Các nhà nghiên cứu có thể sử dụng thông tin về khả năng hấp thụ và sử dụng PAR của các loại cây khác nhau để thiết kế các cấu trúc tán cây nhằm cải thiện đáng kể năng suất cây trồng.
TIẾN SĨ GAYLON S. CAMPBELL
Nguồn năng lượng tối thượng trên Trái đất là Mặt trời. Hầu hết các sinh vật đều có thể tiếp cận năng lượng này thông qua quá trình quang hợp, chuyển hóa CO₂ và H₂O thành carbohydrate (năng lượng dự trữ) và O₂ . Quang hợp xảy ra khi các sắc tố trong tế bào quang hợp hấp thụ năng lượng của photon, khởi đầu một chuỗi các phản ứng hóa học và quang hóa. Sự trao đổi năng lượng và vật chất này diễn ra ở đâu? Trong tán lá cây. Lượng quang hợp diễn ra trong tán lá phụ thuộc vào lượng bức xạ hoạt động quang hợp (PAR) mà lá trong tán lá hấp thụ.
Mọi chuyện phức tạp hơn bạn tưởng đấy.
Tốc độ quang hợp diễn ra ở từng lá riêng lẻ có thể được tính toán, nhưng trong toàn bộ tán cây, các lá hoạt động một cách tập thể. Việc ngoại suy quá trình quang hợp từ từng lá riêng lẻ lên toàn bộ tán cây rất phức tạp; số lượng lá và cách bố trí của chúng trong cấu trúc tán cây có thể gây khó khăn. Diện tích lá, độ nghiêng và hướng của lá đều ảnh hưởng đến mức độ thu nhận và sử dụng ánh sáng trong tán cây.
Xem thêm: Thiết bị cảm biến đất
Ánh sáng thay đổi rất mạnh trong tán cây.
Ánh sáng thay đổi đáng kể cả về không gian và thời gian trong tán cây. Mức độ ánh sáng trung bình giảm dần theo cấp số mũ xuống phía dưới tán cây, khi diện tích bề mặt lá tăng lên. Đối với một số tán cây, diện tích lá lớn nhất tập trung gần trung tâm. Do đó, việc phân tích cấu trúc tán cây trở nên phức tạp hơn khi ta xem xét từ một cây đơn lẻ đến các quần thể cây cùng loại hoặc đến các quần xã thực vật do sự đa dạng về loài cây và hình thái sinh trưởng.
Sự hấp thụ bức xạ và quá trình quang hợp phụ thuộc vào hướng lá, độ cao của mặt trời trên bầu trời, sự phân bố quang phổ và sự phản xạ nhiều lần của ánh sáng, cũng như sự sắp xếp của lá. Các mô hình ánh sáng và vùng bóng râm có thể phức tạp và thay đổi theo vị trí của mặt trời. Ngoài ra, tính mùa vụ của tán lá có thể dẫn đến việc tán lá hấp thụ bức xạ quang hợp (PAR) khá ít trong phần lớn thời gian trong năm. PAR cũng có thể bị hấp thụ bởi các bộ phận không quang hợp của cây (vỏ cây, hoa, v.v.).
Sự sắp xếp lá ảnh hưởng đến khả năng hấp thụ ánh sáng.
Hướng lá (góc nghiêng) ảnh hưởng đến khả năng hấp thụ ánh sáng. Lá thẳng đứng hoặc nằm ngang hoàn toàn là những trường hợp cực đoan, nhưng thực tế có rất nhiều góc nghiêng khác nhau. Lá thẳng đứng hấp thụ ít bức xạ hơn khi mặt trời ở góc cao và nhiều bức xạ hơn khi mặt trời ở góc thấp; điều ngược lại đúng với lá nằm ngang. Khả năng quang hợp cao nhất có thể đạt được bằng cách chuyển từ lá gần như thẳng đứng sang lá gần như nằm ngang ở phần dưới của lá. Sự sắp xếp này giúp tia sáng xuyên qua lá hiệu quả hơn và phân bố ánh sáng đồng đều hơn.
Chỉ số diện tích lá (LAI) , một thước đo độ dày tán lá, là đặc tính của tán lá có ảnh hưởng lớn nhất đến khả năng hấp thụ bức xạ. LAI thường nằm trong khoảng từ 1 đến 12. Giá trị từ 3 đến 4 là điển hình cho các loài cây có lá mọc ngang như cỏ linh lăng; giá trị từ 5 đến 10 xuất hiện ở các loài cây có lá mọc thẳng đứng như cỏ và ngũ cốc hoặc ở các loài cây có lá mọc thành cụm dày đặc, chẳng hạn như cây vân sam. LAI cao nhất thường xuất hiện ở các khu rừng lá kim, nơi có các thế hệ lá chồng lên nhau. Những khu rừng này có lợi thế về quang hợp do tuổi thọ của từng lá kim riêng lẻ.
Các phương pháp gián tiếp có thể gây ra vấn đề.
Sự biến đổi về phân bố lá trong tán cây dẫn đến sự thay đổi lớn về cường độ ánh sáng. Để xác định cường độ ánh sáng ở bất kỳ độ cao nào trong tán cây, cần phải đo PAR tại nhiều vị trí khác nhau và sau đó lấy giá trị trung bình. Các phương pháp đo trực tiếp bao gồm sử dụng các cảm biến đường ngang, cho ra giá trị trung bình theo không gian trên chiều dài của cảm biến. Chiều dài cảm biến hoặc số điểm lấy mẫu phù hợp phụ thuộc vào khoảng cách trồng cây. Thiết bị ACCUPAR LP-80 của METER có một dãy 80 điốt quang trên một đầu dò có thể đo PAR trung bình hoặc PAR dọc theo các đoạn cụ thể của đầu dò.
Các phương pháp gián tiếp để đo cấu trúc tán cây dựa trên thực tế là cấu trúc tán cây và vị trí mặt trời quyết định bức xạ bên trong tán cây. Vì khó đo lường sự phân bố ba chiều của lá trong tán cây, các mô hình về sự hấp thụ ánh sáng và sự phát triển của cây thường giả định sự phân bố ngẫu nhiên trong toàn bộ tán cây; tuy nhiên, trên thực tế, lá thường tập trung hoặc được nhóm lại với nhau.
Tại sao cần đo quang hợp hay PAR?
Khả năng đo PAR giúp hiểu rõ các mô hình không gian độc đáo mà các loại cây khác nhau thể hiện trên bề mặt quang hợp. Vì việc sử dụng PAR hiệu quả ảnh hưởng đến năng suất cây trồng, kiến thức về sự đa dạng cấu trúc của tán cây hỗ trợ nghiên cứu về năng suất cây trồng. Một kết quả là: các nhà nghiên cứu có thể sử dụng thông tin về khả năng hấp thụ và sử dụng PAR của các loại cây khác nhau để thiết kế các thay đổi cấu trúc tán cây nhằm cải thiện đáng kể năng suất cây trồng.
Tìm hiểu thêm về đo tán cây trong video dưới đây. Tiến sĩ Steve Garrity thảo luận về Chỉ số diện tích lá (LAI). Các chủ đề được đề cập bao gồm lý thuyết đằng sau phép đo, các phương pháp trực tiếp và gián tiếp, sự khác biệt giữa các phương pháp đó, những điều cần xem xét khi lựa chọn phương pháp và các ứng dụng của LAI.
(Theo trang https://metergroup.com/)