Nghiên cứu sử dụng các thiết bị cảm biến trong xác định thời điểm tưới nước cho cây mía

Nông nghiệp là lĩnh vực sản xuất có nhu cầu sử dụng nước cao nhất, chiếm 70% nhu cầu nước ngọt toàn cầu. Theo dự báo nhu cầu nước cho nông nghiệp có thể tăng thêm 20% trong 50 năm tới. Tuy nhiên, biến đổi khí hậu và cạnh tranh các ngành kinh tế khác đang hiển hiện nguy cơ thiếu hụt nước tưới trong nông nghiệp. Chính vì vậy, sử dụng nước tưới hiệu quả và tiết kiệm là một trong những chiến lược quan trọng trong phát triển nông nghiệp toàn cầu. Gần đây, sử dụng các thiết bị cảm biến độ ẩm là giải pháp tiện lợi trong quản lý tưới tiêu nông nghiệp. Thật đơn giản để thiết lập một hệ thống tưới tự động sử dụng dữ liệu độ ẩm từ các thiết bị cảm ứng qua một máy tính hay điện thoại thông minh. Tuy nhiên, vấn đề đặt ra là cần xác định vị trí cài đặt thiết bị cảm biến và ngưỡng độ ẩm cần thiết để tưới cho mỗi cây trồng.

Nghiên cứu được tiến hành trên cây mía trong giai đoạn vươn cao (giai đoạn mẫn cảm nước và chiếm 50% nhu cầu nước của cây). Cây mía hai tháng tuổi được trồng trong các hộp rễ (93cm × 8cm × 96cm) được đặt trong nhà kính có mái che để hạn chế tác động của nước mưa tới độ ẩm đất. Hai thiết bị cảm ứng độ ẩm 5TE (xác định độ ẩm theo tỷ lệ % thể tích nước trong đất) và MPS-6 (cảm ứng độ ẩm theo thế nước) được cài đặt ở độ sâu 25cm dưới mặt đất.

Tại thời điểm sau trồng 7 tháng, dừng tưới nước cho tới khi quang hợp của cây mía có biến đổi bất thường rồi tưới trở lại. Trong thời gian tiến hành thí nghiệm, các số liệu thời tiết bao gồm nhiệt độ không khí, độ ẩm không khí, áp lực khí quyển, cường độ ánh sáng và lượng mưa bên trong (In) và bên ngoài (Out) nhà kính được ghi lại liên tục trong mỗi 10 phút qua hệ thống quan trắc khí tượng tự động (Hình 1). Dữ liệu độ ẩm đất cũng được ghi liên tục trong mỗi 10 phút qua một thiết bị lưu trữ tự động (Hình 2).

Diễn biến các chỉ tiêu quang hợp của cây mía được ghi lại hàng ngày (Hình 3). Tương quan giữa các chỉ tiêu quang hợp và độ ẩm đất được tính toán để xác định ngưỡng tưới phù hợp (Hình 4).

Kết quả nghiên cứu cho thấy độ ẩm đất thay đổi rất nhanh chóng ở vị trí cách mặt đất 5cm, trong khi khá chậm ở vị trí cách mặt đất 50cm. Như vậy, vị trí cài đặt thiết bị cảm ứng ở vị trí 25cm dưới mặt đất phù hợp nhất cho việc xác định thời điểm tưới. Về thay đổi quang hợp của cây mía theo thời gian từ khi dừng tưới, cây mía B giảm quang hợp nhanh hơn cây mía A do độ ẩm đất giảm nhanh hơn (Hình 3). Tuy nhiên, khi so sánh diễn biến thay đổi quang hợp theo độ ẩm có thể thấy không có sự sai khác giữa hai cây mía. Kết quả cũng cho thấy, quang hợp của cây mía duy trì tới khi độ ẩm đất giảm tới VWC = 15% hoặc pF = 2,8, sau đó giảm dần. Khi độ ẩm vượt ngưỡng VWC = 10% hoặc pF = 3,8, quang hợp cây mía hầu như dừng hẳn, hàm lượng CO­₂ trong nội bào biến đổi thất thường (tăng lên nhanh chóng trong nội bào do cây ngừng sử dụng CO₂ cho quang hợp). Tưới trở lại giúp cây phục hồi quang hợp. Như vậy, ngưỡng tưới tốt nhất để duy trì quang hợp khi độ ẩm đất ở mức 15% nếu sử dụng thiết bị cảm ứng 5TE và ở mức pF là 2,8 nếu sử dụng thiết bị cảm ứng MPS-6.

TS. Đinh Thái Hoàng, Nhóm nghiên cứu “Nghiên cứu cây trồng thích ứng với biến đổi khí hậu