Đánh giá tài nguyên khí hậu nông nghiệp tỉnh Đắk Nông phục vụ phát triển cây trồng

MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Năng suất, sản lượng cây trồng có vai trò quan trọng làm cơ sở tính
toán một số chỉ tiêu như: tổng sản lượng lương thực, sản lượng cây công
nghiệp, sản lượng lương thực bình quân nhân khẩu của cả nước và từng địa
phương để cân đối tiêu dùng, xuất khẩu, nhập khẩu, dự trữ lương thực,... từng
địa phương và cả nước
Năng suất cây trồng phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố: chất lượng đất; khí
hậu; giống; chăm sóc; sâu bệnh v.v. Trong đó các yếu tố khí hậu giữ một vai
trò không nhỏ, nhưng định lượng sự ảnh hưởng của nó tới năng suất là một
vấn đề khó .
Cho đến nay đã có nhiều phương pháp đánh giá và dự báo năng suất
cây trồng khác nhau như ứng dụng mô hình thống kê thời tiết cây trồng trong
dự báo năng suất cây trồng [9. tr 119 – 125], dự báo năng suất cây trồng dựa
vào mô hình thống kê, phương pháp dự báo năng suất cây trồng dựa vào hiện
tượng vật hậu [6. tr 209 - 211]
Tuy nhiên các mô hình này còn có những hạn chế: Mô hình thống kê
thời tiết cây trồng trong dự báo năng suất cây trồng cho kết quả khá chính
xác, tuy nhiên, vẫn có những trường hợp sai số tương đối lớn do có những
yếu tố và nguyên nhân khác mà mô hình chưa tính đến, đó có thể là các yếu
tố ngẫu nhiên, hoặc do số liệu thu thập không đủ, hoặc do tình hình diễn
biến bất thường của sâu bệnh, sự thay đổi của thành phần đất; Dự báo năng
suất cây trồng dựa vào mô hình thống kê cần có thông tin dự báo chính xác
về lượng mưa của các tháng trong năm, tuy nhiên dự báo thời tiết dài hạn thì
lượng mưa là loại dự báo khó và kém chính xác nhất và thường mang tính
chất địa phương; Dự báo dựa vào các quan sát vật hậu cây trồng thì gặp
nhiều khó khăn vì giống cây thường thay đổi hàng năm, năng suất của chúng
cũng khác nhau.

1

Luận văn của tác giả có sử dụng các mô hình sau với mỗi mô hình thì
năng lực của chúng có sự khác nhau, cho ra kết quả cần thiết để phục vụ cho
dự báo năng suất cây trồng tiêu chuẩn mà luận văn mong muốn đạt đến: Mô
hình ETo Calculator, mô hình Rainbow và mô hình Budget.
Đăk Nông là một tỉnh thuộc vùng Tây Nguyên nước ta, với diện tích
6514.38 km2, có đặc điểm là cao nguyên và núi đan cắt nên địa hình cảnh
quan khá đa dạng. Hiện nay, trên toàn tỉnh đã và đang trồng nhiều loại cây có
giá trị kinh tế cao như cây cà phê, cao su, tiêu, điều, ca cao, lúa, gạo, ngô, đậu
tương, đường.
Tuy nhiên có vấn đề nảy sinh là không phải năng suất cây trồng nào
cũng ổn định do nhiều yếu tố, trong đó có yếu tố khí hậu và do biến đổi khí
hậu, điều đó có ảnh hưởng không nhỏ đến năng suất và sản lượng cây trồng.
Bởi vậy, nghiên cứu đặc điểm khí hậu nông nghiệp của tỉnh Đắk Nông có ảnh
hưởng thế nào đến năng suất là cơ sở khoa học để tìm ra hướng và giải pháp
thích hợp cho ngành trồng trọt để đem lại hiệu quả kinh tế cao nhất cho sản
xuất nông nghiệp, góp phần xóa đói giảm nghèo, giữ vững tăng trưởng kinh tế
Bởi vậy, việc lựa chọn đề tài "Đánh giá tài nguyên khí hậu nông
nghiệp tỉnh Đắk Nông phục vụ phát triển cây trồng " với mong muốn góp
phần giải quyết bài toán gia tăng năng suất cây trồng đang được đặt ra ở tỉnh
Đắk Nông, là cấp thiết, phù hợp thực tế và mang ý nghĩa cả về khoa học.
2. Mục đích, nhiệm vụ, giới hạn nghiên cứu của đề tài
2.1. Mục tiêu
Góp phần tìm hiểu sâu hơn về mối quan hệ giữa đặc điểm khí hậu nông
nghiệp và năng suất cây trồng, tăng cường năng lực đánh giá và dự báo năng
suất bằng việc áp dụng các mô hình để định lượng.
2.2. Nhiệm vụ
Để đạt được mục đích trên, đề tài cần giải quyết các nhiệm vụ sau:

2

- Nghiên cứu cơ sở lý luận của việc đánh giá điều kiện khí hậu nông
nghiệp ảnh hưởng tới năng suất cây trồng và yêu cầu thực tiễn của việc đánh
giá ở tỉnh Đắk Nông.
- Áp dụng mô hình tính toán để đánh giá năng suất cây trồng trong điều
kiện khí hậu nông nghiệp tỉnh Đắk Nông.
- Đưa ra đề xuất và kiến nghị
2.3. Giới hạn nghiên cứu
- Về phạm vi nghiên cứu: Phạm vi nghiên cứu được giới hạn trong tỉnh
Đắk Nông (bao gồm 7 huyện và 1 thị xã): 7 huyện: Cư Jút, Krông Nô, Đăk
Song, Đăk Mil, Đăk Glong, Đăk R'Lấp, Tuy Đức; 1 thị xã: Gia Nghĩa

3


4


- Về nội dung nghiên cứu:
+ Đánh giá điều kiện khí hậu – thời tiết, tập trung vào điều kiện mưa
ẩm ảnh hưởng tới năng suất cây trồng bằng mô hình. Cây trồng được lựa chọn
trong mô hình đánh giá năng suất là cây trồng tiêu chuẩn.
3. Quan điểm và phương pháp nghiên cứu
3.1. Quan điểm nghiên cứu
3.1.1. Quan điểm hệ thống
Quan điểm hệ thống yêu cầu khi nghiên cứu phải xem xét đối tượng
một cách toàn diện nhiều mặt, nhiều mối quan hệ, trong trạng thái vận động
và phát triển, trong những hoàn cảnh cụ thể để tìm ra bản chất và các quy luật
vận động Khí hậu là một hợp phần của hệ thống tự nhiên, có mối quan hệ với

các hợp phần khác trong địa tổng thể bao gồm: Thủy quyển, khí quyển, thạch
quyển, thổ nhưỡng quyển và sinh quyển. Mặt khác, khí hậu cũng là một hệ
thống bao gồm các nhân tố thuộc cấp thấp hơn, đó là các nhân tố bức xạ, hoàn
lưu khí quyển, bề mặt đệm hình thành các nhân tố đó khác nhau sẽ hình thành
nên các đặc điểm khác nhau về nhiệt độ, lượng mưa, độ ẩm, nắng, gió và các
hiện tượng thời tiết đặc biệt .
Vặn dụng quan điểm hệ thống vào trong đánh giá tài nguyên khí hậu
tỉnh Đắk Nông phục vụ phát triển cây trồng là xem xét mối quan hệ giữa các
nhân tố hình thành khí hậu với đặc điểm sinh trưởng, phát triển cây trồng, các
nhân tố hình thành khí hậu và đặc điểm sinh trưởng, phát triển của cây trồng
có vị trí độc lập với các chức năng riêng và có những quy luật vận động phát
triển riêng nhưng chúng lại có mối quan hệ biện chứng với nhau, theo mối
quan hệ ảnh hưởng của môi trường sinh thái theo quy luật lượng chất, quy
luật hệ thống – cấu trúc.
3.1.2. Quan điểm lãnh thổ
Các đặc điểm khí hậu có sự phân hóa theo không gian, do đó khi tiến
hành nghiên cứu phải gắn với lãnh thổ cụ thể.

5


Quan điểm lãnh thổ được vận dụng trong quá trình khoanh vùng đặc
điểm khí hậu nông nghiệp theo các khu vực khác nhau, đồng thời cũng có mối
quan hệ với các khu vực liền kề và trong toàn vùng. Mỗi địa phương, mỗi khu
vực có những đặc điểm khí hậu khác nhau nhưng lại có mối liên hệ với các
đơn vị khí hậu khu vực bên cạnh. Do đó, khi tiến hành đánh giá năng suất cây
trồng đối với điều kiện khí hậu, tác giả đã gắn với lãnh thổ cụ thể và xem xét
trong mối quan hệ với lãnh thổ bên cạnh và trong toàn vùng
3.1.3. Quan điểm sinh thái môi trường
Theo quan điểm sinh thái thì môi trường có ảnh hưởng quyết định đến

sự tồn tại và phát triển của sinh vật. Mỗi cá thể (sinh vật) có mối quan hệ chặt
chẽ với các nhân tố môi trường xung quanh. Do đó, khi nghiên cứu và đánh
giá năng suất cây trồng ngoài yếu tố khí hậu còn cần phải xem xét một cách
toàn diện sự tác động của các nhân tố khác đến cây trồng bởi lẽ sự tác động
đó đều có một giới hạn nhất định mà nếu vượt qua giới hạn này thì cây trồng
sẽ thay đổi, đột biến và sẽ ảnh hưởng đến năng suất. Hơn nữa bản thân mỗi
loại cây trồng có những đặc điểm sinh lý và quá trình phát triển riêng, mỗi
loại cây, mỗi giai đoạn phát triển chịu sự ảnh hưởng và có nhu cầu về môi
trường sống khác nhau, vấn đề này ảnh hưởng rất nhiều tới năng suất và sản
lượng. Điều này đặc biệt quan trọng và là các dữ liệu đầu vào cho mô hình
đánh giá năng suất.
3.1.4. Quan điểm phát triển bền vững
Phát triển bền vững là sự phát triển đảm bảo sự hài hòa giữa mục tiêu tăng
trưởng kinh tế với mục tiêu giữ gìn ổn định về văn hóa – xã hội và bảo vệ môi
trường. Bởi vậy kết quả của nghiên cứu phải phục vụ cho mục tiêu này.
3.1.5. Quan điểm thực tiễn
Thực tiễn là một trong những cơ sở để nghiên cứu đặt ra vấn đề và định
hướng khả năng áp dụng kết quả nghiên cứu vào thực tiễn. Quan điểm thực

6


tiễn xuyên suốt từ lúc lựa chọn đề tài, đối tượng nghiên cứu, quá trình đánh
giá và đề xuất giải pháp đáp ứng được nhu cầu thực tiễn của địa phương.
3.2. Phương pháp nghiên cứu
3.2.1. Phương pháp xử lý số liệu
Thu thập và xử lý số liệu là giai đoạn đầu của quá trình đánh giá. Trên
cơ sở mục đích và nhiệm vụ của đề tài, tác giả đã tiến hành thu thập các số
liệu, tài liệu tại khu vực nghiên cứu là tỉnh Đắk Nông, các số liệu về đặc điểm
tự nhiên và tài nguyên của tỉnh, từ đó chọn lọc các yếu tố cần thiết để đánh

giá theo mục đích yêu cầu của đề tài. Tác giả đã sắp xếp, hệ thống hóa các số
liệu theo nội dung đánh giá.
3.2.2. Phương pháp phân tích tổng hợp
Từ các số liệu đã thu thập, tác giả đã hệ thống hóa các số liệu, xây dựng
các biểu đồ, bản đồ, phân tích các kết quả, so sánh, đối chiếu sự thay đổi điều
kiện khí hậu với năng suất cây trồng.
3.2.3. Phương pháp bản đồ
Đây là phương pháp chủ đạo của khoa học địa lý. Từ các bản đồ nền đã
có của khu vực nghiên cứu, trên cơ sở phương pháp của bản đồ học, tác giả đã
xây dựng các bản đồ phục vụ cho mục đích đánh giá, sau đó liên kết các bản
đồ thành phần để đưa ra kết quả đánh giá năng suất cây trồng trên lãnh thổ
nghiên cứu.
3.2.4. Phương pháp sử dụng mô hình
đánh giá tài nguyên khí hậu tỉnh Đắk Nông phục vụ phát triển cây trồng
là vấn đề nghiên cứu liên quan tới nhiều lĩnh vực, đa ngành và mang tính hệ
thống, đặc biệt liên quan mật thiết đến các đối tượng nghiên cứu của khoa học
Trái đất nói chung và ngành địa lý nói riêng. Bởi vậy, với quan điểm tiếp cận
trên, đồng thời để đạt được các mục tiêu đã đặt ra, nhóm phương pháp nghiên
cứu và sử dụng mô hình được sử dụng. Luận văn đã sử dụng các mô hình Eto,
Rainbow, Budget.

7


Độ bốc-thoát hơi tham chiếu và mô hình Eto Caculator
Độ bốc-thoát hơi tham chiếu Eto
Độ bốc-thoái hơi nước là sự kết hợp giữa độ bốc hơi nước của đất và độ
thoái hơi nước của cây trồng. [29] Độ bốc thoát hơi nước này chịu ảnh hưởng
trực tiếp từ các thông số khí tượng, tính chất cây trồng, sự quản lý và điều
kiện môi trường. Tuy nhiên, việc đo đạc độ bốc-thoát hơi nước ngoài thực địa

là rất khó khăn, sẽ dễ dàng hơn nếu tính độ bốc-thoái hơi nước từ một bề mặt
tham chiếu (bề mặt tham chiếu là một bề mặt trồng cỏ, bề mặt này bao gồm
toàn bộ đặc điểm của đất, điều kiện tưới nước tốt và điều kiện nông nghiệp tối
ưu). Độ bốc-thoát hơi nước tính từ bề mặt này được gọi là độ bốc thoái hơi
nước tham chiếu và được ký hiệu là ETo.
Khái niệm độ bốc thoái hơi nước tham chiếu được giới thiệu cho
nghiên cứu về nhu cầu thoái hơi nước của khí quyển độc lập của các kiểu cây
trồng nông nghiệp, sự phát triển của cây và điều kiện chăm sóc. Vì ETo được
tính trong một môi trường tham chiếu, nơi mà sự quản lý và điều kiện môi
trường là tối ưu, do vậy chỉ có một nhân tố ảnh hưởng đến ETo là các thông
số khí tượng, có thể nói rằng ETo là một thông số khí tượng và có thể được
tính toán từ các dữ liệu thời tiết. ETo biểu diễn năng lượng bốc hơi của khí
quyển tại một vị trí và thời gian trong năm đã được lựa chọn và không cân
nhắc đến các tính chất của cây trồng và nhân tố của đất.
Một lượng lớn các phương trình thực nghiệm và bán thực nghiệm đã
được phát triển để ước tính độ bốc hơi tham chiếu từ dữ liệu khí tượng. Ngoài
ra nhà khoa học còn phân tích cách phương pháp tính khác nhau cho những
khu vực khác nhau để đưa ra phương tình chính xác nhất. Là một kết quả
trong chương trình tư vấn, phương pháp FAO Penman-Monteith đã được
khuyến cáo như một phương pháp tiêu chuẩn cho định nghĩa và tính toán độ
bốc hơi tham chiếu. Phương pháp này được lựa chọn vì nó là gần giống với bề
mặt tự nhiên và kết hợp rõ ràng hai thông số sinh lý học và khí động lực.

8


Công thức tính độ bốc-thoát hơi tham chiếu ETo theo phương pháp
FAO Penman-Monteith:
ETo =

900
u 2 ( es − ea )
T + 273
∆ + γ (1 + 0.34u 2 )

0.408∆ ( Rn − G ) + γ

Trong đó:

(1)

ETo độ bốc-thoát hơi nước tham chiếu [mm day-1]

Rn

là bức xạ tại bề mặt cây trồng [MJ m-2day-1]

G

tỷ trọng luồng nhiệt đất [MJ m-2day-1]

Tnhiệt độ không khí tại độ cao 2m [C0]
u2

tốc độ gió tại độ cao 2m [m s-1]

esáp suất hơi nước bão hòa [kPa]
ea

áp suất hơi nước thực tế [kPa]

es-ea mức độ thiếu hụt áp suất hơi nước bão hòa [kPa]
Δslope vapour pressure curve [kPa 0C-1]
γ thông số psychrometric [kPa 0C-1]
Một trong những mô hình ưu việt đã được FAO công nhân để tính độ
bốc-thoát hơi nước tham chiếu là phần mềm ETo calculator,
Mô hình ETo Calculator
Giao diện chính của mô hình gồm ba phần (hình 2):
a- Data base management: tại đây người dùng có thể lựa chọn một têp
dữ liệu hoặc tạo ra một tệp tin mới.
b- Selected climatic station: trong phần này tên của tập tin và tên tương
ứng của trạm khí tượng được hiển thị. Chúng ta có thể cập nhập tính chất của
các trạm, mở rộng hoặc thu ngắn phạm vi của dữ liệu, thay đổi ngưỡng của
giới hạn dữ liệu và kiểm tra dữ liệu khí tượng đã có.
c- ETo calculaton: tại đây các thông số khí tượng sử dụng để tính ETo
có thể được cập nhật, chọn lựa và thay đổi phù hợp với các dữ liệu tương ứng,
và kết quả thu được có thể được xuất ra.

9


Hình 2: Giao diên chính của mô hình ETo caculator

Dữ liệu đầu vào để tính toán cho mô hình là các dữ liệu khí tượng ngày,
10 ngày hoặc tháng, bao gồm: dữ liệu nhiết độ; dữ liệu độ ẩm không khí; dữ
liệu tốc độ gió; dữ liệu bức xạ nhiệt. Tất cả các dữ liệu khí tượng được lưu trữ
trên một tệp tin đầu vào và được lựa chọn đơn vị thích hợp trong quá trình
tính toán.
Trong trường hợp dữ liệu đổ ẩm, tốc độ gió hoặc bức xạ nhiệt là không
có thì chương trình sẽ sử dụng những thông tin đã được lựa chọn trong hộp

lưu trữ mặc định tương ứng để ước tính những dữ liệu khí tượng bị thiếu.
Cùng với phương pháp FAO Penman-Monteith và dữ liệu khí tượng,
ETo đã được tính toán, kết quả được hiển thị trong cửa sổ và được lưu trữ
trong một tệp tin tương ứng. Kết quả ETo thu được cũng được xuất làm các
dữ liệu đầu vào cho các mô hình khác như Budget, AquaCrop.

10


Ngoài ra, chương trình ETo calculator còn hỗ trợ cho việc vẽ đồ thị các
dữ liệu khí tượng. Ứng dụng này sẽ thể hiện trực quan dữ liệu khí tượng đã có
bằng đồ thị.
Phân tích tần suất và kiểm tra tính đồng nhất bằng mô hình Rainbow
Phân tích tần suất và kiểm tra tính đồng nhất của dữ liệu
Một vấn đề phổ biến trong nhiều khu vực công trình tài nguyên nước là
việc phân tích các vấn đề về thủy văn và khí tượng cho quy hoạch và thiết kế
dự án. Phục vụ cho những mục đích này, thông tin yêu câu là lượng mưa, độ
sâu dòng chảy, lưu lượng dòng chảy, mức độ thoát hơi nước .vv. cái có thể
được dự tính cho một lựa chọn xác suất hoặc thời gian lặp lại. [30. pp. 1].
Phân tích tần suất của dữ liệu mưa hoặc các dữ liệu khác yêu cầu rằng
dữ liệu đó là đồng nhất và độc lập. Sự giới hạn của tính đồng nhất bảo đảm
rằng những dữ liệu được quan sát từ cùng một tập hợp đồng nhất. Tất cả dữ
liệu của 3 trạm khí tượng trong tỉnh Đắk Nông được phân tích dựa trên độ
lệch tích lũy từ giá trị trung bình.
Sk = ∑ ( X i − X )
k

(2)

i =1

k = 1, ..., n

Trong đó: - Xi là số liệu từ chuỗi dư liệu X1, X2... Xn
- Giá trị ban đầu Sk = 0 và giá trị cuối cùng Sk = n là bằng không
Hình 3 là một ví dụ phân tích tần suất về tổng lượng mưa hàng năm của
Tananarive. Có thế thấy rằng khi đồ thị Sk’s thay đổi trong giá trị trung bình
là dẽ dàng nhận ra tính đồng nhất của dữ liệu. Với một dữ liệu X i trên mức
bình thường Sk = i tăng, trong khi dữ liệu dưới mức bình thường Sk =i giảm.
Đối với một chuỗi dữ liệu đồng nhất có thể mong đợi rằng Sk’s dao động
xung quanh giá trị 0. Từ trước đến nay không có một mô hình hệ thống trong
độ lệch của Xi’s từ các giá trị trung bình của chúng

11


Hình 3. Độ lệch tích lũy từ giá trị trung bình của tổng lượng mưa hàng
năm (1960-1994) của Tananarive (Madagascar). Khi đồ thị độ lệch tích
lũy đi qua một trong những đường nằm ngang tương ứng với các xác
suất 90%, 95% and 99% thì chuỗi dữ liệu là không đồng nhất
Để kiểm tra tính đồng nhất của chuỗi dữ liệu, độ lệch tích lũy thường
được thay đổi lại tỷ lệ. Điều này thu được bằng cách chia các giá trị Sk’s theo
giá trị độ lệch tiêu chuẩn (s). Bằng cách đánh giá Q (giá trị tối đa) hoặc rãnh
(R) của độ lệch tích lũy từ giá trị trung bình đã thay đổi tỷ lệ, tính đồng nhất
của dữ liệu của một chuỗi dữ liệu có thể được kiểm tra:
S 
S = max  k 
 s 

(3)

S 
S 
R = max  k  − min  k 
 s 
 s 

(4)

Giá trị cao của Q hoặc R là một đấu hiệu cho thấy rằng đữ liệu của một
chuỗi thời gian là không đến từ cùng một tập hợp mẫu và những biến động là
không hoàn toàn ngẫu nhiên.

12


Chương trình Rainbow được thiết kế cho nghiên cứu những số liệu về
khí tượng hoặc thủy văn bằng việc phân tích tần suất và kiểm tra tính đồng
nhất của những ghi chép đó.
Phần mềm Rainbow cho phép xác minh có hay không dữ liệu là phân
bố bình thường (hoặc gần như bình thường) và nếu dữ liệu không được phân
bố bình thường thì chuyển đổi một cách thích hợp để bình thường hóa các dữ
liệu. Sau đó, chương trình được sử dụng để tính toán xác suất xuất hiện và
vượt qua (như P20, P50 và P80) theo phương pháp Weibull. [30. pp. 3.]
Mô hình Rainbow
Cấu trúc chính của phần mềm Rainbow được trình bày trong hình 3. Từ
giao diện chính, người sử dụng có quyền truy cập vào các dữ liệu và có thể
thực hiện một phân tích. Một phân tích được bắt đầu cùng với sự lựa chọn
hoặc tạo ra một tệp tin dữ liệu mới. Một tệp tin dữ liệu bao gồm kiểu dữ liệu
quan sát (hàng ngày, 10 ngày, hàng tháng, mùa hoặc hàng năm). Một khi các

dữ liệu được lựa chọn, một phân tích trên các dữ liệu có thể được thực hiện
bằng lựa chọn “Homogeneity test” hoặc “Frequency analysis”
Hình 4: Giao diện chính mô hình Rainbow

Tính toán cân bằng nước cho vấn đề khô hạn bằng mô hình Budget
Mô hình Budget

13


Budget là một phần mềm được xây dựng để đánh giá và dự báo năng
suất cây trồng trên cơ sở phương pháp của Jenssen. [31. Pp. 1-22.] Budget là
một phần mềm bao gồm một tập hợp các chương trình con được xây dựng để
mô phỏng các quá trình hấp thụ nước bởi rẽ cây và sự vận chuyển nước trong
các lớp đất. Bằng các phép đo những yếu tố ảnh hưởng đến năng suất cây
trồng Budget có thể ước tính được sự suy thoái năng suất trong giai đoạn cây
trồng cần thiết nước nhất [32. pp. 2.]
Bằng việc tính toán nước và hàm lượng muối trong đất bị ảnh hưởng
bởi đầu vào và thu hồi nước và muối trong thời gian mô phỏng, chương trình
phù hợp cho việc:
- Đánh giá mức độ cần nước của cây trồng dưới điều kiện mưa.
- Ước tính phản ứng của năng suất cây trồng với nước.
- Thiết kế lịch trình thủy lợi.
- Nghiên cứu quá trình tích lũy mối trong vùng rễ dưới điều kiện tưới
tiêu không thích hợp.
- Đánh giá các chiến lược thủy lợi.
- Mô hình mô phỏng sự thay đổi lượng nước trong đất và sự tích tụ
muối trong lớp đất trong quá trình mô phỏng, chương trình cũng có giá trị như
một công cụ giảng dạy.
Giao diện chỉnh của mô hình bao gồm 3 phần (hình 4):

A: dữ liệu khí tượng/cây trồng/ đất:
1- chọn lựa, tạo và cập nhật các dữ liệu đầu vào.
2- chọn lựa thời điểm bắt đầu mùa vụ.
3- chọn lựa hệ thống tưới tiêu và chất lượng các công trình thủy lợi.
B Mô phỏng.
4- chọn lựa giai đoạn mô phỏng, những điều kiện ban đầu cho 1 lần
chạy và kết quả được tạo ra.
5- chạy một mô phỏng cho những môi trường và điều kiện đã chọn.

14


C Lịch trình.
6- điều chỉnh các thông số của lịch trình.

Hình 5: Giao diện chính của mô hình Budget
Chương trinh sử dụng các dữ liệu khí tượng bao gồm các dữ liệu ngày,
10 ngày hoặc dữ liệu tháng của độ bốc thoát hơi nước và lượng mưa quan sát
làm dữ liệu đầu vào. Cùng với việc xác định và lựa chọn một vài thông số cây
trồng nông nghiệp thích hợp, chương trình tạo ra một một bộ thông số hoàn
chình để tính toán, bộ thông số này có thể được biển diễn và thay dổi nếu thông
tin thêm vào là sẵn có. Ngoài ra, đất cũng là một thông số đầu vào cho mô
hình, tầng đất có thể bao gồm một vài lớp đất, mỗi lớp đất được lựa chọn một
thông số thích hợp. Budget còn chưa đựng một ngân hàng các thông số mặc
định mà có thể được lựa chọn và điều chỉnh cho các kiểu lớp đất khác nhau.
Dữ liệu đầu vào bao gồm:

15

- Dữ liệu khí tượng (dữ liệu ngày, 10 ngày hoặc tháng): độ bốc thoát
hơi nước tham chiếu (ETo) và lượng mưa.
- Thông số cây trồng: thông số miêu tả sự phát triển cây trồng và sự
hấp thụ nước của dễ, bằng các chọn lựa các lớp thích hợp (kiểu cây trồng;độ
sâu của dễ; mức độ nhạy cảm với nước; mức độ che phủ của tán cây; xac định
tổng chiều dài của giai đoạn sinh trưởng. Budget đua ra một bộ thông số hoàn
chỉnh, những thông số này có thể điều chỉnh được tùy theo loại cây trồng).
- Thông số đất: đất có thể bao gồm một vài lớp đất khác nhau, mỗi lớp
được chọn lựa một thông số phù hợp. Budget chứa đựng một bộ thông số mặc
định cái có thể được điều chỉnh cho các lớp đất khác nhau.
- Dữ liệu thủy lợi: chất lượng nước (độ mặn), khoảng thời gian tưới
tiêu và mức độ sử dụng nước hoặc tiêu chuẩn để đưa ra một lịch trình thủy
lợp phù hợp.
- Điều kiện ban đầu của nước và muối có trong lớp đất.
4. Khung nghiên cứu
Hình 6. Các bước nghiên cứu của đề tài
Nghiên cứu đánh giá năng suất cây trồng trong điều kiện khí hậu nông
nghiệp tỉnh Đắk Nông được thực hiên qua 3 giai đoạn: Thu thập tài liệu, tư
liệu; Xử lý tư liệu, xác định cơ sở lý luận, phương pháp tiến hành đánh giá;
Giai đoạn đề xuất các kiến nghị cho việc phát triển cây nông nghiệp của tỉnh
Đắk Nông.
Mỗi giai đoạn khác nhau có các nhiệm vụ tương ứng cần thực hiện
- Giai đoạn thu thập tài liệu, tư liệu: bao gồm tài liệu về lý luận đánh
giá năng suất cây trồng trong các điều kiện khác nhau của tự nhiên đặc biệt là
điều kiện khí hậu, các công trình nghiên cứu liên quan và tư liệu điều tra cơ
bản về tự nhiên và kinh tế xã hội địa phương.
- Giai đoạn xử lý tư liệu: Giải quyết nội dung sau:

16

+ Xác định cơ sở lý luận và thực tiễn của đánh giá năng suất cây trồng
phục vụ các mục đích phát triển kinh tế - xã hội của tỉnh Đắk Nông.
+ Lựa chọn chỉ tiêu và phương pháp đánh giá.
+ Tiến hành đánh giá năng suất cây trồng với điều kiện khí hậu nông
nghiệp của tỉnh Đắk Nông. Đề tài dựa vào chạy các mô hình (mô hình Eto
Caculator, mô hình Rainbow và mô hình Budget.
- Giai đoạn đề xuất kiến nghị: đề xuất kiến nghị cho việc đánh giá năng
cây trồng trong điều kiện khí hậu nông nghiệp tỉnh Đắk Nông gồm 2 bước:
+ Đánh giá năng suất cây trồng gắn với điều kiện khí hậu của tỉnh.
+ Định hướng cho việc quy hoạch phát triển hệ thống thuỷ lợi thông
qua kết quả đánh giá khả năng cung cấp nước cho cây trồng tiêu chuẩn trên
lãnh thổ nghiên cứu.

17


CHƯƠNG 1. CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN ĐÁNH GIÁ KHÍ HẬU
NÔNG NGHIỆP VÀ NĂNG SUẤT CÂY TRỒNG.
1.1. Cơ sở lý luận
1.1.1. Khí hậu và khí hậu ứng dụng
Khí hậu
Khí hậu là một thành phần của môi trường tự nhiên. Khí hậu có vai trò
quan trọng đối với thế giới sinh vật, đời sống, sản xuất và các lĩnh vực khác
của con người. Thông qua các yếu tố: nhiệt, ẩm, ánh sáng, khí áp…
Theo nhà khí hậu học người Đức W.Koppen thì “khí hậu là trạng thái
thời tiết trung bình và quá trình thời tiết nói chung ở mọi nơi” [15. tr 5.] Còn
theo nhà khí hậu học J.Hann thì: “Khí hậu là toàn bộ các hiện tượng khí tượng
đặc trưng cho trạng thái trung bình của khí quyển ở một địa điểm trên Trái
Đất” [15. tr 6.] Còn với L.S.Béc-Gơ thì định nghĩa: “Khí hậu là trạng thái

trung bình của các hiện tượng khí tượng có thể ảnh hưởng đến thực vật, động
vật và các loại hình thổ nhưỡng, nên khí hậu là trạng thái trung bình của hiện
tượng khí tượng”. [15. tr 6.].
Còn B.P.Alixop đưa ra định nghĩa được đông đảo các nhà khoa học
thừa nhận hơn cả. Theo ông thì; “khí hậu của một nơi nào đó là chế độ thời
tiết đặc trưng nhiều năm, được tạo nên bởi bức xạ Mặt Trời, đặc tính của bề
mặt đệm và hoàn lưu khí quyển”. [15. tr 5.]
Khí hậu ứng dụng là một ngành khoa học nghiên cứu khí hậu trong mối
quan hệ với từng đối tượng cụ thể, vừa có ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực
tiễn. Một mặt, nó tạo những bước tiến lớn cho sự phát triển của các ngành như
khí hậu học, khí tượng… mặt khác, kết quả của các công trình nghiên cứu
trong lĩnh vực khí hậu ứng dụng sẽ giúp đưa ra những giải pháp đúng đắn, hợp
lý, trên cơ sở đó thúc đẩy sự phát triển của các ngành kinh tế, nhất là các ngành
phụ thuộc nhiều vào thời tiết, nhằm đem lại hiệu quả kinh tế ngày càng cao.

18


Liên quan đến các yêu cầu của thực tiễn phát triển sản xuất và kinh tế,
trong mối quan hệ giữa khí hậu – con người – môi trường, khí hậu ứng dụng
có thể được phân chia theo các hướng cơ bản sau: Khí hậu nông nghiệp, khí
hậu y học, khí hậu du lịch, khí hậu xây dựng, khí hậu giao thông hàng không,
khí hậu quân sự, khí hậu một số lĩnh vực khác.
Y học

Nông
nghiệp

Lĩnh
vực

khác

KHÍ
HẬU
ỨNG
DỤNG
Quân
sự

Du
lịch

C

Khí hậu giao thông
Xây
hàng không
dựng
Giao
thông

Hình 7. Các hướng nghiên cứu cơ bản của khí hậu ứng dụng
Khí hậu và thời tiết có ý nghĩa quan trọng trong sản xuất nông nghiệp.
Mọi hiện tượng và chế độ thời tiết như nóng, lạnh, mưa, nắng… đều có ảnh
hưởng chi phối quá trình sinh trưởng của cây trồng và kết quả mùa màng.
Trong những điều kiện thuận lợi, cây cỏ sẽ phát triển tốt, đạt năng suất cao.
Ngược lại cây sẽ không mọc được, hoặc có mọc thì cũng không ra hoa, kết
quả, hay chỉ cho thu hoạch kém. [17. tr.5.]

19

Yêu cầu của sản xuất đã bắt buộc con người phải tìm hiểu và tổng kết
những quy luật thời tiết và khí hậu để vận dụng vào nông nghiệp. Dựa trên
những quy luật đó người ta đã sơ bộ phân chia các vùng trồng trọt, quy định
các thời vụ thích hợp, đề ra các biện phát kỹ thuật nhằm đạt hiệu quả cao
nhất. Dưới ánh sáng của khoa học hiện đại, việc tổng kết những kinh nghiệm
lâu đời trong quá trình sản xuất, những thành quả nghiên cứu và khảo sát trên
những lĩnh vực khác nhau đã cho phép người ta xây dựng một khoa học mới
mẻ về khí hậu nông nghiệp, đây là khoa học mới mẻ so với lịch sử nông
nghiệp của con người và nó đang ngày càng hoàn chỉnh và tiến bộ. Những
kiến thức phong phú về khí hậu nông nghiệp đã được áp dụng thành công vào
mục đích phân vùng sản xuất, cải tiến kỹ thuật nông nghiệp và đã góp phần
quan trọng vào việc tăng năng suất mùa màng ở nhiều nước trên thế giới…
1.1.2. Khí hậu ứng dụng trong nông nghiệp
Nội dung chủ yếu của khoa học khí hậu nông nghiệp là nghiên cứu mối
quan hệ nhiều mặt giữa thời tiết-khí hậu với sản xuất, đồng thời nêu ra
phương hướng vận dụng mối quan hệ đó nhằm năng cao hiệu quả của sản
xuất nông nghiệp. Một cách tổng quát nhất, có thể xét tới các khía cạnh sau
[18. tr.7]:
1. Ảnh hưởng của khí hậu – thời tiết đối với cây trồng.
2. Ảnh hưởng của khí hậu – thời tiết đối với đất đai.
3. Mối quan hệ giữa khí hậu và sinh vật, bao gồm súc vật chăn nuôi,
sâu bệnh, côn trùng.
4. Ý nghĩa của khí hậu trong các biện pháp kỹ thuật như thời vụ, kỹ
thuật canh tác, tưới bón…
5. Những yếu tố của khí hậu nông nghiệp. Cách đánh giá những đặc
điểm khí hậu nông nghiệp ở từng vùng.

20

Nội dung của đề tài chỉ đề cập đến khí hậu – thời tiết đối với cây trồng,
vậy khí hậu – thời tiết có ảnh hưởng như thế nào đối với cây trồng đây là nội
dung cơ sở lý luận quan trọng đối với đề tài.
Trong đời sống cây trồng khí hậu có vai trò vô cùng quan trọng. Nó chi
phối quá trình sinh trưởng của cây trồng, quyết định chất lượng và năng suất
mùa màng.
Khác với cây tự nhiên, cây trồng phát triển trong những điều kiện hạn chế
(trên một thửa ruộng, trong một thời vụ nhất định…) mà người ta đã tạo ra cho
nó. Việc trồng cây cũng nhằm đem lại kết quả thu hoạch cao nhất. Cho nên, yêu
cầu về khí hậu của cây trồng cũng chặt chẽ hơn rất nhiều so với tự nhiên.
Con người với khả năng và phương tiện hiện có, có thể tác động một
chừng mực nào đó tới những điều kện tự nhiên, tạo ra những hoàn cảnh khí
hậu thích hợp đới với cây trồng. Ví dụ như: tưới nước khi thiếu nước, phủ ấm
khi gặp rét, phòng chống gió bão hư hại đến cây… bằng khoa học kỹ thuật
con người cũng có thể giúp cây trồng thích nghi được với nhiều kiểu khí hậu,
khác với khí hậu ở nơi nguồn gốc.
Do đó mà việc đánh giá tài nguyên khí hậu và khảo sát những đặc điểm
sinh thái của cây trồng là một vấn đề mấu chốt của khí hậu nông nghiệp. Cụ
thể gồm các yếu tố sau:
1.1.2.1. Ánh sáng
Yếu tố quan trọng nhất với cây là ánh sáng. Cây chỉ có thể sống được
trong điều kiện có ánh sáng mặt trời. Ánh sáng mặt trời chính là nguồn năng
lượng chủ yếu cung cấp cho các quá trình tạo thành vật chất trong cây. Trong
điều kiện đầy đủ ánh sáng cây sẽ phát triển nhanh, đạt năng suất cao. Ngược
lại, cây cằn cỗi kém phát triển hoặc không ra hoa kết quả.
Cây sử dụng ánh sáng mặt trời trong suốt thời gian sinh tồn của nó. Khi
hạt giống mới gieo, nhờ có ánh sáng hun nóng đất xung quanh, hạt mới nảy
mầm được và mầm non mới phát triển. Khi cây con vừa nhú lên khỏi mặt đất

21


năng lượng mặt trời được sử dụng để tạo thành thân lá: lúc này các lá non đã
bắt đầu tham gia trực tiếp vào việc hấp thu ánh sáng mặt trời.
Khi cây lớn lên, một phần chất nuôi dưỡng cho cây được khai thác từ
không khí, bằng cách hấp thu khí cacbonic ở khí quyển. Sở dĩ cây có thể đồng
hóa được khí này, nghĩa là biến nó thành các chất hữu cơ tích lũy trong cây, là
nhờ có ánh sáng. Khoa học đã chứng minh rằng 95% khối lượng của cây được
tạo thành từ khí cacbonic lấy ở không khí và nước. Ta cũng biết, chất khô
trong cây chứa gần một nửa là cocbon, do đó mà chất lượng mùa màng phụ
thuộc rất nhiều vào điều kiện ánh sáng.
Tuy nhiên, sự đồng hóa khí cacbonic không phải chỉ diễn ra một chiều.
Ban đêm, trong quá trình hô hấp, cây tỏa ra khí cacbonic và mất đi một phần
chất hữu cơ tích lũy được trong ban ngày. Đêm càng dài và ngày càng nóng
thì hiện tượng diễn ra càng mạnh.
Do vậy khả năng tích lũy chất hữu cơ trong thực vật phụ thuộc nhiều
vào cường độ chiếu sáng và độ dài ban ngày. Nếu ánh sáng quá yếu, tốc độ
tích lũy giảm đi, nhưng nếu cường độ ánh sáng quá mạnh, cũng không có lợi
cho việc tích lũy chất hữu cơ trong cây.
Đặc tích của cây thích nghi với các điều kiện ngày dài ngắn khác nhau
gọi là tính chu kỳ ánh sáng của thực vật. Người ta phân biệt làm ba loại cây,
mỗi loại cây đòi hỏi những điều kiện ánh sáng riêng:
• Những cây ngày dài, thích nghi với điều kiện chiếu sáng dài trong
ngày (trên 12 giờ). Thuộc loại cây này có những cây ngũ cốc, củ cải, lanh, và
nhiều cây xứ lạnh khác. Những cây này chỉ kết quả khi có điều kiện chiếu
sáng nhiều trong ngày mùa hạ ôn đới và thời gian ra hoa bị chậm lại khi đưa
về phía nam, có ngày ngắn hơn.
• Những cây ngày ngắn, tức cũng là những cây đêm dài, đòi hỏi điều

kiện chiếu sáng ngắn trong ngày (dưới 12 giời). Đó là những cây như ngô,
bông, thuốc lá, đậu tương, kê và nhiều loại cây á nhiệt đới khác. Đưa đến

22


những nơi có điều kiện chiếu sáng dài hơn, thời hạn ra hoa kéo dài thêm, còn
ngược lại, đưa về nơi có điều kiện chiếu sáng ngắn hơn, cây kết quả sớm hơn.
• Những loại cây trung gian, ít cảm ứng đối với thời gian chiếu sáng.
Thuộc loại này có những cây như cà chua, thuốc lá, một số cây ăn quả. Tuy
nhiên những kết quả thí nghiệm đã chứng minh rõ những loại cây này cũng
vẫn có phản ứng đối với sự thay đổi của độ dài ban ngày tùy theo mức độ có
thấp hơn.
Yêu cầu ánh sáng là khác nhau đối với từng loại cây, và cây cũng
không phải hấp thu được toàn bộ ánh sáng mặt trời chiếu tới: Một phần để
xuyên qua kẽ lá, một phần phản xạ lại. Tính chất này thay đổi tùy loại cây,
phụ thuộc vào cấu tạo, mầu sắc của lá. Trung bình cây hấp thụ khoảng 75 –
80% năng lượng mặt trời chiếu tới, và chi dung phần lớn vào sự thoát hơi.
Phần còn lại 20 – 25% bị phản xạ hoặc xuyên qua tán lá. Phần chiếu xuyên
này thay đổi tùy thuộc vào độ dày sít của cây và độ rậm rạp của cành lá.
Tình trạng thừa ánh sáng hay thiếu ánh sáng đều có hại cho cây. Cây
trồng ở bóng râm hoặc trồng dày quá sẽ sinh trưởng không bình thường, vươn
dáng cao hoặc không lớn được. Ngược lại ánh sáng quá gay gắt sẽ làm hủy
hoại chất diệp lục của cây, lá bị vàng úa rồi chết.
Dựa theo yêu cầu về cường độ chiếu sáng, người ta phân biệt những
cây ưa sáng và những cây chịu râm. Loại cây ưa sáng thường có vỏ dày, xù
xì, không sợ giá lạnh và nóng bỏng. Loại cây chịu râm có vỏ mỏng và nhẵn,
sợ giá lạnh và nắng nóng. Những cây ưa sáng cũng có tán cây thưa hơn những
cây chịu râm. Mỗi loại cây đòi hỏi phải có kỹ thuật gieo trồng, chăm sóc thích
hợp, thì mới phát triển tốt.

Tóm lại, thời gian và cường độ chiếu sáng có ý nghĩa quyết định đối
với chất lượng mùa màng. Cây ăn quả được chiếu sáng tốt, sẽ cho quả ngon,
ngọt. Khoai trồng ở nơi dọi nắng, củ chứa nhiều tinh bột hơn khoai trồng ở
nơi cớm nắng. Cỏ mọc ở nơi sườn đón nắng nhận được nhiều ánh nắng hơn

23


mọc tốt và chứa nhiều dinh dưỡng hơn so với cỏ mọc ở sườn phía bắc hay
trong rừng.
1.1.2.2. Nhiệt độ
Yếu tố thứ hai, có ý nghĩa không kém phần quan trọng đối với đời sống
của cây là nhiệt độ.
Nhiệt độ đất có ảnh hưởng trực tiếp đến hoạt động của bộ rễ. Mỗi thời
kỳ phát dục của cây đòi hỏi một chế độ nhiệt nhất định. Nếu nhiệt độ đất quá
cao hay quá thấp một giới hạn nào đó, rễ cây ngừng phát triển và không cung
cấp được chất nuôi dưỡng cho cây, cây sẽ bị chết.
Những giới hạn nhiệt độ này khác nhau đối với từng loại cây. Ngay đối
với một loại cây trồng, những nhiệt độ đó cũng thay đổi theo giai đoạn sinh
trưởng. Những quá trình sinh lý chủ yếu của cây như quang hợp, hô hấp, sinh
trưởng… diễn ra chủ yếu ở nhiệt độ đất từ 0 đến 30 – 35 0C và tốc độ của quá
trình không đồng nhất trong khoảng nhiệt độ đó. Quá trình sinh lý được tăng
cường thêm khi nhiệt độ tăng, sau đó lại suy yếu đi và tới 40 – 45 0C thì
ngừng hẳn. Nhiệt độ đất trên 500C thường đã có hại rõ rệt đối với cây.
Khả năng chịu đựng nhiệt độ thấp cũng không giống nhau đối với từng
loại cây. Các cây nhiệt đới có thể ngừng sinh trưởng ở điều kiện nhiệt độ đất
3 – 50C thậm chí cao hơn nữa. Lúc này sự vận chuyển chất nuôi dưỡng từ rễ
lên thân lá bị đình trệ. Các cây xứ lạnh có thể chịu đựng được nhiệt độ thấp
hơn, tới -200C, -300C hay dưới hơn nữa.
Nhiệt độ đất còn ảnh hưởng quan trọng tới trạng thái cây. Khả năng nảy

mầm, tốc độ phát dục của mầm, cường độ hấp thụ các chất khoáng, dinh
dưỡng như photpho, kali, nitơ, v.v… và các hoạt động của vi sinh vật trong
đất đều phụ thuộc vào nhiệt độ đất. Sự trao đổi các chất khí giữa đất với lớp
không khí sát đất và cả sự vận chuyển hơi nước trong đất, sự bay hơi từ mặt
đất cũng có liên quan mật thiết với nhiệt độ đất.

24


Bởi vậy, muốn tạo điều kiện cho cây phát triển tốt phải duy trì nhiệt độ
đất thích hợp. Chẳng hạn, nhiệt độ thấp nhất để hạt giống nảy mầm là 12 – 140C
với lúa, 8 – 100C đối với ngô, 10 – 120C đối với thuốc lá. Trong những ngày
không đủ ấm mà tiến hành gieo trồng những cây này, sẽ không đạt kết quả.
Hoạt động của con người có thể làm thay đổi lớn đến chế độ nhiệt của
đất. Các biện pháp trồng rừng, tháo nước, tưới nước, đào hố chứa nước… cho
phép cải tạo chế độ nhiệt của đất trong những vùng rộng lớn, tạo điều kiện
thích hợp cho việc trồng trọt…
Ngoài nhiệt độ đất, các quá trình diễn ra trong cây còn phụ thuộc nhiều
vào nhiệt độ không khí. Trong điều kiện nhiệt độ đầy đủ, cây trải qua các thời
kỳ phát dục một cách bình thường. Những yêu cầu về mặt nhiệt độ của các
loại cây không giống nhau, có loại cây cần nhiệt nhiều, có loại cần nhiệt ít.
Mức độ phong phú của thực vật ở một nơi phụ thuộc vào điều kiện nhiệt
lượng thu được ở khu vực đó. Nói chung, ở những xứ nóng, cây mọc dễ dàng
hơn và năng suất cao hơn ở những xứ lạnh.
Người ta cũng xác định được những giới hạn tối thấp sinh lý của nhiệt
độ: phải trên giới hạn nhiệt độ nhất định thì cây mới bước vào một thời kỳ
phát dục chẳng hạn nảy mầm, ra hoa. Dưới giới hạn đó cây bị thui chột.
Nhiệt độ này gọi là nhiệt độ hữu hiệu.
Tốc độ phát dục của cây phụ thuộc rất nhiều vào nhiệt độ. Nhiệt độ
càng cao, tốc độ phát dục càng nhanh. Tất nhiên, cũng có một giới hạn trên

mà vượt qua đó, nhiệt độ sẽ bắt đầu ảnh hưởng xấu đến cây trồng.
Ví dụ, lúa có thể nảy mầm trong điều kiện nhiệt độ cao hơn 12 0C. Song
quá trình nảy mầm tiến triển tốt nhất là khi nhiệt độ vào khoảng 28 – 32 0C và
tới trên 350C thì quá trình nảy mầm kém đi.
Lúa cũng bắt đầu trỗ hoa khi nhiệt độ cao hơn 18 – 20 0C, và nhiệt độ
thích hợp nhất là 25 – 320C. Nhiệt độ trên 330C có hại rõ rệt cho lúa trỗ.

25