Lê Thừa Hoài Sơn, Hoàng Hải long
Bộ môn Hệ thống Nông Lâm nghiệp
1. Đặt vấn đề
Nước là một trong những yếu tố đóng vai trò quan trọng trong sản xuất nông nghiệp nói chung và cà phê nói riêng. Nước không chỉ đáp ứng cho nhu cầu ra hoa đậu quả của cây cà phê, mà còn tăng khả năng sinh trưởng và phát triển của cây trong điều kiện khô hạn và quyết định đến năng suất của cây cà phê [1], [2], [3].
Canh tác cà phê ở vùng Tây Nguyên chủ yếu theo hình thức thâm canh, đồng nghĩa với việc sử dụng nước cao, nhất là vào các tháng mùa khô. Tuy nhiên các kết quả điều tra cho thấy phần lớn nông dân sử dụng nước chưa hợp lý, gây tổn thất và cạn kiệt nguồn tài nguyên nước. Thêm vào đó các tác động của biến đổi khí hậu diễn ra ngày càng mạnh mẽ, đã làm cho tài nguyên nước có xu hướng suy giảm, dẫn đến nguy cơ thiếu nguồn nước tưới nghiêm trọng. Trong niên vụ 2015-2016, theo thống kê của Cục Trồng trọt tổng diện tích cây công nghiệp, cây ăn quả bị ảnh hưởng do hạn hán là 110.766 ha, với diện tích mất trắng là 7.586 ha (trong đó có 496 ha hồ tiêu, còn lại là diện tích cà phê bị mất trắng năng suất cho niên vụ 2016/2017) [4]. Như vậy để thích ứng với tình hình biến đổi khí hậu và ổn định hoạt động sản xuất cà phê cần có những hiểu biết đầy đủ và giải pháp về nước tưới phù hợp, cũng như việc ứng dụng các tiến bộ khoa học kỹ thuật mới vào sản xuất nhằm sử dụng nước có hiệu quả, tiết kiệm đồng thời đem lại năng suất và chất lượng vườn cây cao hơn.
Xuất phát từ thực tế đó, Viện KHKT Nông lâm nghiệp Tây Nguyên (WASI) đã hợp tác với Công ty ICT thực hiện nghiên cứu lưu lượng dòng dịch trong thân cây cà phê và xác định tương quan giữa khả năng hút nước của cây với các chỉ số thời tiết. Kết quả đề tài là cơ sở khoa học để tính toán, xác định chính xác lượng nước tưới và chu kỳ tưới phù hợp cho cây cà phê. Đề tài cũng xác định mối tương quan giữa lượng nước cây cà phê tiêu thụ và các yếu tố thời tiết (nhiệt độ, độ ẩm, lượng mưa, …) làm cơ sở cho những nghiên cứu tiếp theo về nước tưới cho cây cà phê.
2. Mục tiêu
– Xác định được lượng nước cây cà phê sử dụng theo thời gian
– Xác định được mối tương quan giữa lượng nước cây sử dụng với các chỉ số thời tiết.
3. Đối tượng, nội dung và phương pháp nghiên cứu
3.1. Đối tượng
– Thực hiện trên cây cà phê vối giai đoạn kinh doanh.
– Thực hiện tại vườn thực nghiệm của WSI từ tháng 7/2017 đến tháng 6/2018.
3.2. Nội dung
– Xác định lượng nước cây cà phê vối giai đoạn kinh doanh sử dụng bằng công nghệ Sap Flow Meter (SFM) của công ty ICT International.
– Xác định mối tương quan giữa lượng nước sử dụng và các yếu tố thời tiết.
3.3. Phương pháp
3.3.1. Chọn cây thí nghiệm
Chọn 4 cây cà phê vối giai đoạn kinh doanh (5 năm tuổi), tương đối đồng đều, cùng giống, cùng tuổi cây, không bị che bóng, năng suất mỗi cây khoảng 3 kg nhân để lắp đặt các thiết bị theo dõi độ ẩm và lượng nước cây tiêu thụ.
3.3.2. Lắp đặt hệ thống
Hệ thống bao gồm: 2 bộ cảm biến đo độ ẩm đất (SMM1H603 và SMM1H601) ở các độ sâu 0cm, 20cm, 40cm, 60cm, lắp đạt tại 2 cây; 4 máy đo lưu lượng dòng dịch trong thân cây (SFMH608; SFMH609; SFMH60J và SFMH60O), lắp đạt tại 4 cây;
1 bộ xử lý trung tâm (ICT Hub) thu thập dữ liệu từ các máy cảm biến sau đó truyền tải dữ liệu lên đám mây ICT (ICT WebServer); 3 tấm pin năng lượng mặt trời (SB) cung cấp năng lượng cho bộ xử lý trung tâm và các bộ cảm biến. Sơ đồ bố trí lắp đặt hệ thống SFM của ICT tại WASI như hình 1.
|
SFM: Cảm biến đo lượng nước cây sử dụng SB: Pin năng lượng mặt trời |
SMM: Cảm biến đo độ ẩm đất ICT Hub: bộ thu phát tín hiệu trung tâm |
Hình 1. Sơ đồ lắp đặt hệ thống SFM của ICT tại WASI
3.3.3. Thu thập số liệu
– Số liệu lượng nước cây sử dụng và độ ẩm đất được thu thập 15 phút/lần bằng thiết bị, sau đó được thống kê bằng phần mềm ICT Instrument cài đặt trên máy tính.
– Số liệu các chỉ số thời tiết (lượng mưa, nhiệt độ không khí) được thu thập từ dữ liệu của trạm thời tiết thông minh IMETOS tại trang web http://fieldclimate.com.
3.3.4. Xử lý, phân tích dữ liệu
Sử dụng phần mềm Excel để xử lý, phân tích dữ liệu, xác định mối tương quan giữa độ ẩm đất, nhiệt độ và lượng mưa với lượng nước cây cà phê sử dụng.
4. Kết quả
4.1. Lắp đặt hệ thống
– Đã lắp đặt hoàn thiện và vận hành hiệu quả bộ thiết bị theo dõi độ ẩm và lưu lượng dòng dịch trong thân cây tại vườn cà phê thực nghiệm của WASI (Hình 2).
4.2. Biến thiên độ ẩm đất
Độ ẩm đất được đo tại 4 điểm có độ sâu khác nhau: 0 cm; 20 cm; 40 cm; 60 cm. Kết quả xử lý, phân tích được thể hiện ở dạng đồ thị (Hình 3).
Hình 3. Biểu đồ độ ẩm tại các tầng đất
Nước mưa làm cho độ ẩm tại các tầng đất dao dộng, trong đó ở tầng 0 cm có biên độ dao động lớn nhất (vì đây là tầng trên cùng nên chịu ảnh hưởng lớn nhất về các điều kiện ngoại cảnh như mưa, nắng…)
Bên cạnh đó kết quả thu được cho thấy độ ẩm cao nhất là tầng 20cm, thấp nhất là tầng 0cm. Độ ẩm tại tầng 20cm cao nhất có thể giải thích vì lượng mưa năm 2017 khá thấp so với bình quân năm của nhiều năm, bên cạnh đó lượng mưa của mỗi lần đều rất thấp (từ 0,2-44,2mm, trung bình là 5,31mm) nên không đủ để thấm sâu xuống tầng 40cm và 60 cm dẫn đến độ ẩm của tầng 20 cm cao hơn so với các tầng còn lại.
4.3. Lượng nước cây sử dụng
Bảng 1: Lượng nước cây sử dụng và các chỉ số thời tiết năm 2017 (từ tháng 7-12)
|
Tháng |
Lượng nước cây sử dụng trong tháng (lít) |
TB lượng nước cây sử dụng trong ngày (lít) |
Lượng mưa (mm) |
Nhiệt độ (oC) |
|
7 |
79,07 |
2,55 |
120,40 |
24,42 |
|
8 |
89,86 |
2,90 |
71,40 |
25,04 |
|
9 |
86,14 |
2,87 |
126,20 |
25,19 |
|
10 |
86,14 |
2,78 |
211,80 |
23,91 |
|
11 |
88,16 |
2,94 |
80,40 |
23,40 |
|
12 |
158,76 |
5,12 |
87,00 |
20,74 |
|
Tổng |
588,13 |
|
697,20 |
|
|
TB |
98,02 |
3,19 |
116,20 |
23,79 |
Kết quả Bảng 1 cho thấy: Tổng lượng nước cây cà phê sử dụng từ tháng 7-12 năm 2017 là 588,13 lít, lượng nước cây sử dụng tăng cao trong tháng 12 (là tháng bước vào mùa khô tại Tây Nguyên); trung bình cây sử dụng 98,02 lít nước/tháng và sử dụng bình quân khoảng 3,19 lít/ngày.
Tổng lượng mưa trong sáu tháng (từ tháng 7-12) đạt 697,2 mm, trong đó cao nhất tại tháng 10 đạt 211,8 mm và thấp nhất tại tháng 8 đạt 71,40 mm.
Nhiệt độ trung bình tính từ tháng 7-12 khoảng 23,790C, cao nhất vào tháng 9 (25,190C) và thấp nhất vào tháng 12 (20,740C).
Lượng nước cây sử dụng có xu hướng tăng dần qua các tháng (trừ tháng 7, 8 là giai đoạn bắt đầu lắp đặt hệ thống). Tháng 7, cây sử dụng trung bình 79,07 lít/cây, tháng 8 lượng sử dụng khoảng 89,86 lít/cây; tháng 9, 10 lượng nước cây sử dụng tương đương nhau (86,14 lít/cây); tháng 11 cây sử dụng 88,16 lít/cây, cao nhất trong tháng 12 cây sử dụng tới 158,76 lít/cây. Từ tháng 9-12 cây có xu hướng sử dụng lượng nước tăng dần. Điều này có thể do ảnh hưởng của lượng mưa giảm, cũng như các yếu tố thời tiết (về cường độ ánh sang, nhiệt độ) làm gia tăng sự hút nước của cây cà phê.
4.2. Tương quan giữa lượng nước cây sử dụng với các chỉ số thời tiết
Bảng 2: Tương quan giữa các yếu tố ngoại cảnh với lượng nước cây cà phê sử dụng (LNSD)
|
Cặp tương quan |
r |
P |
|
LNSD – độ ẩm tầng 0cm |
0,192 |
0,06 |
|
LNSD – độ ẩm tầng 20cm |
0,188 |
0,07 |
|
LNSD – độ ẩm tầng 40cm |
0,177 |
0,09 |
|
LNSD – độ ẩm tầng 60cm |
0,181 |
0,08 |
|
LNSD – lượng mưa |
0,346 |
< 0,01 |
|
LNSD – nhiệt độ |
0,885 |
< 0,01 |
Kết quả Bảng 2 cho thấy:
Độ ẩm tầng 0cm có tương quan yếu với lượng nước cây sử dụng (r = 0,192) và không có ý nghĩa trong thống kê (P = 0,06).
Độ ẩm tầng 20cm có tương quan yếu với lượng nước cây sử dụng (r = 0,188) và không có ý nghĩa trong thống kê (P = 0,07).
Độ ẩm tầng 40cm có tương quan yếu với lượng nước cây sử dụng (r = 0,177) và không có ý nghĩa trong thống kê (P = 0,09).
Độ ẩm tầng 60cm có tương quan yếu với lượng nước cây sử dụng (r = 0,181) và không có ý nghĩa trong thống kê (P = 0,08).
Lượng mưa có tương quan vừa với lượng nước cây sử dụng (r = 0,346) và có ý nghĩa trong thống kê (p < 0,01).
Nhiệt độ có tương quan chặt với lượng nước cây sử dụng (r = 0,885) và có ý nghĩa trong thống kê (p < 0,01).
Mối tương quan giữa nhiệt độ và lượng nước cây sử dụng được mô phỏng với hàm tương quan y = 1.1249x + 21.772 (Hình 4).
Hình 4. Xác định hàm tương quan giữa nhiệt độ không khí và lượng nước cây sử dụng
5. Kết luận và kiến nghị
5.1. Kết luận
– Kết quả theo dõi độ ẩm đất từ tháng 7/2017 đến tháng 12/2017 cho thấy: độ ẩm đất thấp nhất là ở tầng 0cm (mặt đất), cao nhất là tầng 20 cm.
– Trong 6 tháng mùa mưa (từ tháng 7/2017-12/2017) mỗi cây cà phê kinh doanh sử dụng khoảng 588,13 lít nước, trung bình cây sử dụng khoảng 98,02 lít nước/tháng và trung bình mỗi ngày cây sử dụng khoảng 3,19 lít.
– Độ ẩm các tầng đất và lượng mưa có tương quan từ yếu đến vừa với lượng nước cây sử dụng
– Nhiệt độ không khí tương quan chặt với lượng nước cây sử dụng (r = 0,885) và có ý nghĩa thống kê (p < 0,01), với hàm tương quan y = 1.1249x + 21.772.
5.2. Kiến nghị
– Cần tiếp tục theo dõi để có cơ sở dữ liệu đầy đủ, đưa ra kết luận rõ ràng hơn.
– Nên tiến hành lắp đặt hệ thống ICT trên vườn cà phê có lắp đặt hệ thống tưới tiết kiệm để tiện lợi trong việc bố trí và theo dõi thí nghiệm.
– Nếu có điều kiện, nên lắp đặt thêm trên nhiều vườn cà phê ở các độ tuổi, và trên nhiều loại đất khác nhau để có được kết luận chính xác hơn.
– Về phía ICT cần hỗ trợ thêm cho WASI về việc sử dụng phần mềm.
Tài liệu tham khảo
- Phan Quốc Sủng (1999). Cây cà phê Việt Nam. nhà xuất bản nông nghiệp.
- 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. Kết quả nghiên cứu khoa học, Viện Khoa học Kỹ thuật Nông Lâm nghiệp Tây Nguyên, 2000.
- Lê Ngọc Báu, (2014). Nghiên cứu kỹ thuật tưới tiết kiệm nước kết hợp bón phân qua nước cho cây cà phê ở Gia Lai, Viện KHKT NLN Tây Nguyên, 2014.
- Cục Trồng trọt (2016). Giải pháp khôi phục sản xuất cà phê và hồ tiêu sau hạn hán kéo dài khu vực Tây Nguyên.
HÌNH ẢNH THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM
 |
 |
Thiết bị theo dõi lượng nước cây sử dụng (SFM)