Máy Tính Đơn Vị Độ Tăng Trưởng | Theo Dõi Sự Phát Triển Cây Trồng Bằng GDU

Đơn vị nhiệt sinh trưởng là gì?

Đơn vị nhiệt sinh trưởng (GDU), còn gọi là ngày độ sinh trưởng (GDD), là thước đo lượng nhiệt mà cây trồng nhận được trong một ngày nhất định. Nông dân và nhà nông học cộng dồn GDU từ khi gieo trồng trong suốt mùa vụ để dự đoán khi nào cây đạt đến các giai đoạn như mọc, ra hoa hoặc chín. Máy tính này xác định giá trị GDU hằng ngày từ nhiệt độ cao nhất, nhiệt độ thấp nhất của ngày và nhiệt độ cơ sở của cây trồng.

Chỉ đếm số ngày theo lịch không cho kết quả tốt, vì một ngày mát và một ngày ấm thúc đẩy cây phát triển với mức độ khác nhau. GDU khắc phục điều này bằng cách chuyển nhiệt độ thành một điểm số tích lũy nhiệt theo thời gian.

Cách tính đơn vị nhiệt sinh trưởng

Mỗi cây trồng có một nhiệt độ cơ sở: mức nhiệt mà dưới đó cây ngừng phát triển. Dưới mức nhiệt này, các quá trình sinh trưởng của cây chậm lại gần như hoàn toàn, nên những giờ đó không đóng góp GDU. Ngô và đậu tương thường sử dụng nhiệt độ cơ sở là 50°F (10 °C).

Hầu hết cây trồng cũng có một giới hạn trên thực tế. Trên khoảng 86°F (30 °C), nhiệt bổ sung không làm tăng thêm tốc độ phát triển và thậm chí có thể gây stress cho cây. Máy tính này sử dụng phương pháp GDU hiệu chỉnh (đôi khi được gọi là phương pháp “ngô” hoặc phương pháp Barger), giới hạn nhiệt độ cao nhất trong ngày ở 86°F và nâng nhiệt độ thấp nhất trong ngày lên nhiệt độ cơ sở trước khi tính trung bình. Công thức là:

$\text{GDU} = \frac{\text{được giới hạn } T_{\text{max}} + \text{được giới hạn } T_{\text{min}}}{2} - T_{\text{cơ sở}}$

Trong đó, mỗi nhiệt độ trước hết được điều chỉnh như sau:

• Nếu nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ cơ sở, nhiệt độ đó được nâng lên bằng nhiệt độ cơ sở.
• Nếu nhiệt độ cao hơn 86°F (30 °C), nhiệt độ đó được hạ xuống 86°F (30 °C).
• Nếu không, nhiệt độ được giữ nguyên.

Nếu kết quả của công thức là số âm, máy tính báo 0, vì cây trồng không thể mất lượng nhiệt đã tích lũy. Vì nhiệt độ thấp nhất được nâng lên nhiệt độ cơ sở trước, giá trị trung bình không thể thấp hơn nhiệt độ cơ sở; do đó, mức sàn này chỉ được áp dụng nếu nhập nhiệt độ cơ sở cao hơn 86°F.

Vì sao phải điều chỉnh nhiệt độ trước

Bước điều chỉnh quan trọng hơn vẻ bề ngoài. Nếu không có bước này, một đêm rất lạnh có thể kéo nhiệt độ trung bình trong ngày xuống dưới nhiệt độ cơ sở và tạo ra điểm số âm hoặc gần bằng không gây hiểu lầm, dù cây vẫn phát triển bình thường trong những giờ ban ngày ấm áp. Việc giới hạn nhiệt độ cao nhất ngăn những ngày nóng bất thường được tính là có mức sinh trưởng cao hơn khả năng thực sự sử dụng của cây. Vì cả hai điều chỉnh đều diễn ra trước khi tính trung bình, kết quả của máy tính này có thể khác với trung bình đơn giản, không giới hạn, của nhiệt độ cao nhất và thấp nhất trong ngày.

Ví dụ minh họa

Ví dụ 1: Ngày nóng với nhiệt độ cao nhất bị giới hạn

• Nhiệt độ cao nhất: 92°F (33,3 °C)
• Nhiệt độ thấp nhất: 68°F (20 °C)
• Nhiệt độ cơ sở: 50°F (10 °C)

Nhiệt độ cao nhất cao hơn 86°F (30 °C), nên bị giới hạn: 92°F (33,3 °C) trở thành 86°F (30 °C). Nhiệt độ thấp nhất, 68°F (20 °C), đã cao hơn nhiệt độ cơ sở, nên được giữ nguyên.

$\text{Giá trị trung bình} = \frac{86 + 68}{2} = 77°F$

$\text{GDU} = 77 - 50 = 27.00$

Ví dụ 2: Đêm mát với nhiệt độ thấp nhất được nâng lên

• Nhiệt độ cao nhất: 65°F (18,3 °C)
• Nhiệt độ thấp nhất: 40°F (4,4 °C)
• Nhiệt độ cơ sở: 50°F (10 °C)

Nhiệt độ cao nhất, 65°F, nằm giữa nhiệt độ cơ sở và 86°F, nên được giữ nguyên. Nhiệt độ thấp nhất, 40°F, thấp hơn nhiệt độ cơ sở, nên được nâng lên 50°F.

$\text{Giá trị trung bình} = \frac{65 + 50}{2} = 57.5°F$

$\text{GDU} = 57.5 - 50 = 7.50$

Ví dụ 3: Theo dõi tổng tích lũy

Các giá trị GDU được cộng dồn trong suốt mùa vụ. Bảng dưới đây theo dõi năm ngày với nhiệt độ cơ sở là 50°F.

Vào Ngày 3, nhiệt độ thấp nhất là 45°F, thấp hơn nhiệt độ cơ sở, nên được nâng lên 50°F trước khi tính trung bình, cho kết quả (70 + 50) / 2 − 50 = 10,00 GDU. Ngày 4 được xử lý tương tự: nhiệt độ thấp nhất là 40°F được nâng lên 50°F, cho kết quả (65 + 50) / 2 − 50 = 7,50 GDU. Sau năm ngày, cây trồng đã tích lũy 77,50 GDU.

Nhiệt độ cơ sở theo cây trồng

Nhiệt độ cơ sở phụ thuộc vào nguồn gốc và đặc điểm sinh học của cây trồng. Cây được chọn tạo cho khí hậu mát chịu được nhiệt độ thấp hơn cây được chọn tạo cho vùng nhiệt đới.

Đây là các giá trị mặc định thường được sử dụng theo hướng dẫn của cơ quan khuyến nông. Nhà cung cấp hạt giống đôi khi công bố nhiệt độ cơ sở khác cho một giống cụ thể; khi có, nên sử dụng giá trị đó.

Đơn vị nhiệt sinh trưởng được dùng để làm gì

Nông dân sử dụng tổng GDU tích lũy cho một số quyết định thực tế:

• Dự đoán các giai đoạn sinh trưởng. Các công ty hạt giống công bố tổng GDU gần đúng cho những mốc như mọc, trổ cờ hoặc chín, nhờ đó người trồng có thể ước tính thời điểm một giai đoạn sẽ đến thay vì chỉ dựa vào lịch.
• Chọn ngày gieo trồng. So sánh tổng nhu cầu GDU của một giống với GDU thường tích lũy được trước đợt sương giá đầu mùa thu cho thấy biên độ an toàn có đủ để gieo trồng muộn hơn hay sớm hơn hay không.
• Xác định thời điểm theo dõi sâu bệnh. Nhiều loài côn trùng gây hại phát triển theo lịch riêng do nhiệt độ chi phối. Các cơ quan khuyến nông công bố ngưỡng GDU để xác định khi nào nên bắt đầu theo dõi từng loài gây hại cụ thể.
• Lập lịch tưới và thu hoạch. Vì các giai đoạn sinh trưởng nhạy cảm với nước, như ra hoa, xảy ra trong những khoảng GDU đã biết, người trồng có thể dự đoán trước thay vì chỉ phản ứng sau khi sự việc xảy ra.

Lịch sử

Ý tưởng cộng tổng nhiệt độ để dự đoán thời điểm phát triển của cây có từ những năm 1730, khi nhà khoa học người Pháp René Réaumur đề xuất rằng tổng nhiệt độ hằng ngày trên một ngưỡng nhất định có thể được dùng để dự báo khi nào cây đạt đến một giai đoạn cụ thể. Trong hai thế kỷ tiếp theo, các nhà nghiên cứu đã hoàn thiện khái niệm này bằng cách đưa vào các nhiệt độ cơ sở riêng cho từng cây trồng. Phương pháp đơn vị nhiệt ngô được nhiều máy tính hiện đại sử dụng, trong đó có phương pháp hiệu chỉnh với giới hạn nhiệt độ trên, bắt nguồn từ một bài báo năm 1958 của E. C. Gilmore và J. S. Rogers, nghiên cứu độ chín của ngô bằng các đơn vị nhiệt tích lũy.

Các câu hỏi thường gặp

Đơn vị nhiệt sinh trưởng có giống với ngày độ sinh trưởng không? Có. GDU và GDD chỉ cùng một phép đo. Các khu vực và tổ chức khác nhau có thể ưu tiên thuật ngữ này hoặc thuật ngữ kia, nhưng cách tính giống hệt nhau.

Vì sao máy tính này giới hạn nhiệt độ cao nhất ở 86°F? Trên khoảng 86°F, hầu hết cây trồng không còn nhận được lợi ích phát triển từ nhiệt bổ sung và thay vào đó có thể bị stress nhiệt. Giới hạn nhiệt độ cao nhất ngăn một ngày quá nóng làm tăng quá mức phần đóng góp của ngày đó vào sinh trưởng của cây.

Vì sao kết quả của tôi khác với trung bình đơn giản của nhiệt độ cao nhất và thấp nhất? Máy tính này điều chỉnh từng nhiệt độ theo nhiệt độ cơ sở và giới hạn 86°F trước khi tính trung bình. Một đêm lạnh dưới nhiệt độ cơ sở được nâng lên nhiệt độ cơ sở, còn một ngày nóng trên 86°F được hạ xuống 86°F. Trung bình đơn giản của nhiệt độ cao nhất và thấp nhất ban đầu sẽ không khớp với máy tính này khi một nhiệt độ nằm ngoài khoảng đó.

Nên sử dụng nhiệt độ cơ sở nào? Sử dụng 50°F cho ngô, đậu tương và cao lương; 32°F cho lúa mì; và 60°F cho bông, trừ khi nhà cung cấp hạt giống chỉ định một giá trị khác cho một giống cụ thể.

Làm thế nào để theo dõi GDU trong cả mùa vụ? Tính GDU hằng ngày cho từng ngày, bắt đầu từ khi gieo trồng hoặc cây mọc, sau đó cộng giá trị của mỗi ngày vào tổng tích lũy. So sánh tổng này với nhu cầu GDU đã công bố cho giai đoạn sinh trưởng cần quan tâm.

GDU có thể dự đoán chính xác thời điểm thu hoạch không? Không. So với việc đếm số ngày theo lịch, GDU thu hẹp đáng kể khoảng thời gian có khả năng thu hoạch, nhưng hạn hán, ngập lụt, stress dinh dưỡng và khác biệt giữa các giống đều có thể làm thay đổi ngày thực tế.

Tài liệu tham khảo

1. Gilmore, E. C., và J. S. Rogers. “Đơn vị nhiệt như một phương pháp đo độ chín của ngô.” Tạp chí Nông học, tập 50, số 10, 1958, trang 611–615.
2. McMaster, G. S., và W. W. Wilhelm. “Ngày-độ sinh trưởng: Một phương trình, hai cách diễn giải.” Khí tượng Nông nghiệp và Rừng, tập 87, số 4, 1997, trang 291–300.
3. Baskerville, G. L., và P. Emin. “Ước tính nhanh lượng nhiệt tích lũy từ nhiệt độ cao nhất và thấp nhất.” Sinh thái học, tập 50, số 3, 1969, trang 514–517.