Nhược điểm của kỹ thuật thủy canh

1.3 Giới thiệu về thủy canh

1.3.2 Một số ưu và nhược điểm của kỹ thuật thủy canh

1.3.2.2 Nhược điểm của kỹ thuật thủy canh

- Vốn đầu tư ban đầu cao do chí phí về trang thiết bị, tốn điện, nguồn nước phải tốt, nhất là chất lượng nước.

- Người sản xuất phải có trình độ chuyên môn kỹ thuật cao.

- Rủi do cao, nhất là khi vệ sinh không tốt làm nhiễm bệnh (Kenyon, 1992).

1.4. Nhu cầu dinh dưỡng của cây rau trồng thuỷ canh

Cây rau trồng thủy canh cũng giống như các cây rau trồng trên đất, chúng cần hầu hết các nguyên tố dinh dưỡng đa lượng, trung lượng và vi lượng cho quá trình sinh trưởng và phát triển của mình.

- Đạm (N): Hàm lượng đạm chiếm từ 2 - 5% trọng lượng chất khô trong lá cây đủ đạm. Hàm lượng đạm tối ưu sẽ thay đổi theo từng loài cây. Nhìn chung, hàm lượng đạm trong cây chiếm tỷ lệ chất khô cao nhất trong suốt các giai đoạn đầu sinh trưởng và sau đó giảm dần theo độ tuổi của cây. Cây hấp thu 2 dạng đạm: NO3- và NH4+. Hầu hết các công thức dung dịch dinh dưỡng có nồng độ đạm dao động từ 100 - 200 ppm, nếu NH4+ có trong công thức dinh dưỡng, thì tỷ số NO3-/NH4+ nên bằng 3 hoặc 4.

Nguồn cung cấp đạm cho cây: Calcium nitrate (phổ biến nhất), Kali nitrate, acid nitric, ammonium nitrate, ammonium sulfate, ammonium mono hoặc dihydrogen phosphate.

- Lân (P): Hàm lượng lân trong lá dao động từ 0,2 - 0,5% chất khô. Hàm lượng lân trong cây con thường khá cao (0,5 - 1,0%) nhưng giảm từ từ theo độ tuổi của cây.

Cũng như đạm, tổng lượng lân hấp thu gia tăng cho đến giai đoạn đậu quả và sau đó giảm xuống đột ngột. Hàm lượng lân trong hầu hết các công thức dinh dưỡng từ 30 - 50 ppm, mặc dù ngày càng có nhiều bằng chứng cho thấy nên giảm lượng lân xuống còn 10 - 20 ppm. Trong hệ thống thuỷ canh có dung dịch dinh dưỡng chảy liên tục, hàm lượng lân 1 - 2 ppm là đủ cho cây. Cây hấp thu 2 dạng lân: HPO42- và H2PO4-.

8

Các nguồn cung cấp lân là Ammonium mono hoặc dihydrogen phosphate, acid phosphoric, kali phosphate.

- Kali (K): Hàm lượng K dao động từ 1,25 - 3,0% chất khô của cây. Các loại cây cho quả như cà chua, dưa leo, ớt yêu cầu lượng K cao hơn so với cây trồng khác. Cũng giống như đạm và lân, nồng độ K trong cây ban đầu cao (> 5%), sau đó giảm dần theo độ tuổi cây. Nồng độ K trong đa số các công thức dinh dưỡng là khoảng 200 ppm.

Nguồn cung cấp K là Kali nitrate, Kali sulfate.

- Canxi (Ca): Hàm lượng Ca trong lá từ 0,5 - 3% trọng lượng chất khô tuỳ thuộc vào loại cây. Theo Wallace (1971), nhu cầu Ca của cây rất thấp (khoảng 0,08%), tương tự như nhu cầu các nguyên tố vi lượng, cây cần nồng độ Ca cao hơn để giải độc sự hiện diện của các cation khác như Mn, Cu và Zn. Nồng độ Ca trong đa số các dung dịch dinh dưỡng là khoảng 200 ppm. Nguồn cung cấp Ca là Calcium Nitrate, Calcium Sulfate.

- Magie (Mg): Hàm lượng Mg trong lá chiếm 0,2 - 0,5% trọng lượng chất khô. Sự thiếu hụt Mg trong cây trồng thuỷ canh có thể bằng với lượng thiếu hụt N do hậu quả mất cân đối giữa các cation chính yếu Ca2+, K+ và NH4+. Một số loại cây nhạy cảm hơn so với các cây khác, sự nhạy cảm này thay đổi theo giai đoạn sinh trưởng và điều kiện môi trường. Nồng độ Mg trong đa số các công thức dinh dưỡng là khoảng 50 ppm, một số loại cây trồng yêu cầu lượng Mg cao hơn như cà chua, dưa leo. Nguồn cung cấp Mg là mangesium sulfate, trong nước cũng có hàm lượng Mg.

- Lưu huỳnh (S): Hàm lượng trong lá chiếm 0,15 - 0,5% trọng lượng chất khô của cây.

Nồng độ S trong các công thức dinh dưỡng là khoảng 50 ppm. S tồn tại trong dung dịch ở dạng SO4-. Nguồn cung cấp S là muối sulfate của Mg, K và NH4.

- Bo (B): Hàm lượng B trong mô lá từ 10 - 50 ppm trọng lượng chất khô. Nồng độ B trong đa số các công thức dinh dưỡng là khoảng 0,3 ppm. Nguồn cung cấp B phổ biến là acid Boric.

- Clo (Cl): Hàm lượng Cl trong lá dao động từ 20 ppm chất khô cho đến 0,15%. Vượt ngưỡng 1% là quá thừa đối với đa số cây trồng. Vì Cl là chất nhiễm bẩn phổ biến trong nước và các muối dùng trong dung dịch dinh dưỡng nên nguyên tố này thường không cho thêm trong công thức dinh dưỡng. Khi sử dụng các muối có Cl như Kali Clorua hoặc Calcium chloride cần lưu ý để không thêm quá nhiều Cl vào trong dung

9

dịch dinh dưỡng. Nếu nồng độ Cl- trong dung dịch cao, nó sẽ ức chế sự hấp thu các anion khác cho cây, đặc biệt là NO3-.

- Đồng (Cu): Hàm lượng Cu trong mô lá từ 2 - 10 ppm trong chất khô của cây. Đối với nhiều loại cây, ngưỡng Cu giữa thiếu và gây độc là khá hẹp. Ngưỡng gây độc khi trong mô lá hàm lượng Cu dư thừa là 15 ppm. Nồng độ Cu trong các công thức dinh dưỡng từ 0,001 - 0,01 ppm. Nguồn cung cấp Cu là đồng sulfate.

- Sắt (Fe): Hàm lượng Fe trong mô lá đối với đa số các cây trồng từ 50 - 100 ppm trọng lượng chất khô. Nồng độ Fe trong dung dịch dinh dưỡng phải duy trì khoảng 2 - 3 ppm để ngăn ngừa thiếu Fe. Phần lớn các công thức dinh dưỡng thường sử dụng dạng chelate của Fe. Nguồn cung cấp Fe phổ biến là Fe - EDTA.

- Mangan (Mn): Hàm lượng Mn trong mô lá từ 20 - 100 ppm trọng lượng chất khô.

Nồng độ Mn trong công thức dinh dưỡng là 0,5 ppm. Nguồn cung cấp Mn chủ yếu là Mangan sulfate.

- Molybdenum (Mo): Hàm lượng Mo trong mô lá thấp hơn 0,5 ppm trọng lượng chất khô. Nồng độ Mo trong dung dịch dinh dưỡng là 0,05 ppm. Muối ammonium molybdate là nguồn cung cấp Mo trong dung dịch.

- Kẽm (Zn): Hàm lượng Zn trong mô lá khoảng 20 - 50 ppm trọng lượng chất khô.

Nồng độ Zn trong công thức dinh dưỡng là 0,05 ppm. Nguồn cung cấp Zn là kẽm sulfate (Nguyễn Hồng Đức, 2010).

1.5 Tình hình nghiên cứu thủy canh trong và ngoài nước 1.5.1 Tình hình nghiên cứu rau thủy canh trên thế giới

Kỹ thuật thủy canh đã được thực hiện từ nhiều thế kỷ trước ở vùng Amazon, Babylon, Ai Cập, Trung Quốc và Ấn Độ. Người xưa đã sử dụng phân bón hòa tan để trồng dưa chuột, dưa hấu và nhiều loại rau củ khác trên cát ở các lòng sông. Sau đó, các nhà sinh lý thực vật bắt đầu trồng các loại cây trên những môi trường dinh dưỡng đặc biệt vì mục đích thí nghiệm, họ gọi đó là "nuôi cấy dinh dưỡng" (nutriculture) (Công ty Sài Gòn thủy canh, 2010).

Năm 1600, một người Bỉ phát hiện rằng có thể trồng cây không cần đất và ông đã trồng được một cây liễu nặng gần 80 kg mà chỉ dùng nước. Sau năm 1699, thủy canh bắt đầu phát triển. Dung dịch dinh dưỡng dùng cho thủy canh được nghiên cứu và phát triển vào những năm 1800, trong đó hoàn thiện nhất là dung dịch của các nhà

10

thực vật học người Đức Julius von Sachs và Wilhelm Knop tạo ra và hiện nay vẫn dùng (Nguyễn Hồng Đức, 2010).

Thủy canh ban đầu được các nhà khoa học dùng làm công cụ nghiên cứu dinh dưỡng vô cơ của cây trồng, cho đến những năm 1930 nó bắt đầu được áp dụng vào sản xuất thương phẩm, đầu tiên là ở Mỹ. Những năm 1940, quân đội Mỹ trồng rau thủy canh để sử dụng tại Nhật. Từ năm 1950 - 1960, thủy canh phát triển không đáng kể, các vật liệu nhựa bắt đầu được dùng vào thủy canh, có các nghiên cứu đưa thủy canh vào nhà kính. Năm 1970, có nhiều thay đổi lớn, nhiều hệ thống thủy canh áp dụng cho sản xuất thương phẩm. Tại Anh, xuất hiện hệ thống NFT (Nutrition Film Technique), toàn bộ bộ rễ cây trồng chìm trong dòng chảy dung dịch dinh dưỡng. Tại Đan Mạch và Hà Lan, hệ thống thủy canh với giá thể rockwool được dùng nhiều. Tại Israel có hệ thống trồng trong khay, rễ không ngập hoàn toàn trong nước. Nhật Bản sử dụng nhiều hệ thống cho cây nổi, rễ ngập sâu trong dung dịch chảy tuần hoàn. Giai đoạn này nhà kính phát triển mạnh, tại Hà Lan bắt đầu áp dụng máy tính vào thủy canh. Những năm 1980, phát triển rộng trên thế giới. Giá thể pertile, kết hợp tưới nhỏ giọt áp dụng tại Scotland (Brian, 2003).

Theo Lê Đình Lương (1995), năm 1991 riêng Bắc Âu có hơn 4.000 hecta rau thủy canh, Hà Lan có tới 3.600 hecta, Nam Phi có 400 hecta, Pháp, Anh, Ý, Đài Loan mỗi nước cũng có hàng trăm ha cây thủy canh. Israel cũng áp dụng tiến bộ này khá thành công, nước này chủ yếu sản xuất rau vào mùa đông và thời điểm khan hiếm rau hoa ở phương bắc. Tại Đài Loan kỹ thuật thủy canh được áp dụng rộng rãi và thường trồng các loại rau, chủ yếu sử dụng hệ thống trồng cây trong dung dịch của AVRDC.

Theo Hideo Imai (1986) cho biết ớt ngọt, cà chua trồng trong hệ thống này cho quả rất to và dưa chuột có thể trồng trong mùa hè (Phạm Hữu Nhượng, 2010).

Theo Yu (1993), Asao (1998) thêm than hoạt tính vào dung dịch dinh dưỡng làm tăng đáng kể hàm lượng chất khô và năng suất cà chua, dưa chuột. Tác giả Ho và Adam cho thấy năng suất cà chua trồng bằng thủy canh tăng hơn nhiều so với địa canh và chất lượng cũng được cải thiện. Cabonell và cộng tác viên (1994) qua các nghiên cứu của mình nhận xét mỗi loại cây có ngưỡng pH nhất định, nếu pH quá thấp hoặc quá cao có thể gây hại trực tiếp đến hệ rễ, ngoài ra nếu pH cao còn gây kết tủa các muối Fe2+, Mn2+, Ca2+, Mg2+, PO43- (Phạm Hữu Nhượng, 2010).

11

Bảng 1.2 Tình hình sản xuất thủy canh tại một số nước trên thế giới Nước Năm Diện tích

(ha) Loại cây trồng

Canada 1987 100 Cà chua, dưa leo và rau diếp 2001 1574 Cà chua, dưa leo và rau diếp Đài Loan 1999 35 Rau diếp

Đức 1996 650 Hoa cắt cành, dâu tây, cà chua

Hà Lan

1987 274 Cà chua, dưa leo, ớt, hoa cắt cành, cà tím, đậu, rau diếp

2001 10.000 Cà chua, dưa leo, ớt xanh, rau diếp, dâu tây, cải củ, đậu, hoa cúc, hoa hồng, cẩm chướng.

Hy Lạp 1996 33 Cà chua, dưa leo, ớt xanh và rau diếp Mỹ 1984 228 Cà chua, dưa leo và rau diếp

2001 400 Cà chua, dưa leo và rau diếp Nam Phi 1984 75 Cà chua, dưa leo, rau diếp

2001 420 Cà chua, dưa leo, rau diếp và hoa các loại Nhật Bản

1984 293 Cà chua, hành, rau diếp, dưa hương, dưa leo.

2001 1.000 Cà rốt, cà chua, hành, dưa leo, rau diếp, dâu tây, đậu, hoa cúc, hoa hồng và cẩm chướng Pháp 1996 1.000 Cà chua, dưa leo, ớt, cà tím và hoa cắt cành Tây Ban Nha 1996 1.000 Cà chua, dưa leo, ớt xanh và rau diếp

2001 4.000 Cà chua, dưa leo, ớt xanh và rau diếp Triều Tiên 1987 274 Cà chua, dưa leo, ớt, cải thìa, hẹ Trung Quốc 1987

1999

5 120

Cà rốt, cà chua, hành lá, hành tây, dưa leo, dưa hấu, bó xôi, rau diếp, dâu tây, đậu và hoa các loại

Úc 1996 650 Cà chua, dưa leo, rau diếp Nguồn: Phạm Hương Thảo, 2006

Theo Elia và cộng tác viên (1997), sử dụng các dạng đạm khác nhau, các tỷ lệ đạm khác nhau cũng ảnh hưởng nhiều đến sinh trưởng, phát triển của cây thủy canh, dung dịch trồng cây cà tím cần tỷ lệ NH4+/NO3- là 3/7 cho kết quả tốt nhất. Theo He (1999), ở vụ Đông khi tăng NO3- trong dung dịch dinh dưỡng không làm tăng sự hút NO3- của cây (Phạm Hữu Nhượng, 2010).

Yang và cộng tác viên (2004) quan sát và ghi nhận ảnh hưởng của các liều lượng K khác nhau đối với sự sinh trưởng, đặc tính quang hợp và chất lượng của rau

12

diếp (Lactuca sativa L.) thủy canh. Kết quả cho thấy, khi nồng độ K trong dung dịch thủy canh tăng từ 1 - 6 mmol/lít làm gia tăng tốc độ quang hợp thuần (Pn), sự truyền dẫn khí khổng (Gs) và tốc độ thoát hơi nước (E). Tuy nhiên, khi nồng độ K cao hơn 6 mmol/lít có tác động ngược lại. Trọng lượng tươi của chồi đạt cao nhất ở nghiệm thức bổ xung K nồng độ 4 mmol/lít. Trong khi đó hàm lượng nitrate tích lũy trong lá giảm dần khi nồng độ K trong dung dịch dinh dưỡng tăng lên.

Hiện nay, thủy canh được áp dụng nhiều nơi trên thế giới, nó là hình thức đánh giá cao ở những vùng đất nghèo dinh dưỡng, vùng thiếu nước hay các vùng mà thời tiết chỉ cho phép trồng rau trong một thời gian ngắn. Quy mô từ dạng nhỏ như vườn giải trí, vườn rau gia đình đến dạng lớn trồng kinh doanh rộng hàng trăm hecta. Hiện nay, ước tính diện tích thủy canh trên thế giới khoảng 12.000 hecta. Trong đó, ở Mỹ có khoảng 320 hecta (Ngô Quang Vinh, 2009).

1.5.2 Tình hình nghiên cứu rau thủy canh tại Việt Nam

Phương pháp trồng cây thủy canh từ lâu được nhiều quốc gia trên thế giới ứng dụng rộng rãi. Ở Việt Nam, phương thức thủy canh vẫn còn là mô hình xa lạ đối với người dân, hiện đang được các nhà khoa học nghiên cứu và triển khai. Năm 1993, Lê Đình Lương – Khoa Sinh học ĐHQG Hà Nội phối hợp với Viện Nghiên cứu và phát triển Hồng Kông đã tiến hành nghiên cứu toàn diện các khía cạnh khoa học kỹ thuật và kinh tế xã hội cho việc chuyển giao công nghệ và phát triển thủy canh tại Việt Nam. Đến tháng 10 năm 1995, mạng lưới nghiên cứu và phát triển thủy canh ở Hà Nội, TP. Hồ Chí Minh, Côn Đảo, Sở khoa học công nghệ và môi trường ở một số tỉnh thành. Công ty Golden Garden & Gino, nhóm sinh viên ĐHKHTN TP. Hồ Chí Minh đã tiến hành trồng rau thủy canh với một vài loại rau thông dụng, cải xanh, cải ngọt, xà lách. Phân Viện Công nghệ Sau Thu hoạch, Viện Sinh học Nhiệt đới cũng nghiên cứu và sản xuất các nguyên liệu dùng cho thủy canh, nghiên cứu cấy truyền từ nuôi cấy mô vào hệ thống thủy canh trước khi đưa vào đất một số cây ăn quả khó trồng trực tiếp vào đất (Diễn đàn sinh viên Đã Nẵng, 2010).

Nguyễn Quang Thạch, Nguyễn Khắc Thái Sơn (1996) nghiên cứu một số dung dịch dinh dưỡng trồng cải xanh và cà chua bằng kỹ thuật thủy canh cho thấy cả 7 dung dịch dinh dưỡng tự pha chế đều cho năng suất thấp hơn dung dịch dinh dưỡng nhập từ Đài Loan (Phạm Hữu Nhượng, 2010). Năm 1997, Hồ Hữu An, Trường ĐHNN I Hà Nội đã thực hiện đề tài “nghiên cứu trồng rau ăn lá bằng phương pháp thủy canh

13

không hồi lưu trong hộp xốp”, tuy nhiên không thấy tác giả công bố kết quả nghiên cứu của mình, mặc dù họ có khuyến khích phát triển kỹ thuật này (Ngô Quang Vinh, 2009).

Vũ Quang Sáng và Phạm Ngọc Thạch (1999) khi nghiên cứu “ ảnh hưởng của một số dung dịch dinh dưỡng khác nhau đến sinh trưởng, phát triển của rau khoai lang và xà lách” nhận xét có thể chủ động tự pha chế dung dịch mà không cần điều chỉnh pH và bổ sung dinh dưỡng. Trồng cây trong dung dịch tự pha chế cho năng suất và chất lượng tương đương với khi trồng trong dung dịch nhập của AVRDC mà lại cho giá thành hạ hơn 57 – 60%. Đến năm 2004, Hồ Hữu An cùng với cộng sự đã trồng thành công cây rau xà lách thủy canh, nhiều giống xà lách cho năng suất và chất lượng cao như TN591, Xoăn, Redrapid, trong đó giống Redrepid lá có mầu tím rất được ưa chuộng. Cũng với các nghiên cứu tương tự trên cây dưa chuột, ông khẳng định bằng kỹ thuật thủy canh dưa chuột cho hiệu quả kinh tế rất cao, đặc biệt khi sử dụng thủy canh cây dưa chuột cho quả có độ đồng đều cao (Phạm Hữu Nhượng, 2010).

Tháng 9/2006, phương pháp thủy canh trên cây rau đã được thử nghiệm tại Viện sinh học Đà Lạt trên cây xà lách và cây khoai tây và đã cho kết quả tốt. Năm 2007, Trịnh Hải Thanh Bình, khoa cơ điện tử - Trường ĐHBK TP. Hồ Chí Minh đã nghiên cứu, thiết kế thành công hệ thống tự động tuần hoàn trồng rau an toàn bằng phương pháp thủy canh. Trong hệ thống này tất cả các thông số về hàm lượng chất dinh dưỡng, nhiệt độ, độ dẫn điện, pH được lập trình sẵn đưa vào bộ nhớ máy. Khi nhiệt độ, pH dung dịch thấp hơn mức cho phép hay cây trồng bị thiếu nước, máy sẽ báo hiệu và tự động điều chỉnh về mức thích hợp.

Năm 2010, Nguyễn Hồng Đức đã nghiên cứu trồng thủy canh trên cây rau tần ô tại Bình Dương, kết quả cho thấy rằng: trồng thủy canh giống tần ô Trang Nông với mật độ 200 cây/m2 và sử dụng công thức dinh dưỡng của của Bradley và Tabares cho hiệu quả kinh tế cao nhất.

Ngày nay, công nghệ thủy canh đang có xu hướng phát triển mạnh tại Việt Nam, nó không chỉ phát triển trồng rau quả mà còn áp dụng trên các loại hoa và cây kiểng nên đã mang lại thu nhập cao cho người nông dân. Tuy nhiên, hiện nay có rất ít các công trình nghiên cứu về công nghệ thủy canh được công bố. Đối với rau ăn lá, các nghiên cứu mới chỉ dừng lại ở những loại rau thông thường có giá trị thấp như rau muống, cải xanh, cải ngọt, xà lách, cần có những nghiên cứu cơ bản về thủy canh đối