thế giới
2.2.1.1. Công nghệ thủy canh (hydroponic technology)
Công nghệ thủy canh đã được phát triển trong hơn 3 thế kỷ. Các công bố đầu tiên về công nghệ này xuất hiện từ những năm 1600 (Weir,1991). Trong những năm 50, 60 thế kỷ 20, hydroponic trở nên được quan tâm bởi sự phát triển của ngành công nghiệp sản xuất nhựa và nhà kính. Các mô hình thủy canh dựa trên các loại giá thể như sawdust, peat,straw, cát lần lượt được giới thiệu. Quan trọng hơn cả là sự ra đời của kỹ thuật phim dinh dưỡng (Nutrient Film Technique – NFT) và rockwool – một loại tấm kính sợi cách nhiệt (fiberglass) (Caruthers,1999). Các phát triển công nghệ khác trong những năm 1970 bao gồm cả hệ thống phun sương (Ein Gedi system) và một loạt các hệ thống tuần hoàn dung dịch dinh dưỡng được nghiên cứu bởi người Nhật (Hanger, 1993). Đến những năm 80, 90, một loạt các cải tiến đã được nghiên cứu ví dụ hệ thống sử dụng perlite của Scotland áp dụng trong việc sản xuất dâu tây ba chiều nhầm tiết kiệm không gian nhà kính, có sự kết hợp giữa hệ thống rockwool và NFT.
Cùng các nghiên cứu nhằm tối thiểu hóa tác động của môi trường bằng việc sử dụng tối thiểu lượng chất hóa học và sử dụng quản lý dịch hại tổng hợp APM. Các hệ thống thủy canh hiện đại nhất đã được phát triển trong đó các khâu sản xuất từ trồng, thu hoạch đến đóng gói đều được tự động hóa, môi trường được hoàn toàn kiểm soát.
Công nghệ thủy canh có thể được phát triển ngoài môi trường tự nhiên hoặc trong nhà kính. Có hai hệ thống chính là hệ thống mở và hệ thống kín (dinh dưỡng được tuần hoàn) (Seymour, 1993). Ngoài ra có thể phân loại theo hai nhóm chính là hệ thống không dùng giá thể - Water based system gồm có
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kinh tế Page 26 hệ thống NFT, hệ thống nước hay Gericke System, sỏi hay GFT (gravel flow technique), khí canh… và hệ thống sử dụng giá thể - media based system (bao gồm hệ thống sử dụng giá thể vô cơ: Rockwool, cát, scoria, perlite, pumice, clay và vermiculite…giá thể hữa cơ: sawdust, peat, xơ dừa, bark, foam, gỗ…)
2.2.1.2.Công nghệ khí canh (Aeroponics technology)
Công nghệ này được nghiên cứu và phát triển lần đầu tiên tại trường đại học Pia của Italia bởi tiến sĩ Franco Massatini. Hệ thống này bao gồm các ống phun dung dịch đặt trong các thùng xốp nuôi cây. Tiếp nối công trình này các nhà khoa học Israel đã cải tiến và cho ra đời hệ thống Ein Geidi System (EGS), hệ thống này có sự kết hợp giữa kỹ thuật NFT và kỹ thuật khí canh, rễ cây vẫn dúng trong dung dịch dinh dưỡng nhưng được làm hảo khỉ thường xuyên.
Tiếp theo đó có hàng loạt các hệ thống tương tự được ra đời như hệ thống Rainforest của Mỹ; hệ thống Schwalbach của Úc. Hệ thống Aero- Gro System (AGS) được xem là hệ thống cải tiến gần nhất có sử dụng thêm kỹ thuật siêu âm để tạo các thể bụi dinh dưỡng cung cấp cho rễ cây. Kỹ thuật này được các nhà nghiên cứu Singarpore tiếp tục phát triển thành thiết bị Aero Green Technology được cấp bằng phát minh của mạng lưới nông nghiệp đô thị Liên hiệp quốc vào năm 2000. NASA đã lắp đặt tổ hợp thiết bị gồm hệ thống khí canh và công nghệ màng dinh dưỡng để trồng cây trong không gian.
Theo dữ liệu sáng chế (SC) Wipsglobal, Công ty ADI-Aeroponics Growth Ltd. đã nộp đơn đăng ký SC liên quan đến khí canh sớm nhất vào ngày 26/07/1976 tại Israel, tên SC là: “Phát triển cây trồng trong điều kiện khí canh” (Plant growth under aeroponic conditions), tác giả SC là Nir Isaac. Tuy nhiên người đầu tiên tạo ra công nghệ và hệ thống khí canh hoàn chỉnh là Richard J. Stoner, ông là đồng tác giả với Steven M Schorr
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kinh tế Page 27 trong SC: “Phương pháp và thiết bịđể nhân giống cây trồng bằng khí canh”
(Method and apparatus for aeroponic propagation of plants) được đăng ký
tại Mỹ vào năm 1983 (số SC US 1983-455989) với chủ quyền SC thuộc về Công ty Genesis Technology INC. Sau đó SC này được tiếp tục đăng ký bảo hộđộc quyền vào năm 1984 tại các nơi: Nam Phi (số SC ZA 8400087), Tổ chức sáng chế châu Âu (số SC EP 1984-200064), Canada (số SC CA 444736), Úc (số SC AU 1984-024364) và Tổ chức Sở hữu Trí tuệ Thế giới (số SC PCT-EP1984- 000016). Đến nay đã có 132 SC về khí canh trên thế giới. Những năm gần đây số lượng đăng ký SC về khí canh gia tăng nhiều hơn (Hình 2.6), chủ yếu về các hệ thống, trang thiết bị dùng trong kỹ thuật khí canh.
Nguồn: Wipsglobal, KL
Hình 2.6. Phát triển số lượng đăng ký SC về khí canh trên thế giới
Các đơn vị sở hữu nhiều SC về khí canh là Tập đoàn Aerogrow
International INC. (Mỹ), Công ty Consulagri SRL (Rumani) và Công ty Said
S P A (Ý) (BĐ 2) . 16 14 14 12 12 11 11 10 8 8 8 7 6 6 5 6 6 5 5 4 4 4 3 3 2 2 2 2 2 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1976 1979 1982 1985 1988 1991 1994 1997 2000 2003 2006 2009 2012
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kinh tế Page 28
Nguồn: Wipsglobal, KL
Hình 2.7. Các đơn vị sở hữu nhiều SC về khí canh
Nơi có nhiều đăng ký SC về khí canh là Mỹ chiếm đến 47 %, kếđến là Tổ chức Sở hữu Trí tuệ Thế giới (14 %) và Trung Quốc (11 %) (BĐ 3).
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kinh tế Page 29
2.2.1.3.Thực trạng phát triển thị trường ứng dụng công nghệ trong nhân giống cây trồng
Nghiên cứu ứng dụng công nghệ thủy canh vào nhân giống cây trồng đã được D.R Hoagland và Arnon ở trường đại học California tiến hành đầu tiên vào năm 1938. Bằng kỹ thuật này người ta đã điều khiển cho cây ra rễ và sinh trưởng hoàn toàn trong dung dịch dinh dưỡng. Tuy nhiên do những điều kiện kỹ thuật phức tạp (thông khí, kiểm soát hấp thu dinh dưỡng, pH của dung dịch…) công nghệ này có nhiều nhược điểm nên không được ứng dụng. Tiếp nối các công trình của L. J. Klotz (1944) M.C. Vyvyan; G.F.Trowell (1952) F.W.Went đã tiến hành trên cây có múi, cà phê, táo, cà chua và phát hiện sự ra rễ của chúng rất thuận lợi và sạch bệnh khi trồng trong điều kiện phun mù dinh dưỡng cho bộ phận dưới mặt đất. F.W.Went (1957) đã dưa ra thuật ngữ khí canh (aeroponic) để chỉ quá trình sinh trưởng của bộ rễ trong không khí. Đến năm 1970, với công nghệ nhà kính đã phát triển, các công ty hướng tới việc ứng dụng công nghệ khí canh để nhân giống cây trồng phục vụ cho mục đích thương mại. Năm 1982, Dr.Richard J. Stoner ở đại học Colorado của Mỹ lần đầu tiên đưa ra và ứng dụng thành công công nghệ khí canh để nhân giống cây trồng bằng cách sử dụng việc phun dinh dưỡng kèm chất kích thích ra rễ ngắt quãng cho phần gốc của cành giâm trong các hộp nhân giống 20 lần/giờ (Dr.Richard J. Stoner, 1983)[48].
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kinh tế Page 30 Nước sạch Bểs nạchước Bể thu dung dịch M Dung dịch mẹ 2 Máy bơm cấp nước Đầu đo pH và EC Đường cấp dung dịch Bộ trộn dinh dưỡng Dung dịch mẹ 1
Bộđiều khiển trung tâm kết nối máy tính
Nhà trồng cây khí canh 500m2
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kinh tế Page 31
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kinh tế Page 32 Công nghệ đã được tác giả liên tục nghiên cứu hoàn thiện cho phép ra đời một công nghệ mới gọi là công nghệ RPB (Rapid Propagation Biotechnology). Công nghệ này được xem như là bước đột phá trong lĩnh vực nghiên cứu sản xuất giống cây trồng. Các nhà nhân giống in vitro gọi kỹ thuật này là thế hệ mới của công nghệ nhân giống và cho rằng đây sẽ là phương pháp nhân giống vô tính quan trọng của thế kỷ 21. Kỹ thuật này có thể thay thế phương pháp nhân giống bằng kỹ thuật nuôi cấy mô tế bào do có lắp đặt hệ thống lọc khí canh khử trùng dung dịch và không khí buồng trồng. Toàn bộ các khâu điều khiển pH, EC, nhiệt độ của dung dịch và môi trường đều được tự động hóa bằng các phần mềm chuyên dụng. Công nghệ này là sự phối hợp giữa công nghệ sinh học, công nghệ tin học và công nghệ vật liệu mới và công nghệ tự động hóa. Công nghệ này cho phép nhân được nhiều loại cây trồng, chu kỳ nhân giống nhanh hơn, nhiều hơn, công suất tăng 30 lần so với kỹ thuật truyền thống, loại bỏ khâu khử trùng (môi trường mẫu vật) rất phức tạp trong nuôi cấy mô, tiết kiệm lao động, giảm giá thành vật liệu, giảm giá thành. Có thể nêu ví dụ việc ứng dụng này trong sản xuất của giống khoai tây: công nghệ “Quantum TubersTM biotechnology” là công nghệ có tính cách mạng hoàn toàn, mới mẻ trong lĩnh vực sản xuất giống khoai tây. Công nghệ này cho phép sản xuất hoàn toàn chủ động trên diện tích nhỏ được lượng khổng lồ củ giống khoai tây chất lượng cao, số lượng củ giống có thể tăng từ 600%- 1400% so với giải pháp nhân giống bằng nuôi cấy mô và trồng trong nhà màn. Công suất của hệ thống này lớn hơn bất kể một hệ thống sản xuất giống nào hiện có (ifo.quantum TubersTM.com). Hàng năm các loại cây trồng đã được nghiên cứu nhân giống và thương mại hóa bằng phương pháp trên. Công nghệ này rất có hiệu quả với những cây có khả năng ra rễ kém. Việc sản xuất cây giống và cà chua thương phẩm khi áp dụng công nghệ này đã rút ngắn thời gian tạo cây giống (từ 28 ngày xuống còn 10 ngày) thời gian cho thu hoạch lần đầu (từ 68 ngày xuống còn 30 ngày) qua đó làm tăng số vụ trồng/1 năm, trồng trong nhà kính từ 3,4 lên 7,7 lần/ năm (http//www.biocontrols.com, 2006)[62].
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kinh tế Page 33 Tại hội nghị ISOSC, Steiner đã định nghĩa: Đây là hệ thống mà rễ cây được đặt trong môi trường bão hòa với các giọt dinh dưỡng liên tục hay gián đoạn dưới dạng sương mù hoặc phun” (John Hason, 1980)[40]. Hệ thống này cây được trồng trong những lỗở các tấm polystyrene xốp hoặc vật liệu khác, nhưng rễ cây chỉ được treo lơ lửng trong môi trường không khí phía dưới tấm đỡ. Trong hộp có phun mù, hộp được che kín sao cho rễ nằm trong hộp được phun định kỳ 2- 3 phút/lần. Hộp phun mù được đậy kín để rễ nằm trong bóng tối (tránh tảo sinh trưởng). Như vậy, rễ luôn luôn được giữ ẩm và dinh dưỡng được thông khí. Dung dịch dinh dưỡng này được sử dụng tuần hoàn nhờ các đường ống được mắc sao cho một đầu ở trên nắp hộp còn đầu kia ở phía dưới. Như thế bộ rễ nằm hoàn toàn trong bóng tối, tạo điều kiện cho sự hình thành rễ. Đặc điểm chung của hệ thống khí canh: Có chế độ xen kẽ giữa phun dinh dưỡng và ngừng phun, mức nước có thể điều khiển, toàn bộ hệ thống được diều khiển tự động, trình hóa theo phần mềm chuyên dụng (Hason.J, 1980)[40]. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Công nghệ này có những ưu điểm sau:
- Môi trường hoàn toàn sạch bệnh, không cần dùng thuốc trừ bệnh, chu trình khép kín từ trồng đến thu hoạch, tiết kiệm được nước và dinh dưỡng, cây sinh trưởng nhanh và cho năng suất cao, điều khiển được môi trường nuôi trồng. Ngoài ra còn có những lợi ích: giảm chi phí về nước 98%, giảm chi phí về phân bón 95%, giảm chi phí về thuốc bảo vệ thực vật 99% tăng năng suất cây trồng lên 45% đến 75%.
- Giảm bớt công lao động do không phải làm đất, xới xáo và làm sạch cỏ dại trong quá trình canh tác.
- Không phải tưới nước, dễ thanh trùng và kiểm soát dịch bệnh.
- Có thể ứng dụng sản xuất gieo ươm cây giống sạch bệnh trồng trong các nhà kính, nhà lưới hiện đại.
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kinh tế Page 34 - Thúc đẩy trình độ sản xuất nông nghiệp ngày càng phát triển theo hướng nông nghiệp công nghệ cao.
2.2.2. Thực trạng phát triển thị trường công nghệ trong nông nghiệp ở Việt Nam
Ở Việt Nam giai đoạn trước 1995, phương pháp trồng cây trong dung dịch chủ yếu được sử dụng tại các Trường Đại học, các Viện nghiên cứu để nghiên cứu về dinh dưỡng khoáng của cây trồng. Từ năm 1995 với sự hợp tác và trợ giúp của công ty RD Hồng Kong và Trung tâm nghiên cứu phát triển Rau Châu Á (AVRDC), phương pháp thủy canh tĩnh của AVRDC được du nhập vào Việt Nam với mục đích dùng để sản xuất rau an toàn. Các tác giả Lê Đình Lương, Nguyễn Quang Thạch (1995); Võ Kim Oanh (1996); Nguyễn Khắc Thái Sơn (1996); Nguyễn Thị Lý Anh (1998); (Vũ Quang Sáng 2000); (Nguyễn Thị Hồng Lam, 1996)… đã nghiên cứu ứng dụng và phát triển kỹ thuật này. Các nghiên cứu bao gồm các nội dung: xác định đối tượng rau trồng thích hợp, xác định các loại dung dịch phù hợp, ảnh hưởng của mật độ thời vụ đến năng suất vào phẩm chất rau trồng. Nhìn chung các kết quả nghiên cứu đều khẳng định có thể ứng dụng kỹ thuật này vào việc sản xuất rau an toàn ở Việt Nam cho năng suất cao hơn, phẩm chất tốt hơn. Tuy nhiên, phạm vi ứng dụng kỹ thuật này còn rất hẹp, chủ yếu dùng các hộ gia đình mang tính sản xuất nhỏ, không thể công nghiệp hóa. Khắc phục nhược điểm này, đề tài cấp Nhà nước KC.07-20 “Nghiên cứu công nghệ và thiết bị phù hợp để sản xuất rau an toàn không dùng đất kiểu công nghiệp đạt năng suất chất lượng và hiệu quả cao” do PGS.TS.Hồ Hữu An (2005) làm chủ nhiệm đã xây dựng được mô hình sản xuất rau công nghiệp có ứng dụng kỹ thuật thủy canh. Tuy nhiên việc nhân rộng mô hình này trong sản xuất còn đang được xem xét về mặt hiệu quả kinh tế.
Đáng chú ý, các tác giả ở Học Viện Nông nghiệp Việt Nam đã đề xuất và đi theo một hướng ứng dụng khác của kỹ thuật này đó là sử dụng kỹ thuật
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kinh tế Page 35 thủy canh như một kỹ thuật chủ yếu phục vụ ra cây nuôi cấy mô. Các công trình nghiên cứu theo hướng này của Nguyễn Quang Thạch và cộng sự: Nguyễn Thị Nhẫn (1995); Nguyễn Khắc Thái Sơn (1996); Lê Hoàng Anh (1996); Nguyễn Thị Lý Anh, Đỗ Quang Trung (1996); Đặng Thị Vân (1997); Triệu Thị Nghiệp (1998); Nguyễn Khắc Thái Sơn (2000;2002) đã nghiên cứu thành công việc ra cây nuôi cấy mô cho nhiều đối tượng cây trồng như dứa; chuối; khoai tây; mía; một số loại hoa và cho nhận xét kỹ thuật trồng cây trong dung dịch là một bước không thể thiếu của kỹ thuật sau nuôi cấy mô. Đặc biệt gần đây các tác giả Nguyễn Quang Thạch, Nguyễn Xuân Trường; Nguyễn Thị Lý Anh (2004) đã hoàn thiện kỹ thuật này và đưa vào quy trình sản xuất giống khoai tây sạch bệnh bắt nguồn từ nuôi cấy mô được Bộ Nông nghiệp cho áp dụng rộng rãi. Hướng nghiên cứu này là sáng tạo và đúng đắn, tuy nhiên vẫn còn nhiều vấn đề cần được nghiên cứu hoàn thiện để có thể phát triển thành công nghệ sản xuất giống mang tính công nghiệp.
Những tồn tại của việc triển khai công nghệ nuôi cấy mô tại Viêt Nam. Công nghệ nuôi cấy mô đã được đưa vào Việt Nam khoảng 30 năm. Nhiều quy trình nhân giống nuôi cấy mô cho rất nhiều loại cây trồng đã được nghiên cứu thành công, được công bố và kể cả công nhận là tiến bộ kỹ thuật (dứa, khoai tây, hoa lan, hoa đồng tiền, keo lai, bạch đàn…). Tuy nhiên, cho đến nay sự triển khai rộng rãi công nghệ này ngoài sản xuất còn khá hạn chế. Thành công có ảnh hưởng ngoài sản xuất là việc nhân giống các cây lâm nghiệp bằng công nghệ mô hom cho phép nhân một số lượng lớn cây trồng từ cây cấy mô tương đối lớn.
Do cây nuôi cấy mô được nhân ra trong điều kiện nhân tạo (ánh sáng, nhiệtđộ, môi trường dinh dưỡng,…) nên tiêu hao về năng lượng và hóa chất là tương đối lớn chưa kể về trang thiết bị. Kết quả làm cho giá thành của cây sản xuất nuôi cấy mô cao khoảng trên 1000 đồng /cây, chưa tính lãi suất. Chính vì lẽđó, việc phát triển nuôi cấy mô trong hoàn cảnh kinh tế cụ thể ở
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kinh tế Page 36