Chương VI. TÁC ðỘNG CỦA CÁC YẾU TỐ KHÍ HẬU ðỐI VỚI SINH VẬT
2. YẾU TỐ NHIỆT ðỘ
Trường ðại học Nông nghiệp 1 - Giáo trình Khí tượng Nông nghiệp------ 111 kiện vĩ ủộ ủịa lý, mựa trong năm mà cũn phụ thuộc vào ủặc ủiểm vật lý của vật chất hấp thu bức xạ. Cỏc ủặc trưng nhiệt lượng của ủất như: nhiệt dung, hệ số dẫn nhiệt, lưu lượng nhiệt, màu sắc, ủộ xốp, ủộ ẩm ủất... và cỏc ủặc tớnh truyền nhiệt của khụng khớ như truyền nhiệt phõn tử , cỏc dũng ủối lưu, loạn lưu, mật ủộ và thành phần khụng khớ... là những yếu tố chi phối chế ủộ nhiệt. Chế ủộ nhiệt cú ảnh hưởng sõu sắc ủến ủời sống sinh vật vỡ nú là tỏc nhõn mụi trường trực tiếp, ảnh hưởng tới nhịp ủiệu sống, cỏc quỏ trỡnh sinh trưởng, phỏt triển của sinh vật. Nhiệt ủộ cũn ủúng vai trũ quan trọng ủối với chu trỡnh nước trong tự nhiờn và sự phõn bố khớ ỏp trờn bề mặt trỏi ủất. Vỡ vậy nhiệt ủộ biến ủổi cũng là nguyờn nhõn gõy ra mọi hiện tượng thời tiết phức tạp ở mỗi ủịa phương.
2.1. Cỏc giới hạn nhiệt ủộ sinh vật học
Cỏc loại cõy trồng và gia sỳc sống trong ủiều kiện nhiệt ủộ thớch hợp sẽ sinh trưởng và phỏt triển tốt, cho năng suất cao, phẩm chất tốt. Ngược lại, ủiều kiện nhiệt ủộ quỏ thấp hoặc quỏ cao ủều cú ảnh hưởng xấu tới quỏ trỡnh sống.
Các giống cây trồng, vật nuôi, tuỳ thuộc vào nguồn gốc và sức sống mà sinh trưởng, phát triển tốt ở một giới hạn nhiệt ủộ cho phộp. Người ta phõn biệt những giới hạn về nhiệt ủộ sinh vật học như sau:
a) Nhiệt ủộ tối thấp sinh vật học:
Nhiệt ủộ tối thấp sinh vật học là nhiệt ủộ thấp nhất mà tại ủú cõy trồng bắt ủầu ngừng sinh trưởng. Trờn thế giới, ở những vĩ ủộ cao cú những loại thực vật và ủộng vật cú thể sống ủược ở nhiệt ủộ rất thấp. Ở vựng ụn ủới, cỏc loại lỳa mỡ, mạch sống ủược ở nhiệt ủộ -8 oC ủến -10 oC. Ở vựng nhiệt ủới, nhiều loại cõy trồng ủó bị chết khi nhiệt ủộ khụng khớ xuống 3-4 oC.
Kết quả nghiờn cứu của một số tỏc giả về nhiệt ủộ tối thấp sinh vật học như sau:
Theo I. Trircụp (Nga), cỏc cõy ngũ cốc cú nhiệt ủộ tối thấp sinh vật học khoảng 10 oC.
Theo L.N. Babusụkin (Nga), cõy bụng cú nhiệt ủộ tối thấp sinh vật học khoảng 13 - 15 oC.
Nhiệt ủộ tối thấp sinh vật học cũn thay ủổi theo thời kỳ phỏt dục của cõy trồng. Hầu hết cỏc loại cõy trồng yờu cầu nhiệt ủộ tương ủối cao vào thời kỳ gieo hạt và ra hoa kết quả, cũn cỏc thời kỳ khỏc yờu cầu ở mức thấp hơn. Theo nhiều tỏc giả, nhiệt ủộ tối thấp sinh vật học của lỳa ở miền Bắc nước ta là 10-13 0C, riờng giai ủoạn trỗ bụng là 18-200C. éối với cõy ngụ, nhiệt ủộ tối thấp sinh vật học ở giai ủoạn từ gieo ủến mọc là 8-10 0C; giai ủoạn trỗ cờ, phun râu là 15-170C.
Bảng 6.3. Một số giới hạn nhiệt ủộ thớch hợp của cõy trồng (oC) (FAO, Rome, 1991)
Cây trồng t0 nảy mầm t0 tối cao t0 ra hoa
Tỏi 15-25 18 14-16
Cây dứa 18-26 30 24
Lạc 15-34 35 18
Ớt 20-24 27 18
Cà phê chè 18-25 31 18-22
Cà phê vối 18-20 30 22-26
Các loại dưa chuột, dưa bở... 18 35 20-32
Trường ðại học Nông nghiệp 1 - Giáo trình Khí tượng Nông nghiệp------ 112
Cà chua 18-20 35 18-25
Sắn 18-30 25-35 18-20
Chuối 27 40 38
Lúa 15 35 22-30
Nhiệt ủộ thấp làm cho ủộ nhớt nguyờn sinh chất tăng lờn, hàm lượng nước trong nguyờn sinh chất của tế bào thực vật giảm ủi, nồng ủộ dịch bào tăng lờn, quỏ trỡnh vận chuyển nước và dinh dưỡng trong cây bị cản trở, gây nên hiện tượng co nguyên sinh, ảnh hưởng xấu tới cỏc quỏ trỡnh sinh lý. Nếu nhiệt ủộ xuống dưới 0oC, nước trong gian bào bị ủúng băng lại, giãn nở thể tích, gây nên hiện tượng dập vỡ tế bào, biến dạng tế bào chất, cây có thể bị chết.
b) Nhiệt ủộ tối cao sinh vật học:
Nhiệt ủộ tối cao sinh vật là nhiệt ủộ cao nhất mà tại ủú cỏc hoạt ủộng sống của sinh vật bị ngừng lại. Hầu hết cỏc loại cõy trồng, nhiệt ủộ tối cao sinh vật học ở vào khoảng 35- 45oC. Tuy nhiờn cũng cú một số sinh vật sống ủược ở nhiệt ủộ rất cao của vựng sa mạc hoặc vựng cú giú khụ núng nhiệt ủộ lờn tới 45-50oC. Dưới ảnh hưởng lõu dài của nhiệt ủộ cao, thời gian sinh trưởng của cây trồng bị rút ngắn lại, quá trình phát dục không bình thường làm giảm năng suất và chất lượng.
Nhiệt ủộ cao xỳc tiến quỏ trỡnh thoỏt hơi nước bề mặt lỏ, nếu trong ủiều kiện ủất khụ hạn sẽ làm cõy trồng thiếu nước, bị khụ hộo mà chết. Nhiệt ủộ cao làm tăng cường quỏ trỡnh hụ hấp của thực vật, tiờu hao cỏc chất dinh dưỡng tớch luỹ trong cơ thể, dẫn ủến giảm sức sống, dễ bị sõu bệnh. Nhiệt ủộ quỏ cao cũn làm suy yếu sức nảy mầm của hạt và hạt phấn, gõy nên hiện tượng lép của các cây ngũ cốc. Bảng 6.3 và 6.4. là một số kết quả nghiên cứu về chỉ tiờu nhiệt ủộ của cõy trồng trong những ủiều kiện nhất ủịnh..
c) Giới hạn nhiệt ủộ thớch hợp của thực vật:
Giới hạn nhiệt ủộ thớch hợp của thực vật là khoảng nhiệt ủộ thuận lợi nhất ủối với quỏ trỡnh sinh trưởng và phỏt triển. Người ta nhận thấy rằng, trong giới hạn nhiệt ủộ thớch hợp quỏ trình sinh trưởng, phát triển của thực vật tuân theo quy tắc Vant-Hoff tương tự như các phản ứng hoỏ học. Tuy nhiờn, hệ số Q10 thay ủổi từ 1 ủến 2 tức là khi nhiệt ủộ tăng lờn 10oC thỡ quỏ trỡnh sinh trưởng cũng tăng lờn từ 1 ủến 2 lần. Hệ số Q10 của thực vật cao hay thấp tựy thuộc vào tỡnh trạng sinh trưởng, giai ủoạn phỏt dục của cõy trồng. Ngoài giới hạn nhiệt ủộ tối thớch, quy tắc Vant-Hoff khụng cũn ủỳng nữa.
Bảng 6.4. Giới hạn nhiệt ủộ tối thấp sinh vật học ( B 0C) của cõy trồng (FAO, Rome, 1991)
Loại cây BoC Loại cây BoC
Chanh -4 ữ -5 Chuối, ủu ủủ +5
Mơ, ủào -2 ữ -3 Cà phờ vối +5
Cam, quýt -2 ÷ -3 Cà phê chè +1
Mận, táo, lê -1 Hồ tiêu +9
Quế, trẩu -8 ÷ -10 Cao su +15
Chè Shane -5 Lúa +13
Dứa 0 Bông +14
Trường ðại học Nông nghiệp 1 - Giáo trình Khí tượng Nông nghiệp------ 113 d) Giới hạn nhiệt ủộ cận tối thấp và cận tối cao
Khoảng từ nhiệt ủộ tối thấp sinh vật học ủến cận dưới giới hạn nhiệt ủộ thớch hợp gọi là giới hạn nhiệt ủộ cận tối thấp và khoảng từ cận trờn giới hạn nhiệt ủộ thớch hợp ủến nhiệt ủộ tối cao sinh vật học gọi là giới hạn nhiệt ủộ cận tối cao. ðõy là 2 khoảng nhiệt ủộ gõy cản trở ủối với sự sinh trưởng và phỏt triển. Trong những khoảng nhiệt ủộ này cõy trồng sinh trưởng, phỏt triển kộm, nhiệt ủộ thấp là là yếu tố hạn chế trong khoảng nhiệt ủộ cận tối thấp và nhiệt ủộ cao là yếu tố hạn chế trong khoảng nhiệt ủộ cận tối cao của chỳng.
Ở nước ta, miền Bắc cú một mựa ủụng lạnh, nhiệt ủộ thấp ảnh hưởng ủến cõy trồng nghiêm trọng, nhất là các thời kỳ có sương muối. Ngược lại, vùng ven biển miền Trung có giú lào khụ núng trong mựa hố, nhiệt ủộ cao thường gõy chỏy lỏ, khụ hộo do thoỏt hơi nước mạnh, làm giảm năng suất hoặc thất thu nghiờm trọng ủối với một số cõy trồng.
2.2. Ảnh hưởng của nhiệt ủộ ủất ủến sản xuất nụng nghiệp
Nhiệt ủộ ủất là một trong những yếu tố cơ bản ảnh hưởng ủến quỏ trỡnh sinh trưởng, phỏt triển và hỡnh thành năng suất của cõy trồng. Nhiệt ủộ ủất cú vai trũ quan trọng ủối với sự nẩy mầm của hạt, sự phỏt triển của bộ rễ, chu trỡnh dinh dưỡng khoỏng và hoạt ủộng của vi sinh vật trong ủất. Ở giai ủoạn nảy mầm, nhu cầu về nhiệt lượng phự hợp của cỏc loại hạt giống cõy trồng rất khỏc nhau. Nếu nhiệt ủộ ủất thấp dưới giới hạn nhiệt ủộ tối thấp sinh vật học, hạt giống sẽ khụng nảy mầm ủược. Hạt giống nằm lõu dưới ủất, dễ bị thối do nấm bệnh, vi sinh vật, vi khuẩn hoặc bị cỏc loại cụn trựng phỏ hoại, ủặc biệt là cỏc loại hạt giống cú hàm lượng dầu cao như lạc, vừng, hướng dương... Trong khoảng nhiệt ủộ thớch hợp, nhiệt ủộ càng tăng càng rỳt ngắn thời gian từ gieo ủến mọc, tỷ lệ nảy mầm cao, chất lượng mầm tốt, sức sống cao.
Bảng 6.5. Nhu cầu nhiệt ủộ ủất của một số hạt giống cõy trồng thời kỳ nảy mầm (FAO, 1986) Nhiệt ủộ ủất (oC)
Loại hạt giống
Tối thấp Tối thích Tối cao
Tiểu mạch và ủại mạch 1 - 2 20 - 25 28 - 32
Hướng dương 5 - 10 31 - 37 37 - 44
Ngô 8 - 10 25 - 35 40 - 44
Bầu bí 10 - 15 37 - 44 44 - 50
Lúa 12 - 14 25 - 30 45
Dưa bở 15 - 18 31 - 37 44 – 50
Khi nhiệt ủộ ủất vượt quỏ nhiệt ủộ tối cao sinh vật học sẽ làm cho hạt giống mất khả năng nảy mầm, hoặc nảy mẩm với tốc ủộ quỏ nhanh, chất lượng mầm thấp, cõy kộm phỏt triển.
Nhiệt ủộ ủất cũn ảnh hưởng trực tiếp ủến sinh trưởng và phỏt triển của bộ rễ và cỏc bộ phận dưới ủất. Nhiệt ủộ ủất ảnh hưởng ủến tốc ủộ sinh trưởng của rễ ngụ trong ủiều kiện trồng trong ống nghiệm như sau:
Bảng 6.6. Ảnh hưởng của nhiệt ủộ ủến tốc ủộ sinh trưởng chiều dài của rễ ngụ
Nhiệt ủộ (oC) 4,4 10,2 15,8 19,0
ðộ dài của rễ (mm/ngày) 1,4 3,7 6,5 8,7
Trường ðại học Nông nghiệp 1 - Giáo trình Khí tượng Nông nghiệp------ 114 Nhiệt ủộ ủất cũn ảnh hưởng ủến hoạt ủộng của vi sinh vật trong ủất, nếu nhiệt ủộ ủất thớch hợp, vi sinh vật hoạt ủộng mạnh, quỏ trỡnh phõn giải cỏc chất hữu cơ diễn ra nhanh, cung cấp nhiều chất dinh dưỡng cho cõy trồng. Theo Prianhitnikov D.N. nhiệt ủộ ủất là một nguồn năng lượng cú vai trũ trong việc huy ủộng cỏc chất dinh dưỡng cho bộ rễ. Nhiệt ủộ ủất cũn ảnh hưởng ủến quỏ trỡnh hỳt nước và cỏc chất khoỏng của cõy trồng. Nhiệt ủộ ủất thớch hợp làm tăng khả năng hoà tan cỏc chất dinh dưỡng trong ủất, làm tăng tớnh hoạt ủộng của dung dịch ủất, giỳp cho bộ rễ của cõy trồng sử dụng dinh dưỡng một cỏch thuận lợi hơn.
Nhiệt ủộ ủất tăng lờn thỳc ủẩy quỏ trỡnh thoỏt hơi nước của lỏ, tạo ra ỏp lực vận chuyển nước và cỏc chất dinh dưỡng trong cõy nhanh, gúp phần tăng cường quỏ trỡnh trao ủổi chất trong cây.
Nhiệt ủộ ủất cũng ảnh hưởng ủến hoạt ủộng của cỏc loại sõu, bệnh hại cõy trồng. Thường nhiệt ủộ ủất thớch hợp với sinh trưởng và phỏt triển của cẩy trồng thỡ cũng thớch hợp với sinh trưởng và phát triển của sâu bệnh. Do vậy cần có những biện pháp kỹ thuật canh tác thích hợp ủể tiờu diệt nguồn sõu bệnh trong ủất.
2.3. Ảnh hưởng của nhiệt ủộ tới quỏ trỡnh phỏt dục của thực vật
Nhiệt ủộ cú vai trũ quyết ủịnh tốc ủộ phỏt dục của cõy trồng. Nhiệt ủộ càng cao càng rút ngắn thời gian sinh trưởng, phát dục của cây trồng. Thực tế sản xuất cho thấy, các giống cõy trồng nếu gieo trồng trong vụ ủụng xuõn thỡ thời gian sinh trưởng dài hơn trong vụ mựa.
Sở dĩ như vậy vỡ cỏc thỏng trong vụ ủụng xuõn cú nhiệt ủộ thấp hơn cỏc thỏng trong vụ mựa.
Ví dụ: giống lúa CR203 gieo cấy vụ xuân thời gian sinh trưởng từ 135-140 ngày, nhưng gieo cấy vụ mùa thời gian sinh trưởng rút ngắn chỉ còn 115-125 ngày.
Mỗi giống cõy trồng và ngay cả mỗi giai ủoạn phỏt dục của chỳng thường yờu cầu một tớch ụn (tổng nhiệt ủộ) tương ủối ổn ủịnh. Từ năm 1734, Reomoure ủó ủề xuất chỉ tiờu tổng nhiệt ủộ hoạt ủộngm cũn gọi là tớch ụn hoạt ủộng (Active Temperature Sum - AcTS) ủể nghiên cứu nhu cầu về nhiệt của cây trồng.
Tổng nhiệt ủộ hoạt ủộng là tổng số học cỏc giỏ trị nhiệt ủộ lớn hơn nhiệt ủộ tối thấp sinh vật học và nhỏ hơn nhiệt ủộ tối cao sinh vật học của giai ủoạn phỏt dục nào ủú.
Tổng nhiệt ủộ hoạt ủộng chưa ủỏnh giỏ ủỳng ủắn ủược hiệu quả của nhiệt ủộ ủối với tốc ủộ phỏt dục của cõy trồng. Người ta ủó ủưa ra một chỉ tiờu khỏc ủể làm chớnh xỏc hơn hiệu quả ủú gọi là tổng nhiệt ủộ hữu hiệu (tớch ụn hữu hiệu - Effective Temperature Sum- ETS).
Tổng nhiệt ủộ hữu hiệu là tổng số cỏc giỏ trị nhiệt ủộ cú hiệu quả ủối với quỏ trỡnh phỏt dục của cây trồng tính theo công thức:
ETS = ∑ ( )
= n −
i
i B
t
1
Trong ủú: ETS : tớch ụn hữu hiệu
B: nhiệt ủộ tối thấp (hoặc tối cao) sinh vật học t: giỏ trị nhiệt ủộ trung bỡnh của giai ủoạn.
n: số ngày giai ủoạn phỏt dục
Tớch ụn hữu hiệu là chỉ tiờu ổn ủịnh ủối với mỗi giai ủoạn phỏt dục hoặc cả chu kỳ sống của thực vật. Dựa vào ủặc ủiểm này, Sugơlep ủó ủề nghị một cụng thức dự bỏo thời kỳ phát dục của cây trồng như sau:
Trường ðại học Nông nghiệp 1 - Giáo trình Khí tượng Nông nghiệp------ 115 - B
Trong ủú: n: số ngày hoàn thành giai ủoạn phỏt dục
t: nhiệt ủộ trung bỡnh giai ủoạn theo bản tin dự bỏo thời tiết dài hạn (0C) ETS: tích ôn hữu hiệu (0C)
B: nhiệt ủộ tối thấp (hoặc tối cao) sinh vật học (0C) 2.4. Hiện tượng cảm ứng nhiệt hình thành hoa
Trong thế giới thực vật cú loài cõy trồng chịu ảnh hưởng bởi nhiệt ủộ ủến sự khởi ủầu và phỏt triển của cơ quan sinh sản. Năm 1857, Klipart ủó thành cụng trong việc biến lỳa mỡ mựa ủụng thành lỳa mỡ mựa xuõn bằng việc xử lý nhiệt ủộ thấp. Lỳa mỡ mựa ủụng ủược gieo vào thỏng IX hàng năm, trải qua 6 thỏng mựa ủụng băng giỏ, ủến mựa xuõn mới bắt ủầu sinh trưởng và cho thu hoạch vào thỏng VII. Nhiều thớ nghiệm ủem gieo lỳa mỡ vào thỏng III (mựa xuõn) nhưng khụng cho thu hoạch vào thỏng VII năm ủú mặc dự chỳng sinh trưởng rất tốt.
Những cõy lỳa mỡ này nếu ủược giữ lại qua mựa ủụng thỡ năm sau mới cho thu hoạch. Như vậy, giai ủoạn băng giỏ mựa ủụng là bắt buộc ủối với sự hỡnh thành hoa của lỳa mỡ ủược gọi là
“giai ủoạn xuõn húa”. Thớ nghiệm của Klipart tiến hành gieo những hạt lỳa mỡ qua xử lý lạnh vào thỏng III ủó cho thu hoạch bỡnh thường. Chớnh vỡ vậy, người ta gọi việc xử lý lạnh là xử lý xuân hoá.
Hiện tượng cảm ứng nhiệt ủộ thấp ủể hỡnh thành hoa cũn gặp ở những loại cõy 2 năm: năm ủầu chỳng ở trạng thỏi dinh dưỡng, năm thứ hai sau khi trải qua thời kỳ mựa ủụng lạnh giỏ thỡ ra hoa. Những loại cây này nếu năm thứ hai vẫn chưa gặp lạnh thì phần lớn vẫn không ra hoa.
Người ta cho rằng, giai ủoạn xuõn hoỏ của cỏc loài thực vật cũng khỏc nhau: cú loài cõy qua giai ủoạn xuõn hoỏ từ thời kỳ hạt và quả, nhưng cũng cú loài cõy muộn hơn. Giới hạn tỏc ủộng của nhiệt ủộ và thời gian tiếp xỳc cú hiệu quả cũng thay ủổi tuỳ theo mức ủộ mẫn cảm khỏc nhau. Núi chung, ủa số thực vật yờu cầu nhiệt ủộ xuõn hoỏ từ 0-15oC. ở ủiều kiện nhiệt ủộ cao hơn sẽ cú hiện tượng phản xuõn hoỏ.
Việc hiểu biết hiện tượng cảm ứng nhiệt ủộ thấp ủến sự phỏt triển của cõy cú ý nghĩa thực tiễn rất lớn. Ngày nay người ta ủó tiến hành xử lý xuõn hoỏ cho nhiều loại cõy 2 năm và cõy 1 năm ủể tăng năng suất cõy trồng.