Tưới tiêu là việc sử dụng nước nhân tạo cung cấp độ ẩm cho cây trồng. Với chỉ số hạn hán tăng cao và dân số tăng nhanh, nhu cầu về nước tưới nông nghiệp ngày một tăng lên. Để cải thiện hiệu quả tưới tiêu nông nghiệp, cần sử dụng công nghệ tiên tiến làm giảm thất thoát nước, cân đối nguồn cung sẵn có với nhu cầu và theo dõi hiệu suất.
Tưới tiêu chính xác với GIS và viễn thám cho phép quản lý nguồn tài nguyên nước cũng như lập kế hoạch tưới tiêu hiệu quả. Bài viết này sẽ giúp bạn hiểu rõ hơn vai trò của GIS và viễn thám trong quản lý nước tưới tiêu, nâng cao hiệu quả sử dụng nước nông nghiệp.
Nông nghiệp trong nền kinh tế Việt Nam
Nông nghiệp đóng vai trò quan trọng trong nền kinh tế Việt Nam, đóng góp vào cả GDP, xuất khẩu, và việc làm. Tính đến hết quý 2 năm 2024, ngành nông nghiệp chiếm khoảng 12% GDP của cả nước. Ngành này cũng đóng góp đáng kể vào xuất khẩu, với gạo là một trong những mặt hàng chính. Xuất khẩu gạo đạt khoảng 3.2 tỷ USD trong nửa đầu năm 2024. Về việc làm, nông nghiệp tạo công ăn việc làm cho 33% lực lượng lao động tại Việt Nam. (Vietnam briefing)
Vai trò của viễn thám và GIS với nông nghiệp bền vững
Trước tác động của cách mạng công nghiệp 4.0, đô thị hóa và biến đổi khí hậu, nông nghiệp Việt Nam đối mặt nhiều thách thức. Việc đẩy mạnh ứng dụng khoa học – công nghệ không chỉ giúp giải quyết những khó khăn này mà còn nâng cao năng suất, chất lượng và khả năng cạnh tranh của nông sản. Viễn thám và GIS cung cấp phương pháp theo dõi nguồn nước, quản lý ô nhiễm, và tối ưu tưới tiêu, giúp nông nghiệp phát triển bền vững trong bối cảnh biến đổi khí hậu.
Một phân tích năm 2019 từ Viện Tài nguyên Thế giới chỉ ra rằng việc áp dụng nông nghiệp chính xác thông qua công nghệ GIS và cảm biến có thể giúp giảm tới 30% lượng nước tiêu thụ và tới 20% lượng phân bón sử dụng, hỗ trợ áp dụng các phương pháp nông nghiệp bền vững.
Tưới tiêu chính xác là gì
Tưới tiêu chính xác là quá trình cung cấp nước cho cây và đất trồng một cách vừa đủ·cho sự phát triển của cây.
Khi có hệ thống tưới tiêu chính xác, nông dân hoặc các doanh nghiệp nông nghiệp có thể giảm thiểu việc sử dụng nước và tài nguyên hóa chất, có lợi cho cả doanh nghiệp và thiên nhiên.
Lợi ích của hệ thống tưới chính xác
Phân phối nước chính xác vừa là kỹ thuật chính vừa là mục tiêu của tưới tiêu chính xác, và mang lại những lợi ích như sau:
- Dễ dàng lắp đặt hệ thống tưới tiêu chính xác và khả năng điều khiển tự động;
- Quản lý cỏ dại hiệu quả hơn vì đất chỉ được tưới xung quanh cây và thảm thực vật không mong muốn không nhận được đủ độ ẩm;
- Hỗ trợ tối ưu nhu cầu nước của cây bằng cách cung cấp trực tiếp cho cây;
- Quản lý trang trại đơn giản hơn với phần mềm tưới tiêu chính xác;
- Giảm sử dụng nước nông nghiệp và phân phối nước chính xác;
- Tăng năng suất nông nghiệp.
Quản lý tưới tiêu chính xác với GIS
Nước là nguồn tài nguyên quan trọng và các kỹ thuật tưới tiêu chính xác giúp tối đa hóa việc sử dụng nước.Tưới tiêu chính xác với GIS có thể được thực hiện theo những cách như sau:
- Lập bản đồ độ ẩm đất bằng cách tích hợp dữ liệu từ cảm biến độ ẩm đất, trạm thời tiết và dữ liệu viễn thám. Từ những dữ liệu không gian địa lý này nông dân có thể lập lịch trình tưới tiêu chính xác phù hợp với nhu cầu độ ẩm khác nhau tại các khu vực canh tác khác nhau.
- Giám sát môi trường và tình trạng cây trồng: GIS kết hợp với dữ liệu từ vệ tinh và máy bay không người lái (drone) giúp giám sát sức khỏe cây trồng, nhiệt độ đất và khí hậu. Thông tin này giúp điều chỉnh lịch trình tưới tiêu, đảm bảo cây trồng luôn được cung cấp đủ nước.
- Quản lý tưới tiêu theo khu vực: Bằng cách sử dụng GIS, nông dân có thể phân chia cánh đồng thành các vùng tưới tiêu khác nhau dựa trên nhu cầu nước cụ thể của từng khu vực, tránh lãng phí tài nguyên nước và đảm bảo sự phát triển đồng đều của cây trồng.
- Dự đoán và ra quyết định: GIS tích hợp dữ liệu từ nhiều nguồn như địa hình, điều kiện thời tiết, và đất đai để mô hình hóa và dự đoán nhu cầu tưới tiêu trong tương lai. Điều này giúp người quản lý nông nghiệp lập kế hoạch hiệu quả hơn, giảm thiểu thiệt hại do hạn hán hoặc thừa nước.
Vai trò của viễn thám trong tưới tiêu chính xác
- Giám sát sức khỏe cây trồng: Viễn thám sử dụng các chỉ số thực vật như NDVI (Normalized Difference Vegetation Index) để đánh giá sức khỏe của cây trồng. Hình ảnh đa phổ từ vệ tinh hoặc máy bay không người lái (drone) có thể phát hiện sự thay đổi về màu sắc, mật độ và trạng thái sinh trưởng của cây trồng, giúp xác định các khu vực cần tưới tiêu bổ sung.
- Đo lường độ ẩm của đất: Công nghệ viễn thám có khả năng đo độ ẩm của đất dựa trên dữ liệu vi sóng hoặc cảm biến nhiệt. Điều này giúp nông dân biết chính xác các vùng đất thiếu nước, tối ưu hóa lượng nước cần tưới ở các khu vực khác nhau, từ đó giảm thiểu lãng phí nước.
- Phát hiện sự biến đổi khí hậu và thời tiết: Dữ liệu viễn thám có thể cung cấp thông tin về sự thay đổi khí hậu và thời tiết, từ đó hỗ trợ trong việc điều chỉnh lịch trình tưới tiêu, đảm bảo cây trồng luôn được cung cấp đủ nước trong các điều kiện thời tiết khác nhau.
- Ước lượng bốc hơi nước và evapotranspiration: Viễn thám giúp đo lường quá trình bốc hơi nước từ đất và thực vật (evapotranspiration), một yếu tố quan trọng trong quản lý nước. Dữ liệu nhiệt và đa phổ có thể ước lượng lượng nước cần thiết cho cây trồng dựa trên mức độ bốc hơi hiện tại.
- Phân vùng và quản lý nước: Dữ liệu viễn thám giúp phân vùng đất nông nghiệp dựa trên tính chất của đất, độ dốc, và mức độ nước hiện có. Điều này giúp tối ưu hóa chiến lược tưới tiêu, tránh việc cung cấp quá nhiều nước cho những khu vực không cần thiết.
Chỉ số thực vật NDMI và công nghệ tưới tiêu chính xác
Chỉ số độ ẩm chênh lệch chuẩn hóa ( NDMI ) đặc biệt hữu ích trong việc kiểm soát tưới tiêu chính xác. NDMI có thể phát hiện xem cây trồng trên đồng ruộng có thiếu độ ẩm hay không. Chỉ số này giúp xác định nhanh chóng các vấn đề thiếu độ ẩm và cho phép xác định chính xác các khu vực thiếu nước để tăng năng suất đồng ruộng hoặc xác định tình trạng ngập úng để tránh cây trồng bị thối rữa. NDMI cũng có thể được sử dụng để tưới tiêu với lưu lượng thay đổi chính xác, giúp tiết kiệm tài nguyên bằng cách chỉ tưới những cây thiếu độ ẩm.
Các phương pháp tưới tiêu chính xác
Các phương pháp tưới tiêu chính xác đều nhằm mục đích phục vụ sự phát triển của cây trồng và nông nghiệp bền vững. Tuy nhiên, tùy thuộc vào từng trường hợp cụ thể mà áp dụng các phương pháp khác nhau cho phù hợp.
Tưới tiêu trên bề mặt
Nước chảy tự nhiên qua bề mặt cánh đồng theo quy luật trọng lực. Phương pháp này thích hợp cho đất có độ thấm thấp, chẳng hạn như đất sét. Mặc dù không sử dụng công nghệ nông nghiệp tiên tiến, nó yêu cầu khối lượng nước lớn và được sử dụng trong điều kiện đất đặc biệt
Hệ thống tưới phun mưa
Nước được phun qua máy móc hoặc các công cụ vận hành thủ công. Tưới phun mưa có thể được thực hiện bằng vòi phun cố định hoặc di chuyển. Tuy nhiên, phương pháp này không phù hợp với tất cả các loại cây trồng, đặc biệt là các cây nhạy cảm với nước áp suất cao. Hơn nữa, gió và các hạt không hòa tan trong hệ thống có thể ảnh hưởng đến sự phân phối nước
Hệ thống tưới nhỏ giọt
Đây là phương pháp tiết kiệm nước hiệu quả nhất, với nước được dẫn qua các ống nhỏ trực tiếp đến rễ cây. Hệ thống này giúp ngăn ngừa cỏ dại và giảm thiểu các bệnh liên quan đến lá ướt. Tuy nhiên, ống tưới nhỏ giọt dễ bị tắc nghẽn bởi các hạt không hòa tan
Hệ thống tưới nhỏ giọt ngầm
Tương tự như tưới nhỏ giọt, nhưng nước được cung cấp dưới lòng đất, giảm thiểu bay hơi và tăng hiệu quả sử dụng nước. Phương pháp này bảo vệ nước khỏi bốc hơi, nhưng hệ thống dễ bị hư hỏng bởi rễ cây và các thiết bị nông nghiệp
Nông nghiệp chính xác xu hướng tương lai của nông nghiệp bền vững
Nông nghiệp chính xác (Precision Agriculture – PA) là một phương pháp quản lý hiện đại trong nông nghiệp dựa trên việc thu thập và phân tích dữ liệu không gian và thời gian chi tiết về cây trồng và đất đai. Mục tiêu của nông nghiệp chính xác là:
- Tối ưu hóa việc sử dụng tài nguyên
- Giảm tác động môi trường
- Tăng năng suất cây trồng
- Cải thiện lợi nhuận trang trại
Tưới tiêu chính xác với GIS và viễn thám trong nông nghiệp chính xác cho phép nông dân đưa ra quyết định dựa trên dữ liệu về mọi khía cạnh trong hoạt động canh tác, thu hoạch. Cùng với GIS và viễn thám, nông nghiệp chính xác khi kết hợp với các công nghệ hiện đại, trí tuệ nhân tạo AI không chỉ cải thiện năng suất mà còn góp phần quan trọng vào việc bảo vệ môi trường và tăng cường tính bền vững của sản xuất nông nghiệp.
