn so với tưới đợt 1 và đợt 2. Điều này có thể giải thích do nước được tích lũy từ các đợt tưới trước đó. Đây cũng là cơ sở để có thể kéo dài hơn chu kỳ tưới. Khi theo dõi diễn biến độ ẩm đất đến ngày thứ 10 sau tưới thì thời tiết đã có mưa và mưa nhiều nên việc theo dõi độ ẩm đất dừng lại. * Tỷ lệ hoa nở Kết quả bảng 5 cho thấy, việc tưới đúng thời điểm đã giúp hoa cà phê nở rất tập trung và gần như nở toàn bộ sau khi tưới đợt 1 (94,87 % đến 97,13%), tỷ lệ hoa nở ở đợt 2 là không đáng kể. Công thức 2 tưới với lượng nước 390 lít/cây có tỷ lệ nở hoa cao hơn so với công thức 1 tưới với lượng nước 324,10 lít/cây. Tuy nhiên, kết quả xử lý thống kê cho thấy sai khác ở tỷ lệ hoa nở giữa hai công thức chưa đạt mức có ý nghĩa thống kê. Điều này có nghĩa rằng, việc tưới với lượng nước 390 lít/cây và 324,1 lít/cây có tỷ lệ hoa nở tương đương nhau. Bảng 5. Tỷ lệ hoa nở sau mỗi đợt tưới của các công thức Công thức Tỷ lệ hoa nở sau tưới đợt 1 (%) tt tb Tỷ lệ hoa nở sau tưới đợt 2 (%) tt tb CT1 94,87 1,94NS 2,02 3,84 1,68NS 2,02 CT2 97,13 2,21 Ghi chú: NS: không có ý nghĩa; tt: T - test tính; tb: T - test bảng Bảng 6. Lượng nước tưới tiết kiệm so với đối chứng TT Nội dung CT1 CT2 (đối chứng) Tiết kiệm so với đối chứng Tỷ lệ % 1 Lượng nước tưới/cây (lít/cây) 766,4 1.170 403,6 34,50 2 Lượng nước tưới/ha (m3/ha) 843 1.287 444 4. Kết luận - Áp dụng phương trình FAO Penman Monteith và hệ số cây trồng Kc đã xác định được nhu cầu nước của cây cà phê kinh doanh tại Ia Grai, Gia Lai. Lượng nước tưới nở hoa (đợt 1) được xác định là khoảng 324,1 lít/cây, tưới đợt 2 là 239,1 lít/cây và đợt 3 là 244 lít/cây. - Với lượng nước tưới như trên vẫn đảm bảo độ thấm sâu trong vùng rễ của cây cà phê, đồng thời độ ẩm đất sau 20 ngày sau tưới tương đương với công thức tưới với lượng nước 390 lít/cây. - Với lượng nước tưới đợt 1 là 324,1 lít/cây đã giúp cây cà phê nở hoa tập trung (94,87 %) và tương đương với công thức tưới với lượng 390 lít/cây. - Lượng nước tưới tiết kiệm được so với đối chứng khoảng 444 m3/ha, nếu khoảng 10 % diện tích cà phê của Gia Lai (khoảng 9.000 ha) áp dụng lượng nước tưới trên thì lượng nước tưới tiết kiệm khoảng 3,994 triệu m3 nước, tương đương với khoảng 19,98 tỷ đồng (giá nước tưới khoảng 5.000 đ/m3)./. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Đoàn Triệu Nhạn, Hoàng Thanh Tiệm, Phan Quốc Sủng (1999). Cây cà phê Việt Nam, NXB Nông nghiệp. 2. Hoàng Thanh Tiệm, Lê Ngọc Báu (2000), Nghiên cứu nhu cầu nước, chế độ và phương pháp tưới cho cà phê vối kinh doanh ở Đăk Lăk, Viện KHKT Nông Lâm nghiệp Tây Nguyên. 3. Kết quả nghiên cứu và giải pháp phát triển cà phê bền vững, Viện KHKTNLN Tây Nguyên. 4. Lê Ngọc Báu (2011), Nghiên cứu kỹ thuật tưới nước tiết kiệm kết hợp bón phân qua nước cho cây cà phê ở Gia Lai, Viện KHKT Nông Lâm nghiệp Tây Nguyên. 5. Phan Quốc Sủng (1999), Cây cà phê Việt Nam, nhà xuất bản Nông nghiệp. 6. Crop evapotranspiration - Guidelines for computing crop water requirement - FAO Irrigation and Drainage Paper No.56. 7. M.K.V. Carr - The water ralations and irrigation requirements of coffee. 8. Vermeiren, L. (1984), Localized irrigation, FAO, Irrigation and drainage. Hình 2: Quan trắc tỷ lệ hoa nở * Lượng nước tưới tiết kiệm so với đối chứng Kết quả bảng 6 cho thấy, lượng nước tưới tiết kiệm được của công thức 1 so với công thức 2 khoảng 34,50 % tương đương với khoảng 444 m3 nước trên ha.