Tài liệu BÀI GIẢNG KHÍ TƯỢNG NÔNG NGHIỆP docx

Khí tượng nông nghiệp trong cơ cấu của mình chính là ngành khoa học của sự quan hệ có tính quy luật của sự thay đổi của các yếu tố thời tiết, khí hậu đối với các yếu tố nông nghiệp, đồng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM HUẾ

DỰ ÁN HỢP TÁC VIỆT NAM – HÀ LAN

BÀI GIẢNG

KHÍ TƯỢNG NÔNG NGHIỆP

Người biên soạn: ThS Nguyễn Ngọc Truyền

LỜI NÓI ĐẦU

Khí tượng nông nghiệp là môn học cơ sơ rất quan khối của một số ngành nông học đã được giảng dạy ở các trường đại học nông- lâ m nghiệp của nhiều nước Môn học này trang bị kiến thức về khí hậu, thời tiết, sự tác động qua lại của chúng đối với cây trồng, vật nuôi,… là đối tượng của sản xuất nông nghiệp Các yếu tố khí tượng là những yếu tố mô i trường quan khối trong các hệ sinh thái Ngoài ra, khí hậu, thời tiết còn chi phối tới hiệu quả của các biện pháp kỹ thuật nông- lâ m nghiệp

Khí hậu Việt Na m là nguồ n tài nguyên quý giá đòi hỏi việc sử dụng và khai thác hợp lý mới ma ng lại hiệu quả kinh tế cao, bảo vệ môI trường sinh thái bền vững và phát triển

Xuất phát từ vị trí quan khố i của mô n học và mục tiêu đào tạo của trường đại học

và cao đẳng nông nghiệp nhằm giúp người học hiể u và nắ m vững một số kiến thức về các yếu tố thời tiết cơ bản ảnh hưởng đển quá trình sản xuất nông nghiệp, mố i quan hệ của các yếu tố thời tiết đến cây trồng, vật nuô i Trên cơ sở đó khuyến cáo với người nông dân những biện pháp phòng chống hoặc né tránh những yếu tố thời tiết bất lợi, đồng thời sử dụng hợp lý những yếu tố thời tiết có lợi nhằ m giúp cây trồng, vật nuôi sinh trưởng, phát triển thuận lợi và cho năng suất cao

Được sự giúp đỡ của Trường Đại học Nông Lâm Huế, khoa Nông học, dự án Nuffic chúng tôi đã biên soạn cuốn bài giả ng “Khí tượng nông nghiệp” Do thời gian hạn chế nên cuốn sách khó tránh được khuyết điể m Chúng tôi rất mong được sự đóng góp ý kiến của quý thầy, cô giáo và đọc giả để lần tái bản sau được tốt hơn

Người biên soạn

BÀI MỞ ĐẦU KHÍ TƯỢNG NÔNG NGHIỆP

1 Khái niệ m khí tượng nông nghiệp

Khí tượng nông nghiệp là một ngà nh khoa học nghiên cứu tất cả các điều kiện khí tượng, khí hậu, thuỷ văn và sự phối hợp của chúng đối với các đối tượng và quá trình sản xuất nông nghiệp

Khí tượng nông nghiệp trong cơ cấu của mình chính là ngành khoa học của sự quan hệ có tính quy luật của sự thay đổi của các yếu tố thời tiết, khí hậu đối với các yếu tố nông nghiệp, đồng thời nghiên cứu những yếu tố đặc biệt của thời tiết thường xảy ra có ảnh hưởng trực tiếp đến cây trồng, vật nuô i

Thời tiết là trạng thái của khí quyển được đặc trưng bởi một tập hợp các yếu tố khí tượng xả y ra trên một phạm vi nhất định và trong một khoảng thời gian nhất định Nói cách khác, thời tiết là trạng thá i hàng ngày của khí quyể n, bao gồ m những biến đổi năng lượng ngắ n hạn và sự trao đổi chung bên trong bầu khí quyể n, cũng như giữa mặt đất và không khí bên trên nó, nhằ m cân bằng sự phân bố khác của bức xạ mặt trời

Khí hậu là sự tiếp diễ n có quy luật của các quá trình khí quyển được tạo thành ở một nơi nhất định do kết quả tác động qua lạ i của 3 nhâ n tố: bức xạ mặt trời, hoàn lưu khí quyển và mặt đệm

Như vậy, tất cả các yếu tố khí tượng, khí hậu, thuỷ văn đều ảnh hưởng đến quá trình sống, ảnh hưởng đến sinh trưởng, phát triển, năng suất, chất lượng sản phẩm của cây trồng, vật nuôi Các yếu tố trên đóng vai trò hết sức quan khối trong quá trình sản xuất nông nghiệp

Ngành khí tượng nông nghiệp có liê n quan chặt chẽ với các phân ngành khí tượng khác như khí tượng học, khí tượng dự báo, khí tượng cao không, khí hậu học, Ngoài ra, nó còn có quan hệ với các ngà nh khác như vật lý học, nông hoá thổ nhưỡng, sinh lý, sinh hoá, thuỷ nông và hầu hết các ngành khác của khoa học nông nghiệp

2 Đối tượng, mục đích và nhiệm vụ của môn Khí tượng Nông nghiệ p

2.1 Đối tượng:

Đối tượng nghiên cứu của ngà nh khí tượng nông nghiệp chính là nghiên cứu tác động qua lại giữa cây trồng hoặc các đối tượng khác của nông nghiệp cùng với điều kiện thời tiết, khí hậu

2.2 Mục đích:

Mục đích chủ yế u của Khí tượng nông nghiệp là giúp đỡ nông nghiệp lợi dụng hợp lý các điều kiện thời tiết và khí hậu nhằ m để thu được sản lượng cao, vững chắc đối với cây trồng và phát triể n thuận lợi ngành chăn nuôi

2.3 Nhiệm vụ:

Khí tượng nông nghiệp là một môn khoa học nghiên cứu ảnh hưởng của điều kiện khí tượng, khí hậ u thuỷ văn đối với sản xuất nông - lâ m - ngư nghiệp Nghiên cứu các biện pháp khai thác và bảo vệ nguồn tài nguyên khí hậu phục vụ sản xuất và đời sống Để đạt được mục tiêu đó, khí tượng nông nghiệp tiến hành nghiên cứu các vấn đề sau đây:

- Nghiên cứu tính quy luật của sự thay đổi các yếu tố khí tượng, khí hậu, thuỷ văn theo thời gian, không gian nhất định trong những vùng địa lý nhất định, có ảnh hưởng trực tiếp đến cây trồng

- Nghiên cứu những phương pháp đánh giá ảnh hưởng các yếu tố khí tượng lên sự sinh trưởng, phát triển, trạng thái cây trồng, chất lượng sản phẩ m, sự lây lan của sâu bệnh,

- Nghiên cứu các phương pháp dự báo Khí tượng Nông nghiệp kịp thời chính xác, đưa ra những biện pháp kỹ thuật nhằ m hạn chế hoặc loại trừ các yếu tố bất lợi của thời tiết đối với cây trồng

- Đánh giá tài nguyên khí hậu của từng vùng, khả năng đảm bảo của điều kiệ n khí hậu đối với từng loại cây trồng, vật nuôi, trên cơ sở đó phân vùng khí hậu nông nghiệp cho phù hợp

- Nghiê n cứu các biện pháp phòng chống thiên tai và ô nhiễ m môi trường

3 Các phương pháp ng hiên cứu

Các phương pháp nghiên cứu của ngành Khí tượng Nông nghiệp dựa trên một

số định luật cơ bản để vạch ra các phương pháp nghiên cứu

- Định luật yếu tố cân bằng (định luật không thay thế)

Bản chất của định luật là không một yếu tố nào từ những yếu tố cần thiết cho sự sinh trưởng và phát triể n của cây (ánh sáng, nhiệt độ, ẩm độ, nước) có thể thay thế bằng một yếu tố khác, tất cả chúng đều không thiế u được trong đời sống của cây

- Định luật giá trị không giống nhau (không như nhau):

Giá trị của các yếu tố môi trường tác động lên cây trồng phân ra thành những yếu tố chủ yế u và những yếu tố thứ yế u

+ Những yế u tố chủ yếu là những yếu tố không thể thiếu được và ảnh hưởng mạ nh đến cây trồng

+ Những yếu tố thứ yếu là những yếu tố đóng vai trò phụ, gián tiếp điều chỉnh tác động chính, chúng thúc đẩy hoặc là m yếu những tác động của yếu tố chính

- Định luật tối thấp (hay những yếu tố giới hạn)

Khi không thay đổi những điều kiệ n khác thì mức độ của năng suất phụ thuộc vào những yế u tố mà những yếu tố này nằ m trong giới hạn thấp

- Định luật tối thích (hay tác động tổng hợp của các điều kiện)

Theo định luật này sản lượng cao nhất của cây trồng chỉ đạt được khi có sự phối hợp tốt nhất của các yếu tố khác nhau (ánh sáng, nhiệt độ, ẩm độ, mưa, ) khi không ngừng nâng cao các biện pháp kỹ thuật nông nghiệp

- Định luật giai đoạn khủng hoảng

Gia i đoạn khủng hoảng nằ m trong một giai đoạn sống nào đó của cây trồng, đặc biệt mẫn cảm với một số điều kiện nhất định nào đó của mội trường như ẩ m độ, nhiệt

độ, ánh sáng,

Khi tiế n hành công tác nghiê n cứu về khí tượng nông nghiệp thường dùng nhiều phương pháp khác nhau, trong đó hay dùng nhất phương pháp sau đây:

3.1 Phương pháp quan trắc song song:

Phương pháp này là phương pháp cơ bản của quan trắc khí tượng nông nghiệp Theo phương pháp này người ta tiến hành đồng thời (song song) quan sát các yếu tố cây trồng với sự thay đổi các yếu tố khí tượng như nhiệt độ, mưa, nắng, ẩm độ, Sau

đó tìm mố i quan hệ giữa điều kiện thời tiết với cây trồng

Mục đích nhằm xác định thời vụ thíc h hợp hoặc xác định các ngưỡng yê u cầu khí hậ u của cây trồng

- Ưu điểm: phương pháp này là có thể trực tiếp nghiê n cứu ảnh hưởng của yếu tố khí

tượng đối với cây trồng trong điều kiện tự nhiên

- Nhược điểm: trong quá trình nghiên cứu phương pháp này không thể làm thay đổi

và điều tiết điều kiện thời tiết Cho nên, muốn có được số liệu cần thiết để rút ra kết luận về khí tượng nông nghiệp, thì cần phải tiến hành quan trắc nhiều năm tại một trạm, điều nà y gây nhiều khó khăn và tốn nhiều chi phí

3.2 Phương pháp gieo trồng theo địa lý:

Phương pháp gieo trồng theo vùng địa lý là đem cùng một loại cây trồng gieo vào các vùng địa lý khác nhau Sau khoảng 3 năm nghiên cứu người ta có thể rút ra kết luận khả năng thíc h ứng của cây trồng ở các vùng địa lý Đề xuất ý kiến đối với sự phát triển của giống cây trồng đó ở những vùng thích hợp Trong quá trình nghiên cứu bằng phương pháp này cần phải lưu ý một số vấn đề sau :

- Việc gieo hạt cây trồng ở các nơi chỉ tiến hành trong thời kỳ thíc h hợp nhất

- Trạng thái đất và biện pháp kỹ thuật nông nghiệp ở từng nơi cần phải giố ng nhau hoặc gần tương tự nha u

- Cần lựa chọn những khu vực có các điều kiện khí hậu chủ yế u không giống nhau

- Tất cả các yếu tố khí tượng cần nghiên cứu trong những khu vực khí hậu nghiên cứu cũng nên phân biệt yếu tố nào là quan khối nhất

- Trong tất cả các vùng gieo hạt đều tiến hà nh quan trắc khí tượng và khí tượng nô ng nghiệp theo cùng một kế hoạch, cùng một phương pháp Do đó, những trạm khí tượng

- Ưu điểm: Trong một thời gia n rất ngắn có thể nghiên cứu ra ảnh hưởng của các yếu

tố khí tượng khác đối với sự sinh trưởng và phát triển của cây trồng cần nghiê n cứu

- Nhược điểm: muốn lựa chọn được nơi gieo hạt theo vùng địa lý có trạng thái đất

khá giống nha u thì rất khó khăn, cho nên kết quả nghiên cứu khó phân tích; cùng một loại giống cây trồng không thể sinh trưởng tốt từ đầu đến cuối ở các khu vực khí hậu khác nha u

3.3 Phương pháp tăng thời v ụ gieo:

Thực chất của phương pháp tăng thời vụ gieo là gieo cùng một loại giống cây trồng tại một địa điểm, trong từng thời kỳ khác nhau để nghiê n cứu ảnh hưởng tổng hợp của các loại yếu tố khí tượng khác nhau (nhiệt độ, độ ẩ m, độ chiếu sáng của mặt trời, ) đối với từng thời kỳ sinh trưởng và phát triển khác nhau của cây trồng cần nghiên cứu Thông thường người ta gieo cách nhau 5 - 7 ngày hoặc nhiều hơn tuỳ yêu cầu nghiê n cứu Trong suốt thời gian sinh trưởng, phát triển cây trồng được gieo những thời vụ khác nhau sẽ sinh trưởng trong điều kiện thời tiết không giố ng nhau Kết quả thí nghiệ m trong 1 nă m có thể cho kết luận về ảnh hưởng của các yếu tố thời tiết khác nha u ở các thời vụ khác nhau lên quá trình sinh trưởng, phát triển và năng suất, phẩm chất của cây trồng

* Ứng dụng:

- Xác định thời kỳ trổ an toàn (lúa,ngô, )

- Chọn thời vụ thích hợp cho cây trồng

3.4 Phương pháp trồng cây trong nhà kính:

Phương pháp trồng cây trong nhà kính là phương pháp nghiên cứu sự phản ứng của cây trồng dưới ảnh hưởng tổng hợp khác nhau của ánh sáng, nhiệt độ, ẩm độ trong phòng khí hậu nhân tạo Theo phương pháp này đối tượng nghiê n cứu được gieo trồng trong nhà kính _ nơi có thể sử dụng các phương tiện hiện đại để tạo và ổn định điều kiện khí tượng như mong muốn Nhằ m phân tích diễn biế n của các hiện tượng cây trồng với điều kiện khí tượng sẽ rút ra được những kết luận về ảnh hưởng của điều kiện khí tượng đến đời sống cây trồng

Trong phòng thí nghiệm có thể tạo ra được sự đồng nhất của các yếu tố khí tượng không nghiê n cứu, nên phương pháp này cho những kết luận chính xác, nha nh chóng Song phương pháp đòi hỏi những kỹ thuật phức tạp, thiết bị đắt tiền nên thường chỉ sử dụng cho đối tượng nghiên cứu có đời sống ngắn, kíc h thước nhỏ

3.5 Phương pháp toán xác suất (thống kê lịch sử):

Trên cơ sở thu thập số liệ u nhiều năm theo nội dung và chỉ tiêu khảo sát thống nhất, người ta xử lý tài liệu theo phương pháp thống kê nhằ m xác định xu thế diễn biến của số liệu Tìm ra mố i tương quan giữa 2 hay nhiều dãy số liệu

Nhờ phương pháp này người ta tổng hợp số liệ u quan trắc lâu nă m về các giai đoạn sinh trưởng, phát triển của cây trồng cùng với điều kiện thời tiết Sau đó tìm mối tương quan của các yếu tố thời tiết đối với cây trồng bằng cách tính toán xác suất

3.6 Phương pháp cánh đồng thực nghiệm:

Trong cánh đồng thí nghiệ m người ta thay đổi điều kiện khí tượng nông nghiệp đối với cây trồng như điề u chỉnh chương trình, kế hoạch thí nghiệ m: nhiệt độ, ẩ m độ, cường độ ánh sáng, để tìm kiế m mối tương quan giữa cây trồng với điều kiện khí tượng nông nghiệp

3.7 Phương pháp đo từ xa:

Phương pháp đo từ máy bay, từ vệ tinh để xác định trạng thái cây trồng, trong điều kiện thời tiết nhất định đối với những vùng có diệ n tích gieo trồng lớn

3.8 Phương pháp mô đen toán học:

Trên cơ sở công nghệ má y tính hiệ n đại, các chuyên gia tập hợp và hệ thống các thông tin về tác động của các yếu tố khí hậu thời tiết nói riêng và hệ thống tất cả các yếu tố khí tượng nói chung có tác động đến sinh trưởng, năng suất của cây trồng thành các mô hình toán giúp quản lý các quá trình sản xuất nông nghiệp dễ dàng và hiệu quả hơn như thời vụ, các phương thức trồng, chăm sóc, quản lý,

Nhược điể m: do các mô hình toán được xây dựng trên cơ sở dữ liệu nhất định nên độ chính xác của nó có giới hạn trong những điều kiện nhất định Để tăng độ chính xác, đòi hỏi phải xây dựng riêng mô hình toán cho mỗ i loại cây trồng ở mỗi vùng sinh thái khác nhau, điề u này sẽ rất tốn kém

Vậy, trong công tác nghiên cứu khí tượng nông nghiệp nên dùng phương pháp nào thì tốt hơn, điề u đó còn tuỳ theo nhiệ m vụ, thời gia n tiến hành và yêu cầu của công tác nghiê n cứu đó

4 Sơ lược lịch sử phát triển ngành khí tượng nông nghiệp

Khí hậu - thời tiết là các yếu tố ngoại cảnh có tác động rất lớn đến các mặt của đời sống con người, đặc biệt là sản xuất nông nghiệp Từ xa xưa, con người đã phải luôn đối mặt với những điều kiệ n khắc nghiệt của thời tiết Do vậy con người phải thường xuyê n theo dõi sự biến động của thời tiết, tìm ra mố i liê n hệ giữa thời tiết và các hiện tượng trên mặt đất hay trong bầu trời Nhưng đó chỉ là những quan sát có tính chất đơn lẻ, vấn đề giải thích các hiện tượng chưa được đặt ra

Ngay từ thời thượng cổ, người ta đã tiến hành những quan sát đơn giả n nhất về Khí tượng, trước tiên là ở Trung Quốc, Ai Cập, Ấn độ và một số nước có nền văn hoá

cổ đại phát triển khác

ở Trung Quốc và Triều Tiên từ thế kỷ thứ IV trước công nguyên

Ở Châu Âu những quan sát khí tượng có liên quan đến sự phát triển mạnh mẽ của khoa học tự nhiên vào thế kỷ XVII Tổ chức khí tượng đầu tiên được thành lập tại Italia vào năm 1657 do Galilê đứng đầu

M.V Lômônôxốp đóng vai trò rất lớn trong sự nghiệp phát triển của khí tượng học Theo Lômônôxốp muốn dự báo thời tiết chính xác “phải dựa trên lý thuyết về sự chuyển động chất lỏng bao quanh trái đất, tức là nước và không khí” Ông đã vạch ra hướng phát triển cho ngành khí tượng động lực học, đây chính là nền móng cho khoa học dự báo thời tiết Lô mônôxốp cũng đã phác họa sơ đồ hình thành dông Trong lĩnh vực dụng cụ khí tượng, Lô mônôxốp đã nghiên cứu và chế tạo hàng loạt dụng cụ đo: máy đo gió, máy đo khí áp dùng trên biển Ông là một trong những người đầu tiên nghiên cứu tầng cao khí quyển

Vào cuố i thế kỷ XIX và đầu thế kỷ XX A.I Vôâycốp (1842-1916) đã viết tác phẩ m “Khí hậu địa cầu và của nước Nga nói riêng” năm 1884 Ông là một trong những người đầu tiên nêu ra những giả i thích vật lý về khí hậu toàn trái đất A.I Vôâycốp đã

có nhiều đóng góp cho ngành khí tượng nông nghiệp Ông đã cùng với P.I Brôunốp sáng lập lên mạng lưới Khí tượng Nông nghiệp

Trong nữa thế kỷ XIX Menđêlêép đã tham gia nhiề u trên lĩnh vực khí hậu học Ông đã đề xuất nghiên cứu các lớp khí quyển trên cao bằng khí cầu mang máy móc Ngoài ra ông còn sáng chế ra khí áp kế dùng hơi

Trong lĩnh vực bức xạ học, các nhà bác học S.I Xavinốp và N.N Kalitin đã đạt nhiề u thành tựu trong lý thuyết và thực hành

Nhiều công trình lý thuyết trong phạ m vi Khí tượng Dự báo được hoàn thiện vào đầu thế kỷ XX do M.A Rưcachép, B.I Srơdênépski, P.I.Brôunốp Vào thế kỷ XX các công trình của B.P Muntanốpski đã đặt nền tảng đầu tiên cho việc nghiê n cứu các vấn đề thời tiết dài hạn

B.Lêvinstơn (Mỹ) đã có nhiề u công trình nghiê n cứu đánh giá và xử lý tiềm năng khí hậu đất và nước, đặc biệt trong lĩnh vực dự báo khí tượng nông nghiệp

Vào cuối thế kỷ XIX Gaspaden (Pháp) đã nghiê n cứu một công trình lớn về sự quan hệ giữa đất và khí hậ u Đầu thế kỷ XX nhà bác học Italia Assi đã mô hình hoá mối quan hệ phức tạp giữa điều kiệ n khí tượng và sinh vật Mô hình đã được ứng dụng rất có hiệu quả trong việc dự báo khí tượng nông nghiệp, xác định vùng sinh thái cho các loại cây trồng

Tổ chức khí tượng thế giới (WMO) đã nghiên cứu điều kiện khí tượng nông nghiệp cho nhiều nước trên thế giới, đặc biệt là các nước châu Phi, châu Âu và khu vực

“Lịch triề u hiế n chương loạn chí” và “Việt sử thông giá m, cương mục” có ghi lại những thiê n tai và thời tiết đặc biệt Nước ta vốn là một nước sản xuất nông nghiệp, cho nên điều kiện khí tượng - thời tiết và khí hậu đã tác động sâu sắc đến đời sống và quá trình lao động sản xuất quần chúng Do yêu cầu của lao động sản xuất, nhâ n dân ta

đã go m góp được những nhậ n xét và kinh nghiệ m lâu đời về các hiện tượng trời đất, khí hậu Những nhậ n xét và kinh nghiệm này được lưu truyền và phổ biến rất rộng rãi Trong kho tàng văn học dân gian, ca dao và tục ngữ nói về khí hậu thời tiết rất nhiề u

Từ đầu thế kỷ thứ XX những nghiên cứu về khí tượng nước ta ngày càng hoàn thiệ n Sau ngày giải phóng (1975) dưới sự giúp đỡ của tổ chức khí tượng thế giới (WMO) những nghiên cứu về khí tượng dự báo, khí hậu, khí tượng nông nghiệp đã có những bước tiến bộ đáng kể nhằ m đáp ứng nhu cầu của sản xuất hiện nay, đặc biệt là sản xuất nông nghiệp

Về mặt khí tượng nô ng nghiệp, nhiều đề tài đã được thực hiện như nghiên cứu điều kiện khí tượng đối với một số cây trồng chính (lúa, ngô, đậu tương, lạc, bông, cao

su, cà phê) Một số đề tài lớn được thực hiệ n như đánh giá tiề m năng khí hậu của đất nước, phân vùng khí hậu nô ng nghiệp đạt độ chính xác cao cho phép cho nhiều vùng Trong thời gian tới, nhiệ m vụ đặt ra đối với ngành khí tượng nông nghiệp rất lớn nhằm góp phần xây dựng nề n sản xuất nông nghiệp nhiệt đới nước ta, han chế tác hại của thiên tai, đưa sản xuất nông nghiệp tới bước phát triể n cao

Khí quyển là môi trường sống của mọ i cơ thể sống trên trái đất (trừ những vi khuẩn kị khí) Bầu khí quyển ban đầu của trái đất được hình thành do sự bốc hơi nước

và các loại khí thoát ra từ núi lửa và biến chuyển theo sự tiến hoá của trái đất, trong đó

có sự tác động của quá trình quang hợp của cây xanh

Giữa khí quyển và sinh quyển hình thành điều kiện tự nhiên đó là sự cân bằng động học Do đo, con người và các đối tượng sản xuất nông nghiệp đã thích ứng với thành phần hiện có của không khí Không khí được các sinh vật sử dụng trong quá trình sống của chúng

Không khí ẩm thường có thêm

Nitơ là thành phần quan khối của các axít a min và axít nuc leic, điều này làm cho nitơ trở thành thiết yếu đối với sự sống Nó là nguyên tố dinh dưỡng quan khối của mọi cơ thể sống: nó tham gia cấu tạo cơ thể động - thực vật, đóng vai trò đặc biệt quan khối trong quá trình sinh trưởng, phát triển, năng suất và phẩm chất cây trồng Trong

cơ thể thực vật, nitơ chỉ chiế m từ 1- 3% nhưng không có nitơ cây không thể sống được

ở vùng nhiệt đới mưa dông nhiều có thể cho từ 13 - 14 kg/ha/nă m

Ngoài ra còn có những nguồn bổ sung khác:

- Những xác chết các động thực vật

- Các sản phẩm phụ của nền nông nghiệp

- Lượng phân vô cơ, hữu cơ bón vào đất

Quá trình chuyển đổi nitơ trên mặt đất là hiện tượng tự nhiên đã tạo nên vòng tuần hoàn nitơ trong khí quyển, giữ trạng thá i cân bằng nitơ giữa đất và khí quyển Điề u đó giải thích được bằng sự tồn tại của cây xanh trên trái đất không có tác động của con người

b Oxy (O 2 ):

Ôxy là một thành phần quan khối của không khí, được sản xuất bởi cây cối trong quá trình quang hợp và là chất khí cần thiết để duy trì sự hô hấp của người và động vật Khác với nitơ, oxy trong không khí có hoạt tính cao, sẵn sàng kết hợp với các chất khác

Oxy là chất cần thiết cho quá trình hô hấp của mọi cơ thể sống, quá trình ôxy hoá các chất do cơ thể đồng hoá được, giả i phóng năng lượng cung cấp cho mọi hoạt động sống của cơ thể

Ôxy cần thiết cho sự phân giải các hợp chất hữu cơ, chất thải và các tàn dư sinh vật là m sạch môi trường

Ôxy cần thiết cho sự đốt cháy nhiên liệu giải phóng nhiệt lượng cung cấp cho các hoạt động công nghiệp, giao thông vậ n tải và các ngành kinh tế khác

Ôxy có thể là một chất độc khi nó có áp suất thành phần được nâng cao Ôxy chiế m khoảng 21% thể tích của không khí Nếu có thể tăng lượng ôxy này lên thành 50% thì không khí khi đó sẽ không tốt cho sự hô hấp

Sự quang hợp bao giờ cũng mãnh liệt hơn sự hô hấp Tuy nhiên nồng độ ôxy trong khí quyển được thấy không tha y đổi Như vậy, người ta nghĩ rằng lượng thừa ôxy phải được các tiế n trình địa chất hấp thu Hiện nay, khí ôxy bị tiêu dùng khá nhiề u bởi

sự đốt cháy trong động cơ và đặc biệt trong các động cơ phản lực

ở những nơi có cây xanh hà m lượng O2 cao hơn và không khí trong lành hơn

c Dioxytcarbon ( CO 2 ):

Điô xít cacbon hay cacbon điôxít (các tên gọi khác thán k hí, anhiđrít cacbonic, khí cacbonic) là một hợp chất ở điều kiện bình thường có dạng khí trong khí quyển

Trái Đất, bao gồm một nguyê n tử cacbon và hai nguyên tử ôxy

Điô xít cacbon thu được từ nhiều nguồn khác nhau, bao gồm cả khí thoát ra từ các núi lửa, sản phẩ m cháy của các hợp chất hữu cơ và hoạt động hô hấp của các sinh vật sống hiếu khí Nó cũng được một số vi sinh vật sản xuất từ sự lên me n và sự hô hấp của tế bào Các loài thực vật hấp thụ điôxít cacbon trong quá trình quang hợp, và sử dụng cả cacbon và ôxy để tạo ra các cacbohyđrat Ngoài ra, thực vật cũng giải phóng ôxy trở lại khí quyể n, ôxy này sẽ được các sinh vật dị dưỡng sử dụng trong quá trình

hô hấp, tạo thành một chu trình Nó có mặt trong khí quyển Trái Đất với nồng độ thấp

và tác động như một khí gây hiệu ứng nhà kính Nó là thành phầ n chính trong chu trình cacbon

Thực vật hấp thụ điôxít cacbon từ khí quyển trong quá trình quang hợp Điô xít cacbon được thực vật (với năng lượng từ ánh sáng Mặt Trời) sử dụng để sản xuất ra các chất hữu cơ bằng tổ hợp nó với nước Các phản ứng này giả i phóng ra ôxy tự do Đôi khi điôxít cacbon được bơm thê m vào các nhà kính để thúc đẩy thực vật phát triển Thực vật cũng giải phóng ra CO2 trong quá trình hô hấp của nó, nhưng tổng thể thì chúng là m giả m lượng CO2

Mặc dù nồng độ thấp nhưng CO2 là một thành phần cực kỳ quan khối trong khí quyển Trá i Đất, do nó hấp thụ bức xạ hồng ngoại và là m tăng hiệ u ứng nhà kính

CO2 là nguồ n dinh dưỡng quan khối của cây xanh, là nguồn khí cần thiết cho cây xanh quang hợp để tổng hợp chất hữu cơ; là nguồn nguyên liệu xây dựng tất cả cơ thể thực vật, động vật; là yếu tố tạo thành năng suất cây trồng

Nhiều thí nghiệ m cho thấy: khi nồ ng độ CO2 trong môi trường sống của thực vật tăng lên, cường độ quang hợp, sinh trưởng, phát triển và năng suất của phần lớn thực vật cũng tăng lên

Hà m lượng CO2 thích hợp cho các loại cây trồng không giống nha u Lượng CO2

thíc h hợp cho người và gia súc khoảng 0,02 - 0,03% Người và gia súc sẽ chết ở nồng

độ CO2 trong môi trường sống tăng lê n đến 0,2 - 0,6 %

Ở tầng đối lưu, khí CO2 là khí có khả năng bức xạ năng lượng mặt trời quan khối Khí CO2 có khả năng hấp thụ các tia sóng dài của bức xạ mặt trời, đặc biệt là các bức xạ mặt đất là m cho không khí nó ng lê n, gây “hiệu ứng nhà kính”

d Ozone (O 3 ):

Khí ozone trong khí quyển không nhiề u, tập trung chủ yế u ở độ cao từ 25-50 km (thuộc tầng bình lưu) Lượng ozôn trong khí quyể n cũng dao động Nếu ở 00C, áp suất thường thì toàn bộ ozôn trong khí quyển dồn lại tạo thành một lớp mỏng dày khoảng 3mm Ôzôn hấp thụ những tia ánh sáng mặt trời có bước sóng từ 0,2-0,29µ, là những tia tử ngoại có tác hại sinh lý

Trong tầng bình lưu, ozone có khả năng hấp thụ phần lớn tia sóng ngắn của bức

xạ mặt trời Tuy nhiên, nếu ở trong tầng đối lưu, ozone lại được xe m như là một khí gây hiệu ứng nhà kính, đóng góp 8% cho hiệu ứng nhà kính Tuối thọ của Ozone khá ngắ n, chiế m khoảng 2- 3 tháng Gần mặt đất lượng O3 nhỏ (0 - 0,07.10-4 %) Nồng độ

O3 tăng sẽ là mối nguy hại cho cuộc sống trên trái đất gây bệnh nguy hiể m cho người

và gia súc, cây trồng, giả m khả năng quanh hợp của cây xa nh,

Khí ozone không có nguồ n gốc trực tiếp từ trái đất, nó được hình thành từ các quá trình quang hoá xảy ra trong khí quyển Ôzô n trong bầu khí quyển Trái Đất nói chung được tạo thành bởi tia cực tím, nó phá vỡ các phân tử O2, tạo thành ôxy nguyên

tử Ôxy nguyên tử sau đó kết hợp với phân tử ôxy chưa bị phá vỡ để tạo thành O3 Trong một số trường hợp ôxy nguyê n tử kết hợp với N2 để tạo thành các nitơ ôxít; sau

đó nó lạ i bị phá vỡ bởi ánh sáng nhìn thấy để tái tạo ôzôn

Các hoạt động công nghiệp, giao thông, sử dụng các sản phẩm có nguồn gốc hoá thạch, các tiện nghi sinh hoạt, đã được xe m là nguyên nhân làm tổn hại tầng ozone trong tầng bình lưu đồng thời tạo ra nhiều khí ozone trong tầng đối lưu gây ra những hậu quả khó lường trước đối với sự sống trên trái đất

Hà m lượng ozone trong khí quyể n hiện nay khoảng 40-50 ppbv với tốc độ gia tăng bình quân nă m là 0,5%

e Hơi nước:

Hơi nước luôn luôn hiện diện trong khí quyể n, xuất phát từ sự bốc hơi trên biển

cả, ao hồ, đất ẩm ướt và thực vật Hơi nước trong khí quyể n góp phần tạo nên nhiều hiện tượng thời tiết khác nhau: hình thành sương, sương muối ở mặt đất, sương mù ở tầng khí quyển thấp, mây ở tầng khí quyển ở trên cao

Lượng hơi nước trong khí quyển tạo nên độ ẩm không khí

Hơi nước hấp thụ bức xạ sóng dài và một phần nhỏ bức xạ mặt trời Điều này là một trong những nguyên nhân khiến cho lớp không khí ở thấp nóng hơn lớp không khí trên cao

Tốc độ bốc hơi và luồng hơi nước đi vào khí quyển phụ thuộc vào ba yế u tố chính: nhiệt độ bề mặt, vận tốc gió trên bề mặt, độ ẩ m khí quyển

- Hơi nước thoát ra từ các hoạt động công nghiệp, nông nghiệp, thuỷ lợi,

- Hơi nước thoát ra từ các quá trình đốt cháy nhiên liệu trong khu vực năng lượng ha y giao thông vận tải, Khi đốt cháy ngoài việc giải phóng CO2, hơi nước cũng là một sản phẩ m của quá trình cháy (chiế m từ 10 - 30% tuỳ loại nhiê n liệu)

f Bụi khói:

Bụi khói là những vật chất có kíc h thước nhỏ bé bay lơ lửng trong khí quyển Thà nh phần bụi khói biến động lớn theo không gian và thời gian

Ngoài ra, do có khả năng hấp thụ và bức xạ năng lượng mà bụi khói có vai trò đáng kể trong việc điều tiết chế độ nhiệt của không khí Trong khí quyển chứa nhiều bụi khói sẽ gây ra những bất lợi cho cây trồng

Ngoài ra trong không khí còn có các chất khí gâ y ô nhiễm như: khí sulfurơ (SO2), khí amôniăc (NH3), ôxít nitơ (N2O), êtylen (C2H4),

1.2.3 Thành phần của k hông khí trong đất

Đất được cấu tạo bởi những hạt có kích thước khác nhau, giữa những hạt là các khe hở Trong các khe hở hoặc chứa đầy nước hoặc chứa không khí Những loại đất trồng trọt thường có dung tích khe hở lớn do tác động của các biện pháp là m đất, xới xáo, do bộ rễ cây tạo nên,

Về cơ bản không khí trong đất có thành phần không khác với thành phần không khí trên mặt đất Các không khí chủ yếu gồm có O2, N2, CO2 và hơi nước Nó thay đổi tuỳ theo tính chất vật lý, hoá học của đất, phụ thuộc vào từng loại cây trồng, các loài sinh vật, vi sinh vật sống trong đất Tuy nhiên tỷ lệ các chất khí có trong đất có những biến động so với khí quyển tự do

Bảng 2: Thành phần của một số chất khí trong đất ( theo Vikêvít, 1966)

* Tỷ lệ O 2 ít hơn mà CO 2 thì nhiều hơn so với trên mặt đất

Đó là do quá trình hô hấp của rễ cây và các sinh vật sống trong đất là m giả m lượng

O2, đồng thời quá trình phân giải các chất hữu cơ trong đất là m tăng lượng CO2 lên

* Lượng CO 2 của không khí trong đất phụ thuộc vào trạng thái của đất

- Đất chặt có nhiều CO2 hơn đất xốp, càng xuống sâu nồng độ CO2 càng tăng lê n

- Đất có nhiệt độ và ẩm độ cao phân giải các chất mục nát mạnh, nên cũng là m tăng lượng CO2 lên

- Đất rừng chứa nhiều CO2 hơn đất đồng ruộng vì cành rơi lá rụng ở trong rừng nhiề u Ngoài ra lượng CO2 còn phụ thuộc vào đặc tính và chiề u sâu của bộ rễ

Lượng CO2 trong đất thay đổi tuỳ theo mùa, nhiều nhất là mùa hè, ít nhất là mùa đông Ở trong đất rừng lượng CO2 có thể tăng lên tới 0,2- 3,4% thể tích không khí

Lượng CO2 tăng lên nhiều sẽ là điều kiện bất lợi cho sự sống của rễ cây, vi khuẩn và sự nảy mầm của hạt giống,

Ngoài ra, do những hoạt động của các sinh vật đất, không khí trong đất còn có một số các chất khí khác như H2S,

2 Cấu trúc khí quyể n theo chiề u thẳng đứng

Dựa vào sự thay đổi của nhiệt độ và độ cao mà người ta chia khí quyển ra thành một số tầng lớp chính sau:

2.1 Tầng đối lưu:

Tầng đối lưu là tầng thấp nhất của khí quyển, nó nằ m sát mặt đất, là môi trường sống của tất cả sinh vật trên trái đất Độ cao của tầng đối lưu được quyết định bởi các dòng đối lưu, do đó nó thay đổi theo mùa trong nă m và vĩ độ địa phương Ở vùng vĩ độ cao độ dày của tầng nà y khoảng 8- 9 km; vùng vĩ độ trung bình: khoảng 11 k m; vùng

vĩ độ thấp: khoảng 17- 18 k m

Hiệ n tượng đặc trưng trong tầng này là các dòng không khí thường đi lên hoặc

đi xuống (do chênh lệch áp suất, do chướng ngạ i vật trên mặt đất, do sự tranh chấp của các khối khô ng khí, ) làm tha y đổi chế độ nhiệt, chế độ ẩm của không khí Các khối không khí đi xuống thường nóng và khô dần Ngược lại, càng lên cao nhiệt độ càng giảm (bình quân cứ lên cao 100 m nhiệt độ giả m 0,5 - 0,60C, cũng có thể giảm đến 10C nếu không khí khô) Vì vậy tại giới hạn trên của tầng đối lưu, nhiệt độ có thể giảm tới -

55 đến - 600C

Ở đây có những vùng xoáy khổng lồ (xoáy thuận và xoáy nghịch) xuất hiện rồi tan đi, có nhữ ng khối khí không đồng nhất thường xuyên di chuyể n, luôn có sự xáo trộn không khí trong toàn bộ tầng đối lưu nhờ những dòng không khí đi lên rồi đi xuố ng

Về khối lượng: tầng đối lưu tập trung khoảng 3/4 khố i lượng toàn bộ khí quyển,

cho nên hầu hết những hiện tượng vật lý trong khí quyển mà chúng ta quan sát được đều xảy ra ở đây Các hiệ n tượng thời tiết như mây, mưa, giô ng và tố, đều xảy ra trong tầng này Tầng đối lưu chứa gần 80 % toàn bộ chất khí và hầu như toàn bộ lượng hơi nước có trong khí quyể n

Người ta chia tầng đối lưu ra là m 3 lớp chính:

* Lớp dưới (lớp loạn lưu): là lớp dưới cùng giới hạn từ mặt đất đến độ cao 1-2 km,

chịu sự tác động mạnh của mặt đất Trong lớp này hình thành mâ y tầng thấp

* Lớp giữa (lớp trung bình): nằm ở độ cao từ 2-6 km, chịu ảnh hưởng của mặt đất ít

hơn Trong lớp giữa xảy ra quá trình cơ bản của các khối khí theo chiều nga ng, phát triển các luồng đối lưu mạnh Hình thành mây tầng trung bình

* Lớp trên: nằ m ở độ cao từ 6 km đến giới hạn trên của tầng đối lưu; ít chịu ảnh

hưởng của mặt đất Các đỉnh mây tích và mây tíc h vũ có thể lên đến lớp trên và ở đây tồn tại mây tầng cao Nhiệt độ lớp này luôn luôn â m

Do những đặc điểm cơ bản, tầng đối lưu đặc biệt quan khối đối với cuộc sống trên trái đất và có ý nghĩa lớn trong sản xuất nông nghiệp

2.2 Tầng đối lưu hạn:

Tầng đối lưu hạn là lớp trung gia n giữa tầng đối lưu và tầng bình lưu Tầng đối lưu hạn có bề dày chừng và i trăm mét đến 1- 2 k m Vị trí của tầng này được xác định bởi sự biến thiên nhiệt độ Bắt đầu từ đó nhiệt độ không đổi theo độ cao (đẳng nhiệt) hoặc tăng theo độ cao (nghịc h nhiệt)

Ở tầng đối lưu hạn người ta phát hiện ra những dòng xiết khí quyể n Tốc độ những dòng xiết này có thể đạt tới và i tră m km/h

2.3 Tầng bình lưu:

Tầng bình lưu được giới hạn từ phía trên đối lưu hạn cho tới độ cao 80 - 90km Tầng này hầu như không có sự hình thành mâ y mưa, chỉ có sự trao đổi loạ n lưu yếu Căn cứ vào sự phân bố nhiệt mà người ta chia tầng bình lưu ra thành 3 lớp chính:

* Lớp đẳng nhiệt (lớp dưới): lớp dưới được giới hạn từ độ cao giới hạn trên của đối

lưu hạn đến độ cao 30-35 k m Nhiệt độ của lớp này không đổi theo độ cao, luô n bằng -

550C

* Lớp nghịch nhiệt (lớp trung bình): là lớp được phân biệt bằng tính chất nghịch

nhiệt rõ rệt Lớp này được xác định từ độ cao 30-35 km đến 60 k m

Nhiệt độ của lớp này tăng theo độ cao Nguyên nhân là do lớp này tập trung hầu hết ozone trong khí quyển, ozone đã hấp thu tia tử ngoại của mặt trời Do vậy, đến độ cao 60 km nhiệt độ đạt tới 65 - 750C

* Lớp trên ( lớp lạnh): lớp trên được giới hạn từ độ cao 60 - 80 k m Ở đây nhiệt độ

giảm đi rất nhanh theo độ cao (có thể đạt -700C đến -800C ở giới hạn trên của lớp này), điều này tạo điều kiện cho sự xáo trộn theo chiều thẳng đứng và sự đối lưu phát triể n ở đây Vì vậy, lớp này đôi khi được gọi là tầng đối lưu trên

2.4 Tầng ion (tầng điện ly):

Tầng io n là tầng kế tiếp tầng bình lưu lên đến độ cao 800 km Không khí ở tầng này rất thưa và loãng và bị phân ly, ion hoá mạnh dưới tác dụng của các tia bức xạ mặt trời Có thể nhậ n thấy hai cực đại ion hoá ở độ cao 100 km và 180- 200 k m Khí quyển

ở tầng nà y có độ dẫn điện cao và đây là nguyên nhân là m phản hồi các sóng vô tuyến phát đi từ mặt đất, nhờ đó mà các thiết bị vô tuyến trên mặt đất và các vệ tinh nhân tạo mới hoạt động bình thường

Một đặc điể m quan khối khác của tầng này là nhiệt độ không khí cao và tăng nha nh theo độ cao: nhiệt độ không khí ở độ cao 200 km là 6000C và giới hạn trên của tầng này là 20000C

3.5 Tầng khuyếch tán:

Tầng khuyếch tán là tầng chuyển tiếp giữa khí quyển và không gian vũ trụ Không khí gồ m chủ yế u là hydrogen và helium, rất thưa và loãng Giới hạn trên của tầng này không rõ, vào khoảng 2000 - 3000 k m Ngoài tầng khuyếch tán là không gian vũ trụ

*****

CHƯƠNG II BỨC XẠ MẶT TRỜI

Bức xạ mặt trời là nguồn nhiệt chủ yếu trên mặt trái đất, cũng là động lực nguyên thuỷ của sự vận động không khí, gây ra tất cả mọi hiện tượng và quá trình vật

lý trên mặt đất và trong khí quyể n

Đối với thực vật, bức xạ mặt trời là yếu tố khí tượng quan khối hơn tất cả các yếu tố khác vì nó tha m gia vào tiến trình biến dưỡng và sự sản xuất chất khô của cây cối

1 Ảnh hưởng của bức xạ mặt trời đối với cây trồng

1.1 Ảnh hưởng của thành phần quang phổ bức xạ mặt trời đối với cây trồng

Bức xạ mặt trời được hình thành từ những sóng điện từ với những bước sóng khác nha u, có độ dài bước sóng phổ biến trong khoảng từ 0,2-24 µ

- Nhó m tia tử ngoại: λ<0,4μ; ở giới hạn ngoài của khí quyển chiế m 7% thành phần quang phổ của mặt trời

- Nhó m tia trông thấy: 0,4μ ≤ λ ≤ 0,76μ; ở giới hạn ngoài của khí quyển chiế m 46 % thành phần quang phổ của mặt trời

- Nhó m tia hồng ngoại: λ> 0,76μ; ở giới hạn ngoài của khí quyển chiế m 47% thành phần quang phổ của mặt trời

Nhóm tia tử ngoại và tia hồng ngoại mắt thường không thể nhìn thấy được Riê ng nhó m tia có bước sóng trông thấy, khi phân tích, người ta thấy hàng loạt tia được

sắp xếp lần lượt theo sự giả m dần của bước sóng: đỏ, da cam, vàng, lục, lam, chàm, tím

Tia nhìn thấy có ảnh hưởng nhiều đến quá trình sinh trưởng và phát triển của cây xanh Để xét tác dụng của quang phổ mặt trời đối với cây trồng, Uỷ ban chiế u xạ

Hà Lan (1953) đã chia quang phổ mặt trời ra là m 8 dải sau:

Dải 1: λ > 1μ là những tia khi được cây hấp thụ thì biến thành nhiệt mà không tham gia vào tiến trình sinh hoá

Dải 2: 0,72μ < λ ≤ 1μ (hồng ngoại), có tác dụng làm cho cây mọc dài ra Các tia này cũng có vai trò quan khối đối với sự nảy mầm, sự trổ bông và màu sắc trái

Dải 3: 0,61μ < λ ≤ 0,72μ (tia đỏ và da cam) rất quan khối trong quá trình quang hợp của cây xanh Các tia này được lục tố hấp thụ mạnh

Dải 6: 0,315μ < λ ≤ 0,4μ (tử ngoạ i): tác dụng chủ yếu đến quá trình hình thành trái

Ức chế quá trình dài ra của cây xa nh và làm cho lá dày hơn, tức là kìm hã m sự sinh trưởng, thúc đẩy sự phát triển

Dải 7: 0,28μ ≤ λ ≤ 0,315μ (tử ngoại): là những tia làm hư hại phần lớn cây trồng; gây bệnh hiể m nghèo đối với người, gia súc và cây trồng, có thể gây ung thư mắt, huỷ diệt hồng cầu

Dải 8: λ< 0,28μ (tử ngoạ i): rất nguy hiểm cho cây trồng, có tính chất huỷ diệt cây xanh, nhưng những tia này hầu như không đến được mặt đất

1.2 Ảnh hưởng của thời gian chiếu sáng trong ngày đối với cây trồng

Thời gia n chiếu sáng trong ngày (quang chu kỳ) được xác định bằng thời gian chiế u sáng trên mặt đất

Thời gia n chiế u sáng trong ngày thay đổi tuỳ theo mùa và phụ thuộc vào vĩ độ địa phương

Thời gia n chiếu sáng trong ngày tác động lên quá trình sinh trưởng và phát triển của cây trồng, nó thúc đẩy hoặc kìm hãm quá trình ra hoa của cây

vật gọi là phản ứng quang kỳ của chúng

Thực vật khác nhau có phản ứng quang kỳ khác nha u Dựa vào phản ứng quang

kỳ, người ta chia thực vật ra làm 3 nhó m:

* Nhóm cây ngày ngắn:

- Nhó m cây này có nguồn gốc vùng nhiệt đới hoặc xích đạo (lúa nước, mía, đay, )

- Những cây này chỉ ra hoa kết quả trong điều kiện ngày ngắ n (thời gian chiếu sáng trong ngà y nhỏ hơn 10-12 giờ)

* Nhóm cây ngày dài:

- Gồm những thực vật có nguồn gốc ở vùng ôn đới (khoai tây, bắp cải, lúa mì, lúa mạc h, )

- Những cây thuộc nhóm này chỉ ra hoa trong điều kiện ngày dài, có thời gian chiếu sáng trên 14 giờ Trong điề u kiệ n ngày ngắn những cây này thường sinh trưởng chậ m, kéo dài hoặc không thể ra hoa kết trái

* Nhóm cây trung tính:

- Gồm những cây không có phản ứng với độ dài chiếu sáng trong ngà y, thường là những giống mới có thời gian sinh trưởng ngắ n

- Cây trồng thuộc nhóm trung tính thường là loại cây cả m ôn: trong điều kiệ n nhiệt

độ cao cây thường phát dục nhanh, ra hoa sớm Trong điều kiện nhiệt độ thấp cây thường phát dục muộn, ra hoa chậ m (cà rốt, dưa chuột, thuốc lá, bông, )

Nếu quang kỳ tính thích hợp cây sẽ sinh trưởng và phát triển tốt cho năng suất cao Còn quang kỳ tính không thích hợp sẽ là m giả m nă ng suất hoặc cây không thể ra hoa (không có năng suất)

2 Các dạng bức xạ mặt trời

2.1 Bức xạ trực tiếp (trực xạ)

a Khái niệm: những tia bức xạ từ mặt trời chiếu trực tiếp tới một bề mặt bất kỳ,

người ta gọi là bức xạ trực tiếp hay trực xạ Trực xạ là một chỉ tiêu quan khối để đánh giá điều kiện khí hậu của một vùng

b Cường độ của bức xạ trực tiếp

Đại lượng đặc trưng cho cường độ năng lượng của những tia bức xạ mặt trời gọi

là cường độ của bức xạ mặt trời

Cường độ bức xạ mặt trời (I) là năng lượng bức xạ chiếu xuống mặt đất trên một đơn v ị diện tích đặt vuông góc với tia tới trong một đơn v ị thời gian

)sin(

.' S h0

trong đó:

S’: là cường độ bức xạ trực tiếp chiế u trên bề mặt nằm ngang

S: cường độ bức xạ chiếu lên bề mặt vuông góc với tia tới (calo/cm2/phút)

h0: độ cao của mặt trời (góc tạo bởi tia bức xạ mặt trời và bề mặt quan sát)

c Sự diễn biến hàng ngày v à hàng năm của bức xạ trực tiếp:

* Diễn biến hằng ngày của bức xạ trực tiếp:

- Trong trường hợp khí quyển hoàn toàn trong sạch và khô, nghĩa là không khí

không chứa bụi và khô, nghĩa là không khí không chứa hơi nước Trong điều kiện khí quyển hoàn toàn trong sạch và khô thì kể từ khi mặt trời mọc cường độ trực xạ tăng dần và đạt cực đại khi mặt trời ở thiê n đỉnh Rồi sau đó lại giảm dần và đạt cực tiể u khi mặt trời nằ m ở đường chân trời

- Trong điều kiện khí quyển thực bao giờ cũng có bụi và hơi nước và hệ số trong

suốt của khí quyể n trong ngày luôn tha y đổi Nên cường độ lớn nhất của bức xạ trực tiếp đạt được vào lúc 13 giờ

* Cường độ bức xạ trực tiếp phụ thuộc vào:

- Cường độ bức xạ trực tiếp chiế u lên mặt phẳng nằm nga ng vào tất cả thời gian trong ngà y đều nhỏ hơn chiếu lê n mặt phẳng thẳng góc

- Cường độ bức xạ trực tiếp chiế u lên mặt phẳng nằm nga ng vào tất cả thời gian trong ngà y đều nhỏ hơn chiếu lê n mặt phẳng thẳng góc

- Vĩ độ địa phương: càng gần cực thì cường độ bức xạ trực tiếp càng giả m Cường

độ bức xạ trực tiếp ở vùng nội chí tuyến lớn hơn ở vùng ôn đới Cùng một độ cao trong cùng một thời điể m trong nă m thì cường độ bức xạ trực tiếp ở vùng vĩ độ cao có thể lớn hơn so với vùng vĩ độ thấp (vì ở những vùng vĩ độ thấp do lớp không khí dưới thấp nhiề u hơi nước hơn so với vùng vĩ độ cao)

- Độ trong suốt của khí quyển: trời nhiều mây thì mặt đất nhận được bức xạ trực

tiếp ít Mây tầng thấp hầu như không cho tia bức xạ trực tiếp đi qua mà hầu như hấp thụ toàn bộ

- Mùa trong năm: mùa hạ cường độ bức xạ trực tiếp cao hơn mùa đông

- Địa hình: những địa điể m có độ cao địa hình cao nhận được cường độ bức xạ trực

tiếp cao hơn những địa điể m có độ cao địa hình thấp

* Diễn biến hàng năm của bức x ạ trực tiếp

- Ở cực trái đất nữa năm mùa đông không có trực xạ

- Tại xích đạo hàng năm có hai cực đại xảy ra vào Xuân phân (21/III) và Thu phân (23/IX) và hai cực tiểu xảy ra vào Đông chí (22/XII) và Hạ chí (22/VI)

- Tại các vĩ độ trung bình điểm cực đại trong năm quan sát thấy vào ngà y Hạ chí (22/VI) và cực tiểu vào ngà y Đông chí (22/XII)

2.2 Bức xạ khuyếch tán (tán xạ):

a Khái niệm: bức xạ khuyếch tán là những tia bức xạ được khí quyển khuyếch tán

về phía mặt đất Các phần tử k huyếch tán bao gồm: phân tử khí, hơi nước trong khí

quyển, bụi khí quyển

b Cường độ bức xạ khuyếch tán [D (calo/cm 2 /phút)]: cường độ bức xạ khuyếch tán

mặt đất nhận được tính bằng calo mà một đơn vị diện tích là 1 cm2 nhậ n được trong 1 phút từ toàn thể bầu trời

Bức xạ khuyếch tán biến thiên rất lớn v à phụ thuộc v ào:

- Kích thước của vật thể: khi kích thước vật thể khuyếc h tán càng lớn thì độ

khuyếch tán của chúng càng nhiều

- Độ cao mặt trời: mặt trời càng lê n cao trên đường châ n trời (h0<80) thì cường độ bức xạ khuyếc h tán càng lớn

- Độ trong suốt của khí quyển: khí quyển càng trong sạch thì cường độ bức xạ

khuyếch tán càng nhỏ, nghĩa là không khí càng nhiề u tạp chất thì cường độ bức xạ khuyếch tán càng lớn

- Đặc điểm của bề mặt đệm và khả năng phản chiếu Albêđô của nó: nếu mặt đệm

sáng thì cường độ bức xạ khuyếch tán sẽ tăng

Thành phần tổng xạ có thể biến thiên trong phạm vi rộng tuỳ theo:

- Độ cao của mặt trời:

+ Khi h0= 0: toàn bộ luồ ng bức xạ tới chủ yếu là do bức xạ khuếch tán gây ra

+ Khi h0< 80: lúc này bức xạ trực tiếp và bức xạ khuyếch tán đều tăng nhưng bức xạ trực tiếp tăng chậ m hơn (Q~D)

+ Khi h0= 80: trị số BXTT và trị số bức xạ khuyếch tán ngang nhau (S’=D)

+ Khi h0>80: thì phần tỷ lệ bức xạ khuyếch tán nhỏ dần so với bức xạ trực tiếp, bức

xạ trực tiếp tăng nhanh cho tới giữa trưa

Sự biế n thiê n đó sẽ diễn ra theo chiều ngược lại

- Độ trong suốt của k hí quyển: khí quyển càng trong suốt thì bức xạ khuyếch tán

càng nhỏ và bức xạ trực tiếp càng lớn Khi trời không mây thì bức xạ khuyếch tán chỉ chiế m 10 - 20 %

- Vĩ độ địa phương: vĩ độ địa phương cao thì tổng lượng bức xạ giả m Vĩ độ càng

thấp thì tổng lượng bức xạ càng tăng và phân phố i điều hoà trong nă m Tuy nhiê n, sự phân bố tổng xạ còn phụ thuộc vào điề u kiệ n thời tiết, độ ẩm đất và độ vẫn đục khí quyển

Thô ng thường tổng xạ giả m dần từ xíc h đạo đến địa cực Tuy nhiên, ở cùng vĩ

độ tổng xạ ở vùng sa mạc (trời luôn trong sáng) lớn hơn ở vùng ven biển nhiề u lần Trong mùa Xuân và mùa Hạ khi độ cao mặt trời cao, thì ở bất kỳ nơi nào trực xạ vẫn lớn hơn tán xạ Còn trong mùa Thu và mùa Đông càng lên vĩ độ cao ở Bắc bán cầu lượng tán xạ tăng lên Tuy vậy, trong những trường hợp cụ thể tổng xạ có thể không tuân theo quy luật trên

2.4 Sự phản xạ bức xạ mặt trời (albedo)

Bức xạ tổng cộng khi chiếu xuố ng mặt đất không được mặt đất hấp thụ hoàn toàn mà một phần bị phản chiếu lại bầu khí quyển

Phản xạ là phần bức xạ mặt trời, đặc biệt là một số sóng ngắn bị “dội” trở lạ i khí quyển Mức độ phản xạ tuỳ thuộc vào tính chất bề mặt của vật thể mà bức xạ mặt trời tiếp xúc ( màu sắc, độ nhẵn, độ xốp, độ ẩ m, ) và góc tới của chùm tia bức xạ

* Khái niệm Albedo: Albedo (suất phản xạ) của bề mặt một vật thể được xác

định băng tỷ lệ giữa toàn thể luồng bức xạ sóng ngắn phát đi từ một bề mặt (Rn) với tổng xạ chiếu lên bề mặt đó (Q)

(%)100

- Độ cao mặt trời h0 : h0 càng nhỏ thì trị số albedo càng lớn

Thô ng thường Albedo bé nhất thường xảy ra vào lúc giữa trưa, lớn nhất vào buổi sáng hoặc buổi chiều Albedo vùng cực lớn hơn ở xích đạo Trị số của albedo trong ngà y thường lớn nhất vào lúc buổi sớm và buổ i chiều, nhỏ nhất vào lúc giữa trưa Trung bình albedo của trái đất (albedo hành tinh) là 30 %

* Albedo của mặt đất phụ thuộc: tính chất và trạng thái của bề mặt đất, vào màu sắc

và độ nhá m của nó, vào lớp phủ thực vật và tính chất của lớp phủ đó

Bảng 3: Trị số albedo của một số bề mặt tự nhiên

2.5 Bức xạ sóng dài của mặt đất (E đ ) và của khí quyển (E kq )

Bên cạnh những luồ ng bức xạ mặt trời trực tiếp và khuyếch tán mà chúng ta đã xét trong các phần trên, chiế u xuyê n qua khí quyể n còn có những luồng bức xạ sóng dài không nhìn thấy liê n tục phát đi từ mặt đất hay từ khí quyển

Khi nhận năng lượng bức xạ mặt trời, mặt đất nóng lên do quá trình chuyể n hoá thành nhiệt năng Nhiệt năng của mặt đất lại tiếp tục chuyển hoá sang dạng khác, đó là dạng bức xạ sóng dài

với các độ dài sóng khác nhau chênh lệch nha u rất ít

Cho nên đối với phát xạ toàn phần của đất có thể viết:

E

E â 

trong đó: δ là trị số trung bình của hệ số hấp phụ mặt đất trong vùng sóng dài của

quang phổ Người ta thường lấy δ = 95 % E là phát xạ sóng dài của vật đen tuyệt đối Khả năng phát xạ sóng dài của vật đen tuyệt đối theo định luật Stêphan-Bôxơma n:

4

.T

E  (calo/cm2.phút)

trong đó: σ là hệ số hấp thụ của vật đen tuyệt đối (σ = 0,826.10-10)

T là nhiệt độ trung bình của bề mặt đất (tính theo nhiệt độ tuyệt đối K0)

Do đó bức xạ mặt đất có thể viết:

4

T

E â   (calo/cm2.phút) Bức xạ sóng dài mặt đất phụ thuộc vào nhiệt độ mặt đất, khả năng phát xạ tương đối của bề mặt Ở cùng một nhiệt độ, thông thường bức xạ mặt đất nhỏ hơn bức xạ từ vật đen tuyệt đối

Các bề mặt khác nhau có khả năng phát xạ tương đối khác nha u

Bảng 4: Khả năng phát xạ tương đối của một số bề mặt

Mặt đất phát xạ cả ngày lẫn đêm Song ban ngà y sự phát xạ có thể được đền bù

có dư bằng lượng nhiệt mặt trời chiếu xuố ng Chỉ có ban đê m khi không còn luồng bức

xạ mặt trời chiế u tới nữa thì sự phát xạ mới thể hiện hoàn toàn

Tương tự như mặt đất, không khí khi hấp thụ nă ng lượng mặt trời cũng nóng lên

và bức xạ ra xung quanh (trong đó có phần hướng xuố ng mặt đất) dưới dạng sóng dài Phát xạ sóng dài của khí quyể n hướng về mặt đất gọi là phát xạ nghịch

Cường độ bức xạ sóng dài khí quyển đến mặt đất phụ thuộc vào vĩ độ địa lý, lượng mây, lượng hơi nước, bụi khí quyể n

- Ở vĩ độ trung bình, khi bầu trời quang mây, bức xạ sóng dài khí quyể n đến mặt đất khoảng 0,4 - 0,5 calo/cm2.s; nếu trời nhiề u mâ y, bức xạ bước sóng dài khí quyển tăng thêm khoảng 20 - 30%

- Ở nước ta, trong mùa đông nế u lượng hơi nước trong khí quyể n cao thì bức xạ sóng dài khí quyể n lớn, là m cho thời tiết oi bức, khó chịu và ngược lại trời quang, độ

ẩm thấp thì thời tiết trở nên lạnh giá

Từ đó chúng ta nhận thấy rằng: mặt đất mất đi một lượng nhiệt do phát xạ sóng

dài, đồng thời nó cũng nhậ n một lượng nhiệt do phát xạ sóng dài của khí quyển Như vậy, trong thực tế bao giờ cũng có hai luồng phát xạ, đồng thời một lúc: phát xạ sóng dài của trái đất và phát xạ sóng dài của khí quyển

Hiệu số giữa bức xạ sóng dài mặt đất (E đ ) và bức xạ sóng dài khí quyển (E kq ) gọi là bức xạ hiệu dụng (E hd )

kq d

E  

Eh d vào ban ngày không đáng kể do được lấn át bởi nguồ n năng lượng bức xạ mặt trời nên chúng ta chỉ quan tâm tới phát xạ hiệu dụng vào ban đêm Trị số phát xạ hiệu dụng (Eh d) của một bề mặt phụ thuộc vào khả năng phát xạ của bề mặt đó, của khí quyển và độ ẩm không khí

Phát xạ hiệu dụng phụ thuộc vào trạng thái thời tiết, độ ẩm không khí, nhiệt độ, lượng mây, hàm lượng CO2 và CO trong không khí,

2.6 Cân bằng bức x ạ của bề mặt mặt đất (bức x ạ thuần, net radiation)

Nghiên cứu cân bằng bức xạ trên mặt đất có ý nghĩa rất quan khối trong dự báo thời tiết, xác định cơ cấu mùa vụ, sinh trưởng, phát triển và năng suất cây trồng Trên mặt đất người ta thấy trong bất kỳ lúc nào cũng có sự nhập và xuất năng lượng bức xạ

B = S’ + D + Ekq - Rn - Eđ = Q - Eh d - Rn

trong đó:

B là cân bằng nă ng lượng bức xạ mặt đất (calo/c m2.phút)

S’ là cường độ bức xạ mặt trời trực tiếp (calo/c m2.phút)

D là cường độ bức xạ khuyếch tán (calo/cm2.phút)

Ekq là phát xạ sóng dài khí quyể n (calo/c m2.phút)

Rn là phản xạ sóng ngắn (calo/cm2.phút)

Eđ là phát xạ sóng dài của bề mặt đất (calo/c m2.phút)

Q là tổng xạ (calo/c m2.phút)

Ehd là phát xạ hiệ u dụng

Do: Ek q- Eđ= - Eh d; Rn = A(S’ + D)

B = (S’ + D)(1-A) - Eh d (calo/c m2.phút) + Nếu lượng nhiệt nhập lớn hơn lượng nhiệt xuất thì B>0: mặt đất nóng lên

+ Nếu lượng nhiệt nhập nhỏ hơn lượng nhiệt xuất thì B<0: mặt đất lạnh đi

Ban ngày diễ n biến của cân bằng bức xạ gần như song song với trực xạ, còn ban đêm trùng với phát xạ hiệu dụng Cân bằng bức xạ âm thì mặt đất mất nhiệt và lạnh đi nha nh chó ng Theo M.I.Buđưcô thì tại mọ i nơi trên trái đất, cân bằng bức xạ đều có giá trị dương trừ những vùng quanh nă m băng tuyết vì ở đó phát xạ hiệu dụng và Albêđô quá lớn (trong mùa đông) nên lượng nhiệt mất đi nhiều hơn lượng nhiệt nhận được

3 Biện pháp nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng bức xạ mặt trời trong sản xuất nông nghiệp

năng lượng khác Hiện nay, cây trồng chỉ mới hấp thu khoảng từ 1,5 đến 2 % tổng bức

xạ quang hợp (PAR) chiếu tới đồng ruộng Theo A.A.Nhitrôpôvich nếu nâng hiệu suất hấp thụ bức xạ của cây trồng lên tới 4-5% thì có thể nâng cao năng suất cây ngũ cốc lên gấp đôi Để nâng cao hiệu quả sử dụng bức xạ mặt trời trong sản xuất nông nghiệp tuỳ điều kiện, có thể cân nhắc sử dụng các biện pháp kỹ thuật sau đây:

- Cần đánh giá chính xác tiề m năng bức xạ quang hợp ở các vùng địa lý khác nhau theo thời gian và không gia n Khả năng đảm bảo yêu cầu cho cây trồng về năng lượng bức xạ qua ng hợp trong các gia i đoạn sinh trưởng và phát triển của chúng

- Cần xác định yêu cầu về năng lượng bức xạ quang hợp của từng giống cây trồng trong từng gia i đoạn sống khác nhau, đặc biệt yêu cầu về cường độ bức xạ, thời gian chiế u sáng trong ngày để có cơ sở bố trí thời vụ và phâ n vùng khí hậu nông nghiệp phù hợp nhằ m đạt được năng suất cây trồng cao nhất

- Cần chọn tạo những giống cây trồng có những đặc trưng hình thái thíc h hợp để có thể nhận được năng lượng bức xạ nhiều nhất như góc lá, sự phân bố cành, sự phân bố

lá trên cây, diện tích lá, bề dày lá,

- Nghiê n cứu mật độ cây trên một đơn vị diện tích sao cho phù hợp nhất Tuỳ từng điều kiện canh tác cụ thể để chúng ta xác định mật độ cây trên một đơn vị diện tích cho phù hợp

- Những loại cây ưa sáng mạnh cần trồng ở nơi có khả năng chiếu sáng tốt Cần đánh luố ng theo hướng thích hợp sao cho cây trồng trong ngày có thể nhậ n được năng lượng mặt trời nhiề u nhất

- Biện pháp trồng xe n các loại cây có độ cao khác nhau, có nhu cầu ánh sáng khác nha u Ví dụ: Xen cây dài ngày với cây ngắn ngày (cây ăn quả- dứa), cây ngắn ngày với ngắ n ngà y (Lạc- Rau),

- Sử dụng các biện pháp kỹ thuật chă m sóc: như chặt, tỉa cành đối với cây dài ngày, xới xáo đất, bón phân, tưới nước thíc h hợp sẽ giúp cây tăng khả năng chống chịu với

Nhiệt độ đất là một trong những nhân tố quan khối ảnh hưởng rất lớn đến hoạt động sống của thực vật và sự hoạt động của lớp khí quyể n gần sát mặt đất Chúng ta

đều biết rằng: sự nảy mầm của hạt, sự hình thành v à phát triển của bộ rễ thực vật xảy

ra ở trong đất, sự phân giải các chất hữu cơ (cành rơi, lá rụng, các xác động thực vật trong đất,…), chất dinh dưỡng hoà tan trong nước và nhiều quá trình sinh vật học, hoá học, vật lý học khác cũng xảy ra ở trong đất Tất cả những điều đó đối với sự sinh

trưởng, phát triển và năng suất của cây trồng đều có ý nghĩa quan khối Do đó muốn

xác định đúng đắn điều kiệ n khí tượng nô ng nghiệp trong sự sinh trưởng, phát triển của thực vật, cần phải biết trạng thá i nhiệt của mặt đất

1 Tính chất nhiệ t của đất

a Nhiệt dung của đất

Nhiệt dung của đất là đại lượng dùng để đánh giá khả nă ng nóng lên nhanh hay chậ m của đất Nhiệt dung của đất được chia là m ha i loại:

* Nhiệt dung k hối lượng Cp (calo/g.độ) là lượng nhiệt cần thiết để là m 1gam đất

Bảng 5: Nhiệt dung cuả 1 số thành phần cấu tạo đất

Nhiệt dung của đất phụ thuộc vào:

- Thành phần cấu tạo đất: các loại đất có cấu tạo từ thành phần khác nhau có

nhiệt dung khác nhau:

(calo/g/độ)

Nhiệt dung thể tích C v (calo/c m3/độ)

Từ kết quả nghiên cứu ở bảng 6 cho thấy:

+ Nhiệt dung thể tíc h của mọi thành phần rắn trong đất dao động từ 0,4-0,6 calo/c m3.độ + Nhiệt dung thể tíc h của không khí trong đất là 0,0003 calo/cm3.độ

+ Nhiệt dung của nước bằng 1 calo/c m3.độ (V1g= 1cm3)

Trong đất hầu như luôn có chứa nước và không khí Chính vì vậy trong đất càng nhiề u nước, càng ít không khí thì nhiệt dung thể tích càng lớn

- Độ ẩm đất:

Bảng 6: Nhiệt dung thể tích của các loại đất có độ ẩm khác nha u

(calo/cm3/độ)

- Các loại đất có nhiệt dung nhỏ dễ bị đốt nóng lên và lạnh đi nhanh hơn so với đất

có nhiệt dung lớn làm cho các loại đất có nhiệt dung nhỏ biến động mạ nh mẽ hơn so với các loại đất có nhiệt dung lớn

- Đất ẩm có chế độ nhiệt ôn hoà hơn ít dao động hơn so với đất khô

Vì vậy, các loại đất khô thiếu ẩm thường có chế độ nhiệt không ổn định, chúng nóng lên về ban ngày nhanh và lạnh đi về ban đê m nhanh Sự biến động này đã ảnh hưởng lớn đến quá trình sinh trưởng và phát triển của cây trồng, đặc biệt đối với đất cát

b Hệ số dẫn nhiệt của đất λ (calo.cm -2 cm -1 s -1 độ -1 ): hệ số dẫn nhiệt của đất là

đại lượng dùng để đánh giá khả năng truyề n nhiệt của các loại đất

Hệ số dẫn nhiệt của đất λ (calo.cm -2 cm -1 s -1 độ -1 ) là lượng nhiệt đi qua một đơn

vị diện tích 1 cm 2 , có độ dày 1 cm, trong thời gian một giây, khi nhiệt độ chênh lệch giữa hai lớp kế cận nhau là 1 0 C

Độ lớn của hệ số dẫn nhiệt quyết định bởi đặc tính vật lý của đất Các loại đất khác nha u thì hệ số dẫn nhiệt của chúng cũng rất khác nhau và nó phụ thuộc vào:

- Thành phần cấu tạo của đất: đất có thành phần cấu tạo khác nhau thì hệ số

dẫn nhiệt của chúng cũng khác nhau

+ Hệ số dẫn nhiệt (HSDN) của nước: 0,0013 calo.cm-2.cm-1.s-1.độ-1

+ Hệ số dẫn nhiệt của không khí: 0,00005 calo.c m-2.c m-1.s-1.độ-1

+ HSDN của thành phần rắn trong đất: 0,001-0,006 calo.c m-2.c m-1.s-1.độ-1

Bảng 7: Hệ số dẫn nhiệt λ (calo.cm-2.cm-1.s-1.độ-1) của một số thành phần cấu tạo đất

- Ẩm độ đất: nước trong đất có thể làm tăng thê m hệ số dẫn nhiệt của đất

Nước và không khí trong đất là ha i thành phần có tính chất đối kháng Sự có mặt của nước và không khí trong đất nhiề u hay ít đã ảnh hưởng đến tính dẫn nhiệt của đất Chính vì vậy ở những loại đất có ẩm độ cao chế độ nhiệt ôn hoà hơn, ổn định hơn,

- Bốc hơi: hệ số dẫn nhiệt trong đất còn phụ thuộc nhiề u vào sự bốc hơi

c Hệ số truyền nhiệt của đất (k):

Tốc độ truyền nhiệt độ trong lớp đất trồng trọt và đặc biệt ở tầng canh tác có ý nghĩa lớn trong kỹ thuật trồng trọt Khi thực hiện các biện pháp canh tác thường dựa trên sự phân bố nhiệt độ ở các lớp đất khác nhau Để giải quyết vấn đề này người ta dùng một khái niệ m gọ i là hệ số truyề n nhiệt độ của đất

Hệ số truyền nhiệt độ của đất là tỷ số giữa hệ số dẫn nhiệt (λ) và nhiệt dung thể tích (Cv) của chúng

Hệ số truyề n nhiệt độ của nước và không khí nhỏ hơn so với phần rắn trong đất cho nên đất ẩm và đất xốp truyền nhiệt xuống sâu và mất nhiệt trong không khí chậm hơn so với đất khô và cứng

2 Cân bằng nhiệt của mặt đất

2.1 Cơ chế nhiệt của đất

Ban ngày, mặt đất nóng lên chủ yếu là nhờ nguồn năng lượng của bức xạ mặt trời Mặt đất hấp thụ các tia bức xạ mặt trời và chuyển thành nhiệt năng làm cho mặt đất nóng lê n Vào những giờ có mặt trời, mặt đất được đốt nóng và nhiệt của bề mặt đất nhậ n được lạ i truyề n cho những lớp không khí tiếp giáp và cho những lớp đất sâu hơn Vào ban đêm và những ngày mùa đông lạnh, mặt đất bị nguội đi do phát xạ Sự nguội lạnh này cũng làm cho lớp không khí kế tiếp và những lớp đất dưới lạ nh đi

Mặt trực tiếp nhận và phát nhiệt người ta gọi là mặt hoạt động Bề mặt hoạt động có thể là rừng cây, mặt nước, đá, cát,… cho nên tính chất nhiệt của chúng rất khác nhau Vì vậy, quá trình nóng lên, nguội đi và truyền nhiệt vào sâu trong đất của các bề mặt nà y cũng rất khác nhau, dẫn đến có biến thiên nhiệt độ ngày đêm và nă m Như vậy, quá trình nóng lên của mặt đất là do sự nhận năng lượng và quá trình lạnh đi của chúng là do sự mất năng lượng của lớp bề mặt đất Hai quá trình này xảy ra liên tục suốt ngày đêm, tạo nên một cân bằng động Mặt đất chỉ nóng lê n khi phần nă ng lượng nhận được lớn hơn phần năng lượng mất đi Ngược lại khi phầ n năng lượng mất

đi chiếm ưu thế thì mặt đất bị lạnh đi

2.2 Cân bằng nhiệt của bề mặt đất

Sự nóng lên hay lạnh đi của đất là kết quả của sự cân bằng động nhiệt độ đất và được quyết định bởi cân bằng nă ng lượng bức xạ trên mặt đất

Cân bằng nhiệt của mặt đất là hiệu số giữa phần năng lượng nhận được và phần năng lượng mất đi của mặt đất Nếu cân bằng nhiệt có giá trị dương thì mặt đất nóng lên, cân bằng nhiệt bằng 0 thì nhiệt độ mặt đất không đổi, cân bằng nhiệt là một số âm thì mặt đất sẽ bị lạnh đi

a Sự cân bằng nhiệt của mặt đất vào ban ngày:

- Tổng xạ gồ m trực xạ và tán xạ ( Q= S’+D )

- Luồng phát xạ sóng dài của khí quyể n (Ek q)

Đồng thời mất đi những nguồn nhiệt:

- Do phản xạ sóng ngắ n (Rn)

- Do phát xạ sóng dài của bề mặt đất (Eđ)

- Do dòng thăng đi lên (V)

- Do lượng nhiệt truyền sâu vào lòng đất (P)

- Do quá trình bốc hơi (LE)

LE V P E A D S B

LE V P E E R D S

hd

kq d n

'(

'

1 1

B

Ba lượng nhiệt P, V, LE mất đi không đáng kể so với năng lượng bức xạ mặt trời mà mặt đất nhận được Vì vậ y, cân bằng nhiệt của bề mặt đất vào ban ngày luô n có giá trị dương Trừ những vùng cực vào mùa đông không có trực xạ thì cân bằng nhiệt

độ của bề mặt đất vào ban ngày mang giá trị â m

b Cân bằng nhiệt của bề mặt đất v ào ban đêm:

Vào ban đêm không có bức xạ mặt trời nên không có trực xạ (S’) và tán xạ (D) Mặt đất nhận được các nguồ n nhiệt:

- Do phát xạ sóng dài của bề mặt đất (Eđ)

- Do dòng giáng đi xuống (V)

- Do lượng nhiệt truyền ra từ lòng đất (P)

- Do sự ngưng kết hơi nước (LE)

Mặt đất mất đi các nguồn nhiệt:

- Tổng xạ

E LE V P B

E E LE V P

3 Sự diễn biến hàng ngày và hàng nă m của nhiệt độ đất

3.1 Sự diễn biến hằng ngày của nhiệt độ đất

Sự nóng lên vào ban ngày và lạnh đi vào ban đêm của mặt đất gây ra sự biến thiê n nhiệt độ liên tục trong suốt thời gia n một ngày đêm, gọi là sự diễn biến hà ng ngày của nhiệt độ đất

a Thời gian xuất hiện các cực trị về nhiệt độ đất trong ngày

Dao động hằng ngày của nhiệt độ mặt đất là một dao động đơn giả n, có một trị

b Biên độ biến thiên hằng ngày của nhiệt độ mặt đất

Biê n độ biến thiê n hàng ngày của nhiệt độ mặt đất là hiệ u số giữa trị số nhiệt độ cao nhất và nhiệt độ thấp nhất trong ngày đó và được biểu diễn như sau:

Δt = t m ax – t m i n

trong đó: tmax là giá trị nhiệt độ cao nhất trong ngà y (0C)

tmin là giá trị nhiệt độ thấp nhất trong ngày đó (0C)

Biê n độ biến thiên hằng ngày của nhiệt độ mặt đất là yếu tố biến động rất lớn và

nó phụ thuộc vào những yế u tố sau:

- Thời gian trong năm: mùa hè biên độ biế n thiên hàng ngày của nhiệt độ đất lớn

hơn mùa đông Biê n độ biến thiên hàng ngà y của nhiệt độ đất vào mùa hè khoảng

- Vĩ độ địa phương: vĩ độ địa phương càng thấp thì biên độ biến thiên hàng ngày

của nhiệt độ đất càng cao Ở vùng xích đạo và vùng nhiệt đới biên độ biế n thiên hà ng ngà y của nhiệt độ đất có giá trị lớn nhất Vĩ độ càng cao, biên độ biế n thiên hàng ngày của nhiệt độ đất càng giảm nhưng biên độ biến thiên hàng năm của nhiệt độ đất càng tăng

- Lượng mây: lượng mây trên bầu trời càng ít thì biên độ biến thiên hằng ngày của

nhiệt độ đất càng cao (vì lượng mâ y làm giả m trực xạ vào ban ngày và giả m phát xạ hiệu dụng vào ban đêm)

- Tính chất nhiệt của đất (nhiệt dung v à hệ số dẫn nhiệt của đất):

+ Nhiệt dung của đất càng lớn thì biên độ biến thiên hà ng ngà y của nhiệt độ đất càng nhỏ

+ Hệ số dẫn nhiệt càng lớn thì biên độ biến thiê n hàng ngày của nhiệt độ đất càng nhỏ

- Màu sắc của đất: biên độ biến thiên hàng ngà y của nhiệt độ đất ở đất sẫm màu lớn

hơn so với đất nhạt màu

- Độ ẩm đất: biên độ hằng ngà y của đất ẩm nhỏ hơn đất khô

- Độ cứng: biên độ hằng ngà y ở đất xốp nhỏ hơn đất cứng

- Địa hình v à hướng dốc:

+ Địa hình càng cao thì biên độ biến thiên hà ng ngày của nhiệt độ đất càng lớn + Biê n độ biến thiên hằng ngà y ở đất ghồ ghề lớn hơn đất bằng phẳng

+ Hướng sườn dốc khác nha u thì mức độ nóng lên của đất khác nhau Biên độ nhiệt

độ hàng ngày của nhiệt độ đất ở sườn Tây lớn hơn sườn Đô ng

-Lớp phủ thiên nhiên của đất:

Đất có phủ thực vật (cỏ cây, rừng,…) biên độ biến thiên hằng ngày của mặt đất nhỏ hơn so với đất trơ trụi (do thực vật ngăn cản được rất nhiề u bức xạ mặt trời tới được mặt đất)

- Độ trong suốt của khí quyển: biên độ biế n thiên hàng ngày của nhiệt độ đất tăng

lên khi độ trong suốt của khí quyển tăng

Bảng 8: Những biến thiê n nhiệt độ hàng ngà y trên mặt những loại đất khác nha u:

Đối với cát do có nhiệt dung và hệ số dẫn nhiệt thấp nên biên độ biến thiên hằ ng ngà y của của đất cát rất lớn Điều này gây ảnh hưởng lớn cho sự sinh trưởng và phát triển của cây trồng trên vùng đất cát

3.2 Sự diễn biến hàng năm của nhiệt độ đất

Sự diễ n biến hàng nă m của nhiệt độ đất liên quan đến sự biến thiên hàng năm của lượng nhập năng lượng bức xạ mặt trời Tại Bắc bán cầu điể m cực đại của nhiệt độ đất thấy vào tháng 7, 8 Còn điể m cực tiểu vào tháng 1, tháng 2

 Biên độ biến thiên hàng năm của nhiệt độ mặt đất là hiệu số giữa nhiệt độ đất trung bình tháng cao nhất và tháng thấp nhất trong năm đó

Δ tn = t tm ax – t tmi n ( 0 C)

trong đó: tt max là nhiệt độ trung bình tháng cao nhất trong nă m

tt min là nhiệt độ trung bình tháng thấp nhất trong nă m

Biên độ biến thiên hàng nă m của nhiệt độ đất phụ thuộc vào:

- Vĩ độ địa phương: vĩ độ càng cao thì biên độ biến thiên hàng nă m của nhiệt độ đất

càng lớn Càng gần biể n biên độ nhiệt độ càng giả m Tại những vĩ độ trung bình biên

Thời gian xảy ra nhiệt độ hàng nă m cực đại (cực tiểu) chậm dần theo độ sâu Vùng vĩ độ trung bình thường khoảng 20-30 ngày cho mỗi mét độ sâu

4 Ảnh hưởng của nhiệ t độ đất đối với sản xuất nông nghiệ p:

4.1 Nhiệt độ đất ảnh hưởng đến cây trồng:

Nhiệt độ đất là một trong nhữ ng yếu tố cơ bản ảnh hưởng đến quá trình sinh trưởng, phát triển và năng suất cây trồng Nhiệt độ đất đặc biệt có ý nghĩa đối với sự nảy mầm của hạt, sự phát triển của bộ rễ cây, ảnh hưởng đến hoạt động sống của vi sinh vật đất Chỉ khi có một nhiệt lượng nhất định hạt giống mới có thể nảy mầ m, rễ non mới phát dục được, mầ m no n mới có thể mọc lên khỏ i mặt đất Nhiệt độ đất ảnh hưởng đến:

- Các giai đoạn sinh trưởng và phát triển của cây trồng, đặc biệt là giai đoạn nảy mầm của hạt giống

Nhu cầu về nhiệt độ đất ở gia i đoạn mọc mầ m của các giống cây trồng khác nha u thì khác nhau Muốn cho hạt giống nảy mầm được nhiệt độ đất phải cao hơn giới hạn tối thấp sinh vật học mà hạt giố ng đó yêu cầu Nếu nhiệt độ quá thấp (dưới giới hạn tối thấp sinh vật học) hạt giố ng sẽ không nảy mầ m được Ví dụ lúa chỉ gieo khi nhiệt độ đất cao hơn 12-140C; ngô gieo khi nhiệt độ cao hơn 8-100C Trong khoảng nhiệt độ thích hợp, nhiệt độ tăng sẽ rút ngắn thời gian từ gieo đến mọc mầ m, chất lượng mầ m tốt, tỷ lệ mầ m cao Ngược lại, nếu nhiệt độ quá cao (quá giới hạn tối cao sinh vật học) cũng là m cho hạt giố ng mất khả năng nảy mầm hoặc chất lượng mầm kém, cây phát triển yếu Hạt giống nằm lâu ngày dưới đất sẽ bị thố i do các loại nấm bệnh, vi sinh vật, côn trùng phá hoại Đặc biệt là các loại hạt giống có hà m lượng dầu cao như vừng, lạc, bông, hướng dương,…

Bảng 9: Nhu cầu về nhiệt độ đất trong thời kỳ nảy mầ m của một số loại hạt giống

Nhiệt độ đất Loại hạt giống

đó lạ i yếu đi và tới 40- 450C thì ngừng hẳn Nhiệt độ đất trên 500C thường đã có hại rõ rệt đối với cây Khả năng chịu được nhiệt độ thấp cũng không giống nha u đối với từng loại cây Các cây nhiệt đới có thể ngừng sinh trưởng ở điề u kiệ n nhiệt độ đất 3-40C và

có khi ở nhiệt độ cao hơn nữa, lúc này quá trình vận chuyển chất dinh dưỡng từ rễ lên các bộ phận trên mặt đất bị đình trệ Riêng các cây xứ lạnh có thể chịu được nhiệt độ thấp hơn tới - 200C, -300C hay hơn nữa

Ở nước ta, vụ Đông và vụ Xuân là những vụ trồng trọt có nhiệt độ thấp, do đó cần phải nghiên cứu để nắ m vững được nhu cầu nhiệt cần cho sự mọc mầm của hạt giống, đồng thời cần nắ m được sự diễn biến về nhiệt độ và ẩm độ đất tự nhiê n ở thời

kỳ gieo hạt nhằm xác định thời vụ gieo thíc h hợp, tạo điều kiện tốt nga y từ pha sinh trưởng đầu tiên

- Ảnh hưởng đến sự phát sinh v à phát triển của rễ

Nhiệt độ đất ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình phát sinh, phát triển của rễ và các

bộ phận dưới mặt đất Theo tài liệu của Xine nnhicốp, nhiệt độ đất ảnh hưởng đến độ dài của rễ ngô trong ngà y như sau:

Bảng 10: Nhiệt độ đất ảnh hưởng đến độ dàicủa rễ

- Nhiệt độ đất ảnh hưởng tới qua trình hút nước, huy động v à cung cấp chất dinh dưỡng cho cây

+ Nhiệt độ đất cao làm tăng khả năng hoà tan các chất dinh dưỡng trong đất, làm tăng hoạt tính của dung dịc h đất giúp cho bộ rễ cây trồng hút được một cách thuận lợi hơn

+ Nhiệt độ đất cao là m tăng quá trình bốc hơi nước trên mặt đất và quá trình phát tán hơi nước của các bộ phận thân lá tạo ra dòng vận chuyển liê n tục của nước và các chất dinh dưỡng trong cơ thể cây trồng Trong điều kiện nhiệt độ thấp quá là m giảm tốc độ thậm chí là m ngưng trệ các quá trình trên gâ y ra nhữ ng ảnh hưởng xấu đến cây trồng

- Nhiệt độ đất ảnh hưởng đến hoạt động của v i sinh vật đất

+ Nhiệt độ đất thích hợp cường độ hoạt động của vi sinh vật đất mạnh, tốc độ phân giải các chất hữu cơ trong đất xảy ra nhanh chóng, tăng khả năng cung cấp chất hữu cơ cho cây

+ Các loại sản phẩ m phụ như thân lá, rễ cây sau thu hoạch, các loại phân hữu cơ, phân chuồng, phân xanh bón vào đất phải được phân giải thành các chất vô cơ dễ tiêu cây trồng mới sử dụng được

- Ảnh hưởng đến sự phát sinh và phát triển của sâu bệnh

Nhiệt độ đất còn ảnh hưởng đến sự phát sinh, phát triển của một số loài sâu bệnh sống trong đất Nếu nhiệt độ thíc h hợp chúng có thể tồn tại lâu trong đất

Tóm lại, nhiệt độ đất ảnh hưởng rất lớn đến quá trình sản xuất nông nghiệp, đến

năng suất và chất lượng nông sản phẩ m

5 Những biện phá p kỹ thuật điề u hoà chế độ nhiệ t của đất

5.1 Những biện pháp kỹ thuật giữ v à tăng nhiệt độ đất trong mùa đông:

Trong thời kỳ mùa đông năng lượng bức xạ nhậ n được ít, lại kè m theo gió lạnh Chính vì vậy vấn đề giữ nhiệt trong thời kỳ mùa đông cần được quan tâm đến

- Che phủ mặt đất: có thể dùng những biện pháp sau: Rơm rạ, cỏ mục, mùn

trấu,…Cây phân xanh: rong, bèo, muồng,….Ny lông Rải tro trên mặt ruộng ở một số ruộng mới gieo trồng sẽ là m tăng khả năng hấp thụ nhiệt mặt trời của mặt đất

- Tưới nước và giữ nước cho cây trồng cạn: tăng ẩ m độ đất sẽ là m tăng nhiệt dung

của đất, tăng hệ số dẫn nhiệt của đất sẽ làm tăng hệ số khả năng hấp thụ năng lượng bức xạ mặt trời Như vậy đất sẽ có nhiệt độ cao hơn

- Trồng cây theo luống, hàng và hướng: trồng cây theo luố ng có thể làm thay đổi

trạng thái đất rất nhiều Trong điều kiện trồng cây theo luố ng sẽ là m cho bề mặt hoạt động tăng lên 20-30% so với mặt đất phẳng Cho nên ban ngày mặt đất trồng theo luống hấp thu năng lượng bức xạ mặt trời nhiều hơn so với mặt đất không có luống

Bảng 11: Ảnh hưởng của đánh luống tới nhiệt độ đất (0C)

- Cải thiện thành phần cơ giới và kết cấu đất: giả m tỷ lệ cát, tăng tỷ lệ sét trong đất

Xới xáo, giữ cho đất tơi xốp, thoáng khí, bón phân hữu cơ là m cho đất tơi xốp, có kết cấu viên nhiều, lượng không khí trong đất tăng lên là m cho đất thoáng, nóng lê n và lạnh đi chậ m

- Xác định thời vụ thích hợp: là biện pháp có hiệu quả nhất tránh được thời gian có

nhiệt độ thấp Việc gieo trồng vụ Đông, vụ Xuân chỉ được thực hiệ n khi nào nhiệt độ cao hơn nhiệt độ tối thấp sinh vật học mà hạt giống yêu cầu

5.2 Các biện pháp k ỹ thuật giảm nhiệt độ đất trong mùa hè:

+ Có thể dùng vật che tủ cho cây trong mùa hè bằng những giàn che đối với những cây non trong vườn ươm, vừa có tác dụng hạ n chế sự tăng lên của nhiệt độ đất, lạ i có thể tránh mưa cho cây non

+ Có thể dùng rơm rạ, cỏ mục hay cây phân xanh phủ trên mặt đất để giả m năng lượng bức xạ chiế u trực tiếp xuống mặt đất, là m tăng phản xạ của mặt đất và là m giảm nhiệt độ của chúng vào những giờ ban ngà y

- Tưới nước cho cây: dùng nước tưới cho cây trồng là biện pháp chóng nóng có

hiệu quả cao Đất có tưới trong điều kiện nhiệt độ cao cường độ bốc hơi nước trên mặt đất tăng lê n và là m cho nhiệt độ mặt đất giả m đi đáng kể Đối với cây trồng cạn, việc tưới nước giữ ẩ m cho đất là biện pháp rất có hiệu quả Thiếu nước cây trồng phát triển kém do không đủ nước cho các nhu cầu thoát hơi nước mạnh Đối với cây trồng nước

như lúa và các loại rau trồng trong nước về mùa hè nhất thiết phải có lớp nước trên mặt đất

- Xới xáo đất, san phẳng mặt ruộng, bón phân hữu cơ cho đất là m giả m khả năng

hấp thụ nhiệt của đất, tăng sức chống chịu của cây

- Trồng cây che bóng và trồng rừng phòng hộ: tác dụng làm giả m bức xạ trực tiếp,

ngă n chặn gió nóng xâ m nhập Tuỳ theo mục đíc h sử dụng đất, tuỳ từng loại cây trồng người ta có thể trồng các loại cây che bóng (thường là những loạ i cây phân xanh như: muồ ng, cây cốt khí,…)

*****

CHƯƠNG 4 CHẾ ĐỘ NHIỆT CỦA KHÔNG KHÍ

Mục đích nghiên cứu chế độ nhiệt của không khí là tìm hiểu những quy luật về nhiệt khí quyể n, sự nóng lê n và lạnh đi của không khí, những quy luật biến thiên theo không gian và thời gia n, tìm kiế m những biệ n pháp né tránh sự ảnh hưởng của nhiệt

độ, tránh những thiên tai đối với sản xuất nông nghiệp nhằ m đáp ứng nhu cầu cần thiết

về nhiệt cho cây trồng và gia súc, gia cầm góp phần vào việc nâng cao năng suất, phẩm chất và tổng sản lượng nông nghiệp

1 Quá trình nóng lê n và lạnh đi của không khí

Do khả năng hấp thu nă ng lượng bức xạ mặt trời kém của không khí (chỉ được khoảng 14% tổng năng lượng bức xạ mặt trời xuyên qua khí quyển), không khí ít bị đốt

nóng trực tiếp bởi bức xạ mặt trời Nguồn nhiệt cơ bản để đốt nóng không khí là do mặt đất cung cấp

Mặt đất nhận được bức xạ mặt trời và nóng lên, một phần lượng nhiệt đó được nhường cho các lớp khí quyển ở phía trên Trung bình bề mặt đất toả vào khí quyển 37% năng lượng bức xạ mà nó nhậ n được Bề mặt cát nhường nhiệt cho khí quyển 49% Mặt nước chỉ nhường cho khí quyển từ 0 - 4% năng lượng nhận được

Quá trình trao đổi nhiệt giữa đất và không khí diễn ra suốt ngày đêm Vào ban ngà y khi nhậ n được năng lượng bức xạ mặt trời, mặt đất nóng hơn không khí, đất