nghiên cứu sử dụng nước thải sau nuôi tảo scenedesmus trong trồng rau thủy canh và trong đất quy mô thí nghiệm

Mặc dù hàm lượng dinh dưỡng trong dung dịch tảo không nhiều bằng dung dịch thủy canh thông thường nhưng vẫn có thể đáp ứng được nhu cầu dinh dưỡng của rau, rau vẫn phát triển được.. Tốc

Chăn nuôi là một trong những ngành có lượng nước sử dụng khá nhiều, nước sau sử dụng sẽ được lưu trữ trong hầm biogas và mới chỉ tận dụng được khí đốt, nước thải sau đó sẽ được thải ra ngoài môi trường với nồng độ các chất ô nhiễm còn cao Khi tận dụng nguồn nước thải sau hầm biogas để nuôi tảo vẫn còn một hàm lượng dinh dưỡng ở đầu ra Vì vậy, có thể ứng dụng nước thải sau nuôi tảo để trồng rau thủy canh và trong đất

Nghiên cứu đã cho thấy việc trồng rau thủy canh bằng dung dịch tảo tiết kiệm nước hơn là dung dịch thủy canh thông thường Mặc dù hàm lượng dinh dưỡng trong dung dịch tảo không nhiều bằng dung dịch thủy canh thông thường nhưng vẫn có thể đáp ứng được nhu cầu dinh dưỡng của rau, rau vẫn phát triển được pH trong môi trường tảo ảnh hưởng đến khả năng hấp thụ dinh dưỡng của rau nên cần kiểm soát Cây trưởng thành sẽ ít chịu ảnh hưởng bởi sự thay đổi trong môi trường tảo hơn là cây con Tốc độ phát triển của rau phụ thuộc vào khả năng hấp thụ dinh dưỡng của rau, nghiên cứu vẫn chưa thực hiện tốt các điều kiện để rau có thể hấp thụ tốt các dưỡng chất trong dung dịch tảo nên tốc độ tăng trưởng của rau chậm hơn trong dung dịch thủy canh

Nghiên cứu trồng rau trong môi trường đất chỉ mới đi đến đánh giá tốc độ tăng trưởng của rau trồng trong đất được tưới dung dịch tảo không chệnh lệch nhiều

so với rau chỉ được tưới nước sinh hoạt như rau trồng trong thủy canh

Water is used lots of in animal husbandry, piggery farm wastewater is only stored in Biogas digester to treat organic matter and restore biogas, then it is discharged in natural environment which still contents high organic matter concentration After using piggery farm wastewater to culture algae, it still has amount of nutrients So it can be used to grow vegetables in hydroponic and soil

Research shows vegetables grown by hydroponic method with algae solution saves water than with normal nutrients solution Although nutrients concentration in algar solution is less than nutrients concentration in nutrients solution, it still can meet vegetables‟ demand For optimal growth to take place, pH must be consistently balanced over time to insure vegetables have what they need, when they need it Major plants suffer less from algae solution „s changes than young plants The conditions in algae solution wasn‟t well done, so plants‟ growth

in algae solution was slower than plants‟ growth in nutrients solution

Research about growing vegetables in soil only shows plants‟ growth in algae soil which is watered algae solution isn‟t much different from plants‟ growth

in soil which is watered water like in hydroponic

……… …

……… …

……… …

……… …

……… …

……… …

……… …

……… …

……… …

……… …

……… …

……… …

……… …

……… …

……… …

……… …

Thành phố Hồ Chí Minh, ngày tháng năm

Giảng viên hướng dẫn

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN

……… …

……… …

……… …

……… …

……… …

……… …

……… …

……… …

……… …

……… …

……… …

……… …

……… …

……… …

Thành phố Hồ Chí Minh, ngày tháng năm

Giảng viên phản biện

MỤC LỤC

MỤC LỤC i

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT iii

DANH MỤC BẢNG v

DANH MỤC HÌNH viii

MỞ ĐẦU 1

1 Đặt vấn đề 1

2 Mục tiêu nghiên cứu 2

3 Nội dung nghiên cứu 2

4 Phương pháp nghiên cứu 3

5 Đối tượng và giới hạn nghiên cứu 5

6 Ý nghĩa của đề tài 5

7 Tính mới của nghiên cứu 5

CHƯƠNG 1TỔNG QUAN 6

1.1 TỔNG QUAN VỀ VI TẢO SCENEDESMUS DIMORPHUS 6

1.1.1 Giới thiệu chung về vi tảo 6

1.1.2 Vi tảo Scenedesmus dimorphus 8

1.2 TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP TRỒNG CÂY 12

1.2.1 Phương pháp thổ canh 12

1.2.2 Phương pháp thủy canh 15

1.3 CÁC LOẠI RAU 26

1.3.1 Rau muống 26

1.3.2 Rau cải 27

1.3.3 Rau lang 28

1.4 CÁC NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN 31

1.4.1 Các nghiên cứu, ứng dụng trong nước 31

1.4.2 Các nghiên cứu trên thế giới 33

CHƯƠNG 2ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 35

2.1 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU 35

2.1.1 Vi tảo Scenedesmus dimorphus 35

2.1.2 Dung dịch thủy canh và đất dinh dưỡng 36

2.1.3 Các loại rau trồng 37

2.2 PHƯƠNG PHÁP BỐ TRÍ THÍ NGHIỆM 38

2.2.1 Chuẩn bị cây trồng và mô hình thí nghiệm 38

2.2.2 Trồng cây 40

2.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 42

2.3.1.Thí nghiệm 1: Đánh giá ảnh hưởng của dung dịch tảo trong trồng thủy canh 42

2.3.2 Thí nghiệm 2: Đánh giá ảnh hưởng của dung dịch tảo trong trồng thổ canh 43

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 44

3.1 ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG SỬ DỤNG DUNG DỊCH TẢO TRONG TRỒNG THỦY CANH 44

3.1.1 Đánh giá ảnh hưởng đối với lượng nước các loại cây sử dụng 44

3.1.2 Đánh giá giá trị dinh dưỡng trong các dung dịch cung cấp cho cây trồng 46

3.1.3 Đánh giá tốc độ tăng trưởng của các loại cây 54

3.2 ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG SỬ DỤNG DUNG DỊCH TẢO TRONG TRỒNG THỔ CANH 57

3.2.1 Đánh giá tốc độ tăng trưởng của cây 57

CHƯƠNG 4 ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP 60

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 63

Kết luận 63

Kiến nghị 63

TÀI LIỆU THAM KHẢO 65

PHỤ LỤC 1 HÌNH ẢNH THÍ NGHIỆM 68

PHỤ LỤC 2 SỐ LIỆU THÍ NGHIỆM 77 PHỤ LỤC 3 THÔNG SỐ KỸ THUẬT CỦA CÁC THIẾT BỊ LÀM THÍ NGHIỆM 101 ĐÍNH KÈM KẾT QUẢ ĐỊNH DANH VI TẢO SCENEDESMUS

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

QCVN 62-MT:2016/BTNMT: Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải chăn nuôi

Wastewater (Những phương pháp tiêu chuẩn để kiểm tra nước và nước thải)

rau muống

THÍ NGHIỆM 2: TRỒNG RAU THỔ CANH

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1 Các thông số trong nước thải đầu ra của hầm biogas tại khu vực nghiên cứu ở

Thừa Thiên Huế [2] 1

Bảng 2 Nồng độ Nito tổng và Photpho tổng trong nước thải sau nuôi tảo[4] 2

Bảng 3 Các phương pháp phân tích mẫu dung dịch và đất 4

Bảng 1.1 Thành phần hóa học của Scenedesmus [7] 10

Bảng 1.2 Thành phần vitamin trong Scenedesmus [7] 11

Bảng 1.3 Thành phần sinh khối khô của vi tảo Scenedesmus [7] 11

Bảng 1.4 Thành phân các chất vô cơ [7] 12

Bảng 1.5 Giá trị pH cho từng loại cây [9] 13

Bảng 1.6 Khả năng hấp thụ dinh dưỡng theo thang pH [8] 14

Bảng 1.7 Công thức pha dinh dưỡng của Hoagland 21

Bảng 1.8 Công thức pha dinh dưỡng của Albert 22

Bảng 2.1 Một vài thông số trong dung dịch tảo tại bể sau lắng [4] 36

Bảng 2.2 Giá trị dinh dưỡng trong đất sạch dinh dưỡng Miền Tây. 37

Bảng 2.3 Vật dụng trong mô hình thí nghiệm 39

Bảng 2.4 Bố trí mẫu trong trồng thủy canh và thổ canh cho 3 loại rau 41

Bảng 2.5 Ngày thay dinh dưỡng và phân tích mẫu 42

Bảng 3.1 Thể tích nước các loại rau hấp thụ trong 2 dung dịch 45

Bảng 3.2 Hàm lượng các dinh dưỡng ban đầu trong 2 dung dịch trồng cây 46

Bảng 3.3 Khả năng hấp thụ dinh dưỡng của từng loại cây 53

Bảng 3.4 Lượng sinh khối tăng thêm trong chu kì phát triển 59

Bảng 4.1 Thể tích dung dịch tiết kiệm được nếu sử dụng dung dịch tảo trồng thủy canh 60

Bảng PL2.1 Thể tích dung dịch trồng rau muống 77

Bảng PL2.2 Thể tích dung dịch trồng rau cải 77

Bảng PL2.3 Thể tích dung dịch trồng rau lang 77

Bảng PL2.4 Hàm lượng Photphat trong dung dịch trồng rau muống 77

Bảng PL2.5 Hàm lượng Nitrat trong dung dịch trồng rau muống 78

Bảng PL2.6 Hàm lượng Amoni trong dung dịch trồng rau muống 78

Bảng PL2.7 Hàm lượng Photphat trong dung dịch trồng rau lang 78

Bảng PL2.8 Hàm lượng Nitrat trong dung dịch trồng rau lang 79

Bảng PL2.9 Hàm lượng Amoni trong dung dịch trồng rau lang 79

Bảng PL2.10 Chiều cao cây rau muống trong môi trường đất và môi trường nước 80

Bảng PL2.11 Số lá cây rau muống trong môi trường đất và môi trường nước 81

Bảng PL2.12 Chiều cao cây rau cải trong môi trường đất và môi trường nước 82

Bảng PL2.13 Chiều cao cây rau lang trong môi trường đất và môi trường nước 82

Bảng PL2.14 Số lá cây rau cải trong môi trường đất và môi trường nước 82

Bảng PL2.15 Số lá cây rau lang trong môi trường đất và môi trường nước 83

Bảng PL2.16 Cân nặng của cây rau cải và rau lang trong môi trường đất và môi trường nước 83

Bảng PL2.17 Cân nặng của cây rau muống trong môi trường đất và môi trường nước 84 Bảng PL2.18 pH của mẫu dung dịch trồng rau muống 85

Bảng PL2.19 pH của mẫu dung dịch trồng rau lang 86

Bảng PL2.20 pH của mẫu dung dịch trồng rau cải 87

Bảng PL2.21 TDS của mẫu dung dịch trồng rau muống 88

Bảng PL2.22 TDS của mẫu dung dịch trồng rau cải 89

Bảng PL2.23 TDS của mẫu dung dịch trồng rau lang 90

Bảng PL2.24 Nhiệt độ của mẫu dung dịch trồng rau muống 91

Bảng PL2.25 Nhiệt độ của mẫu dung dịch trồng rau cải 92

Bảng PL2.26 Nhiệt độ của mẫu dung dịch trồng rau lang 93

Bảng PL2.27 pH của mẫu đất trồng rau muống 94

Bảng PL2.28 Độ ẩm của mẫu đất trồng rau muống 95

Bảng PL2.29 pH của mẫu đất trồng rau cải 96

Bảng PL2.30 Độ ẩm của mẫu đất trồng rau cải 97

Bảng PL2.31 pH của mẫu đất trồng rau lang 98

Bảng PL2.32 Độ ẩm của mẫu đất trồng rau lang 99

Bảng PL2.33 Theo dõi ánh sáng mặt trời 100

Bảng PL 3.1 Thông số kỹ thuật của máy HI 9812 – 5 đo pH, TDS, nhiệt độ trong nước 101

Bảng PL 3.2 Thông số kỹ thuật của máy Extech 401025 đo cường độ ánh sáng 102

Bảng PL 3.3 Thông số kỹ thuật máy chuẩn độ điện thế tự động SI Analytics

TitroLine® 5000 Titrator 102

Bảng PL 3.4 Thông số kỹ thuật máy chưng cất đạm tự động UDK 149 104

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Tảo Scenedesmus dimorphus 9

Hình 1.2 Chu kì sinh trưởng của tảo 9

Hình 1.3 Hệ thống thủy canh dạng bấc 15

Hình 1.4 Hệ thống thủy canh tĩnh 16

Hình 1.5 Hệ thống thủy canh hồi lưu 16

Hình 1.6 Hệ thống thủy canh nhỏ giọt 17

Hình 1.7 Giá thể xơ dừa 18

Hình 1.8 Giá thể perlite 18

Hình 1.9 Giá thể đất sét 18

Hình 1.10 Rọ nhựa trên thị trường (trái) và rọ nhựa tự chế (phải) 18

Hình 1.11 Thùng xốp được bọc nilon đen để tránh ánh sáng chiếu vào 19

Hình 1.12 Dàn máng nhựa được sơn trắng (trái) và ống PVC được bọc cách nhiệt (phải) 19

Hình 1.13 Giá trị dinh dưỡng được hấp thụ theo thang pH [3] 22

Hình 1.14 Rau muống trồng thủy canh 26

Hình 1.15 Rau cải trồng thủy canh 28

Hình 1.16 Cây rau lang 30

Hình 1.17 Các loại rau lang [17] 31

Hình 2.1 Mô hình thí nghiệm nuôi tảo bằng nước thải sau hầm biogas 35

Hình 2.2 Tên thương hiệu hóa chất pha sẵn dùng để trồng thủy canh (trái) và thành phần dinh dưỡng (phải) 36

Hình 2.3 Đất sạch dinh dưỡng dùng để làm thí nghiệm 37

Hình 2.4 Hạt rau muống được ngâm nước nóng (trái) và ủ ẩm (phải) 38

Hình 2.5 Hạt rau muống nứt nanh 38

Hình 2.6 Rau muống sau 5 ngày 39

Hình 2.7 Ly nhựa đựng giá thể 40

Hình 2.8 Mút xốp làm giá thể cho cây 40

Hình 2.9 Chai đựng dung dịch dinh dưỡng 40

Hình 2.10 Mô hình thủy canh hoàn chỉnh 40

Hình 2.11 Cây rau lang và rau muống được đặt ngoài cửa sổ 41

Hình 3.1 Biểu đồ lượng nước tiêu thụ theo giai đoạn phát triển của các loại rau 44

Hình 3.2 Mối quan hệ giữa pH và khả năng hấp thụ dinh dưỡng của rau muống 48

Hình 3.3 Mối quan hệ giữa pH và khả năng hấp thụ dinh dưỡng của rau lang 51

Hình 3.4 Diễn biến tăng trưởng chiều cao của các loại cây 54

Hình 3.5 Diễn biến tăng trưởng số lượng lá của các loại cây 56

Hình 3.6 Diễn biến tăng trưởng chiều cao của các loại cây 57

Hình 3.7 Diễn biến tăng trưởng số lượng lá của các loại cây 58

Hình PL1.1 Máy đo cường độ ánh sáng (trái) và máy đo pH, TDS, nhiệt độ của dung dịch (phải) 68

Hình PL1.2 Dụng cụ đo pH và độ ẩm của đất 68

Hình PL1.3 Máy phá mẫu làm tổng Nito 69

Hình PL1.4 Máy chưng cất và máy chuẩn độ dùng phân tích tổng Nito và Amoni 69

Hình PL1.5 Cây rau muống trồng ở lần thí nghiệm đầu tiên (trái) và sau 2 tháng cây phát triển (phải) 70

Hình PL1.6 Cây rau dền và rau muống trồng thí nghiệm lần 2 70

Hình PL1.7 Cây rau cải bị nấm bệnh 70

Hình PL1.8 Lá rau lang bị bọ cánh cứng ăn lá 71

Hình PL1.9 Đặt cây ngoài cửa sổ 71

Hình PL1.10 Cây sau 10 ngày (trái) và sau 19 ngày (phải) 72

Hình PL1.11 Rau cải trong dung dịch thủy canh (hàng ngoài) và rau cải trong dung dịch tảo (hàng trong) 73

Hình PL1.12 Rau muống trong dung dịch thủy canh (hàng trái) và rau muống trong dung dịch tảo (hàng phải) 73

Hình PL1.13 Rau lang trong dung dịch thủy canh (hàng ngoài) và rau lang trong dung dịch tảo (hàng trong) 74

Hình PL1.14 Toàn bộ số rau thu hoạch được 74

Hình PL1.15 Rễ cây rau muống trong dung dịch thủy canh (phải) trắng hơn rễ cây trong dung dịch tảo (trái) 75

Hình PL 1.16 Rễ cây rau lang trong dung dịch thủy canh (trái) trắng và nhiều hơn rễ cây rau lang trong dung dịch tảo (phải) 76

MỞ ĐẦU

1 Đặt vấn đề

Nước sạch là một trong những yếu tố không thể thiếu đối với sự sống trên Trái Đất Ngoài vai trò điều hòa khí hậu, nước còn được sử dụng nhiều trong các lĩnh vực công nghiệp, nông nghiệp và mọi sinh hoạt của con người Nhưng cũng chính vì hoạt động sống và sản xuất của con người đã làm nguồn nước ngày càng bị ô nhiễm

Xét riêng về lĩnh vực chăn nuôi heo trong nông nghiệp, năm 2013, trong tổng số

30 trang trại được chọn nghiên cứu tại xã Gia Kiệm, huyện Thống Nhất, tỉnh Đồng Nai thì bình quân mỗi ngày mỗi trang trại sử dụng 6.975 lít nước (hay gần 7 m3/ngày/trang trại); có 65% trại heo lưu trữ hỗn hợp chất thải lỏng (nước tiểu và nước rửa chuồng) trong hệ thống biogas, sau đó thì thải trực tiếp ra ngoài môi trường hoặc đem trồng cây

và 35% trại heo lưu trữ hỗn hợp này trong các hồ chứa nằm cạnh khu chuồng trại[1] Một nghiên cứu khác ở huyện Văn Giang, tỉnh Hưng Yên cho thấy trong 42 trang trại được khảo sát chỉ có 10% các trang trại sử dụng nước sau biogas để tưới cây, 30% trang trại sử dụng để làm thức ăn cho cá, còn lại 60 % trang trại là thải bỏ trực tiếp ra ngoài ao, kênh nước tự nhiên xung quanh trang trại [3] Dựa vào các số liệu trên, có thể thấy chăn nuôi heo là một trong những ngành tiêu thụ lượng nước khá lớn nhưng lượng nước này sau khi xử lý trong hầm biogas lại thường thải trực tiếp ra môi trường

mà chưa được khai thác để tận dụng nguồn dinh dưỡng có sẵn trong nước, điều này vừa làm lãng phí nguồn nước vừa gây ô nhiễm môi trường do nước thải sau hầm biogas vẫn còn hàm lượng Amoni, Nito tổng và Photpho tổng khá cao (bảng 1)

Bảng 1 Các thông số trong nước thải đầu ra của hầm biogas tại khu vực nghiên

cứu ở Thừa Thiên Huế [2]

QCVN MT:2016/BTNMT (cột B)

62-TCN 678 – 2006 (cột B)

Để xử lý nước bị ô nhiễm cần áp dụng những phương pháp phù hợp với yêu cầu

và điều kiện cụ thể của từng đối tượng, trong đó phải tính đến hiệu quả chi phí Hiện nay, việc ứng dụng biện pháp sinh học để làm sạch môi trường nói chung cũng như xử

lý nước thải nói riêng đã và đang được quan tâm đặc biệt, bởi tính hiệu quả về mặt chi phí cũng như cách thức vận hành dễ dàng của phương pháp này Một trong những

phương pháp sinh học đang được chú ý đến là dùng tảo để xử lý nước thải Tảo sẽ làm giảm nồng độ các chất dinh dưỡng trong nước thải nhờ cơ chế hấp thụ Nito và Photpho của chúng để sinh trưởng và phát triển

Bảng 2 Nồng độ Nito tổng và Photpho tổng trong nước thải sau nuôi tảo[4] Mật độ tế bào

tảo (tb/ml)

Thời gian lưu (ngày)

Chỉ tiêu

Đầu vào (mg/L)

Đầu ra (mg/L)

Dựa vào bảng 2, có thể thấy đầu ra của nước thải sau mô hình nuôi tảo – mô hình

sử dụng nước thải chăn nuôi heo sau hầm biogas để nuôi tảo vẫn còn một hàm lượng Nito và Photpho Ta có thể dùng dung dịch tảo này để làm dung dịch dinh dưỡng với mục đích nuôi cây trồng Biện pháp sinh học này vừa tận thu một lượng lớn sinh khối tảo đầu ra thay vì thải vào môi trường, vừa làm giảm nồng độ các chất ô nhiễm trong nước, vừa tạo thêm nguồn thực phẩm sạch, không có hóa chất bảo vệ thực vật hay phân bón hóa học, khi mà vấn đề thực phẩm bẩn đang là mối lo ngại hiện nay

Vì vậy, dựa trên những giá trị dinh dưỡng có trong nước thải sau nuôi tảo để

chọn đề tài “Nghiên cứu sử dụng nước thải sau nuôi tảo Scenedesmus trong trồng

rau thủy canh và trong đất quy mô thí nghiệm” nhằm nghiên cứu về tính khả thi

trong việc ứng dụng dung dịch tảo để trồng rau

2 Mục tiêu nghiên cứu

Mục tiêu đề tài là sử dụng dung dịch tảo sau mô hình nuôi tảo để trồng rau dựa trên phương pháp thủy canh tĩnh và thổ canh nhằm đánh giá tiềm năng tái sử dụng chúng trong nông nghiệp

Mục tiêu cụ thể:

- Đánh giá khả năng thích ứng của từng loại rau với môi trường tảo;

- Đánh giá khả năng hấp thụ dinh dưỡng của các loại rau trong nước;

- Đánh giá tốc độ tăng trưởng giữa các loại rau trong 2 môi trường đất và nước;

- Đề xuất mô hình thủy canh thích hợp với quy mô lớn

3 Nội dung nghiên cứu

- Bố trí thí nghiệm trồng rau theo phương pháp thủy canh tĩnh và thổ canh;

- Đánh giá mức độ hấp thụ nước của các loại rau trồng trong 2 dung dịch;

- So sánh giá trị dinh dưỡng có trong dung dịch thủy canh và dung dịch tảo;

- So sánh khả năng hấp thụ dinh dưỡng của các loại rau trồng theo phương pháp thủy canh;

- So sánh sự phát triển giữa rau trồng trong dung dịch thủy canh và dung dịch tảo;

- So sánh sự phát triển giữa rau trồng trong đất được tưới nước sinh hoạt và đất được tưới dung dịch tảo;

- Đề xuất giải pháp về tiềm năng ứng dụng dung dịch tảo

4 Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp nghiên cứu tài liệu: Tham khảo các tài liệu trong và ngoài nước

có liên quan đến nước thải chăn nuôi heo và tảo để xem xét về hàm lượng dinh dưỡng có thể cung cấp cho cây; tài liệu liên quan lĩnh vực thủy canh và thổ canh để làm cơ sở cho việc bố trí thí nghiệm; tìm hiểu các loại rau có khả năng sinh trưởng và phát triển trong hai môi trường đất và nước

- Phương pháp tham khảo ý kiến chuyên gia: Tham khảo kinh nghiệm chuyên môn trong lĩnh vực trồng cây thủy canh và thổ canh để thiết kế mô hình thích hợp và đảm bảo duy trì các yếu tố ảnh hưởng đến môi trường sống của cây

- Phương pháp bố trí thí nghiệm:

+ Lập kế hoạch xây dựng và phác thảo mô hình thủy canh và thổ canh: 1 tuần;

+ Chuẩn bị mô hình trồng rau: 21/08 – 27/08 (1 tuần);

+ Chuẩn bị rau trồng: 21/08 – 10/09 (3 tuần);

+ Trồng thử trong môi trường thủy canh, không test mẫu: 11/09 – 08/10 (4 tuần);

+ Tiến hành thí nghiệm lần 1: 09/10 – 12/11 (5 tuần) – thất bại vì đi sai hướng phân tích;

+ Tiến hành thí nghiệm lần 2: 13/11 – 19/11 (1 tuần) – thất bại vì rau không sống;

+ Tiến hành thí nghiệm lần 3: 20/11 – 17/12 (4 tuần)

- Phương pháp đo đạc, lấy và phân tích mẫu:

+ Phương pháp đo tại hiện trường: Sử dụng các máy đo nhanh để đo các thông số hiện trường như pH, TDS, nhiệt độ của dung dịch, pH và độ ẩm

của đất, cường độ ánh sáng…; pH của dung dịch dinh dưỡng được hiệu chỉnh về 6,2 mỗi khi > 7,0 bằng H2SO4 0,1N

+ Phương pháp đo chiều cao của rau: đo từ thân phía trên rễ tới đỉnh lá cao nhất theo phương thẳng đứng;

+ Phương pháp đếm số lượng lá trên cây: đếm tất cả các lá trên cây, trừ lá mới nứt lên;

+ Phương pháp cân trọng lượng cây: cân tươi, không sấy

+ Phương pháp lấy mẫu: mẫu đất được lấy theo nguyên tắc đường chéo [5], mẫu nước được lắc đều trước khi lấy phân tích;

+ Phương pháp phân tích mẫu: mẫu nước trước khi phân tích được lọc bằng giấy lọc

Bảng 3 Các phương pháp phân tích mẫu dung dịch và đất

Mẫu Thông số Tên phương pháp

TCVN 4048:2011: Chất lượng đất – Phương pháp xác định độ ẩm và hệ số khô kiệt Tổng Photpho TCVN 8940:2011: Chất lượng đất – Xác định

Photpho tổng số - Phương pháp so màu

Phương pháp thử

- Phương pháp phân tích và xử lý số liệu: tiến hành phân tích, tính toán và trình bàycác giá trị của thông số bằng phần mềm excel

- Phương pháp so sánh: So sánh giá trị dinh dưỡng cung cấp cho cây trong dung dịch thủy canh và dung dịch tảo, so sánh tốc độ tăng trưởng của các loại cây trong 2 môi trường đất và nước

- Phương pháp kế thừa: kế thừa kết quả nghiên cứu [4] về giá trị các thông số dinh dưỡng của nước thải sau nuôi tảo để xem xét việc ứng dụng cho mục đích trồng cây thủy canh

5 Đối tượng và giới hạn nghiên cứu

- Dung dịch tảo Scenedesmus thu hoạch từ mô hình xử lý nước thải chăn nuôi với

quy mô phòng thí nghiệm;

- Rau muống, rau cải và rau lang

- Môi trường nuôi thủy canh và môi trường đất

6 Ý nghĩa của đề tài

- Thu hồi được nguồn sinh khối tảo sau khi xử lý nước thải phục vụ cho sản xuất nông nghiệp;

- Giảm hàm lượng các thông số ô nhiễm (Nito và Photpho) trong nước thải nhờ

xử lý kết hợp giữa biện pháp sinh học và trồng cây trước khi thải ra môi trường;

- Cung cấp được nguồn thực phẩm sạch, không có hóa chất

7 Tính mới của nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng dung dịch tảo thu hoạch từ mô hình xử lý nước thải chăn nuôi làm dung dịch dinh dưỡng cung cấp cho cây sẽ có thể thay thế dung dịch thủy canh trên thị trường Điều này mở ra một hướng đi mới trong việctái sử dụng nước thải trong ngành nông nghiệp

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN

1.1 TỔNG QUAN VỀ VI TẢO SCENEDESMUS DIMORPHUS

1.1.1 Giới thiệu chung về vi tảo

a Khái niệm

Vi tảo là tất cả các loại tảo có kích thước hiển vi, tức là phải sử dụng kính hiển vi mới có thể quan sát thấy chúng Trong số khoảng 50.000 loài tảo trên thế giới thì vi tảo chiếm đến khoảng 2/3

b Phân loại

Theo Peter Pancik, vi tảo chủ yếu thuộc về các chi trong các ngành sau đây:

- Ngành Tảo lục (Chlorophyta): Các chi Closterium, Coelastrum, Dyctyosphaerium, Scenedesmus, Pediastrum, Staurastrum, Dunaliella, Chlamydomonas, Haematococcus, Tetraselmis, Chlorella…

- Ngành Tảo lông roi lệch (Heterokontophyta): Các chi Melosira, Asterionella, Cymatopleurra, Somphonema, Fragilaria, Stephanodiscus, Navicula, Malomonas, Dinobryon, Peridinium, Isochrysis, Chaetoceros, Phaeodactylum, Skeletonema, Nitzschia…

- Ngành Tảo mắt (Euglenophyta): Các chi Phacus, Trachelomonas, Ceratium

- Ngành Tảo đỏ (Rhodophyta): Các chi Porphyridium, Rhodella

3) Kiểu Hạt: Tảo đơn bào, không có lông roi, sống đơn độc;

4) Kiểu Tập đoàn: Các tế bào sống thành tập đoàn và giữa các tế bào có liên hệ với nhau nhờ tiếp xúc trực tiếp hay thông qua các sợi sinh chất;

5) Kiểu Sợi: Cấu tạo thành tản đa bào do tế bào chỉ phân đôi theo cùng một mặt phẳng ngang, sợi có phân nhánh hoặc không;

6) Kiểu Bản: Tản đa bào hình lá do tế bào sinh trưởng ở đỉnh hay ở gốc phân đôi theo các mặt phẳng cả ngang lẫn dọc Bản cấu tạo bởi một hay nhiều lớp tế bào

7) Kiểu Ống: Tản là một ống chứa nhiều nhân, có dạng sợi phân nhánh hay dạng cây có thân, lá và rễ giả Các tế bào thông với nhau vì tuy phân chia nhưng không hình thành vách ngăn;

8) Kiểu Cây: Tản dạng sợi hay dạng bản phân nhánh, hoặc có dạng thân lá rễ giả Thường mang cơ quan sinh sản có mức độ phân hóa cao

d Cấu tạo[6]

Tế bào của tảo có nhiều đặc điểm chung của các sinh vật có nhân thật

Thành tế bào của tảo cấu tạo bởi polysaccharide Thành tế bào gồm các sợi cellulose liên kết thành bộ xương nhằm bảo vệ và duy trì hình dạng ổn định cho tế bào Một số tảo có mannan hay xylan thay thế cho cellulose Ngoài ra còn có phần vô định hình tạo nên chất nền của thành tế bào Nhiều tảo đơn bào thành tế bào chỉ là chất nguyên sinh đậm đặc hay chu chất Thành tế bào của Tảo silic cấu tạo bởi chất silic Một số tảo có lớp muối oxit sắt calcium carbonat bên ngoài thành tế bào

Tế bào của nhiều tảo vận động được là nhờ lông roi Roi cấu tạo bởi 9 cặp vi ống bao quanh 2 vi ống ở giữa và được bao bọc bởi màng sinh chất Hai vi ống giữa xuất phát từ đĩa gốc và thể gốc

Màng sinh chất cũng giống như ở các sinh vật khác Trong tế bào chất có nhiều bào quan khác nhau Sắc lạp của tảo có cấu tạo như ở thực vật, gồm hai lớp màng bao bọc, bên trong có chất nền cùng với hệ thống các túi dẹt Các túi dẹt xếp chồng lên nhau tạo thành loại cấu trúc giống như grana ở thực vật Trên màng của túi dẹt có

nhiều chất diệp lục (Chlorophyll) và các enzim tham gia vào quá trình quang hợp

Ngoài chất diệp lục (a,b,c,d) còn có thể có các sắc tố carotenoid, phổ biến nhất là caroten Trong chất nền của sắc lạp còn có ADN dạng vòng và ribôsom Đôi khi sắc lạp có một vùng đậm đặc protein liên kết với các sản phẩm dự trữ tạo thành một cấu

b-trúc gọi là nhân tinh bột hay nhân protein (Pyranoid) Sắc lạp còn có chứa các giọt

lipid nhỏ nằm giữa các túi dẹt Ty thể của tảo cũng tương tự như ty thể của các sinh vật khác Đó là bào quan có hai lớp màng bao bọc, màng ngoài trơn nhẵn còn màng trong

ăn sâu vào phía trong chất nền và tạo thành những mào trên đó mang nhiều loại enzim

hô hấp Chất nền của ty thể có chứa ADN và ribosôm Tế bào của tảo cũng có thể Golgi như ở tế bào nhiều sinh vật khác Đó là các túi dẹp xếp hầu như song song với

nhau và có hình vòng cung, phía lồi gọi là mặt trans còn phía lõm gọi là mặt cis.Thể

Golgi ở tảo làm nhiệm vụ tổng hợp và tiết ra polysaccharide Tế bào chất của tảo có chứa ribosom và các giọt lipid Một số tảo di động có các nhóm hạt lipid màu vàng

cam cấu tạo nên các điểm mắt Chất dự trữ trong tế bào thuộc về nhiều dạng khác nhau: tinh bột ở Tảo lục, floridean ở Tảo đỏ, laminarian ở Tảo nâu, leucosin ở Tảo roi

Prymnesiophyta,fructosan ở Tảo lục Acetabularia Tảo có không bào co rút giúp cho

việc duy trì nước trong tế bào và loại bỏ chất thải ra khỏi tế bào

Nhân tế bào ở tảo cũng không khác mấy so với các tế bào nhân thực khác nhưng hầu hết là nhân đơn bội Tảo silic và các pha bào tử thể ở Tảo nâu, Tảo lục và một số Tảo đỏ có nhân lưỡng bội Nhân có màng kép bao bọc, trong nhân có AND

e Vai trò của vi tảo trong tự nhiên và trong đời sống

Tảo nói chung và vi tảo nói riêng có vai trò quan trọng trong tự nhiên và trong đời sống nhân loại Trong các thủy vực nước ngọt, tảo cung cấp oxi và hầu hết thức ăn

sơ cấp cho cá và các động vật thủy sinh khác Tảo góp phần bảo vệ môi trường nuôi thủy sản bằng cách tiêu thụ bớt lượng muối khoáng dư thừa Canh tác biển là nhằm trồng và thu hoạch các tảo sinh khối lớn và có hàm lượng dinh dưỡng cao Nhiều tảo biển còn khai thác để sản xuất thạch, alginate, sản phẩm giàu iod Nhiều tảo đơn bào được nuôi trồng công nghiệp để tạo ra những nguồn thức ăn cho ngành nuôi tôm hay thuốc bổ trợ giàu protein , vitamin và vi khoáng dùng cho người Một số vi tảo được dùng để sản xuất carotenoid, astaxanthin, các acid béo không bão hòa Tảo silic tạo ra các mỏ diatomid, đó là loại nguyên liệu xốp, nhẹ, mịn được dùng trong nhiều ngành công nghiệp [6]

1.1.2 Vi tảo Scenedesmus dimorphus

a Phân loại tảo

Trong hệ thống phân loại, vi tảo Scenedesmus dimorphus thuộc vị trí sau:

b Hình dạng và cấu tạo

Scenedesmus dimorphus thuộc nhóm Tảo lục, tế bào màu xanh lá, đa bào thường

có 2, 4, 8 tế bào, đôi khi lên đến 16 - 32 tế bào, rất ít tế bào duy nhất Các tế bào thường có hình elip hẹp, đầu tế bào hơi nhọn, xếp thẳng thành hàng hoặc so le với sườn dính sát nhau, có roi hoặc không roi Mỗi tế bào dài từ 5 - 27 µm và rộng từ 2 -

14 µm [2]

Hình 1.1 Tảo Scenedesmus dimorphus

c Phương thức sinh sản

Scenedesmus sinh sản bằng phương thức sinh sản sinh dưỡng, phân cắt tế bào

Trong điều kiện lý tưởng, từ tế bào mẹ, chúng phân cắt thành những tế bào riêng lẻ và

phát triển độc lập Scenedesmus là cơ thể dị dưỡng, có khả năng sử dụng các chất hữu

cơ (một số đường đơn và acetate) làm nguồn cacbon [7]

d Chu kì sinh trưởng của tảo

Hình 1.2 Chu kì sinh trưởng của tảo

Sự sinh trưởng của tảo được diễn tả bằng sự phân chia tế bào Với chế độ dinh dưỡng thích hợp và điều kiện sinh lý học thuận lợi, quá trính sinh trưởng của tảo trải qua các pha sau :

1 Pha chậm: Tảo sinh trưởng chậm, mật độ tế bào tăng ít do phải thích nghi dần với môi trường sống mới

2 Pha tăng trưởng: tế bào phân chia rất nhanh và liên tục.Tốc độ tăng trưởng trong giai đoạn này tùy thuộc vào kích thước tế bào, cường độ ánh sáng, nhiệt độ

3 Pha tăng trưởng chậm: Khi có một vài nhân tố xuất hiện như sự giảm sút của yếu

tố dinh dưỡng nào đó, tỷ lệ cung cấp oxy và cacbonic, sự thay đổi pH, sự hạn chế ánh sáng, sự xuất hiện các yếu tố ngăn cản sự phân chia các tế bào do một chất độc nào đó thì quá trình sinh trưởng của tảo bị ức chế

4 Pha ổn định: Mật độ tế bào tương đối ổn định, không thay đổi do các yếu tố hạn chế và tốc độ sinh trưởng ở trạng thái cân bằng

5 Pha suy tàn: Khi các chất dinh dưỡng trở nên cạn kiệt không đủ cung cấp cho sự sinh trưởng, tảo sẽ bị suy tàn

e Đặc điểm sinh lý và sinh hóa

- Nhờ có hoạt tính hydrogenase nên khi được chiếu sáng, Scenedesmus sẽ giải

phóng H2 và khử CO2 bằng H2, H2S hoặc chất cho H+

khác Trong tối, chúng tạo ra H2O và CO2 nhờ sử dụng các chất hữu cơ, oxy hóa H2 bằng O2 hoặc dùng

H2 để khử NO2 hoặc NO3- [7];

- Thiếu N, P, Fe sẽ gây ra sự hình thành carotenoid thứ cấp;

- Tảo thải ra protease và amylase ngoại bào làm hoá lỏng gelatin và thuỷ phân tinh bột;

- Scenedesmus có tính chống chịu muối thấp

f Các loại thành phần

Bảng 1.1 Thành phần hóa học của Scenedesmus [7]

Thành phần (%P khô) Giá trị Thành phần (%P khô) Giá trị

Các chủng Scenedesmus nuôi trồng ở diện tích rộng có năng suất cao với hàm

lượng protein khoảng 50 – 56% trọng lượng khô và được coi là nguồn protein đơn bào

đáng chú ý Các Scenedesmus khá giàu vitamin, đặc biệt là các vitamin tan trong nước

Bảng 1.2 Thành phần vitamin trong Scenedesmus [7]

Vitamin Scenedesmus Vitamin Scenedesmus

Bảng 1.3 Thành phần sinh khối khô của vi tảo Scenedesmus [7]

Các thành phần g/g sinh khối Các thành phần g/g sinh khối

Trong tảo Scenedesmus có chứa một số chất vô cơ như Natri, Kali, Canxi, Magiê,

Sắt, Kẽm và Đồng Trong đó, Canxi chiếm tỷ lệ sinh khối cao nhất với 1208,90 mg/100 g sinh khối, tiếp đến là Magiê với 400,60 mg/100 g sinh khối và Đồng được tìm thấy là ít nhất với 0,3065 mg/100 g sinh khối Thành phần chất vô cơ trong sinh

khối tảo Scenedesmus được thể hiện cụ thể trong bảng 1.4

Bảng 1.4 Thành phân các chất vô cơ [7]

Thành phần chất vô cơ mg/100g sinh khối

Tuy nhiên, tổng lượng nước mà cây trồng hút lên hằng ngày chủ yếu là để thoát

ra ngoài ở dạng thoát hơi qua lá, nước chỉ giữ lại cho bản thân cấu trúc của cây trồng chỉ chừng 0,5 – 1,0% Có 4 nguyên nhân khiến cây trồng phải hút nhiều nước để cân bằng cho lượng thoát hơi từ lá và thân [8]:

- Trên bề mặt lá cây có nhiều khí khổng giúp cho sự thoát hơi nước Diện tích khí khổng càng lớn thì sự hấp thụ CO2 trong không khí vào lá càng dễ dàng, giúp cây trồng quang hợp được từ ánh sáng mặt trời được

- Sự thoát hơi nước là động lực đòi hỏi cây trồng hút nhiều nước từ đất Nhờ hiện tượng mao dẫn mà nước từ đất có thể vào thân cây qua hệ thống rễ và len lỏi lên cao, đôi khi hàng chục mét

- Sự thoát hơi nước giúp cho sự cân bằng nhiệt ở chung quanh lá và thân Dưới tác động của ánh sáng mặt trời, lá có thể hấp thu năng lượng phục vụ cho quá trình quang hợp, một phần năng lượng chuyển thành nhiệt năng làm cho nhiệt

độ cây trồng tăng lên đòi hỏi phải có sự thoát hơi nước để giảm nhiệt độ bề mặt

- Sự thoát hơi nước tạo động lực cho sự vận chuyển dưỡng chất trong đất qua sự

di chuyển đi lên của nước trong bản thân cây trồng Sự thoát hơi nước lớn thì cây trồng hấp thu dưỡng chất càng lớn

b3 pH

Mỗi loaị cây trồng có một khoảng pH thích hợp nhất định Khi khoảng pH đạt ở mức độ chuẩn, cây trồng sẽ phát triển mạnh do quá trình hấp thu, trao đổi dinh dưỡng giữa hệ rễ cây và đất được thực hiện thuận lợi Nếu pH lớn hơn hoặc nhỏ hơn khoảng thích hợp sẽ ảnh hưởng đến đời sống cây trồng

Bảng 1.5 Giá trị pH cho từng loại cây [9]

Cây trồng Phạm vi pH Cây trồng Phạm vi pH

Dựa vào bảng ta thấy pH thích hợp cho rau ăn lá là 6,0 – 7,5

Bảng 1.6 Khả năng hấp thụ dinh dưỡng theo thang pH [8]

- Chất lượng rau đảm bảo, ngon, giòn, ngọt,

- Có thể trồng được nhiều loại cây, rau mà không bị hạn chế về chủng loại

- Thường xuất hiện sâu bệnh từ đất trồng;

- Dễ mắc các bệnh do vi khuẩn trong đất gây ra;

- Sử dụng thuốc trừ sâu và hóa chất bảo vệ thực vật khỏi sâu bệnh;

- Đầu tư nhiều về sức lực, thời gian, nhân công để chăm sóc và nuôi lớn cây;

- Không thể linh động về thời gian, vị trí để chăm sóc cây;

- Không có nhiều diện tích để trồng rau sạch trong đất

1.2.2 Phương pháp thủy canh

a Trồng thủy canh là gì?

Thủy canh thường được định nghĩa như là “Trồng cây trong nước” Tuy nhiên do

có nhiều môi trường được sử dụng để trồng cây nên có thể mở rộng định nghĩa thủy

canh là “Trồng cây không sử dụng đất”

Từ nhiều thế kỷ trước ở vùng Amazon, Babylon, Ai Cập, Trung Quốc và Ấn Độ, người xưa đã biết sử dụng phân bón hòa tan để trồng dưa chuột, dưa hấu và nhiều loại rau củ khác Sau đó các nhà sinh lý thực vật bắt đầu trồng cây trên môi trường dung

dịch dinh dưỡng đặc biệt để thí nghiệm và gọi là “nuôi cấy dinh dưỡng”

Năm 1929, William F GoGGoricke đã thành công trong việc trồng cây cà chua

đạt kích thước 7,5 m trong dung dịch dinh dưỡng Ông gọi hệ thống mới này là “thủy canh” (“Hydroponic” - theo tiếng Hy Lạp, hydros là “nước” và ponos là “làm việc”)

Từ đó, thủy canh được ứng dụng, phát triển rộng rãi và mở rộng thành các phương pháp trồng cây hiện đại trên môi trường rắn trơ sử dụng dung dịch dinh dưỡng

b Nguyên lý

Nguyên lý của phương pháp này chính là dùng nước làm môi trường cung cấp đầy đủ cho cây các nguyên tố dinh dưỡng cần thiết, đúng lúc để cây phát triển Vẫn đảm bảo đầy đủ ánh sáng cho quá trình quang hợp, hô hấp của cây để cây có thể phát triển mạnh với năng suất cao

c Phân loại

c1 Hệ thống thủy canh dạng bấc

Đây là hệ thống thủy canh đơn giản Nguyên lý hoạt động của hệ thống như nguyên tắc của đèn dầu sử dụng sợi bấc để cung cấp dinh dưỡng cho cây Đặt một đầu sợi bấc chìm trong dung dịch dinh dưỡng, đầu còn lại chạm vào rễ của cây Sợi bấc sẽ

có nhiệm vụ hút nước và dinh dưỡng lên để nuôi cây, như vậy cây vẫn có đủ dinh dưỡng để phát triển

Hình 1.3 Hệ thống thủy canh dạng bấc

c2 Hệ thống thủy canh tĩnh

Hệ thống này sử dụng một bình, bể, khay hoặc thùng chứa dung dịch thủy canh phía dưới Phần giữ cây thường làm bằng chất liệu nhẹ phía trên miệng Rễ cây sẽ được ngập trong dung dịch thủy canh Môi trường thủy canh tĩnh có một nhược điểm

là thiếu khí oxy nên phải có máy tạo khối sủi bọt để cung cấp oxi cho cây Hệ thống này chỉ phù hợp với một số loại cây và thông thường chỉ được sử dụng trong giảng dạy

vì chi phí khá ít và có thể tận dụng những bình chứa không sử dụng

Hình 1.4 Hệ thống thủy canh tĩnh

c3 Hệ thống thủy canh hồi lưu

Khác với thủy canh tĩnh phần rễ cây luôn chìm trong dung dịch thì mô hình này

có thêm một máy bơm để điều khiển lượng dung dịch vào khay rồi rút ra theo một chù

kỳ nhất định Như vậy bộ rễ của cây không phải lúc nào cũng ngập trong nước, tránh được ngập úng và tạo được khoảng không để cây có thể thở tự nhiên Mô hình này khá tối ưu và hiện tại đang được ứng dụng vào sản xuất ở rất nhiều trang trại tại Việt Nam

Hình 1.5 Hệ thống thủy canh hồi lưu

c4 Hệ thống thủy canh nhỏ giọt

Đây là hệ thống thủy canh được các nước trên thế giới ưa chuộng Sẽ có hệ thống máy bơm, bơm dung dịch dinh dưỡng lên và nhỏ vào gốc của cây trồng Nước được

nhỏ giọt, chậm theo định kì Dinh dưỡng sẽ từ từ trôi xuống bộ rễ, phần dư sẽ được trở lại bể chứa và tái sử dụng Hệ thống sử dụng hiệu quả dinh dưỡng, thích hợp trồng các cây thảo mộc, các loại hoa và một số cây ăn trái như dưa chuột, cà chua, ớt,…

Hình 1.6 Hệ thống thủy canh nhỏ giọt

- Giá thể được sử dụng trong phương pháp thủy canh phải đảm bảo được khả năng giữ ẩm và thoáng khí cho cây trồng

- Giá thể trồng rau thủy canh phải đảm bảo không làm ảnh hưởng đến độ pH ổn định của dung dịch, thành phần của nó không tham dự vào việc cung cấp dinh dưỡng cho cây trồng trên hệ thống

- Giá thể phải có khả năng thấm nước để cây có thể dễ dàng sử dụng Có thể dễ dàng phân hủy và tái sử dụng

Các giá thể này có thể là cát, trấu hun, vỏ xơ dừa, bột dừa, than bùn, sỏi nhẹ, mút xốp Hiện nay, có 3 loại giá thể được sử dụng khá phổ biến trong thủy canh là xơ dừa, perlite, đất sét nung Xơ dừa có khả năng giữ nước tốt, giá rẻ, dễ dàng kiếm Perlite là đá núi lửa, rỗng ruột, khá nhẹ, giữ ẩm tốt, tạo môi trường thông thoáng khí cho bộ rễ phát triển Giá thể này khá được ưa chuộng trong quá trình ươm giống, giâm cành Đất sét nung là từng viên nhỏ được nung ở nhiệt độ cao, hút nước tốt, giữ ẩm cao, được ưa chuộng sử dụng trong hệ thống thủy canh hồi lưu

mỏ hàng điện… để tạo các khoảng trống trên ly, giúp dung dịch thấm được vào trong giá thể và rễ mọc xuyên ra bên ngoài, đồng thời cho không khí lọt vào, cung cấp oxi cho rễ

Hình 1.10 Rọ nhựa trên thị trường (trái) và rọ nhựa tự chế (phải)

lỗ này

Hình 1.11 Thùng xốp được bọc nilon đen để tránh ánh sáng chiếu vào

- Thủy canh hồi lưu: Ống nhựa nên được bọc cách nhiệt hoặc sơn trắng để không ảnh hưởng đến rễ

Hình 1.12 Dàn máng nhựa được sơn trắng (trái) và ống PVC được bọc cách nhiệt

(phải)

 Cách bố trí

Tùy từng loại cây mà ta bố trí số lượng và vị trí các ly đựng khác nhau Cây ngắn ngày bố trí nhiều, cây dài ngày bố trí ít; cây tán rộng bố trí ít, cây tán hẹp bố trí dày hơn

d2 Yếu tố vật lý

 Nhiệt độ

Dao động về nhiệt độ trong môi trường dinh dưỡng ở thủy canh không chỉ tác động đến pH mà còn ảnh hưởng đến độ hòa tan của các dưỡng chất Nghiên cứu về nhiệt độ của nước đối với sự hòa tan của các khoáng chất được sử dụng thì nhiệt độ thích hợp là khoảng 20 – 22oC, nếu nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ trên thì các chất khó hòa tan được Nhiệt độ thích hợp cho cây hấp thụ dinh dưỡng là 26 – 30oC

 Ánh sáng

Ánh sáng là điều kiện cơ bản để giúp cây quang hợp Cường độ quang hợp quyết định đến sự phát triển của cây trồng, cây có thể quang hợp ở cường độ ánh sáng tối thiểu rất thấp như ánh sáng vào lúc hoàng hôn, ánh sáng đèn điện yếu,… Từ cường độ ánh sáng tối thiểu, nếu tăng dần cường độ ánh sáng thì cường độ quang hợp tăng dần đến điểm bão hòa ánh sáng Từ điểm bão hòa ánh sáng nếu tiếp tục tăng cường độ ánh sáng thì cường độ quang hợp không tăng mà giảm dần Chính vì thế nên cần biết được nhu cầu ánh sáng của mỗi loại cây để có thể đặt chúng trong môi trường, vị trí trồng thích hợp

Các loại rau, cây trồng được chia làm 3 nhóm theo đặc điểm sinh lý của chúng như sau:

- Cây dài ngày có quang kì dài: Chúng cần đến 18 giờ ánh sáng mặt trời chiếu

mỗi ngày và chỉ ra hoa khi hấp thụ đủ 12 giờ ánh sáng Các loại rau trồng thủy canh đó là: dâu tây, rau bina, rau củ cải, cà rốt,… Chính vì thế mà người ta thường trồng những loại rau này vào mùa hè

- Cây có quang kỳ ngắn: Chúng không cần quá nhiều ánh sáng vẫn có thể ra hoa,

kết trái và phát triển mạnh Nếu cây tiếp xúc với ánh sáng trên 12 giờ một ngày, đôi khi còn có thể ảnh hưởng đến quá trình ra hoa của cây, khiến cây khó ra hoa

- Cây không có quang kỳ: là nhóm cây có thể ra hoa, phát triển tốt bất cứ lúc nào

Đây là loại cây có thể sống trong mọi môi trường Chúng có thể ra hoa và quả trong mọi điều kiện ánh sáng Có thể kể đến một số loại cây đó là ớt, cà chua, dưa, bầu, bí,…Đối với các loại rau trồng thông thường thì thời gian cung cấp

ánh sáng thích hợp là từ 6 đến 8 giờ giúp cho cây phát triển tốt nhất Đối với dòng cây ưa bóng mát thì cần có vải lưới đen, hay bóng râm che để giúp chúng tăng trưởng bình thường

Trong trường hợp hệ thống giàn trồng rau thủy canh được đặt trong nhà và gần như

không có tiếp xúc trực tiếp với ánh sáng mặt trời thì nên sử dụng đèn led thủy canh, cài đặt thời gian bật đèn cho cây trồng là từ 14 – 16 tiếng/ ngày Bóng tối quan trọng không kém ánh sáng, thực vật cũng cần có khoảng thời gian để nghỉ ngơi, thư giãn và chuyển hóa trong không gian tối Vì thế, nên điều chỉnh đèn tắt để thực vật trong bóng tối từ 10 – 12 tiếng

d3 Yếu tố môi trường dinh dưỡng

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 Trong thủy canh thì 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

Đã có 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, bông cải dâu tây, nho và các loại hoa… như của Hoagland, Albert…[3]

Bảng 1.7 Công thức pha dinh dưỡng của Hoagland Tên bình Thành phần Khối lượng (g) Thể tích (ml)

B

MgSO4·7H2O

KH2PO4KNO3

H3BO3MnCl2·4H2O ZnSO4·7H2O

Na2MoO4·2H2O CuSO4·5H2O

24,600 6,800 25,250 1,430 0,910 0,110 0,045 0,045

Bảng 1.8 Công thức pha dinh dưỡng của Albert Tên bình Thành phần Khối lượng (g) Thể tích (ml)

B

MgSO4·7H2O

KH2PO4KNO3 K2SO4

H3BO3MnSO4·H2O ZnSO4·7H2O

Na2MoO4·2H2O CuSO4·5H2O Fe-EDTA

30.8 26,9 3,9 42,3 0,02 0,115 0,015 0,003 0,01 1,52

1000

Tuy thành phần hóa học cũng như hàm lượng các thành phần trong dung dịch của Hoagland và Albert có khác nhau, nhưng dung dịch dinh dưỡng vẫn có các dưỡng chất thiết yếu cho cây và nồng độ dinh dưỡng đáp ứng được nhu cầu sinh trưởng và phát triển của cây trồng

Hình 1.13 Giá trị dinh dưỡng được hấp thụ theo thang pH [3]

Chiều dày/mảnh của mỗi vệt xanh chạy ngang tượng trưng cho 1 lượng phân đơn cây hấp thụ nhiều/ít tương ứng với các mức độ pH từ thấp tới cao ghi ở chân đồ thị[3]

- pH< 5,5 cây chỉ hấp thụ được trung lượng và vi lượng: Sắt, Mangan, Bo, Đồng, Kẽm nên cây trở nên còi cọc do không hấp thụ được các đa lượng Nito, Photpho, Kali, Canxi, Magie và duy nhất vi lượng quý nhất trong số các vi lượng là Molypdate

- Ngược lại, pH>7,0 cây hấp thụ đa lượng nhưng lại kém tiêu hóa Sắt, Mangan,

Bo, Đồng, Kẽm nên lá trở nên vàng vọt

Theo lời khuyên của R.Keith dải pH cây ăn đều phân là từ 6,0 đến 7,0 Giá trị pH càng chênh lệch khỏi khoảng này thì mức độ ảnh hưởng không tốt lên hệ thống thủy canh càng lớn Các thí nghiệm cho thấy đa phần các cây phát triển tốt nhất khi độ pH của dung dịch thủy canh ngay mức 6,2

Ở những nơi có nước thủy cục thì pH=7,0 theo quy định cấp nước sinh hoạt Sau khi pha dung dịch trồng từ dung dịch cốt là dung dịch thủy canh có pH khoảng 6,2 và không cần điều chỉnh pH Ở vùng sâu vùng xa, không có nước thủy cục sẽ phải dùng nước giếng khoan, sông, suối, ao hồ để pha Nguồn nước mỗi vùng có độ pH khác nhau, khi đó ta cần điều chỉnh độ pH Hay trong quá trình sinh trưởng của cây, pH sẽ chênh lệch cũng cần phải điều chỉnh thích hợp

 Nồng độ tổng chất rắn hòa tan (TDS)

Chỉ số TDS chỉ dẫn diễn tả tổng nồng độ chất rắn hòa tan trong dung dịch, chứ không thể hiện được nồng độ của từng thành phần riêng biệt Trong suốt quá trình tăng trưởng, cây hấp thụ khoáng chất mà chúng cần, do vậy duy trì TDS ở một mức ổn định

là quan trọng Nếu dung dịch có chỉ số TDS cao thì sự hấp thu nước của cây diễn ra nhanh hơn sự hấp thụ khoáng chất, hậu quả là nồng độ dung dịch sẽ rất cao và gây độc cho cây Khi đó ta phải bổ sung thêm nước vào môi trường Ngược lai, nếu TDS thấp, cây sẽ hấp thụ khoáng chất nhanh hơn hấp thụ nước và khi đó ta phải bổ sung thêm khoáng chất vào dung dịch

Đối với cây rau ăn lá, cây rau chia làm 3 thời kỳ:

- Thời kỳ cây con từ 3-7 ngày tuổi thì để mức ppm là 600-800, điều chỉnh ppm tăng dần theo giai đoạn như vậy đảm bảo cây lớn và không bị dư dinh dưỡng

- Thời kỳ cây phát triển (ngày thứ 10 – ngày thứ 25) thì để ppm 1200-1800 cho hầu hết các loại rau

- Thời kỳ trước thu hoạch 1 tuần: cần hạ nồng độ ở mức 700-900 ppm và có thể loãng hơn nữa để ppm cực thấp hoặc loãng như nước lã để thu hoạch rau đảm bảo không bị dư chất dinh dưỡng gây độc

+ Kali có tác dụng trong việc vận chuyển và tích lũy đường, tăng khả năng chống chịu, có tới 60 loại men trong cây cần đến kali để hoạt động Thiếu kali lá cây

bị xoắn, quanh móp và gân lá bị tím, phần dưới của cây giảm tốc độ sinh trưởng, quả không đều, cà chua bị lốp Kali giúp cây tăng cường hút nước, làm chậm đông kết của tế bào khi gặp lạnh, nên giúp cây chống chịu hạn, chống nóng, chịu lạnh tốt Tăng cường tạo mô nâng đỡ làm cây cứng, chống chịu bệnh

- Nguyên tố vi lượng:

+ Bo là yếu tố vi lượng cần cho sự phát triển của rau Thiếu Bo lá non bị xoăn, các lá khác bị vàng, mép lá bị nâu Các cây ăn củ xuất hiện các vết đốm, đỉnh sinh trưởng bị chết, kích thước cây giảm, xuất hiện các vết nứt phía trong hoa + Canxi có tác dụng điều hòa sự trao đổi chất, ảnh hưởng đến sự phát triển bộ rễ Thiếu canxi, lá vàng và có nhiều vết thối trên các phần, của cây Lá non cuộn lại, mép lá gợn sóng và phát triển không bình thường, thân yếu và sinh trưởng kém (ở cà chua quả thường bị thối và đen ở giữa) Thừa canxi sẽ ức chế sự hút nước của cây, làm kết tủa một số chất vi lượng, cây còi cọc năng suất giảm

+ Molipđen là yếu tố ảnh hưởng trực tiếp đến hàm lượng protein, hàm lượng diệp lục và các vitamin Thiếu Mo cây sẽ bị thấp

+ Kẽm nếu bị thiếu sẽ làm giảm hàm lượng diệp lục, thụ tinh của hoa và tạo hạt của quả hoàn toàn bị đình trệ Kẽm còn có tác dụng biến đổi lân, kali, canxi và mangan dạng khó tiêu thành dạng dễ hòa tan theo nước để cây dễ hấp thu + Sắt giúp cây tằng cường độ hô hấp Thiếu sắt cây bị bệnh vàng úa lá

e Ưu và nhược điểm

e1 Ưu điểm

- Không cần đất, chỉ cần không gian để đặt hộp dụng cụ trồng, do vậy có thể triển khai ở những vùng đất cằn cỗi như hải đảo, vùng núi xa xôi cũng như tại gia đình sân thượng, balcon;

- Không phải làm đất, không phải lo lắng việc trừ sâu, côn trùng và cỏ dại trong đất;

- Không cần tưới do đó có thể linh hoạt trong thời gian chăm sóc cây;

- Không phải sử dụng thuốc trừ sâu bệnh và các hóa chất bảo vệ thực vật;

- Trồng được nhiều vụ, có thể trồng trái vụ;

- Năng suất cao vì có thể trồng liên tục;

- Sản phẩm hoàn toàn sạch, đồng nhất Giàu dinh dưỡng và tươi ngon;

- Không tích lũy chất độc, không gây ô nhiễm môi trường;

- Không đòi hỏi lao động nặng nhọc, người già trẻ em đều có thể tham gia hiệu quả;

- Dễ dàng cung cấp chất dinh dưỡng tương ứng với từng giai đoạn phát triển của rau

e2 Nhược điểm

- Vốn đầu tư ban đầu cao do chí phí về trang thiết bị Tuy nhiên, chi phí này không phải là cao so với những chi phí phải trả để diệt sâu bệnh và côn trùng, thuê nhân công Hơn nữa các máy móc thiết bị được tái sử dụng nhiều lần nên chỉ tốn chi phí đầu tư cho ban đầu

- Đòi hỏi trình độ chuyên môn kỹ thuật cao để sản xuất có hiệu quả Điều này gây trở ngại cho việc đưa phương pháp thủy canh mở rộng đại trà

- Trong quá trình hấp thụ các chất dinh dưỡng, thực vật làm thay đổi độ pH trong dung dịch thủy canh Do đó, cần phải điều chỉnh pH thích hợp

- Những yếu tố thay đổi đột ngột môi trường cũng như việc cung cấp chất dinh dưỡng hay thêm nước không đúng có thể gây ra những triệu chứng rối loạn sinh

lý ở cây (như hiện tượng thối quả cà chua, nứt quả cà chua);

- Hạn chế một số loại cây trồng như cây ăn quả dài ngày, các loại cây, giống rau đặc thù khác không thể sử dụng phương pháp thủy canh để thay thế

quả nang chứa 4 hạt có lông màu hung [14]

Rau muống có nguồn gốc nhiệt đới châu Á, khu vực Nam và Đông Nam Á, nhiệt đới châu Phi, Trung Á, Nam Mỹ và châu Đại Dương

Với đặc điểm trên, rau muống là một trong những loại thích hợp để trồng thủy canh

Hình 1.14 Rau muống trồng thủy canh

 Phân loại [14]

Rau muống có thể chia làm 2 loại:

- Rau muống nước: được trồng hoặc mọc tại nơi nhiều nước, ẩm ướt, thậm chí sống tốt khi kết thành 1 bè và thả trôi trên kênh mương hay hồ Loại này thân

to, cuống thường có màu đỏ, mọng, luộc ngon hơn xào hay ăn sống

- Rau muống cạn, trồng trên luống đất, cần không nhiều nước, thân thường trắng xanh, nhỏ Loại thứ hai thường thích hợp với xào hoặc có thể ăn sống

Ngoài ra, còn có thể phân loại rau muống theo điều kiện trồng:

- Rau muống ruộng: có 2 giống là rau muống trắng và rau muống đỏ Trong đó rau muống trắng thường được trồng trên cạn, kém chịu ngập Còn rau muống đỏ được trồng cả trên cạn và dưới nước với nhiệt độ ao là 20-30o

C

- Rau muống phao: rau cấy xuống bùn, cho ngọn nổi lên, ăn quanh năm

- Rau muống bè: rau thả quanh năm trên mặt nước, dùng tre cố định ở một chỗ nhất định trên ao

- Rau muống thúng: trồng rau vào thúng đất, để thúng đất lên giá cắm ở ao sâu rồi để thúng nổi lên ¼ cho rau bò quanh mặt ao

1.3.2 Rau cải

 Tên gọi và đặc điểm[16]

Cây rau cải có tên khoa học là Brassica sp Rau cải vốn là loài cây thích hợp ở

điều kiện khí hậu mát, lạnh Tuy vậy, có nhiều giống chịu nóng rất tốt Vì vậy, có thể trồng ở nhiều vùng trên đất nước ta và trong mỗi vùng có thể trồng được nhiều vụ khác nhau Rau cải có bộ rễ ăn nông, chỉ tập trung chủ yếu trong tầng đất màu Bộ lá khá phát triển, to bản nhưng mỏng, nên chịu hạn kém và dễ bị sâu bệnh gây hại

 Phân loại [16]

Rau cải được trồng ở nước ta có 3 nhóm chính:

- Nhóm cải bẹ (Brassica Campestris L.) còn được gọi là nhóm cải dưa Nhóm

này gồm các giống cải Đông Dư, cải Tiếu, cải Tàu cuốn, cải bẹ Nam (cải mào gà), cải Hà Lưỡng, cải Lạng Sơn Nhóm cải này chịu lạnh khá, phát triển tốt trong điều kiện nhiệt độ tương đối thấp Nhiệt độ thích hợp là 15 – 22°C Vì vậy, trồng thích hợp trong vụ Đông – Xuân Đặc điểm của nhóm cải bẹ là có bẹ

lá to, phiến lá lớn, một cây có thể nặng đến 2 – 4 kg, có cây nặng tới 6 kg Thời gian sinh trưởng dài: 120 – 160 ngày