CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU
1.3. Kỹ thuật trồng cây thủy canh
1.3.5. Ảnh hưởng của các yếu tố môi trường
Chất dinh dưỡng đóng vai trò quyết định trực tiếp đến sinh trưởng và phát triển ở thực vật, bên cạnh đó các yếu tố môi trường cũng có những ảnh hưởng không kém phần quan trọng.
* Nhiệt độ:
Nhiệt độ tốt nhất đối với cây là khoảng 220C, nhiệt độ dưới 150C hoặc cao hơn 300C sẽ làm cây phát triển chậm. Nhiệt độ ảnh hưởng đến quang hợp ở thực vật, cường độ quang hợp tăng theo chiều tăng của nhiệt đô cho đến giá trị tối ưu nằm trong khoảng 25-350C tùy thuộc vào giống, loài. Trên ngưỡng tối ưu đó quang hợp giảm và có thể ngừng hẳn. Quang hợp ở cây cà chua tăng mạng ở nhệt độ 25-350C. Nhiệt độ trên 350C làm giảm cường độ quang hợp [9].
Nhiệt độ gây ảnh hưởng đến tốc độ hút khoáng của cây, nghiên cứu của Hogland năm 1936 đã cho thấy lượng K, NO3, Cl do lúa mạch hút được ở 350C cao hơn gấp 5-6 lần ở 50C. [7].
Nhiệt độ ảnh hưởng đến sự xâm nhập của nước vào rễ dẫn đến sự mất cân bằng nước trong cây vì lượng nước mất đi do thoát hơi nước qua lá nhiều hơn lượng nước được rễ hấp thụ vào. Nhiệt độ thích hợp cho vùng rễ đối với cà chua là khoảng 27 0C. Ngay từ năm 1864, Sacs đã xác lập được rằng sự xâm nhập của
nước vào hệ rễ chịu ảnh hưởng của nhiệt độ. Tốc độ xâm nhập của nước vào rễ sẽ giảm xuống rất mạnh theo chiều giảm của nhiệt độ. Điều đó ảnh hưởng nhiều đến đời sống của cây, đặc biệt vào mùa đông khi cường độ thoát hơi nước vẫn xảy ra với cường độ khá cao, còn sự xâm nhập của nước vào rễ bị giảm sút có thể dẫn đến mất cân bằng nước làm cho cây héo, thậm chí có thể làm cho cây bị chết do mất nước.
Trong đó nguyên nhân tác hại của hiệt độ thấp đến sự hấp thụ nước ở rễ có thể là tăng độ nhớt của nước làm giảm tính linh động của nó; giảm tính thấm của màng sinh chất do biến tính của các lỗ nước (aquaporins) trong màng; giảm tốc độ của tất cả các quá trình trao đổi chất. Điều này có thể ảnh hưởng hoặc trực tiếp làm giảm sự vận chuyển chủ động, hoặc gián tiếp giảm sút sự xâm nhập của các muối. Nếu nhiệt độ quá thấp hệ thống rễ sẽ chậm phát triển điều này cũng giải thích cho hiện tượng vào mùa xuân khi nhiệt độ ấm lên cây sẽ phát triển nhanh hơn [7].
Cà chua có thể sinh trưởng và phát triển thuận lợi trong khoảng 20- 270C, giới hạn tối cao và tối thấp đối với cà chua là 350C và 120C. Ngưỡng nhiệt ban đêm và ban ngày ảnh hưởng nhiều đến sinh trưởng, tỉ lệ đậu quả, năng suất quả.
Ngoài ra nhiệt độ còn ảnh hưởng trực tiếp tới sự ra hoa cũng như quá trình thụ
phấn và thụ tinh, nhiệt độ cao làm giảm sức sống của hạt phấn và noãn đây cũng chính là nguyên nhân giảm năng suất. Cà chua có thể sinh trưởng và phát triển thuận lợi trong khoảng từ 20- 270C, giới hạn tối cao và tối thấp đối với cà chua là 350C và 120C. Ngưỡng nhiệt ban đêm và ban ngày ảnh hưởng nhiều đến sinh trưởng, tỉ lệ đậu quả, năng suất quả, màu sắc của quả. Cà chua yêu cầu nhiệt độ xuân hóa phạm vi nhiệt độ rộng. Một số yêu cầu 20- 250C. Một số nhóm yêu cầu ở 8- 120C và có nhóm trung tính [12].
* Ánh sáng:
Điều kiện ánh sáng thích hợp tùy theo từng giống, loài cây sẽ làm cho cây sinh trưởng và phát triển mạnh. Cường độ ánh sáng cùng với lượng CO2 ảnh hưởng đến hiệu suất quang hợp ở thực vật. Cường độ ánh sáng mà tại đó lượng CO2 được hấp thụ trong quang hợp bằng lượng CO2 thải ra trong hô hấp, được
gọi là điểm bù ánh sáng. Người ta xác định trị số đó nồng độ CO2 là 0,03% và ở nhiệt độ 200C.
Trị số điểm bù ánh sáng không giống nhau không chỉ ở cây chịu bóng (khoảng 1% của ánh sáng Mặt Trời toàn phần) và ở cây ưu sáng (khoảng 3-5%
của ánh sáng Mặt Trời toàn phần) mà còn ở các lá thuộc tầng khác nhau của cùng một cây. Trị số này cũng phụ thuộc vào lượng CO2 trong không khí. Cây ưu bóng có điểm bù ánh sáng thấp hơn cây ưa sáng. Khi tăng cường độ ánh sáng lên cao hơn điểm bù ánh sáng thì cường độ quang hợp tăng hầu như tỷ lệ thuận với cường độ ánh sáng cho đến khi đạt tới trị số ánh sáng mà từ đó cường độ quang hợp không tăng thêm cho dù cường độ ánh sáng vẫn tiếp tục tăng, được gọi là điểm bão hòa ánh sáng. Ở thực vật ưa sáng độ bão hòa ánh sáng ở mức cao hơn đáng kể so với thực vật chịu bóng [7].
Bên cạnh đó các tia sáng có bước sóng khác nhau cũng ảnh hưởng khác nhau đến cường độ quang hợp. Ảnh hưởng của phổ ánh sáng đến đến cường độ quang hợp được nhà thực vật học người Đức Enghelman T.W phát hiện từ năm 1883. Thực nhiệm của Enghelman đã chứng tỏ rằng quang hợp chỉ diễn ra tại miền ánh sáng đỏ và miền ánh sáng xanh tím. Theo Hans Mohr và Peter Schopfer năm 1995, diệp lục a hấp thụ mạnh nhất tại hai miền ánh sáng ứng với hai đỉnh của phổ hấp thụ, miền ánh sáng đỏ với bước sóng λmax= 662nm và miền ánh sáng xanh tím với bước sóng λmax= 430nm. Quan phổ hấp thụ của diệp lục b cũng có hai đỉnh tương ứng với bước sóng λmax= 643nm và λmax= 454nm. Đối chiếu quang phổ hoạt động và quang phổ hấp thụ của diệp lục làm sáng tỏ vai trò của quang phổ hấp thụ là chỉ có năng lượng được diệp lục hấp thụ mới tham gia vào quang hợp.
Đối với cây cà chua, cây con trong vườn ươm nếu đủ ánh sáng sẽ sinh trưởng tốt, thân cứng, lá to khỏe. Cà chua thuộc loài cây ưa sáng, điểm bão hòa ánh sáng của nó là 7000 lux. Ngoài ra ánh sáng thuận lợi sẽ tăng cường độ quang hợp, cây ra hoa, đậu quả sớm, chất lượng quả cao hơn. Cường độ ánh sáng thấp là chậm quá trình sinh trưởng và cản trở quá trình ra hoa [12].
* Không khí
Dinh dưỡng khoáng là một quá trình sinh lý chủ động liên quan đến trao đổi chất của cây. Oxy (O2) trong đất cung cấp cho hô hấp của rễ tạo năng lượng cho quá trình hấp thu chất khoáng. Đối với cây trồng trong đất, nếu nồng độ O2
trong đất giảm xuống dưới 10% thì làm giảm hút khoáng, nếu dưới 5% cây chuyển sang hô hấp yếm khí, rễ cây thiếu năng lượng cho hút khoáng. Các nghiên cứu đã thấy sự hút các chất khoáng đạt mức cao nhất ở môi trường có nồng độ O2 từ 2 - 3%. Khi nồng độ O2 dưới 2% tốc độ hút khoáng giảm. Nhưng nếu tăng nồng độ O2 trên 3% thì tốc độ hút khoáng cũng không thay đổi.
Khi ghiên cứu kỹ thuật tuần hoàn ngập dung dịch, Zeroni và cộng sự (1983) cho biết, 65% lượng oxy bão hòa là mức thấp nhất có thể chấp nhân được cho cây cà chua ở cả thời kỳ sinh trưởng và ra hoa kết quả. Ngay từ năm 1946, Erickson đã nghiên cứu tác dụng của nồng độ oxy với sự phát triển của rễ trong dung dịch dinh dưỡng. Người ta đã ghi được nồng độ của oxy trong dung dịch không thông khí xuống tới 0,4 mg O2/l.
Nồng độ CO2 cao sẽ ức chế hô hấp có thể do các phản ứng decacboxy hoá trong quá trình hô hấp là phản ứng thuận nghịch, nên tăng nồng độ sản phẩm cuối cùng sẽ diễn ra theo chiều ngược lại làm ức chế hô hấp. Hàm lượng CO2 trong không khí 0,03% là thấp. Hàm lượng CO2 trong các mô tăng lên nhiều khoảng 1- 7,5%. Nếu CO2 tăng lên cao sẽ ức chế hô hấp. vì vậy thường bảo quản kín để tăng CO2 trong túi nông phẩm làm tăng hiệu quả bảo quản. Nhưng nếu tăng CO2
cây sẽ hô hấp yếm khí rất có hại
Vì vậy ngoài các điều kiện về nhiệt độ, ánh sáng… trong thủy canh nhất là kỹ thuật thủy canh tĩnh cần lưu ý đến cả nồng độ oxy để cây trồng sinh trưởng và phát triển cũng như cho năng suất tốt nhất.
* Ảnh hưởng của các giá thể nuôi trồng thuỷ canh
- Giá thể trồng cây phải có nhiều tính chất giống đất, phải có chỗ dựa cho hệ thống rễ, tạo điều kiện cho rễ mọc dài ra để tìm nước và chất dinh dưỡng cho sự sinh trưởng và phát triển của cây.
- Có nhiều vật liệu thích hợp có thể sử dụng làm giá thể trong thuỷ canh.
Việc lựa chọn một giá thể nào đó phụ thuộc vào các yếu tố bao gồm giá tiền, hiệu quả, cân nặng, tỉ lệ xốp, tính đồng đều và bền vững, tính vô trùng cao, bền
và có khả năng tái sử dụng được. Giá thể phải không chứa các vật thể gây độc có thể gây ảnh hưởng tới môi trường dinh dưỡng và độ pH của môi trường.
- Khả năng thu nhiệt cũng là một tính quan trọng. Giá thể có màu đen bị nóng nhanh hơn khi phơi ngoài sáng, làm cho nhiệt độ tăng lên ở xung quanh rễ.
Các giá thể như Perlite, vermiculite và đất sét là những vật liệu cách nhiệt, tăng và giảm nhiệt độ chậm hơn so với sỏi.
- Người ta sử dụng nhiều giá thể khác nhau trong nuôi trồng thuỷ canh.
Tuy nhiên một trong số những đòi hỏi duy nhất của việc nghiên cứu đó là rễ cây phải dễ dàng tách ra khỏi môi trường. Than bùn, perlite và vermiculite là những giá thể tốt, nhưng rễ thường đâm sâu trong môi trường nên sẽ gặp khó khăn trong việc nghiên cứu kích thước, hình thái của rễ. Đối với môi trường cát, ta dễ dàng lấy rễ ra nhưng rễ phát triển trong cát thường ngắn và ốm hơn vì cát chặt hơn. Cây phát triển trong cát ít tốn hơn trong những cơ chất khác, có lẽ vì sự phát triển của rễ kém hơn. Trong nhiều năm qua, người ta thường dùng đất nung (hay còn gọi là Turface, Profil, Arcillite) để nghiên cứu thuỷ canh vì loại rễ cây ra khỏi đất rất dễ. Tuy nhiên đất nung có hai điểm bất lợi:
+ Không có tính trơ về mặt hoá học. Những loại đất nung khác nhau cho ra những dinh dưỡng khoáng khác nhau và điều này làm cho kết quả nghiên cứu không còn chính xác. Có thể dùng dung dịch để rửa những chất không mong muốn nhưng gây tốn kém.
+ Đất nung có kích cỡ không giống nhau và khả năng hấp thu nước tuỳ thuộc vào kích thước, cho nên tính đồng nhất không giống nhau.
- Gần đây, một sản phẩm mới được đóng ép gọi là isolite. Isolite được khai thác ở vùng biển Nhật bản là nơi duy nhất có loại này, nó được trộn với đất sét 5% (đóng vai trò như chất kết dính). Ngoài ra trong thành phần của nó còn có SiO2 (Dioxid Silic). SiO2 có tính trơ cao về mặt vật lý và hoá học. Isolite có kích cỡ đường kính từ 1-10 mm. Các thí nghiệm cho thấy isolite có tính trơ cao về mặt hoá học và giữ nước tốt.