Bài giảng Quang hợp quần thể

7/18/15 1 I. HỆ SỐ SỬ DỤNG QUANG NĂNG CỦA QUẦN THỂ CÂY TRỒNG  Theo kết quả nghiên cứu đã chứng minh: Quang hợp là quá trình cơ bản quyết định năng suất cây trồng. Quang hợp tạo ra 90 -95% tổng số lượng chất khô mà cây trồng tích lũy được trong suốt đời sống của mình  Mối liên quan giữa hoạt động của bộ máy quang hợp và năng suất cây trồng được biểu diễn bằng phương trình sau  NSkt = (Fco2.L.Kf.Kkt).1,2,n (tạ/ha) 100.000  Muốn tăng năng suất cây trồng, cần phải điều khiển hệ quang hợp về thành phần tạo nên hệ, cấu trúc hệ, hoạt tính của hệ  Trong điều kiện tối ưu quần thể cây trồng sử dụng được 5% năng lượng ánh sáng để QH tạo NSSVH. Nhưng trên thực tế do điều kiện bất thuận nên cây trồng chỉ sử dụng được 0,5-2% NLAS tới Chứng minh cây sử dụng 5% (Lý thuyết) - Trong suốt chu kỳ sống, cây nhận được 50% E của các tia tới (50% không hấp thu được do: qua đất, phản lại...) - Trong 50% thì chỉ ½ tia có lợi cho QH ---> như vậy chỉ 25% sử dụng được vào QH. - Trong 25% này, để đồng hóa được 1 PT C02 cần 8 lượng tử và cần 28% E ánh sáng (trong đó 8% tiêu hao do hô hấp, còn lại 20% Tạo NSsvh (20% là của 25%) nên: 25% x 20% HSSDNL ánh sáng = --------------- = 5% 100% - Vì sao 28%: E ánh sáng các tia: Xanh= 65Kcalo/mol – photon; đỏ 43 và trắng = 50Kcalo/mol Ánh sáng trắng: 112x100 / 50x8= 28% Nhà sinh lý thực vật thiên tài người Nga Timiriazev đã nói: “Bằng cách điều khiển chức năng quang hợp, con người có thể khai thác cây xanh vô hạn” và nhà sinh lý thực vật Hà Lan Dewitt đã tính rằng nếu chỉ sử dụng 5% năng lượng ánh sáng mặt trời, cây trồng đã cho năng suất gấp 4-5 lần năng suất cao nhất hiện nay (vùng ôn đới khoảng 125 tạ/ha, vùng nhiệt đới khoảng 250 tạ/ha). Rõ ràng trồng trọt chính là ngành “Kinh doanh” năng lượng mặt trời. Phương trình quang hợp H2O + CO2 [CH2O] + O2 – 112 KCal II. CẤU TRÚC QUẦN THỂ CÂY TRỒNG VÀ HOẠT ĐỘNG QUANG HỢP - Ruộng là một quần thể gồm nhiều cá thể ảnh hưởng qua lại lẫn nhau. Do đó nếu hệ số sử dụng quang năng của quần thể cây trồng càng cao thì NSsvh càng cao. - Theo tính toán toàn bộ thực vật trên trái đất hàng năm tạo khoảng trên 120 tỷ tấn chất hữu cơ và với trên 6 tỷ người hiện nay đang sống cần gần 1 tỷ tấn sản phẩm DD. - Như vậy, vấn đề nguồn thực phẩm vẫn là một trong những vấn đề gay cấn nhất của loài người. Tuy nhiên con người có thể giải quyết được lương thực nếu có biện pháp cải tạo đúng và sử dụng hợp lý chức năng QH của cây. - Những biện pháp nâng cao NSsvh chính là các biện pháp nâng cao hệ số sử dụng quang năng của quần thể cây. II. CẤU TRÚC QUẦN THỂ CÂY TRỒNG VÀ HOẠT ĐỘNG QUANG HỢP - Có nhiều biện pháp nâng cao hệ số sử dụng quang năng của quần thể cây trồng nhưng mang tính quyết định: + Thông qua chỉ số LAI (m2 lá/ m2 đất) tối ưu + Thời gian hoạt động QH dài nhất để có thế năng QH đồng ruộng lớn nhất (m2 lá/ngày/ha). + Các giống cây trồng khác nhau có LAI và thế năng QH cũng khác nhau, vì vậy cấu trúc và hoạt động QH của quần thể cây trồng phụ thuộc rất nhiều vào hình thái lá, góc lá so với thân, chiều cao, của mỗi giống cây trồng. Lớp Học Phần VNUA ( Khoa Nông Học ) - Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam https://sites.google.com/site/lophocphank57vnua/ 7/18/15 2 II. CẤU TRÚC QUẦN THỂ CÂY TRỒNG VÀ HOẠT ĐỘNG QUANG HỢP 2.1 Cấu trúc của cây trồng lý tưởng Cây trồng lý tưởng là cây sử dụng bức xạ mặt trời với hiệu quả tốt nhất + Cây trồng khác nhau có chiều cao cây và mục đích sử dụng khác nhau nhưng nhìn chung giống cây cao sẽ bị che cớm lẫn nhau khi tăng mật độ trồng và tăng dinh dưỡng, cây dễ bị đổ,NS giảm + Lá cây có cường độ quang hợp cao và thời gian quang hợp dài: Cây có S lá phù hợp và chỉ số diện tích lá thích hợp thì Iqh sẽ quyết định năng suất sinh vật học. Trên thực tế, có giống Iqh không cao nhưng cho NSsvh cao vì giống này có tổng S lá tham gia Qh tăng và thời gian QH dài. + Giống có cấu trúc hình thái thuận lợi Cây phải có chiều cao trung bình, dáng cây gọn, lá dài rộng trung bình và đứng. II. CẤU TRÚC QUẦN THỂ CÂY TRỒNG VÀ HOẠT ĐỘNG QUANG HỢP để có hệ số tiêu sáng nhỏ, ánh sáng có thể xuyên sâu hơn xuống các tầng lá dưới nên nâng cao được chỉ số diện tích lá tối ưu. Muốn vậy, cây phải có chiều cao trung bình, dáng cây gọn, lá dài rộng trung bình và đứng (góc giữa lá với thân lá  30o) là thích hợp, phù hợp với định luật Bia (Monsi và Saeki, 1952): IF = Io. e -KF Trong đó: Io: Cường độ tia sáng tới trên bề mặt ruộng IF: Cường độ ánh sáng trong quần thể cây trồng ở tầng lá có chỉ số diện tích lá F. K: Hệ số hấp thu ánh sáng của lá (hệ số tiêu sáng) F : Chỉ số diện tích lá. e : Cơ số của logarit tự nhiên. Ví dụ: Đối với ruộng lúa người ta thường tính hệ số tiêu sáng K của ruộng để tìm ra chế độ ánh sáng của ruộng. Hệ số K có ý nghĩa quan trọng nhất khi ruộng lúa đạt chỉ số diện tích lá đạt cao nhất. II. CẤU TRÚC QUẦN THỂ CÂY TRỒNG VÀ HOẠT ĐỘNG QUANG HỢP Hệ số K ở gốc cây lúa thay đổi từ 0,5 đến 0,9 và nó tăng dần lên theo thời gian sinh trưởng của cây, hệ số K nhỏ nhất 0,3- 0,6 rơi vào giữa thời kỳ sinh trưởng ở ruộng có năng suất cao. Giống có khả năng chịu phân cao có hệ số K 0,5- 0,75, còn giống lúa có tính chịu phân kém có K  0,75- 1,0. Hệ số tiêu sáng K trong quần thể ruộng phụ thuộc vào: + Diện tích lá trên điểm tính càng lớn thì K càng nhỏ do K tính theo công thức: IF K= -ln : F Io IF K= -ln : F Io IF IF + Ias càng thấp thì K càng lớn vì IF/Io nhỏ thì -ln IF /I o lớn Do vậy ở tầng lá dưới có cường độ ánh sáng thấp nên K tăng lên mặc dù diện tích lá ở tầng dưới có thể tăng. Từ công thức của Mônsi ta có thể tính được chỉ số diện tích lá cao nhất trong quần thể ruộng. II. CẤU TRÚC QUẦN THỂ CÂY TRỒNG VÀ HOẠT ĐỘNG QUANG HỢP IF F = - ln ----------------------: K Io Cấu trúc hình thái thuận lợi của cá thể là cơ sở để cấu tạo nên quần thể tốt và muốn tính được chỉ số diện tích lá (F) thì ta phải biết được cường độ ánh sáng của điểm bù tức là cường độ ánh sáng mà ở đó cường độ QH bằng cường độ HH. Theo công thức trên nếu đo được điểm bù ánh sáng (IF) là 2.000 lux vào tháng 4 đối với lúa xuân hè. Tại Việt Nam Io (cường độ ánh sáng trung bình hàng ngày của tháng có diện tích lá đạt cao nhất) là 0,38 cal/cm2/phút = 25.308 lux. (Tổng bức xạ tháng 4 là 293 cal/cm2/phút = 25.308 lux) và hệ số tiêu sáng K của ruộng là 0,7 đối với giống lúa cao cây có bộ lá nằm ngang và 0,4 đối với giống lúa thấp cây (có bộ lá đứng) thì chỉ số diện tích (m2 lá/m2 đất) sẽ được tính như sau: 2000 - In 0,079 2,5383 F(gốc lá nằm ngang)= - ln -------- :07 = ------------- = ---------- = 3,6 25.308 0,7 0,7 2000 - ln 0,079 2,5383 F(góc lá đứng) = - In ---------- : 0,4 = -------------- = ------------ = 6,3 25.308 0,4 0,4 II. CẤU TRÚC QUẦN THỂ CÂY TRỒNG VÀ HOẠT ĐỘNG QUANG HỢP + Cây có cơ quan kinh tế lớn Năng suất kinh tế(NSkt) là lượng chất khô mà cây tích lũy được ở các bộ phận có giá trị kinh tế đối với con người như hạt, quả, củ. NSkt đươc tính theo công thức: NSkt = NSsvh . Kkt + Cây có cảm ứng cao với độ phì của đất Cây có cảm ứng cao với độ phì của đất nghĩa là cây sinh trưởng hợp lý khi bón lượng phân nhiều nhất là N, giống cây có phản ứng đạm thấp có bộ lá dài, rộng, mỏng, xanh đậm, thân cao và yếu. Giống có phản ứng với đạm cao có bộ lá thẳng đứng, ngắn, xanh đậm, thân ngắn và cứng. Iqh (mgCO2/dm 2/giờ) 3 2 1 (Nitơ) 50 40 30 20 10 I qh cây phụ thuộc vào lượng nitơ bón 1. Cây có phản ứng thấp với nitơ. 2. Cây có phản ứng trung bình với nitơ. 3. Cây có phản ứng cao với nitơ. 2.2 Điều chỉnh diện tích lá tối ưu cho quần thể cây trồng Diện tích lá quyết định đến quang hợp, do đó nó quyết định đến năng suất. + Để biểu thị S lá cao hay thấp người ta dùng chỉ tiêu chỉ số S lá (LAI: Leaf Area Index – được đo bằng m2 lá/m2 đất) ) + Ngoài chỉ tiêu chỉ số S lá để biểu thị S lá còn dùng chỉ tiêu thế năng quang hợp đồng ruộng . Thế năng quang hợp đồng ruộng tổng S lá tham gia quang hợp qua từng ngày trong suốt thời kỳ sinh trưởng của quần thể cây trồng (triệu m2lá/ha/ngày – 0,5 – 5 tr ) Các biện pháp nâng cao S lá - Chọn giống - Sử dụng phân bón - Điều chỉnh mật độ - Phòng trừ sâu bệnh tấn công vào bộ lá - Kéo dài tuổi thọ của lá 7/18/15 3 II. CẤU TRÚC QUẦN THỂ CÂY TRỒNG VÀ HOẠT ĐỘNG QUANG HỢP 3. Cấu trúc của ruộng là một hệ quang học, yếu tố của năng suất - Sự tương quan giữa S lá và cường độ quang hợp và hiệu suất QH có ý nghĩa rất quan trọng. Hoạt động của quang hợp liên quan chặt chẽ với sự đồng hóa các nguyên tố khoáng của cây. Tùy theo mức tăng S lá trong ruộng, sự giảm độ chiếu sáng và giảm quang hợp mà ảnh hưởng xấu đến sự đồng hóa các nguyên tố khoáng - Quần thể cây trồng có góc lá rộng thì thực hiện được một công quang hợp nhỏ hơn quần thể cây trồng có góc lá nhỏ. Từ đó ảnh hưởng đến năng suất cây trồng. - Nếu diện tích lá tăng đến 30.000- 40.000 m2/ha thì hệ số hút thu ánh sáng tăng mạnh, nhưng tiếp tục tăng diện tích lá lên nữa thì hiệu quả hấp thu ánh sáng mặt trời lại giảm. - Để sử dụng có hiệu quả năng lượng bức xạ ánh sáng mặt trời thì ở thời kỳ diện tích lá tối đa của quần thể cây trồng phải có chỉ số diện tích lá tối ưu. =====> HSQH được tính theo công thức: P2 – P1 HSQH = = g/m2 lá/ngày đêm 1/2 . (L2 + L1). T - Để có NSsvh cao ngoài chỉ số LAI tối ưu cần phải có thời gian hoạt động QH dài nhất để tạo ra “thế năng QH đồng rụông” lớn nhất. •Hình: Biểu đồ cực thuận về sinh trưởng của diện tích lá tối ưu đối với ruộng cây có thời gian sinh trưởng khác nhau Hình: Biểu đồ cực thuận về sinh trưởng của diện tích lá tối ưu đối với ruộng cây có thời gian sinh trưởng khác nhau •- Với những ruộng hoàn thiện về cấu trúc bộ máy QH thì HSQH thuần thường gặp là 5g/m2 lá/ngày đêm có thể cho năng suất sinh vật học khá cao từ 6 đến 22-25 tấn/ha. - Nếu diện tích lá của ruộng đạt cao nhất nhỏ hơn so với trị số 40.000- 50.000 m2/ha (từ 15.000- 20.000 m2/ha hay thấp hơn nữa từ 8.000- 10.000m2/ha) thì số liệu tương ứng về thế năng QH chỉ là 0,5- 1,0 triệu m2/ha/ngày (nếu diện tích lá của ruộng đạt 40.000 m2/ha thì thế năng QH của nó có thể thay đổi từ 1- 4,5 triệu m2/ha/ngày). - HSQH thuần của quần thể cây trồng thường đạt từ 2-4 g/m2/ngày đêm. thì năng suất sinh vật học chỉ đạt 2-4 tấn/ha. ====> để tăng năng suất cây trồng chúng ta phải làm thế nào để ruộng có thế năng QH cao * Đối với những cây chín sớm thì thế năng QH ít nhất phải đạt từ 1,5- 2,0 triệu m2/ha/ngày. * Đối với cây chín trung bình là 2,5- 3,0 triệu m2/ha/ngày * Đối với cây chín muộn là 3,0- 5,0 triệu m2/ha/ngày. - Một số cây trồng khác lại có nhu cầu đặc biệt về điều kiện chiếu sáng trong thời kỳ làm đòng và hình thành cơ quan sinh sản. Cho nên nhìn chung nếu tăng quá nhanh diện tích lá và khép kín lá nhanh trong ruộng là thuận lợi để tăng năng suất sinh vật học (NSsvh) nhưng lại không có lợi cho việc tăng năng suất kinh tế (NSkt). - Mật độ gieo và trồng cây là một trong những yếu tố tác động nhanh vào việc chi phối nhịp điệu đầu và cuối của sự hình thành diện tích lá trong quần thể ruộng. Để có NSsvh cao thì cây trong ruộng phải hút được nhiều năng lượng bức xạ mặt trời và sử dụng tốt nhất năng lượng đó vào QH, do đó tăng diện tích lá trong ruộng phải phù hợp với nhịp điệu thay đổi theo mùa vụ của chế độ chiếu sáng của mặt trời. Lớp Học Phần VNUA ( Khoa Nông Học ) - Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam https://sites.google.com/site/lophocphank57vnua/ 7/18/15 4 •Ví dụ: Cây ngô, cây đậu tương, vào thời điểm chiếu sáng của mặt trời tốt nhất nhưng diện tích lá trong quần thể ruộng lại không đạt tối ưu nên sự hút thu ánh sáng vào QH là rất thấp. Vào thời kỳ mà diện tích lá ngô, đậu tương,.. đạt trị số tối ưu thì điều kiện chiếu sáng lại kém nên hoạt động QH của ruộng lại bị giảm nhiều, dẫn tới HSQH thuần cũng giảm. Chính vì lẽ đó mà các cây trồng đã thích nghi với điều kiện sinh thái mà nó sống, sinh trưởng, phát triển tốt và cho NSsvh cao khi chuyển chúng đến vùng sinh thái khác sẽ bộc lộ nhiều bất lợi. - Sự chuyên môn hoá cao các cây trồng và các giống có vòng phát triển thích nghi nhất với chu kỳ thay đổi khí hậu của miền là một trong những biện pháp quan trọng nhằm tăng hệ số sử dụng năng lượng bức xạ mặt trời để tạo NSsvh và NSkt của cây. Những vùng mà điều kiện cho phép như vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới có thời gian sinh trưởng dài và đầy đủ nước để tăng hệ số sử dụng ánh sáng vào việc tạo năng suất ta có thể trồng xen, gối vụ để có thể thu được từ 2- 4 vụ trong năm. Ở những vùng có thời gian sinh trưởng ngắn ta nên gieo trồng đúng thời vụ và có thể sớm hơn. • Một giống lúa hay giống ngô, nào đó có góc lá rộng so với thân chính sẽ tạo ra một tầng lớp lá nằm ngang liên tục trong ruộng và che lấp các tầng lá phía dưới nên tổng diện tích lá tham gia hút thu bức xạ quang hợp không nhiều, do đó tổng diện tích lá của loại ruộng này không thể thực hiện được một công quang hợp tổng cộng lớn. Loại ruộng có tầng lá nằm ngang này vào những giờ giữa trưa nắng (cường độ ánh sáng đạt 40.000 lux -50.000 lux) thì bản lá sẽ nhận được ánh sáng thừa ứng (ánh sáng quá mạnh) nên hoạt động quang hợp giảm, còn vào buổi sáng do tia nắng mặt trời rơi lên bản lá theo độ chiếu sáng của mặt phẳng ngang nên lá cũng ít nhận được ánh sáng và QH cũng bị giảm. Hơn nữa, do lớp lá nằm ngang “lớp đơn” này liên tục đã làm cho lớp lá dưới nó không đủ năng lượng ánh sáng mặt trời để thực hiện chức năng QH cũng như các chức năng sinh lý khác của cây và quần thể ruộng. •Một loại ruộng trong đó các giống cây trồng có góc lá nhỏ so với thân chính và lá cây phân bố thẳng đứng, nhất là cây cao sẽ bao gồm nhiều tầng lá. Nếu tính tổng cộng diện tích lá của các tầng lại có thể lớn gấp 8- 10 lần diện tích lá của “lớp đơn” của ruộng có tầng lá nằm ngang và ánh sáng xuyên xuống sâu khá tốt vào các tầng lá phía dưới, tuy cường độ chiếu sáng có giảm nhưng cũng đủ để QH. Do vậy, Iqh của các lá trong ruộng này thấp hơn 2-5 lần nhưng do có diện tích lá tham gia QH lớn gấp 8-10 lần so với ruộng có lớp lá nằm ngang nên công QH tổng số vẫn lớn hơn nhiều. Tuy nhiên khi nghiên cứu về QH của ruộng mà giống cây trồng có lá thẳng đứng thì bộ lá hút các tia sáng chiếu tới chưa hoàn hảo. •Vì vậy, để tạo ra loại ruộng lý tưởng có đặc tính trung gian giữa ruộng có lớp lá nằm ngang liên tục và ruộng mà lá cây phân bố thẳng đứng thì tầng lá trên phải gần như thẳng đứng để cho ánh sáng xuyên qua lớp lá phía dưới mà lớp lá này có hướng không gian gần nằm ngang hút thu ánh sáng. Từ kết quả nghiên cứu của Nitsporovits cho thấy: Ruộng cây ngũ cốc có diện tích lá gần bằng 40.000m2/ha thì khoảng 50% diện tích phiến lá xếp theo hướng tạo với mặt phẳng ngang một góc 90o -60o; 37% góc 30o-60o và 30% góc 30o- 0o. Nếu theo định hướng không gian này, các phiến lá trong ruộng chiếm tất cả các vị trí có thể có để tiếp nhận ánh sáng và lá đứng thẳng chiếm ưu thế. Đây là một trong những kiểu cấu trúc ruộng thuận lợi cho QH để tạo NSsvh và NSkt cao. - Trên thực tế những loại cây trồng như bí ngô, dưa hấu, hướng dương,, chúng tạo ra các ruộng hay vườn cây có lá nằm ngang chiếm ưu thế. Cũng có ruộng và quần thể có cây cao, cây thấp. K = 0,3 K = 0,5 K = 0,7 K = 0,9 K = 1,0 Hình: Năng suất chất khô ở LAI khác nhau trong quần thể cây có hệ số tắt (K) khác Nhau. Chỉ số diện tích lá (LAI) (m2lá/m2đất) 50 40 30 20 10 2 4 6 8 10 12 K= 0,3 K= 0,5 K= 0,7 K= 0,9 K= 1,0 Năng suất chất khô (g/m2lá/ngày) • - Dùng phương pháp xác định theo tầng (cứ 10 cm theo chiều thẳng đứng là một tầng) mà các tia sáng chiếu vào ruộng, tính khối lượng sinh khối và diện tích lá ở mỗi tầng bằng phương pháp cắt. ===> Kết quả cho thấy những ruộng mà phần lớn lá tập trung ở tầng trên và lá chủ yếu theo hướng nằm ngang thì hệ số tắt (K) của ruộng cao và giảm cường độ ánh sáng, quang hợp mạnh. Tuy nhiên, ruộng có cấu trúc kiểu này thì diện tích lá cực đại để hấp thu ánh sáng là không cao nên năng suất sinh khối tạo ra không nhiều. Nếu diện tích lá được phân bố đều trong không gian của ruộng và ánh sáng được chiếu tới lá trong tán thì hệ số tắt (K) sẽ nhỏ hơn. Diện tích lá đạt cực đại (tối ưu) cao hơn nên năng suất sinh khối hàng ngày cao. Như vậy cấu trúc ruộng là một hệ thống quang học và năng suất, muốn có năng suất cao chúng ta phải tạo ra những giống cây có khả năng hình thành nên quần thể có cấu trúc hoàn thiện nhất 7/18/15 5 0 20 40 60 80 Thời gian sinh trưởng (ngày) Thời gian sinh trưởng (ngày) Hình : Nhịp điệu tích luỹ chất khô của cây ngô Thời gian sinh trưởng (ngày) Thời gian sinh trưởng (ngày) Hình : Nhịp điệu tích luỹ chất khô của cây ngô trong quá trình sinh trưởng, phát triển. 0 20 40 60 80 100 60 40 20 0 20 40 60 80 1 2 300 200 100 0 20 40 60 80 100 Sự tích luỹ chất khô phụ thuộc nhiều vào thế năng quang hợp của ruộng (m2 lá/ha/ngày) chỉ tiêu này thay đổi tuỳ theo các cây trồng khác nhau, dao động từ 0,5-5 triệu m2- ngày. Tuy nhiên, đây không phải là chỉ tiêu duy nhất chi phối mức năng suất. Chỉ tiêu m2lá/ m2 đất cũng có ý nghĩa quan trọng trong việc tạo năng suất quang hợp, chỉ tiêu này trong ruộng cũng thay đổi khá nhiều. Trong điều kiện tốt 1 m2lá cây trong ruộng có thể đồng hoá được 4-6g CO2 trong 1 giờ, còn trong điều kiện xấu chỉ dưới 1g và có khi tiêu hao hết chất hữu cơ tích luỹ được do hô hấp xảy ra mạnh. Do vậy, cường độ hoạt động quang hợp của lá cây trong ruộng còn phụ thuộc vào HSQH, nghĩa là lượng chất khô chung do cây tạo ra trong một ngày đêm tính trên 1 m2 lá hoạt động trong ngày đó. Chúng ta có thể tính HSQH trung bình của bộ lá trong suốt thời gian sinh trưởng của quần thể cây trồng bằng cách lấy năng suất sinh vật học chia cho thế năng QHcủa quần thể ruộng. Ví dụ:NSsvh của ruộng tạo ra 80 tạ hay 8.000.000 g chất khô. Thế năng QH của ruộng là 3 triệu m2-ngày thì HSQH trung bình của lá sẽ là: 8.000.000g HSQH trung bình = ------------------------- = 2,6 g/m2/ngày đêm 3.000.000 m2 HSQH trung bình QH hàng ngày còn phụ thuộc vào lượng CO2 đồng hoá được trong quá trình QH của ngày đó và được ký hiệu là FCO2. Tỷ số giữa lượng chất khô tăng hàng ngày (FK) và sự đồng hoá CO2 hàng ngày là Kf (hệ số hiệu quả của QH) Hiệu suất quang hợp (g/m2lá/ngày đêm) 20 40 60 80 100 Thời gian sinh trưởng cây ngô (ngày) 12 10 8 6 4 12 10 8 6 4 . Hiệu quả sử dụng năng lượng ánh sáng vào việc tạo NSsvh Quần thể ruộng Vĩ độ Năng lượng tới của bức xạ mặt trời (tỷ Kcal/ha) Tích luỹ sinh khối (tấn/ha/vụ) Tích luỹ năng lượng (triệu Kcal/ha/vụ) Hệ số sử dụng ánh sáng (%) - Cây mía 10- 25o 8 40 150 1,9 - Cây ngô 40- 50o 4 20- 25 84 2,0 - Khoai tây 50- 55o 3 15 60 2,0 Do vậy, trong trồng trọt chúng ta cần tăng vụ, xen canh gối vụ để tận dụng thời gian QH của quần thể cây trồng nhằm tăng hệ số sử dụng quang năng. + Mô hình luân canh 3, 4 vụ và cá biệt 5 vụ / năm. + Các biện pháp kỹ thuật canh tác hợp lý như : chế độ phân bón, tưới nước, phòng trừ sâu bệnh kịp thời đã làm tăng tuổi thọ của lá (nhất là lá đòng của lúa), tăng Iqh và kéo dài thời gian QH có ý nghĩa rất quan trọng trong việc tăng NSsvh. 4. Biện pháp điều khiển QH để tăng năng suất cây trồng 4.1 Ý nghĩa và triển vọng của quang hợp trong các hệ nhân tạo Như chúng ta đã thấy rõ QH của cây xanh có vai trò vô cùng quan trọng. Theo tính toán thì trong một phút tất cả các cá thể QH trên bề mặt trái đất hấp thụ được khoảng 1019 Kcal, khoảng 30% năng lượng ánh sáng này được chuyển hoá thành năng lượng hoá học của các hợp chất hữu cơ nhờ cây xanh. Do vậy nhờ có QH của thực vật đã bù đắp lại sự hao hụt về chất hữu cơ hàng năm (chỉ riêng trên 6 tỷ người trên trái đất này hàng năm sử dụng khoảng 1 tỷ tấn chất hữu cơ). Các sản phẩm như đường, tinh bột, protein, lipit, do QH tạo ra rất cần thiết cho con người. 96% nhu cầu của con người về năng lượng trong dinh dưỡng và kỹ thuật là nhờ có QH (lương thực, thực phẩm, nguyên liệu). Đối với trồng trọt thì QH quyết định 90- 95% năng suất cây trồng. 7/18/15 6 - Ngày nay hoạt động cơ giới và công nghiệp hàng ngày tiêu thụ một lượng O2 và nhả ra một lượng CO2 khổng lồ. Người ta tính rằng hàng năm thực vật trên trái đất lấy đi từ môi trường khoảng 2.109 tấn nitơ; 6.1019 tấn photpho và các nguyên tố khoáng khác; 158.1019 tấn CO2; 128.1019 tấn nước để xây dựng nên cơ thể của mình và giải phóng 115.1019 tấn O2. Như vậy nhờ có QH của cây xanh mà hàm lượng O2 và CO2 trong khí quyển được điều hoà (O2  21% và CO2  0,03%) tránh sự tích luỹ nhiều CO2 trong không khí. • Đến nay có thể nhận biết tương đối rõ về 4 giai đoạn chính của sự phát triển năng suất cây trồng: * Giai đoạn 1: là giai đoạn sử dụng các chất hoá học để diệt cỏ, b chống sâu bệnh và côn trùng. * Giai đoạn 2: là giai đoạn sử dụng các giống mới và các chất có hoạt tính sinh học. * Giai đoạn 3: Nâng cao hoạt động QH cây trồng * Giai đoạn 4: là giai đoạn sử dụng các hệ thống nhân tạo, một dạng mới của sản xuất nông nghiệp “quang hợp trong ống nghiệm”. 4.2 Biện pháp điều khiển quang hợp để tăng năng suất cây trồng 1. Ý nghĩa và triển vọng của quang hợp trong các hệ nhân tạo Mục đích của việc nghiên cứu bản chất và cơ chế của quá trình quang hợp là xây dựng những con đương và phương pháp làm tăng năng suất quang hợp ở cây trồng, song chúng ta có thể tái lập và sử dụng nguyên tắc, phản ứng của quang hợp trong các hệ thống công nghiệp như nhờ “ Quang hợp nhân tạo” để tạo ra các chất đơn loại về thực phẩm và các nguyên liệu khác 2. Biện pháp điều khiển quang hợp để tăng năng suất cây trồng Năng suất cây trồng là mục đích chính của ngành trồng trọt, năng suất cây trồng gồm: NSSVH, NSKT NSKT = NSSVH . Kkt a) NSSVH và các biện pháp kỹ thuật trồng trọt để tăng NSSVH NSSVH = (Fco2.L.Kf.).1,2,n (tạ/ha) 100.000 TĂNG NSSVH Nâng cao diện tích lá Điều chỉnh thời gian quang hợp Tăng cường độ quang hợp và hiệu suất quang hợp Phòng trừ sâu bệnh Điều chỉnh mật độ Chọn giống Bố trí thời vụ Kéo dài tuổi Thọ lá Sử dung phân bón Giảm cường độ Hô hấp b) Hệ số kinh tế (Kkt) biện pháp nâng cao Kkt Hệ số kinh tế biểu thị khả năng tích lũy chất khô về các cơ quan có giá trị kinh tế BỐ TRÍ THỜI VỤ BÓN PHÂN PHÒNG TRỪ SÂU BỆNH TƯỚI NƯỚC CHỌN GIỐNG HỆ SỐ KINH TẾ 7/18/15 7 7/18/15 8 Lớp Học Phần VNUA ( Khoa Nông Học ) - Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam https://sites.google.com/site/lophocphank57vnua/ 7/18/15 9 Lớp Học Phần VNUA ( Khoa Nông Học ) - Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam https://sites.google.com/site/lophocphank57vnua/