Chương 1 TỔNG QUAN VỀ NHÀ TRỒNG THÔNG MINH 1. Khái niệm nhà trồng thông minh 1. Nông nghiệp thông minh (smart agriculture) Nông nghiệp là ngành sản xuất vật chất cơ bản của xã hội, sử dụng đất đai để trồng trọt và chăn nuôi, khai thác cây trồng và vật nuôi làm tư liệu và nguyên liệu lao động chủ yếu để tạo ra lương thực thực phẩm và một số nguyên liệu cho công nghiệp. Nông nghiệp là một ngành sản xuất lớn, bao gồm nhiều chuyên ngành: Trồng trọt, chăn nuôi, sơ chế nông sản; theo nghĩa rộng, còn bao gồm cả lâm nghiệp, thủy sản.
[1] Nông nghiệp bền vững là vấn đề thời sự được nhiều nhà khoa học thuộc nhiều lĩnh vực khác nhau quan tâm, như: nông học, sinh thái học, xã hội học… Hiện có nhiều định nghĩa khác nhau, trong đó đáng quan tâm là định nghĩa của tổ chức sinh thái và môi trường thế giới bởi tính tổng hợp và khái quát cao: nông nghiệp bền vững là nền nông nghiệp thoả mãn được các yêu cầu của thế hệ hiện nay, mà không giảm khả năng ấy đối với các thế hệ mai sau. Có nghĩa là nền nông nghiệp không những cho phép các thế hệ hiện nay khai thác tài nguyên thiên nhiên vì lợi ích của họ mà còn duy trì được khả năng ấy cho các thế hệ mai sau, cũng có ý kiến cho rằng sự bền vững của hệ thống nông nghiệp là khả năng duy trì hay tăng thêm năng suất và sản lượng nông sản trong một thời gian dài mà không ảnh hưởng xấu đến điều kiện sinh thái. Như vậy, nền nông nghiệp bền vững phải đáp ứng được hai yêu cầu cơ bản là: đảm bảo nhu cầu nông sản của loài người hiện nay và duy trì được tài nguyên thiên nhiên cho các thế hệ mai sau, bao gồm gìn giữ được quĩ đất, quĩ nước, quĩ rừng, không khí và khí quyền, tính đa dạng sinh học v.v… Xây dựng nền nông nghiệp bền vững là việc làm cấp thiết và là xu hướng tất yếu của tiến trình phát triển. Theo định nghĩa của Codex Alimentarius, cơ quan Liên hợp quốc giám sát các tiêu chuẩn về lương thực trên toàn thế giới, nông nghiệp sạch là một hệ thống quản lý sản xuất nông nghiệp tránh sử dụng phân bón và thuốc trừ sâu tổng hợp, giảm tối đa ô nhiễm không khí, đất và nước, tối ưu về sức khỏe và hiệu quả của các cộng đồng sống phụ thuộc lẫn nhau giữa cây trồng, vật nuôi và con người.
LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 4 Nông nghiệp chính xác còn được gọi là canh tác chính xác là tất cả mọi thứ giúp cho hoạt động nông nghiệp chính xác hơn và được kiểm soát tốt hơn đối với sự phát triển của cây trồng và chăn nuôi gia súc. Một thành phần quan trọng của phương pháp quản lý trang trại này là sử dụng công nghệ thông tin và một loạt các công cụ như điều hướng GPS, hệ thống điều khiển, cảm biến, rô bốt, máy bay, xe tự hành, kỹ thuật xử lý với định lượng thay đổi, lấy mẫu dựa trên GPS, phần cứng tự động, viễn thông và phần mềm. [2] Theo định nghĩa của tổ chức Nông nghiệp Liên hiệp Quốc FAO, nông nghiệp thông minh là một khái niệm quản lý canh tác sử dụng công nghệ hiện đại để tăng số lượng và chất lượng nông sản. Nông dân trong thế kỷ 21 có thể truy cập GPS, bản đồ đất, quản lý dữ liệu và công nghệ Internet of Things (IoT).
Bằng cách thu thập các dữ liệu chính xác và điều chỉnh chiến lược sản xuất phù hợp, nông dân có thể tăng đáng kể hiệu quả của thuốc trừ sâu và phân bón, nông dân có thể theo dõi tốt hơn nhu cầu của thực vật, động vật và điều chỉnh dinh dưỡng tương ứng, từ đó ngăn ngừa bệnh tật và tăng cường sức khỏe của cây trồng và đàn gia súc. [3] Sự phát triển nông nghiệp nông minh ở các quốc gia trên thế giới tập trung vào các vấn đề chủ yếu sau: - Ứng dụng cảm biến kết nối vạn vật hầu hết các trang trại nông nghiệp; các thiết bị cảm biến, thông minh được kết nối và điều khiển tự động trong suốt quá trình sản xuất nông nghiệp giúp ứng phó với biến đổi khí hậu, cải thiện vi khí hậu trong nhà kính; - Công nghệ đèn LED sử dụng đồng bộ trong canh tác kỹ thuật cao để tối ưu hóa quá trình sinh trưởng, ứng dụng ở các quốc gia có quỹ đất nông nghiệp ít hoặc nông nghiệp đô thị; - Canh tác trong nhà kính, nhà lưới, sử dụng công nghệ thủy canh, khí canh nhằm cách ly môi trường tự nhiên, chủ động ứng dụng đồng bộ công nghệ; - Tế bào quang điện nhằm sử dụng hiệu quả không gian, giảm chi phí năng lượng; hầu hết các thiết bị trong trang trại/doanh nghiệp được cấp điện mặt trời và các bộ pin điện mặt trời; - Sử dụng người máy thay cho việc chăm sóc cây trồng, vật nuôi ngày càng trở nên phổ biến, được ứng dụng tại các quốc gia già hóa dân số và quy mô sản xuất lớn; LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 5 - Sử dụng các thiết bị bay không người lái và các vệ tinh khảo sát thực trạng, thu thập dữ liệu, từ đó phân tích, khuyến nghị trên cơ sở dữ liệu cập nhật để quản lý trang trại; - Công nghệ tài chính phục vụ các hoạt động từ trang trại được kết nối bên ngoài, nhằm đưa ra công thức quản trị trang trại đạt hiệuquả nhất. Hiện nay, hầu hết các quốc gia trên thế giới đều nhận thức rõ sự cần thiết phải phát triển nông nghiệp thông minh bởi những tác động tiêu cực từ biến đổi khí hậu ngày một rõ rệt trên phạm vi toàn cầu; Sức ép từ đảm bảo an ninh lương thực do tăng dân số; Nhu cầu thị trường thay đổi theo hướng yêu cầu ngày càng cao hơn đối với nông sản, thực phẩm không chỉ về sản lượng mà còn về chất lượng, dinh dưỡng, an toàn, tốt cho sức khỏe. Nhà trồng thông minh (smart farm) Nhà trồng là khu vực trồng trọt có sử dụng các kết cấu nhà cơ khí để giảm ảnh hưởng, tác động của môi trường tự nhiên tới cây trồng.
Các loại nhà trồng phổ biến bao gồm nhà kính, nhà lưới, nhà màng. Nhà kính Nhà kính là công trình thường có tường và mái làm bằng kính (hoặc vật liệu tương tự) dùng để trồng rau quả để tránh tác động nhất thời của thời tiết như mưa to gió mạnh. Vì nhà kính có mái và tường bằng kính hoặc nhựa nên chúng có khả năng tự nóng lên do bức xạ nhìn thấy được của mặt trời khi đi qua lớp kính trong suốt bị hấp thụ bởi thực vật, đất đai và những thứ khác ở bên trong nhà kính. [6] Không khí được làm ấm bởi nhiệt từ những bề mặt nóng bên trong được giữ lại bởi mái nhà và những bức tường.
Thêm vào đó, những cây cối và cấu trúc bên trong nhà kính sau khi được làm ấm lại bức xạ lần nữa nhiệt năng của chúng trong dải quang phổ hồng ngoại. Do có thể điều chỉnh được nhiệt độ, cũng như việc tưới nước duy trì độ ẩm nhất định nên có thể quy định được khí hậu trong nhà kính. Khu vườn ngoài trời và trong nhà kính có lợi thế và bất lợi khác nhau tùy thuộc vào nhu cầu và yêu cầu cụ thể của người làm vườn. Sử dụng nhà kính để mở rộng mùa trồng trọt.
Điều này giúp trồng sớm và thu hoạch trễ. Sử dụng nhà kính để trồng nhiều loại thực vật vì khả năng điều khiển chính LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 6 xác khí hậu và đất. Quản lý là cần thiết cho nhà kính trong những tháng nghỉ ngơi để đảm bảo điều kiện thích hợp được duy trì. Sử dụng nhà kính là một lợi thế cho việc kiểm soát sâu bệnh.
Kiểm soát nấm hoặc vi khuẩn trong không khí từ các nguồn bên ngoài, chúng vẫn có thể nhập vào nhà kính nếu gió được phép vào nhà kính. Kiểm soát chính xác nhiệt độ và điều kiện phát triển là cần thiết cho phát triển thảm thực vật chung cho các vùng đang phát triển. Giống cây trồng trong nhà kính khi bạn muốn tránh hạt bị thổi bay đi hoặc bị chim và động vật ăn. Nhà kính thường được phân chia thành hai loại, nhà bằng kính và nhựa.
Nhựa được sử dụng chủ yếu là polyetylen, polycacbonat hoặc polyhouses (màng nhà kính PE). Sử dụng nhà kính thủy tinh khi nhà kính cần cấu trúc ổn định lâu dài. Sử dụng khi nhà kính có thể cần di chuyển, vì trọng lượng nhựa PE nhẹ và dễ dàng hơn thủy tinh để di chuyển đến một vị trí mới. Chi phí xây dựng nhà kính có thể thay đổi rất nhiều khi sử dụng các vật liệu có sẵn.
Sử dụng màng nhà kính PE sẽ cho chi phí thấp hơn trong việc xây dựng và làm ấm không khí. So với nhà kính thủy tinh, nhà kính PE có ánh sáng truyền qua giảm hơn và giữ độ ẩm cao hơn. Những ưu điểm của hệ thống nhà kính trong nông nghiệp: - Mô hình nhà kính trồng cây, trồng rau có ưu điểm đáng kể nhất đó chính là không bị tác động bởi những yếu tố thời tiết như trời mưa to, gió lớn, thì cây trồng, rau xanh, cây ăn quả sẽ không bị các trận gió, mưa lớn gây dập nát, đổ ngã. Hay những tháng 5 nắng bức, cây trồng sẽ không bị khô khan, léo lụi, vàng úa và nó còn kết hợp với hệ thống thủy canh, sẽ cung cấp lượng nước vừa phải cho cây trồng.
- Ruồi vàng, sâu bọ, ong bướm, cào cào, mối… là những côn trùng gây phá hoại nông sản khiến nhiều người lo ngại. Nhưng với hệ thống xung quanh các bức tường đều được làm bằng kính và cả mái che cũng bằng kính sẽ giúp cây trồng, rau xanh được che chắn khỏi tác nhân gây hại này. Chính điều này, sẽ giúp người nông dân hạn chế việc dùng thuốc trừ sâu cho rau, cây trồng. Sản phẩm thu lại đảm bảo an toàn, sạch sẽ hơn nhiều.
- Với thiết kế thông minh, mái vòm nhà kính khi lắp đặt sẽ cung cấp đầy đủ lượng ánh sáng cho cây trồng, đảm bảo quá trình quang hợp diễn ra tốt. Đặc biệt, khi kết hợp với phương pháp thủy canh tự động sẽ giúp tiết kiệm nhiều chi phí hoạt động, cắt giảm chi phí lao động cho việc tưới nước, chất dinh dưỡng. Mô hình nhà kính giúp tiết kiệm LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 7 nước hơn nhờ việc giữ hơi nước hiệu quả, giúp giữ môi trường luôn ẩm ướt thuận lợi cho cây phát triển.