4. Cấu trúc của luận văn
1.7.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới
Sau khi hệ thống trồng cây không dùng đất hiện đại đầu tiên của Gericke ra đời, nhiều nước trên thế giới, đặc biệt là các nước phát triển đã đi sâu vào nghiên cứu và triển khai ứng dụng kỹ thuật này vào sản xuất thương mại. Trong chiến tranh Thế giới thứ hai, Mỹ đã sử dụng phương pháp thuỷ canh để trồng rau cho quân đội ở vùng sâu vùng xa Đại Tây Dương và các nơi khác. Kết quả là, mỗi vụ trồng 1/4 ha rau xà lách có thể cung cấp cho 400 người sử dụng. Sau chiến tranh Thế giới thứ hai, Mỹ đã xây dựng một cơ sở ở
Nhật Bản để sản xuất rau quả tươi cho quân đội bằng kỹ thuật thuỷ canh. Ở Nhật Bản, kỹ thuật trồng cây không dùng đất khá phổ biến, năng suất đạt được cũng khá cao: Cà chua 130 - 140 tấn/ha/năm, dưa chuột 250 tấn/ha/năm và xà lách 70 tấn/ha/năm. Hà Lan là nước phát triển công nghệ trồng cây không dùng đất mạnh nhất trên thế giới, tổng diện tích hiện nay khoảng trên 3.600 ha. Nước này tiến tới sẽ xoá bỏ diện tích trồng rau trên đất để rau không nhiễm hoá chất. Đài Loan là nước được Trung tâm Nghiên cứu và Phát triển Rau Châu Á giúp đỡ nhiều nên kỹ thuật trồng cây không dùng đất được ứng dụng rộng rãi, chủ yếu để trồng rau sạch và dưa [50], [51] [66].
Ngoài việc ứng dụng để trồng rau, kỹ thuật trồng cây không dùng đất còn được ứng dụng để trồng hoa và ươm cây con giống. Có nhiều cơ sở trồng hoa ứng dụng kỹ thuật này ở Italia, Tây Ban Nha, Pháp, Anh, Đức và Thuỵ Điển. Việc ươm cây bằng kỹ thuật này mang lại hiệu quả kinh tế cao vì chủ động được cây giống, thời vụ và chất lượng cây giống tốt nên cho năng suất cao. Đối với các vùng sa mạc có khí hậu khắc nghiệt thì trồng rau bằng kỹ thuật này đã trở thành phương pháp chung. Ở những nơi đất đai cằn cỗi, người ta cũng sử dụng kỹ thuật này để trồng rau vì năng suất cao hơn rất nhiều so với trồng ngoài đồng ruộng [50], [51] [66].
1.7.1.1. Nhà trồng
Việc sử dụng các loại nhà để trồng cũng như các thiết bị phục vụ cho công nghệ sản xuất rau an toàn theo kiểu công nghệ cao đã được áp dụng ở hầu hết các nước trên thế giới. Có 2 kiểu nhà trồng được sử dụng phổ biến nhất hiện nay là nhà kính và nhà lưới.
Nhà kính là loại nhà cao cấp chống được côn trùng và cả tia cực tím. Loại nhà này cần được lắp đặt hệ thống làm mát, có thể lắp đặt các thiết bị để trồng rau quanh năm. Trong vòng 10 đến 15 năm gần đây, thế giới đã sử dụng nhà kính khoảng 30.000 ha. Nhà lưới đã được áp dụng ở cả 5 châu lục, đặc
biệt là Địa Trung Hải, Trung Quốc và Nhật Bản. Riêng trong giai đoạn 1987 - 1988, thế giới sử dụng để trồng rau an toàn khoảng 1.980.000 ha, trong đó Tây Âu là 58.000 ha, Đông Âu là 18.000 ha [13], [49].
Nhà lưới chia làm 2 kiểu nhà lưới có mái che và nhà lưới không có mái che. Ở nhà lưới không có mái che thì độ chống côn trùng và hạn chế thuốc bảo vệ thực vật, một phần nào giảm nhiệt (2 - 40C). Ưu điểm của dạng nhà này là đầu tư ban đầu ít, thích hợp với người ít vốn. Tuy nhiên, nhược điểm là không có khả năng tăng nhiệt mùa đông, không chịu mưa bão. Ở nhà lưới có mái che, nhà có thể phủ bằng polyetylen hoặc bằng nhựa tổng hợp để chống mưa bão, tránh dập nát rau. Tuy nhiên, nhà loại này cần bố trí thêm hệ thống thông gió để giảm nhiệt độ nhưng không lắp được hệ thống điều hòa trong nhà lúc cần thiết [49].
1.7.1.2. Hệ thống thiết bị phụ trợ cho công nghệ
Do sản xuất rau theo kiểu công nghiệp nên đòi hỏi phải chính xác ở một số khâu quan trọng. Đối với công nghệ này yêu cầu một số bộ phận chống tắc kẹt, định lượng và hòa trộn lượng nước tưới và phân bón theo một tỉ lệ nhất định và những bộ phận kiểm soát như CEC, pH [13], [49].
1.7.1.3. Vật liệu để trồng rau
Trồng rau trong giá thể là biện pháp trồng cây trong các giá thể tự trồng không phải là đất. Dinh dưỡng được cung cấp cho cây thông qua phân bón trộn trong giá thể và bón thúc. Giá thể được để trong những khay chậu. Khay chậu có thể làm bằng các túi nhựa, gỗ, xốp, đất nung, sành sứ, kim loại…Tùy theo điều kiện mà người trồng có thể chọn lựa và sử dụng theo sở thích của mình.
Theo Mary Meyer (Đại học Minnesota) [13] cho rằng khay chậu cho trồng cây trong giá thể có thể lựa chọn bất kì vật liệu gì có thể giữ được nước và thoát nước, có thể lựa chọn các loại khay chậu như sau: Khay chậu làm
bằng đất nung hoặc đất sét, loại này được sử dụng từ khá lâu, giúp cho sự trao đổi ôxi trong khay chậu thuận lợi cho sự phát triển của bộ rễ cây trồng. Tuy nhiên, loại giá thể này nặng và nhanh mất nước. Khay chậu làm bằng gỗ, dễ chế tạo, có khả năng cách nhiệt tốt, phải thay thế nếu sử dụng lâu. Khay chậu bằng kim loại, có khả năng cách nhiệt kém, có thể rất nóng hoặc rất lạnh tùy theo thay đổi nhiệt độ bên ngoài, khay chậu cỡ lớn ít bị thay đổi hơn. Khay chậu làm bằng chất dẻo là sợi thủy tinh, nhẹ giữ ẩm lâu, đặc biệt có khá nhiều màu sắc để lựa chọn. Khay chậu làm bằng đá, loại khay chậu này có trọng lượng lớn, đắt, khó tìm và khi trồng cây có khả năng thoát nước kém. Tuy nhiên, theo Tammy Kohleppel và Dan Lineberger dù khay chậu làm bằng bất cứ vật liệu gì đều phải có lỗ thoát nước. Lỗ thoát nước có thể ở đáy hoặc ở mặt bên của khay chậu [13], [49].
1.7.1.4. Giá thể để trồng rau
Theo nghiên cứu của Karen và cộng sự (2001) [50], giá thể dùng để trồng rau trong khay chậu cần cung cấp nước, dinh dưỡng cho cây và cần thoáng khí, thoát nước tốt và nhẹ. Không nên dùng 100% đất vườn vì sẽ nặng, bí, nhanh khô, thoát nước kém. Tốt nhất nên sử dụng giá thể hỗn hợp không dùng đất hoặc hỗn hợp đất. Các giá thể hỗn hợp không dùng đất được thương mại hóa như các sản phẩm Jiffy Mix, Bacto, Promix and Jiffy Pro. Hỗn hợp này được làm từ than bùn, khoáng chất, cát thô hoặc các sản phẩm từ cây gỗ. Khoáng chất giữ được nước và dinh dưỡng lâu và giữ cho giá thể luôn ẩm. Hỗn hợp giá thể không dùng đất thường nhẹ nên đây là lựa chọn lí tưởng cho khay chậu luôn bị di chuyển. Hỗn hợp đất thường được làm từ một phần rêu than bùn hay phân trộn một phần đất tiệt trùng, một phần khoáng chất hoặc perlite và một phần phân chuồng. Hỗn hợp đất giữ nước tốt hơn hỗn hợp không dùng đất. Theo Meyer (2007), có thể sử dụng các loại giá thể hỗn hợp đất gồm 1 phần đất vườn, 1 phần than bùn, 1 phần cát. Đất nhân tạo: Đây là
giá thể được sử dụng chủ yếu với ưu điểm nhẹ, giữ nước và thoáng khí, rất lí tưởng cho sự tăng trưởng của cây. Xơ dừa cũng nằm trong thành phần loại này. Giá thể trồng cây cũng có nhiều loại nhưng hầu hết được phối trộn từ các vật liệu dễ kiếm trong tự nhiên như: Trấu hun (biochar), xơ dừa, mùn cưa, cát, bột đá. Tuy nhiên, giá thể được tạo ra phải có độ thông thoáng và có khả năng giữ nước tốt [13], [52], [54].
Ở các nước đang phát triển, hỗn hợp đặc biệt gồm bột đá, than bùn có sẵn ở dạng sử dụng được được dùng với mục đích thay thế cho đất. Các trang trại thâm canh chủ yếu ở các nước đang phát triển thiên về nhập khẩu những hỗn hợp không phải đất này, không có khả năng khai thác việc sử dụng vật liệu sẵn có ở địa phương. Thực tế, môi trường nhiệt đới có rất nhiều vật liệu có thể sử dụng pha chế hỗn hợp bầu trong vườn ươm. Hỗn hợp bầu trong vườn ươm cần đảm bảo khả năng giữ nước và làm thoáng khí, khả năng cung cấp dinh dưỡng cho cây trồng, sạch bệnh [13]. Theo Kaplina (1976), với cùng một loại cây nhưng với thành phần giá thể khác nhau thì cho năng suất khác nhau. Đối với dưa chuột, nếu thành phần giá thể cây con gồm: 4 phần mùn + 1 phần đất đồi và trong 1 hỗn hợp trên cho thêm 1g N, 4g P205 và 1g K20 thì năng suất sớm đạt 238 tạ/ha [13], [49].
1.7.1.5. Nghiên cứu về dinh dưỡng bón cho rau trong khay chậu
Theo các nhà khoa học của Trường Đại học Maryland Hoa Kỳ bón phân cho cây trồng trong khay chậu với liều lượng bao nhiêu và cách bón như thế nào phụ thuộc vào nhiều yếu tố như chủng loại phân, nhu cầu của cây, loại giá thể, loại khay chậu. Mỗi thời kì sinh trưởng của cây rau có yêu cầu về dinh dưỡng khác nhau. Vào thời kì nảy mầm cây sống nhờ vào năng lượng dự trữ trong hạt, không cần lấy dinh dưỡng từ đất, nhu cầu dinh dưỡng của cây trong giai đoạn này không cao. Sau đó, cùng với sự phát triển của rễ, thân, lá sự hấp thu dinh dưỡng trong đất tăng lên và vào cuối thời kì phát triển các cơ quan
tích lũy dinh dưỡng đã hoàn thiện thì ở tất cả các loại rau nhu cầu dinh dưỡng đã hoàn thiện thì ở tất cả các loại rau nhu cầu dinh dưỡng giảm mạnh. Các loại rau ngắn ngày như rau dền, rau cải có thời gian sinh trưởng từ lúc gieo trồng tới thu hoạch khoảng 30 ngày thì trong suốt quá trình sinh trưởng chỉ bón 1 - 2 lần. Còn các loại rau dài ngày như cà chua, dưa chuột, ớt thì cần phải bón nhiều hơn có thể là 2 tuần/lần hoặc nhiều hơn. Phân bón dạng dung dịch hoặc dạng bột thì sử dụng thuận tiện và hiệu quả vì dinh dưỡng được cung cấp nhanh chóng [46], [48], [53]. Phân bón cho cây trồng có thể chia làm 2 loại là phân chậm tan và phân dễ tan. Cả 2 loại phân này đều cần thiết cho cây trồng trong các khay chậu bởi vì hầu hết các loại giá thể nếu không chứa đầy đủ các chất dinh dưỡng cho cây sinh trưởng và phát triển tốt nhất. Phân chậm tan nên sử dụng ngay từ đầu khi phối trộn giá thể, phân dễ tan sử dụng khi cây bắt đầu sinh trưởng cho sản phẩm với lượng 1 - 2 tuần/lần. Ngoài ra, tác giả còn cho biết vai trò của chất khoáng có ảnh hưởng trực tiếp đến tốc độ sinh trưởng của cây con. Có thể trộn thêm 0,5 kg supe lân cho 10 kg hỗn hợp giá thể nhằm xúc tiến quá trình hình thành và phát triển của hệ rễ [48].
1.7.1.6. Nghiên cứu về chế độ nước tưới
Nước rất quan trọng đối với cây trồng. Nếu thiếu nước, cây trồng sinh trưởng phát triển kém, cho năng suất cây trồng không cao. Sự hấp thu nước của cây có thể tiến hành cả rễ và lá nhưng lượng cây hút được chủ yếu đáp ứng nhu cầu nước của cây là hệ thống rễ. Lông hút là bộ phận trực tiếp hút nước và chất dinh dưỡng trong đất. Chúng là những tế bào biểu bì được kéo ra thành sợi mảnh len lỏi vào các mao quản của đất làm tăng tiết diện tiếp xúc và hấp thụ nước. Như vậy, số lượng lông hút càng lớn thì bề mặt hấp thu nước càng lớn và quan hệ giữa đất và cây càng chặt chẽ. Những yếu tố ảnh hưởng đến sự hấp thu nước của cây trồng trong khay chậu:
các giá thể. Rễ chỉ phát triển mạnh khi thế nước có trong giá thể lớn hơn thế nước trong rễ. Thông thường, rễ phát triển mạnh ở tầng đất mặt vì có nhiều chất dinh dưỡng hơn, nhưng tầng đất này luôn bị khô hạn nên lượng chất dinh dưỡng không đáp ứng được nhu cầu cho cây. Do đó, rễ phải phát triển xuống lớp sâu hơn, nghèo chất dinh dưỡng hơn rễ hút nước. Vì vậy, cần duy trì độ ẩm thích hợp trong toàn bộ tầng đất nuôi cây để điều hòa nước và dinh dưỡng. Điều này rất có ý nghĩa trong việc xác định tần suất tưới để đảm bảo sự hút nước bình thường của cây và tăng năng suất cây trồng [13], [46], [53].
(ii). Đối với rau trồng trong chậu thì yếu tố nhiệt độ của giá thể là một trong những nhân tố ảnh hưởng mạnh nhất đến sự hấp thu của rễ cây và sự thoát hơi nước. Trong trường hợp nhiệt độ của giá thể hạ thấp đến một mức độ nhất độ nhất định thì rễ bị cản trở và nếu nhiệt độ hạ thấp đến một mức độ nhất định thì rễ cây hoàn toàn không có khả năng hấp thu được nước. Nhiệt độ giá thể cao ảnh hưởng đến khả năng hấp thu nước của rễ cây. Nếu nhiệt độ tăng lên trên giới hạn 30 - 400C thì sự hút nước của cây trồng bị giảm sút. Sự chênh lệch nhiệt độ giữa đất và không khí cũng ảnh hưởng đến sự vận động của nước từ đất vào rễ [13].