Đặt vấn đề Hiện nay nhu cầu về chất lượng cuộc sống của con người ngày càng tăng lên kèm theo đó là thực trạng đáng báo động về nguồn thực phẩm bẩn xuất hiện tràn lan trên thị trường. Cùng với sự phát triển của các đô thị với mật độ dân số lớn con người lại tạo ra những thực phẩm có sự can thiệp của các chất hóa học để tạo sự tươi ngon cho thực phẩm (tình trạng bắp cải giả có nguồn gốc từ Trung Quốc, rau muống tưới nhớt, rau muống ngâm dung dịch để tạo màu xanh tươi,…) đã làm chúng ta hoang mang và ngày càng mất lòng tin vào những người nông dân được cho là chân chính. Nguyên nhân dẫn đến tình trạng này là do cách thức trồng thủ công lạc hậu, cực khổ nên người nông dân mới sử dụng các biện pháp như vậy. Trong thời đại cộng nghệ phát triển hiện đại thì việc áp dụng công nghệ để giải quyết các vấn đề là rất phổ biến.
Một trong những phương pháp cộng nghệ để giải quyết vấn đề nỗi lo đó là mô hình “Vườn Rau Thông Minh”. Vườn rau thông minh là hệ thống trồng rau sạch, có chức năng tự động hóa việc chăm sóc và tưới nước, giúp bạn tiếp kiệm thời gian công sức chi phí chăm sóc rau và có được sản phẩm rau an toàn cho gia đình. Một hệ thống vườn rau thông minh yêu cầu cần đáp ứng được việc tạo được môi trường nhân tạo có các yếu tố nhiệt độ, nước, gió, độ PH, ánh sáng,… cho cây phát triển. Các quá trình chăm sóc và kiểm tra môi trường và cây trồng phải được thực hiện một các tự động, chính xác và hiểu quả, đồng thời hệ thống cũng có thể tương tác với người làm vườn (chế độ thủ công).
Hệ thống có thể được áp dụng ở nhiều quy mô và khu vực khác nhau, đáp ứng tốt các yêu cầu tương ứng với khu vực được áp dụng (ví dụ: ở quy mô hộ gia đình thì hệ thống phải gọn, thẩm mỹ,…). Ngoài ra về mặt kinh tế - kỹ thuật thì yêu cầu hệ thống có giá thành hợp lý, quá trình lắp đặt và sử dụng dễ dàng, tiếp kiệm năng lượng,… 1.2 Các giải pháp công nghệ vườn rau thông minh 1.1 Kỹ thuật màng mỏng dinh dưỡng (NFT: Nutrient film technique Hình 1. 1: Mô hình hệ thống thủy canh NFT 18N33C.Nhóm 4 Trang 4 Hệ Thống Vườn Rau Thông Minh GVHD: Nguyễn Khánh Quang Đây là một hệ thống thủy canh mang tính linh hoạt cao và sử dụng khá phổ biến hiện nay. Trên thực tế thì hệ thống này tương tự như một hệ thống ngập và rút theo định kỳ.
Công nghệ này sử dụng một dòng dung dịch rất nông giúp cây non ươm trồng có thể mọc vào trong dung dịch nhanh hơn tăng khả năng thông khí. Công nghệ này trực tiếp cung cấp chất dinh dưỡng đến rễ cây, giúp cây trồng dễ hấp thụ, tối ưu hóa quá trình sinh trưởng và phát triển của rau trồng, cho rau trồng đạt chất lượng và năng xuất cao, tiếp kiệm nước và phân bón. Bên cạnh đó mô hình trồng rau công nghệ cao này không gây đọng nước vì vậy rễ cây sẽ không bao giờ bị thiếu không khí nên không gây ô nhiễm môi trường. Hệ thống sẽ tiến hành sử dụng một chiếc máy bơm nhằm đưa nước có chứa dinh dưỡng lên khay cây trồng một cách liên tục.
Kết hợp với một chiếc ống thoát nước khác có nhiệm vụ đưa dung dịch dinh dưỡng không sử dụng hết quay trở lại bồn chứa để tái sử dụng. Dung dịch thủy canh sẽ được bơm liên tục vào đầu cao của ống nhằm giúp cây phát triển và sinh trưởng một cách ổn định và hoàn hảo nhất. Dung dịch dinh dưỡng chảy trong một màng mỏng trên rễ, đảm bảo rằng chúng được tưới và cho ăn nhưng không được ngâm hoàn toàn. Lớp màng mỏng đảm bảo rằng phần trên của rễ sẽ vẫn khô và được tiếp cận với oxy trong không khí.
Ngoài ra, hệ thống này còn có một ống hứng để những máng thải dung dịch vào đó nhằm dẫn dung dịch vào bể chứa một cách lý tưởng. Ưu điểm Sử dụng hệ thống này bạn có thể tùy ý điều chỉnh dinh dưỡng cho cây sao cho hợp lý nhất kết hợp loại bỏ những chất gây hại. Tiết kiệm nước tối đa do cây sử dụng trực tiếp nước có trong dụng cụ đựng dung dịch nên nước không bị thất thoát ra ngoài. Giảm chi phí nhân công do không cần đến những khâu như làm đất, làm cỏ, vun xới và tưới nước.
Dễ dàng thanh trùng vì bạn chỉ cần sử dụng formaldehyde loãng cùng nước lã để rửa sạch. Hạn chế được việc sử dụng thuốc bảo vệ thực vật cũng như dễ dàng điều chỉnh hàm lượng dinh dưỡng nên sản phẩm đến tay người dùng đạt chất lượng cao. Trồng được cả những loại rau trái vụ do có thể điều khiển được yếu tố môi trường. Tăng năng suất cũng như chất lượng rau từ khoảng 25 – 500% Hệ thống còn có khả năng điều chỉnh lượng N phù hợp để hàm lượng NO3- trong cây không cao.
Nhược điểm của kỹ thuật thủy canh NFT Chi phí cần thiết bỏ ra để xây dựng hệ thống bước đầu thường khá cao. Nguồn nước cần phải đảm bảo đúng theo tiêu chuẩn đã được quy định sẵn. Dung dịch dinh dưỡng được điều chỉnh độ pH và sục khí để cung cấp lượng oxy cho rễ. Luôn đảm bảo dung dịch được chảy liên tục và không có dấu hiệu ngừng.Nhóm 4 Trang 5 Hệ Thống Vườn Rau Thông Minh GVHD: Nguyễn Khánh Quang 1.2 Công nghệ tưới nhỏ giọt Tưới nhỏ giọt đang là công nghệ mới đang được áp dụng nhiều trong thời gian gần đây.
Tưới nhỏ giọt là phương pháp nhằm tưới tiết kiệm nước và phân bón bằng cách điều tiết nước nhỏ giọt từ từ vào rễ phù hợp với nhiều loại cây khác nhau. Hoặc nhỏ lên bề mặt đất hay trực tiếp lên vùng có rễ, nhờ sử dụng một mạng lưới gồm các van, đường ống và lỗ thoát nước. Hệ thống tưới nhỏ giọt là mô hình một mạng lưới các đường ống phân phối nước được lắp ngay dưới mặt đất và theo hướng cây trồng. Có các điểm đầu nhỏ giọt được dán trực tiếp trên đường ống phân phối hoặc gắn thông qua các đầu nối với khoảng cách khác nhau tùy từng loại đất và cây trồng.
Các đầu nối này có thể nổi hoặc chìm dưới mặt đất tùy vào mục đích sử dụng. 2: Mô hình hệ thống tưới nhỏ giọt Ưu điểm của phương pháp tưới nhỏ giọt Công nghệ tưới nhỏ giọt có tốc độ tưới chậm, lượng nước ngấm từ từ, nhờ đó mà tiết kiệm được lượng nước, các chất dinh dưỡng trong đất không bị rửa trôi, tạo điều kiện cho cây phát triển. Phương pháp tưới nhỏ giọt giúp tiết kiệm tới 50% lượng nước và 80% thời gian tưới mỗi ngày so với cách tưới thủ công. Tưới nước nhỏ giọt thích hợp với hầu hết các loại cây trồng.
Nước được đưa chính xác tới vị trí cần tưới, tránh việc vung vãi ra xung quanh giúp cho cỏ dại phát triển. Nhược điểm của hệ thống tưới nhỏ giọt Tắt nghẽn: Là hiện tượng khá phổ biến khi sử dụng hệ thống tưới nhỏ giọt hiện nay, nguyên nhân là do chất lượng nguồn nước và chất liệu làm đường ống. Để tránh việc tắc nghẽn, cần xử lí nguồn nước sạch sẽ, không có rác bẩn và tạp chất. Phân bố vùng ẩm: Do chỉ nhỏ giọt được ở một vị trí nên đôi khi xảy ra vấn đề không cân đối vùng ẩm quanh gốc cây, một mặt được cung cấp nước thì độ ẩm tốt, mặt kia không được cung cấp lại khô khan.
Tích tụ muối: Hệ thống tưới nhỏ giọt có thể áp dụng với nước mặn, nhưng có một vấn đề phát sinh là xảy ra việc tích tụ muối ở rìa vùng ẩm sau một thời gian khô hạn kéo dài. Khi có mưa, muối sẽ được rửa và tan vào vùng rễ gây xót và hại cây.Nhóm 4 Trang 6 Hệ Thống Vườn Rau Thông Minh GVHD: Nguyễn Khánh Quang Để khắc phục vấn đề này, cần tưới bổ sung bằng cách tưới phun mưa để rửa trôi lượng muối tích tụ giữa các mùa. Chi phí ban đầu cao: Chi phí vật tư và lắp đặt hệ thống tưới nhỏ giọt tương đối cao. Ngoài ra còn chi phí vận hành sau này như bảo dưỡng, thay thế khiến người dẫn khó chấp nhận.3 Sơ đồ và mô tả công nghệ của vườn rau thông minh Sau khi tìm hiểu và phân tích các công nghệ vườn rau thông minh hiện nay, nhóm chúng em quyết định chọn hệ thống vườn rau thông minh sử dụng công nghệ tưới nhỏ giọt.
Các yêu cầu cải tiến của hệ thống: Theo như chúng ta đã biết thì ngoài việc quản lý việc tưới tiêu của cây trồng hợp lý, hiệu quả. Thì việc cây trồng có phát triển tốt và đạt được năng xuất cao hay không thì còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác như là theo mùa (hiện tượng xói mòn đất trong mùa mưa,…), nhiệt độ, ánh sáng,… Để giải quyết các yêu cầu trên thì nhóm đã quyết định xây dựng một hệ thống vườn dưới dạng nhà lưới với mái chè sử dụng màn PE có tác dụng che mưa hoàn toàn. 3: Hệ thống vườn dạng nhà lưới Đồng thời giám sát điều chỉnh nhiệt độ trong nhà vườn bằng các hệ thồng phun sương và quạt thông gió. 4: Hệ thống quạt gió 18N33C.Nhóm 4 Trang 7 Hệ Thống Vườn Rau Thông Minh GVHD: Nguyễn Khánh Quang Còn việc giảm tác động của cường đồ ánh sáng quá lớn trong mùa nắng thì nhà vườn sẽ được lắp đặt thêm hệ thống lưới che tự động thu lưới và kéo lưới.
5: Hệ thống lưới che nắng Điểm đặc biệt của hệ thống là việc tưới tiêu giám sát các yếu tố môi trường được thực hiện một cách tự động có cài đặt trước tùy theo yêu cầu của người dùng cũng như cây trồng. Đồng thời cũng có thể điều khiển trực tiếp bằng tay nếu người dùng muốn. Công nghệ tưới được sử dụng giúp cho việc tưới tiêu dễ dàng, tiếm kiệm nước thích hợp với tình trạng tài nguyên nước suy giảm hiện nay. Sơ đồ công nghệ của hệ thống: Hình 1.
6: Sơ đồ công nghệ vườn rau thông minh Chú thích: (1) Máy bơm nước tưới cây. (2) Cảm biến nhiệt độ phòng. (8) Động cơ kéo lưới. (3) Cảm biến cường độ ánh sáng.
(4) và (5) Công tắc hành trình.