Nghiên cứu động thái ẩm đất trong kỹ thuật tưới nhỏ giọt để xác định chế độ tưới hợp lý cho cây nho lấy lá - Luận án TS. Trần Thái Hùng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT VIỆN KHOA HỌC THỦY LỢI VIỆT NAM VIỆN KHOA HỌC THỦY LỢI MIỀN NAM -------------------------- TRẦN THÁI HÙNG NGHIÊN CỨU ĐỘNG THÁI ẨM CỦA ĐẤT TRONG KỸ THUẬT TƯỚI NHỎ GIỌT ĐỂ XÁC ĐỊNH CHẾ ĐỘ TƯỚI HỢP LÝ CHO CÂY NHO LẤY LÁ TRÊN VÙNG KHAN HIẾM NƯỚC LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH - 2018 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT VIỆN KHOA HỌC THỦY LỢI VIỆT NAM VIỆN KHOA HỌC THỦY LỢI MIỀN NAM -------------------------- TRẦN THÁI HÙNG NGHIÊN CỨU ĐỘNG THÁI ẨM CỦA ĐẤT TRONG KỸ THUẬT TƯỚI NHỎ GIỌT ĐỂ XÁC ĐỊNH CHẾ ĐỘ TƯỚI HỢP LÝ CHO CÂY NHO LẤY LÁ TRÊN VÙNG KHAN HIẾM NƯỚC CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT TÀI NGUYÊN NƯỚC MÃ SỐ : 9 58 02 12 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC 1.TS VÕ KHẮC TRÍ 2.TS LÊ SÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH - 2018 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan rằng đây là công trình nghiên cứu của riêng cá nhân tôi. Các kết quả nghiên cứu được trình bày trong luận án này là trung thực, khách quan và chưa từng được bảo vệ ở bất kỳ học vị nào và tôi chịu hoàn toàn trách nhiệm về lời cam đoan của mình. Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận án đã được bản thân trân trọng cảm ơn, các thông tin trích dẫn trong luận án này đều được ghi rõ nguồn gốc, xuất sứ. Hồ Chí Minh, ngày 19 tháng 8 năm 2018 Tác giả luận án Trần Thái Hùng LỜI CẢM ƠN Tác giả trân trọng cảm ơn Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam, Viện Khoa học Thủy lợi miền Nam đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tác giả trong quá trình học tập nghiên cứu thực hiện luận án.

Tác giả trân trọng cảm ơn sâu sắc PGS.TS Võ Khắc Trí và GS.TS Lê Sâm, những người hướng dẫn khoa học của luận án. Sự giúp đỡ, chỉ bảo rất tận tình của các Thầy là sự khích lệ lớn lao để tác giả nỗ lực cố gắng quyết tâm hoàn thành luận án này. Đặc biệt, GS.TS Lê Sâm đã khuyến khích và tạo điều kiện để tác giả áp dụng một phần kết quả nghiên cứu trong thời gian làm luận án vào đề tài khoa học công nghệ cấp Nhà nước “Nghiên cứu đề xuất các giải pháp khoa học và công nghệ về cơ sở hạ tầng thủy lợi và nước sinh hoạt phục vụ phát triển kinh tế nông thôn và xây dựng nông thôn mới cấp xã vùng Duyên hải Nam Trung bộ” thuộc Chương trình khoa học và công nghệ phục vụ xây dựng nông thôn mới giai đoạn 2011÷2015. Tác giả trân trọng cảm ơn sâu sắc GS.TSKH Nguyễn Ân Niên và GS.TS Tăng Đức Thắng, đã tận tình khuyến khích, động viên và góp ý cho tác giả thực hiện tốt nghiên cứu của đề tài luận án này.

Tác giả trân trọng cảm ơn sâu sắc GS.TS Trần Thị Thanh đã tận tình giúp đỡ, hướng dẫn và góp ý để tác giả hoàn thành các thí nghiệm chuyên đề quan trọng. Tác giả trân trọng cảm ơn sâu sắc GS Per-Erik Jansson - Viện Công nghệ Hoàng gia Thụy Điển đã giúp đỡ tác giả trong việc sử dụng mô hình Coup Model phục vụ nghiên cứu mô phỏng của đề tài luận án. Tác giả chân thành cảm ơn sâu sắc gia đình Ông Nguyễn Văn Phong, xã Thuận Quý, huyện Hàm Thuận Nam, tỉnh Bình Thuận đã cho phép và tạo điều kiện giúp đỡ nhiệt tình để tác giả hoàn thành công tác thí nghiệm hiện trường của đề tài luận án. Tác giả chân thành cảm ơn các bạn đồng nghiệp ở Viện Khoa học Thủy lợi miền Nam và các đơn vị liên quan: Tổng cục Thủy lợi, Cục Khí tượng Thủy văn, Đại học Thủy lợi, Đại học Cần Thơ, Đại học An Giang, Viện Quy hoạch Thủy lợi, Phân Viện Quy hoạch và Thiết kế Nông nghiệp miền Nam, Viện Khoa học Kỹ thuật Nông nghiệp miền Nam, các Sở Nông nghiệp và PTNT tỉnh Bình Thuận và tỉnh Ninh Thuận đã tạo điều kiện giúp đỡ tác giả trong quá trình công tác, cập nhật và trao đổi thông tin số liệu phục vụ nghiên cứu.

Cuối cùng, không thể thiếu được, là tấm lòng tri ân sâu sắc tới gia đình tác giả, tới bạn bè thân thiết bởi sự động viên, khích lệ, và là chỗ dựa tinh thần vững chắc để tác giả vượt qua những khó khăn thử thách trong suốt quá trình nghiên cứu và học tập để hoàn thành đề tài luận án này. MỤC LỤC MỞ ĐẦU ---------------------------------------------------------------------------------------------- 1 1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI ----------------------------------------------------------------- 1 2. MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ----------------------------------------------------------------------------------------------------------- 3 a) Mục tiêu nghiên cứu -------------------------------------------------------------------------- 3 b) Đối tượng nghiên cứu ------------------------------------------------------------------------ 3 c) Phạm vi nghiên cứu --------------------------------------------------------------------------- 3 d) Nội dung nghiên cứu ------------------------------------------------------------------------- 4 e) Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu ----------------------------------------------- 4 3.

Ý NGHĨA VÀ NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN -------------------------------- 6 a) Ý nghĩa khoa học ------------------------------------------------------------------------------ 6 b) Ý nghĩa thực tiễn ------------------------------------------------------------------------------- 6 c) Những đóng góp mới của nghiên cứu ------------------------------------------------------ 6 4. CẤU TRÚC CỦA LUẬN ÁN ---------------------------------------------------------------------- 7 CHƯƠNG I TỔNG QUAN LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU --------------------------------------- 8 I.1 NGHIÊN CỨU VỀ SỰ VẬN ĐỘNG CỦA NƯỚC TRONG HỆ THỐNG ĐẤT – NƯỚC – CÂY TRỒNG --------------------------------------------------------------------------------------- 8 I.1 Giới thiệu về nước trong đất .2 Nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm .3 Nghiên cứu thực nghiệm hiện trường kết hợp với mô hình toán .2 NGHIÊN CỨU ÁP LỰC HÚT ẨM VÀ ĐỘNG THÁI ẨM CỦA ĐẤT ĐỂ ỨNG DỤNG TRONG TƯỚI TIÊU NƯỚC CHO CÂY TRỒNG --------------------------------------------12 I.1 Phương pháp xác định áp lực hút ẩm và nước của đất .2 Phương pháp xây dựng đường đặc trưng ẩm (đường cong pF). 14 a) Khái niệm về đường đặc trưng ẩm (pF) --------------------------------------------------14 b) Phương pháp xây dựng đường đặc trưng ẩm (pF) --------------------------------------15 I.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến đường đặc trưng ẩm .4 Ứng dụng của đường đặc trưng ẩm .5 Nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật tưới nhỏ giọt.6 Nghiên cứu chế độ tưới cho cây trồng .7 Các nghiên cứu tưới nước đối với cây nho .3 ĐẶC ĐIỂM VÙNG NGHIÊN CỨU -------------------------------------------------------------32 I.1 Tỉnh Ninh Thuận .2 Tỉnh Bình Thuận. 33 i KẾT LUẬN CHƯƠNG I.

34 CHƯƠNG II CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ BỐ TRÍ THỰC NGHIỆM -------------------------36 II.1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT ------------------------------------------------------------------------------36 II.1 Cơ sở lý thuyết về quá trình vận chuyển nước trong đất. 36 a) Định luật Darcy (cho dòng chảy trong đất bão hòa nước): ---------------------------36 b) Dòng chảy trong đất không bão hòa nước -----------------------------------------------37 II.2 Các hàm đặc trưng thủy lực của nước trong đất. 39 a) Đường đặc trưng ẩm của đất---------------------------------------------------------------39 b) Hệ số thấm không bão hòa -----------------------------------------------------------------41 c) Trữ lượng nước hữu ích tích lũy của đất và lượng nước dễ hữu ích cho cây -------42 II.2 TÍNH TOÁN NHU CẦU NƯỚC CHO CÂY TRỒNG --------------------------------------44 II.3 Bốc thoát hơi nước tham chiếu (ETo) .4 Tính toán nhu cầu nước cho cây trồng. BỐ TRÍ MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM ----------------------------------------------------------46 II.

Vị trí, đặc điểm khu vực bố trí thực nghiệm. Nội dung nghiên cứu thực nghiệm. 47 a) Mô tả phẫu diện đất, kiểm tra các đặc tính lý - hóa của đất và nước tưới ----------47 b) Thiết lập mô hình thực nghiệm: ------------------------------------------------------------49 c) Thực nghiệm xây dựng đường đặc trưng ẩm ---------------------------------------------52 d) Thực nghiệm xác định hệ số thấm hiện trường và trong phòng của đất bão hòa nước --------------------------------------------------------------------------------------------------52 e) Thực nghiệm thấm và thiết lập tương quan động thái ẩm đất -------------------------52 f) Đo đạc các yếu tố khí tượng phục vụ nghiên cứu xác định chế độ tưới --------------53 g) Thực nghiệm tưới và quan trắc quá trình phát triển của cây trồng -------------------54 h) Phân tích các kết quả nghiên cứu ----------------------------------------------------------55 i) Xây dựng chế độ tưới hợp lý cho cây trồng -----------------------------------------------56 KẾT LUẬN CHƯƠNG II------------------------------------------------------------------------------56 CHƯƠNG III KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ MÔ PHỎNG LAN TRUYỀN NƯỚC, ĐỘNG THÁI ẨM CỦA ĐẤT TRONG KỸ THUẬT TƯỚI NHỎ GIỌT -57 III.1 THẤM ỔN ĐỊNH HIỆN TRƯỜNG VÀ TRONG PHÒNG CỦA ĐẤT BÃO HÒA ---------57 III.2 DIỄN BIẾN LAN TRUYỀN NƯỚC TRONG ĐẤT (DIỄN BIẾN THẤM) -------------58 III.1 Diễn biến thấm ngoài hiện trường (Field). 58 a) Chu kỳ tưới 2 ngày (CK2) -------------------------------------------------------------------58 b) Chu kỳ tưới 3 ngày (CK3) -------------------------------------------------------------------58 ii c) Chu kỳ tưới 4 ngày (CK4) -------------------------------------------------------------------59 d) Vẽ biểu đồ quan hệ tương quan giữa các đại lượng: Z, R, W, t, VZ, VR --------------60 III.2 Thực nghiệm thấm trong phòng (Lab).

63 a) Diễn biến thấm --------------------------------------------------------------------------------63 b) So sánh thấm trong phòng (Lab) và ngoài hiện trường (Field) (với cùng các bước thời gian thực nghiệm) -------------------------------------------------------------------------64 III.3 ĐẶC TÍNH GIỮ NƯỚC VÀ LƯỢNG NƯỚC HỮU ÍCH CỦA ĐẤT -------------------67 III.1 Đường đặc trưng ẩm của đất (pF).2 Khả năng trữ nước hữu ích của đất và lượng nước dễ hữu ích cho cây trồng. 69 a) Khả năng trữ nước hữu ích của đất -------------------------------------------------------69 b) Lượng nước dễ hữu ích cho các loại cây trồng cạn phổ biến (dễ sử dụng) ---------69 III.4 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ĐỘNG THÁI ẨM CỦA ĐẤT -------------------------72 III.1 Động thái ẩm theo chiều sâu tầng đất. 72 a) Tầng đất mặt 0÷5cm -------------------------------------------------------------------------72 b) Tầng đất 5÷10cm -----------------------------------------------------------------------------73 c) Tầng đất 10÷15cm ----------------------------------------------------------------------------73 d) Tầng đất 15÷20cm ----------------------------------------------------------------------------74 e) Tầng đất 20÷25cm ----------------------------------------------------------------------------74 f) Tầng đất 25÷30cm ----------------------------------------------------------------------------74 III.2 Động thái ẩm theo chu kỳ tưới. 77 a) Tại khu vực KoTC ----------------------------------------------------------------------------77 b) Tại khu vực trồng cây nho lấy lá được tưới tiết kiệm nước: ---------------------------78 c) Tại khu vực trồng cây nho lấy lá tưới bằng phương pháp truyền thống -------------80 III.3 Động thái ẩm theo giờ trong ngày.

83 a) Tại khu vực không trồng cây (KoTC) ------------------------------------------------------83 b) Tại khu vực trồng cây nho lấy lá được tưới tiết kiệm nước (TKN) --------------------83 c) Tại khu vực trồng cây được tưới bằng phương pháp truyền thống (CT) -------------84 d) So sánh mức giảm độ ẩm giữa các khu vực ----------------------------------------------84 III.5 ỨNG DỤNG MÔ HÌNH COUP MODEL MÔ PHỎNG ĐỘNG THÁI ẨM TRONG HỆ THỐNG ĐẤT - CÂY TRỒNG - KHÔNG KHÍ ------------------------------------------------89 III.1 Tổng quan mô hình Coup Model. 89 a) Giới thiệu chung ------------------------------------------------------------------------------89 b) Mục đích của mô hình -----------------------------------------------------------------------89 c) Các dữ liệu đầu vào --------------------------------------------------------------------------89 d) Kết quả đầu ra --------------------------------------------------------------------------------90 III.2 Ứng dụng mô hình Coup Model trong tính toán tưới nước cho cây trồng .3 Ứng dụng mô hình Coup Model mô phỏng động thái ẩm trong hệ thống đất - cây trồng - không khí. 91 a) Thiết lập dữ liệu đầu vào --------------------------------------------------------------------91 b) Phân tích đánh giá kết quả mô phỏng -----------------------------------------------------92 III.6 KIỂM ĐỊNH DỮ LIỆU THỰC NGHIỆM, PHÂN TÍCH TƯƠNG QUAN VÀ XÂY DỰNG CÁC PHƯƠNG TRÌNH HỒI QUY -----------------------------------------------------95 III.1 Kiểm định dữ liệu thực nghiệm .2 Phân tích tương quan và xây dựng phương trình hồi quy tuyến tính thấm .3 Tương quan và hồi quy tuyến tính giữa đường đặc trưng ẩm và các lượng nước trong đất (TAWpF2 và TRAWp). 98 a) Phân tích tương quan ------------------------------------------------------------------------98 b) Xây dựng phương trình hồi quy tuyến tính:-----------------------------------------------98 III.