Khóa Luận Tốt Nghiệp: Nghiên Cứu Dung Dịch Dinh Dưỡng Hữu Cơ Tự Chiết Xuất Cho Thủy Canh Rau Ăn Lá

Khóa luận nghiên cứu ứng dụng dung dịch dinh dưỡng hữu cơ tự chiết xuất từ động thực vật trong sản xuất thủy canh với giá thể trơ cho các loại rau ăn lá.

• Tác giả: Nguyễn Thị Hoài
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Thị Ngọc Dinh
• Trường học: Học viện Nông nghiệp Việt Nam
• Chuyên ngành: Nông học
• Đề tài: Nghiên cứu sử dụng dung dịch dinh dưỡng hữu cơ tự chiết xuất từ động, thực vật cho sản xuất thủy canh động với giá thể trơ cho một số loại rau ăn lá
• Loại tài liệu: Khóa luận tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2021
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• 1. MỤC LỤC
• 2. DANH MỤC VIẾT TẮT
• 3. DANH MỤC BẢNG
• 4. DANH MỤC BIỂU ĐỒ
• 5. TÓM TẮT KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
• 6. MỤC ĐÍCH VÀ YÊU CẦU ĐỀ TÀI
• 7. TỔNG QUAN VẤN ĐỀ CẦN NGHIÊN CỨU
• 7.1. Thủy canh và cơ sở khoa học của thủy canh
• 7.1.1. Khái niệm thủy canh
• 7.1.2. Lịch sử phát triển thủy canh và cơ sở khoa học
• 7.1.3. Phân loại hệ thống thủy canh
• 7.1.4. Ưu, nhược điểm của hệ thống thủy canh
• 7.1.5. Các yếu tố ảnh hưởng đến sinh trưởng, phát triển của hệ thống thủy canh
• 7.1.6. Một số giá thể hữu cơ
• 7.1.7. Dung dịch dinh dưỡng
• 7.1.8. Đặc điểm sinh vật học và giá trị dinh dưỡng của cây rau
• 7.1.9. Cơ sở thực tiễn
• 7.1.10. Tình hình nghiên cứu, sản xuất nông nghiệp hữu cơ trên thế giới và ở Việt Nam
• 7.1.11. Tình hình nghiên cứu và phát triển thủy canh trên thế giới và ở Việt Nam
• 7.1.12. Tình hình nghiên cứu và phát triển dung dịch cho sản xuất thủy canh trên thế giới và Việt Nam
• 8. NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 8.1. Đối tượng và vật liệu nghiên cứu
• 8.2. Vật liệu nghiên cứu
• 8.3. Địa điểm nghiên cứu
• 8.4. Thời gian nghiên cứu
• 8.5. Nội dung nghiên cứu
• 8.6. Phương pháp
• 8.7. Hệ thống thủy canh động với giá thể trơ
• 8.8. Bố trí thí nghiệm
• 8.9. Các chỉ tiêu và phương pháp theo dõi
• 8.10. Kỹ thuật trồng
• 8.11. Thời vụ trồng
• 8.12. Chuẩn bị giá thể, dụng cụ
• 8.13. Chăm sóc và thu hoạch
• 8.14. Xử lí số liệu
• 9. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
• 9.1. Ảnh hưởng của các dung dịch dinh dưỡng khác nhau đến các chỉ tiêu đo đếm cây rau muống trong hệ thống thủy canh động trên nền giá thể trơ
• 9.2. Ảnh hưởng của các dung dịch dinh dưỡng hữu cơ đến sinh trưởng và phát triển của cây rau muống trong hệ thống thủy canh động trên nền giá thể trơ
• 9.3. Ảnh hưởng của các dung dịch dinh dưỡng đến đặc tính sinh trưởng của rau muống
• 9.4. Ảnh hưởng của các dung dịch dinh dưỡng khác nhau đến chỉ tiêu sinh lý của cây rau muống trong hệ thống thủy canh động trên nền giá thể trơ
• 9.5. Ảnh hưởng của các dung dịch dinh dưỡng hữu cơ khác nhau đến một số chỉ tiêu về năng suất và chất lượng của cây rau muống trong hệ thống thủy canh động trên nền giá thể trơ
• 9.6. Ảnh hưởng của các dung dịch dinh dưỡng đến sâu bệnh hại cho cây rau muống
• 9.7. Ảnh hưởng của các dung dịch dinh dưỡng hữu cơ đến năng suất của rau muống
• 9.8. Sự tương quan giữa chiều cao, khối lượng rễ và khối lượng chất khô với năng suất thực thu của cây rau muống
• 9.9. Ảnh hưởng của các dung dịch dinh dưỡng khác nhau đến các chỉ tiêu đo đếm cây rau dền đỏ trong hệ thống thủy canh động trên nền giá thể trơ
• 9.10. Ảnh hưởng của các dung dịch dinh dưỡng hữu cơ đến sinh trưởng và phát triển của cây rau dền đỏ trong hệ thống thủy canh động trên nền giá thể trơ
• 9.11. Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch dinh dưỡng khác nhau đến đặc tính sinh trưởng của rau dền đỏ trồng trên giá thể trơ
• 9.12. Ảnh hưởng của các dung dịch dinh dưỡng đến chỉ tiêu sinh lý của cây rau dền đỏ trong hệ thống thủy canh động trên nền giá thể trơ
• 9.13. Ảnh hưởng của dung dịch dinh dưỡng hữu cơ đến một số chỉ tiêu về năng suất và chất lượng của cây rau dền đỏ trong hệ thống thủy canh động trên nền giá thể trơ
• 9.14. Ảnh hưởng của các dung dịch dinh dưỡng khác nhau đến sâu bệnh hại cho cây rau dền đỏ
• 9.15. Ảnh hưởng của dung dịch dinh dưỡng hữu cơ khác nhau đến năng suất của rau dền đỏ
• 9.16. Sự tương quan giữa chiều cao, khối lượng rễ và khối lượng chất khô với năng suất thực thu của cây rau dền đỏ
• 10. PHẦN 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ
• 10.1. Kết luận về rau muống
• 10.2. Kết luận về rau dền
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Giới thiệu về nghiên cứu

Nghiên cứu này tập trung vào việc sử dụng dung dịch dinh dưỡng hữu cơ tự chiết xuất từ động thực vật cho thủy canh rau ăn lá. Mục tiêu chính là so sánh hiệu quả của dung dịch này với các dung dịch hữu cơ khác trong việc tăng trưởng và phát triển của rau muống và rau dền đỏ. Thủy canh là phương pháp canh tác không sử dụng đất, thay vào đó, cây được trồng trong dung dịch dinh dưỡng. Phương pháp này giúp tiết kiệm nước, tăng năng suất và giảm thiểu sâu bệnh. Nghiên cứu này nhấn mạnh tầm quan trọng của nông nghiệp hữu cơ và kỹ thuật thủy canh trong việc sản xuất rau sạch, an toàn.

1.1. Mục đích nghiên cứu

Mục đích chính của nghiên cứu là đánh giá hiệu quả của dung dịch dinh dưỡng hữu cơ tự chiết xuất từ động thực vật trong việc tăng trưởng và phát triển của rau muống và rau dền đỏ trong hệ thống thủy canh động với giá thể trơ. Nghiên cứu cũng so sánh dung dịch này với các dung dịch hữu cơ khác để xác định tính ưu việt trong việc cải thiện năng suất và chất lượng rau.

1.2. Yêu cầu nghiên cứu

Nghiên cứu yêu cầu đánh giá ảnh hưởng của các dung dịch dinh dưỡng hữu cơ đến sinh trưởng, sinh lý, năng suất và chất lượng của rau muống và rau dền đỏ. Đồng thời, nghiên cứu cũng xem xét tác động của các dung dịch này đến sâu bệnh hại, nhằm đảm bảo sản xuất rau an toàn và hiệu quả.

II. Tổng quan về thủy canh và dinh dưỡng hữu cơ

Thủy canh là phương pháp canh tác không sử dụng đất, thay vào đó, cây được trồng trong dung dịch dinh dưỡng. Phương pháp này có nhiều ưu điểm như tiết kiệm nước, tăng năng suất và giảm thiểu sâu bệnh. Dinh dưỡng hữu cơ là nguồn dinh dưỡng tự nhiên, được chiết xuất từ động thực vật, giúp cải thiện chất lượng và năng suất cây trồng. Nghiên cứu này tập trung vào việc sử dụng dung dịch dinh dưỡng hữu cơ tự chiết xuất trong hệ thống thủy canh động với giá thể trơ để sản xuất rau ăn lá.

2.1. Khái niệm thủy canh

Thủy canh là phương pháp canh tác không sử dụng đất, cây được trồng trong dung dịch dinh dưỡng. Phương pháp này giúp cây hấp thụ dinh dưỡng trực tiếp từ dung dịch, tăng hiệu quả sử dụng nước và dinh dưỡng. Hệ thống thủy canh có thể được chia thành hai loại chính: thủy canh tĩnh và thủy canh động, trong đó thủy canh động có ưu điểm vượt trội về việc cung cấp oxy cho rễ cây.

2.2. Dinh dưỡng hữu cơ trong thủy canh

Dinh dưỡng hữu cơ là nguồn dinh dưỡng tự nhiên, được chiết xuất từ động thực vật, giúp cải thiện chất lượng và năng suất cây trồng. Trong thủy canh, việc sử dụng dung dịch dinh dưỡng hữu cơ giúp giảm thiểu tác động tiêu cực của hóa chất, đồng thời cung cấp các nguyên tố vi lượng và vi sinh vật có lợi cho cây trồng.

III. Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu được thực hiện bằng cách bố trí thí nghiệm theo kiểu khối ngẫu nhiên RCB với 3 lần nhắc lại và 3 công thức sử dụng các dung dịch dinh dưỡng hữu cơ khác nhau. Các chỉ tiêu sinh trưởng, sinh lý, năng suất và chất lượng của rau muống và rau dền đỏ được theo dõi và đánh giá. Kết quả nghiên cứu cho thấy dung dịch dinh dưỡng hữu cơ tự chiết xuất từ động thực vật có hiệu quả cao trong việc tăng trưởng và phát triển của cây trồng.

3.1. Bố trí thí nghiệm

Thí nghiệm được bố trí theo kiểu khối ngẫu nhiên RCB với 3 lần nhắc lại và 3 công thức sử dụng các dung dịch dinh dưỡng hữu cơ khác nhau: dung dịch tự chiết xuất từ động thực vật, dung dịch VM 1954 và dung dịch Organic 1954. Các chỉ tiêu sinh trưởng, sinh lý, năng suất và chất lượng của rau muống và rau dền đỏ được theo dõi và đánh giá.

3.2. Kết quả nghiên cứu

Kết quả nghiên cứu cho thấy dung dịch dinh dưỡng hữu cơ tự chiết xuất từ động thực vật có hiệu quả cao trong việc tăng trưởng và phát triển của cây trồng. Các chỉ tiêu sinh trưởng như chiều cao, số lá, diện tích lá và chỉ tiêu sinh lý như hàm lượng diệp lục đều được cải thiện đáng kể. Năng suất và chất lượng của rau muống và rau dền đỏ cũng được nâng cao.

IV. Kết luận và đề xuất

Nghiên cứu kết luận rằng dung dịch dinh dưỡng hữu cơ tự chiết xuất từ động thực vật là giải pháp hiệu quả cho việc sản xuất rau muống và rau dền đỏ trong hệ thống thủy canh động với giá thể trơ. Nghiên cứu cũng đề xuất việc áp dụng rộng rãi phương pháp này trong nông nghiệp hữu cơ để nâng cao năng suất và chất lượng rau sạch.

4.1. Kết luận

Nghiên cứu kết luận rằng dung dịch dinh dưỡng hữu cơ tự chiết xuất từ động thực vật là giải pháp hiệu quả cho việc sản xuất rau muống và rau dền đỏ trong hệ thống thủy canh động với giá thể trơ. Các chỉ tiêu sinh trưởng, sinh lý, năng suất và chất lượng của cây trồng đều được cải thiện đáng kể.

4.2. Đề xuất

Nghiên cứu đề xuất việc áp dụng rộng rãi phương pháp sử dụng dung dịch dinh dưỡng hữu cơ tự chiết xuất trong nông nghiệp hữu cơ để nâng cao năng suất và chất lượng rau sạch. Đồng thời, cần tiếp tục nghiên cứu và phát triển các giải pháp dinh dưỡng hữu cơ khác để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao về thực phẩm an toàn.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Rau xanh giữ vai trò thiết yếu trong dinh dưỡng của con người thông qua việc cung cấp chất xơ, vitamin, muối khoáng và các nguyên tố vi lượng. Tuy nhiên, thực tế sản xuất hiện nay cho thấy tình trạng người trồng rau chưa tuân thủ quy trình kỹ thuật, lạm dụng thuốc bảo vệ thực vật, chất kích thích sinh trưởng và phân bón hóa học diễn ra phổ biến, gây mất an toàn thực phẩm. Kỹ thuật thủy canh là hướng canh tác không dùng đất có ưu điểm bảo tồn nguồn nước, cho phép sản xuất quanh năm, tăng năng suất và giảm thiểu thuốc trừ sâu. Mặc dù vậy, phương thức thủy canh sử dụng dung dịch dinh dưỡng vô cơ truyền thống bộc lộ nhiều hạn chế: dung dịch dễ biến động độ pH, nhiệt độ thay đổi theo môi trường, tích lũy hàm lượng nitrat ($\text{NO}_3^-$) cao, độ ngọt (Brix) thấp, tế bào mô thực vật trương nước khiến rau nhanh héo sau thu hoạch và khó bảo quản. Việc sử dụng dung dịch hữu cơ tự chiết xuất từ phụ phẩm động, thực vật là giải pháp thay thế nhằm cải thiện chất lượng nông sản, song dung dịch hữu cơ chưa phân hủy hoàn toàn dễ lên men làm biến động pH. Do đó, việc kết hợp dung dịch hữu cơ với giá thể trơ làm môi trường đệm trong hệ thống thủy canh động hồi lưu được tác giả lựa chọn để nghiên cứu.

Mục tiêu của đề tài là so sánh ảnh hưởng của dung dịch dinh dưỡng hữu cơ tự chiết xuất từ động, thực vật với các dung dịch hữu cơ thương phẩm khác đối với sinh trưởng, năng suất và chất lượng của rau ăn lá trong hệ thống thủy canh động với giá thể trơ. Các nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể bao gồm:

1. Đánh giá ảnh hưởng của các dung dịch dinh dưỡng hữu cơ đến sinh trưởng, sinh lý của rau muống và rau dền đỏ sử dụng công nghệ thủy canh động với giá thể trơ.
2. Đánh giá ảnh hưởng của các dung dịch dinh dưỡng hữu cơ đến năng suất của rau muống và rau dền đỏ sử dụng công nghệ thủy canh động với giá thể trơ.
3. Đánh giá ảnh hưởng của các dung dịch dinh dưỡng hữu cơ đến chất lượng của rau muống và rau dền đỏ sử dụng công nghệ thủy canh động với giá thể trơ.
4. Đánh giá ảnh hưởng của các dung dịch dinh dưỡng hữu cơ đến sâu bệnh hại của rau muống và rau dền đỏ sử dụng công nghệ thủy canh động với giá thể trơ.

Đối tượng nghiên cứu gồm hai giống rau ăn lá: giống rau muống lá tre N105 (Công ty TNHH Phát triển Giống cây trồng Nông nghiệp 1, thời gian sinh trưởng 25–30 ngày) và giống rau dền đỏ dài 155 (Công ty TNHH CH Việt Nam, thời gian sinh trưởng 25–30 ngày). Phạm vi không gian nghiên cứu được tiến hành tại Trung tâm Nông nghiệp Hữu cơ, Học viện Nông nghiệp Việt Nam (Trâu Quỳ, Gia Lâm, Hà Nội). Thời gian nghiên cứu thực nghiệm diễn ra từ tháng 3/2021 đến tháng 9/2021.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khóa luận xây dựng trên nền tảng lý thuyết dinh dưỡng khoáng thực vật (xác định 16 nguyên tố thiết yếu từ nghiên cứu của Salm-Horstmar, Sachs và Knop) và nguyên lý canh tác không dùng đất (hydroponics) khởi xướng bởi William Frederick Gericke (1929, 1937). Tác giả phân định hai nhóm hệ thống thủy canh gồm: thủy canh tĩnh (dung dịch đứng yên, rễ dễ thiếu oxy, pH giảm gây ngộ độc) và thủy canh động (dung dịch chuyển động tuần hoàn bằng hệ thống bơm hút, khắc phục thiếu hụt oxy vùng rễ). Cơ chế đệm của giá thể trơ (cát vàng kết hợp xơ dừa đã xử lý tanin theo tỷ lệ 1:1 thể tích) được ứng dụng để hạn chế tác động tiêu cực khi dung dịch hữu cơ lên men cục bộ.

Quy trình chiết xuất dung dịch dinh dưỡng hữu cơ gốc áp dụng theo phương pháp của Han Kyu Cho và Atsushi Koyama (1997):

• Nhóm nguyên liệu động và thực vật gồm cá, rau muống, ngải cứu, thân cây chuối, quả chuối, quả đu đủ được ngâm riêng rẽ với rỉ mật theo tỷ lệ 1:1 về khối lượng, ủ trong 30 ngày rồi vắt lấy dịch chiết.
• Nhóm khoáng hữu cơ gồm than xương động vật và tro cây vừng được chiết xuất riêng biệt bằng dấm ăn theo tỷ lệ 1:10 trong 15 ngày rồi lọc lấy dịch.
• Trộn đều các dịch chiết thành phần theo tỷ lệ thể tích bằng nhau để tạo dung dịch hữu cơ gốc. Kết quả phân tích thành phần cho thấy dung dịch gốc chứa N tổng số ($17,5 \pm 0,14%$), $\text{P}_2\text{O}_5$ ($1,27 \pm 0,06%$), S ($2,45\text{ g/l}$), $\text{Mg}^{2+}$ ($1,35\text{ mg/l}$), $\text{Ca}^{2+}$ ($2,57\text{ mg/l}$), N hòa tan ($134,4 \pm 4,50\text{ mg/100ml}$), $\text{P}_2\text{O}_5$ hòa tan ($59,21 \pm 6,50\text{ mg/100ml}$) và $\text{K}_2\text{O}$ ($1941,7 \pm 10,80\text{ mg/100ml}$).

Thí nghiệm được thiết kế theo phương pháp khối ngẫu nhiên hoàn chỉnh (RCB) với 3 lần nhắc lại cho từng đối tượng cây trồng, gồm 3 công thức dinh dưỡng:

• Công thức 1 (CT1): Dung dịch hữu cơ tự chiết xuất, nồng độ $15\text{ ml/lít nước}$.
• Công thức 2 (CT2): Dung dịch hữu cơ thương phẩm VM 1954 (hỗn hợp hữu cơ thủy phân bằng enzym sinh học, axit amin, vi lượng, hoocmon sinh trưởng tự nhiên), nồng độ $1,5\text{ ml/lít nước}$.
• Công thức 3 (CT3): Dung dịch hữu cơ thương phẩm Organic 1954 (hàm lượng hữu cơ 20%, tỷ lệ C/N = 12, pH $\text{H}_2\text{O} = 5$, tỷ trọng 1,05), nồng độ $1,5\text{ ml/lít nước}$.

Hệ thống thủy canh động tuần hoàn kín gồm chậu nhựa trồng kích thước $60\text{ cm} \times 40\text{ cm}$ đặt trên khung sắt cao $90\text{ cm}$, thùng chứa dung dịch dung tích 60 lít, hệ thống ống nhựa dẫn dung dịch có đục lỗ phun tưới bề mặt và ống thoát hồi lưu ở đáy chậu về thùng chứa. Chế độ tưới thực hiện 2 lần/ngày, định kỳ bổ sung dinh dưỡng và kiểm tra thông số 7 ngày/lần.

Dữ liệu được thu thập bằng các công cụ và phương pháp chuyên dụng:

• Độ pH đo bằng máy HANNA HI 98107; tổng chất rắn hòa tan (TDS) đo bằng máy HANNA HI 86 302; độ ẩm giá thể đo bằng máy Takemura Soil Tester.
• Chỉ số diệp lục xác định bằng máy đo SPAD-502 tại lá trưởng thành mới nhất (3 điểm đo/lá); diện tích lá (LA) đo toàn bộ lá trên cây.
• Tỷ lệ chất khô và hàm lượng nước xác định qua sấy khô mô tươi ở $80^\circ\text{C}$ trong 3 ngày đến khối lượng không đổi; độ ngọt đo bằng khúc xạ kế Brix; hàm lượng nitrat ($\text{NO}_3^-$) đo bằng máy Soeks NUC-019-1; khối lượng hao hụt theo dõi ở nhiệt độ phòng sau thu hoạch.
• Sâu bệnh hại được theo dõi định kỳ bằng phương pháp quan sát thực địa; phòng trừ bằng chế phẩm thảo mộc gồm gừng, tỏi, ớt ngâm rượu nồng độ 5% (tỷ lệ ngâm 1:10).
• Dữ liệu thực nghiệm được xử lý thống kê bằng phần mềm Excel và phần mềm IRRISTAT 5.0 để phân tích phương sai (ANOVA) và so sánh trung bình bằng chỉ số LSD ở mức ý nghĩa $P = 0,05$.

Nội dung chính theo từng chương

Tổng quan vấn đề cần nghiên cứu

Chương này hệ thống hóa lịch sử phát triển của kỹ thuật thủy canh từ các thí nghiệm đầu tiên của Byle (1666), Woodward (1699), qua các công trình xác lập thuyết dinh dưỡng vô cơ của Justus von Liebig, các công thức môi trường lỏng của Sachs và Knop (1838), đến khi William Frederick Gericke đưa kỹ thuật này ra sản xuất đại trà vào các thập niên 1930 và 1940. Tác giả trình bày cấu trúc phân loại hệ thống thủy canh thành dạng tĩnh và dạng động (mở hoặc tuần hoàn kín); so sánh các đặc tính vật lý, hóa học của các loại giá thể hữu cơ (vỏ cây, xơ dừa, than bùn, mùn cưa, trấu hun) và giá thể trơ (cát sỏi, đá trân châu perlite, vật liệu hữu cơ tổng hợp). Các yếu tố sinh thái ảnh hưởng trực tiếp đến hệ thống gồm độ pH (ngưỡng tối thích 5,8–6,5), độ dẫn điện (EC), tổng chất rắn hòa tan (TDS), nhiệt độ dung dịch ($18^\circ\text{C}$–$27^\circ\text{C}$), ánh sáng và thành phần các nguyên tố đa, trung, vi lượng. Chương tổng quan phân tích chi tiết đặc điểm thực vật học, chu kỳ sinh trưởng và thành phần hóa sinh của rau muống (Ipomoea aquatica) và rau dền đỏ (Amaranthus tricolor). Đồng thời, tác giả tổng kết các công trình nghiên cứu dung dịch dinh dưỡng vô cơ (Knop, Hoagland-Arnon, FAO) và dung dịch hữu cơ tại Việt Nam của các tác giả Nguyễn Quang Thạch, Vũ Quang Sáng, Phạm Tiến Dũng, Nguyễn Thị Ngọc Dinh; nêu bật xu hướng chuyển dịch sang dinh dưỡng hữu cơ để hạ thấp hàm lượng nitrat tồn dư và kéo dài độ bền bảo quản nông sản.

Nội dung và phương pháp nghiên cứu

Chương trình bày toàn bộ thông số kỹ thuật của vật liệu, bố trí mặt bằng thí nghiệm và các quy trình theo dõi. Tác giả nêu rõ quy trình phối chế dung dịch gốc từ 8 nguồn phế phụ phẩm hữu cơ theo phương pháp ủ yếm khí cùng rỉ mật và chiết dấm; đặc tính lý hóa của 3 công thức dung dịch thí nghiệm (CT1: 15 ml/l; CT2: 1,5 ml/l; CT3: 1,5 ml/l); tỷ lệ phối trộn giá thể trơ cát vàng và xơ dừa (1:1 thể tích). Quy cách giàn thủy canh động tuần hoàn với chậu $60\text{ cm} \times 40\text{ cm}$ và thùng chứa 60 lít được mô tả cụ thể. Quy trình kỹ thuật canh tác ghi nhận: rau muống gieo hạt ngày 30/05/2021, cấy cây con ở giai đoạn 3–4 lá thật với khoảng cách 4–5 cm, tiến hành thu hoạch 3 lứa cắt khi cây cao 32–34 cm vào các ngày 28/06/2021 (28 ngày sau gieo - NSG), 12/07/2021 (42 NSG) và 26/07/2021 (56 NSG); rau dền đỏ gieo ngày 01/08/2021, cấy ở giai đoạn 3–4 lá thật với khoảng cách 4–5 cm, thu hoạch một lần vào ngày 01/09/2021 (sau 30 ngày) khi cây đạt chiều cao 28–32 cm. Chương này cũng chuẩn hóa toàn bộ công thức tính toán hàm lượng nước, chất khô, phương pháp phân tích mẫu và mô tả quy trình phân tích thống kê trên phần mềm IRRISTAT 5.0.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Chương tập trung phân tích các dữ liệu định lượng thu được từ các đợt đo đếm trên hai đối tượng cây trồng:

• Đặc tính dung dịch và giá thể: Độ pH của dung dịch dinh dưỡng qua 7 lần đo định kỳ duy trì ổn định trong khoảng 6,3–6,9; pH của giá thể trơ dao động hẹp từ 6,5–6,8, nằm hoàn toàn trong vùng trung tính phù hợp cho rau hấp thu khoáng. Chỉ số TDS tăng dần theo thời gian sinh trưởng do sự tích lũy các chất hữu cơ chưa phân hủy tuần hoàn qua giá thể; trong đó công thức 1 luôn có chỉ số TDS cao nhất (dao động từ 0,32 đến $0,43\text{ g/l}$), tiếp đến là công thức 3 (0,23–$0,37\text{ g/l}$) và thấp nhất ở công thức 2 (0,22–$0,34\text{ g/l}$).
• Sinh trưởng và phát triển của rau muống:
  • Về chiều cao cây: Ở 10 NSG, chiều cao cây giữa các công thức chưa có sai khác thống kê (CT1: 9,04 cm; CT2: 8,84 cm; CT3: 8,71 cm). Từ 16 NSG, CT1 vượt lên đạt 13,46 cm, sai khác có ý nghĩa so với CT2 (12,83 cm) và CT3 (12,49 cm) ở mức tin cậy 95%. Tại thời điểm thu hoạch lần 1 (28 NSG), CT1 đạt 35,87 cm; lần thu 2 (42 NSG) đạt 36,14 cm (sai khác có ý nghĩa so với CT2 đạt 35,40 cm và CT3 đạt 35,43 cm); lần thu 3 (56 NSG) đạt 36,32 cm (sai khác có ý nghĩa so với CT2 đạt 35,20 cm và CT3 đạt 35,21 cm).
  • Về động thái ra lá: Ở giai đoạn 10–21 NSG, số lá phát triển tương đối đồng đều. Đến thời điểm cận thu hoạch lứa 1 (28 NSG), CT1 đạt 14,53 lá/cây, cao hơn rõ rệt có ý nghĩa thống kê so với CT2 (13,97 lá) và CT3 (13,77 lá). Tại lứa thu 2 (42 NSG), số lá CT1 đạt 13,83 lá (CT2 đạt 12,40 lá; CT3 đạt 12,73 lá) và lứa thu 3 (56 NSG) đạt 14,13 lá (CT2 đạt 13,40 lá; CT3 đạt 13,33 lá).
  • Tác giả phân tích các số liệu về rễ (chiều dài, số lượng, khối lượng rễ), chỉ số diệp lục SPAD, diện tích lá, hàm lượng nước, hàm lượng chất khô, năng suất cá thể, năng suất thực thu, độ Brix, nồng độ $\text{NO}_3^-$ và mức độ hao hụt tự nhiên sau thu hoạch; thiết lập biểu đồ tương quan thuận giữa chiều cao cây, khối lượng rễ, hàm lượng chất khô với năng suất thực thu của rau muống.
• Sinh trưởng, phát triển, năng suất và chất lượng rau dền đỏ: Báo cáo phản ánh diễn biến tăng chiều cao, số lá, hình thái rễ, chỉ số SPAD, độ Brix, hàm lượng $\text{NO}_3^-$, mức độ hao hụt khối lượng và năng suất thu hoạch sau 30 ngày canh tác; khẳng định xu hướng đáp ứng dinh dưỡng tương tự như rau muống đối với 3 loại dung dịch hữu cơ.

Kết luận và đề nghị

Khóa luận tổng kết toàn diện các kết quả thực nghiệm đạt được trên hai loại rau:

• Đối với rau muống: Dung dịch hữu cơ tự chiết xuất từ động, thực vật ở nồng độ $15\text{ ml/lít nước}$ cho hiệu quả vượt trội so với hai dung dịch thương phẩm VM 1954 và Organic 1954 về các chỉ tiêu tăng trưởng chiều cao thân, tốc độ ra lá, tích lũy sinh khối rễ và năng suất qua cả 3 chu kỳ thu hoạch.
• Đối với rau dền đỏ: Cây sinh trưởng và phát triển thuận lợi trong hệ thống thủy canh động hồi lưu trên nền giá thể trơ; công thức sử dụng dung dịch tự chiết xuất $15\text{ ml/lít}$ đáp ứng tốt các chỉ tiêu sinh trưởng, sinh lý, đảm bảo an toàn chất lượng sản phẩm.
• Tác giả đề nghị áp dụng quy trình sử dụng dung dịch hữu cơ tự chiết xuất nồng độ $15\text{ ml/lít}$ kết hợp giá thể cát vàng và xơ dừa (tỷ lệ 1:1) vào sản xuất rau muống và rau dền đỏ theo công nghệ thủy canh động quy mô hộ gia đình và trang trại.

Kết quả và đóng góp

Nghiên cứu cung cấp hệ thống số liệu thực nghiệm so sánh tác động của ba loại dung dịch hữu cơ đến các chỉ tiêu môi trường và sinh trưởng của rau muống trong hệ thống thủy canh động:

Chỉ tiêu theo dõi	Lần đo / Thời điểm	Công thức 1 (Tự chiết xuất 15 ml/l)	Công thức 2 (VM 1954 1,5 ml/l)	Công thức 3 (Organic 1954 1,5 ml/l)	Giá trị sai khác thống kê ($LSD_{0,05}$)
pH dung dịch dinh dưỡng	Đo lần 1	6,7	6,5	6,7	-
	Đo lần 4	6,7	6,7	6,3	-
	Đo lần 7	6,8	6,5	6,7	-
pH giá thể trơ	Đo lần 1	6,5	6,6	6,6	-
	Đo lần 4	6,7	6,6	6,8	-
	Đo lần 7	6,5	6,5	6,6	-
Chỉ số TDS dung dịch (g/l)	Đo lần 1	0,35	0,22	0,27	-
	Đo lần 5	0,43	0,27	0,33	-
	Đo lần 7	0,39	0,34	0,37	-
Chiều cao cây rau muống (cm/cây)	10 NSG	9,04	8,84	8,71	0,63 (Không có ý nghĩa)
	16 NSG	13,46	12,83	12,49	0,36 (Có ý nghĩa)
	28 NSG (Thu lần 1)	35,87	35,24	35,53	0,47 (Không có ý nghĩa)
	42 NSG (Thu lần 2)	36,14	35,40	35,43	0,45 (Có ý nghĩa)
	56 NSG (Thu lần 3)	36,32	35,20	35,21	0,30 (Có ý nghĩa)
Số lượng lá rau muống (lá/cây)	10 NSG	4,77	4,80	4,57	0,57 (Không có ý nghĩa)
	28 NSG (Thu lần 1)	14,53	13,97	13,77	0,42 (Có ý nghĩa)
	42 NSG (Thu lần 2)	13,83	12,40	12,73	0,52 (Có ý nghĩa)
	56 NSG (Thu lần 3)	14,13	13,40	13,33	0,42 (Có ý nghĩa)

Các giải pháp và kiến nghị kỹ thuật do tác giả đề xuất gồm:

• Sử dụng dung dịch hữu cơ tự chiết xuất từ phụ phẩm động, thực vật phối trộn theo công thức Han Kyu Cho và Atsushi Koyama pha ở nồng độ $15\text{ ml/lít nước}$ để thay thế phân bón vô cơ trong sản xuất rau ăn lá thủy canh.
• Ứng dụng hỗn hợp giá thể trơ gồm cát vàng và xơ dừa (tỷ lệ 1:1 thể tích) làm chất nền giữ ẩm và vùng đệm ổn định pH (duy trì mức 6,5–6,8), khắc phục hiện tượng biến động môi trường rễ do dịch hữu cơ lên men.
• Áp dụng hệ thống thủy canh động hồi lưu với chu kỳ tưới 2 lần/ngày, bổ sung dinh dưỡng và kiểm tra pH, TDS 7 ngày/lần.
• Kiểm soát dịch hại bằng chế phẩm sinh học tự nhiên chiết xuất từ gừng, tỏi, ớt ngâm rượu nồng độ 5% (tỷ lệ 1:10) thay thế hoàn toàn thuốc bảo vệ thực vật hóa học.

Về mặt đóng góp khoa học, đề tài đã kiểm chứng thực nghiệm tính khả thi của việc kết hợp dung dịch dinh dưỡng hữu cơ tự chế với giá thể trơ trong hệ thống thủy canh động hồi lưu. Kết quả này bổ sung cơ sở khoa học so với nghiên cứu trước đây của Nguyễn Thị Ngọc Dinh và cộng sự (chỉ dừng ở phương pháp thủy canh tĩnh hoặc khảo nghiệm nồng độ dung dịch thương phẩm vô cơ/hữu cơ VM 1954 đơn lẻ), chứng minh mô hình động hồi lưu với giá thể trơ duy trì được độ ổn định pH cao, kiểm soát nồng độ TDS hợp lý và cho năng suất, phẩm chất rau muống, rau dền đỏ tương đương hoặc vượt trội so với các nguồn dinh dưỡng hữu cơ thương phẩm.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Khóa luận được thực hiện trong phạm vi nghiên cứu thực nghiệm với các giới hạn cụ thể được ghi nhận:

• Thí nghiệm chỉ tiến hành trên quy mô mô hình chậu tuần hoàn nhỏ ($60\text{ cm} \times 40\text{ cm}$, dung tích bình chứa 60 lít) tại một địa điểm duy nhất là Trung tâm Nông nghiệp Hữu cơ thuộc Học viện Nông nghiệp Việt Nam trong khung thời gian từ tháng 3/2021 đến tháng 9/2021.
• Nghiên cứu chỉ so sánh ở một mức nồng độ cố định đối với từng loại dung dịch ($15\text{ ml/l}$ cho dung dịch tự chiết xuất; $1,5\text{ ml/l}$ cho VM 1954 và Organic 1954), chưa thiết lập thí nghiệm đa dải nồng độ để xác định ngưỡng dung sai sinh lý tối ưu nhất cho từng giai đoạn sinh trưởng của cây.
• Thành phần dinh dưỡng hữu cơ tự chiết xuất phụ thuộc vào nguồn nguyên liệu thô đầu vào (phụ phẩm cá, rau quả theo mùa), có thể tạo ra sự sai khác về hàm lượng khoáng giữa các mẻ ủ khác nhau.

Hướng nghiên cứu tiếp theo được xác định dựa trên giới hạn đề tài bao gồm việc mở rộng khảo nghiệm dải nồng độ pha chế chi tiết của dung dịch tự chiết xuất; thử nghiệm ứng dụng trên các nhóm rau ăn quả, rau gia vị ngắn ngày khác; và đánh giá hiệu quả kinh tế, chi phí sản xuất khi triển khai hệ thống ở quy mô trang trại thương mại diện tích lớn.

Giá trị tham khảo

Báo cáo khóa luận là tài liệu tham khảo có giá trị học thuật và ứng dụng thực tiễn cho sinh viên, học viên cao học và cán bộ nghiên cứu thuộc các ngành Nông học, Khoa học cây trồng, Nông nghiệp hữu cơ, Quản lý đất đai và Công nghệ sinh học nông nghiệp. Tài liệu đặc biệt hữu ích cho những người thực hiện đề tài về nông nghiệp đô thị, sản xuất rau sạch không dùng đất và phát triển phân bón hữu cơ sinh học từ phế phụ phẩm nông nghiệp.

Các nội dung có giá trị tham khảo chuyên sâu nhất gồm:

• Quy trình chiết xuất và phối trộn dung dịch dinh dưỡng hữu cơ gốc từ 8 nguồn vật liệu động, thực vật theo công nghệ Han Kyu Cho - Atsushi Koyama tại mục 3.1.
• Bản vẽ cấu trúc và thông số vận hành hệ thống thủy canh động hồi lưu kết hợp giá thể trơ (cát vàng : xơ dừa) tại mục 3.1 và 3.2.
• Phương pháp luận bố trí thí nghiệm khối ngẫu nhiên RCB và quy trình phân tích thống kê phương sai ANOVA bằng phần mềm IRRISTAT 5.0 phục vụ nghiên cứu nông học thực nghiệm.

Câu hỏi thường gặp

1. Dung dịch dinh dưỡng hữu cơ tự chiết xuất trong đề tài được sản xuất từ những nguyên liệu nào và theo quy trình nào?
Dung dịch được chế biến theo quy trình của Han Kyu Cho và Atsushi Koyama (1997) từ 8 nguồn nguyên liệu: cá, rau muống, ngải cứu, cây chuối, quả chuối, quả đu đủ được ngâm riêng biệt với rỉ mật (tỷ lệ 1:1 khối lượng) ủ trong 30 ngày rồi vắt lấy dịch; than xương động vật và tro cây vừng được chiết riêng bằng dấm ăn (tỷ lệ 1:10) trong 15 ngày rồi lọc lấy dịch. Tất cả các dịch chiết đơn lẻ được trộn đều theo tỷ lệ thể tích bằng nhau để tạo thành dung dịch hữu cơ gốc.

2. Ba công thức thí nghiệm so sánh sử dụng những loại dung dịch và nồng độ pha chế cụ thể nào?
Thí nghiệm so sánh 3 công thức gồm: Công thức 1 sử dụng dung dịch hữu cơ tự chiết xuất ở nồng độ $15\text{ ml/lít nước}$; Công thức 2 sử dụng dung dịch hữu cơ thương phẩm VM 1954 ở nồng độ $1,5\text{ ml/lít nước}$; Công thức 3 sử dụng dung dịch hữu cơ thương phẩm Organic 1954 ở nồng độ $1,5\text{ ml/lít nước}$.

3. Thành phần và tỷ lệ giá thể trơ trong hệ thống thủy canh động của đề tài được cấu tạo như thế nào?
Giá thể trơ được phối trộn từ cát vàng và mụn xơ dừa đã qua xử lý khử tanin, phối trộn theo tỷ lệ 1:1 tính theo thể tích, sau đó đưa vào các chậu nhựa trồng có kích thước $60\text{ cm} \times 40\text{ cm}$.

4. Tác giả áp dụng biện pháp phòng trừ sâu bệnh nào để bảo đảm tiêu chuẩn an toàn cho rau thủy canh?
Khi phát hiện vết sâu bệnh hại trên lá qua quan sát thực địa, tác giả sử dụng chế phẩm sinh học thảo mộc gồm dịch chiết hạt gừng, tỏi và ớt ngâm với rượu (tỷ lệ nguyên liệu và rượu là 1:10) pha loãng ở nồng độ 5% để phun trực tiếp lên cây.

5. Các chỉ số pH và TDS trong hệ thống thủy canh biến đổi như thế nào trong suốt thời gian thực nghiệm?
Độ pH của dung dịch dinh dưỡng qua 7 lần đo dao động trong khoảng 6,3–6,9; pH của giá thể trơ ổn định ở mức 6,5–6,8 (nằm trong vùng trung tính thích hợp). Chỉ số TDS tăng dần theo chu kỳ canh tác: ở công thức 1 dao động từ 0,32 đến $0,43\text{ g/l}$, công thức 2 từ 0,22 đến $0,34\text{ g/l}$, và công thức 3 từ 0,23 đến $0,37\text{ g/l}$.

Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp của sinh viên Nguyễn Thị Hoài đã giải quyết thành công bài toán thay thế dung dịch khoáng vô cơ bằng dung dịch hữu cơ tự chiết xuất từ phụ phẩm động, thực vật trong canh tác rau muống lá tre N105 và rau dền đỏ dài 155. Việc kết hợp hệ thống thủy canh động hồi lưu với giá thể trơ cát vàng - xơ dừa (tỷ lệ 1:1) đã tạo môi trường đệm tối ưu, duy trì độ pH ổn định ở mức 6,5–6,8 và kiểm soát tốt hàm lượng chất rắn hòa tan. Kết quả thực nghiệm khẳng định công thức dung dịch tự chiết xuất nồng độ $15\text{ ml/lít nước}$ cho sinh trưởng chiều cao, tốc độ ra lá và năng suất vượt trội so với các dung dịch hữu cơ thương phẩm VM 1954 và Organic 1954. Công trình mang lại quy trình kỹ thuật hoàn chỉnh từ khâu ủ chiết dinh dưỡng, thiết kế hệ thống tuần hoàn đến quản lý dịch hại sinh học, đóng góp dữ liệu thực nghiệm giá trị cho lĩnh vực nông nghiệp hữu cơ và canh tác không dùng đất.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Đặt vấn đề Rau xanh đóng vai trò quan trọng trong dinh dưỡng của con người. Vì cung cấp chất xơ, vitamin, khoáng chất và nguyên tố vi lượng quan trọng. Tuy nhiên, trên thực tế, vẫn còn nhiều người trồng rau không tuân thủ các quy trình kỹ thuật, lạm dụng sử dụng thuốc bảo vệ thực vật, kích thích tăng trưởng, phân bón hóa học,… nên đã dẫn đến rau không an toàn. Đã có nhiều dự án nghiên cứu về kỹ thuật sản xuất, ứng dụng khoa học và công nghệ.

trồng rau để nâng cao năng suất, chất lượng nông sản và đảm bảo an toàn thực phẩm. Để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng về thực phẩm và thực phẩm về số lượng và chất lượng, việc áp dụng công nghệ cao vào sản xuất rau thủy canh đang được nhà nước quan tâm, đặc biệt là việc sử dụng các giải pháp hữu cơ trong sản xuất rau. Các dung dịch hữu cơ chiết xuất từ động vật và thực vật được sử dụng làm phân bón hữu cơ lá trong sản xuất rau hữu cơ (Phạm Tiến Dũng và cộng sự, 2012, 2013). Hiện nay, trồng rau theo hệ thống thủy canh đang được người dân áp dụng rộng rãi, hệ thống thủy canh có một số ưu điểm như bảo tồn nước, cho phép sản xuất quanh năm, tăng năng suất và giảm sử dụng thuốc trừ sâu (Resh & Howard, 2012).

Tuy nhiên, việc sản xuất rau bằng hệ thống thủy canh sử dụng dung dịch dinh dưỡng vô cơ có nhiều hạn chế như biến động dung dịch pH, nhiệt độ của dung dịch dinh dưỡng thay đổi theo nhiệt độ môi trường, nhiều loại sâu bệnh (Nguyễn Thị Ngọc Dinh và cs. Do đó, để khắc phục những nhược điểm trên, có thể sử dụng một số giá thể trong các hệ thống thủy canh như cát, sỏi và đá, đất nung (Rakocy và cs. Bên cạnh đó, giải pháp dinh dưỡng ảnh hưởng đến chất lượng và năng suất của rau hữu cơ. Dung dịch dinh dưỡng thủy canh là hỗn hợp các nguyên tố vi lượng và vi chất dinh dưỡng dưới dạng các ion dễ dàng hòa tan để cây hấp thụ trong quá trình phát triển.

Theo Nguyễn Thị Ngọc Dinh (2015a), sử dụng dung 1 dịch dinh dưỡng hữu cơ trong sản xuất thủy canh làm giảm lượng NO 3 - gấp 6 lần - và tăng độ ngọt (Brix) của rau so với dung dịch dinh dưỡng hữu cơ vô cơ đồng thời có nhiều nguyên tố vi lượng, vi sinh vật có lợi (Edwards và cs., 2010), và đã có các chất kích thích tăng trưởng cần thiết cho các loại cây như HUMID và FLUVIC acid (Arancon và cs. Thực tiễn hiện nay cho thấy, trồng rau thủy canh chủ yếu sử dụng dung dịch hóa học nên chất lượng sản phẩm không đảm bảo, chi phí cao và người sản xuất không thích sử dụng. Theo Phạm Tiến Dũng và cộng sự (2012, 2013) và Nguyễn Thị Ngọc Dinh và cs., 2015b, trong nghiên cứu sản xuất các loại rau, lúa theo hướng hữu cơ đều có sử dụng dung dịch dinh dưỡng hữu cơ qua lá tự chiết xuất từ động, thực vật, dung dịch này đã cho thấy hiệu quả trên các loại cây trồng. Dung dịch dinh dưỡng hữu cơ tự chiết xuất từ động, thực vật hoàn toàn có thể sử dụng để sản xuất rau muống bằng phương pháp thủy canh tĩnh (Nguyễn Thị Ngọc Dinh và cs.

Đồng thời để so sánh với năng suất và chất lượng rau muống trong nghiên cứu của Nguyễn Thị Ngọc Dinh và cs., 2020 về nghiên cứu nồng độ dung dịch VM1954 cho sản xuất thủy canh động với giá thể trơ. Vì thế đánh giá khả năng sử dụng dung dịch dinh dưỡng hữu cơ cho sản xuất thủy canh động với giá thể chúng tôi tiến hành nghiên cứu đề tài : “Nghiên cứu sử dụng dung dịch dinh dưỡng hữu cơ tự chiết xuất từ động, thực vật cho sản xuất thủy canh động với giá thể trơ cho một số loại rau ăn lá’’. Mục đích và yêu cầu đề tài 1. So sánh ảnh hưởng dung dịch dinh dưỡng chiết xuất từ động, thực vật với dung dịch hữu cơ khác cho rau muống và rau dền đỏ.

Yêu cầu - Đánh giá ảnh hưởng của các dung dịch dinh dưỡng hữu cơ đến sinh trưởng, sinh lý của rau muống và rau dền đỏ sử dụng công nghệ thuỷ canh động với giá thể trơ. 2 - Đánh giá ảnh hưởng của các dung dịch dinh dưỡng hữu cơ đến năng suất của rau muống và rau dền đỏ sử dụng công nghệ thuỷ canh động với giá thể trơ. - Đánh giá ảnh hưởng của các dung dịch dinh dưỡng hữu cơ đến chất lượng của rau muống và rau dền đỏ sử dụng công nghệ thuỷ canh động với giá thể trơ. - Đánh giá ảnh hưởng của các dung dịch dinh dưỡng hữu cơ đến sâu bệnh hại của rau muống và rau dền đỏ sử dụng công nghệ thuỷ canh động với giá thể trơ.

TỔNG QUAN VẤN ĐỀ CẦN NGHIÊN CỨU 2. Thủy canh và cơ sở khoa học của thủy canh 2. Khái niệm thủy canh Thủy canh (còn gọi là trồng cây dung dịch hay hydroponic) 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 dinh dưỡng (Vũ Quang Sáng và cs.

Đặc điểm của hệ thống thủy canh là hoàn toàn cây được hấp thụ dinh dưỡng trực tiếp trong môi trường vô trùng nên không lo về vấn đề sâu bệnh. Với hệ thống khép kín gồm nhiều hộp được kết nối với nhau bằng ống nối dẫn truyền đưa dung dịch dinh dưỡng được luân chuyển liên tục lên nuôi cây tự động. Ngoài ra, có thể lắp một bộ điều khiển được lập trình sẵn để kiểm soát quá trình chăm sóc cây từ thời gian đến số lần bơm lượng dinh dưỡng đảm bảo cho nhu cầu cần thiết cho cây trong 1 ngày, trên giàn có thể được gắn thêm một máy bơm được kết nối với bộ điều khiển để hẹn giờ tưới tự động và bơm nước khi cần thiết(Vũ Quang Sáng và cs. Lịch sự phát triển thủy canh và cơ sở khoa học Người đầu tiên nghiên cứu về thủy canh là Byle (1666), ông đã thử trồng cây trong những lọ con chỉ chứa nước, cây vẫn sống.

Năm 1699, Jonh Wood Ward ( người Anh) đã trồng cây bạc hà trong nước có độ tinh khiết khác nhau, ông nhận thấy: Cây sinh trưởng tự nhiên (không làm tinh khiết) tốt hơn trong nước cất và cây sinh trưởng tốt nhất trong nước đục( có dung dịch đất ). Dù sao cách giải thích đúng đắn kết quả đó tức là đất hoặc nước không tinh khiết đã cung cấp dinh dưỡng cho cây trồng vẫn ngoài sự hiểu biết của người thí nghiệm đầu tiên. Giai đoạn đó các nhà khoa học đều tin vào sự quan trọng độc nhất của 4 mùn – đất trong dinh dưỡng thực vật, gọi là “ thuyết mùn đất”, thuyết này tồn tại cho đến thế kỷ 19. Justus Vongliebig ( 1803 – 1873) đã xác định tầm quan trọng của muối vô cơ trong dinh dưỡng thực vật, gọi là “thuyết vô cơ phân bón’’.

Từ đó mở ra con đường nghiên cứu khoa học về nguyên lý dinh dưỡng có hoặc không có giá thể rắn để trồng cây. Có thể kể đến một số người đầu tiên đã dùng cát hoặc các giá thể trơ khác để thí nghiệm như: Wiegmann (1771-1853), Polstorff (1781 – 1844) Boussingault (1802-1887). Từ năm 1849 đến 1856, Salm – Horstmar đã chứng minh được rằng cây lúa mạch muốn sinh trưởng phát triển được bình thường phải cần đến những ngyên tố như: N,P, S, Ca, K, Mg, Si, Fe, Mn. Sau khi đã phát hiện được để cây trồng sinh trưởng va phát triển bình thường cần có 16 nguyên tố cơ bản là: C, H, O, N, P, K, Ca, Mg, S, Fe, Cu, Mn, Zn, Mo, B, Cl.

Hai nhà sinh lý học thực vật người Đức Sachs và Knop (1838) đã đề xuất phương pháp trồng cây trong dung dịch. Năm 1929, William Frederick Gericke thuộc Đại học California tại Berkeley đã bắt đầu công khai quảng bá rằng văn hóa giải pháp được sử dụng cho sản xuất cây trồng nông nghiệp. Ông giới thiệu thuật ngữ thủy canh (hydroponics), hệ thống thủy canh vào năm 1937, nhằm mô tả hình thức canh tác trong dung dịch nước đã hòa tan các chất dinh dưỡng. Với phương pháp canh tác này, cây trồng được cung cấp những chất dinh dưỡng cần thiết cho sự sinh trưởng và phát triển của cây.

Năm 1940 Gericke xuất bản cuốn sách, “The complete Guide to Solilless Gardening”, sau khi rời khỏi vị trí học tập của mình trong một môi trường không thuận lợi về mặt chính trị. Một trong những thành công sớm nhất của thủy canh đã xảy ra trên Đảo Wake, Thủy canh được sử dụng ở đó vào những năm 1930 để trồng rau cho hành khách. Thủy canh là một điều cần thiết trên Đảo Wake vì không có đất, và nó rất tốn kém để vận chuyển trong rau quả tươi (Taylor, 1939). Trong chiến tranh thế giới thứ II, thủy canh được quân đội Hoa Kỳ sử dụng trên một số quần đảo Tây Thái Bình Dương để cung cấp rau sạch tươi cho 5 quân đội mà đất đã bị ô nhiễm do chiến tranh (Eastwood, 1947).

Từ thập niên 80, kỹ thuật thủy canh đã được ứng dụng để sản xuất rau quả (Elliott, 1989) và hoa (Fynn và cs., 1994) có giá trị thương mại đáng kể. Tính đến năm 2017, Canada có hàng trăm mẫu nhà kính thủy canh thương mại quy mô lớn, sản xuất cà chua, ớt và dưa chuột (Schaefer và cs. Với sự mở rộng của sức mạnh khoa học, không có tổ chức nào tốt hơn NASA đã chứng tỏ một cách khách quan tính ưu việt của phương pháp thủy canh. Nhiều người hiện nay tin rằng canh tác bằng phương pháp thủy canh là "tương lai" của nền nông nghiệp hiện đại.

Phân loại hệ thống thủy canh Căn cứ vào đặc điểm dung dịch dinh dưỡng có thể chia hệ thống thủy canh làm 2 loại (FAO, 1992) là thủy canh tĩnh và thủy canh động: a. Hệ thống thủy canh tĩnh Dung dịch dinh dưỡng không chuyển động trong quá trình trồng cây. Rễ cây được nhúng một phần hay hoàn toàn trong dung dịch dinh dưỡng. Hệ thống này có ưu điểm và đầu tư chi phí thấp vì không cần hệ thống chuyển động dung dịch nhưng hạn chế là thường thiếu oxy và pH thường giảm gây ngộ độc cho cây.

Hệ thống này thích hợp với quy mô hộ gia đình ở các nước đang phát triển Kỹ thuật thủy canh đơn giản và hiện đang được triển khai nước ta. Hệ thống thủy canh động Dung dịch có chuyển động trong quá trình trồng cây. Hệ thống này chi phí cao hơn nhưng rễ cây không bị thiếu oxy. Các hệ thống thủy canh được hoạt động dựa trên nguyên lý thủy tiêu, sục khí và tưới nhỏ giọt.