SO SÁNH LƯỢNG NƯỚC VÀ SỐ LẦN TƯỚI CỦA CÁC KỸ THUẬT TƯỚI NƯỚC CHO CÂY LÚA: ÁP DỤNG MÔ HÌNH HỆ THỐNG STELLA

- SO SÁNH LƯỢNG NƯỚC VÀ SỐ LẦN TƯỚI CỦA CÁC KỸ THUẬT TƯỚI NƯỚC CHO CÂY LÚA: ÁP DỤNG MÔ HÌNH HỆ THỐNG STELLA.
- Mô hình hệ thống STELLA, kỹ thuật tưới, cân bằng nước Keywords:.
- Nghiên cứu tập trung vào việc xây dựng mô hình cân bằng nước giữa ruộng và kênh nội đồng để mô phỏng sự biến động về nước tưới trong quá trình canh tác lúa và so sánh hiê u qua.
- của các kỹ thuật tưới nước khác nhau (bao gô ̀m: lượng nước và số lần bơm tưới).
- Sáu kỹ thuật tưới kha ́ c nhau (bao gồm: Ky ̃ thuật t ướ i ngập khô sen ke ̉ (AWD), ba ́ n khô (SDC), ngập cạn va ̀ khô (SWD), Bão hòa, TCVN và phương pháp tưới thực tế tại địa phương) được áp dụng trong nghiên cứu này.
- Mô hình được phát triển trong phần mềm hê thô.
- Các điều kiện tự nhiên cu ̉ a vùng nghiên c ứ u và đặc điểm của giô ́ng lúa được thu thập và áp dụng chung cho các kỹ thuật tưới được pha ́ t triển trong mô hình.
- Kết quả nghiên cứu cho thấy lượng nước tưới của các kỹ thuật tưới biến động trong khoảng triệu (m 3 /vụ) và số lần bơm tưới dao động trong khoảng 11 – 32 (lần/vụ) (v ớ i diệ n tı ́ ch nghiên c ứ u la ̀ 120 ha).
- trong đó, kỹ thuật tưới AWD là hiệu quả nhất về lượng nước và số lần bơm tưới.
- Hiện nay, nhiều kỹ thuật tưới nước cho cây lúa đã được nghiên cứu và áp dụng vào thực tế nhằm mục đích cung cấp nước hiê ̣u quả cho sự phát triển của cây lúa trong quá trình canh tác như: (i) kỹ thuật tưới ướt khô xen kẻ (AWD), nghiên cứu của Tuong and Bouman, (2003), đươ ̣c áp du ̣ng cho canh tác lúa ở Viê ̣t Nam và các nước trong khu vực châu Á.
- (iii) kỹ thuật tưới bão hòa, nghiên cứu của Tabbal et al.
- (iv) kỹ thuật tưới theo tiêu chuẩn Viê ̣t Nam TCVN 8641:2011.
- và (v) kỹ thuật tưới của người dân tại vùng nghiên cứu.
- Các kỹ thuật tưới có cách tưới khác nhau đã được áp dụng vào canh tác lúa thực tế nhưng chưa định.
- lượng về lượng nước tưới.
- Do vậy, mục đích của nghiên cứu này là xây dựng mô hình hệ thống (động) cân bằng nước để mô phỏng sự biến động về nước tưới thời gian trong quá trình canh tác lúa..
- Thông qua đó, mô hình cân bằng nước nhằm để so sánh về lượng nước và số lần bơm tưới giữa các kỹ thuật tưới nước khác nhau cho cây lúa..
- Việc đánh giá các kỹ thuật tưới cần được thực hiện thông qua việc đánh giá tổng hợp các yếu tố tác động liên quan đến biến động nguồn nước trong quá trình canh tác lúa.
- Mô hình hệ thống động (ví dụ: mô hình hệ thống STELLA) được xem là công cụ hiệu quả, giúp tổng hợp các yếu tố lên quan đặc biệt là sự thay đổi của hệ thống theo thời gian (Pollard and Toit, 2008.
- Mô hình hệ thống đã được ứng dụng nhiều trong các lĩnh vực môi trường nhằm mô phỏng các diễn biến thực tế trong tự nhiên và đưa ra các dự báo cần thiết (Costanza and Ruth, 1998.
- Các vấn đề nghiên cứu áp du ̣ng mô hình hê ̣ thống động như: Nghiên cứu của Costanza et al., (1998.
- 2001) đã xây dựng mô hình hệ thống sinh thái thể hiện tác động qua lại giữa sự phát triển của tảo và cá hồi, sự kết hợp giữa hệ sinh thái và kinh tế của rừng ngập mặn bằng phần mềm Stella ở Vịnh Chesapeake (Brazil).
- Simonovic, (2002) đã xây dựng mô hình hệ thống về sự biến động tài nguyên nước của toàn cầu liên quan đến nông nghiệp, công nghiệp, dân số và các vấn đề khác liên quan.
- Tuy nhiên, mô hình của Simonovic xây dựng để mô tả biến động nguồn nước cho toàn cầu chưa đủ để phản ánh chi tiết cho từng lĩnh vực cụ thể trong mô hình.
- Ở Việt Nam nói chung và đồng ĐBSCL nói riêng, có nhiều nghiên cứu về mô hình hệ thống (ví dụ: Ngô Ngọc Hưng, (2008)) đã nghiên cứu và ứng dụng mô hình hệ thống vào lĩnh vực môi trường và nhiều lĩnh vực khác.
- và ctv., 2014 đã đưa các giải pháp thích ứng với hiện trạng thiếu nước do xâm nhập mặn cho nông nghiệp ở huyện Ngã Năm, Sóc Trăng bằng việc xây dựng mô hình hệ thống động cân bằng nước trong quá trình sản xuất lúa.
- Qua các kết quả nghiên cứu cho thấy, mô hình hệ thống động có thể giải quyết được các vấn đề phức tạp biến động theo thời gian, đặc biệt là các vấn đề bao gồm nhiều yếu tố liên quan với nhau..
- Giá trị của các hệ số được sử dụng trong mô hình được thể hiện qua (Bảng 1)..
- Bảng 1: Các biến và giá trị được sử dụng trong mô hình.
- 2.2 Xây dựng kỹ thuật tưới nước cho cây lúa Kỹ thuật tưới được xây dựng trong mô hình dựa vào cách quản lý mực nước cao nhất và thấp nhất trên ruộng của từng phương pháp..
- Kỹ thuật tưới áp dụng trong mô hình cân bằng nước được xây dựng theo CT 1, lượng nước cần tưới được xây dựng theo công thức CT 2 và đặc điểm của kỹ thuật tưới nước cho cây lúa tại vùng nghiên cứu được thể hiện ở Bảng 2..
- Bảng 2: Đặc điểm của kỹ thuật tưới nước cho cây lúa ở vùng nghiên cứu Đặc điểm kỹ thuật.
- 2.3 Xây dựng mô hình cân bằng nước 2.3.1 Nhu cầu nước cho cây lúa.
- trong đó, hệ số K c cho cây lúa được sử dụng trong mô hình theo TCVN 864:2011 về công trình thủy lợi kỹ thuật tưới tiêu nước cho cây lương thực và cây thực phẩm.
- Mô hình cân bằng nước trong hệ thống canh tác lúa thể hiện sự biến động của lượng nước vào và lượng nước ra trong hệ thống được dựa theo (Lê Anh Tuấn, 2005).
- Mô hình mô phỏng biến động nguồn nước được xây dựng theo các điều kiện thực tế trong quá trình canh tác lúa của người dân tại vùng nghiên cứu..
- Lượng nước vào ruộng từ kênh (C c.
- Lượng nước vào kênh từ ruộng (C r.
- H tmax và H tmin : Mực nước tưới cao nhất và thấp nhất biến động theo thời gian qua các giai đoạn tưới nước cho cây lúa trong mô hình..
- H tmin ) thay đổi theo cách tưới và áp dụng chung cho các kỹ thuật tưới khác nhau..
- Kỹ thuật tưới tại vùng nghiên cứu được cho ̣n làm cơ sở để hiệu chỉnh và kiểm định mô hình do các số liệu điều tra thực tế và điều kiện tự nhiên sẵn có.
- Dựa vào mô hı̀nh mô phỏng kỹ thuật tưới vùng nghiên cứu đã được kiểm đi ̣nh, các kỹ thuật tưới còn la ̣i sẽ được điều chỉnh thời gian ( TIME) và mực nước (H tmax và H tmin ) qua các giai đoa ̣n tưới nước cho cây lúa để phù hợp với cơ sở lý thuyết của các kỹ thuật tưới (Đặc điểm cơn bản của các phương pháp tưới được thể hiện ở phần phụ lục cuối bài)..
- Bước 1: Hiệu chỉnh giá trị H tmax trong mô hình: Hiệu chỉnh giá trị H tmax để kết quả của mô hình phù hợp với kết quả thực tế về mực nước cao nhất (L tmax.
- Bước 2: Hiệu chỉnh giá trị H tmin trong mô hình: Sau khi hiệu chỉnh H tmax tiến hành hiệu chỉnh H tmin để kết quả của mô hình phù hợp với kết quả thực tế về mực nước thấp nhất (L tmin.
- Bước 3: Hiệu chỉnh lại với bước 1 và bước 2 đến khi kết quả mô phỏng mực nước cao nhất và thấp nhất của mô hình tương đương với giá trị mực nước thực tế qua các giai đoạn tưới nước trong quá trình phát triển của cây lúa.
- Trong nghiên cứu này, khoảng chấp nhận sai lệch mực nước của mô hình và thực tế trong khoảng ±0.5 cm..
- Các yếu tố của các biến trong mô hình được xây dựng bộ dữ liệu của vụ Đông Xuân (ĐX) và được kiểm định trong bộ số liệu của vụ Hè Thu (HT).
- Các chỉ tiêu để kiểm định mô hình là về số lần bơm nước và mực nước (cao nhất và thấp nhất) qua các giai đoạn tưới trong quá trình phát triển của cây lúa.
- Ngoài ra, kết quả mô phỏng của mùa vụ ĐX được chọn để so sánh tính hiệu quả của các kỹ thuật tưới khác nhau vì trong thời gian này quá trình canh tác ít bị ảnh hưởng bởi mưa nên việc so sánh sẽ thể hiện đúng với thực tế về lượng nước tưới và số lần bơm nước cần thiết cho cây lúa..
- 3.1 Mô hình cân bằng nước giữa ruộng và kênh nội đồng.
- đồng trong quá trình canh tác lúa tại vùng nghiên cứu được tổng hợp và xây dựng thành mô hình hệ thống biến đổi động theo thời gian.
- Mô hình đã thể hiện chi tiết mối quan hệ của các yếu tố liên quan có tác động đến sự biến đổi nguồn nước giữa ruộng và hệ thống kênh nội đồng.
- Ngoài ra, nghiên cứu này còn đưa vào mô hình ảnh hưởng của sự mao dẫn của nguồn nước ngầm tầng nông đến biến động nguồn nước ruộng trong quá tình canh tác lúa (Hình 2).
- hệ thống.
- Nhìn chung, mô hình cân bằng nước đã hệ thống hóa các yếu tố tác động đến sự biến động của nguồn nước giữa ruộng và hệ thống kênh nội đồng trong tự nhiên tại vùng nghiên cứu, giúp tiết kiệm thời gian và chi phí làm thực nghiệm.
- Bên cạnh đó, mô hình có thể đánh giá mức độ ảnh hưởng của biến giá trị khác nhau đến kết quả đầu ra của hệ thống và cho ra kết qua nhanh chóng, làm cơ sở cho các lựa chọn, các giải pháp với nhiều yếu tố có mối quan hệ phức tạp với nhau mà trong thực tế cần phải tốn nhiều thời gian và chi phí làm thực nghiệm đánh giá..
- Hình 2: Mô hình cân bằng nước giữa ruộng và kênh nội đồng ở vùng nghiên cứu 3.2 Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình.
- 3.2.1 Hiệu chỉnh mô hình.
- Mô hình sau khi hiệu chỉnh đã cho kết quả mô phỏng phù hợp với thực tế về mực nước trên ruộng qua các giai đoạn phát triển của cây lúa (Hình 3)..
- Kết quả mô phỏng của mô hình về mực nước (mực nước cao nhất và thấp nhất) đối với giá trị H tmin và H tmax ban đầu còn chênh lệch lớn so với thực tế và sự chênh lệch vượt mức giá trị chấp nhận (>.
- Qua các bước thực hiện theo phương pháp hiệu chỉnh, kết quả hiệu chỉnh cuối cùng của mô hình cho kết quả phù hợp với kết quả thực tế về mực nước cao nhất và thấp nhất (L min và L max ) và giá trị sai lệch thỏa điều kiện chấp nhận (<0.5 cm).
- trị H tmin và H tmax trong mô hình so với giá trị thực tế L min và L max nguyên nhân là do bước thời gian mô phỏng và sai số nhất định của mô hình.
- Mô hình cân bằng nước được mô phỏng ở bước thời gian là 1 ngày trong khi đó ngoài thực tế sự biến động về nguồn nước diễn ra liên tục và điều này không thể.
- mô phỏng trong mô hình do số liệu không được đáp ứng như trong thực tế.
- Tuy nhiên, kết quả mô phỏng của mô hình cân bằng nước không sai lệch đáng kể so với kết quả thực tế được thu thập trực tiếp tại vùng nghiên cứu..
- Bảng 3: Kết quả hiệu chỉnh mực nước trên ruộng (cm) qua các giai đoạn tưới cho cây lúa tại vùng nghiên cứu trong vụ ĐX.
- Hình 3: Kết quả mô phỏng của mô hình về kỹ thuật tưới nước cho cây lúa so với thực tế tại vùng nghiên cứu trong vụ ĐX.
- 3.2.2 Kiểm định mô hình.
- Trong vụ HT, mực nước trên ruộng biến động nhiều hơn so với vụ ĐX do ảnh hưởng của mưa trong thời gian này nhưng kết quả mô phỏng của mô hình về mực nước ruộng (cao nhất và thấp nhất) qua các giai đoạn tưới nước cho cây lúa vẫn phù hợp so với thực tế (Hình 4).
- thể hiện cụ thể ở Hình 4 là sự biến đổi xung quanh các ngày thứ 71 và 91, nhưng mô hình đã tự động điều chỉnh giá trị này về phù hợp với giá trị thực tế..
- Qua đó cho thấy, mô hình cho kết quả mô phỏng phù hợp với kết quả thực tế địa phương về cách quản lý nguồn nước cho cây lúa và thể hiện được cách thức hoạt động của mô hình (động) là tự động thay đổi kết quả khi giá trị đầu vào thay đổi nhưng không làm thay đổi tính đúng của hệ thống..
- Hình 4: Kết quả mô phỏng của mô hình về kỹ thuật tưới nước cho cây lúa so với thực tế tại vùng nghiên cứu trong vụ HT.
- 3.3 So sánh hiệu quả của các kỹ thuật tưới cho cây lúa.
- 3.3.1 Lượng nước cung cấp cho cây lúa của các kỹ thuật tưới khác nhau.
- Các kỹ thuật tưới khác nhau được điều chỉnh thời gian (TIME) và mực nước (H tmax và H tmin ) qua các giai đoa ̣n tưới nước cho cây lúa và được hiệu chỉnh để phù hợp với cơ sở lý thuyết của các kỹ thuật tưới.
- Kết quả mô phỏng lượng nước tưới của các kỹ thuật tưới nằm trong khoảng từ 854 ngàn m 3 /vụ đến 1 triệu m 3 /vụ.
- Xét về lượng nước tưới thấp nhất cho thấy, kỹ thuật tưới ngập khô xen kẻ (AWD) đứng thứ 2 (898 ngàn m 3 /vụ), kỹ thuật tưới bão hòa đứng thứ 3, kỹ thuật tưới SWD đứng thứ 5 và kỹ thuật tưới theo TCVN đứng thứ 5.
- Mô hình cân bằng nước sử dụng chung bộ số liệu và điều kiện tự nhiên của vùng nghiên cứu cho các kỹ thuật tưới để mô phỏng lượng nước cần cung cấp cho cây lúa nên kết quả mô phỏng có thể sai lệch so với kết quả ban đầu của các kỹ thuật tưới.
- Nhìn chung, lượng nước cần cung cấp cho cây lúa các kỹ thuật tưới khác nhau được xác định thông qua mô hình cân bằng nước (Hình 5)..
- Hình 5: Tổng lượng nước tưới của các kỹ thuật tưới cho cây lúa tại vùng nghiên cứu vụ ĐX 0.
- Vùng nghiên cứu.
- Tổng lượng nước tưới cho vụ ĐX (*1000m3).
- Các kỹ thuật tưới nước cho cây lúa.
- 3.3.2 Số lần bơm nước của các kỹ thuật tưới cho cây lúa.
- Kết quả mô phỏng số lần bơm nước của các kỹ thuật tưới dao động trong khoảng từ 11 – 32 lần/vụ, trong đó, phương pháp AWD có số lần bơm nước thấp nhất (11 lần/vụ) và phương pháp bão hòa có số lần bơm nước cao nhất 32 lần/vụ..
- Phương pháp SDC có tổng lượng nước tưới thấp nhất nhưng ngược lại có số lần bơm nước khác cao đứng thứ 2 trong các kỹ thuật tưới (22 lần/vụ) (Hình 6).
- Kỹ thuật tưới tại vùng nghiên cứu có lượng nước tưới cao nhất nhưng có số lần bơm.
- Các kỹ thuật tưới nước cho cây lúa được nghiên cứu và áp dụng trong điều kiện tự nhiên khác nhau, nhưng trong nghiên cứu này các kỹ thuật tưới được áp dụng bộ số liệu và điều kiện tự nhiên tại vùng nghiên cứu nên kết quả mô phỏng có thể khác với kết quả thực tế của các kỹ thuật tưới.
- Ví dụ: đối với hệ thống bơm nước thì phụ thuộc vào điều kiện tự nhiên thực tế, cơ sở vật chất hiện có, hệ thống thủy lợi… sẽ ảnh hưởng đến số lần bơm, thời gian bơm nước nhưng vẫn đáp ứng được yêu cầu kỹ thuật của các kỹ thuật tưới khác nhau..
- Hình 6: Tổng số lần bơm nước trong vụ ĐX của các kỹ thuật tưới khác nhau 4 KẾT LUẬN.
- Kết quả mô phỏng của mô hình cân bằng nước cho thấy, kỹ thuật tưới nước cho cây lúa tại địa phương tốn nhiều lượng nước hơn so với các kỹ thuật tưới khác.
- Trong các kỹ thuật tưới nước cho cây lúa thì kỹ thuật SDC có lượng nước tưới thấp nhất kế đến là kỹ thuật AWD, Bão Hòa, SWD và TCVN.
- Về số lần bơm tưới, kỹ thuật tưới AWD có số lần tưới thấp nhất, kế đến là TCVN, Vùng nghiên cứu, SWD, SCD, Bão Hòa và xét tổng quan chung về lượng nước và số lần bơm tưới thì kỹ thuật tưới AWD là hiệu quả nhất so với các kỹ thuật tưới khác.
- Các kỹ thuật tưới còn lại không được chọn là giải pháp tưới hiệu quả do có lượng nước tưới quá lớn hay có số lần bơm nước quá nhiều nhưng các kỹ thuật tưới nước này vẫn có thể là giải pháp hiệu quả cho các yêu cầu lựa chọn khác.
- Mô hình cân bằng nước, đã hệ thống hóa các yếu tố tác động đến sự biến động nguồn nước giữa ruộng và hệ thống kênh nội đồng tại vùng nghiên cứu, là công cụ giúp đánh giá mức độ ảnh hưởng của các yếu tố khác nhau đến sự biến động nguồn nước trong quá trình canh tác lúa và đưa ra các giải pháp thích ứng..
- Mô hình cân bằng nước trong nghiên cứu này đánh giá tổng quan các kỹ thuật tưới nước khác nhau theo điều kiện tự nhiên cụ thể tại vùng nghiên cứu.
- do vậy, khi áp dụng để mô phỏng cho điều kiện tự nhiên khác cần thay đổi giá trị đầu vào và kiểm định lại thực tế trước khi đánh giá hay lựa chọn giải pháp thông qua kết quả mô hình..
- Nguyên lý và ứng dụng mô hình toán trong nghiên cứu sinh học, nông nghiệp và môi trường.
- Ảnh hưởng của kỹ thuật tưới ngập khô xen kẽ, phương thức gieo trồng, giảm phân lân lên sinh trưởng và năng suất lúa OM5451 vụ Đông Xuân .
- Công trình thủy lợi kỹ thuật tưới tiêu nước cho cây lương thực và cây thực phẩm