Khóa luận Pha chế dung dịch dinh dưỡng để trồng rau sạch bằng phương pháp thủy canh tĩnh

bidium) 0.6 –1.5 420 – 560 Hoa hồng 1.5 – 2.4 1051 – 1750 Cà chua 2.4 – 5.0 1400 – 3500 Xà lách 0.6 – 1.5 280 – 1260 Xà lách soong 0.6 – 1.5 280 – 1260 Cây chuối 1.5 –2.4 1260 – 1540 Cây dứa 2.4 – 5.0 1400 – 1680 Dâu tây 1.5 – 2.4 1260 – 1540 Ớt 1.5 – 2.4 1260 – 1540 - Giai đoạn phát triển: trong suốt giai đoạn thân và lá phát triển như nhau. - Giai đoạn trưởng thành: giai đoạn trưởng thành lá phát triển tối thiểu, chất dinh dưỡng được huy động vào trong hạt và trái. Sự phát triển của rễ chủ yếu xảy ra ở giai đoạn đầu và ít quan trọng hơn ở giai đoạn sau. Trong suốt giai đoạn trưởng thành, rễ rất ít phát triển và gần như ngừng hẳn. 2.2.2.3.2. Nồng độ ion trong dung dịch Nồng độ ion trong dung dịch bổ sung được xác định bởi tỉ lệ thoát hơi nước. Sự thoát hơi nước quyết định tỉ lệ tiêu thụ nước, sự phát triển quyết định tỷ lệ tiêu thụ dinh dưỡng khoáng (sự vận chuyển dinh dưỡng khoáng từ dung dịch sang cây). Ước lượng sự thoát hơi nước đối với sự phát triển của cây trong môi trường thủy canh là 300 – 400 kg nước/ 1 kg sinh khối khô. Tỷ lệ chính xác tùy thuộc vào độ ẩm không khí, độ ẩm khi thấp sẽ làm tăng sự thoát hơi nước nhưng không tăng sự phát triển. Lượng CO2 cao làm đóng khẩu và tăng quá trình quang hợp, chính vì vậy sự thoát hơi nước đến một tỉ lệ nào đó sẽ giảm xuống còn 200 kg nước/ 1 kg sinh khối khô. Hiểu biết về tỷ lệ này sẽ rất có lợi trong việc quyết định nồng độ dung dịch tương ứng cho dung dịch bổ sung. Tổng nồng độ ion có thể được duy trì bằng cách điều chỉnh tính dẫn điện của dung dịch. Nếu tính dẫn điện gia tăng, cần làm loãng dung dịch bổ sung, nhưng thành phần chất dinh dưỡng vẫn phải giữ nguyên. Tính dẫn điện không thay đổi nhanh cho nên chỉ cần theo dõi vài lần trong tuần. 2.2.2.3.3. Sự chuyển vận của dinh dưỡng khoáng trong dung dịch Các dinh dưỡng khoáng thiết yếu có thể được đặt theo 3 nhóm sau đây dựa trên cách mà chúng bị loại ra khỏi môi trường dinh dưỡng (do bị cây hấp thu): - Nhóm 1: NO3-, NH4+, P, K, Mn các chất này được hấp thu một cách chủ động nhờ rễ và bị loại khỏi môi trường trong vài giờ. - Nhóm 2: Mg, S, Fe, Zn, Cu, Mo, C các chất này được hấp thu ở mức trung bình và bị loại khỏi môi trường nhanh hơn nước. - Nhóm 3: Ca, B các chất này được hấp thu một cách thụ động và thường tích lũy trong dung dịch. Một trong những khó khăn trong việc theo dõi và điều chỉnh từng loại ion là nồng độ nhóm 1 phải được giữ ở mức thấp nhằm ngăn cản sự tích lũy chất độc trong mô thực vật. Tuy nhiên nồng độ thấp thì rất khó theo dõi và điều chỉnh. Nếu nồng độ dinh dưỡng cao thì điều này cho biết là cây cần thêm nước, do đó nước được thêm vào là cần thiết (nước được thêm vào bởi hoạt động của cây). Khi nồng độ chất dinh dưỡng giảm hơn mức cho phép thì cây cần bổ sung dưỡng chất nhiều hơn nước. Nếu chỉ bổ sung nước mà không chú ý đến bổ sung khoáng chất thì ảnh hưởng đến chất lượng của sản phẩm có thể làm giảm hương vị của rau quả. Trong thực tế việc trồng thủy canh ở Úc cho thấy điều trên khi trồng các loại rau ăn lá như: cải xà lách, cải ngọt, rau cần tây... Trong đa số các loại cây thì nồng độ tổng cộng của các chất dinh dưỡng trong khoảng 500 ppm – 2000 ppm để không làm ảnh hưởng đến áp suất thẩm thấu của tế bào. Tuy nhiên ở một số loại như cà chua, dâu tây cần nồng độ môi trường dinh dưỡng cao khoảng 3500 ppm, hoặc nồng độ dinh dưỡng có giá trị thấp như cải xà lách song, và giá trị trung bình như dưa chuột. Tùy vào giai đoạn tăng trưởng và phát triển của cây cho nên việc thêm vào dung dịch bổ sung theo một tần số nhất định là không cần thiết. Các chất dinh dưỡng được hấp thu nhanh chóng sẽ dễ dàng được biến đổi trong mô thực vật, có nghĩa là cây có khả năng dự trữ chất dinh dưỡng trong rễ, thân, lá và sẽ nhanh chóng biến đổi cho nhu cầu cần thiết của cây. Cây sẽ nhanh chóng lấy đi vài loại khoáng thường dùng trong khi loại tích lũy các chất khác. Cho nên nồng độ N, P, K trong dung dịch có thể ở mức thấp (0,1 mM hoặc vài ppm) bởi vì các chất này đã được hấp thu vào cây. Việc duy trì dinh dưỡng khoáng ở nồng độ cao trong dung dịch có thể dẫn đến tình trạng mất cân bằng dinh dưỡng do cây đã hấp thu các chất quá nhiều. 2.2.3 Tính toán hàm lượng dinh dưỡng trong dung dịch Trước tiên ta cần quan tâm đến một số dạng muối thường được sử dụng trong kỹ thuật thủy canh hiện nay như sau: Bảng 2.2. Một số muối được dùng trong dinh dưỡng thủy canh. Nguyên tố Muối Công thức phân tử N Kali nitrat Canxi nitrat Natri nitrat Amoni sunfat Amoni nitrat Amoni đihiđrophotphat Amoni hiđrophotphat Urê KNO3 Ca(NO3)2.4H2O NaNO3 (NH4)2SO4 NH4NO3 NH4H2PO4 (NH4)2HPO4 (NH2)2CO K Kali clorua Kali hiđrocacbonat Kali nitrat Kali đihiđrophotphat Kali sunfat KCl KHCO3 KNO3 KH2PO4 K2SO4 Ca Canxi nitrat Canxi sunfat Ca(NO3)2.4H2O CaSO4.2H2O P Kali đihidrophotphat Axit photphoric KH2PO4 H3PO4 Mg Magiê sunfat Magiê nitrat Magiê cacbonat MgSO4.7H2O Mg(NO3)2.6H2O MgCO3 Fe Sắt (II) sunfat Các chelat sắt FeSO4.7H2O Fe-EDTA hoặc Fe-EDDHA Cu Đồng sunfat CuSO4.5H2O Zn Kẽm sunfat ZnSO4.2H2O hay ZnSO4.7H2O Mo Amoni molybđat (NH4)2MoO4.2H2O B Axit boric H3BO3 Mn Mangan sunfat MnSO4.H2O Nồng độ các muối trong nước có thể được biểu diễn bằng nhiều đơn vị khác nhau như ppm, mg/l, g/lTrong đó đơn vị thường được sử dụng trong pha chế dung dịch dinh dưỡng là ppm. Phần triệu (ppm) chính là số gam muối có trong một triệu gam nước; tức là số gam muối có trong 1000 lít nước. Ví dụ: trong công thức dinh dưỡng cần 165 ppm nitơ có nghĩa là trong 1000 lít nước có 165 gam nitơ (ở dạng muối) hòa tan trong đó. Để quy đổi ra khối lượng muối cần sử dụng, đầu tiên ta chọn muối để cung cấp N, sau đó thực hiện các bước tính toán. Nếu ta chọn muối amoni nitrat (NH4NO3) + Bước 1: Tính khối lượng phân tử 4 3NH M = 14 2 + 4 16 3 = 80NO × + × + Bước 2: Tính % khối lượng N trong phân tử: 14 2 .100 35% 80 × = +Bước 3: Tính nồng độ muối theo yêu cầu để có được 165 ppm nitơ: 165 .100 = 471ppm 35 Vậy ta cần 471 g amoni nitrat hòa tan trong 1000 lít nước để cung cấp 165 g nitơ (165 ppm). Trong mục 2.3 cùng chương sẽ giới thiệu cho chúng ta phần mềm tính toán khối lượng các muối pha dung dịch dinh dưỡng đồng thời cung cấp một số công thức dinh dưỡng có sẵn trong cơ sở dữ liệu của phần mềm. 2.3. Giới thiệu phần mềm pha chế dung dịch dinh dưỡng[6], [7] 2.3.1. Phần mềm HydroBuddy v1.50 2.3.1.1. Giới thiệu về phần mềm Phần mềm HydroBuddy do Daniel Fernadez- một nhà hóa học chuyên nghiệp lập nên. Ông đã tốt nghiệp thạc sĩ hóa học chuyên ngành công nghệ nano tại trường đại học Rovira I Virgili (Tây Ban Nha), hiện tại ông đang làm tiến sĩ tại viện Catalá d'Investigació Química (ICIQ). Một số tính năng của phần mềm: - Tính khối lượng các muối cần dùng để pha chế dung dịch dinh dưỡng theo các công thức. Chương trình sẽ tự động xuất để kết quả phù hợp nhất với nồng độ các nguyên tố trong công thức yêu cầu. - Tính toán khối lượng muối cần thiết cho dung dịch dinh dưỡng sử dụng trực tiếp trồng cây thủy canh (thích hợp qui mô lớn) hoặc dung dịch mẹ A+B để pha dung dịch con theo tỉ lệ thích hợp (thích hợp cho qui mô nhỏ). - Cho phép bổ sung các hóa chất vào cơ sở dữ liệu của phần mềm. - Phần mềm sử dụng nhiều hệ đơn vị nồng độ chất khác nhau tùy theo nhu cầu người sử dụng như ppm, mM, M hay N. - Lập nên các công thức dinh dưỡng theo nồng độ ppm của các nguyên tố từ thành phần của công thức dinh dưỡng được dùng phổ biến. - Đưa thêm hàm lượng các nguyên tố có trong nước vào viêc tính toán. - Cho thấy những sai số dụng cụ có thể mắc phải. - Tính toán kinh phí để mua hóa chất. - Dự báo về độ dẫn điện của dung dịch. - Ghi nhận và theo dõi sự thay đổi pH và độ dẫn điện của dung dịch (EC) dưới dạng biểu đồ trong suốt quá trình sử dụng dung dịch. 2.3.1.2. Hướng dẫn tải và cài đặt phần mềm Truy cập vào trang web để tải phần mềm miễn phí. Chọn mục “Get HydroBuddy for Windows” nơi gần cuối màn hình. Vào thư mục chứa tập tin “HydroBuddy-1.50-Setup” vừa tải về. Nhấp đúp vào tập tin để bắt đầu cài đặt chương trình, trên màn hình sẽ lần lượt xuất hiện các cửa sổ sau: Chọn “Next” để tiếp tục Nhấp vào “Select Folder” để chọn nơi lưu trữ chương trình cài đặt, để tiện việc khởi động phần mềm nên cho nơi lưu trữ là màn hình Desktop. Sau đó chọn “Next” để tiếp tục. Chọn “Begin Installation” chương trình sẽ tự động được cài đặt. Nhấn nút “Exit” là hoàn thành cài đặt phần mềm. 2.3.1.3. Hướng dẫn cơ bản sử dụng phần mềm Bước 1: Khởi động phần mềm bằng cách click vào biểu tượng phần mềm trên màn hình Desktop hoặc vào All programs chọn và double click vào phần mềm HydroBuddy v1.50. Giao diện phần mềm (hình 2.1) gồm 2 thanh công cụ: + Các mục lệnh ở thanh trên giúp ta tiến hành các bước lập nên công thức dinh dưỡng cho cây trồng thích hợp. + Các mục lệnh ở thanh dưới là những hướng dẫn sử dụng phần mềm của tác giả. Hình 2.1. Giao diện phần mềm HydroBuddy v1.50 Bước 2: Click vào mục Main Page ( hình 2.2)  chỉnh sửa một số mục trong cửa sổ này để tiến hành lập công thức dinh dưỡng : Hình 2.2. Giao diện mục Main Page + Click mục Select formulation from DB để chọn loại cây trồng. Chúng ta có thể loại bỏ cây trồng trong cơ sở dữ liệu của phần mềm bằng cách chọn cây trồng và nhấn nút Delete Formulation From DB hoặc thêm cây trồng bằng cách nhấn nút Add Formulation to DB. + Click mục Substance Selection hiện ra cửa sổ (hình 2.3), chọn hóa chất ta sử dụng để pha chế dung dịch. Click tên hóa chất nhấn nút Add là chọn, nút Delete loại bỏ. Đóng cửa sổ Substance Selection trở về màn hình cửa sổ Main Page. Hình 2.3. Giao diện mục Substance selection + Chọn đơn vị và lượng dung dịch mà bạn cần pha ở mục Volume: Gallons có nghĩa là đơn vị Galông. 1Galông = 4,54 lít ở Anh = 3,78 lít ở Mỹ. Liters nghĩa là đơn vị lít. Cubic Meters nghĩa là mét khối. + Chọn đơn vị nồng độ các dung dịch ở mục Concentration Units. Thường ta sử dụng đơn vị ppm. + Chọn đơn vị khối lượng các hóa chất sử dụng để pha dung dịch ở mục Mass Units, dùng đơn vị của Việt Nam gram. + Chọn dạng dung dịch mẹ ở mục Solution Preparation type: Chọn mục Concentrated A+B Solution khi muốn pha dung dịch mẹ riêng thành 2 dung dịch A và B . Thường ta sẽ chọn cách pha dung dịch ở dạng này. Chọn mục Direct Addition khi muốn pha dung dịch dinh dưỡng sử dụng trực tiếp trồng cây thủy canh. Chọn nguyên tố sẽ được tính toán dựa vào nồng độ của các hợp chất khác ở mục Choose Degree of Freedom. + Chọn dạng tính toán các nồng độ các chất ở mục Calculation Type Chỉnh sửa nồng độ theo ý muốn khi chọn mục Input Desired Concentration. Tính toán nồng độ từ khối lượng các chất khi chọn mục Concentrations from Weights. Sao chép kết quả tính toán được vào cơ sở dữ liệu của phần mềm khi nhấn nút Copy Weight Results to DB. Nhấn nút Carry Out Calculation để xem những cảnh báo của chương trình từ việc nhập liệu, khi chúng ta nhập dữ liệu chưa chính xác hoặc để biết là nồng độ của nguyên tố trong dung dịch đã vượt quá mức cho phép... Bước 3: Click vào mục Results (hình 2.4), để xem kết quả tính toán và xuất dữ liệu: Hình 2.4. Giao diện mục Results + Nhấn nút Export to Csv để xuất dữ liệu dưới dạng file excell. 2.3.2. Trang web nonghoc.com 2.3.2.1. Giới thiệu tác giả trang web Trang web do tập thể lớp tên là TC08NH thành lập. Đây là trang thông tin chính thức của sinh viên lớp tại chức nông học khóa 2008, khoa Nông học, trường Đại học Nông Lâm Thành phố Hồ Chí Minh. Dựa vào phần mềm pha chế dung dịch thủy canh Hydrobuddy giới thiệu mục trên, các tác giả này đã chuyển sang phiên bản Tiếng Việt. Trang web giúp chúng ta dễ dàng tìm ra các công thức để pha chế dung dịch dinh dưỡng bằng cách lựa chọn các cây trồng và các hóa chất phù hợp. 2.3.2.2. Hướng dẫn sử dụng trang web để pha chế dung dịch Bước 1: Truy cập vào trang web Bước 2: Chọn cây trồng mà bạn muốn trồng, ví dụ như bạn trồng cây rau diếp. Khi bạn chọn cây rau diếp xong thì bên dưới nó sẽ hiển thị ra công thức pha chế dung dịch cho cây rau diếp ở bên dưới, cột nồng độ. Công thức này là chuẩn tuy nhiên chúng ta cũng có thể thay đổi nồng độ của các ion đó. Bước 3: Cần xác định thể tích dung dịch mà bạn muốn pha, ví dụ là bạn muốn pha 100 lít. Bước 4: Chọn những hóa chất mà chúng ta dùng để pha chế, có thể lấy những hóa chất có sẵn hoặc thay đổi nó. Hình 2.5. Hướng dẫn sử dụng trang web nonghoc.com để pha chế dung dịch dinh dưỡng Bước 5: Nhấn nút tính khối lượng để chương trình tính toán khối lượng các chất đã chọn. Bước 6: Đọc kết quả. Kết quả tính toán khối lượng các chất cần pha sẽ hiển thị bên dưới (hình 2.6), ngoài ra bên cạnh cột nồng độ lý tưởng của công thức trồng cây rau diếp, phần mềm cũng tính toán lại nồng độ thực tế của các ion mà chúng ta có thể pha được (hình 2.5). Xin lưu ý là nồng độ lưu huỳnh (S) được tính toán phụ thuộc theo việc tính toán nồng độ của các chất khác. Hình 2.6. Kết quả tính toán khối lượng hóa chất Chương 3. Các yếu tố môi trường ảnh hưởng đến cây trồng thủy canh 3.1. Ảnh hưởng của điều kiện bên ngoài đến sự hút các chất dinh dưỡng ở rễ và biến dưỡng của hệ rễ [3], [4] 3.1.1. Ảnh hưởng của nồng độ CO2 CO2 cùng H2O tham gia tổng hợp các chất hữu cơ. Thành phần CO2 trong khí quyển tương đối ổn định (khoảng 0,03% thể tích). Khi hàm lượng CO2 cao hơn ngưỡng thì một phần CO2 trở thành hoạt hóa và kết hợp với cacbonat chuyển thành dạng bicacbonat hòa tan làm cho độ cứng của nước tăng lên. Khi hàm lượng CO2 trong nước tăng lên một ít thì làm tăng cường độ quang hợp, quá trình phát triển của bộ phận trên không thuận lợi nhưng khi CO2 trong nước tăng thì ảnh hưởng lớn đến hô hấp của hệ rễ. Hệ thống cacbonat không chỉ là nguồn dinh dưỡng mà còn là chất đệm để giữ nồng độ ion hyđro trong môi trường nước ở gần với giá trị trung bình. 3.1.2. Ảnh hưởng của độ thoáng khí đến sự hút chất dinh dưỡng Trừ nhóm sinh vật kị khí bắt buộc, còn lại các sinh vật khác đều cần tới oxy để hô hấp. Khi hô hấp hiếu khí 50% vật chất oxy hóa được chuyển thành năng lượng, trong khi đó hô hấp kị khí chỉ 3% vật chất chuyển thành năng lượng. Trong thành phần khí quyển, oxy chiếm khoảng 21% thể tích trong không khí và oxy có khối lượng lớn dễ được sinh vật hấp thu. Trong khi đó trong đất và trong nước việc hấp thu oxi khó hơn, nó phụ thuộc vào cấu trúc của đất, chế độ canh tác, hệ vi sinh vật... Nguồn oxi trong nước là do oxi khuếch tán từ không khí (nhờ gió, sự chuyển động của nước), nhưng bằng cách này oxi khuếch tán vào nước rất chậm. Hòa tan ít trong nước là thuộc tính của oxi. Các nghiên cứu đã thấy sự hút các chất khoáng đạt mức cao nhất ở môi trường có nồng độ oxi từ 2 – 3%. Khi nồng độ oxi dưới 2% tốc độ hút khoáng giảm. Nhưng nếu tăng nồng độ từ 3 – 100% thì tốc độ hút khoáng cũng không thay đổi. 3.1.3. Ảnh hưởng của ngập úng đối với hệ rễ Sự ngập úng hệ rễ làm cho oxi bị thiếu đi trầm trọng, ảnh hưởng rất lớn đến quá trình hô hấp của rễ làm cây không phát triển và chết. 3.1.4. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến sự hút khoáng Nhiệt độ có tác dụng lớn đến các quá trình hút chất khoáng của hệ rễ. Nhiệt độ thích hợp cho các quá trình ra hoa, nở hoa và hạt phấn thụ tinh là 20oC - 25oC. Nhiệt độ là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến sự tăng trưởng và phát triển của thực vật. Một số nghiên cứu cho thấy khi tăng nhiệt độ ở một giới hạn hẹp đã làm tăng sự hút chất dinh dưỡng. Nhiệt độ đã ảnh hưởng chủ yếu lên quá trình trao đổi chất, lên các quá trình liên kết giữa các phân tử trong chất nguyên sinh với các nguyên tố khoáng. 3.1.5. Ảnh hưởng của ánh sáng đến sự hút khoáng Ánh sáng ảnh hưởng mạnh đến sự hút khoáng. Ánh sáng ảnh hưởng mạnh đến khả năng hấp thu NH4 +, SO42- tăng mạnh trong khi đó sự hấp thụ Ca và Mg ít thay đổi. Nhìn chung tác động của ánh sáng liên quan đến quá trình quang hợp, trao đổi nước và tính thẩm thấu của chất nguyên sinh. 3.1.6. Ảnh hưởng của nồng độ và tỉ lệ các nguyên tố khoáng ở môi trường ngoài đến sự hút khoáng Tỉ lệ giữa các ion trong môi trường và mối liên quan giữa chúng với cường độ hút khoáng, người ta thấy có 3 hình thức tương quan giữa các ion: đối kháng, hỗ trợ và không ảnh hưởng lẫn nhau. Quan hệ đối kháng biểu hiện rõ ở các cặp ion sau: + Giữa Mg2+ và K+, Na+, Ca2+, Mn2+, NH4+ + Giữa K+ và NH4+, Mn2+, Pb2+. + Giữa Ca2+ và Li+, Na+, NH4+, Fe2+, Mg2+. + Hiện tượng đối kháng giữa các anion theo thứ tự sau: Cl- > I- > Br – + Một số cặp đối kháng ion như: Cl- và NO3-, NO3- và PO43- 3.1.7. Ảnh hưởng của nấm bệnh trong dung dịch thủy canh Nấm là loại bệnh nghiêm trọng mà chúng ta gặp phải trong hệ thống này, rất hiếm khi thấy bệnh, khi tất cả các phần trong hệ thống đã được giữ gìn sạch sẽ. Các nhà nghiên cứu bệnh lý học thực vật cho rằng điều kiện vệ sinh như là một phương thức điều khiển tốt nhất. Nhiều tác giả cũng đã nhận thấy nếu lượng Mn bị thiếu hụt sẽ làm cây dễ bị nhiễm nấm. Một thí nghiệm ngẫu nhiên đã sử dụng MnCl2 thay cho MgCl2 trong dung dịch dinh dưỡng. Trong suốt thời gian tiến hành thí nghiệm có một vài hệ thống bị nhiễm nấm nhưng các hệ thống tương tự không bao giờ nhiễm khi có đủ Mn. Coban cũng có khả năng đàn áp sự phát triển của vi khuẩn nhưng nếu tăng lượng Co sẽ gây độc tố cho cây. Để giảm sự phát triển của nấm bệnh cần tăng lượng Mn cao hơn mức tối thiểu cần cho sự phát triển của cây. 3.1.8. Ảnh hưởng của các giá thể nuôi trồng thủy canh Giá thể để trồng cây phải có nhiều tính chất giống đất, phải là chỗ dựa cho hệ thống rễ, tạo điều kiện cho rễ mọc dài ra để tìm nước và chất dinh dưỡng và phải là phương tiện cung cấp O2, nước và dinh dưỡng cho sự sinh trưởng và phát triển của cây. Có nhiều vật liệu thích hợp có thể sử dụng làm giá thể trong thủy canh. Việc lựa chọn một giá thể nào đó phụ thuộc vào ảnh hưởng của các yếu tố bao gồm giá tiền, hiệu quả, cân nặng, tỷ lệ xốp, khả năng chống lại sự phân hủy, tính trơ, khả năng giữ nước,tính đồng đều và bền vững, có độ vô trùng cao, bền và có khả năng tái sử dụng được. Giá thể phải không chứa các vật liệu gây độc có thể gây ảnh hưởng độc hại tới môi trường dinh dưỡng,và cả độ pH của môi trường. Khả năng hút nhiệt cũng là một tính chất quan trọng. Giá thể có màu đen bị nóng nhanh hơn khi phơi ngoài ánh sáng, làm cho nhiệt độ tăng lên ở xung quanh rễ. Người ta sử dụng nhiều cơ chất khác nhau trong nuôi trồng thuỷ canh. Tuy nhiên một trong số những đòi hỏi duy nhất của việc nghiên cứu đó là rễ cây phải dễ dàng tách ra khỏi môi trường. Than bùn, perlite và vermiculite là những cơ chất tốt, nhưng rễ thường đâm sâu trong môi trường nên sẽ gặp khó khăn trong việc nghiên cứu kích thước, hình thái của rễ. Đối với môi trường cát, ta dễ dàng lấy rễ ra nhưng rễ phát triển trong cát thường ngắn và ốm hơn trong môi trường thuỷ canh vì cát chặt hơn. Cây phát triển trong cát ít tốt hơn trong những cơ chất khác. Trong nhiều năm qua, người ta thường dùng đất nung (hay còn gọi là Turface, Profil, Arcillite) để nghiên cứu thuỷ canh vì loại nó ra khỏi đất rất dễ. Tuy nhiên đất có hai bất lợi: + Không có tính trơ về mặt hoá học. Những loại đất nung khác nhau cho ra những dinh dưỡng khoáng khác nhau và điều này làm cho kết quả nghiên cứu không còn chính xác. Có thể dùng dung dịch để rửa những chất không mong muốn, nhưng tốn kém. + Đất nung có kích cỡ không giống nhau và khả năng hấp thu nước tuỳ thuộc vào kích thước, cho nên tính đồng nhất không giống nhau. Gần đây, một sản phẩm mới đựơc đóng ép gọi là isolite. Isolite được khai thác ở vùng biển Nhật bản là nơi duy nhất có loại này, nó được trộn với đất sét 5% (đóng vai trò như chất kết dính). Ngoài ra trong thành phần của nó còn có SiO2 (Silic đioxit). SiO2 có tính trơ cao về mặt vật lý và hoá học. Isolite có kích cỡ từ 1 – 10 mm đường kính. Các thí nghiệm cho thấy isolite có tính trơ cao về mặt hoá học và tính giữ nước tốt. Tuy nhiên, điểm bất lợi của nó là giá cả của nó khá cao. Một số giá thể hữu cơ thường được sử dụng trong kĩ thuật thủy canh ở nước ta. - Vỏ cây, xơ dừa (hình 3.1) Hình 3.1. Giá thể xơ dừa Đây là một loại giá thể tương đối rẻ tiền, có khả năng chống phân hủy do vi khuẩn cao. Nhưng khi sử dụng loại giá thể này có thể làm giảm pH của dung dịch dinh dưỡng. Vì vậy, ta chỉ sử dụng khi đảm bảo là giá thể này đã được xử lý để loại bỏ tính axit của chúng. - Than bùn (hình 3.2) Hình 3.2. Giá thể than bùn Đây là chất tốt nhất trong các giá thể hữu cơ có khả năng giữ nước và chất dinh dưỡng cao hơn các loại giá thể hữu cơ khác.Than bùn có chứa nhiều khoáng chất như: N, P, Ca, Mg và một số nguyên tố vi lượng trong đó có silic. Thông thường trong nuôi trồng thuỷ canh, than bùn được dùng để nuôi trồng các loại cây cho quả như: cà chua, dưa leo, ớt tây, dâu tây Than bùn cần thanh trùng trước khi sử dụng. - Tro trấu hoặc vỏ trấu (hình 3.3) Hình 3.3. Giá thể vỏ trấu, tro trấu Đây là loại giá thể ít được sử dụng vì khả năng giữ nước và chất dinh dưỡng kém. Nhưng là loại giá thể ít hoặc dường như không gây ảnh hưởng đến môi trường của dung dịch dinh dưỡng. Khi biết kết hợp loại giá thể này với than bùn hoặc xơ dừa nghiền nhuyễn sẽ tạo ra một loại giá thể thích hợp cho nhiều loại rau ăn lá như: xà lách, cải xanh, cải dún... - Mùn cưa Mùn cưa, cát và hỗn hợp hai vật liệu đó được dùng có kết quả để sản xuất dưa chuột. Một hỗn hợp có khoảng 25% cát có lợi là phân bố độ ẩm đồng đều hơn khi dùng mùn cưa. Cần phải chú ý không phải mùn cưa nào cũng thích hợp như nhau, một số mùn cưa có chất độc khi còn tươi, có thể gây ảnh hưởng môi trường dinh dưỡng. - Cát Cát là một trong những giá thể rẻ nhất có thể sử dụng. Tuy nhiên, cần phải kiểm tra để chắc chắn rằng nó không bị ô nhiễm bởi đất và nó thích hợp khi trồng thuỷ canh. Cát không nên quá nhỏ cũng không nên quá thô, kích thích hạt thay đổi tốt nhất từ 0,1 – 1,00 mm, với mức độ trung bình từ 0,25 – 0,50 mm. Cát có nguồn gốc từ biển, cần phải loại bỏ hoàn toàn muối. Vỏ sò nhỏ phần lớn chứa đá vôi và nếu bỏ trong dung dịch nó sẽ làm cho pH tăng lên. Độ kiềm tăng giữ chặt Fe lại trong dung dịch, gây hiện tượng thiếu hụt Fe cho cây. - Sỏi (hình 3.4) Hình 3.4. Giá thể sỏi Cũng giống như cát, hạt sỏi không chứa đá vôi, do đó không gây ảnh hưởng đến độ pH. Sử dụng sỏi có nhiều thuận lợi, vấn đề giữ nước có thể giảm đến mức tối thiểu bằng cách sử dụng hỗn hợp gồm 40% perlite và 60% sỏi về thể tích. 3.1.9. Chất lượng nước Chất lượng nước thích hợp cho con người sử dụng thì sẽ thích hợp cho việc nuôi trồng thủy canh. Nước máy và nước giếng đều có thể được sử dụng. Nhưng khi thủy canh với một môi trường rộng lớn cần phân tích kỹ để biết các thành phần khoáng có trong nước sử dụng. Nước mưa cũng là một nguồn nước có thể sử dụng được. Tuy nhiên nước mưa từ mái nhà hoặc được chứa trong các thùng mạ kẽm thì không tốt. Sau một thời gian Zn dần dần được giải phóng ra quá nhiều gây nên triệu chứng thiếu hụt sắt. Chương 4. Các loại hình thủy canh hiện nay[10] 4.1. Hệ thống thủy canh không hồi lưu (Thủy canh tĩnh) Đây là hệ thống thủy canh sẽ được hướng dẫn cụ thể trong tài liệu này ở chương 5 mục 5.2 . Là hệ thống có dung dịch dinh dưỡng đặt trong hộp xốp hoặc các vật chứa cách nhiệt khác, dung dịch nằm nguyên trong hộp chứa từ lúc trồng cây đến khi thu hoạch. Hệ thống này thích hợp với quy mô gia đình ở các nước kém phát triển, đòi hỏi phải có chất dinh dưỡng tự điều chỉnh được độ axit (pH) của dung dịch. Kỹ thuật thuỷ canh đơn giản hiện đang triển khai tại nước ta là loại này. 4.2. Hệ thống thủy canh hồi lưu 4.2.1. Hệ thống thủy canh hồi lưu (ống PVC) Hệ thống thủy canh hồi lưu (hình 4.1) được áp dụng theo nguyên tắc hoạt động kỹ thuật màng dinh dưỡng (Nutrient Film Technology). Dung dịch dinh dưỡng được bơm qua hệ thống rễ cây và dung dịch dư được thu nhận và tái sử dụng. Trong hệ thống này các máng chứa dịch dinh dưỡng bằng ống nhựa PVC. Trên mỗi ống tiến hành khoan các lỗ tròn với khoảng cách bằng nhau. Trong các lỗ này là các rọ nhựa chứa giá thể xơ dừa và cây, được đục lỗ tạo sự thông thoáng và rễ đâm qua hút dịch dinh dưỡng. Khoảng 2 – 3 cm rọ nhựa được ngâm trong dung dịch dinh dưỡng. Một số rễ được ngâm trong dung dịch, trong khi những rễ khác nằm trong không khí bên trên dung dịch để hấp thu không khí. Dung dịch dinh dưỡng được máy bơm tuần hoàn phân phối đều vào các ống, sau đó trở về thùng chứa. Việc tuần hoàn giúp đảm bảo dinh dưỡng khoáng và hàm lượng oxi tạo điều kiện thuận lợi cho cây phát triển. Hình 4.1. Hệ thống thủy canh hồi lưu (ống nhựa PVC) - Ưu, nhược điểm: Với ưu điểm trồng cây không cần đất, chỉ cần không gian để lắp đặt hệ thống, do vậy có thể triển khai ở những vùng đất cằn cỗi như hải đảo, vùng núi xa xôi, cũng như trên sân thượng, ban công của các hộ gia đình. Với kỹ thuật này chúng ta có thể chủ động thời vụ và có thể trồng quanh năm, luân canh liên tục trên một diện tích có thể tăng năng suất cây trồng với độ ổn định cao. Tuy nhiên, để lắp đặt mô hình thủy canh hồi lưu, đòi hỏi chi phí đầu tư ban đầu cao hơn giải pháp trồng rau trên đất hoặc thủy canh tĩnh. 4.2.2. Hệ thống thủy canh hồi lưu cải tiến (vải bố) Trên cơ sở thủy canh hồi lưu đã được nghiên cứu trong nhiều năm, người ta cải tiến mô hình thủy canh nhằm giảm chi phí, tăng hiệu quả và khả năng ứng dụng của mô hình. Hệ thống thủy canh hồi lưu cải tiến (hình 4.2) được thiết kế từ vải bố được thiết kế bao gồm 3 modul: modul phân phối dinh dưỡng bao gồm bơm và các ống PVC được phân phối nhằm dẫn truyền dung dịch dinh dưỡng phân phối vào modul túi bố; modul túi bố gồm nhiều túi bố nhỏ (kích thước mỗi túi 8x10 cm), trong mỗi túi nhỏ chứa giá thể (xơ dừa, trấu hun...); modul khung cố định bao gồm các thanh (bằng sắt, gỗ, tre..) để cố định hệ thống theo trục đứng. Nhờ vào modul dẫn truyền dịch dinh dưỡng, vải bố và giá thể được thấm ướt, cây sử dụng dịch dinh dưỡng từ giá thể và túi bố để sinh trưởng và phát triển. Hình 4.2. Hệ thống thủy canh hồi lưu cải tiến (vải bố) Kết quả cho thấy cây được trồng theo kỹ thuật thủy canh hồi lưu cải tiến đem lại hiệu quả cao và an toàn, biểu hiện ở khả năng sinh trưởng và phát triển tốt, chất lượng rau được đảm bảo. Bên cạnh đó, kỹ thuật vận hành và theo dõi đơn giản, tốn ít thời gian với hệ thống được bán tự động hóa. Chi phí đầu tư ban đầu thấp, một số chi tiết trong hệ thống có thể tận dụng từ các vật liệu sẵn có. - Ưu, nhược điểm Ưu điểm có thể kiểm soát chất lượng dịch dinh dưỡng, điều tiết được điều kiện canh tác và vận hành đơn giản, kỹ thuật này cho phép chúng ta chủ động thời vụ và có thể trồng quanh năm, luân canh liên tục vì thế có thể tăng năng suất cây trồng (cao hơn từ 20 – 50%), sử dụng hiệu quả lao động và thời gian (người già, trẻ em có thể tham gia sản xuất). Sản phẩm hoàn toàn sạch, chất lượng cao do không sử dụng thuốc bảo vệ thực vật, dư lượng NO3 -, kim loại nặng và vi sinh vật đều thấp hơn tiêu chuẩn cho phép. Hệ thống này chiếm ít diện tích để lắp đặt, với ưu điểm có thể canh tác theo trục đứng, nên kỹ thuật này cho phép gia tăng diện tích canh tác gấp nhiều lần trong điều kiện diện tích đất cố định. Đây là một ưu điểm được đánh giá cao trong xu thế diện tích đất canh tác ngày càng suy giảm do ảnh hưởng từ quá trình đô thị hóa và biến đổi khí hậu. 4.3. Hệ thống khí canh Hệ thống khí canh (aeroponics) (hình 4.3) là hệ thống thủy canh dạng kỹ thuật cao nhất. Giống như hệ thống màng dinh dưỡng, chất trồng chủ yếu là không khí. Rễ phơi trong không khí và được phun sương bằng dung dịch dinh dưỡng. Việc phun sương thường được thực hiện mỗi vài phút. Như vậy, cây vừa có đủ thức ăn, vừa có đủ nước uống và luôn có không khí để thở. Hình 4.3. Hệ thống khí canh Cây trồng thực vật được cố định trong các lổ trên các tấm xốp và rễ được treo trong không khí dưới các tấm này. Các tấm này được xếp thành dạng hộp kính để ngăn chặn sự xâm nhập của ánh sáng và kích thích sự tăng trưởng của rễ, đồng thới ngăn chặn sự tăng trưởng cảu tảo và nấm. Dịch dinh dưỡng được phun vào rễ ở dạng sương, mỗi làn phun kéo dài khoảng vài giây, 2 - 3 phút thì phun một lần. Làm như vậy có tác dụng giữ ẩm cho rễ và dịch dinh dưỡng được thoáng khí. Cây hấp thu chất dinh dưỡng và nước từ lớp dung dịch dính vào rễ. Thuận lợi lớn của kỹ thuật này là tận dụng không gian tối đa. Kỹ thuật này có mật độ cây trồng cao gấp đôi so với kỹ thuật khác. Một ứng dụng ưu thế khác của kỹ thuật này là tạo ra cây sạch đất từ các mẫu cắt để xuất khẩu. Chương 5. Thực nghiệm 5.1. Thực nghiệm 1: Pha chế dung dịch dinh dưỡng[2], [6], [7], [8] 5.1.1. Một số công thức pha chế dung dịch dinh dưỡng Bảng 5.1. Công thức dinh dưỡng 1 trồng rau ăn lá (theo công thức của Howard Resh) (dùng pha 100 lít dung dịch) Theo số liệu: Số TT Hóa chất Khối lượng (gam) Dung dịch Ghi chú 1 KH2PO4 24,198 B 2 H3BO3 0,286 B 3 Ca(NO3)2.4H2O 107,347 A 4 CuSO4.5H2O 0,039 B 5 Fe(NaEDTA) 3,077 A (3,1189 g Na2EDTA.2H2O + 1,677 g Fe2(SO4)3) 6 MgSO4.7H2O 45,639 B 7 MnSO4.H2O 0,154 B 8 KNO3 35,288 A 9 (NH4)2MoO4.2H2 O 0,834 B 10 ZnSO4.2H2O 0,03 B * Lưu ý: Phần mềm HydroBuddy và trang web nonghoc.com sử dụng sắt dưới dạng muối Fe - EDTA. Nhưng Fe - EDTA là một loại hóa chất rất hiếm nên có giá thị trường cao. Vì vậy ta sẽ thay Fe - EDTA bằng Fe(NaEDTA) với cùng lượng của Fe - EDTA. Điều chế Fe(NaEDTA) từ Na2EDTA.2H2O và Fe2(SO4)3 theo phương trình: 2C10H14N2Na2O8.2H2O + Fe2(SO4)3 → 2FeC10H12N2NaO8 + Na2SO4 + 2H2SO4 + 4H2O Ví dụ: 2.372 g → 400 g → 2.367 g 3,1189 g ← 1,677 g ← 3,077 g Bảng 5.2. Công thức dinh dưỡng 2 trồng rau ăn lá nhiệt đới (theo công thức của Douglas Peckenpaugh) (dùng pha 100 lít dung dịch) Theo số liệu: Số TT Hóa chất Khối lượng (gam) Dung dịch Ghi chú 1 KH2PO4 9,322 B 2 H3BO3 0,4 B 3 Ca(NO3)2.4H2O 130,728 A 4 CuSO4.5H2O 0,028 B 5 Fe(NaEDTA) 3,769 A (3,8203 g Na2EDTA.2H2O + 2,054 g Fe2(SO4)3) 6 MgSO4.7H2O 25,355 B 7 MnSO4.H2O 0,606 B 8 KNO3 19,190 A 9 (NH4)2MoO4.2H2O 0,01 B 10 ZnSO4.2H2O 0,076 B Bảng 5.3. Công thức dinh dưỡng 3 trồng cây dưa chuột (dùng pha 100 lít dung dịch) Theo số liệu: Số TT Hóa chất Khối lượng (gam) Dung dịch Ghi chú 1 H3BO3 0,172 B 2 Ca(NO3)2.4H2O 94,665 A 3 CuSO4.5H2O 0,028 B 4 Fe(NaEDTA) 2,308 A (2,3394 g Na2EDTA.2H2O + 1,2578 g Fe2(SO4)3) 5 MgSO4.7H2O 50,71 B 6 MnSO4.H2O 0,246 B 7 KH2PO4 33,163 B 8 KNO3 60,651 A 9 (NH4)2MoO4.2H2O 0,006 B 10 ZnSO4.2H2O 0,03 B 5.1.2. Cân hóa chất Sử dụng các loại cân tiểu li (hình 5.1) để cân các loại hóa chất, yêu cầu chính xác đến 1/100 hoặc 1/1000 gam. Trước khi cân hóa chất lưu ý làm sạch cân, cân riêng từng loại hóa chất không để chung các loại hóa chất làm mất độ tinh khiết của hóa chất. Hình 5.1. Cân tiểu li 5.1.3. Pha dung dịch mẹ Sử dụng các công thức dinh dưỡng có được trong mục 5.1.1 để pha dung dịch mẹ. Dung dịch mẹ (hay còn gọi là dung dịch cốt) là dung dịch với nồng độ cao, chuẩn xác về nồng độ dựa vào đó để pha các dung dịch con (dung dịch sẽ dùng trực tiếp để trồng cây thủy canh). Khi muốn pha 100 lít dung dịch con phải pha 2 lít dung dịch mẹ, với sự phân chia 2 nhóm hóa chất cho 1 lít dung dịch A và 1 lít dung dịch B. Ví dụ để pha công thức dinh dưỡng trồng cây dưa leo ta cần phân hóa chất làm 2 nhóm: + Nhóm 1 pha dung dịch A gồm: 94,665 g Ca(NO3)2.4H2O; 2,3394 g Na2EDTA.2H2O; 1,2578 g Fe2(SO4)3; 60,651 g KNO3. + Nhóm 2 pha dung dịch B gồm: 33,163 g KH2PO4; 0,172 g H3BO3; 0,028 g CuSO4.5H2O; 0,03 g ZnSO4.2H2O; 0,246 g MnSO4.H2O; 0,006 g (NH4)2MoO4.2H2O; 50,71 g MgSO4.7H2O. Sử dụng nước đun sôi để pha dung dịch mẹ để đảm bảo sự hòa tan hoàn toàn lượng hóa chất đã cân sẵn. Lưu ý lượng nước dùng để pha các hóa chất trong mỗi dung dịch không vượt quá 1 lít dung dịch. Pha riêng từng loại hóa chất và để nguội. Cho các hóa chất đã pha của dung dịch A (hoặc dung dịch B) vào bình định mức 1000 ml (hình 5.2) và cho nước vào đầy bình định mức, lắc cho dung dịch đều. Sử dụng 2 bình khác nhau để đựng dung dịch A và dung dịch B. Dung dịch pha xong cần để thời gian vài ngày. Nếu có sự xuất hiện kết tủa ta cần xem lại hóa chất và pha lại dung dịch. Hình 5.2. Bình định mức 1000 ml. Dung dịch mẹ pha được trong đó dung dịch A có màu vàng nhạt và dung dịch B không màu (hình 5.3). Nếu màu dung dịch pha được có sự khác biệt cần xem lại hóa chất và pha lại dung dịch. Hình 5.3. Dung dịch dinh dưỡng tự pha 5.1.4. Pha dung dịch con Dung dịch con là dung dịch sử dụng cho trực tiếp vào thùng xốp trồng cây thủy canh. Dung dịch con pha theo tỉ lệ thích hợp từ dung dịch mẹ. Khi pha 10 lít dung dịch con cần 100ml dung dịch A và 100 ml dung dịch B. Khi pha không cho lần lượt dung dịch A và B vào bình 10 lít. Để tránh phản ứng gây kết tủa của các hóa chất trong dung dịch, dùng cốc 100 ml (hình 5.4) đong 100 ml dung dịch A cho vào bình đựng 10 lít nước trước, khuấy cho dung dịch đểu, rồi tiếp tục cho 100 ml dung dịch B vào và khuấy cho dung dịch đều (hình 5.5). Hình 5.4. Cốc 100 ml Hình 5.5. Hướng dẫn pha dung dịch con 5.2. Thực nghiệm 2: Trồng rau sạch tại hộ gia đình theo phương pháp thủy canh tĩnh 5.2.1. Qui trình thủy canh tĩnh 5.2.1.1. Chuẩn bị vật liệu - Thùng xốp (50 x 35 x 20 cm) có lót nylon đen để đựng dung dịch. Nylon đen có tác dụng ngăn ánh sáng bên ngoài không lọt vào dung dịch, bảo vệ rễ cây. - Rọ, ly nhựa. - Hạt giống (xà lách, rau muống, cải xanh, cải ngọt, húng quế...). - Giá thể : xơ dừa, tro trấu,vỏ trấu - Cốc 100 ml; xô (hoặc thùng ) có dung tích 10 lít. - Dung dịch dinh dưỡng và nước pha dung dịch. - Bình xịt nước. - Giấy đo pH. 5.2.1.2. Thao tác cụ thể từng bước 5.2.1.2.1. Khung giàn và giá đỡ Đặt thùng thủy canh trực tiếp trên nền xi măng, ban công, sân nhàhoặc làm giá đỡ bằng tre, gỗ, nhựa và cũng có thể bằng xốp. Nếu có diện tích rộng chúng ta cũng có thể làm một hệ khung giàn thủy canh (hình 5.6) để tiện việc chăm sóc. Khung cần được che phủ trên mái bằng loại nhựa dẻo trong suốt để tránh sự xâm nhập của nước mưa làm loãng dung dịch đồng thời vẫn đảm bảo đủ ánh nắng cho cây trồng. Tuy nhiên khi chọn địa điểm để trồng nên chọn nơi có ánh nắng mặt trời càng nhiều càng tốt, ít nhất là 6 giờ trong một ngày. Hình 5.6. Giàn thủy canh 5.2.1.2.2. Lưới Để tránh sự xâm nhập của sâu hại, côn trùng cần che phủ xung quanh giàn bằng lưới mùng với kích thước lỗ nhỏ (hình 5.6) 5.2.1.2.3. Chuẩn bị thùng xốp, ly nhựa Thùng xốp (hình 5.7) phải được lót nylon đen vào đáy hộp trước khi đổ nước vào thùng. Nylon đen có tác dụng giữ cho dung dịch không bị thất thoát đồng thời ngăn ánh sáng bên ngoài không lọt vào dung dịch, bảo vệ rễ cây. Sau khi lót nilon đen đem hộp để vào vị trí định trước. Hình 5.7. Thùng xốp trồng cây theo kỹ thuật thủy canh tĩnh Tiến hành khoét lỗ trên nắp thùng xốp, số lỗ tùy theo mật độ trồng, với cây cà chua thường khoét từ 2 - 4 lỗ; cây rau diếp, xà lách có thể khoét 6 - 9 lỗ; rau muống, rau cải có thể khoét 9 - 12 lỗ tùy từng loại rau. Lỗ khoét có đường kính bằng với đường kính ly nhựa. Có thể dùng ống nhựa có đường kính với ly nhựa để khoét lỗ, hoặc dùng kẽm khoanh vòng tròn bằng đường kính ly nhựa hơ nóng và đục lỗ trên nắp thùng xốp (hình 5.8). Cần dùng các miếng xốp nhỏ lắp vào các lỗ trống trên nắp thùng xốp để tránh sự xâm nhập của ánh sáng gây hiện tượng đóng rêu trong dung dịch làm hao hụt chất dinh dưỡng. Hình 5.8. Khoét lỗ trên nắp thùng xốp Đối với các ly nhựa ta sẽ chọn các ly có đường kính miệng khoảng từ 6 – 7 cm và đường kính đáy từ 4 - 5 cm. Có thể dùng ly nhựa trong suốt hoặc các ly sẫm nhau, tuy nhiên trên thị trường thì các ly nhựa trong suốt dễ tìm và có giá thấp hơn các ly sẫm màu. Sử dụng cây dùi bằng sắt hơ nóng và đục các lỗ nhỏ từ đáy ly lên khoảng 1/3 - 1/2 ly (hình 5.9). Rễ cây sẽ thông qua các lỗ nhỏ này mà hút chất dinh dưỡng từ đáy thùng xốp. Hình 5.9. Đục lỗ ly nhựa Sau khi đục lỗ, tiến hành đóng giá thể vào ly nhựa. Giá thể có rất nhiều loại như: xơ dừa đã qua xử lý, than mùn, tro trấu, vỏ trấuTùy thuộc vào điều kiện của mỗi người mà sử dụng các loại giá thể khác nhau. Có thể sử dụng giá thể từ 2/3 đáy lên là vỏ trấu, 1/3 còn lại là xơ dừa (hình 5.10). Lưu ý nếu dùng giá thể với kích thước nhỏ cần dùng lưới lót vào đáy ly nhựa để các giá thể không rơi xuống thùng xốp làm bẩn dung dịch. Hình 5.10. Đóng giá thể vào ly nhựa Nhúng cả ly và giá thể vào nước sạch để những vụn nhỏ bị cuốn ra khỏi ly. Tránh trường hợp khi tưới chúng rơi xuống vào dung dịch dưới thùng gây cặn bẩn. 5.2.1.2.4. Dung dịch dinh dưỡng Sử dụng các công thức dinh dưỡng và cách thức pha chế dung dịch đã hướng dẫn trong mục 5.1. 5.2.1.2.5. Chuẩn bị gieo hạt Hạt trước khi đem gieo có thể ngâm trong nước ấm khoảng 90 phút để quá trình nảy mầm diễn ra tốt hơn. Gieo 2 - 3 hạt vào trong giá thể và phủ 1 lớp mỏng xơ dừa lên mặt, sau đó dùng bình xịt để tưới phun sương tạo độ ẩm thích hợp cho hạt nảy mầm (hình 5.11). Hình 5.11. Gieo hạt giống 5.2.1.2.6. Theo dõi và chăm sóc Từ khi gieo đến khi rễ cây có khả năng hút dung dịch cần chú ý phun tưới nước thường xuyên để giữ đủ ẩm cho hạt nảy mầm. Khi cây bắt đầu bén rễ có khả năng hút chất dinh dưỡng thì có thể tiến hành đổ dung dịch dinh dưỡng vào thùng (hình 5.12), khuấy cho dung dịch đều. Hình 5.12. Cho dung dịch dinh dưỡng vào trong thùng xốp Nếu có điều kiện mỗi tuần một lần tiến hành sục khí làm thoáng dung dịch khi cây còn nhỏ và 4 - 5 ngày khi cây lớn, cây sẽ phát triển tốt hơn. Cần chú ý không để bong bóng khí quá lớn có thể gây tổn tương rễ ảnh hưởng đến sự phát triển của cây. Thường xuyên dùng giấy đo pH để theo dõi sự thay đổi pH dung dịch từ đó có sự điều chỉnh kịp thời. pH tối ưu trong môi trường thủy canh là từ 5,8 - 6,5 (hình 5.13). Hình 5.13. Giấy đo pH Trong suốt quá trình phát triển của cây cần thường xuyên thăm nom quan sát tình hình sâu bệnh hại để phát hiện và có biện pháp phòng trừ sớm. Nói chung chỉ bắt bằng tay là hết vì trồng thủy canh rất ít sâu bệnh. 5.2.1.2.7. Thu hoạch Tùy theo các loại rau khác nhau mà ta có cách thu hoạch khác nhau. Đối với các loại rau như cải bẹ xanh, cải bẹ dún, rau dền đỏ, cần nước, húng quế, rau xà lách, rau muống thì có thể cắt những phần lá lớn sử dụng trước sau đó bổ sung thêm dung dịch và để cho cây phát triển tiếp rồi thu hoạch sau. Điều cần lưu ý là khoảng 3 - 4 trước khi thu hoạch không nên cho thêm dung dịch vào mà nên bổ sung thêm nước sạch để tránh việc tích lũy thêm các kim loại nặng đặc biệt là hàm lượng nitrat trong cây. 5.2.2. Những khó khăn thực tế thường gặp Nếu việc che phủ không tốt dễ xuất hiện một số loại sâu hại phổ biến như rầy, bọ xích, bọ cánh cam, cào cào...Nên ta cần quan sát thường xuyên sự phát triển của cây để kịp thời phát hiện. Sự xuất hiện của rong trong đáy ly nhựa hoặc thùng xốp làm cây không phát triển. Khi xuất hiện tình trạng này cần tìm hiểu rõ nguyên nhân tại sao ánh sáng lọt vào làm cho rong phát triển. Cần bỏ ngay dung dịch pha lại dung dịch mới vì khi đó rong đã hút hết chất dinh dưỡng trong thùng. 5.2.3. Kinh nghiệm thành công Chuẩn bị kĩ việc che đậy bao quanh các thùng xốp thủy canh để ngăn cản sự xuất hiện của các côn trùng gây hại. Thường xuyên quan sát theo dõi sự phát triển của cây để kịp thời phát hiện một số sự cố về kỹ thuật cũng như sâu hại. Chú ý quan sát lượng dung dịch trong thùng xốp khi cây lớn gần tới giai đoạn thu hoạch, vì trong giai đoạn này lượng dung dịch cây hút rất lớn nếu không chú ý sẽ làm thiếu hụt dung dịch và cây sẽ chết. Thường xuyên đo pH dung dịch bằng giấy đo pH, nếu thấy pH dung dịch vượt qua giới hạn 5,8 - 6,5 thì cần tìm hiểu nguyên nhân và điều chỉnh. Đối với các loại cây không thể tự thụ phấn được như: dưa leo, bí đỏ, mướp...chúng ta cần thụ phấn cho hoa cái giúp hoa dễ dàng đậu trái hơn. Cần hết sức cẩn thận và nhẹ nhàng khi thụ phấn cho hoa để tránh sự tác động mạnh làm úng hoa. Có thể dùng các loại cọ nhỏ lông mềm để lấy phấn từ hoa đực và phủ nhẹ lên hoa cái. 5.3 Thực nghiệm 3: Quay video hướng dẫn trồng rau bằng kỹ thuật thủy canh tĩnh[11] Sử dụng phần mềm làm phim Cyberlink PowerDirector 11 để làm video hướng dẫn trồng rau sạch bằng kỹthuật thủy canh tĩnh. Tải phần mềm miễn phí tại trang web: sua-anh-24755-download.aspx Video gồm những nội dung chính sau đây: - Hướng dẫn pha chế dung dịch mẹ theo các công thức dinh dưỡng có được từ phần mềm HydroBuddy v1.50 hoặc trang web nonghoc.com. - Hướng dẫn những bước cơ bản của kĩ thuật thủy canh tĩnh: + Chuẩn bị các vật liệu cần thiết như: thùng xốp; nylon đen; ly nhựa; dụng cụ để đục thùng xốp, ly nhựa; hạt giống; giá thể; thùng hoặc xô có dung tích 10 lít; bình xịt. + Lót nylon đen vào đáy thùng xốp, đục lỗ trên nắp thùng xốp. + Đục lỗ nhỏ trên các ly nhựa. + Đóng giá thể vào trong các ly nhựa. + Gieo hạt giống vào trong giá thể. + Tưới phun sương lên hạt giống tạo độ ẩm thích hợp cho hạt giống nảy mầm. + Pha dung dịch con từ dung dịch mẹ cho vào thùng xốp khi cây con đã ra rễ có thể thông qua các lỗ nhỏ trong ly nhựa để hút chất dinh dưỡng từ trong thùng xốp. + Hình ảnh các loại rau sau 3 tuần khi cho dung dịch vào trong thùng xốp. + Hướng dẫn cách thu hoạch các loại rau. 5.4 Thực nghiệm 4: Đo đạc các chỉ tiêu hóa, sinh về vệ sinh an toàn thực phẩm một số loại rau thu hoạch Xét nghiệm các hàm lượng kim loại nặng và hàm lượng nitrat hai loại rau là rau dền đỏ và rau xà lách tại VIỆN VỆ SINH – Y TẾ CÔNG CỘNG TP HỒ CHÍ MINH. Chương 6. Kết quả và thảo luận 6.1. Kết quả 6.1.1. Pha chế dung dịch dinh dưỡng sử dụng trong kỹ thuật thủy canh tĩnh để trồng rau sạch qui mô hộ gia đình Kết quả trồng các loại rau ăn lá theo công thức dinh dưỡng 1 và công thức dinh dưỡng 2 như sau: Bảng 6.1. So sánh kết quả trồng rau giữa công thức dinh dưỡng 1 và công thức dinh dưỡng 2 Tên rau Công thức dinh dưỡng 1 (CT1) Công thức dinh dưỡng 2 (CT2) Thời gian bắt đầu cho dung dịch vào thùng xốp Thời gian thu hoạch Khối lượng rau thu hoạch (g/thùng) Thời gian bắt đầu cho dung dịch vào thùng xốp Thời gian thu hoạch Khối lượng rau thu hoạch (g/thùng) Cải xanh 27/08/2012 23/09/2012 850 27/08/2012 23/09/2012 810 Rau muống 22/09/2012 10/10/2012 420 15/09/2012 05/10/2012 480 Rau dền 10/10/2012 02/11/2012 630 10/10/2012 29/10/2012 650 Cải bẹ dún 14/10/2012 08/11/2012 540 14/10/2012 08/11/2012 520 Rau cần nước 22/12/2012 15/01/2013 330 22/12/2012 18/01/2013 300 Rau xà lách 10/04/2013 04/05/2013 320 10/04/2013 01/05/2013 340 Hình 6.1. Rau dền trồng theo công thức 1 và công thức 2 Hình 6.2. Rau xà lách trồng theo công thức 1 và công thức 2 Hình 6.3. Cải xanh trồng theo công thức 1 và công thức 2 Hình 6.4. Rau muống trồng theo công thức 1 và công thức 2 Từ các dữ kiện trên ta thấy : + Các loại rau thích hợp trồng theo công thức dinh dưỡng số 1: cải xanh, cải bẹ dún, rau cần nước. + Các loại rau thích hợp trồng theo công thức dinh dưỡng số 2: rau muống, rau dền, rau xà lách. Tuy nhiên chúng ta thấy sự chênh lệch về sản lượng cũng như thời gian thu hoạch các loại rau giữa hai công thức dinh dưỡng trên không lớn. Vì vậy việc lựa chọn công thức dinh dưỡng nào còn tùy thuộc vào lượng hóa chất ta có để pha dung dịch dinh dưỡng tại nhà. Một số hình ảnh về các loại rau trồng theo kỹ thuật thủy canh tĩnh sử dụng dung dịch dinh dưỡng tự pha chế: Hình 6.5. Rau cải xanh Hình 6.6. Dưa leo Hình 6.7. Rau muống Hình 6.8. Cải bẹ dún Hình 6.9. Rau dền đỏ Hình 6.10. Đậu bắp Hình 6.11. Rau cần nước Hình 6.12. Rau xà lách 6.1.2. Kết quả kiểm định các chỉ tiêu hóa, sinh về vệ sinh an toàn thực phẩm một số loại rau thu hoạch Kết quả kiểm định hàm lượng một số kim loại nặng và hàm lượng nitrat trong rau dền đỏ và rau xà lách trồng theo công thức dinh dưỡng 2 của Viện vệ sinh y tế - công cộng Thành Phố Hồ Chí Minh như sau: Bảng 6.2. Kết quả kiểm định hàm lượng các kim loại nặng và hàm lượng nitrat trong rau dền đỏ Cu (mg/kg) Zn (mg/kg) NO3- (mg/kg) Trong mẫu Giới hạn cho phép (tiêu chuẩn Việt Nam) Trong mẫu Giới hạn cho phép (tiêu chuẩn Việt Nam) Trong mẫu Giới hạn cho phép (tiêu chuẩn Việt Nam) 1,25 30 7,02 40 696,40 1500 Từ kết quả kiểm định cho thấy cả 3 chỉ tiêu về hàm lượng kim loại nặng Cu, Zn và nitrat trong rau dền đỏ đều ở rất thấp so với mức giới hạn cho phép. Bảng 6.3. Kết quả kiểm định hàm lượng các kim loại nặng và hàm lượng nitrat trong rau xà lách Cu (mg/kg) Zn (mg/kg) NO3- (mg/kg) Trong mẫu Giới hạn cho phép (tiêu chuẩn Việt Nam) Trong mẫu Giới hạn cho phép (tiêu chuẩn Việt Nam) Trong mẫu Giới hạn cho phép (tiêu chuẩn Việt Nam) < 1,0 30 3,39 40 2560,61 1500 Từ kết quả kiểm định cho thấy: - Về hàm lượng kim loại nặng là Cu, Zn trong rau xà lách đều ở mức rất thấp so với ngưỡng cho phép. - Về hàm lượng nitrat thì vượt cao hơn so với ngưỡng cho phép, điều này cho ta thấy rau xà lách có khả năng tích lũy hàm lượng nitrat rất cao. Vì vậy ta cần lưu ý trong giai đoạn chuẩn bị thu hoạch rau xà lách không được bổ sung thêm dung dịch dinh dưỡng vào thùng xốp mà chỉ bổ sung thêm nước sạch để làm giảm bớt hàm lượng nitrat trong rau. 6.1.3. Video hướng dẫn trồng rau bằng kỹ thuật thủy canh tĩnh Video giúp mọi người những hiểu biết cơ bản về cách pha dung dịch dinh dưỡng cũng như các bước tiến hành trồng rau theo kỹ thuật thủy canh tĩnh. 6.2. Thảo luận So sánh giữa kết quả kiểm định vệ sinh an toàn thực phẩm các loại rau đã trồng với các chỉ tiêu rau an toàn theo tiêu chuẩn Việt Nam . KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT 1. Kết luận Sử dụng phần mềm Hydrobuddy v1.50 hoặc trang web nonghoc.com để tính toán khối lượng các hóa chất nhằm pha dung dịch dinh dưỡng sử dụng trong kỹ thuật thủy canh tĩnh cho kết quả rau phát triển rất tốt và điều đặc biệt là rau trồng được hoàn toàn an toàn đối với sức khỏe. Tuy nhiên, cần lưu ý đối với các loại rau có khả năng tích lũy hàm lượng nitrat khá cao như rau xà lách, rau cần nước. Đối với các loại rau này trước khi thu hoạch 3 – 4 ngày không bổ sung thêm dung dịch dinh dưỡng mà phải bổ sung thêm nước sạch để đảm bảo rằng rau thu hoạch được sẽ đảm bảo an toàn sức khỏe của chúng ta. Từ dung dịch pha được có thể dùng để trồng nhiều loại rau thường sử dụng trong cuộc sống hàng ngày, tốt nhất là các loại rau như: cải bẹ xanh, bẹ dún, rau muống, húng quế... 2. Đề xuất Trong quá trình nghiên cứu chưa có đủ điều kiện về vật chất, máy móc...nên kỹ thuật thủy canh áp dụng ở đây chỉ là kỹ thuật thủy canh tĩnh. Chúng ta có thể dùng dung dịch pha chế được để áp dụng theo các mô hình thủy canh tiên tiến hơn như kỹ thuật thủy canh hồi lưu bằng ống nhựa PVC hoặc vải bố. Sử dụng các máy đo pH cũng như máy đo độ dẫn điện của dung dịch dinh dưỡng giúp ta có thể phân tích kỹ hơn về sự biến đổi các chỉ tiêu hóa lí của dung dịch để có thể kịp thời điều chỉnh. Sử dụng máy đo phân tích hàm lượng của các nguyên tố trong dung dịch dinh dưỡng pha được giúp ta theo dõi cũng như kiểm soát các nguyên tố này tốt hơn trong dung dịch. Lập các công thức dinh dưỡng để pha chế dung dịch trồng chung cho các loại rau. Đồng thời nghiên cứu sử dụng dụng dung dịch pha chế được để trồng các loại hoa và cây kiểng: Hình III.1. Hoa dừa cạn đỏ Hình III.2. Hoa vạn thọ TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. ThS. Trần Thị Ba, Trồng rau thủy canh ở gia đình, Bộ Khoa Học Cây Trồng - Khoa Nông Nghiệp và Sinh Học Ứng Dụng – Trường Đại Học Cần Thơ. 2. Lê Chí Kiên, Hóa Học Phức Chất, NXB Đại Học Quốc Gia Hà Nội. 3. TS. Võ Thị Bạch Mai (2003), Thủy Canh Cây Trồng, NXB Đại Học Quốc Gia TP. Hồ Chí Minh. 4. Lê Viết Phùng - Hà Ngọc Tiến (1987), Hóa Kĩ Thuật Đại Cương – tập 2, NXB Giáo Dục. 5. Phạm Văn Thưởng – Đặng Đình Bạch (2000), Cơ Sở Hóa Học Môi Trường, NXB Khoa Học Và Kĩ Thuật. 6. 7. 8. 9. 10. %20d%E1%BA%ABn%20th%E1%BB%A7y%20canh 11. 24755-download.aspx 12. PHỤ LỤC Phụ lục 1: Kết quả xét nghiệm rau dền đỏ Phụ lục 2: Kết quả xét nghiệm rau xà lách Phụ lục 3: Các chỉ tiêu hóa, sinh qui định đối với rau an toàn ban hành kèm theo Quyết định số 106 /2007/QĐ-BNN ngày 28 tháng 12 năm 2007 của Bộ trưởng Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn. STT Chỉ tiêu Mức giới hạn tối đa cho phép Phương pháp thử I Hàm lượng nitrat (NO3) mg/ kg TCVN 5247:1990 1 Xà lách 1.500 - 2 Rau gia vị 600 - 3 Bắp cải, Su hào, Suplơ, Củ cải , tỏi 500 - 4 Hành lá, Bầu bí, Ớt cây, Cà tím 400 - 5 Ngô rau 300 - 6 Khoai tây, Cà rốt 250 - 7 Đậu ăn quả, Măng tây, Ớt ngọt 200 - 8 Cà chua, Dưa chuột 150 - 9 Dưa bở 90 - 10 Hành tây 80 - 11 Dưa hấu 60 - II Hàm lượng kim loại năng và độc tố mg/ kg 1 Asen (As) 1,0 TCVN 7601:2007; TCVN 5367:1991 2 Chì (Pb) 1,0 TCVN 7602:2007 3 Thủy Ngân (Hg) 0,3 TCVN 7604:2007 4 Đồng (Cu) 30 TCVN 5368:1991; TCVN 6541:1999 5 Cadimi (Cd) TCVN 7603:2007 - Rau ăn củ 0,05 - Xà lách 0,1 - Rau ăn lá 0,2 - Rau khác 0,02 6 Kẽm (Zn) 40 TCVN 5487:1991 7 Thiếc (Sn) 200 TCVN 5496:2007 III Vi sinh vật hại CFU/ g 1 Samonella 0 TCVN 4829:2005 2 Coliforms 100 TCVN 4883:1993; TCVN 6848:2007 3 Escherichia coli 10 TCVN 6846:2007 IV Dư lượng thuốc bảo vệ thực vật 1 Những hóa chất có trong CODEX Theo CODEX Theo CODEX 2 Những hóa chất không có trong CODEX Theo ASEAN hoặc Đài Loan Theo ASEAN hoặc Đài Loan