CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan về phương pháp thủy canh 1.1 Lịch sử phát triển Khái niệm: Thủy canh là hình thức canh tác không dùng đất. Cây được trồng trên hoặc trong dung dịch dinh dưỡng, sử dụng dinh dưỡng hòa tan trong nước dưới dạng dung dịch và tùy theo từng kỹ thuật mà toàn bộ hoặc một phần rễ cây được ngâm trong dung dịch dinh dưỡng [3]. Hiện nay có 4 phương pháp thủy canh thông dụng là: Khí canh: là mô hình trồng rau thủy canh dùng hơi sương để cung cấp chất dinh dưỡng cho cây. Có ưu điểm: năng suất cao hơn, chất lượng rau tốt hơn so với các mô hình thủy canh khác; cung cấp một lượng lớn oxy cho rễ cây, giúp rau trồng có sức đề kháng tốt hơn và đảm bảo không bị sâu bệnh làm hại; tiết kiệm diện tích, chứa ít nước nên khá nhẹ nhàng, phù hợp với nhà ở đô thị.
Nhược điểm: chi phí cao, mô hình phức tạp, không thể trồng nhiều loại cây trên 1 trụ; cần phải cung cấp dinh dưỡng cho cây thường xuyên và liên tục [1]. Tưới nhỏ giọt trên nền giá thể: là cách tưới dung dịch dinh dưỡng cho cây bằng cách nhỏ giọt trực tiếp lên rễ cây sử dụng hệ thống tưới nhỏ giọt tự động, thích hợp với các loại rau ăn quả. Ưu điểm: tiết kiệm nước và dung dịch thủy canh một cách tối đa, chăm sóc cây với hệ thống tưới hoàn toàn tự động, giúp cây sinh trưởng và phát triển tốt, nâng cao năng suất và chất lượng rau, đảm bảo không bị xói mòn giá thể. Nhược điểm: chỉ tưới nước, dung dịch cho rễ cây mà không làm mát cho cây trong điều kiện thời tiết nắng nóng, chi phí đầu tư trang thiết bị lớn, hệ thống tưới nước tự động dễ hư hỏng, tắc nghẽn [1].
Thủy canh tĩnh: là phương pháp trồng rau bằng dung dịch thủy canh đựng cố định trong các thùng xốp hoặc các khay nhựa chuyên dụng. Mô hình phù hợp và rất phổ biến ở nhiều gia đình Việt Nam mặc dù không được áp dụng ở quy mô lớn. Ưu điểm: tiết kiệm chi phí, công sức chăm sóc cây trồng; năng suất cao, rau đảm bảo sạch và chất lượng; ít bị ảnh hưởng bởi hiện tượng trái mùa, có thể trồng rau quanh năm và đa dạng các loại rau; ít sâu bệnh. Nhược điểm: tốn khá nhiều diện tích bởi các thùng xốp hay khay nhựa 4 chuyên dụng chứa dung dịch thủy canh thường cồng kềnh và nặng; dung dịch thủy canh đứng yên, không có sự trao đổi khí, đặc biệt là rất ít oxy nên thường xảy ra hiện tượng cây bị thối rễ.
Dẫn đến hạn chế sự phát triển của cây, thậm chí có thể khiến cây bị chết; thường xuất hiện các loại rêu, bọ gậy bám vào trong thùng chứa thủy canh [1]. Thủy canh hồi lưu: sử dụng hệ thống bơm dung dịch thủy canh tự động cung cấp dinh dưỡng cho cây một cách tuần hoàn. Các chất dinh dưỡng sẽ được ống thủy canh luân chuyển đến từng cây, tạo điều kiện cho cây sinh trưởng và phát triển nhanh nhất. Đây là mô hình phổ biến nhất hiện nay áp dụng cho quy mô nhỏ cũng như quy mô lớn công nghiệp.
Ưu điểm: nhờ vào sự luân chuyển của dòng dinh dưỡng, cây hấp thụ chất dinh dưỡng tốt hơn và trao đổi chất nhanh hơn, từ đó cây phát triển nhanh hơn; hệ thống thủy canh hoạt động tự động, tiết kiệm thời gian chăm sóc; đảm bảo rau trồng đạt năng suất cao, tươi ngon và an toàn. Nhược điểm: chi phí đầu tư ban đầu khá cao; không phù hợp với một số loại cây như cây ăn quả lâu năm và các loại củ [1].2 Tình hình ứng dụng kỹ thuật thủy canh trên thế giới và trong nước. Lịch sử phát triển kỹ thuật thủy canh trên thế giới: Kỹ thuật thủy canh đã có từ lâu. Nhưng khoa học hiện đại về thủy canh thực tế đã xuất hiện vào khoảng năm 1936 khi những thử nghiệm của tiến sỹ W.Gericke ở trường đại học California được công bố.
Ông đã trồng thành công một số loại cây trong nước trong đó có cây cà chua trong 12 tháng có chiều cao 7,5m Gericke công bố khả năng thương mại của ngành thủy canh và đặt tên cho nó là “hydroponics” trong tiếng Hy Lạp là nước và “ponos” có nghĩa là lao động. Vì vậy thủy canh hiểu theo nghĩa đen là làm việc với nước [1]. Sự nghiên cứu trong những niên đại gần đây nhất cho thấy vườn treo Babilon và vườn nổi Kashmir và tại Aztec Indians của Mexico cũng còn những nơi trồng cây trên bè trong những hồ cạn. Năm 1699, nhà khoa học Anh John Woodward đã thí nghiệm trồng cây trong nước có chứa các loại đất khác nhau và kết luận rằng: “Chính các chất hòa tan trong đất đã thúc đẩy sự phát triển của thực vật chứ không phải là đất”.
5 Nhiều thập kỉ sau đó các nhà khoa học đã phân tích thành phần cơ bản của thực vật và khả năng hấp thụ chất dinh dưỡng cho sự phát triển của cây bằng thực nghiệm. Năm 1938, nhà dinh dưỡng thực vật Dennis R.Hoagland đã đưa ra công thức dung dịch dinh dưỡng thủy canh mà ngày nay vẫn còn được sử dụng. Những năm 30 của thế kỉ XX, W.Gericke đã phổ biến rộng rãi phương pháp thủy canh ở nước Mỹ. Tuy nhiên, những ứng dụng trên quy mô lớn khi đó còn rất ít, cho đến năm 1944 khi Mỹ sử dụng phương pháp thủy canh trồng rau cung cấp cho quân đội ở vùng xa Đại Tây Dương và các nơi khác đã chứng minh: mỗi vụ trồng ¼ ha rau xà lách có thể cung cấp cho 400 người sử dụng.
Kỹ thuật thủy canh ban đầu dùng những bề có diện tích tới 11m2, với diện tích như vậy hàng tuần người ta có thể thu hoạch được: 15kg cà chua, 20kg rau diếp, 9kg đậu, 20kg ngô ngọt. Một dự án về kĩ thuật thủy canh lớn nhất thế giới với diện tích 22ha ở đảo Chofu Nhật Bản được thực hiện trong một diện tích nhà kính 21.370m2 có 87 luống dài 91m và rộng 1,25m với môi trường trồng là cát vàng. Ngay tại Mỹ, thủy canh được dùng rộng rãi cho mục đích sản xuất, kinh doanh hoa: Cẩm chướng, Lay ơn, Cúc,…. Các cơ sở lớn trồng hoa bằng thủy canh còn có ở Ý, Tây Ban Nha, Pháp, Anh, Đức và Thụy Điển.
Trong khi đó, ở những vùng khô cằn như Vịnh Ả rập, Israel thủy canh được sử dụng phổ biến để trồng rau. Ở Singapore, Liên doanh Aero green Technology là công ty đầu tiên ở Châu Á áp dụng kỹ thuật thủy canh trồng rau trong dung dịch dinh dưỡng không cần đất. Hàng năm Singapore tiêu thụ lượng rau trị giá 260 triệu USD. Vì diện tích có giới hạn nên hơn 90% rau xanh được nhập khẩu, tại nông trại Aero Green ở Lim Chu Kang trị giá 5 triệu USD cho thu hoạch khoảng 900kg rau mỗi ngày.
Nhật Bản đẩy mạnh kỹ thuật thủy canh để sản xuất rau sạch. An toàn thực phẩm là một trong những vấn đề mà người Nhật rất quan tâm, họ luôn lo nghĩ và thận trọng đối với những phụ gia thực phẩm hay thuốc trừ sâu nông nghiệp. Hơn nữa, do diện tích canh tác hạn hẹp nên chính phủ Nhật đặc biệt khuyến khích phát triển phương pháp nông nghiệp thủy canh. 6 Lịch sử phát triển của ký thuật thủy canh trong nước: Việc nuôi trồng thủy canh được biết khá lâu, nhưng chưa được nghiên cứu có hệ thống và được sử dụng để trồng các loại cây cảnh nhiều hơn.Lê Đình Lương – khoa Sinh học ĐHQG Hà Nội phối hợp với viện nghiên cứu và phát triển Hồng Kông (R&D Hong Kong) 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 triển khai mô hình thủy canh được phát triển 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 Đại học Khoa học Tự nhiên Thành Phố Hồ Chí Minh đã ứng dụng thành công phương pháp thủy canh với vài loại rau thông dụng, cải xanh, cải ngọt, xà lách… Phân viện công nghệ sau thu hoạch, Viện Sinh học nhiệt đới cũng đã có những nghiên cứu và sản xuất theo phương pháp thủy canh. Nội dung chủ yếu là: + Thiết kế và phối hợp sản xuất các nguyên liệu dùng cho thủy canh. + Nghiên cứu trồng các lọai cây khác nhau, cấy truyền từ nuôi cấy mô vào hệ thủy canh trước khi đưa vào đất một số cây ăn quả khó trồng trực tiếp vào đất.
+ Triển khai thủy canh ở quy mô gia đình, thành thị và nông thôn. Kết hợp thủy canh với dự án rau sạch của thành phố.3 Các nghiên cứu về dung dịch thủy canh trên thế giới và Việt Nam a) Trên thế giới: Dung dịch thủy canh: Dung dịch dinh dưỡng để trồng cây bằng kỹ thuật thủy canh được nghiên cứu cùng với sự ra đời của kỹ thuật thủy canh. Dựa vào nghiên cứu của nhiều nhà khoa học là cây trồng chỉ có thể sinh trưởng và phát triển bình thường nếu có đủ 19 nguyên tố thiết yếu (C, H, O, N, P, K, Ca, Mg, S, Si, Fe, Cu, Mn, Mo, Zn, B, Cl, Na, Ni), nhiều dung dịch dinh dưỡng để trồng cây trong dung dịch ra đời. Dung dịch dinh dưỡng đầu tiên được sử dụng để nuôi cây là dung dịch của nhà sinh lý thực vật Knop 7 (từ giữa thế kỷ 19).
Dung dịch Knop có thành phần rất đơn giản gồm 6 loại muối vô cơ trong đó chứa các nguyên tố đa lượng, không có nguyên tố vi lượng vì vậy cây trồng trong dung dịch này sinh trưởng không tốt [1]. Sau dung dịch Knop hàng loạt dung dịch dinh dưỡng để nuôi cấy thực vật bậc cao ra đời như dung dịch Hoagland – Armon (gồm 4 hợp chất muối vô cơ), dung dịch Armon, Olsen, Sinsadze (gồm nhiều loại muốn vô cơ) và một số dung dịch được sử dụng gần dây như dung dịch của FAO, của Đài loan… Sự quan trọng của dung dịch dinh dưỡng đối với cây trồng đã được Liebig và Karl Sgrengel, Wiegman và Polsof chỉ ra vào năm 1942 sau đó được Sarchs khẳng định lại trong nghiên cứu kỹ thuật thủy canh. Theo Midmore, việc nghiên cứu hoàn thiện dung dịch dinh dưỡng cho một loại cây trồng trong từng mùa vụ là cần thiết vì các loại cây khác nhau có nhu cầu về dinh dưỡng và nước khác nhau [5].