ĐẶT VẤN ĐỀ Rau là loại thực phẩm không thể thiếu trong mỗi bữa ăn hằng ngày của mọi gia đình. Trong rau mặc dù chứa hàm lƣợng protein và lipid không nhiều nhƣng chúng lại cung cấp cho cơ thể nhiều loại muối khoáng có tính kiềm, các vitamin, acid hữu cơ, chất xơ,… có vai trò vô cùng quan trọng đối với sự phát triển của cơ thể con ngƣời. Hiện nay, với nhu cầu sử dụng rau trên thị trƣờng ngày càng tăng, mà phƣơng pháp canh tác truyền thống gặp nhiều khó khăn do môi trƣờng đất, nƣớc,… bị ô nhiễm và việc lạm dụng nhiều phân bón, các loại thuốc bảo vệ thực vật, thuốc kích thích sinh trƣởng, làm tăng dƣ lƣợng các chất chất độc hại, kim loại nặng trong cây trồng. Đặc biệt là sự tồn dƣ nitrate (NO3), nếu sử dụng các loại cây trồng có lƣợng NO3 tồn dƣ vƣợt ngƣỡng cho phép trong thời gian dài sẽ ảnh hƣởng đến quá trình trao đổi chất, gây nguy hiểm đến các cơ quan nhƣ gan, thận.
Về lâu dài nếu nitrate chuyển hóa thành nitrite và kết hợp với một số amin tạo thành nitrosamine, hợp chất tiền ung thƣ. Do đó, đã có nhiều nƣớc phát triển nhƣ Hoa Kỳ, Canada, Châu Âu và Nhật Bản đƣa công nghệ thủy canh ứng dụng sản xuất các loại cây trồng có giá trị cao. Ngoài ra diện tích đô thị ngày càng đƣợc mở rộng, những ngôi nhà chung cƣ ngày càng phổ biến, một bộ phận ngƣời dân tự trồng rau sạch cung cấp cho bữa ăn hàng ngày của gia đình, tận dụng những nơi có không gian nhỏ tại căn nhà của mình: ban công, sân thƣợng với những dụng cụ đơn giản. Ngoài việc tự phục vụ đƣợc những bữa ăn, trồng rau tại nhà còn góp một phần nhỏ vào việc cải thiện môi trƣờng sống.
Một trong những kỹ thuật trổng rau đƣợc mọi ngƣời quan tâm đến hiện nay là phƣơng pháp thủy canh. Điểm mẫu chốt để phƣơng pháp thủy canh thành công là pha chế đƣợc dung dịch dinh dƣỡng phù hợp với cây trồng. Vấn đề này đòi hỏi ngƣời thực hiện phải có 1 số kiến thức khoa học nhất định, nên đa phần ngƣời dân lựa chọn giải pháp mua các dung dịch dinh dƣỡng đã có sẵn trên thị trƣờng và sử dụng chung cho nhiều loại cây trồng mang lại hiệu quả cao đối với nhiều loại rau, nhƣng những 1 loại dung dịch này thƣờng giá thành còn khá cao. Để thực hiện đề tài này, nghiên cứu của tôi đã tìm hiểu để giải thích các khía cạnh liên quan đến dinh dƣỡng cây trồng và ảnh hƣởng của nó đối với canh tác thủy canh.
Các yếu tố cơ bản nhƣ dung dịch dinh dƣỡng và sự phát triển của thực vật thông qua các giai đoạn sinh trƣởng.Các thành phần thiết yếu của dung dịch dinh dƣỡng (đa lƣợng và vi lƣợng), ở thực vật bậc cao là yếu tố có lợi, thêm vào đó vai trò độ pH của dung dịch dinh dƣỡng cũng đƣợc đề cập và xác định. Bên cạnh đó, mối quan hệ giữa yếu tố khí hậu nhƣ nhiệt độ ảnh hƣởng đến biến đổi của dung dịch dinh dƣỡng. Xuất phát từ mong muốn nâng cao năng suất và chất lƣợng rau, đóng góp vào sự phát triển của nền nông nghiệp ứng dụng công nghệ tại Việt Nam, nhằm tạo ra nhiều loại rau sạch an toàn cho ngƣời tiêu dùng, đồng thời đem lại giá trị hàng hóa, giá trị kinh tế cao với cùng một diện tích so với phƣơng pháp canh tác truyền thống. Bên cạnh đó, với mong nuốn phổ biến kỹ thuật trồng rau sạch bằng phƣơng pháp thủy canh tĩnh, đặc biệt là cách pha chế dung dịch dinh dƣỡng phù hợp với một loại rau ăn lá cụ thể đến các hộ gia đình có nhu cầu tự sản xuất rau sạch, tôi quyết định chọn đề tài: “Nghiên cứu xác định dung dịch dinh dƣỡng thích hợp cho một số loại rau ăn lá trong canh tác thủy canh”.
2 Chƣơng 1 TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU 1.1 Khái quát chung về phƣơng pháp thủy canh 1 1 1 Khái niệm thủy canh Theo Nguyễn Xuân Nguyên (2004) [2], thủy canh (Hydroponics) là hình thức canh tác trồng cây trong dung dịch, là kỹ thuật trồng cây không dùng đất. Cây trồng đƣợc trồng trên hoặc trong dung dịch dinh dƣỡng cùng với các loại giá thể, sử dụng dinh dƣỡng hòa tan trong nƣớc dƣới dạng dung dịch. Tùy theo từng kỹ thuật thủy canh mà toàn bộ hoặc một phần bộ rễ cây đƣợc ngâm trong dung dịch dinh dƣỡng. Kỹ thuật thủy canh là một trong những kỹ thuật tiến bộ của nghề làm vƣờn hiện đại.
Trong đó, cây đƣợc trồng trong dung dịch thủy canh bổ sung dinh dƣỡng đƣợc hòa tan trong nƣớc dƣới dạng dung dịch, cần thiết cho sự sinh trƣởng và phát triển của cây trồng, tránh đƣợc sự phát triển của cỏ dại, côn trùng và bệnh tật lây nhiễm từ đất. 1 1 2 Dinh dưỡng t ong thủy canh 1.1 Dung dịch dinh dưỡng Dung dịch dinh dƣỡng cho hệ thống thủy canh là dung dịch nƣớc chứa chủ yếu là các ion vô cơ từ muối hòa tan của các nguyên tố cần thiết cho thực vật bậc cao. Trong dung dịch dinh dƣỡng thủy canh, một số hợp chất hữu cơ nhƣ sắt chelate là rất cần thiết (Steiner, 1968) [26]. Chelate-Fe là nguyên tố thiết yếu có vai trò sinh lý rõ ràng và sự vắng mặt của chelate-Fe sẽ cản trở toàn bộ vòng đời của cây (Taiz & Zeiger, 1998) [27].
Có 17 nguyên tố đƣợc coi là thiết yếu đối với hầu hết các loại cây trồng, đó là carbon, hydro, oxy, nitơ, phospho, kali, canxi, magiê, lƣu huỳnh, sắt, đồng, kẽm, mangan, molypden, bo, clo và niken (Salisbury & Ross, 1994) [24]. Ngoại trừ carbon (C) và oxy (O) đƣợc cung cấp từ khí quyển, các nguyên tố thiết yếu đƣợc lấy từ môi trƣờng tăng trƣởng. Các nguyên tố khác nhƣ natri, silic, vanadi, selen, coban, nhôm và iốt trong số những 3 nguyên tố khác đƣợc coi là có lợi vì một số trong số chúng có thể kích thích sự tăng trƣởng hoặc có thể bù đắp tác động độc hại của các nguyên tố khác. Các dung dịch dinh dƣỡng cơ bản nhất chỉ xét thành phần của nó là nitơ, phospho, kali, canxi, magiê và lƣu huỳnh; và chúng đƣợc bổ sung vi chất dinh dƣỡng.
Nhƣ đã nêu ở trên, dung dịch dinh dƣỡng thƣờng chứa sáu chất dinh dƣỡng thiết yếu: N, P, S, K, Ca và Mg. Steiner đã đƣa ra một khái niệm đƣợc coi nhƣ là điểm mấu chốt cho các nghiên cứu về thành phần dinh dƣỡng cho cây trồng nói chung, đặc biệt quan trọng cho sản xuất thủy canh, là khái niệm về tỉ lệ tƣơng hỗ ion dựa trên tỉ lệ tƣơng hỗ của các anion: NO3-, H2P04- và SO4- và tỉ lệ tƣơng hỗ của các cation 𝐾 + , 𝐶𝑎2+ , Mg 2+. Sự cân bằng về ion khoáng trong dung dịch dinh dƣỡng không chỉ thể hiện ở tổng lƣợng của mỗi ion trong dung dịch, mà trong mối quan hệ về lƣợng giữa các ion với nhau. Trong trƣờng hợp dịch dinh dƣỡng không có sự cân bằng về ion khoáng thì sẽ gây ra các ảnh hƣởng tiêu cực cho suốt các giai đoạn sinh trƣởng của cây trồng (Steiner, 1961; Steiner, 1968) [25], [26].
Nhƣ vậy, sự hạn chế về cân bằng ion khiến cho việc cung cấp một ion mà không đƣa vào một ion đối kháng là không thể. Sự thay đổi nồng độ của một ion phải đi kèm với sự thay đổi tƣơng ứng đối với ion mang điện tích trái dấu, sự thay đổi bổ sung đối với các ion khác cùng điện tích hoặc cả hai (Hewitt, 1966) [17]. Ngoài vai trò của sự cân bằng điện tích giữa các ion trái dấu, một số công bố khoa học đã chỉ ra nồng độ của dung dịch dinh dƣỡng có thể giảm 50% mà không có bất kỳ ảnh hƣởng xấu nào đến sinh khối và chất lƣợng của hoa đồng tiền (Zheng và cộng sự, 2005) [35] và phong lữ thảo. Tuy nhiên, nồng độ quá thấp sẽ không đáp ứng đƣợc nhu cầu tối thiểu của một số chất dinh dƣỡng.
Trong khi đó, các dung dịch dinh dƣỡng có nồng độ cao dẫn đến sự hấp thu quá nhiều chất dinh dƣỡng và do đó có thể gây ra các tác động độc hại. Để thiết kế một chế độ dinh dƣỡng tối ƣu, các nghiên cứu trƣớc đây đều chỉ ra rằng chủ yếu tập trung vào các thành phần quan trong đã đề cập ở trên, nồng độ tối ƣu của một số chất dinh dƣỡng trong dung dịch nuôi trồng trong điều kiện 4 môi trƣờng đặc biệt cũng nhƣ tỷ lệ tƣơng đối chứ không phải nồng độ tuyệt đối của chúng nhƣ là các yếu tố quyết định (Juárez et al. Một trong những công thức dinh dƣỡng dành cho nghiên cứu và canh tác thủy canh đƣợc sử dụng phổ biến cho đến ngày nay là công thức dung dịch dinh dƣỡng của Hoagland. Dung dịch thủy canh Hoagland đƣợc nghiên cứu và phát triển bởi Hoagland và Armon 1938 và đƣợc Armon sửa đổi lại năm 1950.
Dung dịch thủy canh Hoagland cung cấp đầy đủ dƣỡng chất cho cây trồng sinh trƣởng và phát triển và phù hợp với phần lớn cây trồng. Bảng dƣới đây mô tả chi tiết công thức và nồng độ dung dịch gốc (stock solution) cũng nhƣ cách pha chế thành dung dịch hoạt động (working solution).2 Vai trò của pH trong dung dịch dinh dưỡng Vai trò của pH đến biến đổi của các chất trong dung dịch dinh dưỡng Độ pH là thông số đo độ axit hoặc độ kiềm của dung dịch. Giá trị này biểu thị mối quan hệ giữa nồng độ của các ion tự do 𝐻+ và 𝑂𝐻− có trong dung dịch và nằm trong khoảng từ 0 đến 14. Việc thay đổi độ pH của dung dịch dinh dƣỡng ảnh hƣởng đến thành phần, sự hình thành nguyên tố và khả dụng sinh học của nó.
Yếu tố pH có vai trò ảnh hƣởng trực tiếp đến sự phân bố của các nguyên tố giữa các dạng hóa học và vật lý của chúng nhƣ: ion tự do, phức chất hòa tan, chelate, cặp ion, pha rắn và khí và các trạng thái oxy hóa khác nhau (De Rijck & Schrevens, 1998a) [12]. Một đặc điểm quan trọng của dung dịch dinh dƣỡng là chúng phải chứa các ion trong dung dịch và ở dạng hóa học mà cây trồng có thể hấp thụ đƣợc, vì vậy trong hệ thống thủy canh, năng suất của cây trồng có liên quan chặt chẽ với sự hấp thu chất dinh dƣỡng mà điều này ảnh hƣởng rất lớn đến sự điều chỉnh độ pH của dung dịch dinh dƣỡng cung cấp cho thực vật đang canh tác (Marschner, 1995) [19]. Đối với nhóm chất Nitơ trong dung dịch dinh dƣỡng, 𝑁𝐻3 chỉ tạo phức với 𝐻+. Đối với khoảng pH từ 2 đến 7, 𝑁𝐻3 hiện diện hoàn toàn dƣới dạng 𝑁𝐻4 + .