Trồng cây khơng dùng đất là một hình thức canh tác khơng sử dụng đất mà cây trồng ñược trồng trong hoặc trên dung dịch dinh dưỡng hay các giá thể như trấu hun, xơ dừa, cát, sỏi,…
Phải nuôi cây thật tốt trước khi chúng ta muốn cây ni sống mình- trồng cây khơng dùng đất là một giải pháp nuôi cây hết sức hữu hiệu.
Trồng cây trong dung dịch là phương pháp chủ yếu của các phương pháp trồng cây không dùng ñất. Phương pháp này cây sử dụng chất dinh dưỡng hoà tan trong nước dưới dạng dung dịch. Có thể nói “khơng có nước là khơng có sự sống” đối với sinh vật nói chung và đối với cây trồng nói riêng, bởi vì nước tham gia vào cấu trúc cơ thể thực vật, vừa quyết định q trình sinh trưởng của cây. Do vậy, nước ñược xem là yếu tố sinh thái quan trọng nhất quyết ñịnh ñến năng suất cây trồng. Khi nghiên cứu về nhu cầu dinh dưỡng của cây, từ năm 1849- 1856 Salm-Horstmar ñã chứng minh rằng cây lúa mạch muốn sinh trưởng, phát triển bình thường phải cần ñến các nguyên tố: N, P, K, Ca, K, Mg, Si, Fe và Mn. ðến năm 1938, hai nhà sinh lý học thực vật người ðức là Sachs và Knop ñã phát hiện thấy rằng ñể cây trồng sinh trưởng bình thường cần có 16 ngun tố cơ bản là: C, H, O, N, P, K, Ca, Mg, S, Fe, Cu, Mn, Mo, B, Cl. Trong đó 3 ngun tố C, H, O cây lấy chủ yếu từ khí CO2 và H2O, 13 nguyên tố còn lại cây lấy từ ñất khi chúng ñược hoà tan trong dung dịch ñất. Nếu thiếu bất kỳ một nguyên tố nào trong 16 nguyên tố trên cây khơng thể hồn tất được chu kỳ sinh trưởng, phát triển của mình.
Như vậy, sự sinh trưởng, phát triển của cây không chỉ phụ thuộc vào các yếu tố chính như nước, muối khống, ánh sáng và sự lưu thơng khơng khí,… mà khơng phụ thuộc vào mơi trường trồng cây có đất hay khơng có đất, đất chỉ là giá thể giúp cây ñứng vững để sinh trưởng, phát triển.
Vì lẽ đó, chúng ta hồn tồn có thể trồng cây mà không sử dụng ñất, chỉ cần ñáp ứng ñầy ñủ các yêu cầu của cây.
2. Lịch sử phát triển của kỹ thuật trồng cây khơng dùng đất
Như chúng ta đã nói ở trên, thuỷ canh (hydroponic) là phương pháp trồng cây chủ yếu của các phương thức canh tác khơng sử dụng đất. Trồng cây trong dung dịch (thuỷ canh) được Boyle nghiên cứu đầu tiên năm 1666, ơng trồng cây trong những lọ con chỉ có nước mà cây vẫn sống. Sau đó (1699) John Woodwald đã trồng cây bạc hà trong nước có độ tinh khiết khác nhau và ơng có nhận xét: Cây trồng trong nước tự nhiên (không tinh khiết) sinh trưởng tốt hơn trong nước tinh khiết (nước cất) và cây sinh trưởng tốt nhất khi trồng trong nước ñục (dung dịch ñất). Weigmam (1771-1853), Polstoff (1781-1844), Boussingault (1802-1887) là những người trồng cây trên các giá thể trơ (cát, sỏi,…) và dùng dung dịch dinh dưỡng ñể tưới cho cây.
Knop là người ñầu tiên giữa thế kỷ 19 ñưa ra dung dịch dinh dưỡng (gọi là dung dịch Knop) ñể trồng cây trong dung dịch, ñến nay ñã có hàng loạt dung dịch trồng cây ñược nghiên cứu và ñề xuất như: dung dịch FAO, dung dịch Imai, dung dịch AVRDC,… Các dung dịch dinh dưỡng ñề xuất ngày càng hoàn thiện hơn, pH ít thay đổi trong quá trình sinh trưởng, phát triển của cây nên rất thuận lợi cho việc sử dụng. Tuy vậy, để cây có thể hút được các nguyên tố dinh dưỡng và nước trong dung dịch thì rễ cây cần hô hấp. Như thế, muốn trồng cây trong dung dịch phải cung cấp liên tục oxy cho rễ cây ngập trong dung dịch. Chính vì lẽđó mà hàng loạt các hệ thống cây trồng trong dung dịch ñã ñược nghiên cứu và ñề xuất ñều phải ñảm bảo vừa cung cấp ñủ dinh dưỡng cho cây vừa cung cấp đủ oxy cho rễ cây hơ hấp. Các hệ thống trồng cây trong dung dịch liên tục ñược cải tiến từ hệ thống trồng trong dung dịch sâu của Gerick (1930) ñến hệ thống trồng cây trong dung dịch sâu hoàn toàn của Kyowa và Kobuta (1977- 1983). Sau đó là kỹ thuật màng mỏng dung dịch (NFT- Nutrient Film Technique), kỹ thuật khí canh (airoponic). Tiếp theo, người ta dùng các hệ thống có chi phí tương đối thấp (các giá thể nhân tạo, trơ như len ñá- Rock wood) hay các kiểu trồng cây tiên tiến trong dung dịch khơng có giá thể rắn. Tuy nhiên, các hệ thống kể trên ñều phức tạp và khó triển khai do ñầu tư ban ñầu quá cao cho hệ thống bơm tuần hồn dung dịch đểđảm bảo cung cấp đủ oxy cho rễ cây và chỉnh pH kịp thời cũng như hàm lượng các chất trong dung dịch. Hơn thế nữa, khi trồng cây trong điều kiện dịng nước chảy tuần hồn thì khả năng lây lan bệnh rất nhanh chóng nếu trong hệ thống xuất hiện chỉ một cây bệnh.
Có thể nói, hệ thống cải tiến tối ưu hiện nay là hệ thống trồng cây trong dung dịch khơng tuần hồn của Trung tâm nghiên cứu và phát triển rau Châu Á (Asian Vergetable Research and Development Center), viết tắt là AVRDC do Hideo Imai và David J. Mimore nghiên cứu và hoàn thiện. Hệ thống thuỷ canh này là hệ thống trồng cây trong
Trồng cây khơng dùng đất
Trồng cây trong nước Trồng cây trên giá thể
Hydroponic (còn gọi là thuỷ canh hay trồng cây trong dung dịch)
Trồng cây trên giá thể hữu cơ tự nhiên
Khí canh (Aeroponic)
dung dịch khơng tuần hồn và đơn giản không cần bộ phận sục khí hoặc hồi lưu dung dịch dinh dưỡng mà vẫn ñảm bảo pH của dung dịch ổn định (khơng bị chua hay kiềm tính). Hệ thống trồng cây của AVRDC ñang ñược áp dụng rộng rãi trên thế giới để sản xuất rau an tồn.
3. Trồng cây trong dung dịch.
Trồng cây trong dung dịch có tên khoa học là hydroponics. Từ hydroponics bắt nguồn từ tiếng Hy lạp với gốc “Hydro” (nước) và “ponics” (công việc). Ở Việt Nam còn gọi thuật ngữ trồng cây trong dung dịch là “thuỷ canh” hay “thuỷ chủng”.
3.1 ðịnh nghĩa
Trồng cây trong dung dịch là kỹ thuật trồng cây không dùng ñất, cây ñược trồng trực tiếp vào dung dịch dinh dưỡng.
3.2 Các loại dung dịch dinh dưỡng
Trồng cây trong dung dịch dinh dưỡng có nghĩa là cây ñược trồng trong nước hoặc dung dịch muối khoáng hoặc dung dịch các chất hữu cơ. Dựa vào thành phần của dung dịch dinh dưỡng mà Schropp (1951) ñã chia dung dịch dinh dưỡng làm 4 loại sau:
- Dung dịch dinh dưỡng chỉ gồm có nước máy, nước mưa, nước ao, nước sông và nước biển,… Loại dung dịch này không cần thiết phải ñưa thêm vào bất cứ một nguyên tố khống nào.
- Dung dịch dinh dưỡng chỉ gồm có một hoặc một số ngun tố khống nhất định. - Dung dịch dinh dưỡng gồm tất cả các nguyên tốña lượng cùng với một ngun tốđặc biệt nào đó đang cần theo dõi.
- Dung dịch dinh dưỡng có đầy ñủ các nguyên tố cần thiết cho sự sinh trưởng, phát triển bình thường của cây.
Dựa trên quan ñiểm về kỹ thuật trồng cây (nuôi cây) và phương pháp ñưa thêm các nguyên tố dinh dưỡng vào dung dịch, Schropp lại chia dung dịch dinh dưỡng ra 5 loại:
- Dung dịch dinh dưỡng “tĩnh”, nghĩa là hồn tồn khơng thay đổi trong q trình trồng cây hoặc chỉ thay ñổi theo khoảng thời gian nhất định.
- Dung dịch dịng chảy, nghĩa là ln ln có sự thay đổi dung dịch dinh dưỡng (dung dịch dinh dưỡng “động”).
- Dung dịch dinh dưỡng vơ trùng, nghĩa là dung dịch ñược khử trùng bằng cách hấp vơ trùng dể ni cấy (được sử dụng trong nuôi cấy mô- in vitro).
- Trồng cây trong khơng khí (khí canh) có phun vào rễ dung dịch dinh dưỡng theo chu kỳ nhất ñịnh.
- Trồng cây trong các giá thể (cát, sỏi, trấu hun, xơ dừa,…) có tưới dung dịch dinh dưỡng.
Cần nhớ rằng, các phương pháp trồng cây trong dung dịch dinh dưỡng cần có hai yếu tố quan trọng là sự thay ñổi dung dịch và sự thơng khí. Do vậy, các dung dịch dinh dưỡng có thể xếp làm hai loại: đó là loại “tĩnh” khơng thơng khí và loại “động” có thơng khí. Nếu theo tiêu chuẩn chính để phân loại dung dịch dinh dưỡng thì Schropp chia dung dịch dinh dưỡng ra 5 loại trên hợp lý hơn.
Tùy theo mục đích, u cầu của công việc trồng cây mà phương pháp trồng cây trong dung dịch cần phải giái quyết các vấn ñề sau ñây:
- Cung cấp một lượng dung dịch các nguyên tố khống nhất định với hàm lượng cốđịnh của các ion khống.
- Tạo được các điều kiện kiểm tra, ñiều chỉnh dung dịch trong suốt quá trình sinh trưởng, phát triển của cây.
- Có ñiều kiện so sánh ñược nồng ñộ của các ion khác nhau trong dung dịch dinh dưỡng.
- Theo dõi và ñánh giá thường xuyên ñược hệ thống rễ của cây.
Từ những yêu cầu cần thiết của phương pháp trồng cây trong dung dịch mà cho ñến nay người ta ñã ñưa ra nhiều hệ thống thuỷ canh khác nhau được trình bày dưới đây.
3.3 Phân loại các hệ thống thuỷ canh
Dựa vào ñặc ñiểm sử dụng dung dịch dinh dưỡng ta có thể chia thành 2 kiểu hệ thống thuỷ canh chính như sau:
a. Hệ thống thuỷ canh tĩnh: ðây là loại hệ thống thuỷ canh mà trong quá trình sử dụng ñể trồng cây, dung dịch dinh dưỡng khơng chuyển động. Hệ thống này có ưu điểm là thường thiếu oxy trong dung dịch và pH dung dịch dinh dưỡng dễ bị axit (chua).
b.Hệ thống thuỷ canh ñộng: Là hệ thống thủy canh mà trong quá trình trồng cây dung dịch dinh dưỡng có chuyển đồng nên chi phí cao, nhưng dung dịch dinh dưỡng khơng thiếu oxy. Hệ thống thuỷ canh ñộng ñược chia làm 2 loại:
+ Hệ thống thuỷ canh mở: là những hệ thống thuỷ canh mà trong đó dung dịch dinh dưỡng khơng có sự tuần hồn trở lại nên gây lãng phí dung dịch. Tuy nhiên, hệ thống này khơng phải đầu tư hệ thống bơm để bơm dung dịch dinh dưỡng tuần hồn trở lại.
+ Hệ thống thuỷ canh kín: là những hệ thống thuỷ canh ñộng mà trong đó dung dịch dinh dưỡng có sự tuần hoàn trở lại nhờ một hệ thống bơm hút dung dịch dinh dưỡng ở bể chứa thấp ñưa lên hệ thống máng trồng cây. Như vậy, hệ thống này chi phí ban đầu cao nhưng tiết kiệm ñược dung dịch dinh dưỡng.
Sau ñây chúng ta ñi chi tiết hơn vào các phương pháp trồng cây trong dung dịch dinh dưỡng ñã ñược nghiên cứu và áp dụng trên thế giới.
- Trồng cây trong nước sâu (hệ thống của Gericke)
ðây là phương pháp trồng cây khơng dùng đất đầu tiên ñược ñưa vào sản xuất do Gericke (1930) ñề xuất và ñã ñược triển khai ở trạm nghiên cứu nông nghiệp Bang California (Mỹ). ðặc điểm chính của phương pháp trồng này là rễ cây hồn tồn hay một phần được nhúng trong dung dịch dinh dưỡng. Dung dịch dinh dưỡng này có thểở trạng thái tĩnh hoặc tuần hoàn liên tục, có lớp cát ngăn ánh sáng khơng chiếu vào rễ. Cây ñược giữ trên lưới ñặt trên một máng gỗ. Trên thực tế thử nghiệm thì phương pháp trồng cây này chưa hoàn thiện do oxy trong dung dịch dinh dưỡng khơng đầy dủ.
- Trồng cây thuỷ canh nổi (hệ thống hydroponic nổi)
Là một dạng trồng cây trong nước, trong đó cây được đỡ nằm trên mặt dung dịch bằng những bề vật liệu chất dẻo (polystyrene xốp). Cây trồng trôi nổi trên bè thả trên dung dịch hồi lưu được sục khí tạo thành một dịng bè di chuyển trên máng. Hệ thống hydroponic nổi này chủ yếu ñược dùng ñể trồng rau ăn lá như xà lách, rau muống, rau cải,... và cũng có thể trồng cây ăn quả, cây hoa có thân thấp, bụi như dâu tây, hoa ñồng tiền,... Trồng cây theo phương pháp này năng suất có thể khơng tăng so với trồng ngồi đất, nhưng năng suất tăng theo ñơn vị diện tích bằng cách tăng mật độ trồng.
- Trồng cây trong nước sâu có tuần hồn.
ðây là phương pháp trồng cây tiên tiến trong nước sâu ñã giải quyết ñược vấn ñề mà hệ thống Gericke vấp phải. Hệ thống của Kyowa Hydroponica là hệ thống nửa sâu, trong hệ thống này thì dung dịch dinh dưỡng được bơm từ bể chứa qua máy hồ khơng khí rồi chảy vào trong luống trồng, từ ñây chảy xuống mặt dưới luống và qua ống tràn chảy vào bể chứa. Các luống ñược lắp ñặt từ các tấm dập khn bằng chất dẻo cứng, rễ cây đâm qua lỗ ởñáy và 2 bên chậu con bằng chất dẻo ñặt trên nắp luống. Nhật Bản là nước áp dụng nhiều phương pháp này ñể sản xuất cà chua, dưa, xà lách và các loại rau ăn lá, ăn quả khác.
+ Hệ thống M không sử dụng bể chứa dung dịch cũng là một dạng của phương pháp trồng cây trong nước sâu có tuần hồn. Dung dịch dinh dưỡng được dẫn ra bằng một bơm
tuần hoàn chảy qua máy hồ khơng khí rồi đưa trở lại vào luống qua những lỗ nhỏ nằm ở dọc ñáy luống
+ Một dạng khác của phương pháp trồng cây trong nước sâu có tuần hồn là hệ thống EinGedi (Soffer và Levinger-1980) ñưa ra ñể khắc phục những hạn chế do tiếp nước và canh tác. Ở hệ thống này, rễ cây hồn tồn chìm trong dung dịch dinh dưỡng sâu được lưu chuyển khơng khí liên tục. ðộ sâu của dung dịch được khống chế bằng một ống chảy hồn tràn ñiều chỉnh ñược theo yêu cầu của mỗi loại canh tác và từng giai ñoạn sinh trưởng của cây. Cách tiếp dung dịch theo kiểu phun dưới áp suất, tạo thành sương mù trên dung dịch ñang chảy. ðộ thơng khí của hệ thống này rất tốt nên cây trồng sinh trưởng, phát triển tốt, ñặc biệt cho kết quả lý tưởng ñối với cành giâm ñể tạo rễ bất ñịnh.
+ Hệ thống KoMiZoMo là một dạng cổñiển của phương pháp trồng cây trong nước sâu tuần hoàn, luống thuỷ canh (hydroponic) với hai thành bê tơng và lót polythene. Dung dịch dinh dưỡng cũng được tiếp nhờ máy bơm từ bể chứa qua máy hồ khơng khí rồi chảy vào luống trồng, sau đó chảy vào bể chứa qua ống tràn.
- Trồng cây bằng kỹ thuật màng mỏng dinh dưỡng:
Kỹ thuật màng mỏng dinh dưỡng gọi là NFT (Nutrient Film Technique) là một hệ thống mới trồng cây trong dung dịch có đặc trưng chỉ dùng một dịng dung dịch rất nơng có 2 tác dụng: Thứ nhất là những cây non ở trong chậu ươm có thể đứng trong máng và rễ cây nhanh chóng mọc vào trong dung dịch. Thứ hai là tỷ lệ cao giữa diện tích bề mặt ñối với khối lượng dung dịch nên cho phép thơng khí tốt. Do chỉ dùng một lớp dung dịch nơng nên khơng cần đến những luống trồng sâu và nặng; vì thế dễ thay đổi cách xếp đặt khi cần thiết và giảm chi phí sản xuất.
Những ñặc ñiểm cơ bản của hệ thống NFT: + Một bể hứng chứa dung dịch dinh dưỡng. + Một máy bơm tiếp dung dịch dinh dưỡng. + Những máng song song trong đó có trồng cây.
+ Một ống hứng (hồi lưu) ñể các máng thải dung dịch vào đó và dẫn dung dịch về bể hứng.
+ Bộ phận theo dõi và kiểm tra nồng ñộ chất dinh dưỡng, pH và mức nước của dung dịch dinh dưỡng ñể kịp thời ñiều chỉnh chúng cho phù hợp.
Một ưu ñiểm nổi bật của kỹ thuật màng mỏng dinh dưỡng (NFT) là cho phép ñiều chỉnh