Nghiên cứu tạo loại hạt khoáng dinh dưỡng cho các cây kiểng thủy canh và ứng dụng vào các loại hệ thống thủy canh cây nông

i LỜI CẢM ƠN Trong quá trình thực hiện luận văn, tôi đã nhận được sự giúp đỡ rất nhiều từ phía Thầy Cô, gia đình và bạn bè. Nhờ đó tôi đã vượt qua được những khó khăn, kịp thời chỉnh sửa những sai sót để hoàn thành cuốn luận văn này. Trước hết xin gửi lời cảm ơn đến TS. Lê Thị Thủy Tiên – Bộ môn Công nghệ sinh học – đã trực tiếp hướng dẫn tôi thực hiện đề tài luận văn này. Cô đã theo sát tiến trình thí nghiệm, kịp thời đưa ra những lời khuyên bổ ích cho luận văn của tôi. Xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc đến các Thầy Cô trong bộ môn Công nghệ sinh học đã giúp đỡ, hướng dẫn những kiến thức có liên quan cũng như đưa ra những lời khuyên bổ ích, giúp tôi làm tốt các thí nghiệm của mình. Xin tri ân đến Ba Mẹ, anh chị em đã động viên, hỗ trợ tôi rất nhiều về mặt vật chất cũng như tinh thần, là động lực giúp tôi phấn đấu hết mình để hoàn thành tốt luận văn. Ngoài ra tôi xin ghi nhận và cảm ơn các bạn lớp HC06BSH, các anh chị làm luận văn Cao học, những người đã hỗ trợ tôi hết mình về tài liệu, hỗ trợ tôi làm thí nghiệm, tranh luận kết quả để đi đến những kết luận khoa học chính xác nhất. ii TÓM TẮT Thủy canh là một kĩ thuật đã được con người áp dụng từ rất lâu trên thế giới. Ở Việt Nam, thủy canh cây trồng cũng có từ lâu nhưng quy mô nhỏ; kỹ thuật đơn giản. Dinh dưỡng là một yếu tố quan trọng hàng đầu trong kỹ thuật thủy canh. Hướng đến sự thuận tiện và tăng tính thẩm mỹ cho các chậu cây thủy canh, người ta nghiên cứu tạo ra tạo nên các loại hạt khoáng cố định. Nó có nhiều ưu điểm như: dễ vận chuyển, bảo quản; cung cấp dinh dưỡng giúp cây sinh trưởng tốt; sau một thời gian sử dụng, hạt khoáng cố định sẽ hoàn toàn phân hủy, không gây ô nhiễm môi trường. Trong cuốn luận văn này, tôi thực hiện các thí nghiệm nhằm xác định các thông số tối ưu để tạo nên hạt khoáng như sau:  Trong số 9 loại dung dịch khảo sát, dung dịch MS ¼ thích hợp nhất để cây đậu xanh 7 ngày tuổi phát triển.  Trong dãy nồng độ từ 1 – 2% (5 nồng độ), nồng độ alginate 1% thích hợp nhất để cố định chất dinh dưỡng.  Trong 2 loại hạt khoáng có đường kính khác nhau, hạt khoáng có đường kính 4mm thích hợp để thủy canh cây đậu xanh 7 ngày tuổi.  Hạt khoáng cố định đã xác định các thông số (tỉ lệ các chất khoáng, tỉ lệ alginate, đường kính hạt) bước đầu thử nghiệm thủy canh cây đậu xanh 7 ngày tuổi cho những kết quả rất khả quan, mở ra hướng mới cho kỹ thuật thủy canh, đặc biệt là áp dụng cho việc thủy canh cây kiểng. iii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i TÓM TẮT ii MỤC LỤC iii DANH MỤC HÌNH v DANH MỤC ẢNH vi DANH MỤC BẢNG vii CHƢƠNG 1: MỞ ĐẦU 1 1.1 Đặt vấn đề 1 1.2 Mục tiêu đề tài 1 1.3 Nội dung nghiên cứu 2 CHƢƠNG 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 3 2.1 Sơ lƣợc thuỷ canh cây trồng 3 2.1.1 Lịch sử nghiên cứu 3 2.1.2 Lợi ích của thuỷ canh cây trồng 5 2.2 Kỹ thuật thuỷ canh 6 2.2.1 Chất dinh dưỡng 6 2.2.2 Dung dịch dinh dưỡng 16 2.2.3 Các loại môi trường dinh dưỡng 24 2.3 Đặc điểm cây đậu xanh 26 2.4 Đặc điểm gel alginate 29 2.5 Nghiên cứu liên quan 32 CHƢƠNG 3: VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP 35 iv 3.1 Vật liệu 35 3.2 Phƣơng pháp khảo sát 35 3.3 Phƣơng pháp thí nghiệm 37 3.3.1 Phương pháp trồng và thủy canh cây đậu xanh 37 3.3.2 Phương pháp pha dung dịch dinh dưỡng 38 3.3.3 Phương pháp cố định khoáng chất trong alginate 39 3.3.4 Đo đạc thông số cây đậu xanh 40 3.3.5 Các chỉ tiêu theo dõi 40 CHƢƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 42 4.1 Thí nghiệm 1 42 4.2 Thí nghiệm 2 47 4.3 Thí nghiệm 3 50 4.4 Thí nghiệm 4 53 CHƢƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 58 5.1 Kết luận 58 5.2 Kiến nghị 58 TÀI LIỆU THAM KHẢO 59 v DANH MỤC HÌNH Hình 2-1. Cấu trúc hóa học của alginate. Cấu tạo của loại M ( –D–mannuronic acid) và loại G ( –L–guluronic acid). Các loại liên kết trong phân tử alginate: G-G; M-M; G-M. 31 Hình 2-2. Phương pháp sản xuất alginate trong công nghiệp 32 Hình 2-3. Phản ứng kết tủa của alginate 32 Hình 2-5. Biểu đồ thể hiện sự phát triển của cải bẹ xanh mỡ trong hệ thống thủy canh. 33 Hình 2-6. Đồ thị thể hiện sự phát triển của rau diếp với các loại giá thể khác nhau 34 Hình 3-1. Thí nghiệm 1: Xác định dung dịch dinh dưỡng thích hợp cho cây đậu xanh. 35 Hình 3-2. Thí nghiệm 2: Xác định tỉ lệ alginate thích hợp tạo hạt 36 Hình 3-3. Thí nghiệm 3: Xác định kích thước hạt khoáng tối ưu cho cây phát triển. 37 Hình 3-4. Phương pháp cố định khoáng chất bằng alginate 40 Hình 3-5. Cách đo thân và rễ. 41 Hình 4-1. Đồ thị kết quả tăng trưởng khi thủy canh với các dung dịch dinh dưỡng khác nhau 43 Hình 4-2. Đồ thị kết quả tăng trưởng khi thủy canh với hạt khoáng có tỉ lệ alginate khác nhau 48 Hình 4-3. Đồ thị kết quả tăng trưởng khi thủy canh với hạt khoáng có đường kính khác nhau. 51 Hình 4-4. Đồ thị kết quả tăng trưởng giữa thủy canh bằng dung dịch và bằng hạt khoáng. 54 vi DANH MỤC ẢNH Ảnh 2-1. Một vài hình ảnh về đậu xanh 28 Ảnh 4-1. Cây đậu xanh sau 14 ngày thủy canh trong các loại môi trường MS, MS ½ và MS ¼ (theo thứ tự từ trái sang) 45 Ảnh 4-2. Cây đậu xanh sau 14 ngày thủy canh trong các loại môi trường Hoagland 1, Hoagland 1 ½, và Hoagland 1 ¼ (theo thứ tự từ trái sang) 45 Ảnh 4-3. Cây đậu xanh sau 14 ngày thủy canh trong các loại môi trường Hoagland 2, Hoagland 2 ½, và Hoagland 2 ¼ (theo thứ tự từ trái sang) 46 Ảnh 4-4. Lá bị nâu, héo, chấm nâu ở gân lá khi thủy canh với các loại môi trường Hoagland 1. . 46 Ảnh 4-5. Lá bị nâu, héo, chấm nâu ở gân lá khi thủy canh với các loại môi trường Hoagland 2. . 46 Ảnh 4-6. Cây đậu xanh sau 14 ngày thủy canh trong môi trường hạt khoáng cố định với các tỉ lệ alginate khác nhau 50 Ảnh 4-7. Các kích thước hạt alginate dùng trong thí nghiệm 3. 52 Ảnh 4-8. Cây đậu xanh sau 14 ngày thủy canh trong môi trường hạt khoáng cố định với đường kính hạt khoáng khác nhau 52 Ảnh 4-9. Cây đậu xanh sau 14 ngày thủy canh trong môi trường dung dịch dinh dưỡng (trái) và hạt khoáng cố định (phải) 55 vii DANH MỤC BẢNG Bảng 2-1. Sự liên hệ giữa các nguyên tố với biểu hiện sinh lý thực vật. 14 Bảng 2-2. Thành phần môi trường MS 24 Bảng 2-3. Thành phần các chất trong môi trường Hoagland 1 và 2 25 Bảng 2-4. Phần trăm (%) các nguyên tố khoáng trong môi trường Hoagland 25 Bảng 4-1. Bảng so sánh kết quả 9 loại môi trường. 42 Bảng 4-2. Bảng so sánh kết quả 5 loại hạt khoáng có tỉ lệ alginate khác nhau 47 Bảng 4-3. Bảng so sánh kết quả 2 loại hạt khoáng có kích thước khác nhau 50 Bảng 4-4. Bảng kết quả khi thủy canh cây bằng dung dịch dinh dưỡng và bằng hạt khoáng 53 Bảng 4-5. So sánh giữa thuỷ canh bằng hạt khoáng cố định và dung dịch dinh dưỡng. 57 CHƢƠNG 1: MỞ ĐẦU 1 CHƢƠNG 1: MỞ ĐẦU 1.1 Đặt vấn đề Thủy canh là một kĩ thuật đã được con người áp dụng từ rất lâu trên thế giới, và ở Việt Nam, người ta cũng đã thủy canh cây trồng từ rất lâu, nhưng chỉ với quy mô nhỏ và những kỹ thuật đơn giản. Dinh dưỡng là một yếu tố quan trọng hàng đầu trong kỹ thuật thủy canh. Ngày nay, con người ta không chỉ dùng dung dịch dinh dưỡng cho hệ thống thủy canh như thời xưa, mà hướng đến cố định các khoáng chất dinh dưỡng vào trong các loại polymer như alginate, gelatin Mục đích là để tạo nên các hạt khoáng nhằm tăng tính thẩm mỹ cho các chậu cây kiểng thủy canh, dễ vận chuyển và bảo quản được lâu hơn so với dung dịch dinh dưỡng. Cây sử dụng khoáng chất cố định cũng sẽ sinh trưởng tốt hơn cây thủy canh bình thường, do khoáng chất sẽ được từ từ giải phóng vào nước, làm cho cây không bị “ngộp” khi mới ban đầu thủy canh đã có quá nhiều dinh dưỡng. Vả lại theo các nghiên cứu thử nghiệm thì các loại polymer dùng để cố định, sau một thời gian sẽ hoàn toàn phân hủy, không gây ô nhiễm môi trường (vì có nguồn gốc từ thiên nhiên). Trong điều kiện kinh tế phát triển như hiện nay thì trang trí nhà cửa là một nhu cầu không thể thiếu trong cuộc sống hàng ngày của con người, và cây kiểng thủy canh với các hạt khoáng dinh dưỡng sẽ là một vật trang trí độc đáo và mới lạ, góp phần điểm tô cho những ngôi nhà thêm xinh đẹp. 1.2 Mục tiêu đề tài Đề tài này được thực hiện nhằm tạo ra một loại hạt khoáng có thể cung cấp chất dinh dưỡng cho các loại cây kiểng thủy canh cũng như ứng dụng vào các loại hệ thống thủy canh cây nông nghiệp. vì vậy mục tiêu của đề tài này bao gồm: 1) Xác định môi trường dinh dưỡng thích hợp nhất cho đối tượng nghiên cứu thí nghiệm là cây đậu xanh. Dung dịch phải đáp ứng được 2 mục tiêu là giúp cây phát triển tốt và giá thành rẻ. 2) Cố định dung dịch dinh dưỡng đã xác định được bằng alginate với nhiều loại nồng độ alginate cũng như kích thước hạt alginate khác nhau để tạo được hạt CHƢƠNG 1: MỞ ĐẦU 2 khoáng thích hợp cho thủy canh cây trồng, vừa có thể cung cấp dinh dưỡng cho cây, vừa có thể làm giá thể cho bộ rễ của cây, vừa tiện lợi trong vận chuyển và bảo quản. 1.3 Nội dung nghiên cứu Bao gồm 3 nội dung chính: 1) Tìm hiểu kiến thức về thủy canh cây trồng và dinh dưỡng trong thủy canh cây trồng, đặc điểm sinh thái và sinh trưởng của cây đậu xanh, đặc điểm của algi- nate. Kiến thức này làm nền tảng cho việc thao tác, thủy canh cây đậu xanh bằng các loại dung dịch hoặc các hạt gel và giúp giải thích các kết quả thí nghiệm cũng như đưa ra quyết định nên chọn loại môi trường nào, tỉ lệ polymer là bao nhiêu 2) Nghiên cứu đặc điểm cố định dung dịch bằng alginate, được ứng dụng rất nhiều trong lĩnh vực thực phẩm, enzyme, và nay mở rộng sang lĩnh vực trồng trọt. Xác định tỉ lệ alginate cũng như kích thước hạt khoáng tối ưu để giúp hạt khoáng hình thành và vẫn giải phóng được dinh dưỡng ra ngoài dung dịch. 3) Sử dụng hạt khoáng thành phẩm để thủy canh cây đậu xanh, so sánh với việc thủy canh cây bằng dung dịch dinh dưỡng nhằm xác định tính hiệu quả của đề tài. CHƢƠNG 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 3 CHƢƠNG 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.1 Sơ lƣợc thuỷ canh cây trồng Thủy canh là kỹ thuật trồng cây không dùng đất mà trồng trực tiếp vào dung dịch dinh dưỡng hoặc các giá thể mà không phải là đất. Các giá thể đó có thể là cát, trấu, rán, vỏ xơ dừa, than bùn, vermiculite, perlite Kỹ thuật thủy canh là một trong những kỹ thuật tiến bộ của nghề làm vườn hiện đại. Chọn lựa môi trường tự nhiên cần thiết cho cây phát triển và cây tránh được sự phát triển của cỏ dại, côn trùng và bệnh tật lây nhiễm từ đất. 2.1.1 Lịch sử nghiên cứu Ngoài nƣớc: Kỹ thuật thủy canh đã có từ lâu. Theo những tài liệu ghi chép bằng chữ tượng hình của người Ai Cập trong vài trăm năm trước Công nguyên, đã mô tả lại sự trồng cây trong nước. Sự nghiên cứu trong những niên đại gần đây nhất cho thấy vườn treo Babilon và vườn nổi Kashmir và tại Aztec Indians của Mexico cũng còn những nơi trồng cây trên bè trong những hố cạn. Hiện tại vẫn còn nhiều bè trồng cây được tìm thấy ở gần thành phố Mexico. 1699 John Woodward (người Anh) đã thí nghiệm trồng cây trong nước có chứa các loại đất khác nhau. Những năm 60 của thế kỉ 19 Sachs & Knop (Đức) đã sản xuất ra các dung dịch để nuôi cây. Trong những năm 30 của thế kỉ 20 Tiến sĩ W.F.Gericke (California) đã phổ biến rộng rãi thủy canh ở nước Mỹ. Những nông trại thủy canh di động đã cung cấp thực phẩm rau tươi cho lính Mỹ trong suốt thời gian chiến tranh quân sự tại Nam Thái Bình Dương. Trong số đó có trại lớn nhất rộng 22 hecta ở Chofu Nhật Bản. Ngay tại Mỹ, thủy canh được dùng rộng rãi cho mục đích sản xuất kinh doanh hoa như: Cẩm chướng, Layơn, Cúc, Các cơ sở lớn trồng hoa bằng phương pháp thủy canh còn có ở [...]... LIỆU Thiết kế và phối hợp sản xuất thử các vật liệu dùng cho thủy canh Nghiên cứu trồng các loại cây khác nhau, cấy truyền từ nuôi cấy mô vào hệ thống thủy canh trước khi đưa vào đất một số cây ăn quả khó trồng trực tiếp vào đất Triển khai thủy canh ở quy mô gia đình, thành thị và nông thôn Kết hợp thủy canh với dự án rau sạch của thành phố 2.1.2 Lợi ích của thuỷ canh cây trồng Ngày nay thủy canh có một... được nghiên cứu có hệ thống và được sử dụng để trồng các loại cây cảnh nhiều hơn Từ năm 1993, GS Lê Đình Lương – Khoa Sinh Học ĐHQG Hà Nội phối hợp với tổ chức nghiên cứu và triển khai Hong Kong (R&D Hong kong) đã tiến hành nghiên cứu toàn diện các khía cạnh khoa học kỹ thuật và kinh tế xã hội cho việc chuyển giao công nghệ và phát triển thủy canh tại Việt Nam Đến tháng 10 năm 1995, mạng lưới nghiên cứu. .. sinh trưởng và sản lượng thu hoạch, thì tất cả các chất dinh dưỡng đều phải thêm vào trong nước Bản thân nước cung cấp cho cây cũng có chứa một vài chất khoáng hòa tan có ích cho cây Các chất khoáng được sử dụng trong môi trường bắt buộc phải được hòa tan hoàn toàn trong nước, nếu thêm bất kì chất nào mà không tan được trong nước thì không có tác dụng gì đối với cây Trong thủy canh tất cả các chất cần... của cây Cây sẽ nhanh chóng hấp thu vài loại khoáng thường dùng trong khi các chất khác ít được cây hấp thu và tích lũy trong dung dịch Cho nên nồng độ của N, P, K trong dung dịch có thể ở mức thấp (0,1 mM hoặc vài ppm) bởi vì các chất này đã được hấp thu vào cây Việc duy trì dinh dưỡng khoáng ở nồng độ cao trong dung dịch có thể dẫn đến tình trạng mất cân bằng dinh dưỡng do cây đã hấp thu các chất... các thử nghiệm và cho ra những cảnh báo thích hợp H2SO4 cũng là một acid thích hợp Sử dụng NH3 cũng là một cách để giảm pH NH3 trong khi oxy hóa tạo thành NO3 làm cho dung dịch có tính acid Sự tạo thành này hay sự oxy hóa được thực hiện bởi các vi khuẩn nitrat hóa Sự thay đổi pH trong dung dịch dinh dưỡng thường xảy ra khá nhanh, phụ thuộc vào độ lớn của hệ thống rễ và thể tích dinh dưỡng của một cây. .. nhiễm môi trường (đất và nước) vì các khoáng chất quan trọng không bị mất đi Nhƣợc điểm: Chỉ trồng các loại cây rau quả, hoa ngắn ngày Giá thành sản xuất cao hơn rau bình thường Cần nghiên cứu và phát triển thêm khi thủy canh nhiều loại cây khác nhau Sự phản ứng của cây đối với môi trường quá giàu hoặc nghèo dinh dưỡng nhanh không thể tưởng tượng được, do đó ta cần phải cẩn thận và có sự quan sát hàng... trường dinh dưỡng Chỉ số DO cao thuận lợi cho hoạt động hô hấp và biến dưỡng của hệ rễ DO phụ thuộc vào nhiệt độ, áp suất và độ mặn của dung dịch 2.2.2.2 Thành phần dung dịch Được xác định bởi các chất mà cây đòi hỏi Việc phân tích phiến lá dựa trên nồng độ dinh dưỡng khoáng có trong mô lá, vì lá là nơi xảy ra quá trình quang hợp và do đó lượng enzym trong mô lá cao nhất Nồng độ dinh dưỡng khoáng trung... thủy canh tất cả các chất cần thiết cung cấp cho cây đều được sử dụng dưới dạng các muối khoáng vô cơ được hòa tan trong dung môi là nước Nhiều công thức dinh dưỡng được công bố và sử dụng thành công cho nhiều đối tượng cây trồng như cải xà lách, cải ngọt, cải ngọt, bông cải dâu tây, nho và các loại hoa Điều đáng chú ý là nếu sử dụng các môi trường dinh dưỡng với dạng nước thì phải nắm rõ nguyên tắc... đất sét pha với hệ thống thoát nước nội bộ tốt Chúng phát triển kém trên các loại đất sét nặng, hệ thống thoát nước không tốt Phát triển tốt nhất trên các loại đất có độ pH giữa 6.2 và 7.2 Cây có thể biểu hiện các triệu chứng nghiêm trọng và úa lá do thiếu một số vi chất nhất định trên các loại đất có tính kiềm Đậu xanh có phốt pho, kali, canxi, magiê và lưu huỳnh Tương tự như các loại đậu khác, đậu... chia theo 3 nhóm dựa trên cách chúng bị loại ra khỏi môi trường dinh dưỡng: Nhóm 1: NO3 , NH4+, P, K, Mn các chất này được hấp thu một cách chủ động nhờ vào rễ và bị loại môi trường trong vòng vài giờ Nhóm 2: Mg, S, Fe, Zn,Cu, Mo, C các chất này được hấp thu ở mức trung bình và bị loại ra khỏi môi trường nhanh hơn nước Nhớm 3: Ca, B: các chất này được hấp thu một cách thụ động và thường tích lũy trong . này được thực hiện nhằm tạo ra một loại hạt khoáng có thể cung cấp chất dinh dưỡng cho các loại cây kiểng thủy canh cũng như ứng dụng vào các loại hệ thống thủy canh cây nông nghiệp. vì vậy mục. dung dịch dinh dưỡng cho hệ thống thủy canh như thời xưa, mà hướng đến cố định các khoáng chất dinh dưỡng vào trong các loại polymer như alginate, gelatin Mục đích là để tạo nên các hạt khoáng. Thiết kế và phối hợp sản xuất thử các vật liệu dùng cho thủy canh. Nghiên cứu trồng các loại cây khác nhau, cấy truyền từ nuôi cấy mô vào hệ thống thủy canh trước khi đưa vào đất một số cây ăn