NGUYỄN MINH CHUNG
NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP CÔNG NGHỆ
SẢN XUẤT MỘT SỐ LOẠI RAU ĂN LÁ TRÁI VỤ BẰNG PHƯƠNG PHÁP THỦY CANH
LUẬN ÁN TIẾN SỸ NÔNG NGHIỆP
Trang 2NGUYỄN MINH CHUNG
NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP CÔNG NGHỆ
SẢN XUẤT MỘT SỐ LOẠI RAU ĂN LÁ TRÁI VỤ BẰNG PHƯƠNG PHÁP THỦY CANH
LUẬN ÁN TIẾN SỸ NÔNG NGHIỆP Chuyên ngành: Trồng trọt
Mã số: 62.62.01.01 Người hướng dẫn khoa học:
1 PGS.TS Nguyễn Khắc Thái Sơn 2 GS.TS Trần Khắc Thi
Trang 3LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan rằng số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận án này là hoàn toàn trung thực, chưa từng được ai sử dụng để công bố trong bất kỳ công trình nào khác Các thông tin, tài liệu trích dẫn trong luận án đã được ghi rõ nguồn gốc
TÁC GIẢ LUẬN ÁN
Trang 4LỜI CẢM ƠN
Trong quá trình thực hiện đề tài “Nghiên cứu giải pháp công nghệ sản xuất một số loại rau ăn lá trái vụ bằng phương pháp thuỷ canh”, Tôi đã
nhận được rất nhiều sự giúp đỡ, tạo điều kiện của tập thể lãnh đạo, các nhà khoa học, cán bộ, chuyên viên, nghiên cứu viên Bộ môn Rau và Cây Gia vị; tập thể Ban Lãnh đạo Viện Nghiên cứu Rau Quả; tập thể Ban Giám đốc Đại học Thái Nguyên, Ban Đào tạo Sau Đại học Đại học Thái Nguyên; tập thể cán bộ, giảng viên Phòng Quản lý Đào tạo Sau Đại học, Khoa Trồng trọt, giảng viên, cán bộ các phòng, ban chức năng, Ban Giám hiệu Trường Đại học Nông
lâm – Đại học Thái nguyên Tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn chân thành về sự giúp
đỡ đó
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Nguyễn Khắc Thái Sơn và GS.TS Trần Khắc Thi – những thầy giáo trực tiếp hướng dẫn và chỉ bảo cho Tơi hồn thành luận án này Xin chân thành cảm ơn thạc sỹ Nguyễn Thị An, thạc sỹ Hoàng Minh Châu cán bộ Viện Nghiên cứu Rau Quả đã giúp đỡ Tôi trong việc thực hiện luận án
Tôi xin chân thành cảm ơn bạn bè, đồng nghiệp của Tôi đang công tác tại Trung ương Đoàn TNCS Hồ Chí Minh, Ban Tổ chức Trung ương Đảng, Đảng ủy Khối các cơ quan Trung ương và gia đình, bạn bè đã động viên, khích lệ, tạo điều kiện và giúp đỡ Tôi trong suốt quá trình thực hiện và hoàn thành luận án này
TÁC GIẢ LUẬN ÁN
Trang 5MỤC LỤC Lời cam đoan i Lời cảm ơn ii Mục lục iii Danh mục chữ viết tắt xi Danh mục các bảng xii Danh mục đồ thị, sơ đồ xv MỞ ĐẦU 1 1 Tính cấp thiết của đề tài 1 2 Mục đích của đề tài 3 3 Ý nghĩa của đề tài 3 3.1 Ý nghĩa khoa học 3 3.2 Ý nghĩa thực tiễn 3
4 Những đóng góp mới của đề tài 3
Chương 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 4
1.1 CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI 4
1.1.1 Lí luận về trồng cây trong dung dịch dinh dưỡng 4
1.1.2 Vai trò của rau xanh 5
1.1.3 Giá trị của rau xanh 5
1.2 TÌNH HÌNH SẢN XUẤT VÀ TIÊU THỤ RAU XANH 7
1.2.1 Tình hình sản xuất và tiêu thụ rau xanh trên thế giới 7
1.2.2 Tình hình sản xuất và tiêu thụ rau xanh ở Việt Nam 8
1.2.3 Tình hình sản xuất rau an toàn trái vụ ở Việt Nam 10
1.3 GIỚI THIỆU KHÁI QUÁT VỀ KĨ THUẬT THỦY CANH 13
1.3.1 Khái niệm về thủy canh 13
1.3.2 Lịch sử phát triển của kĩ thuật thủy canh 13
Trang 61.3.4 Ưu điểm, nhược điểm và triển vọng của kĩ thuật thủy canh
trong sản xuất rau 16 1.3.4.1 Ưu điểm của ứng dụng kĩ thuật thủy canh
vào sản xuất rau 16 1.3.4.2 Nhược điểm của ứng dụng kĩ thuật thủy canh
vào sản xuất rau 16 1.3.4.3 Triển vọng của ứng dụng kĩ thuật thủy canh
vào sản xuất rau 18 1.4 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG KĨ THUẬT
THỦY CANH 19 1.4.1 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng kĩ thuật thủy canh
trên thế giới 19 1.4.1.1 Kết quả nghiên cứu về dung dịch dinh dưỡng
để trồng cây bằng kĩ thuật thủy canh trên thế giới 19 1.4.1.2 Kết quả nghiên cứu về dụng cụ và giá thể để trồng cây
bằng kĩ thuật thủy canh trên thế giới 23 1.4.1.3 Kết quả nghiên cứu về sâu bệnh hại trong kĩ thuật
thủy canh trên thế giới 26 1.4.1.4 Tình hình phát triển kĩ thuật thủy canh trên thế giới 28 1.4.2 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng kĩ thuật thủy canh
ở Việt Nam 31 1.4.2.1 Kết quả nghiên cứu về dung dịch dưỡng để trồng cây
bằng kĩ thuật thủy canh ở Việt Nam 31 1.4.2.2 Kết quả nghiên cứu về dụng cụ và giá thể để trồng cây
bằng kĩ thuật thủy anh ở Việt Nam 33 1.4.2.3 Kết quả nghiên cứu về sâu bệnh hại trong trồng cây
Trang 71.4.2.4 Kết quả nghiên cứu sản xuất rau ăn lá trái vụ
bằng công nghệ thủy canh ở Việt Nam 39
Chương 2: ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 42
2.1 ĐỐI TƯỢNG, VẬT LIỆU VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 42
2.1.1 Đối tượng nghiên cứu .42
2.1.2 Vật liệu nghiên cứu 44
2.1.2.1 Hệ thống thuỷ canh tuần hoàn 44
2.1.2.2 Giá thể và rọ nhựa 45
2.1.2.3 Dung dịch dinh dưỡng 45
2.1.3 Phạm vi nghiên cứu 46
2.2 THỜI GIAN VÀ ĐỊA ĐIỂM NGHIÊN CỨU 46
2.2.1 Thời gian nghiên cứu 46
2.2.2 Địa điểm nghiên cứu 46
2.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 47
2.3.1 Nội dung 1: Nghiên cứu xác định loại rau ăn lá thích hợp trồng trái vụ bằng cơng nghệ thuỷ canh tuần hồn 47
2.3.2 Nội dung 2: Xác định loại dung dịch dinh dưỡng thích hợp để trồng thủy canh đối với một số loại rau ăn lá 47
2.3.3 Nội dung 3: Xác định loại giá thể giữ cây thích hợp để trồng thủy canh đối với một số loại rau ăn lá 47
2.3.4 Nội dung 4: Nghiên cứu chọn loại ống dẫn dung dịch trong hệ thống thủy canh tuần hoàn 47
2.3.5 Nội dung 5: Xây dựng mô hình thử nghiệm sản xuất một số loại rau ăn lá trái vụ bằng công nghệ thủy canh 47
2.4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 47
Trang 8Thí nghiệm 1: So sánh giống xà lách trồng trái vụ
bằng công nghệ thủy canh tuần hoàn 47
Thí nghiệm 2: So sánh giống cải ngọt trồng trái vụ bằng công nghệ thủy canh tuần hoàn 48
Thí nghiệm 3: So sánh giống cần tây trồng trái vụ bằng công nghệ thủy canh tuần hoàn 48
Thí nghiệm 4: So sánh giống rau muống trồng trái vụ bằng cơng nghệ thủy canh tuần hồn 49
Thí nghiệm 5: Xác định dung dịch thủy canh tuần hoàn thích hợp đối với một số loại rau ăn lá .49
Thí nghiệm 6: Xác định giá thể giữ cây thích hợp với rau cải xanh 50
Thí nghiệm 7: Xác định giá thể giữ cây thích hợp với rau xà lách 50
Thí nghiệm 8: Xác định giá thể giữ cây thích hợp với rau cần tây 50
Thí nghiệm 9: Xác định loại ống dẫn dung dịch thích hợp với rau xà lách 50
Thí nghiệm 10: Xác định loại ống dẫn dung dịch thích hợp với rau cải xanh 51
Mô hình 1: sản xuất thăm dò tại Hợp tác xã Ba Chữ, Vân Nội, Đông Anh, Hà Nội 51
Mô hình 2: sản xuất tại Viện Nghiên cứu Rau Quả Gia Lâm, Hà Nội 51
2.4.2 Các chỉ tiêu nghiên cứu và phương pháp theo dõi 51
2.4.2.1 Nhóm các chỉ tiêu về sinh trưởng 51
2.4.2.2 Nhóm chỉ tiêu về chất lượng rau 52
2.4.2.3 Nhóm các chỉ tiêu về sâu bệnh 53
2.4.2.4 Phương pháp hạch toán kinh tế 53
2.4.3 Phương pháp xử lí số liệu 54
Chương 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 55
Trang 93.1.1 Xác định giống xà lách thích hợp trồng trái vụ
bằng cơng nghệ thủy canh tuần hồn 55 3.1.1.1 Thời gian từng giai đoạn sinh trưởng
của các giống xà lách trồng trái vụ bằng công nghệ
thủy canh tuần hoàn 55 3.1.1.2 Tình hình sinh trưởng và năng suất
của các giống xà lách trồng trái vụ bằng công nghệ
thủy canh tuần hoàn 56 3.1.2 Xác định giống cải xanh thích hợp trồng trái vụ
bằng công nghệ thủy canh tuần hoàn 58 3.1.2.1 Thời gian từng giai đoạn sinh trưởng
của các giống cải xanh trồng trái vụ bằng cơng nghệ
thủy canh tuần hồn 58 3.1.2.2 Tình hình sinh trưởng và năng suất
của các giống cải xanh trồng trái vụ bằng công nghệ
thủy canh tuần hoàn 58 3.1.3 Xác định giống cần tây thích hợp trồng trái vụ
bằng công nghệ thủy canh tuần hoàn 60 3.1.3.1 Thời gian từng gian đoạn sinh trưởng
của các giống cần tây trồng trái vụ bằng cơng nghệ
thủy canh tuần hồn 60 3.1.3.2 Tình hình sinh trưởng và năng suất
của các giống cần tây trồng trái vụ bằng công nghệ
thủy canh tuần hoàn 60 3.1.4 Xác định giống rau muống thích hợp trồng trái vụ
Trang 10của các giống rau muống trồng trái vụ bằng cơng nghệ
thủy canh tuần hồn 62 3.1.4.2 Chiều cao của các giống rau muống trồng trái vụ
bằng cơng nghệ thủy canh tuần hồn 62 3.1.4.3 Năng suất thực thu của các giống rau muống
trồng trái vụ bằng công nghệ thủy canh tuần hoàn 63 3.1.5 Chất lượng và mức độ an toàn vệ sinh thực phẩm
của các giống xà lách, cải xanh trồng trái vụ bằng công nghệ
thủy canh tuần hoàn 65 3.1.5.1 Một số chỉ tiêu về chất lượng của xà lách và cải xanh
trồng trái vụ bằng cơng nghệ thủy canh tuần hồn 65 3.1.5.2 Hàm lượng nitrate và một số kim loại nặng trong xà lách,
cải xanh trồng trái vụ bằng cơng nghệ thủy canh tuần hồn 66 3.2 XÁC ĐỊNH LOẠI DUNG DỊCH DINH DƯỠNG THÍCH HỢP
ĐỂ TRỒNG THỦY CANH VỚI MỘT SỐ LOẠI RAU ĂN LÁ 68 3.2.1 Ảnh hưởng của loại dung dịch dinh dưỡng đến tình hình
sinh trưởng các loại rau trồng trái vụ bằng công nghệ
thủy canh tuần hoàn 68 3.2.2 Ảnh hưởng của loại dung dịch dinh dưỡng đến năng suất
các loại rau trồng trái vụ bằng cơng nghệ thủy canh tuần hồn 69 3.2.3 Ảnh hưởng của loại dung dịch dinh dưỡng đến hàm lượng nitrate
và một số một số kim loại nặng trong xà lách, cải xanh
trồng trái vụ bằng cơng nghệ thủy canh tuần hồn 71 3.3 XÁC ĐỊNH LOẠI GIÁ THỂ GIỮ CÂY THÍCH HỢP
ĐỂ TRỒNG THỦY CANH TRÁI VỤ ĐỐI
Trang 11phát triển, năng suất và chất lượng rau cải xanh trồng trái vụ
bằng công nghệ thủy canh tuần hoàn 74 3.3.2 Ảnh hưởng của loại giá thể giữ cây đến sinh trưởng, phát triển,
năng suất và chất lượng rau xà lách trồng trái vụ bằng cơng nghệ thủy canh tuần hồn 77 3.3.3 Ảnh hưởng của loại giá thể giữ cây đến sinh trưởng,
phát triển, năng suất và chất lượng rau cần tây trồng trái vụ
bằng công nghệ thủy canh tuần hoàn 80 3.4 LỰA CHỌN LOẠI ỐNG DẪN DUNG DỊCH THÍCH HỢP
ĐỂ TRỒNG RAU BẰNG CƠNG NGHỆ
THỦY CANH TUẦN HỒN 82 3.4.1 Ảnh hưởng của loại ống dẫn dung dịch đến sự sinh trưởng,
phát triển và năng suất của rau xà lách 83 3.4.1.1 Ảnh hưởng của loại ống dẫn dung dịch đến tình hình
sinh trưởng của rau xà lách 83 3.4.1.2 Ảnh hưởng của loại ống dẫn dung dịch đến năng suất
rau xà lách 85 3.4.1.3 Hiệu quả kinh tế của rau xà lách trồng trên các loại
ống dẫn dung dịch 86 3.4.2 Ảnh hưởng của loại ống dẫn dung dịch đến sự sinh trưởng,
phát triển và năng suất rau cải xanh 87 3.4.2.1 Ảnh hưởng của loại ống dẫn dung dịch đến sinh trưởng
của rau cải xanh 87 3.4.2.2 Ảnh hưởng của loại ống dẫn dung dịch đến năng suất
rau cải xanh 88 3.4.2.3 Hiệu quả kinh tế của rau cải xanh trồng
Trang 123.5 XÂY DỰNG MƠ HÌNH THỬ NGHIỆM SẢN XUẤT MỘT SỐ LOẠI RAU ĂN LÁ TRÁI VỤ BẰNG CƠNG NGHỆ
THỦY CANH TUẦN HỒN 90
3.5.1 Kết quả xây dựng mô hình thử nghiệm sản xuất rau ăn lá trái vụ bằng công nghệ thủy canh tuần hoàn tại hợp tác xã Ba Chữ, Vân Nội, Đông Anh, Hà Nội 91
3.5.2 Kết quả xây dựng mô hình sản xuất rau ăn lá trái vụ bằng cơng nghệ thủy canh tuần hồn tại Viện Nghiên cứu Rau Quả Gia Lâm, Hà Nội 93
3.5.3 Tình hình sâu bệnh hại trên các chủng loại rau ăn lá trồng trái vụ trên hệ thống thủy canh tuần hoàn 96
KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 98
1 Kết luận 98
2 Đề nghị 98
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ TÀI LIỆU THAM KHẢO
Trang 13DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
- FAO (Food and Agriculture Organization): Tổ chức Nông lương quốc tế
- ĐB: Đồng bằng
- NFT (Nutrient Film Technique): Kỹ thuật màng mỏng dinh dưỡng - AVRDC : Trung tâm Nghiên cứu và Phát triển Rau Châu Á
-WHO (World Health Organization): Tổ chức Y tế Thế giới - CT: Công thức - TN: Thí nghiệm - VTMC: Vitamin C - ĐK tán: Đường kính tán - KL: Khối lượng
- NSLT: Năng suất lý thuyết - NSTT: Năng suất thực thu - Đ/c: Đối chứng
- VN: Việt Nam
- TCVN: Tiêu chuẩn Việt Nam - KLN: Kim loại nặng
Trang 14DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 3.1 Thời gian từng giai đoạn sinh trưởng của các giống xà lách
trồng trái vụ bằng cơng nghệ thủy canh tuần hồn 55
Bảng 3.2 Một số chỉ tiêu sinh trưởng chính và năng suất của các giống
xà lách trồng trái vụ giai đoạn sinh trưởng của các giống cải xanh trồng trái vụ bằng công bằng công nghệ thủy canh tuần hoàn 56
Bảng 3.3 Thời gian từng nghệ thủy canh tuần hoàn 58 Bảng 3.4 Một số chỉ tiêu sinh trưởng và năng suất của các giống
cải xanh trồng trái vụ bằng công nghệ thủy canh tuần hoàn 59
Bảng 3.5 Thời gian từng giai đoạn sinh trưởng của các giống cần tây
trồng trái vụ bằng cơng nghệ thủy canh tuần hồn 60
Bảng 3.6 Một số chỉ tiêu sinh trưởng và năng suất của các giống
cần tây trồng trái vụ bằng cơng nghệ thủy canh tuần hồn 61
Bảng 3.7 Thời gian từng giai đoạn sinh trưởng của các giống
rau muống trồng trái vụ bằng công nghệ thủy canh tuần hoàn 62
Bảng 3.8 Chiều cao của các giống rau muống trồng trái vụ
bằng công nghệ thủy canh tuần hoàn 63
Bảng 3.9 Năng suất thực thu của các giống rau muống trồng trái vụ
bằng cơng nghệ thủy canh tuần hồn 63
Bảng 3.10 Một số chỉ tiêu chất lượng của các giống xà lách và cải xanh
trồng trái vụ bằng cơng nghệ thủy canh tuần hồn 65
Bảng 3.11 Hàm lượng NO3 và một số kim loại nặng trong xà lách
và cải xanh trồng trái vụ bằng cơng nghệ thủy canh tuần hồn 67
Bảng 3.12 Ảnh hưởng của loại dung dịch dinh dưỡng đến chiều cao
và số lá các loại rau trồng trái vụ bằng cơng nghệ
thủy canh tuần hồn 69
Trang 15rau muống trồng trái vụ bằng cơng nghệ thủy canh tuần hồn 69
Bảng 3.14 Ảnh hưởng của loại dung dịch dinh dưỡng đến năng suất
một số loại rau trồng trái vụ bằng cơng nghệ
thủy canh tuần hồn 70
Bảng 3.15 Ảnh hưởng của loại dung dịch dinh dưỡng đến năng suất
rau muống trồng trái vụ bằng công nghệ thủy canh tuần hoàn 71
Bảng 3.16 Ảnh hưởng của dung dịch dinh dưỡng đến hàm lượng nitrate
và một số kim loại nặng trong xà lách, cải xanh trồng trái vụ
bằng công nghệ thủy canh tuần hoàn 72
Bảng 3.17 Ảnh hưởng của loại giá thể giữ cây đến sinh trưởng
và năng suất rau cải xanh trồng trái vụ
bằng công nghệ thủy canh tuần hoàn 75
Bảng 3.18 Ảnh hưởng của loại giá thể giữ cây đến chất lượng
rau cải xanh trồng trái vụ bằng công nghệ
thủy canh tuần hoàn 76
Bảng 3.19 Ảnh hưởng của loại giá thể giữ cây đến sinh trưởng
và năng suất rau xà lách trồng trái vụ
bằng công nghệ thủy canh tuần hoàn 77
Bảng 3.20 Ảnh hưởng của loại giá thể giữ cây đến các chỉ tiêu
về chất lượng rau xà lách trồng trái vụ
bằng cơng nghệ thủy canh tuần hồn 79
Bảng 3.21 Ảnh hưởng của loại giá thể giữ cây đến các chỉ tiêu sinh trưởng
của rau cần tây trồng trái vụ bằng công nghệ
thủy canh tuần hoàn 80
Bảng 3.22 Ảnh hưởng của loại giá thể giữ cây đến chất lượng
rau cần tây trồng trái vụ bằng công nghệ
Trang 16Bảng 3.23 Ảnh hưởng của loại ống dẫn dung dịch đến năng suất
rau xà lách 85
Bảng 3.24 Hiệu quả kinh tế của rau xà lách trồng trên
các loại ống dẫn dung dịch 86
Bảng 3.25 Ảnh hưởng của loại ống dẫn dung dịch đến số lá
và chiều cao rau cải xanh 87
Bảng 3.26 Ảnh hưởng của loại ống dẫn dung dịch đến khối lượng
và năng suất rau cải xanh 88
Bảng 3.27 Hiệu quả kinh tế của rau cải xanh trồng
trên các loại ống dẫn dung dịch 89 Bảng 3.28 Hàm lượng nitrate và một số kim loại nặng trong các loại rau
ở mô hình sản xuất bằng cơng nghệ thủy canh tuần hồn
tại Hợp tác xã Ba Chữ, Văn Nội, Đông Anh 91
Bảng 3.29 Kết quả thử nghiệm mô hình sản xuất rau ăn lá trái vụ
bằng công nghệ thuỷ canh tuần hoàn
tại Ba Chữ - Vân Nội - Đông Anh 92
Bảng 3.30 Thời gian sinh trưởng của các loại rau ở mô hình sản xuất
bằng cơng nghệ thủy canh tuần hồn
tại Viện Nghiên cứu Rau Quả 93
Bảng 3.31 Các yếu tố cấu thành năng suất và năng suất của các loại rau
ở mô hình sản xuất bằng công nghệ thủy canh tuần hoàn
tại Viện Nghiên cứu Rau Quả 94 Bảng 3.32 Hàm lượng nitrate và một số kim loại nặng trong các loại rau
ở mô hình sản xuất bằng cơng nghệ thủy canh tuần hồn
tại Viện Nghiên cứu Rau Quả 95
Bảng 3.33 Hiệu quả kinh tế của các loại rau ở mô hình sản xuất
Trang 17DANH MỤC ĐỒ THỊ, SƠ ĐỒ Hình 3.1 Năng suất của các giống xà lách trồng trái vụ
bằng cơng nghệ thủy canh tuần hồn 57
Hình 3.2 Năng suất thực thu của các giống rau cải trồng trái vụ
bằng cơng nghệ thủy canh tuần hồn 59
Hình 3.3 Năng suất của các giống cần tây trồng trái vụ
bằng cơng nghệ thủy canh tuần hồn 61
Hình 3.4 Tổng năng suất của các giống rau muống trồng trái vụ
bằng công nghệ thủy canh tuần hoàn 64
Hình 3.5 Ảnh hưởng của các loại giá thể giữ cây đến năng suất
rau cải xanh trồng trái vụ bằng công nghệ thủy canh tuần hoàn 76
Hình 3.6 Ảnh hưởng của các loại giá thể giữ cây đến năng suất
rau xà lách trồng trái vụ bằng cơng nghệ thủy canh tuần hồn 78
Hình 3.7 Ảnh hưởng của các loại giá thể giữ cây đến năng suất
rau cần tây trồng trái vụ bằng cơng nghệ thủy canh tuần hồn 81
Hình 3.8 Ảnh hưởng các loại ống dẫn dung dịch đến số lá rau xà lách 84 Hình 3.9 Ảnh hưởng các loại ống dẫn dung dịch
Trang 18MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết của đề tài
Rau là nguồn thực phẩm thiết yếu trong đời sống hằng ngày của con người Rau không chỉ cung cấp một lượng lớn vitamin… mà còn cung cấp một phần các nguyên tố đa, vi lượng cần thiết trong cấu tạo tế bào Ngoài ra, rau còn là loại cây trồng mang lại hiệu quả kinh tế cao, là mặt hàng xuất khẩu quan trọng của nhiều nước trên thế giới Rau rất đa dạng về chủng loại như rau ăn quả, rau ăn củ, rau ăn lá…
Sản xuất rau ở nước ta hiện cơ bản đáp ứng nhu cầu tiêu thụ rau xanh của người dân, góp phần nâng cao chất lượng cuộc sống và từng bước nâng cao giá trị xuất khẩu rau của Việt Nam Tuy nhiên, có hai yếu tố hạn chế chính và cản trở nhất của sản xuất rau hiện nay là giải quyết đủ rau trái vụ và đảm bảo an toàn vệ sinh thực phẩm Vào chính vụ, giá rau thường rất rẻ, giá các loại rau sản xuất theo quy trình an toàn bị giảm hẳn, thu nhập của người sản xuất rau giảm sút, có doanh nghiệp thậm chí bị thua lỗ và phá sản, do đó chưa thúc đẩy được mạng lưới sản xuất rau an toàn và hình thành các vùng sản xuất rau tập trung Vào lúc trái vụ, lượng rau thường không đủ, người trồng sử dụng nhiều nước phân, phân hóa học, hóa chất bảo vệ thực vật và điều hòa sinh trưởng nên giá cao và thường chất lượng rau chưa đảm bảo tiêu chuẩn an toàn vệ sinh thực phẩm Đồng thời, một lượng lớn rau được nhập khẩu từ nước ngoài, phổ biến là từ Trung Quốc, gây khó khăn cho công tác giám sát chất lượng và an toàn vệ sinh thực phẩm
Trang 19đảm bảo an toàn Cùng với quá trình đó, nhu cầu sử dụng rau xanh của người dân ngày càng tăng Theo dự báo của FAO (2008), nhu cầu sử dụng rau xanh hằng năm tăng khoảng 5% [68]
Để giải quyết vấn đề này, đa dạng hóa loại hình sản xuất, áp dụng công nghệ cao, công nghệ có chi phí đầu tư thấp để duy trì sản xuất bình thường trong vụ rau trái vụ và quản lý an toàn vệ sinh thực phẩm đặc biệt là dư lượng kim loại nặng, vi sinh vật và thuốc bảo vệ thực vật là một hướng đi cần thiết Trong thực tế chúng ta đã có nhiều cải tiến và giải pháp được đưa ra như trồng rau trong nhà lưới đơn giản, nhà lưới kiên cố, bán kiên cố, sử dụng vòm che di động trên đồng ruộng hay sản xuất trên nền giá thể, sản xuất rau mầm, sản xuất trên hệ thống điều khiển tự động trong nhà lưới đã được áp dụng, song mỗi công nghệ đều có những ưu điểm và bộc lộ những hạn chế nhất định Phần lớn các hạn chế đều có liên quan đến quản lý đất trồng, quản lý nhiệt độ, ẩm độ trên đồng ruộng và trong nhà lưới Do đặc điểm nhiệt đới có 4 mùa rõ rệt, nhiệt độ trong vụ rau hè rất cao, hiệu quả của các giải pháp trồng rau trong nhà lưới bị hạn chế, có thể có lúc thất bại Từ những thực trạng trên cho thấy, việc lựa chọn giải pháp trồng rau thủy canh có thể góp phần giải quyết các tồn tại trên của ngành sản xuất rau nước ta hiện nay Tuy có thể phạm vi mở rộng ứng dụng của cơng nghệ này khơng thể thay thế hồn tồn các giải pháp khác, song nó sẽ là một trong các giải pháp phối hợp có hiệu quả để giải quyết vấn đề vệ sinh thực phẩm và sản xuất rau trái vụ ở nước ta Việc áp dụng công nghệ này vào sản xuất cũng góp phần thúc đẩy sản xuất rau ở cả vùng núi cao, hải đảo không có tài nguyên đất phù hợp để trồng rau và những vùng đất bị ô nhiễm Xuất phát từ những lý do trên, chúng tôi tiến
hành đề tài:
Trang 202 Mục đích của đề tài
Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số kỹ thuật cơ bản đến sinh trưởng, năng suất, chất lượng của một số loại rau ăn lá trồng trái vụ và đề xuất hoàn thiện quy trình sản xuất trái vụ các loại rau này bằng phương pháp thủy canh tuần hoàn
3 Ý nghĩa của đề tài
3.1 Ý ngh
Cung cấp các dữ liệu chun mơn hồn thiện quy trình sản xuất rau ăn lá trái vụ bằng phương pháp thủy canh để bổ sung vào hệ thống các phương pháp sản xuất rau đảm bảo an toàn vệ sinh thực phẩm trong điều kiện khí hậu miền Bắc Việt Nam
Kết quả nghiên cứu còn góp phần bổ sung lý luận cho một số môn khoa học cơ sở, như: sinh lý thực vật, sinh hóa thực vật, dinh dưỡng khoáng…
3.2 Ý ngh
Giúp các nhà sản xuất, các doanh nghiệp chủ động sản xuất rau trong nhà lưới bằng kỹ thuật thủy canh, đáp ứng nhu cầu rau đảm bảo an toàn vệ sinh thực phẩm cho thị trường nội địa và tiến tới xuất khẩu
4 Những đóng góp mới của đề tài
- Đề tài nghiên cứu góp phần xác định được giá thể trồng rau, loại rau ăn lá, dung dịch dinh dưỡng, dụng cụ chứa dung dịch trồng rau ăn lá trái vụ thích hợp nhất trong điều kiện khí hậu miền Bắc Việt Nam
Trang 21Chương 1
TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1 CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI
1.1.1 Lý luận về trồng cây trong dung dịch dinh dưỡng
Từ xưa người ta đã thấy được vai trò của nước đối với đời sống sinh vật nói chung và thực vật nói riêng “Khơng có nước là khơng có sự sống” Theo Hồng Minh Tần, Nguyễn Quang Thạch và Trần Văn Phẩm (2000) [31] thì 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 lá môi trường vận chuyển của các chất và tham gia vào các phản ứng hóa sinh 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
Trang 22ánh 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 cần dùng
đất, chỉ cần đáp ứng đầy đủ các yêu cầu về dinh dưỡng 1.1.2 Vai trò của rau xanh
Rau xanh là loại thực phẩm thiết yếu của cuộc sống, nó cung cấp phần lớn các khoáng chất và vitamin, góp phần cân bằng dinh dưỡng trong bữa ăn hàng ngày của con người Đồng thời, rau là cây trồng mang lại hiệu quả kinh tế cao, là mặt hàng xuất khẩu quan trọng của nhiều nước trên thế giới Cây rau được sử dụng và trồng từ khi loài người mới xuất hiện Từ xa xưa người Ai Cập cổ đại và người Hy Lạp đã trồng và sử dụng bắp cải như là nguồn lương thực chính của họ Theo FAO (2006) [66], nhiều nước trên thế giới trồng rất nhiều chủng loại rau với diện tích rất lớn Tại các nước phát triển tỷ lệ cây rau so với cây lương thực là 2/1, còn các nước đang phát triển tỷ lệ này là 1/2
1.1.3 Giá trị của rau xanh
Rau xanh không chỉ cung cấp một lượng dinh dưỡng nhất định, đặc biệt là khoáng chất và các loại vitamin trong khẩu phần ăn hàng ngày mà còn cung cấp cellulose giúp cho cơ thể tiêu hóa thức ăn, đào thải nhanh colesterolle và các chất có hại khác ra khỏi cơ thể, rau xanh còn là nguồn dược liệu quý cho cuộc sống của con người
So sánh thành phần dinh dưỡng của cây rau và cây ngũ cốc, A.F.M.Sharfuddin và M.A.Sididque (1985) cho biết rau có hàm lượng vitamin, các khoáng chất cao hơn lúa mì và lúa nước rất nhiều lần
Trang 23thiếu vitamin A, chảy máu chân răng, tay chân mỏi mệt do thiếu vitamin C, Thiếu vitamin sẽ giảm sức dẻo dai, hiệu suất làm việc sút kém, bệnh tật dễ phát sinh, khi mắc bệnh chữa lâu lành Trong hoạt động hằng ngày, mỗi người đều cần một lượng vitamin nhất định, cùng các chất khoáng trong rau chủ yếu như K, Mg, Ca, Fe, vi lượng là những chất rất cần thiết để cấu tạo nên máu và xương [7] Một số loại rau còn được sử dụng như những cây dược liệu quý như: Tỏi, Gừng, Nghệ, Tía tô, Hành tây, Cheang hong (2004) [7]
Rau xanh còn là loại cây trồng mang lại hiệu quả kinh tế cao, thời gian sinh trưởng ngắn, có khả năng trồng nhiều vụ trong năm và có khả năng thích ứng với nhiều vùng sinh thái khác nhau Do đó, rau được coi là loại cây trồng chủ lực trong việc chuyển dịch cơ cấu cây trồng xóa đói giảm nghèo cho nông dân Việt Nam
Ở Đài Loan, thu nhập tính bằng tiền trên 1 ha rau hơn hẳn các cây trồng khác Theo thống kê năm 1997 ở Mỹ cho thấy, tổng trị giá thu được trên 1ha trồng rau cao hơn so với lúa nước và lúa mì, trong đó trồng cà chua cho thu nhập cao hơn khoảng 4 lần so với lúa nước và 20 lần so với lúa mì Grodzinxki A.M và cộng sự (1981) [12]
Trang 241.2 TÌNH HÌNH SẢN XUẤT VÀ TIÊU THỤ RAU XANH
1.2.1 Tình hình sản xuất và tiêu thụ rau xanh trên thế giới
Theo thống kê của FAO ( 2008) [68]: Năm 1980, toàn thế giới sản xuất được 375 triệu tấn rau, năm 1990 là 441 triệu tấn, năm 1997 là 596,6 triệu tấn và năm 2001 đã lên tới 678 triệu tấn Chỉ riêng cải cải bắp và cà chua sản lượng tương ứng là 50,7 triệu tấn và 88,2 triệu tấn với năng suất tương ứng 24,4 tấn/ha Lượng tiêu thụ rau bình quân theo đầu người là 110 kg/người/năm Tuy nhiên, trình độ phát triển nghề trồng rau của các nước không giống nhau Theo K.U Ah med và M.shajahan (1991) cho biết nếu tính sản lượng theo đầu người ở các nước phát triển sản lượng cao hơn hẳn các nước đang phát triển, các nước phát triển tỷ lệ cây rau so với cây lương thực là 2/1, trong khi ở các nước đang phát triển là 1/2 Châu Á có sản lượng rau hàng năm đạt khoảng 400 triệu tấn với mức tăng trưởng 3% (khoảng 5 triệu tấn/năm), mức tiêu dùng rau của các nước Châu Á là 84 kg/người/năm Trong số các nước đang phát triển thì Trung Quốc có sản lượng cao nhất đạt 70 triệu tấn/năm, Ấn Độ đứng thứ 2 với sản lượng rau hàng năm là 65 triệu tấn
Ngoài mức tăng về sản lượng hàng năm thì chất lượng ngày càng được quan tâm Nhiều tiến bộ kỹ thuật được áp dụng để hạn chế các tồn dư trong sản phẩm rau (hàm lượng NO3, dư lượng thuốc bảo vệ thực vật, hàm lượng kim loại nặng… có hại cho sức khoẻ con người) như: kỹ thuật trồng rau không dùng đất, trồng trong dung dịch, trồng cây trong điều kiện có che chắn; Sử dụng các loại thuốc bảo vệ thực vật an toàn cho đất, bảo vệ môi trường
Trang 25Nhật Bản tiêu thụ rau quả nhiều nhất trên thế giới, mỗi năm Nhật bản tiêu thụ 17 triệu tấn rau các loại, bình quân mỗi người tiêu thụ 100 kg/năm, xu hướng tiêu thụ rau gần đây chủ yếu là các loại rau tự nhiên và có lợi cho sức khỏe là những loại rau giàu vitamin
Trung bình trên thế giới mỗi người tiêu thụ 154 – 172 g/ngày Theo FAO (2006) [66] tiêu thụ rau và hoa quả tươi của Anh là 79,6 kg/người/năm Theo Bộ Nông nghiệp Hoa Kỳ do tác động của các yếu tố như sự thay đổi cơ cấu dân số, thị hiếu tiêu dùng và thu nhập dân cư, tiêu thụ nhiều loại rau đã tăng mạnh trong những năm qua
1.2.2 Tình hình sản xuất và tiêu thụ rau xanh ở Việt Nam
Việt Nam có lịch sử trồng rau từ lâu đời Từ thời Vua Hùng, người ta đã phát hiện rau bầu bí trong vườn của gia đình Theo sử sách thì rau được nhập vào nước ta từ đầu thế kỷ thứ X Năm 1721 - 1783, Lê Quý Đôn đã tiến hành tổng kết các vùng phân bố rau Năm 1029, nước ta đã tiến hành trồng thử rau cải trắng và khoai tây, như vậy nghề trồng rau nước ta ra đời từ rất sớm Những năm trước đây, do nền kinh tế tự túc kéo dài, nghề trồng rau nước ta rất manh mún, chủng loại rau nghèo; diện tích và sản lượng rất thấp so với tiềm năng đất đai, khí hậu của Việt Nam
Hiện nay, chúng ta có khoảng 70 loài thực vật được sử dụng làm rau hoặc chế biến thành rau; rau trồng có khoảng hơn 30 loại, trong đó, có khoảng 15 loại chủ lực, trong số này có hơn 80 % là rau ăn lá Theo số liệu thống kê từ năm 1967 cho tới nay, sản xuất rau không ngừng tăng nhanh đáp ứng nhu cầu trong nước mà còn phục vụ cho xuất khẩu
Trang 2611.510.77 tấn; năm 2009, diện tích tăng lên 735.335 ha, năng suất 16,12 tần/ha, sản lượng 11.885.067 tấn
Riêng miền Bắc diện tích rau có xu hướng giảm Năm 2007, diện tích là 335.497 ha, năng suất 14,60 tấn/ha, sản lượng 4.899.834 tấn; năm 2009, diện tích giảm xuống còn 330.578 ha, năng suất 14,99 tần/ha, sản lượng 4.956.667 tần Đặc biệt vùng Đồng bằng Sông Hồng diện tích giảm do tốc độ đơ thị hố tăng mạnh, nhưng về năng suất và sản lượng đã tăng hàng năm do trình độ và kỹ thuật canh tác phát triển Năm 2007, diện tích là 160.747 ha, năng suất 18,64 tấn/ha, sản lượng 2.996.443 tấn; năm 2009, diện tích giảm xuống còn 142.505 ha, năng suất 19,88 tần/ha, sản lượng 2.832.753 tần
Các tỉnh miền Nam có xu hướng tăng lên Năm 2007, diện tích là 370.644 ha, năng suất 20,14 tấn/ha, sản lượng 6.194.730 tấn; năm 2009, diện tích tăng lên 404.757 ha, năng suất 17,11 tần/ha, sản lượng 6.928.400 tần
Trang 27mức tiêu thụ ngày càng lớn, nhưng được đánh giá mang lại nhiều rủi ro cho người tiêu dùng do chất lượng rau ở nhiều nơi không đảm bảo Vì thế, mục tiêu của ngành sản xuất rau quả hiện nay là đáp ứng nhu cầu rau có chất lượng cao cho người tiêu dùng nhất là các vùng tập trung đông dân cư
1.2.3 Tình hình sản xuất rau an toàn trái vụ ở Việt Nam
Trong 10 năm trở lại đây, các cơ quan nghiên cứu trong nước, các tổ chức quốc tế, các doanh nghiệp nông nghiệp đã tổ chức nghiên cứu, thử nghiệm nhiều kỹ thuật sản xuất rau an toàn, rau hữu cơ, kết hợp trồng rau trái vụ tăng hiệu quả sản xuất, tăng chất lượng sản phẩm cho xuất khẩu và tiêu dùng trong nước Trong đó, có khá nhiều nghiên cứu về kỹ thuật thủy canh với 2 hệ thống thủy canh là: hệ thống thủy canh tĩnh và hệ thống thủy canh động Giới thiệu một số mô hình sản xuất thử nghiệm, như sau [43]:
* Tại Hà Nội [46]: Một khu nông nghiệp công nghệ cao được khởi công tháng 4/2002 đã hoàn thành và đi vào hoạt động tháng 9/2004 Vốn đầu tư 24 tỷ đồng (1,5 triệu USD), trong đó 50 % vốn ngân sách thành phố và 50% vốn cơ quan chủ quản Công ty TNHH Nhà nước một thành viên Đầu tư phát triển nông nghiệp Hà Nội
Khu này được xây dựng trên diện tích 7,5 ha với 5.500 m2
trồng dưa chuột, cà chua, ớt ngọt; 2.000m2 trồng hoa, các giống đều được nhập từ ISAREL Với tiến bộ mới về giống, quy trình chăm bón, hệ thống dinh dưỡng khoáng tự động, ánh sáng và nhiệt độ được điều chỉnh, năng suất cây trồng ở đây đạt khá cao và việc sản xuất bước đầu được xem là hiệu quả
Trang 28giống có tỉ lệ đậu quả cao, có khả năng cho năng suất cao Vụ xuân hè đạt năng suất 78-116 tấn/ha, vụ thu đông đạt 74 tạ/ha Chất lượng dưa chuột đều đạt tiêu chuẩn rau an toàn Năng suất của các giống ớt ngọt trài vụ không cao (chỉ đạt từ 50 đến 120 tấn/ha) Sản phẩm ớt ngọt đạt tiêu chuẩn rau an toàn
Thành phố Hà Nội đã hình thành các mô hình ứng dụng tiến bộ kỹ thuật và cơng nghệ mới trong sản xuất rau an tồn tại Vĩnh Tuy, Lĩnh Nam, (Thanh Trì), Vân Nội (Đông Anh) ; đã xuất hiện nhiều trang trại ứng dụng công nghệ cao trong sản xuất rau và hoa Năm 2002, toàn thành phố có 54 quầy bán rau an toàn, thực phẩm sạch Hiện nay, thành phố đang xây dựng các dự án nông nghiệp công nghệ cao Mô hình rau, hoa chất lượng cao ở huyện Từ Liêm 16 ha; mô hình nông nghiệp công nghệ cao Nam Hồng (Đông Anh) 30 ha, ở Kim Sơn (Gia Lâm) 15 ha
* Tại thành phố Hồ Chí Minh [43]: Một khu sản xuất nông nghiệp công nghệ cao cũng đã được phê duyệt với quy mô 100 ha Tại đây, sẽ có khu sản xuất rau bằng phương pháp thủy canh, trồng trên giá thể không đất, nuôi trồng các loại lan, sản xuất nấm
Trang 29* Tại Lâm Đồng [43]: Từ đầu năm 2004 đã khởi động các chương trình trọng điểm trong đó có chương trình nông nghiệp công nghệ cao Trong kế hoạch phát triển từ 2004 đến 2010, tỉnh Lâm Đồng dự kiến xây dựng một số khu nông nghiệp công nghệ cao với quy mô 15.000 ha Các hoạt động chính ở các khu này là sản xuất rau, hoa, dâu tây và chè Tổng số vốn đầu tư là 2.700 tỷ đồng, trong đó vốn hỗ trợ của nhà nước là 38 tỷ đồng
Trong 10.000 ha đất nông nghiệp của thành phố Đà Lạt, có 500 ha sản xuất rau, 200 ha hoa, 30 ha chè, 2000 ha cà phê, 1000 ha cây ăn quả Trong đó, mô hình sản xuất rau an toàn 600 ha, canh tác được sản xuất theo hai dạng:
- Công nghệ sản xuất cách ly trong nhà lưới không sử dụng phân bón, nông dược vô cơ
- Công nghệ sản xuất cách ly trong nhà lưới, sử dụng có giới hạn nông dược vô cơ Mô hình này đã được triển khai tổng số khoảng 20 ha ở Công ty Trách nhiệm hữu hạn Kim Bằng 7 ha, Công ty Trách nhiệm hữu hạn Trang Food 3 ha, các hộ nông dân trên 10 ha
* Tại Hải Phòng [43]: Dự án được triển khai thực hiện tại xã Mỹ Đức, huyện An Lão với tổng đầu tư 22,5 tỷ đồng Cơ quan chủ trì là Trung tâm Phát triển lâm nghiệp Hải Phòng Khu nông - lâm nghiệp công nghệ cao Hải Phòng đã xây dựng các phân khu chức năng như: khu bảo tồn cây ăn quả đầu dòng và vườn ươm cây giống; khu sản xuất giá thể; khu nhà lưới sản xuất cây cảnh Hiện nay, các khu nhà lưới, nhà kính sản xuất rau và hóa đã hoạt động và cho sản phẩm được 2-3 vụ Năng suất cà chua, dưa chuột đạt 200-350 tấn/ha/năm, hoa hồng cũng đạt 200-300 bông/m2
Trang 30vi sinh vật gây bệnh)
* Tại Nghệ An [43]: đã xây dựng mô hình sản xuất rau trong nhà lưới rộng 0,75 ha ở Đông Vĩnh, thành phố Vinh, tổng thu 150 triệu/ha/năm với lợi nhuận 75 triệu đồng
* Tại Quảng Trị [17]: Diện tích rau trồng rau vụ trái chỉ chiếm diện tích 500 ha, trong đó tập trung ở các vùng đất tốt, chủ động tưới tiêu, gần nơi tiêu thụ như vùng chuyên canh rau Đông Giang, Đông Thanh, Gio Phong, Nại Cửu, Đạo Đầu, Tuy nhiên, điều kiện thời tiết khắc nghiệt nên sản xuất gặp nhiều khó khăn Quảng Trị đã tiến hành thử nghiệm mô hình trồng rau trái vụ trong nhà lưới ở Triệu Giang, với 4 hộ tham gia, diện tích 200m2
/hộ, đất trồng rau thuộc loại đất cát ven biển và đất phù sa, tiến hành trồng rau an toàn và trái vụ trong nhà lưới, chủng loại rau trồng là rau ăn lá (xà lách, mồng tơi, rau má, rau dền) và rau mầm Kết mô hình thử nghiệm, trong 5 tháng mùa khô cho thấy: Tổng lãi ròng thu được sau 5 tháng trồng rau trên diện tích 200 m2là hơn 4,7 triệu/hộ, sau khi trừ chi phí làm nhà lưới, các hộ còn lãi từ 1,8 - 2,0 triệu đồng
1.3 GIỚI THIỆU KHÁI QUÁT VỀ KĨ THUẬT THỦY CANH
1.3.1 Khái niệm về thủy canh
Thủy canh (Hydroponics) là hình thức canh tác trồng cây trong dung dịch, là biện pháp kỹ thuật trồng cây không dùng đất Cây trồng được trồng trên hoặc trong dung dịch dinh dưỡng, sử dụng dinh dưỡng hòa tan trong nước dưới dạng dung dịch và tùy theo từng kỹ thuật mà toàn bộ hoặc một phần bộ rễ cây được ngâm trong dung dịch dinh dưỡng 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) [30]
1.3.2 Lịch sử phát triển của kỹ thuật thủy canh
Trang 32trong dung dịch nước sâu của Gericke (1930) cho đến hệ thống trồng trong dung dịch nước sâu tuần hoàn của Kyowa và Kubota (1977 - 1983); sau đó là kỹ thuật màng mỏng dinh dưỡng (NFT = Nutrient Film Technique) và từ dung dịch dinh dưỡng đầu tiên của Knop cho đến nay đã có hàng loạt các dung dịch để trồng cây như dung dịch FOA, dung dịch Imail
Hiện nay, công nghệ trồng cây trong dung dịch đã được phát triển rộng rãi trên toàn thế giới Từ đơn giản cho đến tinh vi, phức tạp Ở các nước phát triển công nghệ này được nghiên cứu, thiết kế điều khiển bằng công nghệ cao có thể sử dụng trồng nhỏ lẻ nhưng cũng có thể sản xuất công nghiệp tạo ra các sản phẩm có độ đồng đều, năng suất cao và đảm bảo an toàn vệ sinh thực phẩm đối với người sử dụng
1.3.3 Phân loại các hệ thống thủy canh
Căn cứ vào đặc điểm sử dụng dung dịch dinh dưỡng có thể chia thành hai hệ thống thủy canh [42], như sau:
* Hệ thống thủy canh tĩnh: Ở hệ thống này, một hoặc toàn bộ rễ cây
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 thấp hơn, nhưng hạn chế là thường thiếu ôxy trong dung dịch và dễ sinh ra chua gây ngộ độc cho cây
* Hệ thống thủy canh động: Đây là loại hệ thống mà trong quá trình
trồng cây, dung dịch dinh dưỡng có sự chuyển động; chi phí cao hơn nhưng cây trồng không bị thiếu ôxy Các hệ thống thủy canh động hoạt động trên nguyên lý thủy triều, sục khí, tưới nhỏ giọt Hệ thống thủy canh này chia làm hai loại như sau:
Trang 33- Thủy canh kín là hệ thống thủy canh động mà trong đó dung dịch dinh dưỡng có sự tuần hoàn trở lại nhờ một hệ thống bơm hút dung dịch dinh dưỡng từ bể chứa
1.3.4 Ưu điểm, nhược điểm và triển vọng của kỹ thuật thủy canh trong sản xuất rau
1.3.4.1 Ưu điểm của ứng dụng kỹ thuật thủy canh vào sản xuất rau
- Trồng rau ứng dựng kỹ thuật thủy canh cũng như đối với các loại cây trồng khác là có thể chủ động điều chỉnh dinh dưỡng cho cây, các loại dinh dưỡng được cung cấp theo nhu cầu của từng loại rau; đồng thời có thể loại bỏ được các chất có hại cho cây và không có các chất tồn dư của vụ trước
- Tiết kiệm nước do cây sử dụng trực tiếp nước trong dụng cụ đựng dung dịch, nước không bị thất thoát do ngấm vào đất và bốc hơi
- Giảm chi phí nhân công do giảm được một số khâu như: không phải làm đất, không phải làm cỏ, không phải vun xới và không phải tưới nước
- Dễ thanh trùng vì chỉ cần rửa bằng formaldehyt loãng và nước lã sạch - Không phải sử dụng thuốc bảo vệ thực vật, không có vi sinh vật gây hại… và điều chỉnh được dinh dưỡng nên tạo ra sản phẩm rau an toàn đối với người sử dụng
- Trồng được rau trái vụ do điều khiển được các yếu tố môi trường tác động như: điều chỉnh được dinh dưỡng, nhiệt độ, ánh sáng…
- Nâng cao được năng suất và chất lượng rau do cung cấp đầy đủ các yêu cầu dinh dưỡng đối với rau, không bị sâu, bệnh hại và cỏ dại… Theo Lê Đình Lương (1995), năng suất của cây trồng trong dung dịch có thể cao hơn so với trồng đất từ 25 – 500 % do có thể trồng được liên tục [19]
1.3.4.2 Nhược điểm của ứng dụng kỹ thuật thủy canh vào sản xuất rau
Trang 34còn nhiều khó khăn; đầu tư ban đầu cao dẫn đến giá thành sản phẩm cao, tiêu thụ sản phẩm sẽ khó khăn Trong khi đó, nước ta lại là nước nông nghiệp được ưu đãi của điều kiện tự nhiên vào chính vụ, nên việc sản xuất rau theo phương pháp truyền thống rất dễ và giá thành rẻ; điều này dẫn đến việc cạnh tranh của rau thuỷ canh đối với rau trồng theo phương pháp truyền thống rất khó Bên cạnh đó, lại chưa có phương pháp nào để phân biệt rau trồng theo phương pháp truyền thống và rau trồng theo phương pháp thuỷ canh
Thời gian thu hồi vốn lâu do đầu tư ban đầu cao, giá thành sản phẩm thấp nên ảnh hưởng lớn đến khả năng thu hồi vốn khi đầu tư kỹ thuật thuỷ canh để trồng rau
Yêu cầu trình độ kỹ thuật cao: Khi sử dụng kỹ thuật thủy canh yêu cầu người thực hiện phải có kiến thức về sinh lý cây trồng, về hóa học và kỹ thuật trồng trọt cao hơn vì tính đệm hóa trong dung dịch dinh dưỡng thấp hơn trong đất, nên việc sử dụng quá liều một chất dinh dưỡng nào đó có thể gây hại thậm chí có thể dẫn đến chết cây [42], [92] Mỗi loại rau có yêu cầu về mặt dinh dưỡng khác nhau, chính vì vậy mà việc nghiên cứu từng loại dinh dưỡng phù hợp với từng loại rau gặp nhiều khó khăn, việc pha chế dung dịnh dinh dưỡng đối với người trồng rau lại càng khó khăn, nên người trồng rau phải mua dung dịch dinh dưỡng của người sản xuất với giá thành cao, ảnh hưởng đến chi phí sản xuất và giá thành sản phẩm
Trang 35Trong hệ thống thuỷ canh thì ẩm độ ln gần như bão hồ, cịn nhiệt độ trong hệ thống thuỷ canh thường ổn định hơn nhiệt độ ngoài trời vài độ (ấm hơn về mùa đông và mát hơn về mùa hè); do đó, môi trường thuỷ canh là nơi rất thuận lợi cho sự sinh sôi phát triển nhanh của bệnh cây Cây trồng trong hệ thống thuỷ canh thường ít tiếp súc với ánh sáng trực xạ nên non yếu, mềm hơn, hàm lượng cellulose ít, hàm lượng nước cao, các mô thịt lá xốp hơn nên dễ dàng xuất hiện những vết thương do ngoại cảnh mang lại, đây là cơ hội để nhiễm bệnh và khi đã nhiễm thì mức độ thiệt hại lớn hơn cây trồng ngoài đồng ruộng rất nhiều Ngoài ra, canh tác thuỷ canh còn có thể bị nhiễm những bệnh mới mà chưa thấy xuất hiện ở ngoài đồng ruộng; ví dụ Phytopthora cryptogea phá hại cây rau diếp trong hệ thống thuỷ canh mà chưa thấy trên đồng ruộng, Nguyễn Khắc Thái Sơn (1996) [27]
Đòi hỏi nguồn nước đảm bảo tiêu chuẩn nhất định: Theo Midmore [92], [93] thì độ mặn trong nước cần được xem xét kĩ khi dùng cho thủy canh, tốt nhất là nhỏ hơn 2.500 ppm
1.3.4.3 Triển vọng của ứng dụng kỹ thuật thủy canh vào sản xuất rau
Đối với Việt Nam, việc ứng dụng kỹ thuật thủy canh trong trồng rau có ý nghĩa thực tiễn rất lớn vì:
Việt Nam có 3/4 diện tích là đồi núi, diện tích cho khai thác nông nghiệp, nhất là diện tích đất trồng rau đã ít, nhưng ngày càng bị thu hẹp do hoạt động sản xuất khác (phát triển công nghiệp), quá trình đô thị hóa, ô nhiễm môi trường do sản xuất nông nghiệp hóa học và các hoạt động sinh hoạt của con người
Trang 36Ngày 29/1/2010, Chính phủ Việt Nam đã ban hành Đề án phát triển nông nghiệp công nghệ cao đến năm 2020, trong đó đã xác định rõ lộ trình phát triển các khu nông nghiệp ứng dụng công nghệ cao, các doanh nghiệp sản xuất nông nghiệp công nghệ cao Trong đó, có việc ứng dụng kỹ thuật thủy canh trong sản xuất rau xanh [11]
Kinh tế ngày càng phát triển, đời sống của nhân dân ngày càng được nâng cao, nên nhu cầu sản phẩm rau an toàn nhằm đảm bảo chất lượng cuộc sống của nhân dân ngày càng lớn
Sản xuất nông nghiệp trong thời gian dài đã sử dụng khối lượng lớn phân hoá học, thuốc trừ sâu đã làm ô nhiễm nặng nề mơi trường đất, nước và khơng khí; các lồi cơn trùng có lợi giảm sâu, bệnh lan tràn mạnh, từ đó lại nhiễm độc trở lại đối với rau gây tác hại cho môi trường sống và sức khoẻ của con người Do đó, việc sản xuất rau an toàn an toàn sẽ thúc đẩy quá trình áp dụng kỹ thuật thủy canh về sản xuất an toàn, tuân thủ tiêu chuẩn nghiêm ngặt về bảo vệ và cải thiện môi trường sinh thái, góp phần phát triển nông nghiệp bền vững
Ứng dụng kỹ thuật thủy canh vào sản xuất rau góp phần nâng cao chất lượng, nâng cao sức cạnh tranh của sản phẩm rau xanh nước ta trên thị trường Ứng dụng kỹ thuật thủy canh vào sản xuất rau sẽ góp phần chuyển dịch cơ cấu sản xuất nông nghiệp, tạo việc làm tăng thu nhập cho nông dân, tăng thu ngoại tệ cho đất nước
1.4 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG KĨ THUẬT THỦY CANH
1.4.1 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng kỹ thuật thủy canh trên thế giới
1.4.1.1 Kết quả nghiên cứu về dung dịch dinh dưỡng để trồng cây bằng kỹ thuật thủy canh trên thế giới
Trang 37cứu cùng với sự ra đời của kỹ thuật thuỷ canh Sau khi các nhà khoa học xác định được sự sinh trưởng của cây trồng sẽ không bình thường nếu thiếu 1 trong 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 Dung dịch dinh dưỡng 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 trồng trong dung dịch này không được tốt Sau dung dịch Knop là các dung dịch dinh dưỡng phổ biến để nuôi trồng thực vật bậc cao Từ những dung dịch dinh dưỡng đơn giản nhất như: Hoagland - Arnon chỉ gồm 4 hợp chất muối vô cơ cho đến những dung dịch phức tạp gồm hàng chục loại muối vô cơ khác nhau như dung dịch của Arnon, của Olsen, của Sinsadze [12]; một số dung dịch gần đây thường được sử dụng như dung dịch của FAO, của Đài Loan
Sự quan trọng của dung dịch dinh dưỡng đối với cây trồng đã được Liebig và Karl Sprengel, Wiegman và Polsof chỉ ra vào năm 1942; sau đó được Sarchs khẳng định lại trong khi nghiên cứu kỹ thuật thuỷ canh Ông cũng cho biết lông hút có vai trò quan trọng đối với việc hấp thụ chất dinh dưỡng [76] Theo Midmore, việc nghiên cứu để hoàn thiện dung dịch dinh dưỡng cho một loại theo từng mùa vụ là tối cần thiết vì các loại rau khác nhau có yêu cầu chế độ nước và dinh dưỡng khác nhau [93] Một nghiên cứu khác của Midmore đề cập đến vấn đề nhiệt độ, ông cho rằng nhiệt độ thích hợp sẽ giúp các enzim hoạt động tốt, nếu nhiệt độ cao > 400C sẽ làm biến tính phần lớn enzym [92]
Trang 38trồng 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 của Mori [5], dung dịch của Winsor (1973) để trồng cà chua [25]
Larsen đã pha chế dung dịch bằng cách cải tiến từ dung dịch của Stainer, có thành phần dinh dưỡng thấp hơn nhiều nhưng rất phù hợp cho cà chua trồng trong nhà kính; nó là cơ sở của nhiều loại dung dịch sau này [94] Sudradfat và Herenati (1992) đã nghiên cứu sử dụng hỗn hợp nước sản xuất từ lên men yếm khí là rác như một dung dịch dinh dưỡng để trồng cây bằng kỹ thuật thủy canh và cho thấy dưa chuột Nhật Bản trồng bằng nước này pha loãng 2 lần có chiều cao cây thấp hơn, chiều dài quả và trọng lượng quả tương đương với dung dịch dinh dưỡng thủy canh [109]
Carbonell và cộng sự (1994) nhận xét: có Asen trong dung dịch dinh dưỡng làm tăng sự hấp thụ Fe và giảm sự hấp thụ Bo, Cu, Mn, Zn [57] Trong dung dịch thuỷ canh, pH là một số đo của nồng độ Ion H+, dựa vào pH ta có thể xác định có tính kiềm hay axit Mỗi loại cây có một ngưỡng pH nhất định cho quá trình sinh trưởng Ngưỡng pH trung bình cho cây sinh trưởng phát triển trong phạm vi 6,0 đến 7,5 Nếu pH quá thấp (4,5) hoặc quá cao (> 9) có thể gây hại trực tiếp đến các rễ cây; pH cao sẽ gây kết tủa Fe2+, Mn2+, PO43-, Ca2+, Mg2+ Nếu thiếu một trong các nguyên tố trên sẽ gây lên các triệu chứng thiếu chất cho cây và cây có thể chết
Độ dẫn điện (EC) của dung dịch có ảnh hưởng đến năng suất của xà lách Theo Freigin (1991) thì ngưỡng EC tới hạn có thể gây hạn chế sinh trưởng của xà lách ở nồng độ 5 và 10mM KNO3 là 5 dS/m và năng suất giảm 6,5% trên mỗi đơn vị EC tăng trên ngưỡng [65] Huet (1994) kết luận năng suất xà lách cao nhất ở mức EC = 1,6 dS/m [83]
Trang 39dung dịch dinh dưỡng thì kích thước, khối lượng tươi của bộ rễ, số lá và năng suất cà chua cũng như nồng độ Ca và K trong cây đều giảm [89] Bartal và Presman (1996) cho biết tăng nồng độ Ca và K trong dung dịch đã giảm năng suất nhưng hàm lượng chất khô trong quả cà chua tăng lên và giảm tỷ lệ bị bệnh thối cuống hoa [53]
Park và cộng sự kết luận rau diếp xoăn trồng trên dung dịch theo Yamazaki tốt hơn dung dịch theo Cooper hoặc theo Hoagland và Arnon [96]
Sử dụng các dạng đạm và tỷ lệ khác nhau cũng ảnh hưởng nhiều đến sinh trưởng, phát triển của cây trồng thuỷ canh Theo Sandoval và cộng sự (1994) [103], năng suất chất khô và hạt lúa mì giảm khi sử dụng đạm amon thay thế đạm Nitrat Elia và cộng sự (1997) kết luận: dung dịch trồng cà tím cần tỉ lệ NH4+/NO3là 3/7 cho kết quả tốt nhất [63] Gimener và cộng sự (1997) cho biết hiệu quả của đạm amôn đối với dưa bở và dưa hấu tăng tỷ lệ thuận với tỷ lệ NH4/NO3 từ 0 đến 1/3 [72]
Theo He (1999), ở vụ đông khi tăng NO3 trong dung dịch dinh dưỡng không làm tăng sự hút NO3 của cây [77]
Các loại cây trồng khác nhau có yêu cầu về mặt dinh dưỡng khác nhau, đặc biệt là Nitơ (N), Phốtpho (P2O5) và Kali (K2O) Wlises Ourny (1982), công bố rằng: Lượng nitơ còn lại trong các loại rau ăn quả thấp hơn so với các loại rau ăn lá (N = 140ppm), rau ăn quả N = 80-90 ppm
Trang 40trồng bằng thủy canh tăng nhiều so với địa canh và chất lương cũng được cải thiện
Sandoval và cộng sự (Mehico - 1994) nghiên cứu việc thay thế 1 phần đạm nitrat trong dung dịch bằng đạm amol dưới dạng cacbonat để trồng lúa mì và kết luận: Năng suất chất khô và hạt giảm khi sử dụng đạm amol [103] Carbonell và cộng sự (Mỹ - 1994), còn nghiên cứu ảnh hưởng của nguyên tố asen đến hàm lượng các nguyên 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 hấp thu B, Cu, Mn, Zn, tức là asen gây nên sự phá huỷ cấu trúc cây [57]
Ngoài ra, còn một số các nghiên cứu khác trên thế giới về dung dịch dinh dưỡng trong kỹ thuật thuỷ canh như: Maruo và cộng sự nghiên cứu phương thức khả thi để kiểm soát tỷ lệ hút nước của rau trồng trên lèn đá và màng mỏng dinh dưỡng [91]; Hohjo và cộng sự nghiên cứu ảnh hưởng của các dạng nitơ, nồng độ dinh dưỡng và nồng độ canxi đến sinh trưởng, năng suất và chất lượng cà chua trồng bằng màng mỏng dinh dưỡng [81]; Pardossi và cộng sự nghiên cứu kiểm soát dinh dưỡng khoáng của dưa trồng bằng màng mỏng dinh dưỡng [95]; Ha và Chung đã phân tích thành phần của nitơ trong dưa chuột trồng trong dung dịch có nồng độ ion khác nhau [75]
1.4.1.2 Kết quả nghiên cứu về dụng cụ và giá thể để trồng cây bằng kỹ thuật thủy canh trên thế giới
Từ khi kỹ thuật thuỷ canh ra đời đến nay nó đã trải qua rất nhiều kiểu dụng cụ để trồng cây Lịch sử phát triển của hệ thống kỹ thuật thuỷ canh đã trải qua một số loại hình thuỷ canh chính như sau:
