CHƯƠNG 2 : ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Cải Kale lá xoăn
2.1.2. Điều kiện phát triển
Khí hậu: nhiệt độ thích hợp cho cải Kale sinh trưởng và phát triển tốt là từ 20 – 27℃, độ ẩm từ 75-90%. Do là cây ưa nắng nên năng suất sẽ tăng vào các mùa có ngày dài hơn đêm.
Thổ nhưỡng: Rễ cây sẽ phát triển tốt trong môi trường có pH từ 5.5-6.8. Sau khi trồng từ 75-90 ngày có thể thu hoạch. Thời gian thu hoạch kéo dài từ 4-6 tháng.
Hình 2. 1: Cải Kale tại cơng ty Minh Hòa(Nguồn tổng hợp từ: http://farmtech.vn/blog/tag/ky-thuat-trong-cai-kale/ và (Nguồn tổng hợp từ: http://farmtech.vn/blog/tag/ky-thuat-trong-cai-kale/ và
kinh nghiệm trồng thực tế tại cơng ty Minh Hịa) 2.1.3. Giá trị dinh dưỡng và kinh tế
Dinh dưỡng (Nguồn: USDA Food Data Central)
Cải Kale lá xoăn chứa chất xơ, chất chống oxi hóa, canxi, vitamin C, K và rất nhiều các nguyên tố dinh dưỡng khác giúp ngăn ngừa các vấn đề sức khỏe khác nhau.
Chất chống oxi hóa: giúp cơ thể loại bỏ các độc tố không mong muốn trong quá trình trao đổi chất của cơ thể.
Cải Kale có tác dụng tốt với một số bệnh như: tim mạch, tiểu đường, ung thư, tiêu hóa, các bệnh về da và tóc…
Kinh tế (Nguồn tham khảo: Nongsandungha.com và Cty Minh Hịa) Với những giá trị dinh dưỡng cao thì mức giá của loại rau này được bán tại vườn vào khoảng 100.000 đồng/ký và thị trường giao động từ 70.000 đến 130.000 đồng/ký.
2.1.4. Quy trình trồng, chăm sóc và thu hoạch cải Kale2.1.4.1 Chuẩn bị hạt giống và giá thể 2.1.4.1 Chuẩn bị hạt giống và giá thể
Hạt giống:
Hạt cải Kale được nhập khẩu hoàn toàn từ nước ngoài, ở tại Minh Hịa thì hạt cải được nhập khẩu từ Đức. Hạt đã được qua xử lí nảy mầm, đảm bảo kích thước hạt đồng đều và tỷ lệ nảy mầm trên 90%.
Giá thể:
Xơ dừa là loại giá thể phù hợp được lựa chọn trong việc trồng các loại ràu thủy canh vì giá thành hợp lí, bảo vệ mơi trường và có thể tái sử dụng làm phân hữu cơ cho các loại cây trồng khác sau khi thu hoạch rau.
Hình 2.2:Giá thể xơ dừa
Xơ dừa được xoay nhuyễn và sau đó xử lí thanh trùng để đảm bảo khơng có vi sinh vật và nấm bệnh gây hại cho rau trong quá trình phát triển.
2.1.4.2 Công đoạn ươm hạt
Giai đoạn này, giá thể xơ dừa được xử lí để có độ ẩm phù hợp cho hạt này mầm. Khi đạt độ ẩm phù hợp, giá thể được cho vào ¾ chiều cao của rọ và tiếp theo là cho hạt vào và thêm giá thể để lắp đầy rọ.
Tiếp theo là tiếp hành đưa rọ giá thể chứa hạt lên giàn ươm. Hàng ngày, chăm sóc các rọ này bằng cách phun sương để cung cấp độ ẩm lên bề mặt các rọ ươm. Chăm sóc liên tiếp như thế từ 7-8 ngày đến khi cây được 3 lá mầm.
Hình 2.3: Cải Kale trên giàn ươm 2.1.4.3 Giai đoạn chạy dinh dưỡng thứ cấp ươm 2.1.4.3 Giai đoạn chạy dinh dưỡng thứ cấp
Sau khi cây được 3 lá mầm sẽ được chuyển sang giàn chạy dinh dưỡng thứ cấp. Ở giai đoạn này, cây sẽ được cho chạy dinh dưỡng 2 lần/ngày vào buổi sáng và buổi chiều, mỗi lần chạy dinh dưỡng như thế kéo dài trong 1-2 giờ.
2.1.4.4 Giai đoạn chạy dinh dưỡng thường xuyên
Cây con từ 10 đến 15 ngày tuổi sẽ được chuyển từ giàn thứ cấp sang giàn chạy dinh dưỡng thường xuyên. Ở giai đoạn này, cây sẽ được cung cấp dinh dưỡng liên tục 24/24 để đảm bảo đủ nước và dinh dưỡng cho sự phát triển của cây.
Hình 2.5: Cải Kale 12 ngày tuổi2.1.4.5 Thu hoạch 2.1.4.5 Thu hoạch
Tính từ ngày gieo hạt đến ngày có thể thu hoạch đầu tiên là từ 35-40 ngày, thời gian này cây sẽ có thể cho thu hoạch lá gốc. Thời gian thu hoạch kéo dài 2,5-3 tháng vào mùa nắng (thời tiết oi bức) và 4-6 tháng vào mùa mưa (thời tiết mát mẻ).
2.2. Phương pháp nghiên cứu
Đề tài này được thực hiện bằng nhiều phương pháp kết hợp với nhau để hướng tới các kết quả, số liệu chính xác và trực quan nhất.
Phương pháp chọn mẫu: Chọn loại hình canh tác, loại rau…
Phương pháp thu thập và tổng hợp thông tin: Bằng cách giao tiếp với các cô chú làm việc chăm sóc rau tại đây, tơi đã biết được quy trình cụ thể từ lúc trồng cho tới khi thu hoạch rau. Ngoài ra, các số liệu và thông số môi trường được ghi lại trực tiếp trên sổ tay và đối chiếu với số liệu trên hệ thống.
Phương pháp thực nghiệm khoa học: Các thiết bị được đưa vào vận hành trực tiếp thông qua hệ thống điều khiển tác động trực tiếp đến môi trường. Phương pháp mơ hình hóa: Thiết kế được mơ hình mơ phỏng trực quan hoạt động của hệ thống.
2.3. Các thành phần cơ bản của vườn rau thủy canh.2.3.1. Nhà lưới 2.3.1. Nhà lưới
2.3.1.1 Thép hộp chuyên dụng
Thép hộp là loại nguyện liệu được sử dụng khá nhiều và phổ biến trong các cơng trình xây dựng cũng như các ngành chế tạo cơ khí. Thép hộp được sản xuất theo quy trình chung ban đầu là: Xử lý ngun liệu, tạo dịng thép nóng chảy, đúc tiếp nhiên liệu, phơi và cán. Sau khi hồn thành xong q trình cán, phơi thép sẽ được đưa đến nhà máy sản xuất thép hộp.
Thép hộp được ứng dụng trong rất nhiều ngành nghề và lĩnh vực khác nhau như: làm kết cấu dầm thép, làm khung sường mái nhà, tháp ăng ten, tháp truyền thanh.
Ưu điểm của thép hộp: Giá thành thấp, tuổi thọ dài, ít tốn chi phí bảo trì, dễ dàng kiểm tra và đánh giá.
2.3.1.2 Màng nhựa PE
Màng PE là một loại màng nhựa plastic mỏng có độ co dãn cao và có tính bám dính nhưng khơng cần dùng keo được sử dụng rất phổ biến hiện nay.
Màng PE hay còn gọi là màng Chit hoặc màng quấn Pallet. Đây là loại màng được sản xuất từ hạt nhựa PE (Polyethylene) nguyên sinh với cấu tạo phân tử của hạt là 1 loại hợp chất hữa cơ được với các nhóm etylen liên kết với nhau bằng các liên kết Hydro no.
Hình 2.8: Màng nhựa PE phủ nhà lưới
Màng PE lợp nhà kính khổ lớn được sản xuất chủ yếu bằng phương pháp thổi nhiệt từ hạt nhựa pe sau đó cuộn vào lõi với độ mỏng đồng đều và đạt độ co dãn tốt, Có đặc tính như khơng thấm nước, chống bụi và cơn trùng. Màng pe nhà kính hiện tại chủ yếu sử dụng tại việt nam có độ dày 120 -150 Micromet, Phù hợp với khí hậu và điều kiện thời tiết ở Việt Nam. Tính chất của màng PE:
Màng pe có màu trắng trong suốt (khơng màu), không mùi.
Không dẫn nhiệt, khơng dẫn điện, khơng cho khơng khí đi qua, bụi bẩn và vi khuẩn đi qua.
Nhiệt độ nóng chảy cao (120 °C), nhiệt độ hóa thủy tinh thấp (-100 °C). Ưu điểm nổi bật của màng PE phủ nhà lưới:
Bảo vệ cây trồng sinh học tránh khỏi các tác động của thời tiết khí hậu, Tạo mơi trường có nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng ổn định cho cây phat triển tốt có thể trồng quanh năm.
Các loại hoa, rau, quả trồng trong nhà nilon công nghệ cao cho năng suất, chất lượng cao hơn và mẫu mã hàng hoá đẹp mặt hơn. Tránh được sử xâm hại từ các loại nấm mốc, cơn trùng gây bệnh từ bên ngồi đảm bảo yếu tố an toàn thực phẩm, các tiêu chuẩn xuất khẩu.
Ngồi việc thi cơng lắp đặt nhà kính trồng cây nơng nghiệp thì màng PE phủ nhà kính cịn được sử dụng để làm nhà kính chăn ni; Lợp mái lấy sáng hay nhà kính ni tơm thủy sản. Vì thế mà mỗi nguyên lý lợp nhà kính sẽ khác nhau tùy theo khung lợp thực tế.
2.3.1.3 Màng lưới chuyên dụng
Lưới chắn côn trùng được đan (dệt) bằng 4 phương pháp chính: dệt kiếm, dệt kim (trịn, bằng), dệt móc xà, dệt bao trịn…
Hình 2.9: Màng lưới chống cồn trùng
Từ những sợi cước, chất lượng của lưới chống côn trùng được quyết định bởi chất lượng nhựa (keo) tạo nên sợi chỉ, hiện tại trên thị trường có 3 loại chính: Nhựa đã qua xử lý (pha tạp chất, pha bột đá, pha thêm nhựa phế liệu…) nhằm giảm giá thành. Loại lưới chắn côn trùng làm từ loại nhựa này thường nặng ký, cứng, tuổi thọ thấp (từ 6 – 12 tháng).
Nhựa nguyên sinh (nhựa nhựa nguyên bản, nguyên chất) lưới chắn côn trùng làm từ loại nhựa này chất lượng khá cao, dai, bóng và tương đối ổn định về chất lượng. Tuy nhiên khả năng bền với thời tiết và khí hậu khơng cao lắm.
Nhựa nguyên sinh được phủ chất chống UV làm chất ổn định. Đây là loại nhựa cao cấp nhất hiện nay, với độ bền, dai, bóng của nhựa nguyên sinh, và lớp UV ổn định tăng rất nhiều khả năng kháng thời tiết và khí hậu. Đặc biệt dùng cho những vùng có khí hậu khắc nghiệt. Giúp bảo vệ cây trồng, hoa màu 1 cách tối ưu nhất. Lưới chắn côn trùng được làm từ loại nhựa này rất bền với thời tiết và khí hậu. Tuổi thọ từ 7-10 năm, tuy nhiên với giá thành khá cao nên loại lưới này chưa thật sự phổ biến tại Việt Nam.
2.3.2. Hệ thống chiếu sáng 2.3.2.1. Đèn ươm
Các nhà khoa học thường phân các cây trồng theo ảnh hưởng của ánh sáng để ra hoa thành ba nhóm: nhóm cây ngày dài, nhóm cây ngày ngắn, nhóm cây trung tính (có thể ra hoa trong điều kiện ngày ngắn lẫn ngày dài, miễn sao cây có đủ độ sinh trưởng nhất định.
Thời gian ban đêm là thời gian quyết định đến phản ứng ra hoa hoa của cây trồng. Vì thế, cây ngày dài là cây đêm ngắn, cây ngày ngắn là cây đêm dài. Dựa theo thời lượng ánh sáng để ra hoa của cây trồng nhà bạn để chọn đèn với cơng suất chiếu sáng thích hợp.
Màu xanh:
Ánh sáng màu xanh được phát ra ở nhiệt độ màu từ 5000K đến 6000K hay các bước sóng từ 400 đến 500 nm, đây là màu sắc tốt nhất cho giai đoạn sinh trưởng cùng chu kỳ phát triển hay giai đoạn bắt đầu gieo hạt. Dải màu này giúp phát triển lá và kích thích việc sản xuất sắc tố thứ cấp trong lá, từ đó tăng màu sắc và hương thơm của thực vật, thích hợp sử dụng cho rau diếp và các loại cây trồng khác có sự tăng trưởng ngắn và dày đặc.
Màu xanh lá:
Ánh sáng màu xanh lá thường có bước sóng 540nm, được sử dụng trong chu kỳ tối của cây trồng vì nó khơng kích hoạt q trình quang hợp, đặc biệt hữu ích nếu cây trồng của bạn cần thời gian vào ban đêm dài hơn thời gian vào ban ngày.
Màu đỏ:
Dải màu ánh sáng đỏ phát ra nhiệt độ màu từ 2000K đến 3000K với các bước sóng từ 640 đến 680 nm, thường sử dụng trong giai đoạn quan trọng nhất của cây, chính là lúc ra hoa. Ánh sáng đỏ thường dùng báo hiệu rằng khơng cịn cây nào khác ở trên nó để có thể phát triển mà khơng bị cản trở, từ đó thúc đẩy sự phát triển của thân cây và chiều cao của toàn cây. Đặc biệt, chúng cịn khuyến khích việc sản xuất chất diệp lục và trái cây, thích hợp sử dụng để kéo dài chu kỳ ánh sáng của nhóm cây dài ngày và ngược lại cho cây ngắn ngày.
Hình 2.11: Đèn ươm tại cơng ty Minh Hịa 2.3.2.2. Đèn hỗ trợ tăng trưởng
Tại Minh Hòa, Loại đèn đang được sử dụng để trợ sáng cho quá trình phát triển của rau là đèn pha Led SMD 200W . Đây là loại đèn pha Led sử dụng chip LED SMD cao cấp cho khả năng tiết kiệm điện tối đa.
Hình 2.12: Đèn pha led SMD 200WĐặc điểm của đèn: Đặc điểm của đèn:
Trang bị chip Led SMD cho khả năng phát sáng liên tục với cường độ cao, tạo ánh sáng gần như ánh sáng ban ngày. Q trình chiếu sáng khơng chứa tia UV, tia cực tím nên khơng ảnh hưởng đến sức khoẻ con người.
Cấu tạo bằng nhôm cao cấp tản nhiệt siêu nhanh giúp tăng tuổi thọ của đèn Led pha công suất lớn này. Mặt trước cấu tạo bằng kính cường lực chống va đập.
Là dịng đèn Led ngồi trời nên khả năng chống bụi và chống nước tốt đạt tiêu chuẩn IP65.
Thông số kỹ thuật của đèn pha Led 200W FL400-SMD: Cơng suất: 200W
Kích thước: 420x320x100mm Chip led 35mm siêu sáng IP 66: Chống bụi, chịu nước. Vỏ nhôm đúc, tản nhiệt nhanh. 2.3.3. Hệ thống phun sương, làm mát 2.3.3.1. Lọc nước và bơm cao áp
Đối với nước được sử dụng phun sương làm mát tại Minh Hòa sẽ phải đi qua hai hệ thống lọc. Hệ thống lọc thơ có nhiệm vụ lọc các tạp chất có kích thước lớn và trung bình.
Hình 2.13: Hệ thống lọc thơ
Nước sau khi đi qua hệ thống lọc thô, sẽ đến hệ thống lọc tinh. Ở đây các tạp chất nhỏ hơn sẽ được loại bỏ và tạo cho nước độ tinh khiết cao hơn nước ban đầu.
Hình 2.14: Hệ thống lọc tinh
Nước qua hai lần lọc sẽ được máy bơm cao áp bơm đến các bét phun sương. 2.3.3.2. Quạt làm mát
Với nhiệm vụ giúp khơng khí trong vườn rau được thống mát thì quạt được lựa chọn là loại có khả năng chống ẩm cao, cơng suất lớn.
Hình 2.15:Quạt làm mátThơng số kỹ thuật: Thơng số kỹ thuật:
Thương hiệu: Super Win. Cơng suất: 170W.
Điện áp: 220V.
Đường kính cánh quạt: 600 mm. Tốc độ: 1400 vòng/phút.
2.3.4. Hệ thống chạy dinh dưỡng2.3.4.1. Ống nhựa thủy canh 2.3.4.1. Ống nhựa thủy canh
Trên thị trường vật tư thủy canh hiện nay có nhiều loại ống trồng rau thủy canh như dạng tròn, chữ nhật…và tại Minh Hòa đang sử dụng loại ống thủy canh lục giác.
Với loại ống này, khoảng cách của các cây được bố trí phù hợp là 20cm. Đây là khoảng cách phù hợp với sự sinh trưởng và phát triển của các loại rau, đảm bảo thơng thốn và đủ ánh sáng cho cây phát triển đồng điều. 2.3.4.2. Ống dẫn dinh dưỡng
Đường ống cấp dinh dưỡng
Từ máy bơm chính, dinh dưỡng được bơm qua ống dẫn có đường kính 60mm, sau đó sẽ chia ra các nhánh nhỏ với đường kính ống là 49mm đến các giàn thủy canh, từ đây dinh dưỡng sẽ theo ống dẫn lên đường kính 27mm và cuối cùng các ống cấp dinh dưỡng có đường kính 6mm sẽ đưa dinh dưỡng vào ống thủy canh lục giác.
Hình 2. 17: Ống cấp dinh dưỡngĐường ống hồi lưu dinh dưỡng về bồn chứa Đường ống hồi lưu dinh dưỡng về bồn chứa
Với mỗi giàn thủy canh đều được thiết kế có độ nghiên nhất định với mục đích dinh dưỡng sẽ chảy theo một chiều từ ống cấp đến ống hồi lưu. Khi dinh dưỡng được cấp ở một đầu thì đầu cịn lại sẽ là phần ống hồi lưu giúp đưa dinh dưỡng chảy về bồn chứa.
Dinh dưỡng sẽ chảy từ giàn thủy canh đến một ống hình chữ nhật và từ đây dinh dưỡng theo đường ống có đường kính lần lược 60mm-90mm và 114mm để chảy về bồn chứa dinh dưỡng.
Hình 2. 18: Đường ống hồi lưu dinh dưỡng
Dinh dưỡng sau khi đi từ ống cấp qua các bộ rễ của rau sẽ chảy về ống hồi lưu và sau đó sẽ chảy về bồn chứa. Mũi tên màu xanh ở hình 2.18 thể hiện đường đi của dinh dưỡng.
2.4. Thành phần hệ thống điều khiển2.4.1. Arduino 2.4.1. Arduino
Arduino một nền tảng mã nguồn mở phần cứng và phần mềm. Phần cứng Arduino (các board mạch vi xử lý) được sinh ra tại thị trấn Ivrea ở Ý, nhằm xây dựng các ứng dụng tương tác với nhau hoặc với môi trường được thuận lợi hơn. Phần cứng bao gồm một board mạch nguồn mở được thiết kế trên nền tảng vi xử lý AVR Atmel 8bit, hoặc ARM Atmel 32-bit. Những Model hiện tại được trang bị gồm 1 cổng giao tiếp USB, 6 chân đầu vào analog, 14 chân I/O kỹ thuật số tương thích với nhiều board mở rộng khác nhau.
Được giới thiệu vào năm 2005, Những nhà thiết kế của Arduino cố gắng