MỞ ĐẦU
1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
Nước đang ngày càng bị suy giảm về lượng cũng như về chất
trong hầu hết các vùng trên thế giới. Đối với nước cho nông nghiệp,
lượng nước dành cho tưới càng giảm do sự cạnh tranh khốc liệt của
các ngành kinh tế sử dụng nước khác.
Việc tưới tiết kiệm nước nhằm nâng cao chỉ số sản phẩm nông
nghiệp trên một đơn vị nước tưới đã trở nên vô cùng quan trọng. Vì
vậy, việc “nghiên cứu ảnh hưởng của tưới nông lộ phơi đến việc
giảm mức tưới, giảm lượng nước tiêu cho lúa khu vực Hà Nam” là rất
cấp bách hiện nay.
2. MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI
- Nghiên cứu ảnh hưởng của việc tưới nông lộ phơi đến việc
giảm mức tưới, giảm lượng nước tiêu nhằm xác lập cơ sở khoa học
và thực tiễn xây dựng quy trình tưới cho lúa.
3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
- Kế thừa: trên cơ sở một số kết quả nghiên cứu đã có, ứng dụng
nhằm đạt mục tiêu của đề tài.
- Phân tích căn nguyên: xác định ảnh hưởng của tưới nông lộ
phơi đến mức tưới, tiêu, làm cơ sở khoa học xây dựng quy trình tưới
tiết kiệm nước cho lúa.
- Thực nghiệm đồng ruộng: nhằm kiểm định kết quả nghiên cứu
lý thuyết.
- Phân tích thống kê: nhằm xử lý các kết quả thực nghiệm
4. PHẠM VI NGHIÊN CỨU
Nghiên cứu được tiến hành trong phạm vi lý luận chung về ảnh
hưởng của tưới nông lộ phơi, mức trữ đến mức tưới, lượng tiêu cho
1
lúa các vùng thuộc tỉnh Hà Nam. Nghiên cứu lý thuyết được tiến
hành trên cơ sở dữ liệu của 24 năm (1985-2008), nghiên cứu thực
nghiệm được tiến hành trong 4 vụ lúa (2 vụ lúa mùa và 2 vụ lúa

biến động thái của thế Ôxy hóa–khử (Eh); diễn biến độ chua của đất
(pH); sự thay đổi các tính chất cơ, lý của đất; trạng thái tồn tại các
chất dinh dưỡng trong đất và mối quan hệ giữa độ giảm năng suất và
chế độ tưới.
Trong đất, thế oxy hóa khử Eh phụ thuộc vào thời gian ngập
nước và tính chất của đất và chế độ phân bón. Ngoài sự phụ thuộc
vào các yếu tố trên, Eh còn phụ thuộc vào bản thân cây lúa.
Đối với pH, khi đất có giá trị pH > 7, quá trình ngập nước pH
giảm dần và tiệm cận với giá trị 7. Khi đất có pH < 7, do quá trình
pha lõang nên độ pH tăng dần và có xu hướng tiệm cận với giá trị 7.
Thời gian ngập càng dài, giá trị pH càng tăng.
Sự chuyển hóa các chất dinh dưỡng trong đất đóng vai trò rất
quan trọng đối với cây. Khi đất chuyển trạng thái từ kỵ khí (ngập
nước) sang háo khí (ruộng cạn), các phản ứng hóa học trong đất xảy
ra theo hướng oxy hóa. Các chất dinh dưỡng ở chế độ hòa tan, có lợi
cho cây lúa phát triển.
3
1.2 Tổng quan về mối quan hệ giữa sự thiếu hụt nước đến sản
lượng lúa
Nghiên cứu lý thuyết và thí nghiệm, thực tiễn sản xuất nông
nghiệp cho thấy, chế độ nước mặt ruộng ảnh hưởng trực tiếp đến
năng suất lúa. Nhìn chung khi bị thiếu nước, lượng bốc hơi thực tế
giảm làm ảnh hưởng đến năng suất lúa.
1.3 Tổng quan về lượng mưa hiệu quả
1.3.1 Tổng quan về lượng mưa hiệu quả trên thế giới
Trên thế giới đã có nhiều công trình nghiên cứu về lượng
mưa hiệu quả đã được công bố. Trong đó đáng chú ý là:
• Nghiên cứu của tổ chức bảo vệ đất của Hoa Kỳ:
Po = P(125 - 0,2P)/125; Khi P < 250 mm;
Po = 125 - 0,1P; Khi P > 250 mm.

= % P
Phương án 2: P
hq
= 0,6*P - 10 (khi P < 70 mm)
P
hq
= 0,8*P - 24 (khi P > 70 mm).
Phương án 3: P
hq
= a*P - b (khi P < z mm),
P
hq
= c*P - d (khi P > z mm).
Các hệ số a, b, c, d và z do người sử dụng tự xác định.
Phương án 4: P
hq
= P/125 (125 - 0,2*P) khi P < 250 mm,
P
hq
= 125 + 0,1*P khi P > 250 mm.
1.3.2 Các nghiên cứu mưa hiệu quả ở Việt Nam
Nguyễn Đức Châu (2001)[7] trên cơ sở tài liệu thí nghiệm tại
vùng Tuy Phước - Bình Định trong các niên vụ 1998 ÷ 2000 đã cho
thấy hệ số sử dụng nước mưa C đạt từ 0,57 đến 0,7.
1.3.3 Các nhận xét
- Các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước đều cho thấy,
lượng mưa hiệu quả phụ thuộc chặt chẽ vùng nghiên cứu.
- Hầu hết các kết quả nghiên cứu trong nước chỉ dừng lại ở
dạng kết quả thí nghiệm mà chưa đưa ra được cách xác định lượng
mưa hiệu quả từ mưa thực tế.

kết quả cho thấy kết quả khá tốt. Tuy nhiên ở Việt Nam, cho đến nay,
chưa có công trình nghiên cứu nào công bố ảnh hưởng của chế độ tưới
nông-lộ-phơi đến việc giảm mức tưới của các vụ trong điều kiện mưa và
chế độ quản lý vận hành cụ thể.
• Vấn đề ảnh hưởng của chế độ tưới nông-lộ-phơi đến lượng nước
tiêu thoát cũng chưa được đề cập trong các nghiên cứu đã công bố. Đây
cũng là vấn đề cần làm rõ trong luận án này.
6
Chương II
NGHIÊN CỨU QUY LUẬT PHÂN BỐ MƯA VÀ ẢNH HƯỞNG ĐẾN
LƯỢNG MƯA HIỆU QUẢ, MỨC TƯỚI VÀ LƯỢNG NƯỚC TIÊU
2.1 Nghiên cứu quy luật phân bố mưa trận theo thời gian của
vùng nghiên cứu
2.1.1 Vài nét về vùng nghiên cứu
Hà Nam nằm ở phía nam Thủ đô Hà Nội, kéo dài từ
20
0
34
’
18
’’
đến 21
0
18
’
26
’’
vĩ độ bắc, 105
0
17

1 Vụ Xuân 16,6 23,9 44,5 15
2 Vụ mùa 5,8 12,2 55,6 26,4
2.2 Ảnh hưởng của quy luật phân bố mưa đến lượng mưa hiệu
quả theo chế độ tưới hiện tại
2.2.1 Cơ sở khoa học
7
Từ phương trình:
Xhq
j
= (a
j
- a
j-1
) + ET
j
+ S
j
- m
j
(2-1)
Với: Xhq
j
= X
j
- DR
j

Trong đó: Xhq
j
là lượng mưa hiệu quả trong thời đoạn từ j-1

tr
≤
20mm; 20 mm< X
tr
≤ 50mm; và X
tr
> 50 mm. Kết quả phân tích hơn
3000 trận mưa trong vòng 24 năm của 2 vụ Xuân và Mùa khu vực Hà
Nam cho thấy, trừ nhóm mưa có X
tr
≤ 20mm (R
2
> 0,9), các nhóm còn
lại không có tương quan chặt giữa mưa hiệu quả và mưa thực tế (R
2
<
0,5).
2.2.2.2 Mối quan hệ giữa lượng mưa hiệu quả và mưa thực tế theo
mưa tháng
8
Trừ một số tháng về vụ Xuân có lượng mưa nhỏ có tương
quan từ trung bình đến chặt (R
2
= 0,5 ÷ 0,98), các tháng còn lại
không có tương quan chặt (Bảng 2-2a,b).
Bảng 2-2a. Các tham số thống kê quan hệ X
tt
và X
hq
các

2
VI X
hq
= 0,125 X
tt
+ 41,2 24 0,24
VII X
hq
= 0,164 X
tt
+ 79,8 24 0,48
VIII X
hq
= 0,2 X
tt
+ 74,6 24 0,36
IX X
hq
= 0,25 X
tt
+ 53 24 0,48
X X
hq
= 0,042X
tt
+ 10,1 24 0,1
2.2.3 Mối quan hệ giữa lượng mưa hiệu quả và mưa thực tế theo vụ
Kết quả phân tích mối quan hệ giữa mưa hiệu quả và mưa
thực tế theo vụ cho thấy quan hệ này ít chặt trong cả hai vụ Xuân và
Mùa (R

nước tiêu cho thấy có tương quan chặt (R
2
> 0,9) (bảng 2-2d).
Bảng 2-2d: Các tham số thống kê quan hệ mưa thực tế X
tt
và
lượng nước tiêu DR các vụ hệ thống Hà Nam
Vụ Phương trình hồi quy Số mẫu Hệ số tương quan R
2
Xuân DR = 0,823 X
tt
- 150 24 0,91
Mùa DR = 0,856 X
tt
- 203 24 0,96
2.5 Các kết luận của chương
- Mưa ở Hà Nam có lượng mưa trận > 20mm chiếm ưu thế
tuyệt đối về tổng lượng (83% vụ Xuân và 94% vụ Mùa). Do vậy nếu
áp dụng công thức tưới NTX (30-50mm), sẽ không tận dụng được
lượng mưa thỏa mãn chế độ nước của lúa. Vì vậy mức tưới và lượng
mước cần tiêu trong các vụ sẽ cao.
- Mặc dù trong một số trường hợp có hệ số tương quan chặt
(mưa trận có X
tt
≤ 20mm; mưa tháng có X
th
< 30mm) nhưng nhìn
chung, tương quan giữa mưa thực tế và mưa hiệu quả của các trường
hợp còn lại đều không chặt. Do vậy, không có cơ sở khoa học để có
thể xây dựng đường quan hệ giữa mưa thực tế và mưa hiệu quả trên

j-1
- ET
J
- S
j
+ (X
j
- DR
j
) (3-1a)
a
min
≤ a
j
≤ a
max
(3-1b)
Trong đó: X
j
là lượng mưa thực tế bình quân rơi xuống trên
toàn bộ khu tưới, DR
j
là lượng nước tiêu bình quân trên toàn bộ khu
tưới. DR
j
được xác định dựa trên cơ sở lớp nước mặt ruộng tại thời
điểm tính toán. Cụ thể như sau:
DR
j
= X

max
+ a
trữ
– W
j-1
) nhận giá trị âm.
Trong trường hợp gieo cấy tuần tự, các giá trị bình quân et
j
, S
j
, X
j
và DR
j
điều chỉnh bằng cách nhân với hệ số K như sau:
K = j/tg khi j < tg,
K = 1 khi tg < j < tst,
K = 1 – j/(tst+tg) khi tst < j < (tst+tg)
Trong đó: tg là thời gian gieo cấy, tst là thời gian sinh
trưởng,
12
Trên cơ sở giải phương trình (3-1), mức tưới và lượng nước tiêu
của các vùng thuộc tỉnh Hà Nam trong 24 năm theo các công thức tưới
khác nhau được xác định bằng phần mềm WSI.
3.1.2 Nghiên cứu ảnh hưởng của các công thức tưới đến tiềm năng
giảm mức tưới và lượng nước tiêu đối với ruộng lúa tỉnh Hà Nam
Trên cơ sở số liệu về khí tượng của trạm khí tượng Phủ lý.
Mức tưới các vụ qua các năm tại mặt ruộng tương ứng với các công
thức tưới NTX, NLLT, NLP và mức trữ (50mm; 100mm; 150mm),
được xác định bằng phần mềm WSI. Kết quả như sau.

tưới nông lộ liên tiếp và nông lộ phơi.
Đối với quan hệ giữa độ sâu trữ nước mưa và lượng nước
tiêu, kết quả cho thấy độ giảm lượng nước tiêu giữa các độ sâu trữ
khác nhau rất khác nhau. Sự chênh lệch giữa trữ 50mm và trữ
100mm là lớn nhất, chênh lệch này đạt từ 35 đến 70%. Trái lại, chênh
lệch giữa mức trữ 100mm và 150 mm là không nhiều. Giữa 2 mức
trữ này, độ giảm lượng nước tiêu từ 10% đến 15%.

Vô Xu©n Vô Mïa
Hình 3-6: Ảnh hưởng của công thức tưới và độ sâu lớp nước trữ đến
lượng nước tiêu vụ
14
3.2 Nghiªn cøu thùc nghiÖm ®ång ruéng
3.2.1 Ph¬ng ph¸p nghiªn cøu thÝ nghiÖm ®ång ruéng
3.2.1.1 Mục đích nghiên cứu thí nghiệm đồng ruộng
Mục đích thí nghiệm nhằm để: xác định ảnh hưởng của các
công thức tưới đến năng suất lúa và kiểm định kết quả nghiên cứu lý
thuyết.
3.2.1.2 Các hạng mục cần đo đạc thí nghiệm và phương pháp đo
Các giá trị cần đo đạc bao gồm: mực nước trên các ô thí
nghiệm hàng ngày trong vụ, lượng mưa hàng ngày trong vụ, lượng
nước tưới cho các ô thí nghiệm, lượng nước tiêu của mỗi ô thí
nghiệm, các chỉ tiêu sinh trưởng và phát triển và năng suất lúa.
3.2.1.3 Phương pháp xử lý số liệu và phân tích thống kê
Để xử lý số liệu, các chỉ tiêu được sử dụng gồm:
- Đại lượng trung bình cộng và phương sai.
- Tiêu chuẩn Ttest. Nếu
+ t
STAT
> t

đến 50mm. 7 đến 10 ngày trước cuối đẻ nhánh, không tưới.
+ Giai đoạn cuối đẻ (10 ngày): để khô tự nhiên.
+ Giai đoạn làm đòng-trỗ: Tưới đến 50mm, ruộng cạn nước
thì tưới tiếp.
+ Giai đoạn cuối: tưới như giai đoạn đẻ nhánh, 10 ngày trước
khi thu hoạch, không tưới.
- Ô thứ 8: NLP, trữ 100mm. quy trình tưới như ô số 7;
- Ô thứ 9: NLP, trữ 150mm. quy trình tưới như ô số 7;
- Ô thứ 10 (ô có đáy): tưới NTX (30-50mm).
16
3.2.3 Các kết quả nghiên cứu và thảo luận
3.2.3.1 Ảnh hưởng của các công thức tưới đến năng suất lúa
Với độ lớn mẫu là n=10, các đại lượng thống kê mẫu cho thấy sai
số trung bình cộng với xác xuất p=0,01: từ 0,019 đến 0,08. Có thể kết
luận: năng suất lúa giữa các công thức không có sự sai khác nhau có ý
nghĩa thống kê. Có nghĩa là, sự khác biệt về chế độ nước của các công
thức trong phạm vi nghiên cứu không làm giảm năng suất lúa thí nghiệm.
3.2.3.2 Ảnh hưởng các công thức tưới và mức trữ đến mức tưới
Bằng phương pháp phân tích phương sai hai nhân tố tác
động. Kiểm định thống kê Anova cho thấy, trừ mức trữ 100mm và
150mm, các công thức còn lại đều có F
START
> F
CRIT
. Điều này cho
thấy giữa 2 công thức tưới, sự khác biệt có ý nghĩa thống kê.
3.2.3.3 Ảnh hưởng công thức tưới và mức trữ đến lượng nước tiêu
Bằng phương pháp phân tích phương sai hai nhân tố tác động,
tiến hành kiểm định thống kê sự khác biệt về lượng nước tiêu giữa các
công thức và mức trữ. Kết quả kiểm định thống kê Anova cho thấy:

Phân tích tài liệu thực đo trong 4 vụ giữa các công thức tưới
NTX, NLLT và NLP cho thấy:
4) Có sự khác biệt lớn về mức tưới giữa hai mức trữ nước
mưa trên ruộng là 50mm và 100mm. Sự khác biệt theo xu thế giảm
dần mức tưới từ mức trữ 50mm tăng lên 100mm. Tuy nhiên không có
sự khác biệt có ý nghĩa thống kê về mức tưới giữa hai mức trữ 100
mm và 150 mm.
5) Ảnh hưởng của công thức tưới và mức trữ nước mưa đến
lượng nước tiêu là rất rõ nét. Ảnh hưởng này theo xu thế lượng nước
tiêu giảm dần từ tưới NTX đến NLLT và NLP. Sự giảm của lượng
nước tiêu cũng theo xu thế giảm dần theo chiều tăng của mức trữ
nước mưa. Tuy nhiên khi mức trữ tăng lên 150mm, sự giảm lượng
nước tiêu là không đáng kể.
6) Kết quả đo đạc và kết quả tính toán về mức tưới và lượng
nước tiêu trong 4 vụ cho thấy sự sai khác giữa hai kết quả có thể
chấp nhận được.
18
Chương IV
NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG PHẦN MỀM
TÍNH TOÁN CHẾ ĐỘ TƯỚI TIẾT KIỆM NƯỚC CHO LÚA
4.1 Cơ sở khoa học và thuật toán
Cơ sở khoa học của việc xác định chế độ tưới tiết kiệm nước
cho lúa được xác định dựa vào phương trình cân bằng nước, viết cho
một đơn vị diện tích trong một thời đoạn nào đó, có dạng:
a
j
= a
j-1
+ m
j

j
là lượng mưa trong thời đoạn tính toán ; DR
j
là lượng nước tháo,
ET
j
là lượng nước bốc hơi tổng số (mm), j là thời đoạn tính toán.
Việc xác định mức tưới m
j
trên cơ sở xác định các thành
phần của phương trình cân bằng nước (4-1) sao cho lớp nước mặt
ruộng luôn nằm trong phạm vi a
min

÷
a
max
, khi lớp nước mặt ruộng ở
mức a
min
hoặc dưới mức a
min
thì tưới đến mức a
max
thì dừng tưới.
Trong điều kiện đủ nước (giai đoạn không phơi ruộng), thành
phần E
i
được xác định theo công thức:
ET

Trong đó: - h: là chiều sâu tầng đất nằm trong chiều sâu bộ rễ
hữu hiệu của lúa.
Nếu β
bh
, β
j
tính theo % thể tích đất, h tính theo mm, w
j
là mm.
Như vậy, thành phần a
min
trong giai đoạn này nhận giá trị âm: a
min
= -
w
j
Trong đó: w
j
: là lượng nước cần thiết để đưa độ ẩm đất từ giá
trị ban đầu về giá trị độ ẩm bão hòa.
Thành phần thứ hai cần xem xét khi tính toán chế độ tưới theo (4-
1) là xác định lượng mưa hiệu quả. Lượng mưa hiệu quả được xác định
phải dựa trên cơ sở lớp nước mặt ruộng tại thời điểm có mưa. Bao gồm:
P
hqj
= P
j
nếu a
trữ
- a

hiện đang được sử dụng hiện nay. Cụ thể, phần mềm thiết kế được kết
nối với CROPWAT để lấy trị số ETo. Thuật toán và trình tự tính toán
được thực hiện theo sơ đồ khối có dạng như ở hình 4-1.
20
4.2 Chọn ngôn ngữ lập trình và thiết kế phần mềm
Phần mềm tính toán chế độ tưới tiết kiệm nước cho lúa
(WSI) được thiết kế trên nền tảng hệ thống .NET. Bao gồm các phần
chính như sau:
• Mô-đun đọc ghi file (tệp tin):
Hình 4-1 Sơ đồ khối xác định mức tưới m
j
21
- Đọc file lượng mưa X
- Đọc các file lượng nước bốc hơi ETo.
- Đọc ghi các file chế độ tưới.
• Mô-đun thiết lập các thông số tính toán
• Mô-đun tính toán chế độ tưới tiết kiệm
Trên cơ sở kết nối phần mềm CROPWAT để nhận file kết
quả ETo, các thông số khác như lượng mưa, cây trồng, quan hệ Ks và
độ ẩm đất, công thức tưới tiết kiệm nước vv được lấy từ file dữ liệu
hay nhập trực tiếp từ bàn phím, chế độ tưới tiết kiệm nước cho lúa
được xác định.
4.3 Các nhận xét
Phần mềm WSI có các cải tiến sau đây:
+ Lượng mưa hiệu quả được xác định trên cơ sở lớp nước
mặt ruộng tại thời điểm tính toán và lượng mưa thực tế.
+ Trong thời kỳ lộ ruộng, độ ẩm nhỏ hơn độ ẩm đồng ruộng,
ETc được xác định bằng cách nhân hệ số thiếu ẩm của đất Ks vào
trong công thức tính toán ETc.
22

- Các kết quả nghiên cứu trên đây có thể làm tài liệu hướng
dẫn tính toán chế độ tưới tiết kiệm nước cho lúa và có thể dùng để
xây dựng quy trình quản lý vận hành các hệ thống tưới.
- Phần mềm tính toán chế độ tưới tiết kiệm nước cho lúa WSI
có thể áp dụng tính toán chế độ tưới cho cả các trường hợp tưới lúa
thông thường khác. Ưu điểm của phần mềm là có độ chính xác, tiện
dụng.
- Tiềm năng giảm mức tưới, giảm lượng nước tiêu là lớn.
Tuy nhiên để có thể áp dụng được trong thực tế, hệ thống tưới tiêu
phải được hoàn chỉnh từ đầu mối đến mặt ruộng để có thể chủ động
tưới tiêu nước theo đúng quy trình đề xuất.
- Chế độ tưới có kết hợp phơi ruộng chỉ có thể áp dụng trên
nền đất không bị nhiễm phèn, nhiễm mặn. Do vậy, trên chân ruộng
nhiễm phèn, nhiễm mặn, không áp dụng được kết quả này.
24