1. Trang chủ
  2. » Luận Văn - Báo Cáo

Nghiên cứu ảnh hưởng của ánh sáng đơn sắc (led light emitting diode) đến sinh trưởng và năng suất rau xà lách rasta trên hệ thống thủy canh hồi lưu

141 4 0

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

THÔNG TIN TÀI LIỆU

Thông tin cơ bản

Tiêu đề Nghiên Cứu Ảnh Hưởng Của Ánh Sáng Đơn Sắc (Led Light Emitting Diode) Đến Sinh Trưởng Và Năng Suất Rau Xà Lách Rasta Trên Hệ Thống Thủy Canh Hồi Lưu
Tác giả Trương Thanh Hưng, Nguyễn Quang Thạch, Ngô Minh Dũng
Trường học Trường Đại Học Nguyễn Tất Thành
Chuyên ngành Sinh học Nông nghiệp
Thể loại báo cáo tổng kết
Năm xuất bản 2020 - 2021
Thành phố Thành phố Hồ Chí Minh
Định dạng
Số trang 141
Dung lượng 3,74 MB

Nội dung

Trang 1 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NGUYỄN TẤT THÀNH BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP CƠ SỞ NĂM 2020 - 2021 Tên đề tài: Nghiên cứu ảnh hưởng của ánh sáng đơn s

Trang 1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NGUYỄN TẤT THÀNH

Số hợp đồng: 2020.01.158

Chủ nhiệm đề tài: Trương Thanh Hưng

Đơn vị công tác: Viện Sinh học Nông nghiệp Tất Thành

Thời gian thực hiện: 12 tháng, từ 8/2020 – 8/2021

NTTU-NCKH-04

Trang 2

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NGUYỄN TẤT THÀNH

Chủ nhiệm đề tài: Trương Thanh Hưng

Đơn vị công tác: Viện SHNN Tất Thành

Thời gian thực hiện: 12 tháng, từ 8/2020 – 8/2021

Các thành viên phối hợp và cộng tác:

01 Nguyễn Quang Thạch SLTV Viện SHNN Tất Thành

02 Ngô Minh Dũng Cây trồng Viện SHNN Tất Thành

Các thành viên phối hợp và cộng tác:

Trang 3

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 4

1.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước 4

1.1.1 Trong nước 4

1.1.2 Ngoài nước 7

1.2 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ RAU XÀ LÁCH 13

1.2.1 Nguồn gốc, phân bố, phân loại và giá trị 13

1.3 PHƯƠNG PHÁP THỦY CANH 18

1.3.1 Khái niệm về kỹ thuật thủy canh 18

1.3.2 Cơ sở khoa học của kỹ thuỷ canh 19

1.3.3 Sơ lược về lịch sử phát triển của kỹ thuật thủy canh 20

1.3.4 Các hệ thống thủy canh cơ bản 21

1.4 ÁNH SÁNG VÀ CÂY TRỒNG 23

1.4.1 Ảnh hưởng của ánh sáng tới cây trồng 23

1.4.2 Ảnh hưởng của bước sóng ánh sáng tới sự sinh trưởng của cây trồng (đơn vị bước sóng ánh sáng là nm) 25

1.5 ĐÈN LED VÀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ ĐÈN LED TRONG NÔNG NGHIỆP 27

1.5.1 Khái niệm cơ bản về đèn LED 27

1.5.2 Ưu và nhược điểm của đèn LED trong nông nghiệp 28

CHƯƠNG 2 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 31

2.1 Vật liệu nghiên cứu 31

2.1.1 Đèn Light – emitting dioes (LED) 31

2.1.2 Các bộ đèn LED được sử dụng trong nghiên cứu này gồm có: 31

2.1.3 Cây trồng 31

2.1.4 Dung dịch dinh dưỡng 31

Trang 4

2.1.5 Hệ thống thủy canh hồi lưu (động) 32

2.1.6 Thiết bị: 33

2.2 Nội dung nghiên cứu 34

2.3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 35

2.3.1 Bố trí thí nghiệm 35

2.3.2 Chỉ tiêu theo dõi 39

2.3.3 2.3.3 Phương pháp xử lý số liệu 40

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 41

3.1 Nội dung 1: Nghiên cứu ảnh hưởng các thông số kỹ thuật (tỷ lệ ánh sáng, cường độ quang hợp, thời lượng chiếu sáng) của ánh sáng đèn LED chuyên dụng (Red-Blue) đến sinh trưởng, năng suất, chất lượng rau xà lách Rasta trồng trên hệ thống thủy canh hồi lưu 41

3.1.1 Công việc 1: Nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ ánh sáng Red/Blue đến sinh trưởng, năng suất rau xà lách Rasta trồng trên hệ thống thủy canh hồi lưu 41

3.1.2 Công việc 2: Nghiên cứu ảnh hưởng cường độ quang hợp của đèn LED (Red-Blue) đến sinh trưởng, năng suất rau xà lách tím Rasta trồng trên hệ thống thủy canh hồi lưu 46

3.1.3 Công việc 3: Nghiên cứu ảnh hưởng thời lượng chiếu sáng của đèn LED (Red-Blue) đến sinh trưởng, năng suất rau xà lách tím Rasta trồng trên hệ thống thủy canh hồi lưu 50

3.2 Nội dung 2: Ảnh hưởng của tỉ lệ đèn led red/blue/Green đến sinh trưởng và năng suất rau xà lách rasta (lactuca sativa) trồng trên hệ thồng thủy canh hồi lưu 54

3.2.1 Công việc 4: Nghiên cứu ảnh hưởng tỷ lệ 3 loại ánh sáng Red/Blue/Green đến sinh trưởng, năng suất rau xà lách Rasta trồng trên hệ thống thủy canh hồi lưu 54

3.2.2 Công việc 5: Nghiên cứu ảnh hưởng cường độ quang hợp của đèn LED (Red/Blue/Green) đến sinh trưởng, năng suất rau xà lách tím Rasta trồng trên hệ thống thủy canh hồi lưu 58

3.2.3 Công việc 6: Nghiên cứu ảnh hưởng thời lượng chiếu sáng của đèn LED (Red-Blue/Green) đến sinh trưởng, năng suất rau xà lách tím Rasta trồng trên hệ thống thủy canh hồi lưu 61

Trang 5

3.3 Nội dung 3: So sánh ảnh hưởng của một số loại đèn LED đã chế tạo trên thị trường đến hiệu quả kinh tế của rau xà lách Rasta trồng trên hệ thống thủy canh

hồi lưu 63

CHƯƠNG 4 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 68

4.1 Kết luận 68

4.2 Đề xuất và khuyến nghị 68

TÀI LIỆU THAM KHẢO 69

PHỤ LỤC 1 72

(Nguồn: Viện sinh học Nông nghiệp Tất Thành) 74

Cây trồng Error! Bookmark not defined Dung dịch dinh dưỡng Error! Bookmark not defined Hệ thống thủy canh hồi lưu (động) Error! Bookmark not defined Bố trí thí nghiệm Error! Bookmark not defined Chỉ tiêu theo dõi Error! Bookmark not defined Phương pháp xử lý số liệu Error! Bookmark not defined Nội dung 1: Nghiên cứu ảnh hưởng các thông số kỹ thuật (tỷ lệ ánh sáng, cường độ quang hợp, thời lượng chiếu sáng) của ánh sáng đèn LED chuyên dụng (Red-Blue) đến sinh trưởng, năng suất, chất lượng rau xà lách Rasta trồng trên hệ thống thủy canh hồi lưu Error! Bookmark not defined. Công việc 1: Nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ ánh sáng Red/Blue đến sinh trưởng, năng suất rau xà lách Rasta trồng trên hệ thống thủy canh hồi lưu Error! Bookmark not defined. Công việc 2: Nghiên cứu ảnh hưởng cường độ quang hợp của đèn LED (Red-Blue) đến sinh trưởng, năng suất rau xà lách tím Rasta trồng trên hệ thống thủy canh hồi lưu Error! Bookmark not defined. Công việc 3: Nghiên cứu ảnh hưởng thời lượng chiếu sáng của đèn LED (Red-Blue) đến sinh trưởng, năng suất rau xà lách tím Rasta trồng trên hệ thống thủy canh hồi lưu Error! Bookmark not defined. Nội dung 2: So sánh ảnh hưởng của một số loại đèn LED đã chế tạo trên thị trường đến hiệu quả kinh tế của rau xà lách Rasta trồng trên hệ thống thủy canh hồi lưu Error! Bookmark not defined CHƯƠNG 5 91

Trang 6

CHƯƠNG 6 I THÔNG TIN CHUNG VỀ ĐỀ TÀI 91

CHƯƠNG 7 92

CHƯƠNG 8 II MỤC TIÊU, NỘI DUNG NGHIÊN CỨU VÀ PHƯƠNG ÁN THỰC HIỆN ĐỀ TÀI 92

8.1.1 Tình hình nghiên cứu, ứng dụng công nghệ đèn led trong nông nghiệp trên thế giới 93

Tình hình nghiên cứu ứng dụng của đèn LED đến sinh trưởng phát triển và năng suất của cây trồng trên thế giới 93

Tình hình nghiên cứu ứng dụng của đèn LED đến phẩm chất của cây trồng trên thế giới 95

8.1.2 Tình hình nghiên cứu, ứng dụng công nghệ đèn led trong nông nghiệp tại Việt Nam 97

2.2 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ RAU XÀ LÁCH 103

8.1.3 Nguồn gốc, phân bố, phân loại và giá trị 103

Nguồn gốc và phân bố 103

Đặc điểm sinh thái học cây xà lách 104

Yêu cầu ngoại cảnh 104

Giá trị của cây xà lách 105

Tiêu chuẩn rau xà lách an toàn (theo QĐ99) 107

2.3 108

2.4 PHƯƠNG PHÁP THỦY CANH 108

8.1.4 Khái niệm về kỹ thuật thủy canh 108

8.1.5 Cơ sở khoa học của kỹ thuỷ canh 109

8.1.6 Sơ lược về lịch sử phát triển của kỹ thuật thủy canh 110

8.1.7 Các hệ thống thủy canh cơ bản 111

Hệ thống thủy canh tĩnh 111

Hệ thống thủy canh tuần hoàn 112

2.5 ÁNH SÁNG VÀ CÂY TRỒNG 112

8.1.8 Ảnh hưởng của ánh sáng tới cây trồng 112

Cường độ bức xạ (cường độ ánh sáng) 113

Trang 7

Độ dài ngày hay quang chu kỳ (cây dài ngày hay cây ngắn ngày) 113

Độ dài sóng hay bước sóng của ánh sáng (chất lượng ánh sáng) 113

1.3.1.4 Ảnh hưởng của bước sóng ánh sáng tới sự sinh trưởng của cây trồng (đơn vị bước sóng ánh sáng là nm) 114

2.6 ĐÈN LED VÀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ ĐÈN LED TRONG NÔNG NGHIỆP 116

8.1.9 Khái niệm cơ bản về đèn LED 116

Ưu điểm của đèn LED trong nông nghiệp 117

Nhược điểm của việc sử dụng đèn LED 118

8.1.10 Chỉ tiêu theo dõi 123

8.2 Tp Hồ Chí Minh, ngày 05 tháng 7 năm 2020 126

8.3 VIỆN SHNN TẤT THÀNH 127

8.4 CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI 127

8.5 127

8.6 Trương Thanh Hưng 127

Trang 8

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

ATP Adenosine triphosphate

CTCP Công ty cổ phần

DLI Daily Light Integral (ánh sáng hàng ngày cần thiết cho quang hợp) HPS High Pressure Sodium lamp (đèn sodium cao áp)

LED Light Emitting Diode (diode phát sáng)

NADPH Nicotinamide adenine dinucleotide phosphate

PFAL Plant Factory with Artificial Lighting

TNHH TM Trách nhiệm hữu hạn Thương mại

UV Ultraviolet

LSD0,05 Độ lệch chuẩn mức ý nghĩa 5%

CV Coeffiicient of variation (hệ số biến thiên)

Lux Là đơn vị dùng để tính công suất ánh sáng, lượng ánh sáng chiếu trên

bề mặt cụ thể Lượng Lumen trên một mét vuông = LUX PAR Photo-synthetically Active Radiation” (bức xạ hoạt tính quang hợp)

Đây là những bước sóng ánh sáng mà thực vật của bạn có thể sử dụng

để quang hợp

PPF Photosynthetic Photon Flux (dòng photon hữu hiệu cho quang hợp)

µmol/s Thể hiện số lượng photon rơi xuống trên mỗi giây PPFD Photosynthetic Photon Flux Density (mật độ dòng photon hữu hiệu cho

quang hợp) µmol/m2/s Thể hiện số lượng photon rơi xuống bề mặt chiếu sáng mỗi mét vuông trên giây

Trang 9

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Ảnh hưởng của các loại đèn đến màu sắc của rau xà lách - 12

Hình 1.2 Mô hình thủy canh tĩnh - 23

Hình 1.3 Mô hình thủy canh tuần hoàn - 23

Hình 1.4: Quang phổ hấp thụ của diệp lục - 25

Hình 1.5: Sự phát photon/ánh sáng đèn LED từ đường giao nhau của chất bán dẫn loại p và n khi điện được cung cấp - 28

Hình 1.6: Bốn loại cấu hình đèn LED - 29

Hình 0.2 Bộ điều chỉnh tỉ lệ ánh sáng đèn LED - 33

Hình 0.1 Hệ thống thuỷ canh hồi lưu kết hợp đèn LED - 33

Hình 0.1 Xà lách Rasta trồng bằng phương pháp thủy canh hồi lưu sau 28 ngày trồng ở các tỉ lệ ánh sáng đèn LED R600-700/B400-500 khác nhau CT1: đèn led trắng(ĐC), CT2: R600-700/B400-500 = 8/2, CT3: R600-700/B400-500 = 7/3, CT4: R600-700/B400-500 = 6/4 - 42

Hình 0.2 Bước sóng của đèn led trắng và đèn led R600-700/B400-500 ở các tỉ lệ khác nhau - 45

Hình 0.2 Xà lách Rasta trồng bằng phương pháp thủy canh hồi lưu sau 28 ngày trồng ở các cường độ ánh sáng đèn LED R600-700/B400-500 (8/2) khác nhau CT1: cường độ (110 µM/m2/s), CT2: cường độ (130 µM/m2/s), CT3: cường độ (150 µM/m2/s), CT4: cường độ (180 µM/m2/s) - 47

Hình 0.3 Năng suất của cây xà lách Rasta trồng bằng phương pháp thủy canh hồi lưu sau 28 ngày trồng ở các cường độ ánh sáng LED R600-700/B400-500 (8/2) khác nhau CT1: cường độ (110 µM/m2/s), CT2: cường độ (130 µM/m2/s), CT3: cường độ (150 µM/m2/s), CT4: cường độ (180 µM/m2/s) - 49

Hình 0.4: Xà lách Rasta trồng bằng phương pháp thủy canh hồi lưu sau 28 ngày trồng ở đèn LED R600-700/B400-500=8/2 cường độ chiếu sáng 180 µM/m2/s ở các thời lượng chiếu sáng (ngày/đêm) khác nhau CT1: 10/14 (ngày/đêm), CT2: 12/12 (ngày/đêm), CT3: 14/10 (ngày/đêm), CT4: 16/18 (ngày/đêm) - 51

Trang 10

Hình 0.6: Xà lách Rasta trồng bằng phương pháp thủy canh hồi lưu sau 28 ngày trồng ở

đèn LED R600-700/B400-500=8/2 cường độ chiếu sáng 180 µM/m2/s ở các thời lượng chiếu sáng (ngày/đêm) khác nhau CT1: 10/14 (ngày/đêm), CT2: 12/12 (ngày/đêm), CT3: 14/10 (ngày/đêm), CT4: 16/18 (ngày/đêm) - 52

Hình 3.7 tỉ lệ ánh sáng của cái loại đèn LED trong thí nghiệm - 54 Hình 0.8 Xà lách Rasta trồng bằng phương pháp thủy canh hồi lưu sau 35 ngày trồng của

đèn led trắng và đèn led R600-700/B400-500/G500-600 ở các tỉ lệ khác nhau CT1: đèn led trắng, CT2: đèn led R600-700/B400-500/G500-600 =6/3/1, CT3: đèn led R600-700/B400-500/G500-600

=7/2/1, CT2: đèn led R600-700/B400-500/G500-600 =8/1/1 - 56

Hình 0.9 xà lách Rasta trồng bằng phương pháp thủy canh hồi lưu sau 35 ngày trồng của

đèn led R600-700/B400-500/G500-600 (7/2/1) ở các cường độ quang hợp khác nhau CT1: cường

độ (110 µM/m2/s), CT2: cường độ (130 µM/m2/s), CT3: cường độ (150 µM/m2/s), CT4: cường độ (180 µM/m2/s) - 59

Hình 0.10 xà lách Rasta trồng bằng phương pháp thủy canh hồi lưu sau 35 ngày trồng

của đèn led R600-700/B400-500/G500-600 (7/2/1) ở các thời lượng chiếu sáng (ngày/đêm) khác nhau CT1: 10/14 (ngày/đêm), CT2: 12/12 (ngày/đêm), CT3: 14/10 (ngày/đêm), CT4: 16/8 (ngày/đêm) - 62

Hình 3.11: phổ ánh sáng của các đèn trong thí nghiệm - 65 Hình 0.12 Xà lách Rasta trồng bằng phương pháp thủy canh hồi lưu sau 35 ngày trồng ở

các ở các bộ đèn LED chế tạo khác nhau CT1: LED Trắng R660/B450/G550=32/35/33, CT2: LED vàng R660/B450/G550=57/17/26, CT3: LED R600-700/B400-500/G500-600=7/2/1, CT4: LED R600-700/B400-500 = 8/2 - 66

Trang 11

DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1: Thành phần (T.P) dinh dưỡng trong rau xà lách ở một số nước và Việt Nam

(trong 100g phần ăn được) 17

Bảng 1.2: Mức giới hạn tối đa cho phép của một số vi sinh vật và hoá chất gây hại trong

Bảng 0.3 Năng suất của cây xà lách Rasta trồng bằng phương pháp thủy canh hồi lưu sau

28 ngày trồng ở các tỉ lệ ánh sáng đèn LED Red/Blue khác nhau CT1: đèn led trắng (ĐC), CT2: R600-700/B400-500 = 8/2, CT3: R600-700/B400-500 = 7/3, CT4: R600-700/B400-500 = 6/4 45

Bảng 0.4 Chiều cao cây, số lá/cây, chỉ số SPAD và diện tích lá của cây xà lách Rasta

trồng bằng phương pháp thủy canh hồi lưu sau 28 ngày trồng ở các cường độ ánh sáng đèn LED khác nhau 47

Bảng 0.5 Khối lượng cây và năng suất của cây xà lách Rasta trồng bằng phương pháp

thủy canh hồi lưu sau 28 ngày trồng ở các cường độ ánh sáng LED khác nhau 48

Bảng 0.6 Chiều cao cây, số lá/cây và diện tích lá của cây xà lách Rasta trồng bằng

phương pháp thủy canh hồi lưu sau 28 ngày trồng ở các thời lượng chiếu ánh sáng đèn LED khác nhau 50

Bảng 0.7 Khối lượng cây và năng suất của cây xà lách Rasta trồng bằng phương pháp

thủy canh hồi lưu sau 28 ngày trồng ở các thời lượng chiếu ánh sáng (ngày/đêm) đèn LED khác nhau 52

Trang 12

Bảng 3.7 chiều cao cây, số lá trên cây, chỉ số SPAD của rau xà lách rasta trồng bằng

phương pháp thủy canh hồi lưu sau 35 ngày trồng ở các tỉ lệ ánh sáng red/blue/green khác nhau 54

Bảng 0.8 Năng suất của cây xà lách Rasta trồng bằng phương pháp thủy canh hồi lưu sau

35 ngày trồng ở các tỉ lệ ánh sáng đèn LED R600-700/B400-500/G500-600 khác nhau 55

Bảng 0.9 Chiều cao cây, số lá/cây, chỉ số SPAD và diện tích lá của cây xà lách Rasta

trồng bằng phương pháp thủy canh hồi lưu sau 35 ngày trồng ở các cường độ ánh sáng đèn LED khác nhau 57

Bảng 0.10 Khối lượng cây và năng suất của cây xà lách Rasta trồng bằng phương pháp

thủy canh hồi lưu sau 35 ngày trồng ở các cường độ ánh sáng LED khác nhau 58

Bảng 0.11 Chiều cao cây, số lá/cây và diện tích lá của cây xà lách Rasta trồng bằng

phương pháp thủy canh hồi lưu sau 35 ngày trồng ở các thời lượng chiếu ánh sáng đèn LED khác nhau 60

Bảng 0.12 Khối lượng cây và năng suất của cây xà lách Rasta trồng bằng phương pháp

thủy canh hồi lưu sau 35 ngày trồng ở các thời lượng chiếu ánh sáng (ngày/đêm) đèn LED khác nhau 61

Bảng 0.13 Chiều cao cây, số lá/cây, chỉ số SPAD và diện tích lá của giống rau xà lách

Rasta trồng trên hệ thống thuỷ canh hồi lưu ở các bộ đèn LED chế tạo khác nhau 63

Bảng 0.14 Khối lượng cây và năng suất của giống rau xà lách Rasta trồng trên hệ thống

thuỷ canh hồi lưu sau 35 ngày trồng ở các bộ đèn LED khác nhau 64

Trang 13

TÓM TẮT KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

LED chuyên dụng (Red-Blue)

đến sinh trưởng, năng suất, chất

lượng rau xà lách Rasta trồng

trên hệ thống thủy canh hồi lưu

Đã xác định được bộ đèn led có tỉ lệ ánh sáng LED R600-700/B400-500 = 8/2, cường độ chiếu sáng 180 µM/m2/s, thời lượng chiếu sáng ngày/đêm (14/10) mang lại hiệu quả sinh trưởng, năng suất là cao nhất đối với xà lách so với các công thức còn lại

LED chuyên dụng

(Red-Blue-Green) đến sinh trưởng, năng

suất, chất lượng rau xà lách

Rasta trồng trên hệ thống thủy

canh hồi lưu

Đã xác định được bộ đèn led có tỉ lệ ánh sáng LED R600-700/B400-500 /G500-600

= 7/2/1, cường độ chiếu sáng 180 µM/m2/s, thời lượng chiếu sáng ngày/đêm (14/10) mang lại hiệu quả sinh trưởng, năng suất là cao nhất đối với xà lách so với các công thức còn lại

3

Nội dung 3: So sánh ảnh

hưởng của một số loại đèn LED

đã chế tạo trên thị trường đến

hiệu quả kinh tế của rau xà lách

Rasta trồng trên hệ thống thủy

canh hồi lưu

Đã xác đinh được bộ đèn LED R

600-700/B400-500= 8/2, 180 µM/m2/s, 14/10 (ngày/ đêm) cho hiệu suất kinh tế cao hơn so với đèn LED trắng

R660/B450/G550=32/35/33, đèn LED vàng R660/B450/G550=57/17/26 của CTCP Bóng đèn Phích nước Rạng Đông và led có tỉ lệ ánh sáng LED R600-

700/B400-500 /G500-600 = 7/2/1 do tập đòa

PTP cung cấp

1

Bộ hồ sơ thiết kế mô hình trồng

rau thủy canh hồi lưu sử dụng đèn

LED

01 Bản vẽ thiết kế và quy trình hoạt động của mô hình trồng rau thủy canh hồi lưu sử dụng đèn LED

2

Báo cáo cơ sở dữ liệu hiệu quả

đèn led lên mô hình trồng rau

thủy canh hồi lưu sử dụng đèn

LED

Báo cáo tổng kết về kết quả nghiên cứu hiệu quả đèn led lên mô hình

trồng rau thủy canh hồi lưu

3 Bài báo đăng tạp chí khoa học

Trang 14

4

Đào tạo sinh viên đại học 4 sinh viên thực hiện luận văn cuối

khóa 01 ĐH Nguyễn Tất Thành, 03

SV ĐH Công nghiệp Tp HCM

Thời gian thực hiện: 12 tháng, từ tháng 8/2020 – 8/2021

Thời gian nộp cuốn báo cáo: /202

Trang 15

MỞ ĐẦU

Mục tiêu tổng quát:

Xác định được các thông số kỷ thuật cụ thế của đèn LED (lọai ánh sáng, tỷ lệ ánh

sáng, cường độ quang hợp) trong quy trình trồng rau xà lách Rasta và đề xuất được hệ

thống ánh sáng cho hiệu quả kinh tế là cao nhất (đầu tư ít, năng suất cao, chất lượng tốt)

cho cây rau xà lách (lactuca sativa) trồng trên hệ thống thủy canh hồi lưu

Mục tiêu cụ thể:

- Xác định được các thông số kỹ thuật thích hợp của hệ thống đèn LED Red-Blue (tỷ lệ của hai loại ánh sáng Red/Blue, cường độ quang hợp) trong quy trình trồng xà lách Rasta trên hệ thống thủy canh hồi lưu

- Xác định được các thông số kỹ thuật thích hợp của hệ thống đèn LED Blue-Green (tỷ lệ của ba loại ánh sáng Red/Blue/Green, cường độ quang hợp) trong quy trình trồng xà lách Rasta trên hệ thống thủy canh hồi lưu

Red Xác định và đề xuất được hệ thống ánh sáng cho hiệu quả kinh tế là cao nhất (đầu tư ít, năng suất cao, chất lượng tốt) cho cây rau xà lách Rasta trồng trên hệ thống thủy canh hồi lưu

- Nội dung nghiên cứu

Nội dung 1: Nghiên cứu ảnh hưởng các thông số kỹ thuật (tỷ lệ ánh sáng, cường độ

quang hợp) của ánh sáng đèn LED chuyên dụng (Red-Blue) đến sinh trưởng, năng suất, chất lượng rau xà lách Rasta trồng trên hệ thống thủy canh hồi lưu

Công việc 1: Nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ ánh sáng Red/Blue đến sinh trưởng,

năng suất rau xà lách Rasta trồng trên hệ thống thủy canh hồi lưu

Công việc 2: Nghiên cứu ảnh hưởng cường độ quang hợp của đèn LED

(Red-Blue) đến sinh trưởng, năng suất rau xà lách tím Rasta trồng trên hệ thống thủy canh hồi

lưu

Trang 16

2

Công việc 3: Nghiên cứu ảnh hưởng thời lượng chiếu sáng của đèn LED

(Red-Blue) đến sinh trưởng, năng suất rau xà lách tím Rasta trồng trên hệ thống thủy canh hồi

lưu

Nội dung 2: Nghiên cứu ảnh hưởng các thông số kỹ thuật (tỷ lệ ánh sáng, cường độ

quang hợp) của ánh sáng đèn LED chuyên dụng (Red-Blue-Green) đến sinh trưởng, năng suất, chất lượng rau xà lách Rasta trồng trên hệ thống thủy canh hồi lưu

Công việc 4: Nghiên cứu ảnh hưởng tỷ lệ 3 loại ánh sáng Red/Blue/Green đến

sinh trưởng, năng suất rau xà lách Rasta trồng trên hệ thống thủy canh hồi lưu

Công việc 5: Nghiên cứu ảnh hưởng cường độ quang hợp của đèn LED

(Red/Blue/Green) đến sinh trưởng, năng suất rau xà lách tím Rasta trồng trên hệ thống

thủy canh hồi lưu

Công việc 6: Nghiên cứu ảnh hưởng thời lượng chiếu sáng của đèn LED

(Red-Blue/Green) đến sinh trưởng, năng suất rau xà lách tím Rasta trồng trên hệ thống thủy

canh hồi lưu

Nội dung 3: So sánh ảnh hưởng của một số loại đèn LED đã chế tạo trên thị trường đến

hiệu quả kinh tế của rau xà lách Rasta trồng trên hệ thống thủy canh hồi lưu

Trang 17

3

TÓM TẮT

Ứng dụng công nghệ vào sản xuất đang là yêu cầu tất yếu của mỗi nền nông nghiệp hiện đại Trong đó hệ thống chiếu sáng cho quá trình quang hợp của cây là một trong những yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến sự sinh trưởng và năng suất cây Kết quả cho thấy, ở tỉ lệ LED Red/Blue 8/2, cường độ ánh sáng 180 µM/m2/s và thời lượng chiếu sáng 14/10 (ngày/đêm) mang lại hiệu quả tốt nhất cho thí nghiện đèn led chỉ với hai loại ánh sáng Reded-Blue, và đèn led ở tỉ lệ LED Red/Blue/Green 7/2/1, cường độ ánh sáng

180 µM/m2/s và thời lượng chiếu sáng 14/10 (ngày/đêm) là đèn led mang lại hiệu quả cao nhất cho thí nghiệm dèn led có ba loại ánh sáng Red-Blue-Green Sau đấy sử dụng hai loại đèn này, cùng với các loại đèn Led hiện đang có ngoài thị trường, là đèn led trắng và led vàng tiến hành so sánh với nhau, xem loại đèn nào cho hiệu quả kinh tế là tốt nhất đối với sự sinh trưởng và năng suất của cây xà lách Kết quả sau 35 ngày cho ta thấy đèn led

ở tỉ lệ LED Red/Blue 8/2, cường độ ánh sáng 180 µM/m2/s và thời lượng chiếu sáng 14/10 (ngày/đêm) mang lại hiệu quả tốt nhất với chiều cao cây là 22,25 cm số lá là 11,45 lá/cây, diện tích lá đạt 1571,65 mm2/cây, chỉ số diệp lục SPAD đạt 18,04, cùng với đó khối lượng, năng suất thực tế đạt lần lượt là 133,90 g/cây; 2412,0 g/m2 cao hơn so với các mức thực nghiệm khác Khi đem so sánh với các loại đèn thương mại LED trắng

R660/B450/G550=32/35/33, LED vàng R660/B450/G550=57/17/26 kết quả bộ đèn nghiên cứu vẫn có năng suất thực tế cao hơn và đạt 2412,0 g/m2 gấp 1,9 lần so với đèn LED trắng, gấp 1,6 lần LED vàng và 1,5 lần so với đèn LED Red/Blue/Green 7/2/1 Với kết quả nghiên cứu này là cơ sở để ứng dụng vào các mô hình trồng rau cũng như các nghiên cứu liên quan Góp phần giảm chi phí, nâng cao hiệu suất sản suất không chỉ với giống rau xà lách Rasta mà còn đối với các loại rau, củ, quả khác, góp phần phát triển nền nông nghiệp nước nhà

Từ khóa: LED, xà lách, tỉ lệ Red/Blue, cường độ ánh sáng, thời lượng chiếu sáng

Trang 18

4

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước

1.1.1 Trong nước

Tình hình nghiên cứu, ứng dụng công nghệ đèn led trong nông nghiệp tại Việt Nam

Việc nghiên cứu thiết bị chiếu sáng ứng dụng vào nền nông nghiệp nước ta đã được tiến hành từ cách đây nhiều năm, tuy nhiên các nhà khoa học chủ yếu là sử dụng bóng đèn sợi đốt, bóng đèn huỳnh quang và compact để nghiên cứu điều khiển quá trình

ra hoa và tạo quả ở một số cây trồng, trong đó chủ yếu là cây cúc và thanh long

Ví dụ, Nguyễn Quang Thạch và Đặng Văn Đông (2002; 2005) đã đề xuất biện phát chiếu sáng quang gián đoạn cho những giống cúc đông để ngăn cản sự ra hoa sớm Biện pháp này có tác dụng rõ rệt trong việc kéo dài thời gian sinh trưởng sinh dưỡng, kìm hãm sự ra hoa sớm, nâng cao năng suất (tỷ lệ nở hoa), chất lượng hoa, đồng thời tiết kiệm năng lượng và an toàn thiết bị cho người dân Trương Thị Đẹp (1998) đã sử dụng bóng đèn 100W để thắp sáng cho thanh long, tác giả đã kết luận thời gian thắp đèn tốt nhất 4 giờ liên tục 10 ÷ 15 đêm mới gây được cảm ứng ra hoa Các nhà khoa học của Viện Khoa học Kỹ thuật nông nghiệp Miền Nam (2005) chỉ ra phương pháp dùng bóng đèn dây tóc 100W chiếu sáng từ lúc mặt trời sắp lặn đến 10 giờ tối, liên tục 15 ngày để tăng khả năng đậu quả

Năm 2012 – 2015, GS-TS Phan Hồng Khôi (Viện hàn lâm Khoa học & Công nghệ VN) chủ trì thực hiện đề tài TN3/C09, Nghiên cứu phát triển công nghệ chiếu sáng LED phục vụ nông nghiệp Tây Nguyên đã có một số kết quả: Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo các loại đèn LED sử dụng đi-ốt phát quang nhập ngoại, đạt mục tiêu tiết kiệm năng lượng, chất lượng tốt, tuổi thọ cao, phù hợp từng đối tượng cây trồng, nhất là các cây có giá trị cao…; từ đó thiết kế, chế tạo giàn, buồng nuôi cấy mô/nhân nuôi cây giống sử dụng đèn LED phục vụ nông nghiệp Tây Nguyên Nghiên cứu, ứng dụng hệ thống chiếu sáng LED trong nhân giống và điều khiển quá trình sinh trưởng phát triển cho một số loại cây, nhằm nâng cao chất lượng cây giống, giảm chi phí sản xuất cây giống (nhờ tiết kiệm

Trang 19

5

năng lượng phát sáng và làm mát), tăng tỷ lệ sống sót của cây ngoài vườn ươm (Ngô Văn Quyền, báo Ánh sáng và Đời sống, 10/2016)

Các nghiên cứu ứng dụng đèn LED trong nông nghiệp ở nước ta còn rất mới

mẻ Các nhà khoa học cùng các nhà chế tạo thiết bị chiếu sáng mới nghiên cứu cho ra đời được các loại đèn LED chuyên dụng nuôi cấy mô của một số giống cây trồng Năm 2014, Nguyễn Thanh Phương và cs so sánh ảnh hưởng của bộ bóng đèn huỳnh quang thông thường (HQ T10-40W, cường độ bức xạ quang hợp 20-25 µmol/m2/s) với bộ đèn huỳnh quang cải tiến 1 bóng HQNNT8-36W 865 và hai bộ đèn LED chế tạo dựa trên phổ ánh sáng mà cây trồng hấp phụ được là bộ bóng LED 17R-3B (17Red-3Blue) và bóng LED

13R-4B-3W (13Red - 4Blue-3White) đến cây cẩm chướng Hồng Hạc in-vitro Họ khẳng

định đèn LED 17R-3B cho số lượng và chất lượng chồi cây nhân giống tốt hơn ở các công thức đèn khác

Nguyễn Thị Mai và cộng sự (2016), đã so sánh ảnh hưởng của các loại đèn LED

có tỉ lệ ánh sáng đỏ (R), ánh sáng xanh (B) và ánh sáng trắng (W) khác nhau với đèn

huỳnh quang đến các giai đoạn tái sinh in-vitro cây cà phê Kết quả đưa ra ánh sáng LED

(R/B/W = 41/21/38) tác động tích cực đến các giai đoạn tạo mô sẹo phôi từ lá và ánh sáng LED (R/B/W = 58/21/21) thích hợp giai đoạn nảy mầm của phôi thủy lôi

Nguyễn Khắc Hưng và cs (2016) cho biết đèn LED có tỉ lệ ánh sáng đỏ (R) và

xanh (B) phù hợp cho sự sinh trưởng của chồi và rễ cây sâm dây trong điều kiện in-vitro

là R/B = 80/20 Ngoài ra, hàm lượng các sắc tố quang hợp cũng như khối lượng chất khô tích lũy ở các chồi sinh trưởng dưới đèn LED R+B đều cao hơn ánh sáng trắng huỳnh quang

TS Nguyễn Bá Nam và cs (2016) đã tổng kết được đèn LED thích hợp cho một số giống cây nuôi cấy mô Đặc biệt, tác giả chỉ ra, đèn LED có tỉ lệ 80R:20B phù hợp với

giai đoạn thích nghi và sinh trưởng của cây con ở giai đoạn ex vitro Trong điều kiện nhà

kính, hệ thống chiếu sáng đèn LED tỷ lệ 70R:30B thích hợp cho sự sinh trưởng và phát triển 2 giống Cúc Sapphire và Kim cương, tỷ lệ 60R:40B phù hợp cho giống Cúc Đóa vàng

Trang 20

6

Năm 2017 nhóm nghiên cứu của GS-TS Nguyễn Quang Thạch và cộng sự tại Học viện Nông nghiệp Việt Nam đã thực hiện nhằm xác định loại đèn LED, cường độ chiếu sáng phù hợp cho việc trồng rau tía tô xanh Hàn Quốc, tìm hiểu ứng dụng đèn LED chiếu sáng quang gián đoạn để ngăn cản sự ra hoa của cây tía tô xanh trồng trong điều kiện trồng ngày ngắn (vụ đông ở Việt Nam) Kết quả thí nghiệm cho thấy, cây tía tô xanh Hàn Quốc được trồng theo phương pháp thủy canh tuần hoàn trong nhà và được chiếu sáng bằng đèn LED ánh sáng đỏ xanh với tỷ lệ R660/B450 = 80/20 ở cường độ 214 µM/m2/s là thích hợp nhất cho sự sinh trưởng, phát triển và năng suất Thời gian chiếu sáng thích hợp nhất để kìm hãm sự ra hoa nhằm tăng năng suất của cây rau tía tô xanh Hàn Quốc là kéo dài thời gian chiếu sáng trong ngày (14 giờ chiếu sáng) hoặc có thể chiếu sáng quang gián đoạn (10 giờ chiếu sáng liên tục trong ngày và 1 giờ giữa đêm) (Nguyễn Quang Thạch và cs, 2017)

Một số kết quả thí nghiệm tại Đại học Cần Thơ như sau:

Thí nghiệm 1 (26/10- 2/11/2014): Năng suất các loại rau mầm gồm củ cải trắng,

củ cải đỏ, hướng dương và rau muống thu hoạch ở 6 ngày sau gieo, sử dụng một bộ đèn LED NCM01 30W, mần củ cải trắng và đỏ cho năng suất 4,22- 4,58kg/m2 cao hơn năng suất hướng dương và rau muống trong cùng điều kiện trồng, chăm sóc

Thí nghiệm 2: Năng suất cải củ thu non (thu hoạch sau gieo 17 ngày) có sử dụng hai bộ đèn LED NCM01 cao nhất (2,31 và 2,24 kg/m2), sử dụng 2 bộ đèn LED 16W thấp nhất (1,68 và 1,64 kg/m2) Công thức đối chứng (ánh sáng phòng) cây chết hoàn toàn ở

10 ngày sau gieo

Nguyễn Thị Huyền ( 1/2017) đã kết luận rằng bộ đèn LED với tỷ lệ Blue : Red = 30 :

70 là thích hợp nhất với mồng tơi trồng thủy canh trong điều kiện chiếu sáng nhân tạo

Đề tài “Ảnh hưởng của loại đèn LED và thời gian chiếu sáng đến sự sinh trưởng và

năng suất xà lách thủy canh” được các nhà khoa học thuộc Khoa Nông nghiệp và Sinh học Ứng dụng, Trường Đại học Cần Thơ thực hiện nhằm mục tiêu tìm ra loại đèn LED

và thời gian chiếu sáng thích hợp cho xà lách thủy canh đạt năng suất cao nhất

Trang 21

7

Thí nghiệm được thực hiện nhằm xác định ảnh hưởng loại đèn LED và thời gian chiếu sáng đến sự sinh trưởng và năng suất của xà lách thủy canh Bốn nghiệm thức đèn LED được sử dụng bao gồm: 01 LED tím 30W - (75% LED đỏ/ 25% LED xanh dương, cường độ bức xạ quang hợp (CĐBXQH): 48 μmol/m2.s), 02 LED tím 30W (CĐBXQH:

80 μmol/m2.s), 03 LED tím 30W (CĐBXQH: 98 μmol/m2.s) và 03 LED trắng 16W (CĐBXQH: 60 μmol/m2.s), kết hợp với 5 nghiệm thức thời gian chiếu sáng 16/8, 18/6, 20/4, 22/2 và 24/0 (số giờ chiếu sáng/ngày đêm) Kết quả cho thấy, tổ hợp của nghiệm thức 2 LED tím (80 μmol/m2.s) với nghiệm thức 20/4 cho năng suất xà lách thương phẩm cao hơn các tổ hợp còn lại (0,90 kg/m2) ngoại trừ tổ hợp 3 LED trắng – 24/0 Số lá trên cây và kích thước lá ở tổ hợp của nghiệm thức 2 LED tím với các mức thời gian chiếu sáng 24/0, 22/2 và 20/4 đạt tương đương nhau và cao hơn hầu hết các nghiệm thức kết hợp khác Về chiều cao cây, tổ hợp của nghiệm thức 3 LED trắng với các nghiệm thức thời gian chiếu sáng khác nhau đều cho kết quả cao nhất (dao động từ 18,78 đến 52,00 cm) Tổ hợp của nghiệm thức 3 LED tím với các mức thời gian chiếu sáng 24/0 và 20/4 cho kết quả về độ Brix xà lách cao nhất (lần lượt là 3,25 và 3,20%) Khi kết hợp nghiệm thức 2 LED tím (80 μmol/m2.s) với nghiệm thức 20/4 (20 giờ chiếu sáng/4 giờ tắt) đã cho kết quả về sinh trưởng và năng suất thương phẩm của giống xà lách GN 63 trồng thủy canh tốt hơn các nghiệm thức còn lại

Trang 22

Rất nhiều báo cáo nghiên cứu cho rằng ánh sáng hàng ngày cần thiết cho quang hợp (DLI) có bước sóng hoạt động (400 – 700nm) nhận được trong khoảng thời gian 24 giờ ảnh hưởng đến tăng trưởng và hình thái cây trồng về tích lũy sinh khối, diện tích lá, chiều cao cây và số hoa Ví dụ, Currey và Lopez (2015) báo cáo rằng lá, thân, và sinh khối rễ tích lũy tăng tương ứng là 122% và 211% của cây phong lữ thảo và cây dạ yên thảo khi DLI tăng

từ 2 – 13 mol/m2/d Trong một nghiên cứu khác, cây dạ yên thảo ngắn hơn 6 cm khi DLI tăng 6,5 - 13,0 mol/m2/d (Kaczperski và cs, 1991) Faust và cs (2005) quan sát thấy rằng số lượng chồi bên trong cây hoa ngũ sắc và cây dạ yên thảo tăng 7,1 và 7,0 khi DLI tăng từ 5 –

lá mầm kéo dài gốc thân Cây Arabidopsis (thuộc họ Cải) khi trồng trong ánh sáng đỏ

phát triển đặc điểm hình thái bất thường (Goins và cs, 1998) Những phát sinh quang hình thái được biết là khác nhau giữa các loài thực vật về độ tuổi, nhiệt độ, số lượng và chất lượng ánh sáng Cây thường nhỏ gọn hơn khi chỉ tiếp xúc với ánh sáng đỏ Thêm vào đó, Kigel và Cosgrove (1991) khẳng định khi kết hợp cả ánh sáng màu đỏ và xanh dương (400-500 nm) kiểm soát được sự kéo dài phần thân Cụ thể, ánh sáng màu xanh dương,

Trang 23

9

khi kết hợp với một bức xạ thấp với ánh sáng đỏ, có thể ngăn ngừa sự kéo dài quá mức trên thân và cuống lá đồng thời ngăn chặn bất thường khác về hình thái do chỉ sử dụng bước sóng đỏ gây ra (Goins và cs, 1998; Hoenecke và cs, 1992)

Ánh sáng màu xanh dương (400 đến 500 nm) làm trung gian điều chỉnh sự co giãn của thân cây, vì vậy chúng có thể ức chế sự gia tăng kéo dài thân cây trồng (Cosgrove, 1981; Kigel và Cosgrove, 1991; Runkle và Heins, 2001) Tuy nhiên, việc đưa cây trồng vào các bước sóng màu xanh dương duy nhất có thể dẫn đến phản ứng kéo dài tương tự như dưới ánh sáng đỏ (van Ieperen và cs, 2012) Do đó, sự kết hợp của cả hai bước sóng đỏ và xanh dương thường là cần thiết để tạo ra những cây không bị kéo dài quá mức Ví dụ, ánh sáng đỏ và xanh dương từ đèn LED tạo ra các cây trồng nhỏ gọn hơn (Randall và Lopez, 2014; Wollaeger và Runkle, 2014)

Ánh sáng màu xanh dương có hoặc không có ánh sáng đỏ cũng có thể ảnh hưởng đến mật độ và khẩu độ khí khổng (Kinoshita và cs, 2001; van Ieperen và cs, 2012; Zeiger và cs, 2002) Cụ thể, khi ánh sáng màu xanh dương được thêm vào với ánh sáng

đỏ, việc mở lỗ khí khổng tăng đáng kể so với khi chỉ có ánh sáng đỏ (Kinoshita và cs, 2001; van Ieperen và cs, 2012) Việc mở khí khổng bằng ánh sáng màu xanh dương được cho là trung gian thông qua các thụ thể ánh sáng màu xanh phot1 và phot2 Sự gia tăng

mở khí khổng này cuối cùng dẫn đến sự gia tăng lượng khí carbon dioxide (CO2), điều này tiếp tục kích thích quá trình quang hợp (Kinoshita và cs, 2001)

Các cây non được trồng dưới ánh sáng bổ sung của đèn LED thường có chất lượng tương đương hoặc cao hơn đối với những cây được trồng dưới bóng đèn HPS Cụ thể, Randall và Lopez (2014) đã đặt cây mào gà, hoa phong lữ, hoa phượng tiên, hoa cúc, pansy, dạ yên thảo, cây chia, cây hoa rồng, và dừa cạn dưới thời gian quang phổ 16 giờ của bức xạ mặt trời cùng với ánh sáng bổ sung cung cấp PPF 100 μmol/m2/s từ đèn HPS hoặc dãy đèn LED với tỷ lệ % đỏ/xanh dương 100:0, 85:15 hoặc 70:30 Cây con của một

số loài được trồng dưới đèn LED màu đỏ kết hợp xanh dương có đường kính thân cây lớn hơn, hàm lượng diệp lục tương đối và chỉ số chất lượng cao hơn đèn HPS hoặc đèn LED 100% ánh sáng đỏ (Currey và cs, 2013) Ví dụ, sự kéo dài thân của cây mào gà, hoa

Trang 24

10

phong lữ, hoa cúc, pansy, dạ yên thảo, cây chia và dừa cạn đã được hạn chế 29%, 31%, 20%, 35%, 55%, 9% và 31% trong 28 ngày dưới đèn LED tỉ lệ đỏ/xanh dương 85:15 so với đèn HPS Ngoài ra, đường kính thân cây hoa phong lữ, hoa cúc vạn thọ và cây hoa rồng tăng lần lượt là 8%, 13% và 18% khi trồng dưới đèn LED tỉ lệ đỏ/xanh dương 85:15

so với đèn HPS Tuy nhiên, khối lượng khô rễ và củ giữa các cây của ba loài và dừa cạn được trồng dưới ánh sáng bổ sung LED và HPS là giống nhau Nhìn chung, chỉ số chất lượng là tương tự của cây hoa phong lữ, hoa phượng tiên, hoa cúc vạn thọ, hoa rồng và dừa cạn được phát triển dưới đèn LED và đèn HPS Ngược lại, Randall và Lopez (2014)

đã báo cáo rằng chỉ số chất lượng cao hơn đối với cây pansi, dạ yên thảo và cây chia dưới đèn led đỏ/ xanh dương 100: 0, 85:15 và 70:30 so với đèn HPS

1.1.2.2 Tình hình nghiên cứu ứng dụng của đèn LED đến phẩm chất của cây trồng trên thế giới

Người ta đã chứng minh bằng thực nghiệm rằng sự kích thích ánh sáng tăng cường đáng kể việc sản xuất các phân tử sinh học trong thực vật Các sản phẩm sinh tổng hợp đề cập ở đây là chất chuyển hóa thứ cấp bao gồm các chất chống oxy hóa, vitamin, đường và tinh bột Một số nghiên cứu chất chống oxy hóa trong nhiều loại cây như rau diếp, cà chua cherry , và họ đã thông báo rằng các quá trình sinh tổng hợp acid chlorogenic, axit caffeic, flavonoid, acid rosmarinic, acid ascorbic, và caroten được thúc đẩy bằng cách kích thích với ánh sáng của một bước sóng cụ thể (Kozai và cs, 2016)

Đèn LED cũng có thể được sử dụng trong vài ngày hoặc vài tuần trước khi thu hoạch để tạo ra những ảnh hưởng hình thái hoặc sinh lý cụ thể, chẳng hạn như tăng màu cho các giống rau diếp để tăng khả năng thị trường và chất lượng của cây trồng Trồng các giống rau diếp 'Cherokee', 'Magenta', 'Ruby Sky' và 'Vulcan' dưới đèn LED tỷ lệ ánh sáng đỏ/xanh dương là 100:0, 50:50, hoặc 0:100 ở 100 μmol/m2/s với thời gian quang hợp 16 giờ cho lá màu đỏ đậm hơn so với những chiếc được trồng dưới đèn HPS, cường

độ thấp hơn ở cùng tỷ lệ, hoặc không bổ sung ánh sáng (Owen và Lopez, 2015; Hình 1) Nghiên cứu trước đây của Li và Kubota (2009) cho biết ánh sáng xanh blue hoặc tia UV-

A bổ sung có thể được sử dụng để tăng sự tích tụ sắc tố thực vật trong rau diếp 'Red

Trang 25

11

Cross' Do đó, việc sử dụng đèn LED để chiếu bổ sung cho cây rau diếp có tiềm năng nâng cao chất lượng thẩm mỹ và giá trị dinh dưỡng

Hình 1.1: Ảnh hưởng của các loại đèn đến màu sắc của rau xà lách

(Nguồn: Owen và Lopez, 2015) Ngoài kích thích bởi các bước sóng xanh và đỏ, cũng có báo cáo về kích thích bởi bước sóng màu vàng (596 nm) Urbonaviciute và cs (2009) đã nghiên cứu chỉ ra rằng trong củ cải, hợp chất phenolic tăng 30% trong điều kiện bổ sung ánh sáng đèn LED vàng nhấp nháy Các nghiên cứu về sinh tổng hợp các chất chống oxy hoá liên quan đến chất lượng ánh sáng ở thực vật không phải rau ăn lá cũng đã được báo cáo Ví dụ, cây cà chua cherry được trồng dưới đèn LED đỏ, xanh lá cây, xanh dương, trắng và đèn huỳnh quang, các hợp chất phenolic, chống oxy hoá được phân tích (Kim và cs, 2014) Tổng hàm lượng phenol, nồng độ flavonoid, và các chất chống oxy hoá trong cây trồng dưới đèn LED xanh dương cao hơn đáng kể so với các cây trồng dưới ánh sáng khác (đỏ, xanh lá cây và đèn huỳnh quang) Ngoài ra, đèn LED đỏ làm tăng các thông số này trong cây giống so với các cây được trồng dưới đèn LED xanh lá cây và đèn huỳnh quang

Đối với vitamin, ảnh hưởng của chất lượng ánh sáng đã được báo cáo đối với axit ascorbic, carotenoid, α-tocopherol và ergosterol Các thí nghiệm về rau diếp (lá đỏ

"Multired 4," lá xanh "Multigreen 3," lá xanh nhạt "Multiblond 2") được thực hiện bởi

Trang 26

12

Samuoliene và cs (2012), sử dụng các đèn LED bổ sung (455, 470, 505 và 530nm, 30 μmol/m2/s) và HPS (170 μmol/m2/s) Nồng độ axit ascorbic của rau diếp lá đỏ giảm dưới ánh sáng xanh dương và xanh lá cây khoảng 2 và 1,5 lần

Tác động của việc kích thích ánh sáng đối với vitamin cũng được nghiên cứu bởi Samuoliene và cs (2013) Súp lơ xanh, mù tạc, đậu đỏ và cải bẹ được trồng dưới 5 cường độ ánh sáng (545, 440, 330, 220 và 110 μmol/m2/s) với hỗn hợp chất lượng ánh sáng sử dụng bốn đèn LED khác nhau (455 nm [xanh dương], 638 nm [đỏ], 660 nm [đỏ],

và 735 nm [đỏ xa]) Axit ascorbic trong đậu đỏ và cải bẹ có giá trị cao ở mức cường độ thấp 110 μmol/m2/s, tương ứng là 3,8 và 3,5 lần so với cường độ bình thường 220 μmol/m2/s Điều tra mức cường độ cao hơn có ảnh hưởng không đồng đều lên sự tích tụ ascorbic acid, họ kết luận cường độ thấp thúc đẩy quá trình sinh tổng hợp axit ascorbic trong suốt thí nghiệm này

Năm 2009, Li và Kubota đã kiểm tra ảnh hưởng của tia UV-A, xanh dương, xanh

lá cây, đỏ, và đỏ xa, với chất phytochemicals (tổng số anthocyanin, carotenoid, chlorophyll, các hợp chất phenolic tổng hợp và Ascorbic acid) và sự phát triển (thay đổi sinh khối, chiều dài thân, chiều dài và rộng lá theo lượng ánh sáng hấp phụ) trong rau diếp (Lactuca sativa L "Red Cross") Nồng độ carotenoid trong lá rau diếp bị ảnh hưởng bởi ánh sáng, chất xanthophylls và β carotene tăng lên 6-8% trong ánh sáng màu xanh dương, mặc dù chúng giảm 12-16% dưới ánh sáng đỏ Xanthophylls có một đỉnh điểm hấp thụ ở

446 nm trong vùng có thể nhìn thấy được và được tạo ra để bảo vệ cây trồng phát triển dưới ánh sáng bước sóng xanh dương Tuy nhiên, hiện nay, cơ chế tăng β-carotene vẫn chưa được biết Hàm lượng carotenoid và chlorophyll giảm 12-16% với ánh sáng đỏ xa

Jang và cs (2013) điều tra ảnh hưởng của chất lượng ánh sáng (bóng tối, FLs, xanh dương, xanh lá cây, vàng và đỏ) đối với sự phát triển của nấm (Bunashimeji) Kết quả nồng độ ergosterol tăng lên tối đa dưới đèn LED xanh dương, tối thiểu là dưới đèn LED màu đỏ, cho thấy cả cường độ và chất lượng (quang phổ) ánh sáng đều có ảnh hưởng đến sinh tổng hợp vitamin

Trang 27

13

Tuy nhiên, đến thời điểm hiện tại, chưa có nhiều công bố nghiên cứu khoa học nào sử dụng đèn LED trên các mô hình trồng rau để chủ động hoàn toàn môi trường canh tác, không bị ảnh hưởng bởi sự biến đổi của khí hậu, sự tấn công của sâu bệnh và có thể cung cấp rau an toàn chất lượng với số lượng lớn quanh năm Đồng thời hiện nay, các nguồn sáng LED đang sử dụng có phổ ánh sáng không phù hợp hoàn toàn với phổ quang hợp của từng loại cây trồng nói chung và cây rau nói riêng Vì vậy, việc nghiên cứu để cho ra đời những sản phẩm đèn LED có phổ ánh sáng phù hợp với từng loại cây trồng giúp tăng năng xuất, tiết kiệm điện, đặc biệt là giúp tạo ra những sản phẩm sạch, sản phẩm trái vụ là hết sức cần thiết

1.2 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ RAU XÀ LÁCH

1.2.1 Nguồn gốc, phân bố, phân loại và giá trị

1.2.1.1 Nguồn gốc và phân bố

Cây xà lách hoang dại (Lactuca serriola) xuất phát từ vùng tiểu Á Trung Đông,

và được sử dụng làm rau ăn từ thời Cổ đại Cây xuất hiện trong những khu vườn tại La

Mã và Hy Lạp từ khoảng 500 năm trước thời kỳ Ki-Tô giáo, nhưng lúc đó được xem là món sang trọng dành cho ngày lễ hội, hay cho giới quý tộc

Columbus đã đưa hạt giống xà lách đến Châu Mỹ vào năm 1493 và cây rau đã phát triển nhanh chóng ngay từ 1494 tại Bahamas, đến 1565 cây trở thành loại rau thông dụng nhất tại Haiti và cây đến Batư từ 1610 Tại Hoa Kỳ, vào năm 1806 đã có đến 16 loại

xà lách được trồng tại các vườn ở Mỹ, để sau đó trở thành loại cây hoa màu đáng giá nhất

và 85% sản lượng tại Mỹ là do vùng phía Tây cung cấp: California, Aiona, Colorado, Washington, Oregon và Idaho

Nhiều chủng loại đã được lai tạo, cho những cây rau hình dáng thay đổi, từ lá úp lại như bắp cải đến lá xoăn, lá mọc dài

Cây được phân bố ở Bắc Bán Cầu và được nhập trồng ở nhiều nước nhiệt đới như Trung Quốc, Ấn Độ

Trang 28

14

Ở nước ta, xà lách được trồng ở nhiều nơi, từ vùng đồng bằng đến vùng núi, từ Bắc chí Nam, nó thích ứng với khí hậu mát Cây xà lách phân bố chủ yếu ở các vùng lạnh như Sapa, Đà Lạt và một số tỉnh ở cùng Đồng bằng Sông Cửu Long như: Bến Tre, Vĩnh Long

1.2.1.2 Phân loại

Xà lách là thực vật bậc cao có đơn vị phân loại như sau:

Tên tiếng anh: Salad

Tên khoa học: Lactuca sativa

Bộ rễ cọc, ăn nông trên bề mặt đất, ăn rộng 20 – 30 cm Bộ rễ phát triển mạnh

và nhanh, trên rễ cọc có rất nhiều rễ phụ

c Lá

Xà lách có số lượng lá lớn, lá sắp xếp trên thân theo hình xoắn ốc Lá ngoài có màu xanh đến xanh đậm, lá trong xanh nhạt đến trắng ngà Các lá phía trong mềm có chất lượng cao Bề mặt lá không phẳng mà lồi lõm, gấp khúc do đặc tính di truyền (Tô Thị Thu Hà và cs, 2012)

Trang 29

b Ánh sáng

Thường giai đoạn đầu của cây cần ánh sáng nhiều hơn giai đoạn sau Tăng ánh sáng đèn huỳnh quang ở 17 Klux trong 16 giờ liền trong 10 ngày làm tăng năng suất xà lách đáng kể Quang chu kỳ gây ảnh hưởng đến sự phát triển và phân hóa mầm hoa của cây Một số giống ngắn ngày đòi hỏi quang chu kỳ dài để phân hóa mầm hoa Ánh sáng ngày dài ảnh hưởng đến diện tích lá, sinh trưởng của cây và sự hình thành bắp, nhưng không ảnh hưởng đến hình thành lá

c Độ ẩm

Xà lách là cây ưa ẩm, độ ẩm đồng ruộng thích hợp nhất là 70 - 80%, độ ẩm không khí là 65% - 75%

d Đất và dinh dưỡng

Yêu cầu về đất: Xà lách ưa cát pha đến thịt nhẹ, giàu dinh dưỡng và nhiều chất

hữu cơ Độ pH thích hợp nhất cho xà lách là 6 – 6,5

Riêng với xà lách khí CO2 rất quan trọng cho cây sinh trưởng, nhất là trong nhà kính người ta phun CO2 với nồng độ 1000ppm – 1500 ppm, còn ngoài đồng cần 300 ppm trong không khí để cây sinh trưởng tốt (Tô Thị Thu Hà và cs, 2012)

1.2.1.5 Giá trị của cây xà lách

a Giá trị dinh dưỡng

Xà lách được sử dụng là rau ăn sống quan trọng và phổ biến ở vùng ôn đới trước đây Tuy nhiên, ngày nay nó cũng có vai trò lớn trong hỗn hợp rau ở vùng nhiệt đới Rau

xà lách có giá trị dinh dưỡng cao Trước hết nó cung cấp chất tươi, chất xơ cho cơ thể để

Trang 30

16

cân bằng và tiêu thụ lượng đạm, mỡ từ thịt cá trong thức ăn Phần lớn các loại thực phẩm, được nấu chín vì vậy enzim, vitamin không còn nhiều, chỉ duy rau xà lách luôn luôn được dùng tươi sống với số lượng lớn trong mỗi bữa ăn Vì vậy, xà lách là nguồn vitamin chủ yếu trong bữa ăn

Xà lách chứa nhiều vitamin A, C chất khoáng: kali, canxi, sắt, có vai trò chữa một số bệnh Theo viện nghiên cứu ung thư ở Mỹ (1998), thực phẩm chứa nhiều vitamin

A, C như xà lách có khả năng ngăn chặn một số dạng ung thư

Bảng 1.1: Thành phần (T.P) dinh dưỡng trong rau xà lách ở một số nước và Việt Nam

(trong 100g phần ăn được)

Trang 31

17

(Nguồn: viện ung thư Mỹ, 1998; viện dinh dưỡng quốc gia Ấn Độ, 1980; thành phần hoá

học thức ăn Việt Nam, 1980)

b Giá trị kinh tế

Trong các loại rau thì xà lách có diện tích trồng nhiều nhất nên chiếm một vị trí đáng kể trong cơ cấu cây rau các loại Với khoảng thời gian sinh trưởng đến thu hoạch ngắn, xà lách thường được trồng gối vụ, trồng xen giữa 2 vụ cây lương thực như ngô, khoai, sắn Nhờ vậy nó góp phần tăng thu nhập cho nông dân, tạo thêm việc làm cho hàng trăm người lao động ở khu vực nông thôn Xà lách còn giúp đất được luân canh với giai đoạn ngắn để đất có thời gian tiêu huỷ chất hữu cơ và phục hồi dinh dưỡng đất với loại cây trồng chính ở vụ tiếp theo

Xà lách còn là cây ít có sâu bệnh Do vậy luân canh xà lách sẽ giúp sự gián đoạn vòng đời của sâu bệnh, giảm thiểu được sự tồn tại của sâu bệnh đối với vụ trồng chính tiếp theo sau Thêm vào đó với bộ lá phát triển nhanh và rộng, che phủ toàn bộ diện tích đất canh tác đã góp phần hạn chế cỏ dại cho vụ sau

Xà lách còn được trồng xen với ngô, đậu, cao lương để tận dụng tối đa diện tích, hạn chế

cỏ dại và góp phần tăng thu nhập cho nhà nông

Tiêu chuẩn rau xà lách an toàn (theo QĐ99)

Bảng 1.2: Mức giới hạn tối đa cho phép của một số vi sinh vật và hoá chất gây hại trong

Trang 32

18

Salmonella (25g rau) ** 0 CFU/g TCVN 4829:2005

Escherichia coli 10 CFU/g TCVN 4883:1993;

TCVN 6848:2007

Coli forms 200 CFU/g TCVN 6846:2007

Ghi chú: * Có thể sử dụng phương pháp thử khác có độ chính xác tương đương

** Tính trên 25 g đối với Salmonella

1.3 PHƯƠNG PHÁP THỦY CANH

1.3.1 Khái niệm về kỹ thuật thủy canh

Thủy canh (Hydroponics) là kỹ thuật trồng cây trong dung dịch dinh dưỡng, đồng thời cung cấp đủ và đúng lúc các nguyên tố khoáng cần thiết cho cây trồng Rễ cây được trồng bằng kỹ thuật thủy canh được tiếp xúc trực tiếp với nước hoặc được trồng trong miếng bọt biển hoặc xơ dừa Trồng cây trong dung dịch đã được đề xuất từ lâu đời bởi các nhà khoa học như Knop, Kimusa, (Hoàng Minh Tấn và Nguyễn Quang Thạch, 1994) Những năm gần đây, phương pháp này vẫn tiếp tục được nghiên cứu hoàn thiện và

sử dụng rộng rãi trên toàn thế giới

Với ưu điểm cần ít nước và đất hơn so với phương pháp canh tác truyền thống, sản xuất rau theo phương pháp thủy canh phù hợp với các vùng đô thị có diện tích đất canh tác nông nghiệp nhỏ hẹp hoặc những nơi đất bị ô nhiễm các chất độc nhằm phục vụ nhu cầu tại chỗ cũng như kinh doanh Phương thức này sẽ hạn chế được sâu bệnh hại, chủ động thời vụ, một năm gieo trồng được nhiều vụ, do đó năng suất và chất lượng cây trồng cao hơn trồng ngoài đất (Bùi Thị Thục Anh, 2015)

Bảng 1.3 Năng suất một số loài rau canh tác bằng kỹ thuật thủy canh và canh tác trên đất

Loài rau Thủy canh (tấn/ha/vụ) Canh tác trênđất

Trang 33

19

(Nguồn: www.iica.int)

1.3.2 Cơ sở khoa học của kỹ thuỷ canh

Từ xưa người ta đã thấy được vai trò của nước đối với đời sống của sinh vật nói chung và thực vật nói riêng Nước là một trong những thành phần cấu tạo nên keo nguyên sinh, thành phần của vật chất tươi trong cây bao gồm 80 – 95% nước Mọi quá trình trao đổi chất trong cơ thể đều cần có nước tham gia Nước là môi trường vận chuyển của các chất và tham gia vào các phản ứng sinh hóa để tạo chất khử mang năng lượng lớn dùng

để khử CO2 trong cơ thể thực vật Bên cạnh đó nước còn ảnh hưởng gián tiếp đến quang hợp như làm giảm nhiệt độ mặt lá, đóng mở khí khổng… tuy nhiên nhu cầu nước của cây nhiều hay ít còn phụ thuộc vào từng giai đoạn phát triển của cây (Hoàng Minh Tấn, Nguyễn Quang Thạch, Trần Văn Phẩm, 2000)

Cùng với nước thì các chất khoáng cũng có vai trò quan trọng đối với hoạt động sống của cây Khi nghiên cứu nhu cầu dinh dưỡng của cây từ năm 1849 đến 1856 Salm – Horstmar đã chứng minh rằng cây lúa mạch muốn sinh trưởng và phát triển bình thường phải cần đến những nguyên tố như N, P, S, Ca, K, Mg, Si, Fe, Mn Đến năm 1938, hai nhà sinh lý học thực vật người Đức là Sachs và Knop đã phát hiện rằng để cây trồng sinh trưởng phát triển bình thường cần phải có 16 nguyên tố cơ bản là C, H, O, N, P, K, Ca,

Mg, S, Fe, Cu, Mn, Zn, Mo, Bo, Cl Từ đó các ông đã đề xuất phương pháp trồng cây trong dung dịch Trong 16 nguyên tố cơ bản kể trên thì có 3 nguyên tố là C, H, O cây lấy chủ yếu từ khí Cacbonic và nước, 13 nguyên tố còn lại cây phải lấy từ đất là chính Như vậy cơ sở khoa học của kỹ thuật thủy canh và khí canh là dựa vào bản chất của sự sinh trưởng, phát triển của cây trồng chỉ phụ thuộc vào một số yếu tố như nước, muối khoáng, ánh sáng, sự lưu thông không khí…mà không phụ thuộc vào môi trường trồng cây có đất hay không Cho nên chúng ta có thể trồng cây mà không dùng đất, chỉ cần đáp ứng đầy

đủ những yêu cầu trên

Trang 34

20

1.3.3 Sơ lược về lịch sử phát triển của kỹ thuật thủy canh

Công nghệ trồng cây không sử dụng đất (soilless culture) đã xuất hiện từ khá lâu trên thế giới và cho đến nay đã trở nên quen thuộc và phổ biến ở rất nhiều quốc gia Trong những năm gần đây, một số nước như Thái Lan, Singapore, Israel đã phát triển mạnh công nghệ sản xuất rau sạch và hoa để phục vụ nhu cầu trong nước và xuất khẩu bằng công nghệ này

Việc trồng cây không dùng đất được phát hiện vào năm 1600 bởi một người Bỉ khi ông trồng được một cây liễu nặng gần 80kg mà chỉ dùng nước Năm 1627, cuốn sách đầu tiên nói về trồng cây không dùng đất do Fracis Bacon viết được xuất bản

Vào những năm 1800 dung dịch dinh dưỡng dùng cho thủy canh được nghiên cứu và phát triển mạnh, trong đó hoàn thiện nhất là dung dịch của các nhà thực vật học người Đức Julius von Sachs và Wilhelm Knop tạo ra vẫn được sử dụng đến ngày nay Thuật ngữ Thủy canh (Hydroponic) được đưa ra lần đầu tiên bởi Dr W F Gericke vào cuối những năm 1930 để mô tả trồng cây mà bộ rễ của nó đặt ngập trong dung dịch dinh dưỡng Ta dịch từ này sang tiếng Việt là “Thủy canh” Hiện nay thủy canh cũng được dùng để chỉ việc trồng cây không dùng đất mà dùng giá thể hữu cơ hay vô cơ và được

cung cấp dinh dưỡng bằng dung dịch (Brian C Hanger, 1993)

Thủy canh ban đầu được các nhà khoa học dùng làm công cụ nghiên cứu dinh dưỡng vô cơ của cây trồng, cho đến những năm 1930 nó bắt đầu được áp dụng vào sản xuất thương phẩm, đầu tiên là ở Mỹ Những năm 1940, quân đội Mỹ trồng rau thủy canh

để sử dụng tại Nhật Thập niên tiếp theo, thủy canh phát triển không đáng kể, các vật liệu plastic bắt đầu được dùng vào thủy canh, có một số nghiên cứu đưa thủy canh vào nhà kính Đến những năm 70 của thế kỷ XX có nhiều thay đổi lớn, xuất hiện nhiều hệ thống thủy canh áp dụng cho sản xuất thương phẩm Tại Anh, xuất hiện hệ thống NFT (Nutrition Film Technique) với toàn bộ bộ rễ cây trồng chìm trong dòng chảy dung dịch dinh dưỡng Tại Đan Mạch và Hà Lan, hệ thống thủy canh với giá thể rockwool được sử dụng nhiều Trong khi đó, hệ thống trồng trong khay, rễ không ngập hoàn toàn trong nước được sử dụng nhiều ở Israel Nhật Bản thì sử dụng nhiều hệ thống cho cây nổi, rễ ngập sâu trong dung dịch chảy tuần hoàn Cùng với hệ thống thủy canh, nhà kính cũng

Trang 35

21

phát triển mạnh trong giai đoạn này, đầu tiên tại Hà Lan bắt đầu áp dụng máy tính vào thủy canh Sau đó những năm 80 của thế kỷ XX chúng được phát triển rộng trên thế giới Giá thể pertile, kết hợp tưới nhỏ giọt áp dụng tại Scotland Việc luân canh để trồng liên tục được đề xuất, xuất hiện một số loại giá thể mới và hình thức trồng xà lách theo băng chuyền, trong đó từ khi trồng đến thu hoạch, đóng gói tập trung tại 1 cơ sở

Thủy canh được giới thiệu vào chương trình nghiên cứu không gian Vào những năm 90 của thế kỷ XX, tùy từng nơi sản xuất chúng tiếp tục phát triển rộng với cả 2 dạng đơn giản và hiện đại Từ đó, bắt đầu các nghiên cứu tập trung vào việc làm giảm chi phí lao động, tăng hiệu quả sử dụng nhiệt Tại Nhật xuất hiện nhà máy sản xuất rau mầm củ cải và xà lách, trong đó toàn bộ môi trường được kiểm soát, sử dụng thiên địch thay cho hóa chất BVTV Thời kỳ này cũng xuất hiện máy trồng, thu hoạch và đóng gói (Brian C Hanger, 1993)

Ngày nay, thủy canh được áp dụng nhiều nơi trên thế giới, nó là hình thức được đánh giá cao ở những vùng đất nghèo dinh dưỡng, vùng thiếu nước hoặc vùng mà thời tiết chỉ cho phép trồng trong thời gian ngắn Quy mô từ dạng nhỏ như vườn giải trí, vườn rau gia đình đến dạng lớn trồng kinh doanh rộng hàng trăm ha Theo ước tính hiện tại, diện tích thủy canh trên thế giới khoảng 12.000 ha, trong đó ở Mỹ chiếm khoảng 320 ha

(FAOSTAT, 2012)

1.3.4 Các hệ thống thủy canh cơ bản

Căn cứ vào đặc điểm sử dụng dung dịch dinh dưỡng có thể chia thành hai hệ thống thủy canh (Trung tâm thông tin nông nghiệp và công nghệ thực phẩm trồng trọt không dùng đất trong làm vườn, 2012) như sau:

Hệ thống thủy canh tĩnh

Rễ cây một phần được nhúng liên tục trong dung dịch dinh dưỡng, là hệ thống

mà trong quá trình trồng cây dung dịch dinh dưỡng không chuyển động Hệ thống này có

ưu điểm là không phải đầu tư chi phí thiết bị làm chuyển động dung dịch nên giá thành

Trang 36

Hệ thống thủy canh tuần hoàn

Rễ cây một phần được nhúng liên tục trong dung dịch dinh dưỡng, là loại hệ thống mà trong quá trình trồng cây trong dung dịch dinh dưỡng chuyển động và có sự tuần hoàn trở lại nhờ hệ thống bơm hút dinh dưỡng hồi quy Chi phí đầu tư cao nhưng dung dịch không

bị thiếu Oxygen

Hình 1.3: Mô hình thủy canh tuần hoàn

(Nguồn: http://vuonthangdung.vn)

Trang 37

23

1.4 ÁNH SÁNG VÀ CÂY TRỒNG

1.4.1 Ảnh hưởng của ánh sáng tới cây trồng

Ánh sáng là yếu tố quan trọng quyết định sự sinh trưởng, phát triển, năng suất

và chất lượng của rau củ quả Ánh sáng ảnh hưởng đến cây trồng bằng 3 thành tố quan trọng của nó, đó là: cường độ bức xạ (cường độ ánh sáng), độ dài ngày hay quang chu kỳ (cây dài ngày hay cây ngắn ngày), độ dài sóng hay bước sóng của ánh sáng (chất lượng ánh sáng) (Kozai và cs, 2016)

Cường độ bức xạ (cường độ ánh sáng)

Cường độ bức xạ là năng lượng bức xạ chiếu xuống trên một đơn vị diện tích đất vuông góc với tia tới trong một đơn vị thời gian Đơn vị thông dụng đo cường độ bức

xạ mặt trời là: Cal/cm2.phút, Cal/cm2.giờ hoặc Kcal/cm2.năm

Để đo cường độ ánh sáng kích thích quang hợp (PAR) phải sử dụng máy đo cường độ ánh sáng quang hợp (PPF), đo sóng kích thích quang hợp (PAR) trong dải 400-700nm Đơn vị đo là µM/m2/s1 (số lượng tử mol rơi xuống 1 mét vuông trong thời gian 1 giây) (Trương Thị Miên, 2013)

Độ dài ngày hay quang chu kỳ (cây dài ngày hay cây ngắn ngày)

Quang kỳ là thời gian có ánh sáng chiếu trên cây trồng tính từ thời điểm mặt trời mọc đến khi mặt trời lặn Đơn vị được tính bằng số giờ trong ngày

Quang kỳ có ảnh hưởng quan trọng đến giai đoạn cây chuyển trạng thái từ tăng trưởng (sinh trưởng dinh dưỡng) sang sinh sản (sinh trưởng sinh thực) hay còn gọi là giai đoạn ra hoa vì vậy chúng có tác dụng rõ rệt đến quá trình phân hóa đòng và trỗ bông Nếu không có điều kiện chiếu sáng phù hợp thì cây không thể ra hoa tạo quả được

Độ dài sóng hay bước sóng của ánh sáng (chất lượng ánh sáng)

Trung bình một lá cây ngoài đồng phản xạ 10% các tia sáng, hấp thu 70% và truyền lan qua các tế bào lá xuống dưới 20% Trong số 70% ánh sáng hấp thụ, quang hợp chỉ sử dụng 1% (chủ yếu là các tia ánh sáng xanh và đỏ, 49% năng lượng dùng để thoát

Trang 38

Diệp lục là sắc tố chính đóng vai trò quan trọng nhất trong quang hợp Diệp lục

có vai trò hấp thụ năng lượng ánh sáng mặt trời, chuyển thành dạng năng lượng kích thích điện tử của phân tử diệp lục Diệp lục có vai trò vận chuyển năng lượng vào trung tâm phản ứng Từ phân tử diệp lục hấp thu ánh sáng đầu tiên cho đến trung tâm phản ứng của quang hợp qua một hệ thống cấu trúc trong màng Thilacoit gồm rất nhiều phân tử diệp lục khác nhau

Năng lượng ánh sáng phải truyền qua các phân tử diệp lục để đến được trung tâm phản ứng (P700) Tham gia biến đổi năng lượng ánh sáng thành năng lượng hóa học tại trung tâm phản ứng P700 nhờ quá trình quang Phosphoryl hóa để hình thành nên ATP

và NADPH

Diệp lục có khả năng hấp thụ ánh sáng một cách có chọn lọc, một số vùng ánh sáng được diệp lục hấp thụ mạnh nhất, một số vùng bị hấp thụ ít hơn, và có vùng thì hầu như không bị hấp thụ, điều này đã tạo nên quang phổ hấp thụ của diệp lục Trong quang phổ hấp thụ của diệp lục, có hai vùng ánh sáng mà diệp lục hấp thụ mạnh nhất tạo nên hai đỉnh hấp thu cực đại Đó là vùng ánh sáng đỏ với cực đại là 662 nm và vùng ánh sáng xanh tím với cực đại là 430 nm Ánh sáng xanh lá cây không được diệp lục hấp thụ mà phản xạ toàn bộ nên ta thường quan sát thấy lá cây có màu xanh

Trang 39

25

Hình 1.4: Quang phổ hấp thụ của diệp lục

(Nguồn: californialightworks.com)

b Carotenoid

Nhóm sắc tố carotenoid là nhóm sắc tố có màu vàng, da cam Chúng là các sắc

tố vệ tinh của diệp lục Quang phổ hấp thụ của nhóm sắc tố này là ở vùng ánh sáng xanh

có bước sóng 451nm – 481nm Khả năng hấp thụ ánh sáng của carotenoid là do hệ thống liên kết đơn, đôi quyết định

1.4.2 Ảnh hưởng của bước sóng ánh sáng tới sự sinh trưởng của cây trồng (đơn

và hương liệu Nghiên cứu cho thấy ánh sáng UV ở bước sóng 385nm thúc đẩy sự tích tụ hợp chất phenolic, tăng cường hoạt động chống oxy hóa của chất chiết xuất từ thực vật

(CA Lightworks, 2016)

b Ánh sáng xanh dương (bước sóng 430 – 450nm)

Phổ ánh sáng 450nm cho phép Cryptochromes và Phototropins phản ứng trong cây trồng Cryptochromes sẽ làm thay đổi nhịp sinh học (chuyển từ chu trình hô hấp sang chu trình quang hợp) Protein phototropins kích thích cây mở khí khổng, uốn cong về

phía ánh sáng giúp phát triển thân cây (CA Lightworks, 2016)

Trang 40

26

Tuy nhiên cần phải được trộn cẩn thận với ánh sáng trong các phổ khác vì ánh sáng quá phơi sáng trong bước sóng này có thể làm chậm sự phát triển của một số loài thực vật Ánh sáng trong dải màu xanh dương cũng ảnh hưởng đến hàm lượng chlorophyll trong cây cũng như độ dày của lá (Knowledge Center, 2016)

c Ánh sáng xanh lá cây (bước sóng 500nm – 550nm)

Ánh sáng xanh lá cây hầu như không có tác dụng quang hợp cho cây, thường được trộn một tỉ lệ nhỏ với ánh sáng xanh dương và đỏ để tạo ánh sáng tổng hợp cho mắt người dễ quan sát Chức năng của ánh sáng xanh ít được hiểu rõ hơn các phổ khác và chỉ

có một số loài thực vật đòi hỏi ánh sáng xanh để tăng trưởng bình thường (CA Lightworks, 2016)

d Ánh sáng đỏ (bước sóng 640nm – 680nm)

Ánh sáng đỏ ảnh hưởng đến khả năng đảo ngược phytochrome và là điều quan trọng nhất cho ra hoa và điều chế quả Những bước sóng này khuyến khích sự phát triển của thân, hoa, sản xuất trái cây và sản xuất diệp lục

Bước sóng 660nm có tác động quang hợp rất mạnh và cũng thể hiện tác động cao nhất đối với phytochrome hấp thụ màu đỏ điều khiển sự nảy mầm, ra hoa và các quá trình khác Hiệu quả nhất cho việc mở rộng chu kỳ ánh sáng hoặc gián đoạn ban đêm để kích thích sự ra hoa của cây dài ngày hoặc ngăn ngừa sự ra hoa của cây ngắn ngày (CA Lightworks, 2016)

e Đỏ xa (bước sóng 730nm)

Theo định nghĩa, ánh sáng đỏ xa (700 đến 800 nm) ở ngoài dải sóng bức xạ hoạt động quang phổ (PAR, 400-700 nm) Tiện ích của ánh sáng đỏ xa chủ yếu liên quan tới

sự điều khiển ra hoa và hình thái đối với cây trồng nhà kính Sự thiếu hụt ánh sáng đỏ xa

có thể làm trì hoãn sự phát triển của hoa hoặc sự phát triển của các cây ngày dài vì vậy nếu thiếu ánh sáng đỏ trong môi trường sản xuất có thể dẫn đến sự chậm trễ trong việc ra hoa một số loài (Runkle và Heins, 2001)

Ngày đăng: 26/01/2024, 19:51

TỪ KHÓA LIÊN QUAN

TÀI LIỆU CÙNG NGƯỜI DÙNG

TÀI LIỆU LIÊN QUAN

w