Bài giảng Khí tượng nông nghiệp - Bài 2: Năng lượng bức xạ mặt trời và vai trò của nó với sinh vật (Phần 2) - Nguyễn Thị Bích Yên

Nội dung text: Bài giảng Khí tượng nông nghiệp - Bài 2: Năng lượng bức xạ mặt trời và vai trò của nó với sinh vật (Phần 2) - Nguyễn Thị Bích Yên

1. 2012/9/20 Lớp Học Phần VNUA ( Khoa Nông Học ) - Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam 5. Vai trò của bức xạ mặt trời 5.1. Ảnh hưởng của chất lượng ánh sáng đối với sinh vật 5.1. Ảnh hưởng chất lượng bức xạ mặt trời tới sinh • Bức xạ tử ngoại (Untraviolet) vật – 0,15 – 0,38 µm – Phần lớn bị hấp thụ bởi tầng ozone 5.2. Bức xạ mặt trời với cây trồng – Giảm chiều cao cây, gây hại với các tế bào sống – Bức xạ quang hợp – Chiếm 0 – 4% tổng xạ – Giới hạn quang hợp • Bức xạ trông thấy (visible light) – Hiệu suất sử dụng bức xạ – 0,39 – 0,76 µm – Phản ứng quang chu kỳ – Còn được gọi là bức xạ quang hợp – Chiếm 21- 46% tổng xạ 5.3. Bức xạ mặt trời với dịch hại • Bức xạ cận hồng ngoại (Near Infrared band – NIR) 5.4. Bức xạ mặt trời với nuôi trồng thủy sản – 0,76-3,0 µm – Cung cấp nhiệt cho cơ thể sinh vật Quang phổ BXMT có thể được chia ra làm 8 vùng dựa vào sự đáp ứng sinh lý của thực vật 5.2. Bức xạ mặt trời và cây trồng >1,00 µm bị hấp thụ và chuyển hóa thành nhiệt, không ảnh hưởng tới các quá trình sinh hóa của thực vật • Bức xạ quang hợp 1,00 – 0.76 µm kích thích tăng trưởng chiều cao, đốt lóng • Giới hạn quang hợp 0,76– 0,61µm được hấp thụ mạnh nhất bởi diệp lục, hoạt động quang hợp mạnh nhất, nhiều trường hợp có hoạt động quang chu kỳ mạnh • Hiệu suất bức xạ (đỏ) 0,61 – 0,51 µm hiệu quả quang hợp yếu (green) • Phản ứng quang chu kỳ 0,51 – 0,40 µm diệp lục hấp thu mạnh, hđ quang hợp mạnh (lam) 0,400 – 0,315 µm sản xuất huỳnh quang (fluorescence) trong thực vật 0,315 – 0,280 µm diệt khuẩn một cách tương đối, trong thực tế, không có tia <0,29µm xuống tới mặt đất <0,28 µm diệt khuẩn mạnh, nguy hại cho mắt và nếu <0,26µm có thể giết chết cây trồng. Bức xạ quang hợp 5.2. Bức xạ mặt trời và cây trồng • Photosynthesis Active Radiation (PAR) • Là phần bức xạ mặt trời mà thực vật hấp thụ sử dụng • Bức xạ quang hợp cho quá trình quang hợp • Giới hạn quang hợp • Nằm trong vùng tia nhìn thấy: 0,39 – 0,76 µm • Hiệu suất bức xạ • Đỉnh hấp thu đối với tia màu đỏ (0,66 µm) và xanh • Phản ứng quang chu kỳ lam (0,4 – 0,5 µm) PARS’ = CS x S’ CS = 0,2 – 0,45 PARD’ = CD x D CD = 0,5 – 0,8 PARQ = CQ x Q CQ = 0,5 1
2. 2012/9/20 Lớp Học Phần VNUA ( Khoa Nông Học ) - Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam Hiệu quả sử dụng BXMT của các nhóm cây Giới hạn quang hợp trồng khác nhau Trồng xen Điểm bão hòa ánh sáng Cây ưa sáng cây ưa bóng và cây ưa Cây ưa sáng sáng sẽ tăng được hiệu quả sử dụng Cây ưa bóng đất (năng suất chất khô trên một Cây ưa bóng Điểm bù nhá sáng đơn vị diện tích) Giới hạn quang hợp Giới hạn quang hợp Bị giới hạn bởi yếu tố nào? 5.2. Bức xạ mặt trời và cây trồng Hiệu suất sử dụng BXMT • Cho biết khả năng chuyển hóa một đơn vị năng lượng bức xạ • Bức xạ quang hợp mặt trời hấp thụ được thành khối lượng chất khô • Ổn định trong các điều kiện thuận lợi • Giới hạn quang hợp – Phản ánh tỷ lệ quang hợp của từng lá riêng rẽ • Giảm khi số lá trên cây bị giảm (rụng/chết) • Hiệu suất bức xạ • Các loài khác nhau thì khác nhau – C4 khác so với C3 • Phản ứng quang chu kỳ – Cấu trúc tán quần thể - góc lá (giống, mật độ) • Chịu ảnh hưởng của điều kiện môi trường – Thiếu nước – Thiếu dinh dưỡng • Tốc độ sinh trưởng = (lượng bức xạ hấp thụ) x (hiệu suất sử dụng bức xạ) Làm thế nào để tăng? Làm thế nào để tăng? 2
3. 2012/9/20 Lớp Học Phần VNUA ( Khoa Nông Học ) - Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam Ảnh hưởng của loại cây trồng và mật độ trồng đến khả năng hấp thụ bức xạ mặt trời Diện tích lá tối ưu Cotton HD Cotton LD Sorghum HD 4 100 80 3 60 2 LAI 40 1 20 % light interception 0 0 38 52 38 52 Days after sowing Số liệu từ thínghi ệm ở LD - hàng x cây – 50 cm x 40 cm Gatton (2005) HD – hàng x cây – 50 cm x 10 cm Cấu trúc quần thể và hiệu suất sử dụng bức xạ Cấu trúc quần thể vàhi ệu suất sử dụng bức xạ 30 Hiệu suất quang hợp tương đối của 25 20 một chiếc lá 15 26/100 = 0,26 • Góc lá tối thích cho hiệu suất sử dụng BXQH 10 0 Quanghợp trên lá là 81 vào những ngày trời nắng 5 22/50 = 0,44 0 0 20 40 60 80 100 10/10 = 1,00 • Cấu trúc tối thích Cường độ ánh sáng (% so với tổng xạ) A. sáng Cường độ Quang hợp (cả – Lớp lá phía trên tán thẳng, góc lá so với mặt đất a. sáng quần thể/canopy) lớn L1 100 26 L2 = 36 – Lớp lá phía dưới nằm ngang so với mặt đất 10 10 Góc lá = 0 o – Theo Chang, 1968 • Lớp trên : 50% lá có góc 60-900 L1 L2 50 22 = 44 0 50 22 • Lớp giữa : 37% lá có góc 30-60 Góc lá = 60 o • Lớp dưới : 13% lá có góc 0-300 Hệs ốh ấp thụ nhá sáng và góc lá Hệs ốh ấp thụ nhá sáng và góc lá • Sựh ấp thụ ánh sáng theo độ sâu của các tầng lá • k cho biết khả năng xuyên sâu của tia tuân theo định luật Beer: BXMT xuống các tầng lá -kL I = I0 e hay ln(I/I0) = -kL • k càng nhỏ, góc lá càng đứng so với thân cây và tia BXMT xuyên sâu hơn xuống • I0 : cường độ ánh sáng trên mặt ruộng các tầng lá • I : cường độ ánh sáng trong tầng lá có chỉs ố diện tích lá là L • k phụ thuộc vào mật độ trồng • k : hệ sốh ấp thu ánh sáng – Mật độ cao thường làm cho lá đứng hơn nên • L : chỉs ốdi ện tích lá (tổng sốdi ện tích là trên hệ sốh ấp thụ ánh sáng cũng thấp hơn một đơn vị diện tích đất) 3
4. 2012/9/20 Lớp Học Phần VNUA ( Khoa Nông Học ) - Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam Thiết bị đo cường độ bức xạ trong quần thể thực vật Cách xác định hệ sốh ấp thụ ánh sáng ln(I/I ) = -kL 0 Cây lúa miến – C4 Cây bông – C3 Cấu trúc tán của quần thể hoa hướng So sánh các giống lúa cổ truyền, cải tiến và dương và lúa lý tưởng Phản ứng quang chu kỳ • Thời gian chiếu sáng trong ngày có vai trò điều tiết sự phát triển/ra hoa của một số loại cây – cây cảm quang (photoperiod sensitive species) • Thời gian chiếu sáng trong ngày mà tại đó cây bắt đầu ra hoa gọi là độ dài chiếu sáng tới hạn – Các loài khác nhau có độ dài chiếu sáng tới hạn khác nhau • Chia cây trồng thành ba loại – Cây ngày ngắn: chỉ ra hoa khi độ dài chiếu sáng ngày nhỏ hơn độ dài chiếu sáng tới hạn – Cây ngày dài: chỉ ra hoa khi độ dài chiếu sáng ngày lớn hơn độ dài chiếu sáng tới hạn – Cây trung tính: không phụ thuộc vào độ dài chiếu sáng ngày, còn gọi là cây cảm ôn 4
5. 2012/9/20 Lớp Học Phần VNUA ( Khoa Nông Học ) - Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam Độ dài ngày hay đêm quyết định phản ứng Cây ngày ngắn và ngày dài quang chu kỳ? Cây ngày ngắn Hạn chế mía ra hoa bằng cách nào? Độ dài ngày hay đêm quyết định phản ứng quang chu kỳ? Ứng dụng phản ứng quang chu kỳ Cây ngày dài • Điều chỉnh sự ra hoa của cây: số lượng hoa, thời gian ra hoa Thúc đẩy – vùng trồng sử ra hoa Điều chỉnh trồng để cây ra hoa vào thời kỳ của thanh thuận lợi long? – Tạo ra ngày ngắn/dài nhân tạo – Ngắt quãng thời gian tối • Lưu ý khi nhập nội giống – Cây ngày ngắn dịch chuyển về phía nam có thể không hoàn thành chu kỳ sinh trưởng phát triển (không ra hoa) 5.3. Bức xạ với công trùng Cường độ ánh sáng • Cường độ ánh sáng • Ảnh hưởng tới hành vi của côn trùng: • Độ dài ngày – Nhiều loài chỉ hoạt động vào ban ngày khi cường độ ánh sáng cao – Một số loài chủ yếu hoạt động khi cường độ ánh sáng yếu: sáng sớm hoặc chiều tối 5
6. 2012/9/20 Lớp Học Phần VNUA ( Khoa Nông Học ) - Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam Độ dài ngày Kytorhinus sharpianus (Coleoptera: Bruchidae) • Là dấu hiệu để côn trùng bước vào giai đoạn ngủ nghỉ: ngủ đông, ngủ hè • Độ dài ngày có thể là dấu hiệu sự thay đổi mùa đối với sâu non của một số loài côn trùng • Độ dài ngày quyết định thời gian hoàn thành vòng đời của một số côn trùng Kytorhinus sharpianus (Coleoptera: 5.4. Bức xạ mặt trời và nuôi trồng thủy Bruchidae) – Nhật Bản sản – chất lượng nước • Tác động trực tiếp đến nguồn sản xuất sơ cấp – Thời gian từ pha trứng – trưởng thành phụ thuộc trong chuỗi thức ăn (phytoplankton) vào độ dài ngày (ở cùng nhiệt độ) • Tác động đến chất lượng nước • Thời gian này là 75-80 ngày khi độ dài ngày là 15-16 giờ – Nồng độ oxy hòa tan (DO) • Tăng lên rất đáng kể khi độ dài ngày bị rút ngắn lại (12- 14 giờ) • Tác động trực tiếp đến động vật thủy sinh • Không bao giờ hóa nhộng nếu độ dài ngày giữ ở mức 12 – VD: Màu sắc của tôm giờ hoặc nhỏ hơn • Tác động đến cỏ dại thủy sinh Ảnh hưởng của thời gian trong ngày và mật thực vật Đo độ trong của nước phù du đến nồng độ ô xy hòa tan trong nước mặt K: hệ số hấp thụ ánh sáng I0: Cường độ bức xạ trên mặt nước IZ: Cường độ ánh sáng ởđộ sâu Z K ảnh hưởng thế nào đến sự Đĩa Secchi phân bố của thực vật thủy • SDV opt = 30-45 cm sinh? • Độ sâu mà tại đó đạt điểm bù ánh sáng gấp 3 lần SDV • Cỏ dại không mọc được ởđộ sâu gấp 2 lần SDV 6
7. 2012/9/20 Lớp Học Phần VNUA ( Khoa Nông Học ) - Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam Số ngày liên tiếp cần thiết (mô phỏng) làm giảm nồng độ DO xuống mức 2.0 và 0.0 mg l-1 ở ao nuôi thủy sản với lượng bức xạ và tầm nhìn đĩa Secchi khác nhau (Romaire and Boyd, 1979) Xác suất xuất hiện số ngày liên tiếp (D) có cường độ BXMT thấp ở Auburn, Alabama. Số liệu được tính từ 14 năm quan trắc (1964-1977). (Romaire và Boyd, 1979) 7