Chương 1 TONG QUAN TAI LIEU 1.1 Giới thiệu sơ lược về hệ thống thủy canh Theo Al-Ghafri (2016), hiện nay có 6 kiểu hệ thống thủy canh tùy thuộc vào kiểu dòng chảy, dung dịch dinh dưỡng, nguồn năng lượng điện và cách bố trí cây trồng: bắc (wick), nhỏ giọt (drip), nạp-xả (ebb-flow), nước sâu (deep water culture), kỹ thuật Mang dinh dưỡng (Nutrient Film technique), khí canh (aeroponic) 1.1 Hệ thống dạng bắc (wick systems) Hệ thống thủy canh dạng bac là dang dé lắp đặt và dé sử dụng nhất do không cần sử dụng năng lượng điện để vận hành, đôi khi cần sử dụng hệ thống sục khí. Rễ cây trồng được hỗ trợ cung cấp nước và dinh dưỡng bởi các sợi bắc, vốn có đặc tính hút âm cau tao bởi day nylon, sợi gỗ, nhựa polyethylene. Sợi bac đưa dung dịch dinh dưỡng tới rễ cây một cách chậm rãi.2 Hệ thống tưới nhỏ giọt (drip systems) Nguyên lý hoạt động của hệ thống tưới nhỏ giọt đó là dung dich dinh dưỡng được vận chuyên trong đường ống và nhỏ từng giọt vào rễ hoặc gốc cây. Ưu điểm của hệ thống chính là quản lý hiệu quả lượng nước tưới cho cây trồng.
Hệ thống nảy vừa có thể là dạng tuần hoàn hoặc dạng không tuần hoàn. Trong dạng tuần hoàn, dung dịch dinh dưỡng đã tưới được đưa về lại bồn chứa và tái sử dụng. Ngược lại, trong hệ thống không tuần hoàn, dung dịch dinh dưỡng chỉ được dung 1 lần. Bên cạnh ưu điểm là tiết kiệm nước tưới, nhược điểm lớn của hệ thống tưới nhỏ giọt chính là đường ống dễ bị tắc nghẽn.3 Hệ thống ngập rút tạm thời (ebb-flow systems) Trong hệ thống ngập rút tạm thời, bộ rễ cây trồng được có định trong một cái ro, được làm ngập trong một cái máng chứa dung dịch dinh dưỡng.
Sau một khoảng thời gian nhất định, nước trong máng được rút về bê chứa. Việc canh thời gian có thể được thực hiện bởi một thiết bị hẹn giờ. Hệ thong nay phu hop đối với các loại cây trồng sinh trưởng tốt trong điều kiện dinh dưỡng dư thừa và khô han đan xen nhau. Trong giai đoạn khô ráo, rễ cây sẽ phát triển mạnh hon dé tìm kiếm nguồn dinh dưỡng dẫn tới cây phát trién nhanh.4 Hệ thống thủy canh nước sâu (deep water culture systems) Khác dạng NFT có lớp dung dịch dinh dưỡng mỏng, DWC tạo điều kiện tối đa để rễ cây tiếp xúc nhiều nhất với môi trường dinh dưỡng bằng cách nhúng toàn bộ rễ vào dung dịch.
Hệ thống DWC là kiểu thủy canh có thao tác thực hiện dé dang, tuy trang bị máy bơm nước là không bắt buộc nhưng máy sục khí là cần thiết.5 Hệ thống màng dinh dưỡng (Nutrient Film Technique systems) Hệ thống màng dinh dưỡng (NET) là dang thủy canh ở đó dung dịch dinh dưỡng tạo thành dòng chảy tuần hoàn trong ống với mực nước cao khoảng 1-2 cm. Kỹ thuật NFT được dùng dé tăng lượng oxi hòa tan và giảm lượng nước sử dụng. Hệ thống về cơ bản bao gồm các cây được sắp xếp theo hàng được đặt trên mặt phẳng nghiêng dé nước có thê chảy tràn theo chiều trọng lực đi qua các đầu mút rễ. Hệ thống rễ cây trồng chủ yếu được phơi trong không khí dé hô hap, phần nhỏ đầu mút rễ được ngâm trong nước đề hấp thụ chất dinh dưỡng.6 Hệ thống khí canh (aeroponic systems) Hệ thống khí canh là hệ thống mà ở đó rễ cây trồng được phơi trong không khí và được phun trực tiếp dung dịch dinh đưỡng bởi các vòi phun có định như vòi phun mua hay phun sương.
Hệ thống này chính là một giải pháp hữu hiệu dé tận dụng tối đa nguồn nước. Quá trình phun có thé diễn ra liên tục hay ngắt quãng. Rễ trong không khí giúp cây được đáp ứng đủ nhu cầu oxi có trong khí quyên. Hiện nay, khí canh chỉ mới được dùng cho các loại cây rau nhỏ chứ chưa phô biến rộng khắp.
Nhược điểm lớn của hệ thống khí canh chính là độ âm cao trong máng rể tạo điều kiện cho nam mốc phat triển mạnh.2 Ảnh hưởng của các điều kiện canh tác trong hệ thống thủy canh 1.1 Nhiệt độ không khí Nhiệt độ không khí có ánh hưởng đáng kể tới sự sinh trưởng và phát triển của câyy trồng. g Theo Sehgal g và cs. (2022) (2022), khi nhiệt et độđộ ngày ngày đêm chênh lệch : lớn (31,31°C/23,73°C), tổng lượng sinh khối tươi của cải be xanh giảm tới 40% so với đối chứng.2 Ánh sáng Quang hợp đóng vai trò quan trọng trong quá trình sinh trưởng và phát triển của cây trồng, là quá trình tổng hợp các chất hữu cơ và nước dưới sự tham gia của chất diệp lục và ánh sáng (Hoàng Minh Tấn và cs. Thiếu ánh sáng, thực vật không thé quang hợp, sinh trưởng bị đình tré và mùa màng thất bát.
Theo Singh và cs. (2021), sinh trưởng và năng suất cải bẹ xanh cao hơn ở cường độ ánh sáng 50% so với mức 25%. Đèn LED có thành phần quang phổ tương đồng với ánh sáng mặt trời góp phan tăng cường sinh trưởng của cây về diện tích lá (tăng 60%) và sinh khối tươi (tăng 54%) so với đối chứng (Semenova và cs. Giá thé Một giá thé thủy canh lý tưởng có nhiều đặc tính bao gồm: kha năng giữ chat dinh dưỡng tốt, độ rỗng và thoáng khí thích hợp, không chứa mầm bệnh, chi phí phải chăng.
Trong đó, tiêu chí quan trọng nhất dé quyết định loại vật liệu nao phù hợp dé làm giá thể là tính trơ của vật liệu đó. Với giá thể nguồn gốc hữu cơ, chưa qua ủ hoai hoặc giá thé vô cơ kém tro, nhất là với môi trường dinh dưỡng thì trong quá trình trồng, phẩm chat của dung dịch dinh dưỡng sẽ bị tác động đáng kể. Giá thé Arcillite đã từng được sử dụng pho biến trong thủy canh nhưng do qua thời gian sử dụng, một phan giá thé bị tan vào dung dịch và khiến cây trồng không thể hấp thu được một số chất dinh dưỡng (Bugbee, 2004) 1.3 Dung dịch dinh dưỡng thủy canh (Trejo-Tellez va Gomez-Merino, 2012) 1.1 Các loại dung dịch thủy canh Dung dịch dinh dưỡng là yếu tố nền tang trong toàn bộ hệ thống thủy canh. Giống như đất có sẵn các đưỡng chất cần thiết cho cây, dung dịch thủy canh có chứa các loại khoáng chất như N, P, K Ca, Mg hay các loại vi lượng như Zn, Fe, Cu và các chất thiết yếu khác dé có thé thay thé vai trò của dat trồng.
Một số loại dung dịch thủy canh đã có mặt trên thị trường như Hoagland & Arnon (1938), Cooper (1979), Steiner (1984).1 Thành phần dinh dưỡng có trong 3 loại dung dịch thủy canh phổ biến ` Hoagland & Arnon Cooper Steiner Thanh phan (1938) (1979) (1984) dinh dưỡng mg/L N 210 200-236 168 P 3l 60 3l K 234 300 237 Ca 160 170-185 180 Mg 34 50 48 5 64 68 336 Fe ya 12 2-4 Cu 0,02 0,1 0,02 Zn 0,05 0,1 0,11 Mn 0,5 2 0,62 B 0,5 0,3 0,44 Mo 0,01 0,2 - Nguôn: Cooper (1988), Steiner (1984), Windsor va Schwarz (1990) Bên cạnh các loại dung dich dinh dưỡng có nguồn gốc vô co đã có trên thị trường hiện nay, dung dịch dinh dưỡng hữu cơ là một hướng đi tương đối mới mẻ nhằm đáp ứng nhu cau ngày càng lớn của thị trường thực phẩm hữu cơ. Phân bón hữu cơ nếu được sử dựng thay thế cho phân bón vô cơ, đồng thời kết hợp sử dụng các hoạt chất, chất ức chế quá trình nitrat hóa, phân bón giàu Molypden và canh tác trong điều kiện môi trường kiểm soát có thé giúp giảm nguy cơ tích lũy dam trong cây trồng (Anjana và Iqba, 2007) Theo Arancon và cs. (2019), dich chiết phân trùn quế làm tăng đáng ké năng suất rau xà lách thủy canh với nồng độ ở mức 25% và 50% khuyến nghị so với đối chứng. Đồng thời ở mức 50% khuyến nghị, năng suất cây cà chua cũng gia tăng đáng kẻ.
Nguyên nhân có thể là do sự có mặt của các phytohoormone như auxin, cytokinin, gibberellin và acid humic trong dịch chiết trùng qué.2 Các yếu tố của dung dịch dinh dưỡng ảnh hưởng đến cây trồng 1.1 pH PH là đại lượng đo lường nồng độ ion H* tự do có trong dung dịch, dùng dé thé hiện tính chua (pH < 7) và tính kiềm (pH > 7) của dung dịch. PH nằm trong khoảng giới hạn từ 0 tới 14.1 thể hiện tác động của pH đất đối với sự hữu dụng các chất dinh dưỡng với cây trồng, dai kẻ sọc càng dày, độ hữu dụng càng cao Pe nnẽnẽ nNẽnNnẽnẽnẽnẽốẽnốẽốuxCc se | mg | mHỤ | yy | NẾ | ig He ah ay MOUAy | than | statin | tty en ee sua mI “hi, I nce IIllÏ MO I mn I MT ` >-i l Hl ET MT TTT ie ANT | mT Tr Act (H*concentaton) | Alealinty (OH concentration) in ÏIIIlllllllllllllllllllllllllllllllll:::Iiiintliinininnniinninninnnnniani | timWNT ll ll Il PI ere te TAC acc Hình 1.1 Tính hữu dụng của các chất dinh dưỡng theo mức pH (nguon: Trejo-Tellez và Gomez-Merino, 2012) Ở mức pH < 7, các chất vi lượng như sắt, Mn, Cu, Zn hòa tan nhiều trong dung dịch dưới dang oxide có thé dẫn tới tình trạng cây bị ngộ độc vi lượng, đồng thời bị thiếu hụt các chất đa trung lượng (Jones, 2005). Tương tự với nhiều chất đa trung lượng như P, K, S hòa tan tốt ở pH > 7 nhưng các vi lượng lại trở nên khó hấp thu đối với cây trồng. Điều quan trọng trong canh tác thủy canh là chọn được mức pH phù hợp dé tối ưu dinh dưỡng cho cây trồng mà không gây tích lũy chất độc về sau.
Các loại cây rau ăn lá nói chung đều sinh trưởng tốt ở mức pH từ 5,5 tới 6,5 do đa số các chất dinh dưỡng từ đa lượng tới vi lượng tổn tại trong môi trường ở dang dé tan với lượng vừa đủ đáp ứng nhu cầu của cây. Đối với cải bẹ xanh, theo Shekawat và cs. (2012), có thể sinh trưởng trong điều kiện từ pH 4.2 EC Theo Landowne (2006), áp suất thâm thấu của dung dich mạnh hay yếu tùy thuộc vào nồng độ muối hòa tan trong dung dịch nhiều hay ít. EC (Electrical Conductivty, đơn vị dS/m hay mS/cm) dùng dé thé hiện tông nồng độ muối hòa tan, là chỉ đấu cho thấy mức độ phô biến của các ion xung quang vùng rễ.
Các ion chủ yếu quyết định kết quả của EC bao gồm Ca?', Mg?', K*, Na', H', NOx , SO¿7, Cl, HCOs, OH" (USDA, 2001), còn các vi lượng như Fe, Zn, Mn, B, Mo chiếm tỷ lệ rất nhỏ so với các chất đa trung lượng nên không có tác động đáng kể (Sonneveld và Voogt, 2009). Tính chống chịu với các mức EC tương ứng mỗi loại cây trồng được trình bày trong Bảng 1.