chuyên đề kỹ thuật thủy canh và các ứng dụng kỹ thuật thủy canh trong sản xuất RAU

Kỹ thuật thuỷ canh bắt đầu được các nhà khoa học trên thế giới nghiên cứu cách đây khoảng hơn ba thế kỷ. Kỹ thuật này ngày càng được ứng dụng khá rộng rãi trên thế giới để sản xuất nông sản sạch. Năm 1993, giáo sư Lê Đình Lương - ĐHQG Hà Nội phối hợp tổ chức R&D (nghiên cứu và phát triển) của Hồng Công đưa kỹ thuật thuỷ canh nghiên cứu và ứng dụng ở Việt Nam. Tuy rất mới nhưng kỹ thuật thuỷ canh ở Việt Nam được nghiên cứu và ứng dụng với một tiến độ rất cao. Khá nhiều các kết quả nghiên cứu đã được ứng dụng vào để sản xuất nông sản sạch như nghiên cứu tự sản xuất dung dịch dinh dưỡng để chủ động trong việc nuôi cấy, nghiên cứu cải tiến dụng cụ thuỷ canh để giảm giá thành... Hiện nay, việc ứng dụng và phổ biến kỹ thuật thủy canh ra sản xuất đại trà đang gặp nhiều khó khăn về mặt yêu cầu kỹ thuật và giá thành sản phẩm. Chính vì vậy chúng tôi chọn chuyên đề kỹ thuật thuỷ canh và ứng dụng của nó trong sản xuất rau.

VÀ ỨNG DỤNG TRONG SẢN XUẤT RAU

MỤC LỤC

TT Nội Dung Trang Phần 1

Cơ sở khoa học và lịch sử phát triển của thuỷ canh

Một số ưu, nhược điểm của kỹ thuật thuỷ canh

Một số kết quả nghiên cứu về dung dịch dinh dưỡng

và dụng cụ để trồng cây bằng kỹ thuật thuỷ canh.

Một số kết qủa nghiên cứu về dung dịch dưỡng để trồng

cây bằng kỹ thuật thuỷ canh.

Một số kết qủa nghiên cứu về dụng cụ để trồng cây bằng

kỹ thuật thuỷ canh.

Một số kết quả nghiên cứu về khả năng ứng dụng của

kỹ thuật thuỷ canh.

Một số kết quả nghiên cứu về khả năng ứng dụng của kỹ

thuật thuỷ canh để sản xuất nông sản thương phẩm

Một số kết quả nghiên cứu và ứng dụng về kỹ thuật thuỷ

canh để sản xuất nông sản thương phẩm trên Thế giới.

Một số kết quả nghiên cứu và ứng dụng về kỹ thuật thuỷ

canh để sản xuất nông sản thương phẩm ở Việt Nam.

Một số kết quả nghiên cứu về khả năng ứng dụng của kỹ

thuật thuỷ canh để sản xuất cây giống ở vườn ươm

Vấn đề bệnh cây trong kỹ thuật thuỷ canh.

Một số điểm khác của bệnh cây ở thuỷ canh so với địa

Ảnh hưởng của môi trường đến sự lan truyền bệnh trong

kỹ thuật thuỷ canh

Các phương pháp kiểm soát bệnh cây trong kỹ thuật

thuỷ canh

Kết luận.

1

1124

558

1212121415

18181820

222226

MỞ ĐẦU

Kỹ thuật thuỷ canh bắt đầu được các nhà khoa học trên thế giới nghiêncứu cách đây khoảng hơn ba thế kỷ Kỹ thuật này ngày càng được ứng dụngkhá rộng rãi trên thế giới để sản xuất nông sản sạch Năm 1993, giáo sư LêĐình Lương - ĐHQG Hà Nội phối hợp tổ chức R&D (nghiên cứu và pháttriển) của Hồng Công đưa kỹ thuật thuỷ canh nghiên cứu và ứng dụng ở ViệtNam Tuy rất mới nhưng kỹ thuật thuỷ canh ở Việt Nam được nghiên cứu vàứng dụng với một tiến độ rất cao Khá nhiều các kết quả nghiên cứu đã đượcứng dụng vào để sản xuất nông sản sạch như nghiên cứu tự sản xuất dungdịch dinh dưỡng để chủ động trong việc nuôi cấy, nghiên cứu cải tiến dụng

cụ thuỷ canh để giảm giá thành

Hiện nay, việc ứng dụng và phổ biến kỹ thuật thủy canh ra sản xuất đạitrà đang gặp nhiều khó khăn về mặt yêu cầu kỹ thuật và giá thành sản phẩm.Chính vì vậy chúng tôi chọn chuyên đề kỹ thuật thuỷ canh và ứng dụng của

nó trong sản xuất rau

Phần I GIỚI THIỆU VỀ KỸ THUẬT THUỶ CANH 1.1 Khái niệm.

Thuỷ canh (còn gọi là trồng cây trong dung dịch hay hydroponic) là mộthình thức canh tác không sử dụng đất, là một phần lớn của các phương pháptrồng cây không dùng đất mà cây trồng được trồng trên hoặc trong dung dịchdinh dưỡng, sử dụng dinh dưỡng hoà tan trong nước dưới dạng dung dịch

2.2 Cơ sở khoa học và lịch sử phát triển của kỹ thuật thuỷ canh.

Người đầu tiên nghiên cứu về thuỷ canh là Boyle (1666), ông đã thửtrồng cây trong những lọ con chỉ chứa nước, cây vẫn sống Năm 1699, JonhWood Ward (Anh) đã trồng cây bạc hà trong nước có độ tinh khiết khácnhau, ông nhận thấy: Cây sinh trưởng trong nước tự nhiên (không làm tinhkhiết) tốt hơn trong nước cất và cây sinh trưởng tốt nhất trong nước đục (códung dịch đất) Dù sao cách giải thích đúng đắn kết quả đó tức là đất hoặcnước không tinh khiết đã cung cấp dinh dưỡng cho cây trồng vẫn nằm ngoài

sự hiểu biết của người thí nghiệm đầu tiên Giai đoạn đó các nhà khoa họcđều tin vào sự quan trọng độc nhất của mùn - đất trong dinh dưỡng thực vật,

gọi là “thuyết mùn đất”, thuyết này tồn tại cho đến thế kỷ 19 Justus

Vonliebig (1803 - 1873) đã xác định tầm quan trọng của muối vô cơ trong

dinh dưỡng thực vật, gọi là “thuyết vô cơ phân bón” Từ đó mở ra con đường

nghiên cứu khoa học về nguyên lý dinh dưỡng thực vật, dùng những dungdịch dinh dưỡng có hoặc không có giá thể rắn để trồng cây Có thể kể đếnmột số người đầu tiên đã dùng cát hoặc các giá thể trơ khác để thí nghiệmnhư: Wiegmann (1771 - 1853), Polstorff (1781 - 1844), Boussingault (1802 -1887)

Từ năm 1849 đến 1856, Salm - Horstmar đã chứng minh được rằng câylúa mạch muốn sinh trưởng phát triển được bình thường phải cần đến nhữngnguyên tố như: N, P, S, Ca, K, Mg, Si, Fe, Mn

Sau khi phát hiện được để cây trồng sinh trưởng và phát triển bìnhthường cần có 16 nguyên tố cơ bản là: C, H, O, N, P, K, Ca, Mg, S, Fe, Cu,

Mn, Zn, Mo, B, Cl; hai nhà sinh lý học thực vật người Đức Sachs và Knop(1838) đã đề xuất phương pháp trồng cây trong dung dịch Trong 16 nguyên

tố cơ bản kể trên nếu thiếu bất kỳ một nguyên tố nào trong số đó, cây cũngkhông thể hoàn tất được chu kỳ sinh trưởng, phát triển của mình một cáchbình thường Bảy nguyên tố sau cùng (Fe, Cu, Mn, Zn, Mo, B, Cl) cây cầnrất ít nên gọi là các các nguyên tố vi lượng Các nguyên tố còn lại là khoáng

đa lượng Ba nguyên tố C, H, O, cây lấy chủ yếu từ khí cacbonic và nước.Mười ba nguyên tố kia cây phải lấy từ đất Như vậy con người hoàn toàn cóthể trồng cây trong dung dịch có đầy đủ các nguyên tố kể trên mà không cầnđất

Tóm lại cơ sở khoa học của kỹ thuật thuỷ canh là dựa vào bản chất của

sự sinh trưởng, phát triển của cây trồng nghĩa là chỉ phụ thuộc vào một sốyếu tố như nước, muối khoámg, ánh sáng, sự lưu thông không khí màkhông phụ thuộc vào môi trường trồng có đất hay không? Cho nên chúng tahoàn toàn có thể trồng cây mà không cần sử dụng đất, chỉ cần đáp ứng đầy

đủ các yêu cầu của cây về dinh dưỡng như nêu ơ trên

Dung dịch dinh dưỡng đầu tiên để trồng cây do Knop sản xuất đã được

sử dụng rộng rãi trong các nghiên cứu sinh lý thực vật, cho đến nay đã cóhàng loạt dung dịch trồng cây được nghiên cứu và đề xuất Có lẽ công trìnhsớm nhất về sự triển khai cách trồng cây không dùng đất như một dự án

thương mại mà chúng ta biết rõ nhất là công trình của Gericke vào năm 1930

ở trạm nghiên cứu nông nghiệp California, từ đấy đã phổ biến rộng rãi thuỷcanh tại nước Mỹ Trong những năm chiến tranh thế giới thứ 2, quân đội Mỹ

đã dùng thuỷ canh trong các trang trại lớn để tự túc rau tươi Trong đó trangtrại lớn nhất rộng 22 ha ở Chofu (Nhật)

Tuy nhiên để cây có thể hút được các nguyên tố dinh dưỡng và nướctrong dung dịch, rễ cây hô hấp Như thế muốn trồng cây trong dung dịch phảicung cấp liên tục ôxy cho rễ cây ngập trong dung dịch Chính vì thế mà hàngloạt các hệ thống trồng cây trong dung dịch đã dược nghiên cứu và đề xuấtcần phải đảm bảo vừa cung cấp đủ dinh dưỡng cho cây, vừa cung cấp đủ ôxycho rễ cây Người ta liên tục cải tiến các hệ thống trồng cây trong dung dịch

từ hệ thống trồng trong dung dịch sâu của Gericke (1930) cho đến hệ thốngtrồng trong dung dịch sâu tuần hoàn của Kyowa, Kubota (1977 - 1983), rồigần đây là kỹ thuật màng mỏng dinh duỡng (NFT = Nutrient FilmTechnique) Sự đa dạng của các kiểu trồng cây không dùng đất đã tăng lênnhiều trong những năm gần đây Từ các hệ thống có chi phí tương đối thấp,dùng các giá thể tự nhiên sẵn có cho đến các hệ thống đắt tiền và rất tinh vi,dùng giá thể nhân tạo trơ như len đá (Rock Wool) hoặc kiểu trồng tiên tiếntrong dung dịch không có giá thể rắn

Tuy nhiên các hệ thống kể trên đều phức tạp và khó triển khai do đầu tưquá cao cho hệ thống bơm tuần hoàn dung dịch nhằm đảm bảo cung cấp đủ ô

xy cho rễ, điều chỉnh pH và hàm lượng dinh dưỡng Hơn thế nữa trồng câytrong điều kiện dòng nước chảy hoàn toàn, sự lây lan bệnh rất nhanh chóngnếu trong hệ thống chỉ cần vừa xuất hiện một cây nhiễm bệnh

Có thể nói hệ thống cải tiến tối ưu hiện nay là hệ thống trồng cây trongdung dịch không tuần hoàn của trung tâm nghiên cứu và phát triển rau Châu

Á (AVRDC = Asian Vegetable Research Development Centre) - Hệ thống

này đang được áp dụng rộng rãi Hiện nay nhóm các nhà nghiên cứu khoahọc về thuỷ canh của Việt Nam và công ty R & D (Research andDevelopmemt) của Hồng Công cũng đang tiếp tục hoàn thiện thêm hệ thốngtrồng cây trong dung dịch này

Từ dung dịch dinh dưỡng đầu tiên để nuôi cây là dung dịch của Knop đãđược sử dụng rộng rãi trong các nghiên cứu sinh lý thực vật Đến nay đã có

hàng loạt các dung dịch để trồng cây không dùng đất như dung dịch FAO,dung dịch I Mai, dung dịch Đài Loan

2.3 Một số ưu, nhược điểm của kỹ thuật thuỷ canh.

2.3.1 Ưu điểm của kỹ thuật thuỷ canh.

- Chủ động điều chỉnh được dinh dưỡng cho cây trồng: Các chất cầnthiết cho quá trình sinh trưởng phát triển của cây trồng được cung cấp theotừng đối tượng cây trồng Một số thành phần có hại cho cây có thể được giữtrong giới hạn an toàn hoặc loại bỏ Các chất được cung cấp đồng đều cho tất

cả các cây trong cùng một hệ thống và không có tác động tồn dư của các vụtrước và các cách xử lý trước đó

- Giảm bớt nhu cầu về lao động nhờ loại bỏ được các khâu xới xáo trongquá trình canh tác

- Không phải tưới nước

- Dễ thanh trùng: Nếu canh tác trên đất trong nhà kính liên tục thì phảithanh trùng bằng xông hơi, việc này khó khăn và tốn kém Trong khi đó các

hệ thống thuỷ canh chỉ cần thau rửa bằng formaldehyt loãng sau đó tráng lạibằng nước sạch là xong

- Nâng cao năng suất cây trồng: Do chủ động kiểm soát được các chấtdinh dưỡng mà cây trồng hấp thu nên kỹ thuật thuỷ canh có khả năng nângcao năng suất cây trồng vài chục, thậm chí tới hàng trăm phần trăm so vớicanh tác trên đất Ví dụ: ở Anh (năm 1976) trồng cà chua trong hệ thốngmàng mỏng dinh dưỡng năng suất đạt 40,1 kg/m2, tăng 24,6% so với trồngtrên than bùn (Spensley và cộng sự - 1978) [14, tr.117] Hoặc ở Hà Lanngười ta thu được năng suất cà chua và cà tím trồng trên len đá tương ứngcao hơn 6 - 34% và 13% so với trồng trên đất (Van O.S., 1982) Năng suấtdưa chuột của Mỹ trên hydroponic là 103 tấn/ha, gấp 3 lần trồng trên đất [14,tr.130] Theo Lê Đình Lương (1995) thì năng suất của cây trồng trong dungdịch có thể cao hơn so với trồng ở đất từ 25 - 500 % [4, tr.5] do có thể trồngđược liên tục

Ngoài ra thuỷ canh còn một số ưu điểm như không cần đất, chỉ cầnkhông gian đặt hộp, có thể trồng được trái vụ, không phải sử dụng thuốc trừsâu

2.3.2 Nhược điểm của kỹ thuật thuỷ canh.

- Đầu tư ban đầu lớn nên giá thành sản phẩm cao: Đây là nhược điểmlớn nhất và do đó đã cản trở việc phổ triển kỹ thuật thuỷ canh, đặc biệt đốivới những nước nghèo hoặc những vùng mà thuận lợi đối với trồng cây trênđất

- Yêu cầu trình độ kỹ thuật cao: Rõ ràng rằng khi sử dụng kỹ thuật thuỷcanh thì yêu cầu của người trồng trọt về vấn đề sinh lý cây trồng, về hoá học

và về kỹ thuật trồng trọt cao hơn nhiều so với người trồng cây trên đất Vìtrong đất tính đệm hoá cao, nên những thay đổi lớn trong việc cung cấp dinhdưỡng cũng không ảnh hưởng sâu sắc tới sự sinh trưởng của cây; còn trongdung dịch dinh dưỡng thì đặc tính này thấp, nên việc sử dụng quá liều mộtchất dinh dưỡng nào đó có thể gây hại thậm chí có thể dẫn đến chết cây

- Sự lan truyền bệnh nhanh: Nhất là ở các hệ thống kín hoặc dùng lạidung dịch dinh dưỡng, khi mầm bệnh đã xuất hiện thì trong thời gian rấtngắn chúng đã có mặt ở toàn bộ hệ thống như vi khuẩn gây héo cà chua, hạttiêu và cà (Pseudomonas solanacearum) [3, tr.34]

- Một nhược điểm nữa của thuỷ canh là đòi hỏi nguồn nước đảm bảonhững tiêu chuẩn nhất định: Có đảm bảo được như vậy con người mới hoàntoàn chủ động kiểm soát được thành phần dinh dưỡng cung cấp cho câytrồng Theo D J Midmore thì yêu cầu về độ mặn trong nước dùng cho các

hệ thống thuỷ canh là nhỏ hơn 2.500 ppm

- Rau trồng bằng kỹ thuật thủy canh có bộ lá mỏng hơn, yếu hơn so vớicây trồng trong đất

Phần II MỘT SỐ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VỀ KỸ THUẬT THUỶ CANH

3.1 Một số kết qủa nghiên cứu về dung dịch dưỡng để trồng cây

bằng kỹ thuật thuỷ canh.

3.1.1 Một số kết qủa nghiên cứu về dung dịch dưỡng để trồng cây bằng kỹ thuật thuỷ canh trên Thế giới.

Dung dịch dinh dưỡng để trồng cây bằng kỹ thật thuỷ canh được nghiêncứu cùng với sự ra đời của kỹ thuật thuỷ canh Sau khi các nhà khoa học xácđịnh được sự sinh trưởng của cây trồng sẽ không bình thường nếu thiếu 1trong 16 nguyên tố hoá học sau: C, H, O, N, P, K, Ca, Mg, S, Fe, Cu, Mn,

Zn, Mo, B, Cl; hàng loạt các dung dịch dinh dưỡng để nuôi trồng cây bằng

kỹ thuật thuỷ canh được các nhà khoa học đưa ra Có lẽ dung dịch dinhdưỡng đầu tiên được sử dụng để nuôi cây là của nhà sinh lý thực vật Knop(từ giữa thế kỷ 19) Dung dịch Knop có đặc điểm là thành phần rất đơn giản,chỉ gồm 6 loại muối vô cơ, trong đó chứa các nguyên tố đa và trung lượng,không có các nguyên tố vi lượng Do vậy khả năng sinh trưởng của cây trồngtrong dung dịch này không được tốt lắm Sau đó là các dung dịch dinh dưỡngphổ biến để nuôi trồng thực vật bậc cao Từ những môi trường dung dịchdinh dưỡng đơn giản nhất như: Hoagland-Arnon chỉ gồm 4 hợp chất muối vô

cơ cho đến những môi trường phức tạp gồm hàng chục loại muối vô cơ khácnhau như môi trường của Arnon, của Olsen, của Sinsadze [10, tr.36-41]; vàmột số dung dịch gần đây thường được sử dụng như dung dịch của FAO, củaĐài Loan

Các nhà khoa học còn nghiên cứu các dung dịch dinh dưỡng riêng chomột số loài cây trồng như dung dịch để trồng lúa của Axan, dung dịch đểtrồng củ cải đường của Belouxov, dung dịch để trồng cà chua của Kitxon,dung dịch để trồng chè của Khaan và Xcurea, dung dịch để trồng táo củaMori [10, tr.43-46], dung dịch của Winsor (1973) để trồng cà chua [14,tr.90-91]

Ngoài ra còn một số các nghiên cứu khác trên Thế giới về dung dịchdinh dưỡng trong kỹ thuật thuỷ canh như: Sandoval và cộng sự (Mehico -1994) nghiên cứu việc thay thế 1 phần đạm nitrat trong dung dịch bằng đạmamol dưới dạng cacbonat để trồng lúa mì và kết luận: Năng suất chất khô vàhạt giảm khi sử dụng đạm amol [36] Tác giả Carbonell và cộng sự (Mỹ -1994) còn nghiên cứu ảnh hưởng của nguyên tố asen đến hàm lượng cácnguyên tố vi lượng trong cây cà chua được trồng trong thuỷ canh và kết luận:

Có asen trong dung dịch dinh dưỡng làm tăng sự hấp thu sắt và giảm sự hấpthu B, Cu, Mn, Zn, tức là asen gây nên sự phá huỷ cấu trúc cây [18]

Sudradfat -R và Herenati -E (Indonesia - 1992) đã nghiên cứu sử dụnghỗn hợp nước sản xuất từ lên men yếm khí lá rác như một dung dịch dinh

dưỡng để trồng cây bằng kỹ thuật thuỷ canh và thấy rằng dưa chuột NhậtBản trồng bằng nước lên men yếm khí lá rác pha loãng 2 lần có chiều caocây thấp hơn, chiều dài quả và trọng lượng quả tương đương với dùng dungdịch dinh dưỡng thuỷ canh [44].

3.1.2 Một số kết qủa nghiên cứu về dung dịch dưỡng để trồng cây bằng kỹ thuật thuỷ canh ở Việt Nam.

Ở Việt Nam khi kỹ thuật thuỷ canh bắt đầu được nghiên cứu thì dungdịch dinh dưỡng chủ yếu nhập từ Đài Loan Để chủ động về dinh dưỡng đã

có một số tác giả nghiên cứu và thu được một số kết quả nghiên cứu về dungdịch dinh dưỡng để trồng cây bằng kỹ thuật thuỷ canh như: Công ty phânbón Sông Gianh đã pha chế được dung dịch dinh dưỡng thủy canh ThăngLong để trồng các loại rau ăn lá và ăn quả Theo tác giả Nguyễn Thị Dần(1998) đã khảo nghiệm dung dịch này và kết luận dung dịch dinh dưỡngThăng Long không thua kém gì so với dung dịch dinh dưỡng của Đài Loanđối với rau ăn lá, hoa và quả về năng suất và chất lượng rau, hoa và quả Đặcbiệt ớt ngọt trồng trong dung dịch này cho năng suất cao hơn 72,8 % so vớidung dịch Đài Loan Giá thành sử dụng của dung dịch sẽ thấp hơn 46,3% dogiá dinh dưỡng chỉ bằng 1/3 giá dung dịch nhập từ Đài Loan [2, tr.19]

Tác giả Nguyễn Quang Thạch và cộng sự (1998) đã nghiên cứu tự phachế 2 dung dịch dinh dưỡng (NC1 và NC2) để trồng thử nghiệm với một sốloại rau ăn lá bằng kỹ thuật thuỷ canh Các tác giả đã thu được kết quả nhưsau: Cả 2 dung dịch mà hoàn toàn chủ động pha chế là NC1 và NC2 đều chosản phẩm rau xà lách và rau cải có chất lượng tương đương và năng suất đạtđược từ 70 - 90% so với cùng loại rau trồng bằng dung dịch nhập từAVRDC; nhưng giá 2 dung dịch tự chế chỉ bằng 1/3 nên giá thành rau đãgiảm được 22 - 27% so với sử dụng dinh dưỡng nhập từ AVRDC [11,tr.455]

Khi nghiên cứu ảnh hưởng của dung dịch FAO và Knop có cải tiến bằngcách bổ sung vi lượng đến sự sinh trưởng, phát triển và năng suất của càchua VR2 và XH2, tác giả Vũ Quang Sáng đã cho biết: Chủ động được việcpha chế dung dịch FAO và Knop cộng với vi lượng để trồng cà chua bằng kỹthuật thuỷ canh, không cần điều chỉnh pH mà chỉ cần bổ sung dung dịch dinhdưỡng khi cây ra hoa Năng suất và chất lượng quả trồng trên 2 dung dịch

này tốt và giá thành hạ hơn so với sử dụng dung dịch dinh dưỡng nhập từAVRDC [7, tr.324-325].

Năm 1996, chúng tôi cũng đã nghiên cứu một số dung dịch dinh dưỡng

để trồng cây bằng kỹ thuật thuỷ canh Ở đây chúng tôi sử dụng 8 loại dungdịch trong đó có 4 loại được sử dụng nguyên bản là dung dịch nhập từ ĐàiLoan (đ/c), dung dịch FAO, dung dịch Knop, dung dịch I Mai và 4 loại dungdịch được cải tiến từ 4 dung dịch nguyên bản trên Qua theo dõi ảnh hưởngcủa chúng tới sự sinh trưởng của rau cải xanh và quá trình sinh trưởng pháttriển và năng suất của cà chua chúng tôi thấy: Tất cả 7 dung dịch tự pha chế

và cải tiến đều cho năng suất cải xanh thấp hơn trong đó có dung dịch FAOcho năng suất cải xanh cao nhất đạt 76,8% so với sử dụng dung dịch nhập từĐài Loan Tuy nhiên, đối với quá trình sinh trưởng, phát triển và năng suấtcủa cà chua thì có tới 4 trong 7 dung dịch chúng tôi tự pha chế và cải tiếncho năng suất cao hơn; đặc biệt là dung dịch Knop cải tiến bằng cách bổsung thêm vi lượng và sắt của Đài Loan đã cho năng suất cà chua đạt 5,69kg/m2 vượt 82,37% so với sử dụng dung dịch nhập từ Đài Loan [8]

2.2 Một số kết quả nghiên cứu về dụng cụ và giá thể để trồng cây bằng kỹ thuật thủy canh.

2.2.1 Một số kết quả nghiên cứu về dụng cụ

3.2.1 Một số kết qủa nghiên cứu về dụng cụ để trồng cây bằng kỹ thuật thuỷ canh trên Thế giới.

Từ khi kỹ thuật thuỷ canh ra đời đến nay nó đã trải qua rất nhiều kiểudụng cụ để trồng cây Nếu căn cứ vào đặc điểm sử dụng dung dịch dinhdưỡng thì có thể chia ra thành những kiểu hệ thống thuỷ canh sau:

+ Hệ thống thuỷ canh tĩnh: Trong quá trình sử dụng dung, dịch dinhdưỡng không chuyển động Những hệ thống này có ưu điểm là không phảiđầu tư chi phí cho thiết bị làm chuyển động dung dịch dinh dưỡng nênthường giá thành hạ hơn, nhưng nhược điểm là thường thiếu ô xy trong dungdịch và dễ sinh ra chua (pH giảm dần)

+ Hệ thống thuỷ canh động: Trong quá trình sử dụng dung dịch dinhdưỡng có chuyển động nên đặc điểm của nó ngược lại với các hệ thống thuỷcanh tĩnh là chi phí cao nhưng không thiếu ô xy trong dung dịch

Riêng các hệ thống thuỷ canh động có thể chia làm 2 loại sau:

- Hệ thống thuỷ canh mở: Trong đó dung dịch dinh dưỡng không có sựtuần hoàn trở lại, gây ra sự lãng phí dung dịch nhưng không mất tiền đầu tưcho bơm để bơm dung dịch dinh dưỡng tuần hoàn trở lại

- Hệ thống thuỷ canh kín: Trong đó dung dịch dinh dưỡng có sự tuầnhoàn trở lại nhờ một hệ thống bơm hút dung dịch dinh dưỡng ở bể chứa đầuthấp đưa lên đầu cao của hệ thống máng trồng cây nên thường chi phí banđầu cao nhưng tiết kiệm được dung dịch

Lịch sử phát triển của hệ thống kỹ thuật thuỷ canh đã trải qua một sốloại hình thuỷ canh chính như sau:

- Hệ thống trồng cây trong nước sâu (hệ thống Gericke): là hệ thốngtrồng cây thuỷ canh tĩnh của Gericke đưa ra rất thịnh hành trong những năm

1930 Nó gồm một hệ thống máng chứa dung dịch, trên mặt máng căng mộtlớp lưới, bên trên lưới rải cát mỏng để giữ gốc cho cây đứng và che tối cho rễcây trong dung dịch Một phần hoặc toàn bộ rễ cây được nhúng vào trongdung dịch dinh dưỡng Người ta điều chỉnh khoảng cách giữa lớp lưới và bềmặt dung dịch để tăng dần khoảng lưu không ở vùng rễ ngay dưới gốc câycho phù hợp với tuổi của cây (cây càng lớn thì khoảng lưu không càng cầnnhiều) Về sau có một số hệ thống cải tiến sang thuỷ canh động (dung dịchdinh dưỡng có tuần hoàn)

- Hệ thống thuỷ canh nổi: là hệ thống thuỷ canh động kín Luống trồngcây được thả nổi trên dung dịch Cây trồng được di chuyển dần trên máng.Gieo hạt ở đầu máng và thu hoạch ở cuối máng Hệ thống này là cả một dâychuyền khép kín

- Hệ thống trồng cây trong nước sâu có tuần hoàn: Gồm nhiều loại khácnhau nhưng có chung một đặc điểm là trồng cây trong nước sâu hoặc nửasâu Có hoặc không sử dụng bể chứa dung dịch dinh dưỡng Trong hệ thống

có các máng trồng cây tĩnh Dung dịch dinh dưỡng được chảy tới với mộtvận tốc thích hợp qua rễ cây và có hồi lưu nhờ một hệ thống bơm, trước khichảy vào vùng rễ dung dịch được chảy qua một máy hoà khí Rễ cây hoàntoàn nằm trong dung dịch dinh dưỡng sâu lưu chuyển Độ sâu của dung dịchđược điều chỉnh theo yêu cầu của mỗi loại cây và từng giai đoạn sinh trưởngcủa cây

- Hệ thống màng mỏng dinh dưỡng (Nutrient Film Technique = NFT):Đây là hệ thống thuỷ canh động Đặc điểm là rễ cây được ngâm trong mộtdòng dung dịch dinh dưỡng rất nông chảy ở đáy máng nên phát triển thànhmột lớp nệm mỏng trên đáy máng Ưu điểm nổi bật của hệ thống này là tỷ lệgiữa diện tích bề mặt đối với khối lượng dung dịch rất cao cho phép thôngkhí tốt Dung dịch dinh dưỡng được chảy qua rễ thường xuyên ở độ dàykhoảng 5 mm và với lưu lượng khoảng 2 lít/phút.

- Hệ thống màn sương dinh dưỡng (còn gọi là khí canh - aeroponic): làmột biến thái của thuỷ canh Trong hệ thống này cây được trồng trong những

lỗ thủng của các tấm polystyrene xốp, hoặc các loại vật liệu khác Đặc điểm

là rễ cây được treo lơ lửng trong không khí ở phía dưới tấm đỡ gốc cây tronghộp xốp có hệ thống phun mù dung dịch dinh dưỡng Dinh dưỡng và nướcđược cung cấp đều đặn định kỳ cho rễ cây bằng hệ thống này, khoảng cáchgiữa các lần phun thích hợp là 2 đến 3 phút Hộp naỳ cần che kín để cho rễđược nằm trong bóng tối Hệ thống này có ưu điểm đặc trưng là không lothiếu ô xy, nhưng nhược điểm là phức tạp khó làm với quy mô lớn Mộtnhược điểm nữa là ở hệ thống này rễ cây phải thực hiện chức năng của rễ màkhông có chỗ dựa nên chúng thường cuộn rối với nhau và có ít lông hút nênthường cây mọc không khỏe bằng ở những hệ thống khác [14, tr.20-49].Ngoài một số các hệ thống thuỷ canh chính trên còn rất nhiều hệ thốngthuỷ canh khác nữa

Khi nghiên cứu về kỹ thuật thuỷ canh các tác giả đều cho thấy một yêucầu chung để mở rộng ra quy mô thương mại đối với tất cả các hệ thống thuỷcanh là cần phải đảm bảo ổn định được pH môi trường trong quá trình canhtác và không phải sục khí để cung cấp ô xy cho rễ cây Với nguyên lý đóngười ta đã tiếp tục cải tiến và hoàn thiện dần các hệ thống thuỷ canh sao chongày càng đơn giản mà vẫn đáp ứng được yêu cầu của kỹ thuật Ngưòi ta đãcải tiến sang sử dụng những vật dụng hết sức đơn giản và đa dạng, kể cảnhững phế phẩm như: sử dụng thùng xốp, khay gỗ, chậu nhựa, bình sứ,thậm chí cả lốp ô tô, túi nilon Giá thể đỡ cây là trấu hun, cát, vụn thanđá Những hệ thống cải tiến này có giá thành rẻ nên đã được thịnh hành,phổ biến rộng rãi nhất là ở khu vực châu Mỹ và các nước vùng nam Á và đãđược tổ chức FAO khuyến cáo sử dụng

Cho đến gần đây và tỏ ra ưu việt nhất là hệ thống thuỷ canh cải tiến củatrung tâm nghiên cứu và phát triển rau Châu Á (AVRDC), do tiến sỹ Hideo IMai và tiến sỹ David Midmore nghiên cứu và hoàn thiện Hệ thống này sửdụng một loại hộp xốp chuẩn có kích cỡ xác định để đựng dung dịch dinhdưỡng Giá thể đỡ cây chỉ dùng một loại là trấu hun Rọ nhựa đựng giá thể

có nhiều loại, mỗi loại chuyên dùng để trồng một số loại cây Ví dụ có loạichuyên dùng để trồng cà chua, cà tím và một số rau ăn sống

Hệ thống thuỷ canh cải tiến của AVRDC có những đặc điểm sau:

- Dung dịch dinh dưỡng phù hợp cho hầu hết các loại cây trồng đặc biệt

là rau

- Có khoảng cách thích hợp giữa mặt nước và gốc cây tạo điều kiện chomột phần rễ nằm lơ lửng và thở trong không khí Đồng thời phần rễ còn lạinhúng trong dung dịch để hút nước và dinh dưỡng, do vậy cây sinh trưởngrất khoẻ

- Đối với cây có thời gian sinh trưởng ngắn 3 - 4 tuần (như rau cải) thìtrong suốt quá trình trồng không cần bổ sung thêm dung dịch

Có thể nói đây là một hệ thống thuỷ canh tối ưu hiện nay Hệ thống này

có rất nhiều ưu điểm như:

- Hộp xốp kín đựng dung dịch có tác dụng cách nhiệt, làm cho nhiệt đọtrong dung dịch tương đối ổn định (ấm về mùa đông, mát về mùa hè) vàtránh ánh sáng cho bộ rễ, tạo điều kiện thuận lợi cho sự sinh trưởng của cây

- Hộp gọn nhẹ, dễ di chuyển khi cần tránh gió bão, đơn giản dễ làm, đặtbất cứ chỗ nào cũng được (như hành lang, ban công, sân thượng )

- Tất cả các hộp được đặt chung trong một nhà màn để cách ly côntrùng

- Dung dịch dinh dưỡng trong hộp để nuôi cây không cần phải tuần hoàn

mà lại không phải sục khí

3.2.2 Một số kết qủa nghiên cứu về dụng cụ để trồng cây bằng kỹ thuật thuỷ canh ở Việt Nam.

Vì kỹ thuật thuỷ canh còn là mới đối với Việt Nam nên cũng như đa

số các khía cạnh khác, dụng cụ thuỷ canh còn chưa được nghiên cứu đến

Xuất phát từ chỗ muốn hạ giá thành cây giống sản xuất từ cây nuôi cấy môbằng con đường thuỷ canh ở giai đoạn vườn ươm, cùng với sự nghiên cứucải tiến dung dịch thì chúng tôi đã nghiên cứu cải tiến cả dụng cụ Phươngchâm cải tiến là: đơn giản, dễ làm, chi phí ít, có thể áp dụng được cho hộgia đình ở nông thôn Với phương châm đó, qua nhiều lần cải tiến từ hệthống thuỷ canh của AVRDC (là những hộp xốp có nắp đục lỗ đặt rọ nhựa,trong rọ nhựa nhồi trấu hun để trồng cây) đến nay chúng tôi tạm sử dụngmột hệ thống rất đơn giản và rẻ tiền Có thể mô tả hệ thống này như sau:Phần đáy hộp xốp được thay bằng những máng đào xuống đất rộng 1 m,sâu 10 đến 15 cm, dài tuỳ ý sao cho chẵn số lần 2 m Trên đaý máng đượclót nilon để đựng dung dịch dinh dưỡng Phần nắp hộp xốp được thay bằngmột khung tre hoặc gỗ có kích thước 2 m x 1 m, có đáy là phên tre đanvuông 5 x 5 cm Trên phên tre có lót 1 lớp lưới để đựng giá thể để trồngcây Sườn khung cao khoảng 5 -7 cm để giữ không cho giá thể rơi ra ngoài.

Ở đây giá thể chúng tôi chuyên sử dụng là trấu hun như ở hệ thống củaAVRDC Mỗi khung này sẽ là 2 m2, có diện tích bằng 12 hộp xốp Chi phí

hệ thống thuỷ canh cải tiến như thế này chỉ bằng 40 - 50% chi phí cho hệthống thuỷ canh của AVRDC, mà vẫn không ảnh hưởng tới quá trình sinhtrưởng, phát triển của cây

2.2.2 Một số kết quả nghiên cứu về giá thể

2.3 Một số hướng và kết quả nghiên cứu về khả năng ứng dụng của kỹ thuật thuỷ canh trong cuộc sống.

2.3.1 Một số kết quả nghiên cứu về khả năng ứng dụng của kỹ thuật thuỷ canh để sản xuất cây giống ở vườn ươm.

Sử dụng kỹ thuật thuỷ canh để sản xuất cây giống là một ứng dụng mớinảy sinh Hiện nay kết quả nghiên cứu về vấn đề này trên Thế giới còn rất ít.Qua tập hợp tài liệu chúng tôi thấy ở trạm nông nghiệp Okinaura của JIRCA

ở Nhật (1997) đã sử dụng hệ thống thuỷ canh để sản xuất giống mía từ chồiđốt Phương pháp này có thể tóm tắt như sau: Dựng đứng các đoạn thân míatrong dung dịch dinh dưỡng để rễ phát triển từ đốt dưới nhất và các chồi đốtđược phát triển ở hầu hết các vị trí, trong khi trồng ở ngoài đồng chồi đốt chỉxuất hiện ở 3 đốt phía trên Giá thể được sử dụng để kéo dài chồi đốt làMagic Soil và Jam Breaker (đều là các sợi hoá học) Hệ thống này được tiến

hành trong nhà kính nên sẽ giữ được nhiệt độ tối thích cho mía sinh trưởng.Kết quả là sản xuất được một khối lượng lớn cây con từ chồi đốt của cây mẹtrong một thời gian ngắn [5, tr.9]

Ở Việt Nam, ngay sau khi kỹ thuật thuỷ canh được du nhập vào các nhàkhoa học đã nghĩ ngay đến việc ứng dụng kỹ thuật này vào giai đoạn vườnươm của cây nuôi cấy mô để sản xuất cây giống Có thể nói các tác giảtrường Đại học nông nghiệp I là những người đề xướng hướng nghiên cứunày Trong thời gian qua các tác giả đã nghiên cưu cấy chuyển một số cây ănquả (chuối, dứa), cây hoa (cúc, cẩm chướng, loa kèn ), cây rau (khoaitây ) Theo hướng này Viện nghiên cứu rau quả cũng nghiên cứu cấychuyển một số cây rau, cây ăn quả, cây hoa Viện dược liệu nghiên cứu cấychuyển một số cây thuốc quý từ nuôi cấy trong ống nghiệm ra hệ thống thuỷcanh để sản xuất cây giống Kết quả nghiên cứu của các cơ sở này đều bướcđầu nhận xét chung là: Các cây nuôi cấy mô trong ống nghiệm đưa ra trồngtrên hệ thống thuỷ canh để sản xuất cây giống ở giai đoạn vườn ươm đều có

tỷ lệ sống cao, sinh trưởng nhanh, rút ngắn được thời gian xuất vườn và chấtlượng cây giống được cải thiện, nhưng giá thành cây giống cao hơn đưathẳng ra đất

Có thể điểm qua một số kết quả bước đầu về vấn đề này ở Việt Namnhư sau:

Học viên cao học Nguyễn Thị Nhẫn dưới sự hướng dẫn của thầy giáoNguyễn Quang Thạch (Đại học nông nghiệp I, 1995) đưa dứa nuôi cấy mô rathuỷ canh để sản xuất dứa giống đã nhận xét: Sau 2 tháng ở vườn ươm câydứa ở thuỷ canh có các chỉ tiêu sinh trưởng (trừ số lá) gấp 2 lần và có khốilượng tươi gấp 8 lần trồng trên cát [6, tr.98]

Học viên cao học Đặng Thị Vân dưới sự hướng dẫn của thầy giáoNguyễn Quang Thạch (Đại học nông nghiệp I, 1995) đưa khoai tây nuôi cấy

mô ra vườn ươm trong điều kiện vụ thu có nhận xét: Khoai tây có tỷ lệ sống90% trên thuỷ canh, trong khi trên đất chỉ đạt 40% Sử dụng hệ thống thuỷcanh của AVRDC để sản xuất củ giống khoai tây gốc có khả năng tạo củbình thường như trồng trên đất, nhưng năng suất tăng gấp 8 lần và giá thànhgiảm 60% so với trồng trên đất Dung dịch Knop có hiệu quả hơn dung dịch

MS khi sử dụng vào mục đích nhân cây khoai tây in vitro trên bồn mạ

Tác giả Phạm Thị Kim Thu và Đặng Thị Vân (1997) nghiên cứu đưachuối nuôi cấy mô ra vườn ươm bằng kỹ thuật thuỷ canh đã nhận xét: Tỷ lệsống của chuối nuôi cấy mô trồng trên dung dịch có biểu hiện cao hơn trồngtrên đất Cả 2 giai đoạn vườn ươm chuối nuôi cấy mô trồng trên thuỷ canhđều sinh trưởng tốt hơn trồng trên hỗn hợp cát + đất + phân mùn [13, tr.13].Tác giả Phạm Thị Kim Thu và Nguyễn Khắc Anh (1996) khi nghiên cứutrên cây dứa cũng kết luận: Cây dứa nuôi cấy mô dưa ra vườn ươm trồng trên

hệ thống thuỷ canh AVRDC với các loại dung dịch khác nhau đều có khốilượng tươi sau trồng 2 tháng lớn hơn hẳn ở trên đất Các tác giả cũng chobiết có thể sử dụng hệ thống Hydroponic của ARVDC để tạo cây hoàn chỉnhphục vụ sản xuất, và các tác giả cũng đề nghị nghiên cứu thêm về vấn đề này[12, tr.12]

Sinh viên Lê Hoàng Anh dưới sự hướng dẫn của Thầy giáo NguyễnQuang Thạch (ĐH nông nghiệp I, 1996) đã nghiên cứu thăm dò ứng dụng kỹthuật thuỷ canh vào giai đoạn vườn ươm để đưa một số cây nuôi cấy mô như:Chuối, dứa, mía, cúc, cẩm chướng ra vườn ươm sản xuất cây giống, và đã cómột số nhận xét sau: Các cây nuôi cấy mô đưa ra vườn ươm bằng kỹ thuậtthuỷ canh có tỷ lệ sống cao hơn Riêng với cây mía thì có khả năng đẻ nhánhcao hơn so với đưa thẳng ra hỗn hợp đất, cát và phân mục Mỗi loại cây nuôicấy mô khi đưa ra có thích hợp với một môi trường khác nhau Ví dụ: Câymía thích hợp với dung dịch của Đài Loan pha loãng ở nồng độ 25% củanồng độ chuẩn có bổ sung thêm sắt Cây chuối, cây dứa, cây hoa cẩmchướng thì thích hợp với dung dịch của Đài Loan pha loãng 50 % [1, tr.62].Sinh viên Đinh Trường Sơn dưới sự hướng dẫn của Thầy giáo NguyễnQuang Thạch và Cô giáo Nguyễn Thị Nhẫn (ĐH nông ngghiệp I, 1999) khinghiên cứu “góp phần hoàn thiện quy trình nhân giống dứa Cayenne bằngphương pháp nuôi cấy mô” đã cho thấy: phương thức thuỷ canh giúp cho quátrình sinh trưởng và phát triển thuận lợi, vì cây con có thể xuất vườn sớmhơn so với các phương thức khác từ 1 đến 2 tháng [9, tr.84]

Từ 1996 đến nay chúng tôi chúng tôi nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật thuỷcanh vào giai đoạn vườn ươm của chuối và dứa nuôi cấy mô để sản xuấtchuối, dứa giống đã thu được rất nhiều kết quả, đó là nội dung chính xinđược trình bày kỹ trong luận án

2.3.2 Một số hướng và kết quả nghiên cứu ứng dụng về kỹ thuật thuỷ canh trên Thế giới.

Từ sau khi hệ thống thuỷ canh trong nước sâu của Gericke ra đời(1930), trên Thế giới tập trung nghiên cứu và triển khai ứng dụng kỹ thuậtthuỷ canh nên đã có hàng loạt kết quả về vấn đề này ra đời Sau đây là một

số cơ sở trồng cây bằng kỹ thuật thuỷ canh với quy mô lớn trên Thế giới.+ Cơ sở trồng cây hydroponic của Mỹ trước kia ở gần Tokyo (Nhật):Sau chiến tranh thế giới thứ hai quân lực Hoa Kỳ đã xây dựng ở Nhật một cơ

sở lớn để sản xuất rau xanh trong đó có 22,5 ha sử dụng kỹ thuật trồng câytrên giá thể trơ (sỏi) có dung dịch dinh dưỡng hồi lưu

+ Trồng cây trong hydroponic ở Gabông: Ở đây năng suất một số loạirau đã đạt được rất cao như:

- Rau diếp: Trồng với mật độ 25 cây/m2, năng suất đạt khoảng 150g/cây/30-35 ngày

- Dưa tây, cà chua: Năng suất đạt 3 kg/m2/75 ngày

- Dưa chuột: Trồng với mật độ 3,5-4 cây/m2, năng suất đạt 7 kg/m2/90ngày

+ Trồng cây hydroponic quy mô thương mại ở Khaitib Land(Singapore) Đây là chương trình hydroponic để sản xuất rau quả quy môthương mại của Singapore, là hệ thống trồng cây trên giá thể trơ có tuần hoàndung dịch, với tổng diện tích là 16,7 ha Nhà nước cho các công ty thuê từ0,7 - 2 ha để sản xuất Trong hệ thống này rau, quả được trồng trên các luống

bê tông rộng 1 m dài 20 - 30 m, sâu 15 - 20 cm Giá thể sử dụng ở đây là mộtloại đá mảnh Granit (có kết cấu tương đối thô) Ở đây người ta đã sử dụngmáy điện toán để quản lý hệ thống

+ Cơ sở hydroponic ở Kuwait: Cơ sở này gồm 4 nhà kính với tổng diệntích có mái che là 0,42 ha Các luống được bố trí dài 15 m rộng 0,85 m.Luống được lót bằng một tấm chất dẻo rồi đổ sỏi dày 20 cm Cây được trồngtrên giá thể là sỏi Dung dịch dinh dưỡng được tuần hoàn bằng hệ thốngbơm, và lưu lại ở luống khoảng 20 phút, rồi trở về bể Đối tượng cây trồng là

cà chua, cà tím, ớt, dưa chuột