Tài liệu Nghiên cứu dự báo năng suất ngô, đậu tương, lạc và xây dựng quy trình giám sát khí tượng nông nghiệp cho 4 cây trồng chính (lúa, ngô, lạc, đậu tương) bằng thông tin mặt đất ở việt nam

BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG VIỆN KHOA HỌC KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN VÀ MÔI TRƯỜNG BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI CẤP BỘ NGHIÊN CỨU DỰ BÁO NĂNG SUẤT NGÔ, ĐẬU TƯƠNG, LẠC VÀ XÂY DỰNG QUY TRÌNH GIÁM SÁT KHÍ TƯỢNG NÔNG NGHIỆP CHO 4 CÂY TRỒNG CHÍNH (LÚA, NGÔ, LẠC, ĐẬU TƯƠNG) BẰNG THÔNG TIN MẶT ĐẤT Ở VIỆT NAM Chủ nhiệm đề tài: TS. NGUYỄN THỊ HÀ 7486 19/8/2009 HÀ NỘI – 2009 BTNMT VKTTVMT BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG VIỆN KHOA HỌC KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN VÀ MÔI TRƯỜNG Số 23/62 Nguyễn Chí Thanh - Quận Đống Đa - Hà Nội -----------------********-------------------- BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP BỘ ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU DỰ BÁO NĂNG SUẤT NGÔ, ĐẬU TƯƠNG, LẠC VÀ XÂY DỰNG QUY TRÌNH GIÁM SÁT KHÍ TƯỢNG NÔNG NGHIỆP CHO 4 CÂY TRỒNG CHÍNH (LÚA, NGÔ, LẠC, ĐẬU TƯƠNG) BẰNG THÔNG TIN MẶT ĐẤT Ở VIỆT NAM Tên Chủ nhiệm Đề tài: TS. Nguyễn Thị Hà HÀ NỘI, 6 - 2009 BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG VIỆN KHOA HỌC KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN VÀ MÔI TRƯỜNG Số 23/62 Nguyễn Chí Thanh - Quận Đống Đa - Hà Nội -----------------********-------------------- BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP BỘ ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU DỰ BÁO NĂNG SUẤT NGÔ, ĐẬU TƯƠNG, LẠC VÀ XÂY DỰNG QUY TRÌNH GIÁM SÁT KHÍ TƯỢNG NÔNG NGHIỆP CHO 4 CÂY TRỒNG CHÍNH (LÚA, NGÔ, LẠC, ĐẬU TƯƠNG) BẰNG THÔNG TIN MẶT ĐẤT Ở VIỆT NAM Chỉ số đăng ký: Chỉ số phân loại: Chỉ số lưu trữ: Cộng tác viên chính: 1. KS. Ngô Sỹ Giai; 2. ThS. Ngô Tiền Giang; 3. CN. Nguyễn Hồng Sơn; 4. TS. Trần Hồng Thái; 5. KS. Đặng Thị Thanh Hà; 6. Võ Đình Sức Hà Nội, ngày…tháng…năm 2009 Hà Nội, ngày…tháng…năm 2009 Hà Nội, ngày…tháng…năm 2009 CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI (Ký và ghi rõ họ tên) ĐƠN VỊ THỰC HIỆN (Ký và ghi rõ họ tên) CƠ QUAN CHỦ TRÌ (Thủ trưởng đơn vị chủ trì ký tên, đóng dấu) TS. Nguyễn Thị Hà Hà Nội, ngày…tháng…năm 2009 Hà Nội, ngày…tháng…năm 2009 HỘI ĐỒNG ĐÁNH GIÁ CHÍNH THỨC CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG (Ký và ghi rõ họ tên, học hàm, học vị) CƠ QUAN QUẢN LÝ ĐỀ TÀI TL. BỘ TRƯỞNG KT. VỤ TRƯỞNG VỤ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ PHÓ VỤ TRƯỞNG TS. Nguyễn Lê Tâm Nguyễn Lê Tâm HÀ NỘI, 6 - 2009 MỤC LỤC Trang MỞ ĐẦU .......................................................................................................... 1 PHẦN I. MỘT SỐ MÔ HÌNH GIÁM SÁT VÀ DỰ BÁO KHÍ TƯỢNG NÔNG NGHIỆP TRÊN THẾ GIỚI VÀ DỰ KIẾN PHÁT TRIỂN Ở VIỆT NAM ....................................................................... 2 Chương 1. Mô hình giám sát và dự báo khí tượng nông nghiệp trên thế giới .................................................................................................. 2 I.1.1. Quan điểm về mô hình giám sát và dự báo khí tượng nông nghiệp ............ 2 I.1.2. Mô hình giám sát và dự báo khí tượng nông nghiệp của tổ chức Lương thực và Nông nghiệp Liên hợp quốc ............................................. 3 I.1.3. Mô hình giám sát và dự báo khí tượng nông nghiệp ở Liên minh châu Âu (EU) và châu Phi ................................................................................ 9 I.1.4. Giám sát và dự báo khí tượng nông nghiệp ở Mỹ ................................... 14 I.1.5. Giám sát và dự báo năng suất cây trồng ở Trung Quốc .......................... 18 Chương 2. Mô hình giám sát và dự báo khí tượng nông nghiệp ở Việt Nam ............................................................................................ 21 I.2.1. Tình hình giám sát KTNN và dự báo năng suất ..................................... 21 I.2.2. Đề xuất sơ đồ khung về mô hình giám sát và dự báo khí tượng nông nghiệp bằng thông tin mặt đất ở Việt Nam ............................................ 22 PHẦN II. NGHIÊN CỨU DỰ BÁO NĂNG SUẤT TRUNG BÌNH THEO TỈNH CỦA 3 CÂY TRỒNG NGÔ, LẠC, ĐẬU TƯƠNG Ở VIỆT NAM ................................................................................... 25 Chương 1. Phương pháp nghiên cứu và số liệu sử dụng ............................. 25 II.1.1. Phương pháp hồi quy từng bước ........................................................... 25 II.1.2. Phương pháp trực giao .......................................................................... 28 II.1.3. Phương pháp kiểm nghiệm và chọn lọc mô hình dự báo ....................... 29 II.1.4. Số liệu sử dụng ..................................................................................... 30 Chương 2. Kết quả nghiên cứu xây dựng mô hình dự báo năng suất ngô, lạc, đậu tương của các tỉnh gieo trồng chính ở Việt Nam ............................................................................................ 32 II.2.1. Kết quả áp dụng phương pháp hồi quy từng bước trong xác định các phương án dự báo năng suất ngô, lạc, đậu tương ................................... 32 i II.2.2. Kết quả áp dụng phương pháp trực giao trong xây dựng các mô hình dự báo năng suất ngô, lạc, đậu tương ..................................................... 58 II.2.3. Đánh giá và chọn lọc các mô hình sử dụng trong xây dựng quy trình dự báo năng suất ngô, lạc, đậu tương ở Việt Nam .......................................... 76 Chương 3. Xây dựng phần mềm và quy trình dự báo năng suất cho ngô, lạc, đậu tương ở Việt Nam ................................................ 83 II.3.1. Xây dựng phần mềm dự báo năng suất cho ngô, lạc, đậu tương ở Việt Nam .............................................................................................. 83 II.3.2. Quy trình dự báo năng suất cho 3 cây trồng ngô, lạc, đậu tương ở Việt Nam ................................................................................................................... 84 PHẦN III. NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG QUY TRÌNH GIÁM SÁT KTNN CHO 4 CÂY TRỒNG CHÍNH (LÚA, NGÔ, LẠC, ĐẬU TƯƠNG) BẰNG THÔNG TIN MẶT ĐẤT Ở VIỆT NAM ........... 95 Chương 1. Nghiên cứu xây dựng các kịch bản tổng hợp mức độ thuận lợi và không thuận lợi của điều kiện thời tiết đối với 4 cây trồng (lúa, ngô, lạc, đậu tương) theo phương pháp nhận dạng ............................................................................................. 95 III.1.1. Khả năng áp dụng lý thuyết nhận dạng trong xây dựng các kịch bản về điều kiện khí tượng nông nghiệp đối với cây trồng ......................... 95 III.1.2. Nghiên cứu xây dựng các kịch bản về mức độ thuận lợi của các điều kiện thời tiết đối với sự sinh trưởng, phát triển và hình thành năng suất cây trồng ở Việt Nam bằng phương pháp nhận dạng .................... 99 III.1.3. Kịch bản nhận dạng mức độ thuận lợi thực tế của thời tiết đối với cây lúa ............................................................................................... 103 III.1.4. Kịch bản nhận dạng mức độ thuận lợi thực tế của thời tiết đối với 3 cây trồng cạn (ngô, lạc và đậu tương) ................................................ 129 III.1.5. Lập bản tin Thông báo và cảnh báo Khí tượng nông nghiệp .............. 147 Chương 2. Xây dựng quy trình và phần mềm giám sát khí tượng nông nghiệp cho 4 cây trồng (lúa nước, ngô, lạc, đậu tương) bằng thông tin mặt đất ở Việt Nam ........................................ 148 III.2.1. Cơ sở khoa học được sử dụng trong xây dựng quy trình .................... 148 III.2.2. Nội dung quy trình giám sát điều kiện khí tượng nông nghiệp trong một vụ đối với 4 cây trồng lúa, ngô, lạc, đậu tương ........................... 149 III.2.3. Giới thiệu phần mềm giám sát khí tượng nông nghiệp cho 4 cây trồng lúa, ngô, lạc, đậu tương bằng thông tin mặt đất ở Việt Nam ..... 153 ii Chương 3. Xây dựng thử nghiệm 4 bản tin về giám sát khí tượng nông nghiệp ....................................................................................... 157 III.3.1. Bản tin thông báo KTNN ................................................................... 157 III.3.2. Bản tin dự báo năng suất lúa và năng suất ngô, lạc, đậu tương ........... 158 III.3.3. Bản tin tổng kết điều kiện khí tượng nông nghiệp vụ ......................... 158 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ..................................................................... 159 TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................... 161 PHỤ LỤC ......................................................................................................... P iii MỤC LỤC BẢNG Trang Bảng I.1. Đánh giá năng suất cây trồng dựa theo chỉ số thoả mãn về nước (WSI) ..................................................................................................... 13 Bảng I.2. Các nhu cầu về số liệu thời tiết cụ thể đối với các hoạt động sản xuất nông nghiệp .................................................................................................... 15 Bảng II.2.1. Kết quả xây dựng phương trình dự báo và xác định sai số dự báo của 1 trong các phương án (phép thử) dự báo năng suất ngô đối với tỉnh Phú Thọ ..................................................................................... 36 Bảng II.2.2. Tổng hợp kết quả kiểm chứng các phương án (phép thử - PT) dự báo năng suất ngô tỉnh Phú Thọ ......................................................... 38 Bảng II.2.3. Kết quả xây dựng phương trình dự báo và xác định sai số dự báo của 1 trong các phương án dự báo năng suất lạc (phép thử 1) đối với tỉnh Thừa Thiên Huế ........................................................................ 39 Bảng II.2.4. Tổng hợp kết quả kiểm chứng các phương án dự báo năng suất lạc tỉnh Thừa Thiên Huế ......................................................................... 40 Bảng II.2.5. Kết quả xây dựng phương trình dự báo và xác định sai số dự báo của 1 trong các phương án dự báo năng suất đậu tương (phép thử 1) đối với tỉnh Hà Giang ......................................................... 41 Bảng II.2.6. Tổng hợp kết quả kiểm chứng các phương án (phép thử - PT) dự báo năng suất đậu tương tỉnh Hà Giang ............................................. 42 Bảng II.2.7. Các phương trình dự báo năng suất ngô ở các tỉnh gieo trồng chính theo phương pháp hồi quy từng bước ............................................ 43 Bảng II.2.8. Các phương trình dự báo năng suất lạc bằng phương pháp hồi quy từng bước ở các tỉnh gieo trồng chính của Việt Nam ...................................... 45 Bảng II.2.9. Các phương trình dự báo năng suất đậu tương ở các tỉnh gieo trồng chính theo phương pháp hồi quy từng bước .................................. 46 Bảng II.2.10. Khoảng hoạt động của các phương trình tương quan trong bảng II.2.7 .............................................................................................. 47 Bảng II.2.11. Khoảng hoạt động của các phương trình tương quan trong bảng II.2.8 .............................................................................................. 48 Bảng II.2.12. Khoảng hoạt động của các phương trình tương quan trong bảng II.2.9 .............................................................................................. 49 Bảng II.2.13. Kết quả kiểm chứng mô hình dự báo năng suất ngô của các tỉnh trên cơ sở số liệu phụ thuộc theo phương pháp hồi quy từng bước ... 50 Bảng II.2.14. Kết quả kiểm chứng mô hình dự báo năng suất ngô của các tỉnh theo phương pháp hồi quy từng bước trên cơ sở số liệu độc lập ...... 51 iv Bảng II.2.15. Kết quả kiểm chứng chất lượng dự báo năng suất lạc của các tỉnh trên cơ sở số liệu phụ thuộc theo phương pháp hồi quy từng bước ... 54 Bảng II.2.16. Kết quả kiểm chứng chất lượng dự báo năng suất lạc của các tỉnh trên cơ sở số liệu độc lập theo phương pháp hồi quy từng bước ....... 54 Bảng II.2.17. Kết quả kiểm chứng chất lượng dự báo năng suất đậu tương của các tỉnh trên cơ sở số liệu phụ thuộc theo phương pháp hồi quy từng bước ............................................................................................... 56 Bảng II.2.18. Kết quả kiểm chứng chất lượng dự báo năng suất đậu tương của các tỉnh theo phương pháp hồi quy từng bước trên cơ sở số liệu độc lập .................................................................................................... 57 Bảng II.2.19. Sai số của phương trình tính năng suất lạc bằng phương pháp trực giao đối với tỉnh Thừa Thiên Huế .................................................... 59 Bảng II.2.20. Sai số của phương án dự tính năng suất đậu tương bằng phương pháp trực giao đối với tỉnh Hà Giang ......................................... 60 Bảng II.2.21. Các phương trình dự báo năng suất đậu tương ở các tỉnh gieo trồng chính theo phương pháp trực giao ................................................. 61 Bảng II.2.22. Các phương trình dự báo năng suất lạc ở các tỉnh gieo trồng chính theo phương pháp trực giao ........................................................... 62 Bảng II.2.23. Kết quả kiểm tra chất lượng dự báo năng suất lạc của các tỉnh trên cơ sở số liệu phụ thuộc theo phương pháp trực giao ........................ 64 Bảng II.2.24. Kết quả kiểm tra chất lượng dự báo năng suất lạc của các tỉnh trên cơ sở số liệu độc lập theo phương pháp trực giao ............................ 64 Bảng II.2.25. Kết quả kiểm tra chất lượng dự tính năng suất đậu tương của các tỉnh trên cơ sở số liệu phụ thuộc theo phương pháp trực giao ........... 66 Bảng II.2.26. Kết quả kiểm nghiệm chất lượng dự báo năng suất đậu tương của các tỉnh bằng phương pháp trực giao trên cơ sở số liệu độc lập ........ 66 Bảng II.2.27. Sai số của phương trình dự báo năng suất ngô bằng phương pháp TGKH đối với tỉnh Phú Thọ ........................................................... 69 Bảng II.2.28. Các phương trình dự báo năng suất ngô cho các tỉnh theo phương pháp TGKH ............................................................................... 70 Bảng II.2.29. Kết quả kiểm tra chất lượng dự báo năng suất ngô của các tỉnh trên cơ sở số liệu phụ thuộc theo phương pháp TGKH .................... 72 Bảng II.2.30. Kết quả kiểm tra chất lượng dự báo năng suất ngô của các tỉnh theo phương pháp TBKH trên cơ sở số liệu độc lập ........................ 73 Bảng II.2.31. Một số chỉ tiêu đánh giá kết quả dự báo năng suất ngô cho 49 tỉnh trồng ngô chính theo 2 phương pháp: HQTB và TGKH .................. 76 Bảng II.2.32. Một số chỉ tiêu đánh giá kết quả dự báo năng suất lạc cho 24 tỉnh trồng lạc chính theo 2 phương pháp HQTB và phương pháp TG ..... 78 v Bảng II.2.33. Một số chỉ tiêu đánh giá kết quả tính năng suất đậu tương cho 16 tỉnh trồng đậu tương chính theo 2 phương pháp (HQTB và TG) ........ 80 Bảng III.1.1. Các ngưỡng nhiệt độ (thấp, cao và tối ưu) đối với cây lúa trong các giai đoạn sinh trưởng và phát triển chính .............................. 103 Bảng III.1.2. Các giá trị trung bình của bốc thoát hơi tiềm năng (ETo/mm/ngày) ở các vùng khí hậu nông nghiệp khác nhau ................ 104 Bảng III.1.3. Hệ số cây trồng đối với cây lúa tính từ sau ngày gieo, trồng ..... 104 Bảng III.1.4. Số giờ nắng tối ưu ngày đối với cây lúa trong 4 giai đoạn phát triển chính ............................................................................................ 105 Bảng III.1.5. Mức giảm năng suất trung bình tuần (%) của lúa do nhiệt độ chênh lệch lớn so với nhiệt độ tối ưu trong 4 giai đoạn sinh trưởng ...... 108 Bảng III.1.6. Mức giảm năng suất trung bình ngày (%) của lúa do thời tiết khô nóng trong các giai đoạn sinh trưởng và phát triển ..................................... 109 Bảng III.1.7. Chỉ tiêu phân hạng mức độ khắc nghiệt của hạn nông nghiệp tính theo phương pháp Prescot đã được hiệu chỉnh theo hệ số Xelianinốp ............ 110 Bảng III.1.8. Mức giảm năng suất trung bình tuần (%) của lúa do hạn nông nghiệp (NN) trong các giai đoạn sinh trưởng và phát triển .......................... 110 Bảng III.1.9. Mức giảm năng suất trung bình của lúa do 1 đợt gió mạnh (%/đợt) trong các giai đoạn sinh trưởng và phát triển ............................................ 111 Bảng III.1.10. Mức giảm năng suất trung bình (%) của lúa do ngập úng trong các giai đoạn sinh trưởng và phát triển ...................................................... 111 Bảng III.1.11. Mức giảm năng suất so với năng suất trung bình của lúa do ngập úng trong các giai đoạn sinh trưởng và phát triển ....................................... 111 Bảng III.1.12. Chỉ tiêu phân loại mức độ thuận lợi của thời tiết đối với cây trồng ..................................................................................................... 116 Bảng III.1.13. Độ dài của 4 giai đoạn đối với các nhóm giống lúa ................. 119 Bảng III.1.14. Phân loại vụ ñược mùa hoặc mất mùa dựa vào mức ñộ thuận lợi của thời tiết (K favt) ñến thời ñiểm ñánh giá .......................... 123 Bảng III.1.15. Phân cấp mức độ thuận lợi thực tế tích luỹ của thời tiết theo trạng thái sinh trưởng và phát triển của cây trồng ................................. 124 Bảng III.1.16. Kết quả kiểm chứng mức độ phù hợp của chỉ số thuận lợi tích luỹ của điều kiện KTNN đối với giống lúa 150 ngày trong 5 vụ lúa Đông xuân ở Trạm Thực nghiệm Khí tượng nông nghiệp Đồng bằng Bắc Bộ ......................................................................................... 125 Bảng III.1.17. Kết quả kiểm nghiệm mức độ phù hợp của chỉ số thuận lợi tích hợp tích luỹ của điều kiện KTNN đối với giống lúa 140 ngày trong 7 vụ lúa mùa ở Trạm Thực nghiệm Khí tượng nông nghiệp Đồng bằng Bắc Bộ ............................................................................... 126 vi Bảng III.1.18. Kiểm chứng kết quả giám sát năng suất có thể đối với cây lúa vụ đông xuân giai đoạn 1998 – 2007 .............................................. 128 Bảng III.1.19. Kiểm chứng kết quả giám sát năng suất có thể đối với cây lúa vụ mùa giai đoạn 1998 – 2007 ............................................................... 129 Bảng III.1.20. Các ngưỡng nhiệt độ (thấp, cao và tối ưu) đối với cây ngô trong các giai sinh trưởng và phát triển chính ....................................... 130 Bảng III.1.21. Các ngưỡng nhiệt độ (thấp, cao và tối ưu) đối với cây lạc trong các giai đoạn sinh trưởng và phát triển chính ............................... 130 Bảng III.1.22. Các ngưỡng nhiệt độ (thấp, cao và tối ưu) đối với cây đậu tương trong các giai đoạn sinh trưởng và phát triển chính .................... 130 Bảng III.1.23. Hệ số cây trồng đối với một số cây trồng cạn, tính từ sau ngày gieo, trồng ..................................................................................... 131 Bảng III.1.24. Số giờ nắng tối ưu ngày đối với 3 cây ngô, lạc và đậu tương trong 4 giai đoạn phát triển chính ......................................................... 132 Bảng III.1.25. Tốc độ gió trung bình ngày tối ưu đối với cây 3 cây ngô, lạc, đậu tương trong 4 giai đoạn phát triển chính ......................................... 132 Bảng III.1.26. Mức giảm năng suất trung bình tuần (%) của 3 cây trồng cạn do nhiệt độ chênh lệch lớn so với nhiệt độ tối ưu trong 4 giai đoạn sinh trưởng ........................................................................................... 135 Bảng III.1.27. Mức giảm năng suất trung bình ngày (%) của ngô do thời tiết khô nóng trong các giai đoạn sinh trưởng và phát triển ................... 136 Bảng III.1.28. Mức giảm năng suất trung bình ngày (%) của lạc do thời tiết khô nóng trong các giai đoạn sinh trưởng và phát triển ......................... 136 Bảng III.1.29. Mức giảm năng suất trung bình ngày (%) của đậu tương do thời tiết khô nóng trong các giai đoạn sinh trưởng và phát triển chỉnh .. 137 Bảng III.1.30. Mức giảm năng suất trung bình tuần (%) của ngô do hạn nông nghiệp trong các giai đoạn sinh trưởng và phát triển .................... 137 Bảng III.1.31. Mức giảm năng suất trung bình tuần (%) của lạc do hạn nông nghiệp trong các giai đoạn sinh trưởng và phát triển .................... 137 Bảng III.1.32. Mức giảm năng suất trung bình tuần (%) của đậu tương do hạn nông nghiệp trong các giai đoạn sinh trưởng và phát triển ............... 138 Bảng III.1.33. Mức giảm năng suất trung bình của ngô do 1 đợt gió mạnh (%/đợt) trong các giai đoạn sinh trưởng và phát triển ........................... 138 Bảng III.1.34. Mức giảm năng suất trung bình của lạc do 1 đợt gió mạnh (%/đợt) trong các giai đoạn sinh trưởng và phát triển ........................... 138 Bảng III.1.35. Mức giảm năng suất trung bình của đậu tương do 1 đợt gió mạnh (%/đợt) trong các giai đoạn sinh trưởng và phát triển .................. 139 vii Bảng III.1.36. Mức giảm năng suất trung bình của ngô do ngập úng trong các giai đoạn sinh trưởng và phát triển trên 2 nền bón đạm .................. 139 Bảng III.1.37. Mức giảm năng suất trung bình của ngô do ngập úng trong các giai đoạn sinh trưởng và phát triển theo mức bón đạm trung bình .. 139 Bảng III.1.38. Mức giảm năng suất trung bình của cây lạc do ngập úng trong các giai đoạn sinh trưởng và phát triển ........................................ 140 Bảng III.1.39. Mức giảm năng suất trung bình của đậu tương do ngập úng trong các giai đoạn sinh trưởng và phát triển ........................................ 140 Bảng III.1.40. Phân loại vụ được mùa hoặc mất mùa dựa vào mức ñộ thuận lợi của thời tiết (K favt) ñến thời ñiểm ñánh giá ................................... 144 Bảng III.1.41. Kết quả kiểm chứng mức độ phù hợp của chỉ số thuận lợi tích hợp tích luỹ của điều kiện KTNN đối với vụ ngô Đông xuân ở Trạm Thực nghiệm Khí tượng nông nghiệp Đồng bằng Bắc Bộ ........... 146 Bảng III.1.42. Kiểm chứng kết quả giám sát năng suất có thể đối với cây ngô vụ Đông xuân giai đoạn 1998 – 2006 ............................................ 147 Bảng III.2.1. Tỷ lệ độ dài của 4 giai đoạn sinh trưởng và phát triển chủ yếu so với độ dài của toàn bộ thời gian sinh trưởng của cây lúa .................. 151 viii MỤC LỤC HÌNH Trang Hình I.1. Sơ đồ khái niệm của hệ thống thông tin an ninh lương thực (FSIEWS) của FAO ........................................................................... 4 Hình I.2. Sơ đồ đánh giá năng suất cây trồng của FAO ..................................... 5 Hình I.3. Cấu trúc của trang web chủ về hệ thống thông tin khí tượng nông nghiệp hoặc hệ thống thông tin khí tượng nông nghiệp phục vụ an ninh lương thực .................................................................................. 7 Hình I.4. Sơ đồ phương pháp giám sát và dự báo năng suất cây trồng ở các nước châu Âu, một số nước châu Á và các nước vùng phía Đông của châu Phi ..................................................................................... 11 Hình I.5. Sơ đồ phương pháp giám sát cây trồng ở Trung Quốc ...................... 19 Hình I.6. Sơ đồ phương pháp dự báo năng suất cây trồng theo huyện, tỉnh ở Trung Quốc ...................................................................................... 20 Hình I.7. Sơ đồ khung về hệ thống giám sát và dự báo năng suất cây trồng bằng thông tin mặt đất ở Việt Nam .................................................. 23 Hình I.8. Sơ đồ khối giám sát và dự báo năng suất cây trồng bằng thông tin mặt đất ở Việt Nam ......................................................................... 24 ix DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Những chữ viết tắt Viết đầy đủ CCPI Chỉ số tiến độ phát triển của cây trồng CSWB Cán cân nước cây trồng EU Liên minh châu Âu FAO Tổ chức Lương thực và Nông nghiệp Liên hợp quốc FSIEWS Thông tin an ninh lương thực và hệ thống cảnh báo sớm của FAO KTNN Khí tượng nông nghiệp KH KTTV & MT Khoa học Khí tượng Thủy văn và Môi trường PET Bốc thoát hơi tiềm năng PP HQTB Phương pháp hồi quy từng bước PP TG Phương pháp trực giao PP TGKH Phương pháp trực giao kết hợp Viện KHKTTV&MT Viện Khoa học Khí tượng Thuỷ văn và Môi trường WMO Tổ chức Khí tượng Thế giới WRSI Chỉ số thõa mãn nhu cầu nước của cây trồng WWCB Tuần báo Thời tiết và Cây trồng của Mỹ x MỞ ĐẦU Đánh giá điều kiện sinh trưởng, phát triển, tạo thành năng suất và dự báo năng suất là vấn đề rất quan trọng trong công tác điều chỉnh kỹ thuật canh tác để nâng cao năng suất cây trồng. Sự ảnh hưởng mạnh mẽ của thời tiết và khí hậu đến quá trình sinh trưởng, phát triển và tạo thành năng suất, sản lượng lương thực của thế giới đã dẫn đến sự quan tâm đặc biệt trong vấn đề theo dõi, đánh giá định kỳ (giám sát điều kiện khí tượng nông nghiệp) đối với sự sinh trưởng, phát triển và dự báo năng suất, sản lượng có thể đạt được của các loại cây lương thực ở các quốc gia trên thế giới. Bên cạnh đó, vấn đề an ninh lương thực đã và đang trở thành một vấn đề rất quan trọng mang tính toàn cầu trong những thập kỷ gần đây. Để góp phần giải quyết vấn đề này thì bên cạnh việc áp dụng các biện pháp liên quan đến kỷ thuật trong nông nghiệp như giống mới, áp dụng kỷ thuật tiên tiến, sử dụng hợp lý các loại phân bón... việc giám sát điều kiện khí tượng nông nghiệp và dự báo năng suất mùa màng chính xác để có kế hoạch xuất nhập khẩu hợp lý của mỗi quốc gia là rất cần thiết. Với tầm quan trọng của công tác giám sát và dự báo năng suất cây trồng, đã từ lâu ở các nước phát triển và một số nước khác (Mỹ, các nước thuộc EU, Liên Xô cũ, Trung Quốc...) đã tiến hành công việc giám sát khí tượng nông nghiệp (KTNN) đối với các loại cây trồng và từ những năm 1974 - 1980 đến nay đã tiến hành xây dựng các phương pháp dự báo và dự báo năng suất cây trồng với những thời hạn khác nhau: dự báo vào đầu thời vụ gieo trồng, dự báo với thời hạn từ 3 đến 2 hoặc 1 tháng trước khi thu hoạch. Ở Việt Nam, việc giám sát KTNN (thông qua bản tin Thông báo KTNN hàng tháng) và dự báo năng suất cây trồng đã được đưa vào công tác nghiệp vụ ở Trung tâm Nghiên cứu Khí tượng nông nghiệp - Viện Khoa học Khí tượng Thuỷ văn và Môi trường (KTTV&MT) - Bộ Tài nguyên và Môi trường. Tuy nhiên, cho đến nay, trong giám sát KTNN chưa có đánh giá hoặc nhận định khả năng năng suất có thể đạt đạt được từ những thời điểm đánh giá cần thiết; trong dự báo năng suất chỉ mới có quy trình dự báo và dự báo năng suất lúa trung bình theo tỉnh cho lúa vụ đông xuân và vụ mùa vùng Đồng bằng Bắc Bộ, Bắc Trung Bộ và Đồng bằng sông Cửu Long. Để mở rộng phạm vi phục vụ của công tác giám sát và dự báo khí tượng nông nghiệp, đề tài "Nghiên cứu dự báo năng suất ngô, đậu tương, lạc và xây dựng quy trình giám sát khí tượng nông nghiệp đối với 4 cây trồng chính (lúa, ngô, lạc, đậu tương) bằng thông tin mặt đất" đã được phê duyệt thực hiện. Đề tài được hoàn thành là nhờ sự quan tâm giúp đỡ của Lãnh đạo Bộ Tài nguyên và Môi trường, các Vụ chức năng thuộc Bộ, lãnh đạo Viện Khoa học Khí tượng Thuỷ văn và Môi trường, các Phòng quản lý của Viện, Lãnh đạo và các cộng tác viên, các cán bộ thuộc Trung tâm Nghiên cứu Khí tượng Nông nghiệp. Chúng tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc của mình. 1 PHẦN I MỘT SỐ MÔ HÌNH GIÁM SÁT VÀ DỰ BÁO KHÍ TƯỢNG NÔNG NGHIỆP TRÊN THẾ GIỚI VÀ DỰ KIẾN PHÁT TRIỂN Ở VIỆT NAM Chương 1 MÔ HÌNH GIÁM SÁT VÀ DỰ BÁO KHÍ TƯỢNG NÔNG NGHIỆP TRÊN THẾ GIỚI I.1.1. Quan điểm về mô hình giám sát và dự báo khí tượng nông nghiệp Nói chung, giám sát KTNN sẽ bao gồm các công việc chính sau đây: 1) Theo dõi và đánh giá diễn biến các điều kiện KTNN hiện tại so với trung bình nhiều năm và những thời đoạn trước thời gian đang đánh giá; 2) Đánh giá trạng thái sinh trưởng, phát triển và hình thành năng suất cây trồng, vật nuôi tại thời điểm được đánh giá; 3) Đánh giá tác động của các điều kiện KTNN đến sự sinh trưởng, phát triển và hình thành năng suất cây trồng, vật nuôi tại thời điểm được đánh giá; 4) Dự báo sinh trưởng và hình thành năng suất cây trồng, vật nuôi kể từ thời điểm được đánh giá; Mô hình giám sát và dự báo khí tượng nông nghiệp ở các nước trên thế giới [4] thường bao gồm hai hợp phần: 1) Mạng lưới quan trắc, thu thập, xử lý, lưu trữ và chuyển giao số liệu KTNN; 2) Mạng lưới dự báo và cảnh báo sớm KTNN. Theo quy định của Tổ chức Khí tượng Thế giới [43, 48 - 51, 65, 87], việc thực hiện các hoạt động của hệ thống cảnh báo sớm thường phải trải qua 10 bước sau đây: 1) Kết nối các nghĩa vụ nghiệp vụ ở cấp độ quốc gia và địa phương; 2) Chỉ đạo một cơ quan có nghĩa vụ phát hành các bản tin cảnh báo; 3) Ra quyết định hoạt động cảnh báo ở một cấp độ chính trị; 4) Làm cho cảnh báo trở thành dễ hiểu và phù hơp; 5) Tạo nền tảng cho các cảnh báo trên cơ sở phân tích rủi ro và thông tin cho các nhóm bị ảnh hưởng và tổn thương; 6) Liên kết các loại thiên tai thịnh hành và có khả năng xảy ra với các hoạt động giảm thiểu rủi ro; 7) Giám sát và dự báo những thay đổi của các dạng tổn thương ở các cấp 2 địa phương; 8) Tạo ra những thông tin chi tiết và cụ thể về những rủi ro ở các cấp địa phương; 9) Đưa ra các chiến lược đa ngành cho các hệ thống cảnh báo thích hợp với các địa phương; 10) Cung cấp, thẩm tra các thông tin và chọn các phương tiện truyền thông, các chiến lược phổ biến về những rủi ro đã nhận biết được. I.1.2. Mô hình giám sát và dự báo khí tượng nông nghiệp của tổ chức Lương thực và Nông nghiệp Liên hợp quốc (FAO) I.1.2.1. Cấu trúc của thông tin an ninh lương thực và hệ thống cảnh báo sớm (FSIEWS) của FAO Đa số các hệ thống giám sát an ninh lương thực được tổ chức và hình thành xung quanh 4 trụ cột (pillar) sau đây [87]: - Giám sát sản xuất nông nghiệp, thường kết hợp với việc giám sát chăn nuôi; - Hệ thống các thông tin thị trường để giám sát thường xuyên thương mại nội địa và đôi khi thương mại quốc tế (nhập khẩu/xuất khẩu); - Giám sát xã hội về những dân cư dễ bị ảnh hưởng hoặc giám sát các nhóm bị rủi ro, thường tập trung vào sự nghèo đói, và - Hệ thống giám sát lương thực và dinh dưỡng là hệ thống thường phụ thuộc vào tình huống, giám sát sức khoẻ và trạng thái dinh dưỡng của dân cư. Hình I.1 dưới đây cho thấy sơ đồ quan điểm của hệ thống thông tin an ninh lương thực và cảnh báo sớm của FAO [87]. Trong hệ thống này gồm có các khối thông tin sau đây: 1) Khối sản phẩm (sử dụng các thông tin của hệ thống an ninh lương thực) bao gồm 2 khối thành phần. Khối thành phần 1 bao gồm: Các hoạt động ngăn ngừa ngắn hạn; Các hoạt động ứng cứu và giảm thiểu; Lập kế hoạch ngắn hạn cho các nhóm nông nghiệp. Khối thành phần 2 bao gồm: Chương trình hoá an ninh lương thực; Lập kế hoạch triển khai; và Lập kế hoạch trung hạn và dài hạn cho các nhóm nông nghiệp. 2) Khối các hàm số dùng để tính toán trong hệ thống FSIEWS. Khối này bao gồm 3 khối thành phần. Khối thành phần 1 bao gồm cảnh báo sớm và hiện tại. Khối thành phần 2 bao gồm thị trường và phân tích thương mại. Khối thành phần 3 bao gồm đánh giá cơ cấu tổn thương và đánh giá bất an ninh lương thực trong thời gian dài (kinh niên). 3 • Tác động ngăn ngừa ngắn Các sản phẩm đầu ra (Sử dụng thông tin FSIEWS hạn • Các hoạt động khẩn cấp và giảm nhẹ của FSIEWS Các họat động chỉ thị/ các hoạt động FSIEWS Các nhân tố an ninh lương thực nghiệp (hạn vừa/hạn dài) • Kế hoạch lĩnh vực nông Hạn ngắn Các chức năng • Chương trình an ninh lương thực • Kế hoạch phát triển • Kế hoạch lĩnh vực nông Cảnh báo sớm và Hiện tại Giám sát và dự báo mùa màng của nông nghiệp (giám sát các cây trồng, vật nuôi và khí hậu nông nghiệp) Hạn vừa Sự phân tích thị trường và thương mại Các điều kiện khinh tế xã hội và thị trường (Giám sát sự cân bằng giữa cung cấp/nhu cầu, thông tin giá cả, lợi nhuận) Độ ổn định lương thực và cơ hội lương thực Tính sẵn có của lương thực Hạn dài Đánh giá cấu trúc dễ bị tổn thương Đánh giá tính không an toàn lương thực kinh niên Giám sát dinh dưỡng sức khỏe (Các sự đánh giá về sức khỏe và dinh dưỡng, giám sát an ninh lương thực theo hộ gia đình) Tính hữu dụng của lương thực Hình I.1. Sơ đồ khái niệm của hệ thống thông tin an ninh lương thực (FSIEWS) của FAO [87] 3) Khối các chỉ số về những hoạt động của hệ thống FSIEWS. Khối này cũng bao gồm 3 khối thành phần. Khối thành phần 1 bao gồm giám sát và dự 4 báo mùa cho nông nghiệp (cây trồng, vật nuôi và giám sát khí hậu nông nghiệp). Khối thành phần 2 bao gồm các điều kiện kinh tế xã hội (giám sát cán cân cung/cầu lương thực, phí thông tin và khả năng chi trả). Khối thành phần 3 bao gồm giám sát tình trạng dinh dưỡng (đánh giá sức khoẻ và dinh dưỡng, giám sát an ninh lương thực của các hộ). 4) Khối các yếu tố an ninh lương thực. Khối này cũng bao gồm 3 khối thành phần. Khối thành phần 1 bao gồm sự sẵn có và khả năng sử dụng lương thực. Khối thành phần 2 bao gồm sự ổn định lương thực và quyền được sử dụng. Khối thành phần 3 bao gồm sự sử dụng lương thực. Mô hình khung của hệ thống đánh giá sản lượng cây trồng (mùa màng) Mạng lưới khí tượng Thời tiết Các giai đoạn của cây trồng Vệ tinh Đánh giá sản lượng mùa màng Các mô hình khí tượng nông nghiệp Chỉ số thực vật Quan trắc đồng ruộng Hàm năng suất Đầu tư của nông nghiệp Tính trung bình diện tích gieo trồng Sản lượng Bản đồ và cơ sở dữ liệu Thống kê nông nghiệp Số liệu tham chiếu Năng suất tại trạm Số liệu nông nghiệp tại thời điểm Năng suất của huyện Hình I.2. Sơ đồ đánh giá năng suất cây trồng của FAO [87] 5 Diện tích gieo trồng phục vụ an ninh lương thực của FAO [43, 48-50, 87], hình I.2, gồm có các khối sau đây: 1) Khối mạng lưới trạm khí tượng để giám sát các điều kiện khí tượng. Khối này cũng kết nối với các mô hình tính toán KTNN và các hàm tính toán năng suất cây trồng. 2) Khối mạng lưới vệ tinh để giám sát các điều kiện khí tượng, các giai đoạn phát triển của cây trồng và chỉ số thực vật. Khối này cũng kết nối với các mô hình tính toán KTNN và các hàm tính toán năng suất cây trồng, năng suất tại trạm, năng suất trung bình huyện và sản lượng cây trồng trong vụ. 3) Khối những người theo dõi và quan trắc đồng ruộng bao gồm giám sát các giai đoạn phát triển của cây trồng và những đầu tư cho nông nghiệp. Khối này cũng liên quan đến việc xác định diện tích gieo trồng. ở các vùng giám sát. 4) Khối bản đồ và cơ sở dữ liệu giám sát các loại số liệu tham chiếu. Các số liệu tham chiếu được kết nối với các hàm tính toán năng suất cây trồng. 5) Khối thống kê nông nghiệp giám sát các số liệu tham chiếu, số liệu nông nghiệp hiện tại và diện tích gieo trồng. Trang web chủ về hệ thống thông tin khí tượng nông nghiệp kết nối với 4 khối: 1) Khối số liệu khí tượng; 2) Khối số liệu nông nghiệp; 3) Khối số liệu khí hậu; 4) Khối các thông tin khác. Cấu trúc trang chủ của hệ thống được đưa trên hình I.3 từ đó nhận thấy: 1) Khối số liệu khí tượng bao gồm 3 khối phân tích, mô hình hoá và dự báo. Khối phân tích bao gồm đánh giá các yếu tố khí tượng, độ ẩm đất và các loại số liệu khác. Khối mô hình hoá sử dụng các sản phẩm của mô hình số trị và các thông tin viễn thám; 2) Khối số liệu nông nghiệp bao gồm: 1) Khối số liệu vật hậu; 2) Khối sâu bệnh; 3) Khối công việc đồng ruộng; 4) Khối công việc tưới tiêu và 5) Khối bảo vệ thực vật. Trong đó khối số liệu vật hậu bao gồm dự báo các giai đoạn vật hậu hình thành năng suất cây trồng (vật nuôi); Khối sâu bệnh bao gồm giám sát các loại côn trùng và vius...; Khối công việc đồng ruông liên quan đến phân tích khả năng làm ruộng và vận chuyển; Khối công việc tưới tiêu liên quan đến cán cân nước và lịch tưới, tiêu; và Khối bảo vệ thực vật liên quan đến việc lập kế hoạch sử dụng thuốc trừ sâu vầ diệt cỏ. 3) Khối số liệu khí hậu (kết nối với các khối: khối các xu thế khí hậu, phân tích xu thế năng suất; khối các bản đồ chuyên đề bao gồm các bản đồ khí hậu và các vùng sử dụng đất); 6 Trang chủ Số liệu khí tượng Số liệu nông nghiệp Phân tích Đánh giá số liệu khí tượng, độ ẩm đất, v.v.. Mô hình hóa Sử dụng các sản phẩm thông tin mô hình số trị và viễn thám Dự báo Dự báo các tham số khí tượng, thủy văn v.v…. Vật hậu Dự báo các giai đoạn phát triển và năng suất Sâu bệnh Giám sát côn trùng, vi khuẩn, v.v.. Số liệu khí hậu Các thông tin khác Công việc Phân tích công việc và đồng ruộng khả năng vận chuyển Các xu thế Bản đồ chuyên đề Tưới tiêu Phân tích xu thế năng suất, khí hậu Khí hậu và các vùng sử dụng đất đai Cán cân nước và lịch tưới tiêu Bảo vệ thực Lập kế hoạch sử dụng vật thuốc trừ sâu, bệnh Hình I.3. Cấu trúc của trang web chủ về hệ thống thông tin khí tượng nông nghiệp hoặc hệ thống thông tin khí tượng nông nghiệp phục vụ an ninh lương thực [87] 7