Quan hệ giữa Đất – Nước và Cây trồng: Phần 2

3/ Sự phát triển của cây trồng

Cây trồng là thành phần đa phần của hệ sinh thái nông nghiệp. Cây trồng cần đất, nước, không khí và ánh sáng mặt trời, thậm chí cả vi sinh vật và một vài côn trùng cho sự phát triển. Thường thì, cây trồng có các thời kỳ phát triển khác nhau, bao gồm:

+ Thời kỳ gieo trồng – nảy chồi: Thời kỳ này nhiệt độ cho cây trồng chừng 25 – 28°C là tốt, ẩm độ không khí cần cho cây trồng chỉ cần chừng 50 – 70% là vừa đủ.

+ Thời kỳ trưởng thành – đâm nhánh: đây chính là thời kỳ tích luỹ sinh khối cho cây, ngay lúc này bộ rễ phát triển mạnh, cây đâm tược và ra nhiều lá. Nhu cầu nước cho cây trồng nâng cao theo khối lượng của cây. Phù hợp nhất là ở nhiệt độ 20 – 28°C và ẩm độ không khí là 70 – 80%; • Thời kỳ ra hoa – kết trái: thời kỳ này, cây gần như ngừng phát triển chiều cao để chuyển qua thời kỳ phát dục và tích luỹ chất hữu cơ. Nhu cầu nước tăng cao hơn, nhiệt độ phù hợp vào khoảng 20 – 28°C và ẩm độ tối hảo ở mức 75 – 85%;

+ Thời kỳ thu hoạch – lụi tàn: Thời kỳ này nhu cầu nước cho cây trồng hạ dần và lâu lâu không cần phải tưới nữa. Tuy vậy, những thời kỳ này chỉ mang tính tương đối, nhiều loại cây sau thời kỳ thu hoạch lài quay về (Hình 2/3) quá trình đâm nhánh và ra bông cho kỳ sau như các giống cây ăn quả, cây rừng, cây kiểng lưu niên.

Những thời kỳ phát triển của cây trồng

Nhiều nhân tố khí hậu như nhiệt độ, ẩm độ, mưa, bức xạ mặt trời, gió, … đóng góp vào vai trò quan trọng đối với sự phát triển của cây trồng. Cây trồng phát triển tốt trong các điều kiện thời tiết phù hợp ổn định. Tuỳ theo thời kỳ sinh trưởng và giống cây trồng mà những thông số khí hậu tốt nhất sẽ khác nhau. Hình 2/4 cho biết một vài nhân tố khí hậu ảnh hưởng lên cây trồng.

Một vài nhân tố khí hậu ảnh hưởng lên cây trồng

4/ Chức năng của nước đối với các loại cây trồng

Cây trồng sống và phát triển được nhờ dưỡng chất trong đất và được nước hoà tan và đưa lên cây qua hệ thống rễ. Nước giúp cây trồng thực thi những quá trình vận chuyển những dưỡng chất trong đất giúp điều kiện quang hợp, tạo thành sinh khối tạo ra sự phát triển của cây trồng. Trong bản thân cây trồng, nước chiếm một tỷ lệ lớn, từ 60% đến 90% trọng lượng. Tuy vậy, tổng lượng nước mà cây trồng hút lên mỗi ngày đa số là để thoát ra ngoài ở dạng thoát hơi qua lá, nước chỉ lưu lại cho bản thân cấu trúc của cây trồng chỉ chừng 0,5 – 1,0% mà thôi. Có 4 nguyên do làm cây trồng phải hút nhiều nước để cân bằng cho lượng thoát hơi từ lá và thân:

+ Trên bề mặt của lá cây có rất nhiều khí khổng hỗ trợ cho sự thoát hơi nước. Diện tích khí khổng càng lớn thì sự hấp thu CO2 trong không khí vào lá càng dễ dàng, hỗ trợ cây trồng quang hợp được từ ánh sang mặt trời được.

+ Sự thoát hơi nước là động lực yêu cầu cây trồng hút nhiều nước từ đất. Nhờ hiện tượng mao dẫn mà nước từ đất có thể vào than cây qua hệ thống rễ và len lỏi lên trên cao, thỉnh thoảng hàng chục mét.

+ Sự thoát hơinước hỗ trợ cho sự cân bằng nhiệt ở xung quanh lá và thân. Dưới ảnh hưởng của ánh sáng mặt trời, lá có thể hấp thụ năng lượng phục vụ cho tiến trình quang hợp, một phần năng lượng chuyển thành nhiệt năng khiến cho nhiệt độ cây trồng được tăng lên yêu cầu phải có sự thoát hơi nước để hạ nhiệt độ bề mặt.

+ Sự thoát hơi nước tạo động lực cho sự vận chuyển dinh dưỡng trong đất qua sự dịch chuyển đi lên của nước trong bản thân cây trồng. Sự thoát hợi nước lớn thì cây trồng hấp thụ chất dinh dưỡng càng lớn.

Rễ cây là bộ phận hút nước cho cây trồng. Bộ rễ tạo thành ở nhiều dạng khác nhau, tuỳ theo loại cây trồng, trong điều kiện đất đai, khí hậu và chiều sâu mực nước ngầm. Thường thì, rễ cây hút nhiều nước nhất (chiếm khoảng 40 – 50%) ở độ sâu ¼ chiều dài của rễ tính từ mặt đất, càng xuống sâu thì tỉ lệ hút hước càng hạ (Hình dưới).

Khả năng hút nước của rễ cây theo độ sâu

Hiện thực, cây trồng trong hoàn cảnh được cung ứng nước một cách đầy đủ sẽ có bộ rễ dài và sâu, vươn ra theo những chiều trong đất. Trái lại, nếu thiếu hụt nước, bộ rễ của cây sẽ ngắn và thưa (Hình dưới).

Lượng nước tưới cho cây trồng ảnh hưởng nhiều đến sự sinh trưởng của bộ rễ

Trong hoàn cảnh đất và nước đầy đủ, rễ mỗi loại cây trồng sẽ phát triển triển nhiều nhất để gia tăng trưởng. Chiều sâu nhiều nhất của hệ thống rễ cây trồng cũng chính là chiều sâu lớp đất cần phải tưới. Một hệ thống tưới hiệu quả là khi hệ thống đó có thể cung ứng nước đầy vừa đủ thấm hết bộ rễ của cây trồng. Bảng 2/1 cho chiều sâu nhiều nhất của hệ thống rễ của một vài loài cây rau, cây kiểng và cây công nghiệp.

Chiều sâu bộ rễ nhiều nhất của một trong các loại cây trồng khi được cung ứng nước đầy đủ

60 centimét	90 centimét	120 centimét	150 centimét	180 centimét
Rau cải	Cà rốt	Cà chua	Mía	Chanh
Một số loại khoai	Lúa	Bắp	Cà phê, trà	Táo
Cây hoa kiểng ngắn ngày	Cây công nghiệp ngắn ngày	Bông vải	Đay	Cỏ vertiver
Cây lá màu trồng trong nhà	Những cây kiểng dạng bụi nhỏ	Dây leo bài trí ngoài nhà	Cau kiểng	Cây ăn quả phổ biến
Xương rồng	Dứa một số loại	Chuối	Mai, đào	Cây rừng phòng hộ, đước

5/ Quan hệ giữa đất – nước và cây trồng

Trong những thành phần đất, nước và cây trồng của hệ sinh thái nông nghiệp, đất là thành phần khó thay đổi nhất, nước là thành phần có thể thay đổi một phần và cây trồng thì con người có thể thay đổi dễ dàng. Sự lưu giữ nước trong đất cho cây trồng tuỳ thuộc vào thành phần hạt đất, đất có độ rỗng càng cao thì khả năng trữ nước càng kém do dễ dàng bị tiêu thoát như trường hợp đất cát. Đất sét thường giữ nước tốt nhưng tiêu thoát kém. Đất thịt là đất pha trộn giữa đất bùn và đất cát tỏ ra phù hợp cho các loại cây trồng nhờ khả năng cung ứng nước thuận lợi (Hình 2/7).

Tam giác thể hiện khả năng giữ nước trong một số loại đất cho cây trồng

(Nguồn: USAD, Mỹ)

Mối quan hệ giữa đất, nước và cây trồng có thể minh họa bằng hình 2/8/ Nước tạo sinh vật đất phát triển, duy trì ẩm độ trong đất, hòa tan và cung ứng dinh dưỡng cho cây trồng. Đất và cây trồng đều tạo quá trình làm sạch nước, điều tiết nguồn nước.

Quan hệ tương tác giữa đất – nước và cây trồng

6/ Phương trình cân bằng nước cho một khu đất có cây trồng

Phương trình cân bằng nước là một phương trình cực kỳ căn bản có thể vận dụng cho mọi trường hợp tính toán thủy văn. Nguyên lý cơ bản của phương trình cân bằng nước là dạng cân bằng về khối lượng nước đi vào và đi ra khỏi khối đất đang xem xét. 1 cách tổng quát, phương trình cân bằng nước, xuất phát từ định luật bảo toàn khối lượng, có thể phát biểu ngắn gọn sau: “Hiệu số giữa tổng lượng nước đi vào và đi ra của một khối đất đang xem xét nào đó trong một thời đoạn ổn định bằng sự thay đổi lượng nước trữ trong khối đất đó”.

Phát biểu trên có thể cắt ngắn như hình 2/9 và chi tiết hóa ở hình 2/10/

Minh họa tóm tắt phương trình cân bằng nước giản đơn

Những thông số trong phương trình cân bằng nước vùng rễ cây

 Giả sử có một khối đất hình trụ bao bọc quanh một vùng rễ như hình 2/10/ Xét một thời gian nào đó: ∆S = Hr (θ2 – θ1) = Wi – Wo (2-1)

trong đó: ∆S – sự thay đổi lượng nước trữ trong thời đoạn xem xét, ( centimét );

Hr – chiều sâu lớp đất quanh vùng rễ đang xem xét, ( centimét );

θ2, θ1 – ẩm độ của đất ở thời gian cuối và thời gian đầu trong thời đoạn (%);

Wi, Wo – tổng lượng nước đi vào (i) và đi ra (o) khỏi vùng rễ xem xét, ( centimét ).

Chi tiết hóa những thông số của tổng lượng nước đi vào và đi ra vùng rễ:

Wi = P + I + Ri + Si + GW (2-2)

Wo = ET + Ro + So + DP + L (2-3)

trong đó:

P – lượng nước mưa (precipitation), ( centimét );

I – lượng nước tưới (irrigation), ( centimét );

Ri, Ro – lượng nước chảy tràn mặt (runoff) đi vào (i) và đi ra (o) vùng rễ, ( centimét );

Si, So – lượng nước thấm ngang (seepage) đi vào (i) và đi ra (o) vùng rễ, ( centimét );

GW – lượng nước thấm do mao dẫn từ nước ngầm (groundwater), ( centimét );

DP – lượng nước ngấm sâu xuống ra khỏi vùng rễ (deep percolation), ( centimét );

L – lượng nước rò rỉ ra khỏi vùng rễ (leakage), ( centimét ).

Thay (2-2) và (2-3) vào (2-1), ta được:

Hr (θ2 – θ1) = (P + I + Ri + Si + GW) – (ET + Ro + So + DP + L) (2-4)

Suy ra lượng nước tưới cho cây trồng sẽ là:

I = (ET + Ro + So + DP + L) – (P + Ri + Si + GW) + Hr (θ2 – θ1) (2-5)

Trong phương trình trên, có t hể có một vài thông số bằng zero (0) do trong thời đoạn xem xét, những thông số này không có. Trên thực tế, hai nguồn nước chính cung ứng cho cây trồng là nước mưa (P) và nước tưới (I). Khi nước mưa đã đủ cho cây trồng thì không cần thiết phải tưới nữa. Tuy vậy, không phải toàn bộ lượng mưa đều được cây trồng dùng, mà nó còn bị thất thoát do một phần chảy tràn (R) trên sườn dốc của mặt đất, một phần ngấm sâu xuống đất (DP) và một phần bốc thoát hơi trở lại lên không trung (ET) như ở hình 2/11/ Lượng nước mưa sau khi bị trừ đi những thiệt hại gọi là lượng mưa hiệu quả (Pe).

Pe = P – R – DP – ET (2-6)

Mưa và sự tạo thành dòng chảy từ mưa