Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ dung dịch dinh dưỡng chiết xuất từ chất thải hữu cơ đến sinh trưởng và năng suất rau ăn lá tại tỉnh Thái Nguyên

• Tác giả: Ma Văn Bưởi
• Người hướng dẫn: TS. Đặng Thị Tố Nga
• Trường học: Đại học Nông Lâm - Đại học Thái Nguyên
• Chuyên ngành: Khoa học cây trồng
• Đề tài: Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ dung dịch dinh dưỡng được chiết xuất từ chất thải hữu cơ đến sinh trưởng, năng suất của một số loại rau ăn lá tại tỉnh Thái Nguyên
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Thái Nguyên

• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
• 1.1. Cơ sở khoa học của đề tài
• 1.2. Tình hình nghiên cứu về nông nghiệp thủy canh
• 1.2.1. Khái niệm chung
• 1.2.2. Phân loại các hệ thống thủy canh
• 1.2.3. Kết quả nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật thủy canh trên thế giới và ở Việt Nam
• 1.3. Tình hình nghiên cứu về dung dịch dinh dưỡng thủy canh và sản xuất dung dịch dinh dưỡng từ chất thải hữu cơ
• 1.3.1. Kết quả nghiên cứu về dung dịch dinh dưỡng thủy canh
• 1.3.2. Kết quả nghiên cứu về sản xuất dung dịch dinh dưỡng từ chất thải hữu cơ
• 1.4. Đặc điểm của các đối tượng nghiên cứu trong đề tài
• 1.4.1. Đặc điểm rau cải Mèo
• 1.4.2. Đặc điểm rau Húng Quế
• 2. CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Đối tượng và vật liệu nghiên cứu
• 2.1.1. Đối tượng nghiên cứu
• 2.1.2. Vật liệu nghiên cứu
• 2.2. Địa điểm và thời gian tiến hành
• 2.2.1. Địa điểm nghiên cứu
• 2.2.2. Thời gian nghiên cứu
• 2.3. Nội dung nghiên cứu
• 2.4. Phương pháp nghiên cứu và các chỉ tiêu theo dõi
• 2.4.1. Phương pháp bố trí thí nghiệm
• 2.4.2. Các chỉ tiêu và phương pháp theo dõi
• 2.4.3. Phương pháp xử lý số liệu
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ dung dịch dinh dưỡng chiết xuất từ chất thải hữu cơ đến sinh trưởng, năng suất và chất lượng rau Cải Mèo trồng trong hệ thống thủy canh tuần hoàn
• 3.1.1. Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch dinh dưỡng chiết xuất từ chất thải hữu cơ đến khả năng sinh trưởng của rau Cải Mèo trồng trong hệ thống thủy canh tuần hoàn
• 3.1.2. Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch dinh dưỡng chiết xuất từ chất thải hữu cơ đến năng suất của rau cải Mèo trồng trong hệ thống thủy canh tuần hoàn
• 3.1.3. Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch dinh dưỡng chiết xuất từ chất thải hữu cơ đến hiệu quả kinh tế của 1.000 m2 rau cải Mèo trồng trong hệ thống thủy canh tuần hoàn
• 3.1.4. Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch dinh dưỡng chiết xuất từ chất thải hữu cơ đến chất lượng của rau cải Mèo trồng trong hệ thống thủy canh tuần hoàn
• 3.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ dung dịch dinh dưỡng chiết xuất từ chất thải hữu cơ đến sinh trưởng, năng suất và chất lượng rau Húng Quế trồng trong hệ thống thủy canh tuần hoàn
• 3.2.1. Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch dinh dưỡng chiết xuất từ chất thải hữu cơ đến khả năng sinh trưởng của Húng Quế trồng trong hệ thống thủy canh tuần hoàn
• 3.2.2. Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch dinh dưỡng chiết xuất từ chất thải hữu cơ đến năng suất của Húng Quế trồng trong hệ thống thủy canh tuần hoàn
• 3.2.3. Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch dinh dưỡng chiết xuất từ chất thải hữu cơ đến chất lượng rau Húng Quế trồng trong hệ thống thủy canh tuần hoàn
• 3.2.4. Sơ bộ hạch toán kinh tế cho 1000 m2 nhà màng sản xuất Húng Quế bằng phương pháp thủy canh tuần hoàn sử dụng dung dịch dinh dưỡng chiết xuất từ chất thải hữu cơ với nồng độ khác nhau
• KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC 1

I. Giới thiệu và tính cấp thiết của đề tài

Nghiên cứu này tập trung vào việc ảnh hưởng của nồng độ dung dịch dinh dưỡng chiết xuất từ chất thải hữu cơ đến sinh trưởng và năng suất của các loại rau ăn lá tại Thái Nguyên. Với sự phát triển của nông nghiệp công nghệ cao, việc tận dụng chất thải hữu cơ để tạo ra dung dịch dinh dưỡng không chỉ giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường mà còn nâng cao chất lượng nông sản. Đề tài này nhằm giải quyết vấn đề thiếu đất canh tác và nhu cầu sản xuất rau an toàn, đặc biệt là ở các vùng núi phía Bắc.

1.1. Mục đích và yêu cầu

Mục đích chính của nghiên cứu là xác định nồng độ dung dịch dinh dưỡng phù hợp cho sản xuất rau ăn lá như rau Cải Mèo và rau Húng Quế. Yêu cầu của đề tài bao gồm đánh giá khả năng sinh trưởng, năng suất và chất lượng của các loại rau này khi sử dụng dung dịch dinh dưỡng từ chất thải hữu cơ.

1.2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Nghiên cứu này mang lại ý nghĩa khoa học lớn khi cung cấp dữ liệu và cơ sở cho việc phát triển dung dịch dinh dưỡng từ chất thải hữu cơ. Về ý nghĩa thực tiễn, nghiên cứu giúp tận dụng chất thải hữu cơ, giảm gánh nặng xử lý môi trường và nâng cao chất lượng rau bằng cách giảm sử dụng dinh dưỡng vô cơ.

II. Cơ sở khoa học và tình hình nghiên cứu

Nghiên cứu dựa trên cơ sở khoa học về việc tận dụng chất thải hữu cơ để tạo ra dung dịch dinh dưỡng cho canh tác thủy canh. Trên thế giới, các nghiên cứu về sử dụng chất thải hữu cơ trong thủy canh còn hạn chế, đặc biệt là ở Việt Nam. Một số nghiên cứu gần đây đã chỉ ra rằng, việc sử dụng dung dịch dinh dưỡng từ chất thải hữu cơ có thể mang lại hiệu quả tương đương với dung dịch vô cơ, đồng thời cải thiện chất lượng nông sản.

2.1. Khái niệm và phân loại thủy canh

Thủy canh là phương pháp trồng cây không sử dụng đất, thay vào đó cây được trồng trong dung dịch dinh dưỡng hoặc giá thể. Có hai hệ thống thủy canh chính: thủy canh tĩnh và thủy canh động, trong đó thủy canh động được chia thành hệ thống mở và kín. Các hệ thống này đã được nghiên cứu và áp dụng rộng rãi trên thế giới.

2.2. Kết quả nghiên cứu về dung dịch dinh dưỡng

Các nghiên cứu gần đây cho thấy, việc sử dụng dung dịch dinh dưỡng từ chất thải hữu cơ có thể mang lại hiệu quả cao trong canh tác thủy canh. Ví dụ, nghiên cứu của Nguyễn Thị Lân và cộng sự (2021) đã chứng minh rằng, cây rau muống sinh trưởng tốt khi sử dụng dung dịch dinh dưỡng từ chất thải hữu cơ, với chất lượng cao hơn so với sử dụng dung dịch vô cơ.

III. Phương pháp nghiên cứu và kết quả

Nghiên cứu được thực hiện trên hai loại rau chính là rau Cải Mèo và rau Húng Quế, sử dụng các nồng độ khác nhau của dung dịch dinh dưỡng chiết xuất từ chất thải hữu cơ. Các chỉ tiêu theo dõi bao gồm sinh trưởng, năng suất và chất lượng của rau. Kết quả nghiên cứu cho thấy, nồng độ dung dịch dinh dưỡng có ảnh hưởng đáng kể đến các chỉ tiêu này.

3.1. Ảnh hưởng đến sinh trưởng và năng suất

Kết quả cho thấy, nồng độ dung dịch dinh dưỡng ảnh hưởng rõ rệt đến chiều cao cây, số lá và năng suất của cả rau Cải Mèo và rau Húng Quế. Cụ thể, nồng độ dung dịch dinh dưỡng tối ưu giúp cải thiện đáng kể các chỉ tiêu sinh trưởng và năng suất của rau.

3.2. Ảnh hưởng đến chất lượng và hiệu quả kinh tế

Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng, việc sử dụng dung dịch dinh dưỡng từ chất thải hữu cơ không chỉ cải thiện chất lượng rau mà còn mang lại hiệu quả kinh tế cao. Cụ thể, chi phí sản xuất giảm đáng kể khi tận dụng chất thải hữu cơ, đồng thời chất lượng rau được nâng cao do giảm sử dụng dinh dưỡng vô cơ.

IV. Kết luận và đề xuất

Nghiên cứu đã chứng minh rằng, việc sử dụng dung dịch dinh dưỡng chiết xuất từ chất thải hữu cơ có thể mang lại hiệu quả cao trong sản xuất rau ăn lá tại Thái Nguyên. Kết quả nghiên cứu không chỉ góp phần giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường mà còn nâng cao chất lượng và hiệu quả kinh tế trong sản xuất nông nghiệp.

4.1. Kết luận

Nghiên cứu đã xác định được nồng độ dung dịch dinh dưỡng phù hợp cho sản xuất rau Cải Mèo và rau Húng Quế, đồng thời chứng minh hiệu quả của việc sử dụng chất thải hữu cơ trong canh tác thủy canh.

4.2. Đề xuất

Cần tiếp tục nghiên cứu sâu hơn về việc tối ưu hóa nồng độ dung dịch dinh dưỡng và mở rộng ứng dụng phương pháp này cho các loại cây trồng khác, nhằm tăng cường hiệu quả sản xuất và bảo vệ môi trường.

Tổng quan nghiên cứu

Nông nghiệp Việt Nam đóng góp khoảng 14,57% tổng sản phẩm quốc nội với 40% lực lượng lao động, trong đó sản xuất rau an toàn ngày càng được quan tâm do nhu cầu tiêu dùng tăng cao. Tuy nhiên, việc sử dụng phân hóa học và thuốc trừ sâu trong nông nghiệp truyền thống đã gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng. Kỹ thuật thủy canh, đặc biệt là sử dụng dung dịch dinh dưỡng chiết xuất từ chất thải hữu cơ, được xem là giải pháp tiềm năng nhằm nâng cao chất lượng sản phẩm, bảo vệ môi trường và giảm phụ thuộc vào phân vô cơ. Nghiên cứu này tập trung đánh giá ảnh hưởng của nồng độ dung dịch dinh dưỡng chiết xuất từ chất thải hữu cơ đến sinh trưởng, năng suất của rau cải Mèo và rau Húng Quế tại tỉnh Thái Nguyên trong khoảng thời gian từ tháng 8 đến tháng 12 năm 2021. Mục tiêu chính là xác định nồng độ dung dịch dinh dưỡng thích hợp nhằm tối ưu hóa sinh trưởng và năng suất của hai loại rau ăn lá này trong hệ thống thủy canh tuần hoàn. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc phát triển kỹ thuật thủy canh bền vững, tận dụng nguồn thải hữu cơ, đồng thời góp phần nâng cao hiệu quả sản xuất nông nghiệp công nghệ cao tại các vùng núi phía Bắc Việt Nam.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết về dinh dưỡng cây trồng và kỹ thuật thủy canh. Lý thuyết dinh dưỡng cây trồng nhấn mạnh vai trò của các nguyên tố đa lượng và vi lượng trong sự sinh trưởng, phát triển của cây, với pH dung dịch dinh dưỡng tối ưu từ 6,0 đến 7,5 và độ dẫn điện (EC) phù hợp để đảm bảo hấp thu dinh dưỡng hiệu quả. Mô hình thủy canh tuần hoàn được áp dụng nhằm tiết kiệm nước và dinh dưỡng, đồng thời kiểm soát môi trường sinh trưởng cho cây. Các khái niệm chính bao gồm: dung dịch dinh dưỡng chiết xuất từ chất thải hữu cơ, hệ thống thủy canh tuần hoàn, sinh trưởng cây trồng (chiều cao, số lá, kích thước lá), năng suất thực thu và chất lượng sản phẩm (hàm lượng vitamin C, nitrat, chất khô).

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu được tiến hành tại nhà kính ở thành phố Thái Nguyên từ tháng 8 đến tháng 12 năm 2021. Đối tượng nghiên cứu là hai loại rau ăn lá: cải Mèo và Húng Quế. Dung dịch dinh dưỡng được chiết xuất từ nước tiểu người qua quy trình hấp phụ than hoạt tính, oxy hóa và giải hấp phụ, sau đó khử trùng bằng khí ozon. Thí nghiệm bố trí theo kiểu khối ngẫu nhiên hoàn chỉnh (RCBD) với 5 công thức nồng độ dung dịch dinh dưỡng (500, 700, 900, 1100, 1300 ppm), mỗi công thức có 3 lần nhắc lại, diện tích mỗi ô thí nghiệm 6,4 m². Các chỉ tiêu theo dõi gồm chiều cao cây, số lá, chiều dài và chiều rộng lá, năng suất cá thể, năng suất lý thuyết và thực thu, cùng các chỉ tiêu chất lượng như hàm lượng vitamin C, nitrat và kim loại nặng. Dữ liệu được xử lý thống kê bằng phần mềm SAS 9 với phương pháp phân tích phương sai ANOVA, mức ý nghĩa 95%.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Ảnh hưởng đến sinh trưởng rau cải Mèo:
   Chiều cao cây tăng rõ rệt theo nồng độ dung dịch dinh dưỡng, từ 15,27 cm (500 ppm) lên đến 30,58 cm (1300 ppm) sau 20 ngày (P<0,05). Số lá cũng tăng từ 9,53 lá/cây lên 12,47 lá/cây, chiều dài lá từ 14,11 cm đến 23,94 cm, chiều rộng lá từ 8,7 cm đến 13,97 cm tương ứng với nồng độ tăng (P<0,05).

2. Năng suất rau cải Mèo:
   Năng suất cá thể tăng từ 42,83 g/cây (500 ppm) lên 85,23 g/cây (1300 ppm). Năng suất thực thu đạt 921,35 – 930,73 kg/1000 m² ở 500 ppm và tăng lên 1842,71 – 1861,98 kg/1000 m² ở 1300 ppm (P<0,05). Mối tương quan giữa nồng độ dung dịch và năng suất có hệ số R² đạt 0,9806, cho thấy mối liên hệ chặt chẽ.

3. Hiệu quả kinh tế:
   Tổng thu tăng từ 13.600 đ/1000 m² (500 ppm) lên 27.200 đ/1000 m² (1300 ppm). Lãi thuần dao động từ 1.600 đ/1000 m² đến 12.200 đ/1000 m², phản ánh hiệu quả kinh tế tích cực khi tăng nồng độ dung dịch.

4. Chất lượng sản phẩm:
   Hàm lượng vitamin C và chất khô của rau cải Mèo và Húng Quế được cải thiện ở các nồng độ dung dịch cao hơn, trong khi hàm lượng nitrat và kim loại nặng đều nằm trong giới hạn an toàn theo tiêu chuẩn quốc gia.

Thảo luận kết quả

Kết quả cho thấy dung dịch dinh dưỡng chiết xuất từ chất thải hữu cơ có khả năng cung cấp đầy đủ các nguyên tố đa lượng và vi lượng cần thiết cho sự sinh trưởng của rau cải Mèo và Húng Quế trong hệ thống thủy canh tuần hoàn. Việc tăng nồng độ dung dịch từ 500 đến 1300 ppm tương ứng với sự gia tăng đáng kể các chỉ tiêu sinh trưởng và năng suất, phù hợp với các nghiên cứu trước đây về ảnh hưởng của nồng độ dinh dưỡng đến cây trồng thủy canh. Mối tương quan tuyến tính giữa nồng độ dung dịch và các chỉ tiêu sinh trưởng, năng suất cho thấy nồng độ tối ưu có thể còn cao hơn 1300 ppm, cần nghiên cứu bổ sung để xác định chính xác. Hiệu quả kinh tế cũng được cải thiện rõ rệt, chứng tỏ tính khả thi của việc sử dụng dung dịch chiết xuất từ chất thải hữu cơ trong sản xuất rau thủy canh. Các chỉ tiêu chất lượng đảm bảo an toàn thực phẩm, góp phần nâng cao giá trị sản phẩm và sức khỏe người tiêu dùng. Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ động thái tăng trưởng chiều cao, số lá, kích thước lá và biểu đồ tương quan năng suất với nồng độ dung dịch để minh họa rõ ràng hơn.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Tăng cường nghiên cứu xác định nồng độ dung dịch tối ưu:
   Tiến hành các thí nghiệm bổ sung với nồng độ dung dịch trên 1300 ppm để xác định mức tối ưu cho từng loại rau, nhằm tối đa hóa năng suất và chất lượng.

2. Phát triển quy trình sản xuất dung dịch dinh dưỡng từ chất thải hữu cơ quy mô lớn:
   Xây dựng mô hình sản xuất công nghiệp dung dịch dinh dưỡng chiết xuất từ nước tiểu và các chất thải hữu cơ khác, đảm bảo tính ổn định và an toàn, phục vụ sản xuất thủy canh.

3. Đào tạo và chuyển giao kỹ thuật cho nông dân:
   Tổ chức các khóa tập huấn về kỹ thuật thủy canh sử dụng dung dịch dinh dưỡng hữu cơ, giúp nông dân nâng cao năng lực sản xuất, giảm chi phí và bảo vệ môi trường.

4. Khuyến khích chính sách hỗ trợ phát triển nông nghiệp công nghệ cao:
   Đề xuất các chính sách ưu đãi về vốn, kỹ thuật và thị trường cho các doanh nghiệp và hộ nông dân ứng dụng kỹ thuật thủy canh với dung dịch dinh dưỡng hữu cơ trong sản xuất rau an toàn.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Nông dân và hộ sản xuất rau thủy canh:
   Hướng dẫn áp dụng dung dịch dinh dưỡng chiết xuất từ chất thải hữu cơ để nâng cao năng suất, giảm chi phí đầu vào và bảo vệ môi trường.

2. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành nông học, công nghệ sinh học:
   Cung cấp cơ sở khoa học và dữ liệu thực nghiệm về ứng dụng dung dịch dinh dưỡng hữu cơ trong thủy canh, mở rộng hướng nghiên cứu mới.

3. Doanh nghiệp sản xuất và cung ứng vật tư nông nghiệp:
   Tham khảo để phát triển sản phẩm dung dịch dinh dưỡng hữu cơ, đáp ứng nhu cầu thị trường rau sạch và bền vững.

4. Cơ quan quản lý nhà nước và tổ chức phát triển nông nghiệp:
   Là tài liệu tham khảo để xây dựng chính sách, chương trình hỗ trợ phát triển nông nghiệp công nghệ cao, thúc đẩy sản xuất rau an toàn và bảo vệ môi trường.

Câu hỏi thường gặp

1. Dung dịch dinh dưỡng chiết xuất từ chất thải hữu cơ có an toàn cho cây trồng không?
   Có, nghiên cứu cho thấy dung dịch này cung cấp đầy đủ các nguyên tố dinh dưỡng cần thiết và không gây độc hại, đồng thời hàm lượng nitrat và kim loại nặng trong rau đều nằm trong giới hạn an toàn.

2. Nồng độ dung dịch dinh dưỡng nào là tối ưu cho rau cải Mèo và Húng Quế?
   Nồng độ 1300 ppm cho kết quả sinh trưởng và năng suất tốt nhất trong nghiên cứu, tuy nhiên có thể còn cao hơn nữa nên cần nghiên cứu thêm để xác định chính xác.

3. Phương pháp chiết xuất dung dịch dinh dưỡng từ chất thải hữu cơ như thế nào?
   Quy trình gồm hấp phụ than hoạt tính, oxy hóa, giải hấp phụ và khử trùng bằng khí ozon, đảm bảo chuyển hóa các chất hữu cơ thành ion vô cơ dễ hấp thu cho cây.

4. Hệ thống thủy canh tuần hoàn có ưu điểm gì so với hệ thống thủy canh mở?
   Hệ thống tuần hoàn tiết kiệm nước và dung dịch dinh dưỡng, giảm lãng phí và ô nhiễm môi trường, đồng thời kiểm soát tốt hơn điều kiện sinh trưởng cho cây.

5. Làm thế nào để điều chỉnh pH dung dịch dinh dưỡng trong hệ thống thủy canh?
   pH được kiểm tra định kỳ và điều chỉnh bằng cách thêm KOH để tăng pH hoặc H3PO4 để giảm pH, duy trì trong khoảng 6,0 – 7,5 để cây hấp thu dinh dưỡng hiệu quả.

Kết luận

• Nồng độ dung dịch dinh dưỡng chiết xuất từ chất thải hữu cơ ảnh hưởng tích cực đến sinh trưởng và năng suất rau cải Mèo và Húng Quế trong hệ thống thủy canh tuần hoàn.
• Nồng độ 1300 ppm cho kết quả tốt nhất với chiều cao cây đạt 30,58 cm, số lá 12,47 lá/cây và năng suất thực thu lên đến 1861,98 kg/1000 m².
• Hiệu quả kinh tế được cải thiện rõ rệt khi tăng nồng độ dung dịch, với lãi thuần cao nhất đạt 12.200 đ/1000 m².
• Chất lượng rau đảm bảo an toàn, hàm lượng nitrat và kim loại nặng nằm trong giới hạn cho phép.
• Cần tiếp tục nghiên cứu để xác định nồng độ dung dịch tối ưu và phát triển quy trình sản xuất dung dịch dinh dưỡng hữu cơ quy mô lớn.

Hành động tiếp theo: Khuyến khích các tổ chức, doanh nghiệp và nông dân áp dụng kỹ thuật thủy canh sử dụng dung dịch dinh dưỡng chiết xuất từ chất thải hữu cơ nhằm nâng cao năng suất, chất lượng và bảo vệ môi trường.