2.1 Giới thiệu về canh tác có bảo vệ
“Canh tác có bảo vệ” (Protected cultivation) là một thuật ngữ dé chỉ những phương pháp trồng cây trong nhà bằng kính (glasshouse), nhà bằng
lưới (net house), nhà plastic (plastic house), sử dụng màng phủ nông nghiệp (mulching), v.v...; “ngành làm vườn trong nhà kính” (protected horticulture),
“ứreen house” là một trong những kiểu canh tỏc cú bảo vệ đang được ỏp dụng ở nhiều nước trên thế giới (Hideo, 1995).
Thuận lợi của trồng cây trong nhà kính so với trồng ngoài đồng là:
- Cung cấp cho cây trồng điều kiện môi trường thích hợp cho sự sinh
trưởng và kiêm soát được sự sinh trưởng của chúng;
- Bảo vệ cây trồng tránh được những điều kiện bất lợi của môi trường như nhiệt độ cao hoặc thấp, cây trồng có thể phát triển được trên những vùng đất khó khăn như nhiễm mặn, nghèo dinh dưỡng, tránh được dịch hại;
- Có thé tăng vụ, kéo dai thời gian thu hoach;
- Tăng năng suất và cải thiện chất lượng sản phẩm;
- Giúp nông dân sản xuât ôn định hơn do chủ động được mùa vụ và tăng thu nhập.
Bắt lợi chính của canh tác trong nhà kính là :
- Nhiệt độ, âm độ trong nhà kính cao hơn bên ngoài ảnh hưởng không tốt đến cây trồng và gia tăng một số dịch hại; cũng như những nguy cơ về vẫn đề dinh dưỡng cây trồng.
- Cần có những kỹ năng để quản lý tốt cây trồng và có chi phí cao
(Sophie, 2006; AVRDC, 1990).
Thời gian đầu nhà kính chỉ sử dụng giới hạn ở vùng ôn đới, chủ yếu dé sản xuất rau trong những tháng mùa đông, mùa xuân sớm và mùa thu muộn.
Vì vậy, sản xuất trong nhà kính trở thành một hệ thống canh tác đặc trưng
riêng ở những nước có khí hậu lạnh.
Ở những nước nhiệt đới, nhìn chung mùa đông có khí hậu phù hợp cho sinh trưởng va phát trién của nhiều lọai rau, nhưng cũng có những mùa vụ sản xuất có những điều kiện bắt lợi cho cây trồng như mưa khiến cho năng suất và mẫu mã rau sản xuất trong điều kiện bình thường không đạt yêu cầu. Vì thế, cần phải trồng trong điều kiện có bảo vệ. Tuy nhiên, do khí hậu vùng nhiệt đới khác với vùng ôn đới nên sản xuất trong nhà kính ở vùng nhiệt đới cũng có những yếu tố bất lợi như nhiệt độ cao lên đến 40°C (Manuel, AVRCD).
Đây cũng là hạn chế chính cho phát triển nhà kính ở vùng nhiệt đới. Trong những năm gần đây với những cải thiện trong thiết kế, nhà kính hiện nay có thé sử dụng được ca trong những vùng khí hậu ấm, vùng đồng bằng (AVRDC, 1990). Những nhà kính công nghệ cao có thể kiểm soát cả môi trường bên trong nhà kính theo yêu cầu sinh lý của từng loại cây trồng.
Các loại cây trồng pho biến trong nhà kính hiện nay chủ yếu là rau, kế
dén là hoa cảnh va một sô cây ăn quả như dau, dưa melon v.v...
2.2 Giới thiệu nhà kính
2.2.1 Lịch sử và sự phát triển của nhà kính
Nhà kính đầu tiên ở vườn thực vật ở trường Dai hoc Pisa vào năm 1591 dé trồng cam, được gọi là vườn cam “Orangeries”, mái được lợp bang ngói toàn bộ hoặc từng phần trong suốt mùa lạnh. Năm 1664, Evelyn xây dựng một nhà kính có tên gọi là “conservatory” để trồng những cây nhạy cảm trong mùa đông, nhà kính được sưởi âm bằng lò sưởi. Tiếp sau đó nhiều những nhà
kính được xây dựng ở vườn thực vật Oxford (1675), Ham House (1677), vườn Chelsea Physic (1684), Powys Castle (1685), Hampton Court (1690),
Kew (1757). Tuy nhiên những nhà kính này đều có nhược điểm cho ánh sáng đi qua rất ít do vách nhà phần lớn làm bằng đá. Năm 1737, phát minh về bột đánh bóng kính và công nghệ làm kính cải tiến cho phép dựng nên nhà kính cho ánh sáng đi qua tốt hơn. Vào cuối thế kỷ 18, những khung sườn đúc sẵn bang sat đã xuất hiện, năm 1832, nhà làm bằng kính lớn (big glass — making) sản xuất ở Pháp và nhập khâu vào Anh do Chance Bros ở Birmingham đã tạo ra những đột phá về nhà kính.
Năm 1806, Tod và Banks thiết kế kiểu nhà kính 2 mái. Thế kỷ 19, nghiên cứu nổi bật đầu tiên về sự truyền ánh sáng của những sinh viên Mackenzie vào năm 1815 và kế đó là nghiên cứu về khung nha của Loudon và Paxton. Joseph xây dựng một Palmhouse nổi tiếng thế giới ở Vườn Kew
vào nam 1842, nhà kính này dài 110 m, rộng 30 m, cao hơn 20 m.
Những năm 1800 ngành làm vườn ở Mỹ đã trưởng thành, giai đoạn
1800 - 1915 là thời đại của nhà kính trồng cây, những khu vườn mùa đông và những palm house, nơi này là sân chơi của người giàu có và nổi tiếng. Khoa học và giáo dục cũng góp phần vào sự phát triển của nhà kính, những khu vườn thực vật dé nghiên cứu vùng nhiệt đới — Palm house ở Kew (1948), nhà
kính Haupt ở NYBG (1902). Những khu vườn thực vật thu hút du khách là ý tưởng đâu tiên ở Berlin, sau đó lan rộng khắp nơi.
Nhà kính đầu tiên sử dụng vào mục đích thương mại là của Hackney vào năm 1827, là nhà kính bằng kim loại có mái cong. Trong cùng thời gian này, nhà kính cũng rất phát triển ở Bac Mỹ, Anh, Pháp và Bi, tiếp theo là Hà Lan vào đầu những năm 1900. Năm 1940, những nước dẫn đầu về sản phẩm cây trồng trong nhà kính là Hà Lan, Anh và Bắc Mỹ, đáng kế nhất là Đức, Scandinavia và Bi. Khởi đầu cây trồng chính là cây ăn trái, đặc biệt là nho. Cà chua được bắt đầu trồng vào năm 1880 và trở thành cây trồng quan trọng vào đầu thế kỷ 20. Những loại hoa được thương mại hoá sản xuất trong nhà kính là hoa hồng, cúc va cam chướng. Do nhu cau sản xuất lớn, nhà kính liên kế (multi span) đã phát triển rất mạnh.
Sau thế giới thứ hai, có những chuyền biến về vật liệu làm khung nhà kính. Sau năm 1950, khung nhà kính phần lớn làm bằng nhôm và thép mạ
kẽm, vật liệu nhôm cho phép kéo dai mái nhà kính hơn 75 inch. Chính công
nghệ này đã thúc đây mạnh sự phát triển của nhà kính, trong đó Hà Lan là nước dẫn đầu. Từ những năm đầu 1960, sự xuất hiện màng phim plastic tạo sự chuyền biến mạnh mẽ, phải nói chính xác là cuộc cách mạng làm thay đổi cả thế giới. Emery được xem là “cha đẻ của nhà kính bằng plastic”, ông cũng
là người tiên phong trong việc giới thiệu màng phủ nông nghiệp (plastic
mulches). Nhà kính đầu tiên trên thế giới bang plastic xuất hiện ở trường Đại học Kentucky (Mỹ) vào năm 1948 (AVRDC, 1990) do Emery thiết kế.
Ké từ đó đến nay, “cánh đồng nhà kính” trồng rau phát trién mạnh trên khắp thế giới với tên gọi chung là “high tunnel”. Ngày nay, nhà kính dạng này đã sản xuất ra khối lượng thực phẩm khong 16 ở nhiều nơi trên thé giới. Năm
1993, “high tunnel” va nhà kính plastic đã vượt qua diện tích 21 tỉ feet vuông
(hơn 195.000 ha) (Witter, 1993). Trong đó, Trung Quốc, Nhật và Hàn Quốc chiếm 50 % diện tích trồng nhiều loại rau như dưa leo, cà chua, ớt, hành,...đâu tây và hoa cắt cành. Đến năm 1995, diện tích nhà kính trên thé giới là 306.500 ha, trong đó có đến 265.800 ha nha plastic (chiếm 86,72 %), Châu Á chiếm hơn 50 % diện tích nhà kính của thế giới.
2.2.2 Các kiểu nhà kính
Có nhiều kiểu nhà kính với nhiều kiểu thiết kế, vật liệu che phủ khác nhau v.v..., chủ yếu tùy vào điều kiện khí hậu và địa điểm đặt nhà kính. Có hai loại nhà kính cơ bản là nhà plastic - kiểu đơn hoặc các nhà liên kế (polyhouse) và kiểu nhà kính truyền thống làm bằng kiếng (glasshouse), mỗi kiêu nhà có những thuận lợi và khó khăn riêng.
Trên cơ sở hai kiểu nhà chính, mức độ thiết kế thay đổi tạo nên nhiều kiểu nhà kính khác nhau, có thé rất đơn giản chỉ có mái che mưa (rain shelter), nhà vòm che đơn giản cho I- 2 liếp (tunnel), hoặc những thiết kế
hoàn chỉnh hơn như nhà kính (glass house), nhà plastic, nhà lưới, có loại chỉ chuyên biệt cho một giai đoạn sinh trưởng của cây (vườn ươm cây con) hoặc cho một mùa vụ đặc biệt nào đó (vụ Đông Xuân sớm, vụ Thu muộn khi nhiệt độ thâp) hoặc cho cả năm như là nhà kính, xưởng sản xuât rau.
# Mái che mưa (Rain shelter) là dạng đơn giản nhất, khung sườn làm bang tre, gỗ hoặc ống sắt, mái che có thé uốn cong dang vòm (nhà vòng cung
— hoop house) (AVRDC, 1993), hai mái hoặc mái bằng. Vật liệu che phủ có thé bằng plastic hoặc lưới, chi che phần mái, không che kín, chủ yếu dé che
mưa cho cây trông.
Y Tunnels: Vật liệu che phủ bằng lưới hoặc plastic trên khung bang tre hoac sắt được uốn cong, lưới che có thé điêu chỉnh dé dàng dé che kín khi có
mưa hoặc dỡ ra khi trời nắng. Kiểu này thường dùng che mưa cho liếp gieo,
các loại rau lá, cây có chiêu cao thâp.
Các dạng rain shelter, tunnel là những kiêu câu trúc có bảo vệ đơn giản
nhất, thường sử dụng ở những nước có khí hậu nhiệt đới.
e Nhà lưới (net house, screen house) có trần và vách bằng lưới, hoặc mái nhà che bằng plastic và vách bằng lưới, khung nhà có thé bằng cây, bằng kim loại...Lưới che có nhiều kích thước lỗ khác nhau. Nhà lưới có tác động như một hàng rào vật lý nhằm ngăn ngừa các côn trùng gây hại.
e Nhà plastic: Cấu trúc khung nhà tương tự nhà lưới, vật liệu che phủ bằng mang plastic hay luới nhựa plastic, bốn phía vách có thể cuốn chừa trong chân (AVRDC, 1993).
Thuận lợi chính của nha plastic là giá thành thấp hơn nhà kiếng (glasshouse) do vật liệu che phủ nhẹ, khung sườn nhà nhẹ, dễ thiết ké, vì thé dễ xây dựng những nhà liên kế, đó cũng là chọn lựa của nhà kính sản xuất kiểu công nghiệp. Thuận lợi khác của kiểu nhà này là ít chi phí dé tạo nhiệt hơn nhà kiếng. Bắt lợi chính của nhà plastic là giảm ánh sáng đi vào nhà kính vào mùa đông và làm tăng 4m độ so với nhà kiếng.
e Nhà kiếng: Cấu trúc của khung làm bằng sắt không ri hay nhôm hợp kim, mái che là những tam lợp bằng nhựa cứng. Tam lợp này có thé làm bang fiberglass, acrylic hay polycarbonate. Kiểu nha này thường sử dụng ở vùng ôn đới, có nhiều trang thiết bị đi kèm như máy sưởi làm tăng nhiệt độ trong nhà
kính vào mùa đông.
Thuận lợi chính của nhà kiêng là mức độ truyền sáng của nó rat cao và
có tuổi thọ cao. Chính điều này đã bảo vệ cây trồng rất tốt trong những điều
kiện thời tiết bất lợi. Ví dụ trong điều kiện tuyết rơi âm ướt nhà plastic liên kế có thê đồ sập nhưng nhà kiếng thì không ảnh hưởng nặng.
Ngày nay, công nghệ nhà lưới đã có nhiêu bước tiên, nhiêu mô hình nhà kính công nghệ cao đã được đưa vào ứng dụng ở nhiêu nước như Uc, Nhật, Hà Lan, Han Quoc v.v..., đã mang lại những bước tiên mạnh mẽ trong ngành làm vườn có bảo vệ.
Quan niệm nhà kính công nghệ cao khác nhau tùy theo tiêu chuẩn của từng nước. Ở Úc những nhà kính có độ cao thấp hơn 3 m, độ thông thoáng thấp được xếp hạng nhà lưới công nghệ thấp, những nhà lưới công nghệ cao
là nhà kính có độ cao trên 5,5 m, có vách hoặc mái thông thoáng va có những
trang thiết bị tự động, có hệ thống cảm biến bên trong và ngoài nhà lưới dé thu nhận những thông tin về nhiệt độ, âm độ, ánh sáng và tốc độ gió. Những thông tin này được sử dụng đề kiểm soát môi trường bên trong nhà lưới phủ hợp với nhu cầu của cây trồng. Ở Úc, nhiệt độ và âm độ trong nhà lưới được kiêm soát bang sự kết hợp giữa độ thông thoáng, sưởi 4m, phun sương và quạt thông gió. Có hệ thống điều khiển chế độ nước tưới và dinh dưỡng như thời gian tưới, lượng nước tưới thay đổi theo nhu cầu của từng giai đoạn sinh trưởng của cây trồng (Sophie, 2006). Tương tự ở Nhật, nhà kính công nghệ cao được trang bị hệ thống computer để tự động hoá việc điều khiển môi trường, chế độ dinh dưỡng, nước tưới v.v..., phù hợp với cây trồng nhằm bảo đảm sản xuất các loại rau hoa ôn định trong điều kiện môi trường khắc nghiệt
của tháng 2 và tháng 8 ở Nhật (Sadao, 1995).
2.2.3 Kiéu mái nhà kính
Mai che nhà kính có nhiêu kiêu khác nhau: kiêu mái vòm (barrel roof), kiêu hai mái cân đôi (even — span roof), kiêu hai mái lệch (three - quarter roof), kiêu một mái lệch (shed roof). Nhà kiêu hai mái lệch và một mái lệch ở
Nhật thường lợp bằng kính và dùng để sản xuất dưa lê quanh năm (Hiroshi
AOKI, 1995).
2.2.4 Cau trúc nhà kính
Khi thiết kế nhà kính, có ba yếu tố chính được quan tâm là: độ thông thoáng, sự dẫn truyền ánh sáng và giá cả. Bên cạnh, cấu trúc nhà kính còn phải chịu được gió và tuyết. Mái phải có độ dốc ít nhất 28° và luồng khí nóng để ngăn cản tuyết đóng trên mái nhà. Vách và mái nhà phải đủ vững chải để
chịu được sức gió mạnh và chịu được sức nặng của các loại cây leo như dưa
leo, ca chua. Các nhà lưới có định sử dụng chân cột bê tông sẽ thích hợp hơn, có một cửa rộng để có thể vận chuyên dễ dàng các trang thiết bị ra vào nhà
kính (Dickerson, 1996).
Các cấu trúc phải đảm bảo tối đa sự truyền ánh sáng, hạn chế thấp nhất các trang thiết bị gắn ở phía trên nhà kính như hệ thống tưới treo, hệ thống ống dẫn nhiệt và điện. Các vật dụng, trang thiết bị sơn màu nhạt hoặc sơn phản quang dé phản chiếu tối đa ánh sáng bởi vì phần lớn cây trồng trong nhà kính phát triển tốt nhất trong điều kiện ánh sánh có bước sóng trong khoảng 400 — 700 nm. Điều nay lién quan đến vật liệu che phủ nhà kính. Chất liệu PE và sợi thủy tỉnh cho ánh sáng tán xạ đi qua, trong khi chất liệu acrylic và polycarbonate cho các bức xạ đi qua trực tiếp. Ánh sáng khuếch tán thuận lợi cho cây trồng hơn bởi làm giảm được lượng ánh sáng thừa trên những lá trên va làm tang phản xa ánh sáng đối với các lá dưới. Nhà kính bằng plastic có nhiều thuận lợi hơn so với nhà bằng kính do giá thành thấp, nhà bằng plastic có thê thiết kế được nhiều kiểu hơn, ít bị vỡ, có trọng lượng nhẹ và tương đối dễ áp dung (Dickerson, 1996).
2.2.5 Các vật liệu che phủ
Tùy theo khí hậu của từng nước, vật liệu dùng che phủ cho nhà kính
khác nhau. Ví dụ như ở Nhật và Nam Triều Tiên là những nước thường xuyên bị bão và có mùa hè khá nóng ở nhiều vùng nên vật liệu che phủ thường sử dung plastic, trong khi Hà Lan thường sử dụng kính dé lợp, Dai Loan thường chỉ sử dụng lưới dé che phủ va chủ yêu là che mưa.
Vật liệu che phủ nhà kính rat đa dạng, có thé lam bang plastic (PE — Polyethylen hoặc PVC — Polyvinyl chloride), bằng sợi tổng hop (fiberglass), hữu cơ tổng hợp (acrylic), carbon tổng hợp (polycarbonate). Hiện nay, có nhiều loại lưới làm từ sợi kim loại có khả năng chống nóng, ngăn tia tử ngoại, điều chỉnh quang pho ánh sáng đi qua nó, áp dụng tuỳ theo cây trồng và mục
đích sản xuât.
- Mang polyethylene: Không đắt nhưng chi dùng tạm thời, không hấp dan người sử dụng và yêu cầu phải bảo quản cao hơn so với plastic. Màng PE dễ bị hư hỏng dưới tác dụng của tia UV mặc dù đã được bô sung thêm chất chống tia UV nhưng cũng chỉ kéo dài thêm 12-24 tháng so với màng PE thường. Bởi vì màng PE có khổ rộng nên cần phải có những bộ phận khung để chống đỡ, nhờ vậy ánh sáng đi qua nhiều hơn. Sử dụng loại màng 2 lớp (lớp ngoài 6 mil, lớp trong 2 mil dé tao hang rào ngăn nhiệt); lớp trong này có
tác dụng làm giảm sự ngưng tụ hơi nước. Mang 2 lớp giảm nhiệt được 30—
40% và truyền 75-87 % lượng ánh sáng hữu hiệu khi còn mới (Dickerson, 1996). Ngày nay, với công nghệ tiên tiễn, các công ty đã chế tạo loại mang PE ba lớp có chức năng đặc biệt, bền vững hơn dưới các tác động của môi trường, có thể kiểm soát lượng quang phổ ánh sáng di qua chúng (Công ty
Netafilm, 2005).
¢ Mang polyvinyl chloride: Cho phép anh sáng vùng có bước sóng dai đi qua
rất cao, điều này làm cho nhiệt độ bên trong nhà kính tăng nhẹ vào ban đêm.
Màng được bé sung chất ức chế tia UV dé làm tăng tuổi thọ của màng. Giá của loại màng này đắt hơn màng PE. Tuy nhiên, sau một thời gian sử dụng, màng dé bị đóng bụi nên phải rửa lại bằng nước dé ánh sáng đi qua tốt hon
(Dickerson, 1996).
¢ Fiberglass: Tang cường thêm những 6 polyester (FRP) nên bén hon va gia cả vừa phải nên dé sử dụng hơn. So với kính, FRP panels chịu được các tác động tốt hơn, truyền ánh sáng kém. Loại plastic nay dé cắt và uốn cong hoặc ép mong. Fiberglass có độ co giản cao. Dé tăng khả năng chống chịu với thời tiết tốt phải phủ thêm Tedlar.
* Acrylic: Chống chịu được với thời tiết khắc nghiệt, ít vỡ và trong suốt, cho phép các tia cực tím đi qua dé dang hơn kính. Tam acrylic 2 lớp cho 83 % ánh sáng truyền qua và giảm 20 — 40 % độ nóng so với tam 1 lớp. Vat liệu này không bi trở vàng khi dùng lâu nhưng giá cao, dé bén lửa và dé tray.
* Polycarbonate: Chiu được các tác động tốt hơn, dẻo hơn, mỏng và giá thấp hon acrylic. Tam polycarbonate 2 lớp truyền khoảng 75-80 % ánh sáng và giảm khoảng 40 % so với tam 1 lớp. Vật liệu này dé trầy, có độ co giản cao, và khi sử dụng khoảng một năm thì chuyên vàng và giảm độ trong suốt (mặc dù hiện nay có nhiều loại mới có chất chống tia UV nhưng vẫn chuyên vàng
nhanh chóng).
- Màng aluminet: Là loại màng được chế tạo từ sợi phủ kim loại có độ bền cao, có khả năng chống oxy hoá và chịu được các tia tử ngoại. Loại màng này có khả năng điều hòa được nhiệt độ chênh lệch giữa ngày và đêm, kiểm soát được tiểu khí hậu trong nhà kính. Loại màng nay được chia thành 4 loại:
Màng chắn nhiệt được sử dụng bên trong (thermal screen), loại lưới tản nhiệt