Xác định khả năng chịu hạn ở thực vật

Thế năng nước chưa được các nhà nghiên cứu thực vật tận dụng triệt để trong các nghiên cứu về stress phi sinh học. Mặc dù đây là cách duy nhất để đánh giá điều kiện hạn hán thực sự khi xác định khả năng chịu hạn ở thực vật. Hãy tìm hiểu thế năng nước là gì và làm thế nào nó có thể nâng cao chất lượng nghiên cứu thực vật của bạn.

Stress phi sinh học ở thực vật: Cách đánh giá đúng cách

Là một nhà nghiên cứu thực vật. Bạn cần đánh giá hiệu quả năng suất cây trồng, cho dù bạn đang chọn giống tốt nhất. Cố gắng hiểu khả năng chịu đựng stress phi sinh học. Nghiên cứu khả năng kháng bệnh hay xác định khả năng chống chịu với biến đổi khí hậu. Nhưng nếu bạn chỉ đo lường dữ liệu thời tiết . Bạn có thể bỏ sót các chỉ số hiệu suất quan trọng. Trong bài viết này và video bên dưới.

Chúng ta sẽ thảo luận về một chỉ số quan trọng nhưng thường bị bỏ qua: thế năng nước trong đất (lực hút của đất) . Thế năng nước chưa được các nhà nghiên cứu thực vật tận dụng đầy đủ trong các nghiên cứu về stress phi sinh học. Mặc dù đây là cách duy nhất để đánh giá điều kiện hạn hán thực sự khi xác định khả năng chịu hạn ở thực vật. Hãy tìm hiểu thế năng nước là gì và làm thế nào nó có thể cải thiện chất lượng nghiên cứu thực vật của bạn.

Di truyền học định lượng trong chọn giống cây trồng: tại sao bạn cần dữ liệu tốt hơn
Nếu bạn đã từng nghiên cứu về quần thể thực vật. Có lẽ bạn đã quen thuộc với phương trình đơn giản trong Hình 1. Thể hiện cách chúng ta suy nghĩ về tác động của di truyền và môi trường lên các kiểu hình có thể quan sát được.

Hình 1. Kiểu hình = Kiểu gen + Môi trường

Hình 1. Kiểu hình = Kiểu gen + Môi trường

Phương trình này phân tích kiểu hình quan sát được (chiều cao cây, năng suất, màu hạt. V.v.) thành các tác động từ kiểu gen (di truyền học cơ bản của cây) và tác động của môi trường (lượng mưa. Nhiệt độ trung bình hàng ngày, v.v.). Từ phương trình này, bạn có thể thấy rằng chất lượng nghiên cứu của bạn phụ thuộc trực tiếp vào loại dữ liệu môi trường mà bạn thu thập. Do đó, nếu bạn không đo lường đúng loại dữ liệu. Độ chính xác của toàn bộ nghiên cứu có thể bị ảnh hưởng .

Thế năng nước: bí quyết để hiểu về tình trạng thiếu nước ở thực vật

Các nghiên cứu về hạn hán nổi tiếng là khó lặp lại. Định lượng, hoặc thậm chí thiết kế. Điều đó là bởi vì không có gì có thể dự đoán được về thời điểm. Cường độ hoặc thời gian kéo dài của hạn hán. Và rất khó để so sánh giữa các địa điểm có loại đất khác nhau. Chúng ta cũng biết rằng chỉ nhìn vào lượng mưa. Hoặc thậm chí là hàm lượng nước theo thể tích . Không mô tả đầy đủ điều kiện hạn hán đang xảy ra trong đất.

Thế năng nước trong đất là một công cụ thiết yếu để định lượng stress do hạn hán…

Thế năng nước trong đất là một công cụ thiết yếu để định lượng stress do hạn hán trong nghiên cứu thực vật vì nó cho phép bạn đánh giá định lượng về hạn hán và cung cấp một cách dễ dàng để so sánh các kết quả đó giữa các địa điểm thực địa và theo thời gian. Hãy cùng xem xét kỹ hơn để hiểu tại sao.

Khi nghĩ về đất, chúng ta thường liên tưởng đến sự phát triển của cây trồng. Chúng ta biết rằng đất ảnh hưởng đến sự phát triển của cây trồng thông qua khả năng cung cấp chất dinh dưỡng. Nguy cơ mắc bệnh, sự phát triển của rễ và lượng nước sẵn có.

Sơ đồ minh họa tác động của đất lên sự phát triển của cây trồng.

Hình 2. Tác động của đất lên sự phát triển của cây trồng

Nhiều nhà nghiên cứu cho rằng có thể xác định lượng nước sẵn có cho cây trồng bằng cảm biến độ ẩm đất truyền thống đo hàm lượng nước theo thể tích.

Hình 3. Cảm biến độ ẩm đất TEROS 12 đo hàm lượng nước theo thể tích.

Nhưng nếu bạn đang cố gắng mô tả tình trạng stress do hạn hán. Hiểu hiệu quả sử dụng nước của cây trồng. Hoặc nghiên cứu khả năng chịu đựng các tác động bất lợi từ môi trường ở thực vật bằng cảm biến hàm lượng nước . Thì bạn đang đo sai thông số .

Hàm lượng nước chỉ cho bạn biết lượng nước có trong đất.

Hàm lượng nước chỉ cho bạn biết lượng nước có trong đất. Nó không thể cho bạn biết liệu lượng nước đó có sẵn cho cây trồng hay không. Hãy xem video ngắn này để hiểu tại sao điều đó lại đúng.

Hiểu về stress phi sinh học: tìm hiểu sâu hơn lý do tại sao thế năng nước tốt hơn hàm lượng nước

Một vấn đề khi sử dụng dữ liệu về hàm lượng nước thể tích để định lượng stress phi sinh học là bạn cần hiểu loại đất và kết cấu đất để nội suy thông tin về khả năng cung cấp nước trong bối cảnh của cây trồng. Điều này làm cho việc so sánh trở nên khó khăn nếu loại đất khác nhau ở nhiều địa điểm. Mặt khác, thế năng nước trong đất đánh giá trực tiếp khả năng cung cấp nước. Điều đó có nghĩa là nó đã tính đến kết cấu đất. Khi bạn đo thế năng nước . Bạn có một phép đo có thể so sánh trực tiếp giữa các địa điểm và theo thời gian mà không cần phân tích bổ sung hoặc hiệu chuẩn cụ thể cho từng loại đất .

Vấn đề khác khi sử dụng hàm lượng nước thể tích để đánh giá tình trạng hạn hán là hàm lượng nước chỉ là một lượng. Nó cho bạn biết lượng nước đã được thêm vào (hoặc bị mất đi) trong đất. Nhưng nó không thể cho bạn biết lượng nước đó dễ tiếp cận với cây trồng như thế nào hoặc cần bao nhiêu năng lượng để tiếp cận lượng nước đó.

Mặt khác, thế năng nước cho bạn biết về năng lượng của nước trong đất và liệu cây…

Mặt khác, thế năng nước cho bạn biết về năng lượng của nước trong đất và liệu cây trồng của bạn đang thoải mái hay bị stress bằng cách cho biết lượng nước trong đất có sẵn cho chúng. Đó là lý do tại sao thế năng nước là một phép đo cung cấp nhiều thông tin hơn hàm lượng nước khi bạn muốn biết liệu cây trồng của mình có đang trải qua điều kiện hạn hán thực sự hay không. Hãy xem cách thức hoạt động này trong video bên dưới.

Một số người tránh đo thế năng nước trong đất vì định nghĩa của nó khá phức tạp và khó hiểu. Nhưng bạn không cần phải hiểu thế năng nước trong đất để sử dụng nó một cách hiệu quả. Bạn có thể coi thế năng nước như một loại nhiệt kế nước cho cây trồng. Cũng giống như bạn nhìn vào nhiệt kế trong nhà và thấy 22°C (72°F) và nghĩ. “nhiệt độ này thoải mái với tôi”. Bạn có thể xem dữ liệu về thế năng nước trong đất và hiểu xem lượng nước trong đất có phù hợp với cây trồng của bạn hay không.

Video dưới đây giải thích lý do tại sao.

Hình 4 minh họa cách chúng ta có thể coi thế năng nước như một loại “nhiệt kế đo độ thoải mái” cho cây trồng. Lưu ý rằng giá trị kPa của thế năng nước luôn được báo cáo dưới dạng giá trị âm. Một cách để hiểu về kPa là giá trị càng âm thì đất càng khô. Giá trị bằng không nằm trong phạm vi bão hòa hoàn toàn. Trong khi -1000 kPa trở xuống bắt đầu chạm đến điểm héo vĩnh viễn .

Hình 4. Thế năng nước trong đất cho biết lượng nước sẵn có cho cây trồng có nằm trong phạm vi tối ưu hay không. Bảng này đưa ra phạm vi tối ưu cho các loại cây trồng khác nhau. (Taylor. Sterling A., và Gaylen L. Ashcroft. Địa chất học đất. Vật lý của đất được tưới tiêu và không được tưới tiêu. 1972.)

Ở phần dưới của Hình 4, bạn có thể thấy rằng trong giai đoạn sinh trưởng. Cây ngô thích độ ẩm trong khoảng -50 kPa. Tuy nhiên, trong giai đoạn chín. Nó lại thích đất có độ ẩm trong khoảng -800 đến -1200 kPa, khô hơn đáng kể.

Gần phía trên của Hình 4. Bạn sẽ thấy rằng khoai tây thích hợp với phạm vi áp suất hẹp hơn. Khoảng -30 đến -50 kPa.

Dữ liệu về thế năng nước có thể cho biết mức độ stress do hạn hán như thế nào?

Hai biểu đồ sau đây giúp minh họa cách dữ liệu về thế năng nước có thể cung cấp cho bạn bức tranh chính xác hơn về tình trạng thiếu nước ở thực vật. Hình 5 hiển thị một số dữ liệu về hàm lượng nước theo thể tích trong cỏ sân vườn.

Hình 5. Bằng cách đo hàm lượng nước, bạn có thể theo dõi các sự kiện tưới tiêu. Nhưng hàm lượng nước không thể cho bạn biết lượng nước thực sự có sẵn cho cây trồng của bạn.

Hãy chú ý đến sự tăng đột biến về lượng nước tưới hoặc lượng mưa theo thời gian. Nếu không có thông tin về loại đất. Rất khó để đưa ra kết luận về lượng nước sẵn có hoặc mức độ phù hợp của đất đối với cỏ trên cánh đồng này.

Trong Hình 6, chúng tôi bổ sung dữ liệu về thế năng nước. Giúp dễ dàng hơn trong việc xem liệu cây trồng có đang ở trong phạm vi tối ưu về lượng nước sẵn có hay không.

Biểu đồ thể hiện thế năng nước trong đất sẽ cho bạn biết liệu lượng nước có nằm trong phạm vi lý tưởng cho cây trồng hay không.

Hình 6. Thế năng nước trong đất sẽ cho bạn biết liệu lượng nước có nằm trong phạm vi thích hợp cho cây trồng hay không.

Từ biểu đồ này, bạn có thể thấy rằng vào đầu mùa vụ. Họ đã tưới quá nhiều nước.

Khoảng tháng 7, họ giảm tần suất tưới, cho phép đất khô hơn và tiến gần hơn đến…

Khoảng tháng 7, họ giảm tần suất tưới. Cho phép đất khô hơn và tiến gần hơn đến phạm vi áp suất tối ưu từ -30 đến -50 kPa.

Vào cuối tháng 8 và đầu tháng 9. Bạn sẽ thấy họ bắt đầu để khoảng thời gian giữa các lần tưới quá dài. Điều này gây ra tình trạng hạn hán nghiêm trọng cho cỏ. Sự sụt giảm hàm lượng nước vào khoảng ngày 13 tháng 9 không khác biệt nhiều so với những lần sụt giảm xảy ra trước và sau đó. Chỉ khi xem dữ liệu về thế năng nước. Bạn mới nhận thấy sự sụt giảm mạnh so với phạm vi kPa tối ưu. Điều này có thể đẩy cỏ đến điểm héo vĩnh viễn. Để biết thêm thông tin về cách hiểu dữ liệu. Hãy xem hội thảo trực tuyến của chúng tôi ” Cách diễn giải dữ liệu độ ẩm đất” .

Một số hạn chế của thế năng nước trong các nghiên cứu về stress phi sinh học

Cũng như bất cứ điều gì khác. Thế năng nước cũng có những hạn chế khi được sử dụng để xác định khả năng chịu hạn ở thực vật. Dưới đây là ba điều cần xem xét:

Mặc dù thế năng nước có thể cho bạn biết khi nào nên tưới nước. Nhưng nó không thể cho bạn biết chính xác lượng nước cần tưới. Điều đó không thành vấn đề nếu bạn đang thực hiện nghiên cứu trên đất khô mà không xem xét bất kỳ thông tin nào về cân bằng nước.

Nhưng nếu bạn muốn biết lượng nước đang chảy vào hệ thống hoặc cần được thêm vào hệ thống. Bạn sẽ cần phải tính đến hàm lượng nước theo thể tích.
Cảm biến thế năng nước không thích hợp cho việc kiểm tra tức thời vì chúng có thể mất đến cả ngày để điều chỉnh sau khi lắp đặt. Cần thời gian để các cảm biến có thể phản hồi với tốc độ tương đương với đất.
Trong quá khứ, tiềm năng nước chưa được tận dụng triệt để vì chưa có đủ công cụ để các nhà nghiên cứu thu thập dữ liệu này.

Nhiều cảm biến hiện trường có sẵn không chính xác, khó sử dụng hoặc đắt tiền.

Nhiều cảm biến hiện trường có sẵn không chính xác, khó sử dụng hoặc đắt tiền. Mặc dù vẫn còn một số cảm biến tiềm năng nước gặp phải những vấn đề này. Nhưng hiện nay đã có những lựa chọn khả thi trên thị trường. Cảm biến tiềm năng nước METER TEROS 21 có giá cả phải chăng. Chính xác, bền chắc và dễ lắp đặt. Ngoài ra, chúng có phạm vi đo rộng trong phổ nước có sẵn cho cây trồng cùng với độ nhất quán cao giữa các tâm cảm biến.

Ảnh chụp một nhà nghiên cứu đang cầm cảm biến đo độ ẩm đất TEROS 21 trên mặt đất.

Hình 7. Cảm biến thế năng nước trong đất TEROS 21

Nắm bắt sự biến động khi đo lường stress phi sinh học ở thực vật

Khi đo lường tiềm năng nước. Bạn nên tập trung vào số lượng dữ liệu hay chất lượng dữ liệu? Câu trả lời có thể khiến bạn ngạc nhiên. Một nghiên cứu gần đây đã xem xét sự đánh đổi này trong bối cảnh dữ liệu kiểu hình thực vật. Nghiên cứu đã so sánh việc đo thủ công cây trồng ngoài đồng – một phương pháp có độ chính xác cao nhưng tốn nhiều công sức – với việc trích xuất chiều cao cây từ hình ảnh chụp bằng máy bay không người lái.

Phương pháp này tạo ra nhiều dữ liệu hơn (nhưng độ chính xác thấp hơn). Điều họ phát hiện ra là bạn có thể bù đắp cho sự hy sinh về độ chính xác bằng cách tăng khả năng xử lý dữ liệu. Nói cách khác, nhìn chung. Việc có nhiều điểm dữ liệu hơn là có ít điểm dữ liệu hơn nhưng chính xác hơn sẽ tốt hơn (xem Lane, HM và SC Murray. 2021. Crop Science. Khả năng xử lý cao có thể đưa ra quyết định tốt hơn so với độ chính xác cao khi phân tích kiểu hình quần thể thực vật ).

Khái niệm về thông lượng cao này áp dụng cho việc nắm bắt sự biến thiên tại địa…

Khái niệm về thông lượng cao này áp dụng cho việc nắm bắt sự biến thiên tại địa điểm trong khi thu thập dữ liệu về thế năng nước hoặc bất kỳ loại dữ liệu môi trường nào khác. Ví dụ, trong Hình 8. Hãy chú ý đến mức độ biến thiên mà chúng ta có trong các phép đo độ dẫn điện tổng thể . Nếu bạn chỉ có một hoặc chỉ một vài điểm lấy mẫu. Bạn sẽ đưa ra một số kết luận không chính xác khi ngoại suy trên toàn khu vực.

Hình ảnh minh họa cho thấy, với nhiều điểm lấy mẫu, sự biến thiên của độ dẫn điện thể hiện rõ ràng trên toàn khu vực nghiên cứu.

Hình 8. Với nhiều điểm lấy mẫu. Sự biến thiên của độ dẫn điện được thể hiện rõ ràng trên toàn khu vực nghiên cứu.