Xây dựng quy trình trồng cà chua (Lycopersicon esculentum) và xà lách (Lactuca sativa) sạch bằng phương pháp thuỷ canh đơn giản trên cát

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP. HỒ CHÍ MINH BỘ MÔN CÔNG NGHỆ SINH HỌC   KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP XÂY DỰNG QUI TRÌNH TRỒNG CÀ CHUA (Lycopersicon esculentum) VÀ XÀ LÁCH (Lactuca sativa) BẰNG PHƢƠNG PHÁP THỦY CANH ĐƠN GIẢN TRÊN CÁT SINH VIÊN THỰC HIỆN :VÕ NGỌC VŨ NGHÀNH : CÔNG NGHỆ SINH HỌC KHOÁ : 2003 – 2007 Thành Phố Hồ Chí Minh Tháng 9/2007 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP. HỒ CHÍ MINH BỘ MÔN CÔNG NGHỆ SINH HỌC   KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP XÂY DỰNG QUI TRÌNH TRỒNG CÀ CHUA (Lycopersicon esculentum) VÀ XÀ LÁCH (Lactuca sativa) BẰNG PHƢƠNG PHÁP THỦY CANH ĐƠN GIẢN TRÊN CÁT Giáo viên hƣớng dẫn: Sinh viên thực hiện: TS. TRẦN THỊ DUNG VÕ NGỌC VŨ PGS.TS NGUYỄN VĂN UYỂN Thành Phố Hồ Chí Minh Tháng 9/2007 MINISTRY OF EDUCATION AND TRAINING NONG LAM UNIVERSITY, HCMC DEPARTMENT OF BIOTECHNOLOGY ***000*** ESTABLISING PROCESS GROW TOMATO AND SALAD BY SIPLE HYDROPONIC TECHNIQUE BASIC ON SAND Graduation thesis Major: Biotechnology Professor: Student: Dr. TRAN THI DUNG VO NGOC VU Prf. Dr. NGUYEN VAN UYEN Term: 2003 - 2007 HCMC, 9/2007 i LỜI CẢM TẠ Con xin thành kính ghi ơn cha mẹ. Gia đình luôn là chỗ dựa vững chắc về tinh thần và vật chất cho con. Em vô cùng biết ơn Cô Trần Thị Dung và Thầy Nguyễn Văn Uyển đã tận tình hƣớng dẫn và truyền đạt cho em những kinh nghiệm quý báu trong suốt thời gian làm đề tài. Em xin gửi lời cảm ơn đến Ban giám hiệu Trƣờng Đại học Nông Lâm Tp. Hồ Chí Minh, ban chủ nhiệm Bộ môn Công nghệ Sinh học đã tạo điều kiện thuận lợi cho em trong thời gian học tập vừa qua. Anh Vũ Đình Đƣơng, chị Nguyễn Thị Ngân và tất cả các anh chị em khác trong công ty Bảo Nông đã tận tình giúp đỡ em trong suốt quá trình thực hiện đề tài. Anh Tuấn ở Hóc Môn Hết lòng giúp đỡ em để em có thể hoàn thành tốt khóa luận tốt nghiệp này. Cảm ơn các bạn trong và ngoài lớp Công nghệ Sinh học K29 đã luôn đồng hành, chia sẻ vui buồn, động viên và giúp đỡ tôi trong suốt thời gian học tập và làm đề tài. Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 9 năm 2007 Võ Ngọc Vũ ii TÓM TẮT VÕ NGỌC VŨ, sinh viên khoa công nghệ sinh học khoá 29, Đại Học Nông Lâm Thành Phố Hồ Chí Minh, tháng 9 năm 2007. ĐỀ TÀI: XÂY DỰNG QUI TRÌNH TRỒNG CÀ CHUA (Lycopersicon esculentum) VÀ XÀ LÁCH (Lactuca sativa) SẠCH BẰNG PHƢƠNG PHÁP THUỶ CANH ĐƠN GIẢN TRÊN CÁT GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN: TS. TRẦN THỊ DUNG PGS.TS NGUYỄN VĂN UYỂN Ngày nay, do những khó khăn trong sản xuất nông nghiệp truyền thống nhƣ: diện tích canh tác, ô nhiễm, sâu bệnh…mà kỹ thuật thuỷ canh đã phát triển mạnh mẽ trên thế giới. Những kỹ thuật này khá mới và khó áp dụng rộng rãi trong điều kiện nƣớc ta. Chính vì vậy tôi thực hiện đề tài này nhằm áp dụng có hiệu quả những tiện ích mà kỹ thuật thuỷ canh mang lại trong điều kiện nƣớc ta. Trong đề tài của mình chúng tôi tiến hành nghiên cứu khả năng tạo độ xốp, khả năng giữ nƣớc, từ đó xác định lƣợng chất giữ nƣớc vinagamma (CGNV) do viện hạt nhân Đà Lạt sản xuất cho kết quả tốt đến sự sinh trƣởng và phát triển của hai loại rau cà chua và xà lách. Tƣơng tự, chúng tôi tiến hành đồng thời khả năng ảnh hƣởng của phân viên BM (PVBM) do công ty Behn Meyer sản xuất với đầy đủ các nguyên tố khoáng đa, trung, vi lƣợng. Kết quả đạt đƣợc sau khi tiến hành thí nghiệm cho thấy tỉ lệ giữ CGNV và cát là 250 g/m3 đối với xà lách, và 333 g/m3 đối với cà chua. Tỉ lệ PVBM đƣợc trộn trong giá thể cát là 555 g/m3 đối với cà chua và 225 g/m3 đối với xà lách. Ngoài ra, qua tính toán kết quả thu cà chua và xà lách từ mô hình trồng xen cà chua và xà lách sau khi trừ chi phí ban đầu là 8,3 triệu đồng. từ đó cho thấy mô hình thuỷ canh đơn giản trên cát có thể áp dụng trong thực tế. iii SUMMARY Vo Ngoc Vu studying at Nong Lam University and finishing the thesis on 8 th , 2007. The thesis entitled “Establising process grow tomato and salad by simple hydroponic techniqe basic on sand”. This research was conducted from 5th, 2007 to 8 th , 2007 at Hiep An, Duc Trong, Lam Dong . Board of scientific instruction: Dr. Tran Thi Dung Prof.Dr. Nguyen Van Uyen The content of research:  Grow tomato and salad on sand with fertilizer which produce of Behn Meyer (PVBM)  Mix sand with subtance which take water from vinagamma institude of Da Lat (CGNV)  Establishing a model grow tomato and salad on sand . The results obtained from this study:  Ratio of PVBM and sand for tomato is: 555 g/m3 ; for salad is 225 g/m3  Ratio of CGNV and sand for tomato is 333 g/m3 ; for salad is 250 g/m3  We can take 8300.000 VND from model grow tomato and salad on sand iv MUC LỤC PHẦN TRANG LỜI CẢM ƠN .......................................................................................................... i TÓM TĂT ................................................................................................................ ii SUMMARY ............................................................................................................. iii DANH SÁCH CÁC HÌNH ...................................................................................... vii DANH SÁCH CÁC BẢN ........................................................................................ ix DANH SÁCH CHỮ VIẾT TẮT .............................................................................. x CHƢƠNG I MỞ ĐẦU ............................................................................................. 1 1.1 Đặt vấn đề .......................................................................................................... 1 1.2 Mục đích ............................................................................................................. 2 1.3 Yêu cầu ............................................................................................................... 2 CHƢƠNG II ............................................................................................................. 3 2.1 Khái niệm thủy canh .......................................................................................... 3 2.2 Lịch sử phát triển............................................................................................... 3 2.3 Các phƣơng pháp thủy canh ............................................................................... 5 2.3.1 Thủy canh dịch lỏng ........................................................................................ 5 2.3.2 Phƣơng pháp khí canh (aeroponics) ................................................................ 8 2.3.3 Thủy canh có sử dụng giá thể rắn ................................................................... 8 2.4 Các loại giá thể dùng trong thủy canh ................................................................ 10 2.4.1Giá thể phi hữu cơ ............................................................................................ 11 2.4.2 Giá thể hữu cơ: ................................................................................................ 12 2.5 Dinh dƣỡng của cây trong hệ thống thủy canh .................................................. 13 2.5.1 Bản chất của quá trình hút khoáng .................................................................. 13 2.5.2 Vai trò sinh lý của các nguyên tố khoáng đối với thực vật ............................. 14 2.6 Ƣu và nhƣợc điểm trong sản xuất bằng phƣơng pháp thủy canh ...................... 16 2.6.1 Ƣu điểm ........................................................................................................... 16 2.6.2 Nhƣợc điểm ..................................................................................................... 18 2.7 Những đặc điểm và khuynh hƣớng thủy canh trên thế giới ............................... 18 v 2.7.1 Những đặc điểm của nền sản xuất thủy canh trên thế giới ............................. 18 2.7.2 Sản xuất thủy canh ở một số nƣớc có nền thủy canh phát triển ..................... 19 2.7.3 Tình hình sản xuất cà chua và xà lách bằng phƣơng pháp thủy canh trên thế giới............................................................................................................................ 20 2.7.4 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng thủy canh ở nƣớc ta ................................ 21 2.8 Tình hình sản xuất rau ở nƣớc ta ........................................................................ 22 2.8.1 Một số hình thức trồng rau sạch ...................................................................... 22 2.8.2 Một số nguy cơ tiềm ẩm trong sản phẩm rau ở nƣớc ta hiện nay ................... 23 CHƢƠNG III VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM ........................... 26 3.1 Thời gian và địa điểm ......................................................................................... 26 3.2 Vật liệu ............................................................................................................... 26 3.2.1 Giống ............................................................................................................... 26 3.2.2 Giá thể ............................................................................................................. 26 3.2.5 Dụng cụ thí nghiệm ......................................................................................... 28 3.3 Qui trình kỹ thuật gieo hạt cà chua và xà lách con ............................................ 30 3.3.1 Các bƣớc chuẩn bị cây giống xà lách .............................................................. 30 3.3.2 Các bƣớc chuẩn bị cây giống cà chua cho thí nghiệm ................................... 31 3.3.3 Các biện pháp bảo vệ thực vật sử dụng trong thí nghiệm ............................... 33 3.4 Phƣơng pháp tiến hành thí nghiệm .................................................................... 34 3.4.1 Thí nghiệm 1: Khảo sát khả năng tạo độ xốp và khả năng giữ nƣớc của CGNV .................................................................................................................................. 34 3.4.2 Thí nghiệm 2: Khảo sát ảnh hƣởng của lƣợng CGNV và lƣợng PVBM đến sự sinh trƣởng của xà lách trồng trên cát ...................................................................... 36 3.4.3 Thí nghiệm 3: Khảo sát ảnh hƣởng của lƣợng CGNV và lƣợng PVBM đến sự sinh trƣởng và phát triển của cà chua trồng trên cát ................................................ 40 3.4.4 Thí nghiệm 4: Khảo sát mô hình tổng hợp trồng xen xà lách và cà chua bằng phƣơng pháp thủy canh trên cát ............................................................................... 42 3.5 Phần mềm xử lý số liệu: Số liệu đƣợc xử lí bằng phần mềm ............................ 43 CHƢƠNG IV KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .......................................................... 44 vi 4.1 Thí nghiệm 1 Khảo sát khả năng tạo độ xốp và khả năng giữ nƣớc của CGNV 44 4.1.1 Thí nghiệm 1a ................................................................................................. 44 4.1.2 Thí nghiệm 1b: ................................................................................................ 45 4.2 Thí nghiệm 2: Khảo sát ảnh hƣởng của lƣợng CGNV và lƣợng PVBM đến sự sinh trƣởng của xà lách trồng trên cát ...................................................................... 46 4.2.1 Thí nghiệm 2a: ................................................................................................ 46 4.2.2. Thí nghiệm 2b: ............................................................................................... 48 4.3. Thí nghiệm 3: Khảo sát ảnh hƣởng của lƣợng CGNV và lƣợng PVBM đến sự sinh trƣởng và phát triển của cà chua trồng trên cát ................................................ 50 4.3.1 Thí nghiệm 3a: ................................................................................................ 50 4.3.2 Thí nghiệm 3b: ................................................................................................ 53 4.4 Thí nghiệm 4: Khảo sát mô hình trồng xen cà chua và xà lách bằng phƣơng pháp thủy canh đơn giản .......................................................................................... 56 CHƢƠNG V KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ ............................................................... 61 5.1 Kết luận .............................................................................................................. 61 5.2 Đề nghị ............................................................................................................... 61 TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................ 62 PHỤ LỤC ................................................................................................................. 65 vii DANH SÁCH CÁC HÌNH HÌNH TRANG Hình 2. 1: Mô hình kỹ thuật nàng mỏng dinh dƣỡng ............................................... 6 Hình 2. 2: Mô hình kỹ thuật dòng sâu. ..................................................................... 6 Hình 2. 3: Mô hình kỹ thuật ngâm rễ. ...................................................................... 7 Hình 2. 4: Mô hình kỹ thuật nổi. .............................................................................. 7 Hình 2. 5 Mô hình kỹ thuật mao dẫn. ...................................................................... 8 Hình 2. 6 Mô hình kỹ thuật khí canh. ..................................................................... 8 Hình 2. 7 Mô hình kỹ thuật túi treo. ......................................................................... 9 Hình 2. 8 Mô hình kỹ thuật túi tăng trƣởng. ............................................................ 9 Hình 2. 9 Mô hình kỹ thuật rảnh. ............................................................................. 10 Hình 2.10 Mô hình kỹ thuật chậu............................................................................. 10 Hình 2. 11 Giá thể đất sét nung và cánh sử dụng trong thủy canh .......................... 11 Hình 2. 12 Giá thể perlite đƣợc tạo ra từ đá ............................................................. 12 Hình 2. 13 Sản xuất cà chua và xà lách bằng thủy canh. ......................................... 21 Hình 3. 1:Màu sắc, hình dạng của PVBM ............................................................... 27 Hình 3.2: Hình dạng của CGNV .............................................................................. 28 Hình 3.3: Sơ đồ cấu tạo pemetrometer và penetrometer tự tạo. .............................. 29 Hình 3.4: Sơ đồ hệ thống nhỏ giọt tự tạo. ................................................................ 30 Hình 3.5: Mô hình ghép cà chua .............................................................................. 32 Hình 3.6: Các bƣớc ghép cà chua ............................................................................ 32 Hình 3.7: Chậu thí nghiệm khảo sát khả năng tạo độ xốp của CGNV. ................... 34 Hình 3.8: Mô hình thí nghiệm khảo sát khả năng giữ nƣớc. ................................... 35 Hình 3.9: Chậu thí nghiệm trồng xà lách. ................................................................ 37 Hình 4. 1 Khảo sát độ xốp của hỗn hợp giá thể cát và CGNV ................................ 44 Hình 4.2 Ảnh hƣởng của CGNV đến sự sinh trƣởng của xà lách. .......................... 47 Hình 4. 3 Ảnh hƣởng của CGNV đến hình dạng và chiều dài rễ. ........................... 47 Hình 4.4 Ảnh hƣởng của PVBM đến sự sinh trƣởng xà lách trồng trên cát. .......... 49 Hình 4.5 Ảnh hƣởng của CGNV đến sự sinh trƣởng và phát triển của cây cà chua 52 viii Hình 4. 6: Ảnh hƣởng của PVBM đến sự sinh trƣởng và phát triển cà chua .......... 55 Hình 4. 7: Ảnh hƣởng của PVBM đến chiều dài của bộ rễ cà chua ....................... 55 Hình 4. 8: Ảnh hƣởng của PVBM đến trọng lƣợng quả cà chua ............................. 56 Hình 4. 9: Mô hình thuỷ canh cà chua trồng xen xà lách trên cát .......................... 56 Hình 4. 10: Một số giai đoạn sinh trƣởng và phát triển của cà chua trồng trên cát. 57 Hình 4. 11: Quả cà chua trồng trên cát. ................................................................... 57 Hình 4. 12: Cây xà lách thu hoạch từ mô hình trồng xen sau 30 ngày. .................. 57 ix DANH SÁCH CÁC BẢNG BẢNG TRANG Bảng 3. 1: Thành phần PVBM ................................................................................. 27 Bảng 3. 2: Danh mục các thí nghiệm ....................................................................... 34 Bảng 4.1:Ảnh hƣởng của chất giữ nƣớc đến độ xuyên của penetrometer 44 Bảng 4.2 Ảnh hƣởng của mức CGNV đến sự thay đổi trọng lƣợng của các chậu hỗn hợp cát và CGNV ..................................................................................................... 45 Bảng 4. 3 Sự thay đổi pH của giá thể qua các giai đoạn phát triển của xà lách ...... 46 Bảng 4. 4 Ảnh hƣởng của CGNV đến số lá và kích thƣớc lá xà lách qua các giai đoạn phát triển .......................................................................................................... 46 Bảng 4.5 Ảnh hƣởng của CGNV đến năng suất sinh khối của xà lách vào lúc thu hoạch ........................................................................................................................ 47 Bảng 4. 6 Sự thay đổi pH của các chậu trồng xà lách .............................................. 48 Bảng 4.7 Ảnh hƣởng của PVBM đến số lá và kích thƣớc lá xà lách ....................... 48 Bảng 4. 8 Ảnh hƣởng của PVBM đến sinh khối xà lách vào ngày thứ 30 ............. 49 Bảng 4. 9 Ảnh hƣởng của lƣợng CGNV đến sự sinh trƣởng của cà chua ............... 50 Bảng 4.10 Sự thay đổi pH của giá thể trong quá trình thí nghiệm........................... 51 Bảng 4. 11 Ảnh hƣởng của CGNV đến sự phát triển của cà chua ........................... 51 Bảng 4. 12: Ảnh hƣởng của lƣợng PVBM đến sự sinh trƣởng cà chua .................. 53 Bảng 4. 13: Sự thay đổi pH của giá thể trong quá trình thí nghiệm ........................ 53 Bảng 4. 14: Ảnh hƣởng của PVBM đến sự phát triển cà chua qua các giai đoạn .. 54 Bảng 4. 15: Năng suất cà thu hoạch từ mô hình từ tuần thứ 8 - 12 sau khi ra hoa . 56 Bảng 4.16: Năng suất xà lách thu đƣợc từ mô hình trồng xen ................................. 56 Bảng 4. 17: Chi phí đầu tƣ cho mô hình trồng xen ................................................ 58 Bảng 4. 18: Tổng thu từ mô hình trồng xen cà chua và xà lách cho một vụ .......... 58 x DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT CGNV : chất giữ nƣớc vinagamma PVBM : phân viên BM g/l : gam/lít 1 CHƢƠNG I MỞ ĐẦU 1.1 Đặt vấn đề Ngày nay, cùng với tốc độ gia tăng dân số nhanh chóng là hàng loạt vấn đề đặt ra để giải quyết những nhu cầu ngày càng lớn của con ngƣời về sức khỏe, dinh dƣỡng, giáo dục, y tế. Nhà nƣớc đã đặt ra nhiều vấn đề lớn đòi hỏi giải quyết, đặc biệt là vấn đề năng suất và chất lƣợng lƣợng thực thực phẩm. Cuộc cách mạng xanh trong nông nghiệp đã đƣợc đề xƣớng và áp dụng rất thành công tại Ấn Độ vào những năm 60 của thế kỷ XX đã giải quyết đƣợc vấn đề năng suất trong nông nghiệp, nhƣng dần theo thời gian cuộc cách mạng này tỏ ra không đáp ứng nổi nhu cầu rất lớn của con ngƣời. Bên cạnh đó, sự phát triển mạnh mẽ của các ngành công nghiệp, quá trình đô thị hóa làm cho diện tích đất nông nghiệp bị thu hẹp dần. Chất thải sinh hoạt, công nghiệp và nông nghiệp đã làm ô nhiễm trầm trọng môi trƣờng đất, nƣớc, không khí làm ảnh hƣởng rất lớn đến sản xuất nông nghiệp cũng nhƣ chất lƣợng sản phẩm. Giải pháp IPM trong nông nghiệp đã đặt ra nhằm khắc phục những tác dụng không mong muốn của cách mạng xanh. Tuy nhiên, hệ quả của việc gia tăng dân số và sử dụng không hợp lý nguồn tài nguyên đã dẫn đến đòi hỏi cấp thiết trong sản xuất nông nghiệp hiện nay là phải sản xuất bền vững nhƣ: tiết kiệm nguồn tài nguyên nƣớc, năng lƣợng, phân bón, công lao động, hạn chế thuốc trừ sâu độc hại, tăng chất lƣợng sản phẩm. Đó cũng là hƣớng sản xuất nông nghiệp sạch trong thế kỷ XXI, chính vì vậy mà kỹ thuật thủy canh đã đƣợc nghiên cứu, phát triển và áp dụng rộng rãi trên thế giới đặt biệt là trong sản xuất rau và hoa quả. Từ xa xƣa ngƣời dân Việt Nam ở ven biển cũng đã trồng các loại rau, hành, tỏi trên cát. Cát cũng đƣợc dùng làm giá thể trong thủy canh ở nhiều nơi trên thế 2 giới vì là nguyên liệu sẳn có, rẻ, tính mao dẫn tốt và có thể tái sử dụng nhiều lần. Mặt khác, đầu tƣ hệ thống thủy canh hiện đại cho sản xuất cần có vốn lớn, kỹ thuật thủy canh còn khá mới với ngƣời nông dân. Do đó để áp dụng có hiệu quả những tiện ích mà kỹ thuật thủy canh mang trong điều kiện ở nƣớc ta hiện nay tôi đã thực hiện đề tài: “XÂY DỰNG QUI TRÌNH TRỒNG CÀ CHUA VÀ XÀ LÁCH BẰNG PHƢƠNG PHÁP THỦY CANH ĐƠN GIẢN TRÊN CÁT” 1.2 Mục đích Xây dựng mô hình sản xuất rau đơn giản bằng kỹ thuật thủy canh trên cát có thể áp dụng trong sản xuất. 1.3 Yêu cầu Nghiên cứu sự sinh trƣởng, phát triển của hai loại rau cà chua và xà lách trồng trên cát trong điều kiện không dùng phân hữu cơ và sử dụng thuốc trừ sâu hạn chế. 3 CHƢƠNG II TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.1 Khái niệm thủy canh Theo tiếng Hy lạp thì hydroponics (thủy canh), đƣợc ghép từ hai chữ hydro (nƣớc) và ponos (lao động), là hình thức canh tác trên các giá thể không phải là đất (Sri Lanka Department of Agriculture, 2000). Thủy canh có thể sử dụng hoặc không sử dụng giá thể, cây trồng đƣợc cung cấp đầy đủ dinh dƣỡng và nƣớc cho cây sinh trƣởng và phát triển (Jensen, 1999; Hanger, 1993). 2.2 Lịch sử phát triển Thủy canh đã đƣợc ứng dụng trong nghề làm vƣờn từ xa xƣa. Vƣờn treo Babylon nổi tiếng, những nông trại nổi tiếng của ngƣời Aztec ở Mexico cũng nhƣ của ngƣời Trung Quốc là những ví dụ về trồng trọt thủy canh thời kỳ ban đầu (Sri Lanka Department of Agriculture, 2000). Khoảng từ thế kỷ thứ XVI, các nhà sinh lý thực vật bắt đầu trồng các loại cây trên những môi trƣờng dinh dƣỡng đặc biệt vì mục đích thí nghiệm, họ gọi đó là “nuôi cấy dinh dƣỡng” (nutriculture). Van Hemont là nhà khoa học đầu tiên tiến hành thí nghiệm về dinh dƣỡng thực vật. Bắt đầu thí nghiệm, ông đã cân cành liễu và đất dùng để trồng cành liễu đó. Trong quá trình trồng, ông tƣới nƣớc thƣờng xuyên đến khi cành liễu lớn thành cây liễu. Kết thúc thí nghiệm, ông cân lại cây liễu và đất trồng. Kết quả là trọng lƣợng đất trồng hầu nhƣ không thay đổi và ông đã kết luận là cây sinh trƣởng nhờ nƣớc (Sri Lanka Department of Agriculture, 2000). Từ đó các nhà khoa học đã có khái niệm về thủy canh và nó đƣợc công bố lần đầu tiên vào những năm 1600 (Weir, 1991). Năm 1699, John Woodward đã thí nghiệm trồng cây trong nƣớc có chứa các loại chất khác nhau. Năm 1857, Sachs đã trồng cây trong một dung dịch có thành phần các chất dinh dƣỡng xác định và đã tính đƣợc các nguyên tố khoáng mà cây cần cho sự sống của nó. Dung dịch này có thành phần hóa học xác định và từ đó đƣợc gọi là dung dịch dinh dƣỡng. 4 Cũng từ đó phƣơng pháp trồng cây trong dung dịch dinh dƣỡng đƣợc sử dụng rộng rãi, cải tiến dần và trở thành phƣơng pháp cơ bản trong nghiên cứu về dinh dƣỡng khoáng thực vật. Cho đến 1865, Nobbe đã trồng cây bằng phƣơng pháp dòng chảy, với đặc điểm nổi bật là dung dịch dinh dƣỡng luôn chảy qua các chậu trồng cây với số lƣợng nhất định giúp cho pH và nồng độ các chất dinh dƣỡng luôn ổn định. Mãi đến năm 1925, các nhà nghiên cứu mới thật sự chú ý đến kỹ thuật này do công nghệ nhà kính gặp nhiều vấn đề khó khăn, đặc biệt là đối với môi trƣờng đất. Một số hạn chế đáng kể của đất đối với sự tăng trƣởng của cây là sự hiện diện của một số sinh vật gây bệnh và các loại giun tròn ký sinh, độ thoáng của đất không thích hợp, thoát nƣớc kém, là nơi trú ẩn của nhiều mầm bệnh nguy hiểm đối với cây. Hơn nữa việc canh tác liên tục làm thoái hóa đất, không đủ thời gian để các vi sinh vật tái làm giàu đất, hay bổ sung quá nhiều phân bón hoá học cho đất trong thời gian dài dễ làm trơ và thoái hóa đất. Tình trạng này dẫn đến chất lƣợng và sản lƣợng cây đều giảm. Thủy canh cung cấp những điều kiện tối thích đối với sự tăng trƣởng của thực vật, do đó đạt sản lƣợng cao hơn so với khi trồng trọt sử dụng đất (Sri Lanka Department of Ariculture, 2000). Năm 1929, tiến sĩ William F. Goricke ở Đại học Califonia đã thành công trong việc nuôi một cây cà chua vô hạn dài đến 7,5m trong dung dịch dinh dƣỡng, và ông gọi hệ thống sản xuất mới này là hệ thống thủy canh (Sri Lanka Department of Ariculture, 2000). Vào những năm 40 của thế kỷ XX diện tích trồng rau bằng kỹ thuật thủy canh đạt khoảng 10 ha ở các đảo để cung cấp rau xanh cho quân đội. Từ 1950 đến 1960, ngoài hệ thống thủy canh có giá thể chủ yếu là mùn cƣa ngƣời ta đã mở rộng dùng các loại giá thể khác nhƣ than bùn, rơm rạ, cát, sợi thủy tinh (fiber grass) và rockwool là một dạng giá thể tƣơng tự sợi thủy tinh. Cùng với sự ra đời của các loại giá thể mới là các kỹ thuật nhƣ kỹ thuật màng dinh dƣỡng vào thập niên 70 (Carruthers, 1999), kỹ thuật dòng sâu với hệ thống tuần hoàn dinh dƣỡng của ngƣời Nhật (Hanger, 1993). Từ 1980 đến 1990 có sự 5 gia tăng nhanh chóng diện tích canh tác bằng hình thức thủy canh cũng nhƣ những hỗ trợ cho nghiên cứu và phát triển thủy canh, giá thể mới là perlite đã đƣợc phát triển ở Scotland. Vào đầu những năm 1970, ngƣời Úc đã trồng xà lách và cà chua với qui mô nhỏ bằng biện pháp thủy canh với kỹ thuật màng dinh dƣỡng (NFT), đến đầu 1980 các nhà khoa học châu Âu đã thiết kế thêm hệ thống điều khiển cho hệ thống thủy canh (Hanger, 1993). 2.3 Các phƣơng pháp thủy canh 2.3.1 Thủy canh dịch lỏng Trong kỹ thuật này hoàn toàn không dùng giá thể, phần lớn rễ tiếp xúc với không khí và dịch dinh dƣỡng. Tuy nhiên trong một số trƣờng hợp cần giá thể với một lƣợng rất ít chứa trong các chậu có đục lỗ. 2.3.1.1 Thủy canh dịch lỏng có tuần hoàn Còn gọi là hệ thống đóng, nghĩa là dịch dinh dƣỡng đƣợc bơm qua hệ thống rễ và dịch thừa đƣợc thu lại và tái sử dụng. a. Kỹ thuật màng mỏng dinh dưỡng (NFT – nutrient film technique): Đây là kỹ thuật đƣợc sử dụng rộng rãi. Dòng dung dịch dinh dƣỡng đƣợc bơm từ một bể chứa chảy qua các kênh có độ dốc tạo ra một lớp mỏng dinh dƣỡng, dòng dung dịch này ổn định, chảy qua rễ của cây và hồi lƣu trở lại bể chứa. Kỹ thuật này không dùng giá thể (chỉ dùng chậu nhỏ để làm giá đỡ cho cây hoặc chậu chứa rockwool hoặc perlite với một lƣợng nhỏ làm giá thể cây). Với hệ thống này, dung dịch và tiếp xúc trực tiếp với rễ cây để cung cấp dinh dƣỡng. Hệ thống này sử dụng phổ biến cho trồng cà chua, và các loại cây cỏ, thảo mộc. 6 . Hình 2. 1: Mô hình kỹ thuật nàng mỏng dinh dƣỡng b. Kỹ thuật dòng sâu (deep flow technique): Trong hệ thống này, dung dịch dinh dƣỡng chảy qua các ống nhựa PVC (polyvinylclorua) và tiếp xúc với rễ cây bằng cách thấm qua các chậu nhỏ có đục lỗ chứa giá thể là mút xốp, hoặc các loại giá thể khác tùy điều kiện từng nơi. Hình 2. 2: Mô hình kỹ thuật dòng sâu. 2.3.1.2 Thủy canh dịch lỏng không tuần hoàn Dịch dinh dƣỡng đƣợc cung cấp cho cây sử dụng một lần và đƣợc thay thế hoặc bổ sung định kỳ. Phƣơng pháp này dung dịch dinh dƣỡng không tuần hoàn mà chỉ đƣợc sử dụng một lần. 7 a. Kỹ thuật ngâm rễ (root deeping technique): Cây đƣợc trồng trong chậu chứa các giá thể trơ có đục lỗ để rể phát triển ra bên ngoài chậu và để trong một chậu lớn hơn chứa dung dịch dinh dƣỡng. Chậu giá thể chứa cây ngập trong dung dịch khoảng 2 – 3cm, một số rễ của cây đƣợc ngâm trong dung dịch còn một số khác lại nằm trong giá thể tiếp xúc không khí nhiều hơn. Hình 2. 3: Mô hình kỹ thuật ngâm rễ. b.Kỹ thuật nổi (floating technique): Cây đƣợc nuôi trong chậu cố định trên vật liệu nhẹ nổi trên mặt dung dịch dinh dƣỡng và dung dịch đƣợc thông khí nhân tạo. Hình 2. 4: Mô hình kỹ thuật nổi. c. Kỹ thuật mao dẫn (capillary action technique): Trong kỹ thuật này, ngƣời ta dùng hai loại chậu. Một chậu dùng để trồng cây bằng các giá thể trơ, chậu còn lại chứa dịch dinh dƣỡng, dịch này đƣợc mao dẫn lên chậu chứa giá thể bằng những vật liệu có tính mao dẫn nhƣ: tim đèn, bông gòn… 8 Hình 2. 5 Mô hình kỹ thuật mao dẫn. 2.3.2 Phƣơng pháp khí canh (aeroponics) Cây trồng đƣợc cố định trong các lỗ trên các tấm xốp và rễ đƣợc treo trong không khí dƣới các tấm xốp này. Các tấm này đƣợc xếp thành các hộp kín để ngăn sự xâm nhập của ánh sáng và kích thích sự tăng trƣởng của rễ, đồng thời ngăn sự tăng trƣởng của tảo, nấm. Dung dịch dinh dƣỡng đƣợc phun vào rễ dƣới dạng sƣơng mù, mỗi lần phun kéo dài khoảng vài giây, cứ mỗi 2 – 3 phút lại phun một lần. Làm nhƣ vậy có tác dụng giữ ẩm cho rễ và dịch dinh dƣỡng đƣợc thoáng khí. Cây hấp thu chất dinh dƣỡng và nƣớc từ lớp dung dịch bám vào rễ. Hình 2. 6 Mô hình kỹ thuật khí canh. 2.3.3 Thủy canh có sử dụng giá thể rắn Các hệ thống kết hợp giữa dung dịch lỏng và giá thể rắn để cây phát triển bên trên, rễ cây nằm hoàn toàn trong giá thể, hệ thống này có thể đóng hay mở. Kỹ thuật này thích hợp cho các loại rau quả có kích thƣớc lớn nhƣ cà chua, bầu bí…. a. Kỹ thuật túi treo (hanging bag technique): Cây đƣợc cho vào các lỗ bên của các túi treo chứa giá thể trơ (thƣờng là xơ dừa) đã xử lý UV, túi dài khoảng 1m, có dạng 9 hình trụ, ngoài trắng, trong đen, dày, làm bằng polyethylene. Dịch dinh dƣỡng đƣợc bơm lên đỉnh của mỗi túi treo cung cấp cho túi bằng một máy phun nƣớc (micro sprinkler) gắn bên cạnh đỉnh túi treo, từ đó dịch dinh dƣỡng sẽ thấm xuống giá thể và tới rễ cây. Hình 2. 7 Mô hình kỹ thuật túi treo. b. Kỹ thuật túi tăng trưởng (growing bag technique): Cây giống đƣợc đƣa vào trồng trong các túi nhựa tổng hợp chứa giá thể (thƣờng là bột xơ dừa đã khử trùng) đặt nằm ngang, chống tia UV, ngoài trắng trong đen, dài khoảng 1 – 1,5 m, cao khoảng 6 cm rộng khoảng 18 cm, dƣới mỗi túi có khe nhỏ để thoát nƣớc hoặc rửa trôi. Hình 2. 8 Mô hình kỹ thuật túi tăng trƣởng. 10 c. Kỹ thuật rảnh (trenh or trough technique): Trồng cây vào các rãnh chứa giá thể là bột xơ dừa cũ, cát, sỏi, rêu, vermiculite, perlite, mạt cƣa … đƣợc phân cách với đất bằng vật liệu không thấm nƣớc thƣờng là tấm polyethylene. Dung dịch dinh dƣỡng và nƣớc đƣợc cung cấp qua hệ thống tƣới nhỏ giọt hay thủ công truyền thống. Ở đáy rảnh, có một ống với đƣờng kính 2,5 cm có đục lổ để thoát nƣớc. Hình 2. 9 Mô hình kỹ thuật rảnh. d .Kỹ thuật chậu (pot technique): Cây trồng vào các chậu bằng đất sét hay (plastic) chứa giá thể và đƣợc cung cấp dinh dƣỡng bằng một hệ thống vòi tƣới. Hình 2.10 Mô hình kỹ thuật chậu. 2.4 Các loại giá thể dùng trong thủy canh Hiện nay trong thủy canh có rất nhiều loại giá thể bao gồm giá thể hữu cơ, giá thể phi hữu cơ, mỗi giá thể có một đặc điểm riêng nhƣ: khả năng giữ nƣớc, độ thông thoáng, khối lƣợng riêng, thời gian sử dụng, có hoặc không có khả năng tái sử 11 dụng. Tùy đặc điểm, điều kiện tự nhiên của từng vùng, vốn, kỹ thuật, đặc điểm loại cây muốn trồng mà ta có thể chọn các loại giá thể thích hợp cho sản xuất. Hiện nay có hai nhóm giá thể đƣợc sử dụng là giá thể hữu cơ và giá thể phi là hữu cơ. 2.4.1Giá thể phi hữu cơ a. Diatomit Là loại giá thể lấy từ hóa thạch của tảo đã tồn tại cách đây hàng triệu năm chứa khoảng 87 – 90% silic. Loại giá thể này ít đƣợc sử dụng trong thuỷ canh. b. Đất sét nung (expand clay): Là những viên đất sét có kích thƣớc nhỏ, tròn đƣợc nung nóng ở nhiệt độ cao, có tính trơ, bên trong có nhiều lỗ nhỏ nên tạo nên tạo đƣợc độ thoáng khí và giữ dịch dinh dƣỡng khá tốt cho cây, thích hợp cho hệ thống thủy canh, có thể tái sử dụng nhiều lần. Hình 2. 11 Giá thể đất sét nung và cánh sử dụng trong thủy canh c. Rockwool: Là giá thể đƣợc sử dụng rất phổ biến trong các hệ thống thủy canh hiện nay. Chúng đƣợc làm từ đá bazan nung ở nhiệt độ cao và phun ép thành những sợi nhỏ giống nhƣ len. Từ rockwool có thể tạo nhiều hình dạng khác nhau nhƣ: khối vuông, hạt, tấm, cụm xốp phồng lên giống nhƣ len. d. Perlite: Là nham thạch từ các núi lửa khi bị nung ở nhiệt độ rất cao làm chúng nở xốp và có trọng lƣợng nhẹ giống nhƣ bông thủy tinh, tạo đƣợc độ thoáng khí cao. Perlit cũng có thể tạo ra với khối lƣợng lớn trong công nghiệp. Chúng đƣợc sử dụng rất phổ biến trong thủy canh hoặc trộn trong đất để làm tăng độ xốp của đất. Vì vậy perlite thƣờng dùng trộn chung với các loại giá thể khác. 12 Hình 2. 12 Giá thể perlite đƣợc tạo ra từ đá e. Vermiculite: Giống nhƣ perlite, vermiculite là một loại khoáng bị nung ở nhiệt độ cao cho đến khi giãn nở cực đại và lúc đó chúng nhẹ và xốp. Vermiculite giữ nƣớc cao hơn perlite và có tính mao dẫn tốt trong hệ thống thủy canh. Tuy nhiên, khả năng giữ nƣớc tốt nên độ thoáng khí không cao, nên vật liệu này có thể đƣợc dùng trộn chung với perlite theo tỉ lệ 1:1 trong các hệ thống thủy canh (Ito, 1999). f. Cát: Trơ về mặt hóa học nên hạn chế đáng kể các mầm bệnh (vi khuẩn, tuyến trùng) và sâu hại từ đất, có tính mao dẫn tốt, độ thoáng khí cao thuận lợi cho rễ phát triển. Cát là vật liệu làm giá thể thủy canh rẻ tiền sẳn có ở nƣớc ta đặc biệt là vùng duyên hải ven biển, thuận lợi cho phát triển thủy canh không hồi lƣu dịch dinh dƣỡng. Nhƣợc điểm của cát là cần khử trùng trƣớc khi sử dụng, khả năng giữ nƣớc kém nên trong quá trình thủy canh cần trộn với một số chất giữ nƣớc để khắc phục nhƣợc điểm này. g. Sỏi: Sỏi là loại giá thể này rẻ, dễ làm sạch, giữ nƣớc kém, thoát nƣớc tốt. Tuy nhiên nó rất nặng, trƣớc khi sử dụng phải rửa sạch, nếu hệ thống cung cấp nƣớc không liên tục thì rễ có thể bị khô. Thích hợp trong các hệ thống thủy canh tƣới nhỏ giọt liên tục hay hệ thống NFT. 2.4.2 Giá thể hữu cơ: Các giá thể hữu cơ đều có chung nhƣợc điểm là thời gian sử dụng ngắn và có thể là nơi trú ẩn của nhiều mầm bệnh tiềm ẩn. a. Bụi xơ dừa: Là phế phẩm từ chế biến xơ dừa, khi vỏ dừa đƣợc đập nát làm mất đi cấu trúc ban đầu và tách ra thành sợi nhỏ, những bột mịn phế liệu đƣợc dùng làm giá thể. Giá thể loại này có đặc điểm là giữ nƣớc tốt, độ thoáng cao, rẻ, phổ biến. Tuy nhiên, khi sử dụng trong các hệ thống có hồi lƣu dòng dinh dƣỡng thì hạn chế 13 vì chúng giữ nƣớc nhiều, nhƣng sử dụng trong các hệ thống không hồi lƣu thì rất tốt vì không cần phải tƣới nƣớc liên tục. Trƣớc khi sử dụng ngƣời ta cũng ngâm nƣớc để xơ dừa mất đi chất chát và muối. Tại Hà Lan ngƣời ta trộn 50% bụi xơ dừa và 50% đất sét nung cho kết quả rất tốt (Ito, 1999). b. Mùn cưa: Là phế phẩm của các quá trình chế biến gỗ, loại giá thể này rẻ, dễ kiếm, khả năng giữ nƣớc tốt, tạo độ ẩm, độ thông thoáng cao. Thích hợp cho kỹ thuật rảnh, kỹ thuật túi treo. c. Rơm rạ, bã mía: Loại giá thể này rất rẻ, và phổ biến ở nƣớc ta, độ thông thoáng, giữ nƣớc tốt. 2.5 Dinh dƣỡng của cây trong hệ thống thủy canh Nghiên cứu sinh lý dinh dƣỡng thực vật cho thấy là cây có thể phát triển tốt hoàn toàn dựa vào hút chất khoáng. Mặc dù có thể hút đƣơc một số chất hữu cơ đơn giản, việc cung cấp trực tiếp chất hữu cơ cho cây là không bắt buộc. Nếu có cung cấp chất hữu cơ (phân hữu cơ) thì các chất này cũng cần phải khoáng hóa thì cây mới sử dụng đƣợc. Việc bón phân hữu cơ cho đất trồng là cực kỳ quan trọng trong nông nghiệp để tăng độ phì nhiêu, tạo cấu tƣợng cho đất, tăng sức giữ ẩm của đất. Nhƣng không có tác dụng cung cấp trực tiếp các chất dinh dƣỡng mà cây có thể hút đƣợc.Vì vậy ngƣời ta hầu nhƣ không dùng phân hữu cơ trong thủy canh trên thế giới. 2.5.1 Bản chất của quá trình hút khoáng Giai đoạn đầu: Khi lông hút của rễ tiếp xúc với dung dịch khoáng trong môi trƣờng, các ion khoáng đi qua các lỗ siêu hiển vi của vỏ tế bào và bị hút bám trên bề mặt của chất nguyên sinh. Giai đoạn hai: Giai đoạn này các chất đƣợc hấp phụ trên bề mặt của nguyên sinh chất đƣợc chuyển vào trong rễ. 14 2.5.2 Vai trò sinh lý của các nguyên tố khoáng đối với thực vật Thực vật cần khoảng 16 nguyên tố khoáng khác nhau nhƣ: cacbon (C), oxy (O), hydro (H), phốtpho (P), kali (K), nitơ (N), lƣu huỳnh (S), canxi (Ca), magiê (Mg), sắt (Fe), bo (B), mangan (Mn), đồng (Cu), molipden (Mo), kẽm (Zn) và clor (Cl) cho sự sinh trƣởng và phát triển. Nồng độ của tất cả của tất cả các nguyên tố phải cân đối trong suốt chu kỳ sống của cây thì mới đảm bảo cho cây phát triển bình thƣờng. Nếu dƣ thừa hay thiếu bất kỳ nguyên tố dinh dƣỡng nào cũng ảnh hƣởng không tốt đến sự phát triển của cây. Khi cung cấp quá nhiều phân so với nhu cầu không những ảnh hƣởng đến năng suất mà còn gây ra sự lãng phí và ô nhiễm môi trƣờng (George J. Hochmuth và cộng sự, 1999). 15 Bảng 2.1: Một số dung dịch dinh dƣỡng thƣờng dùng trong thủy canh Dung dịch dinh dƣỡng do Knop khởi xƣớng vào năm 1892: Chất dinh dƣỡng Khối lƣợng (g/l) KNO3 0,2 Ca(NO3)2 0,8 KH2PO4 0,2 MgSO4*7H2O 0,2 FePO4 0,1 Dung dịch dinh dƣỡng do Hoagland đề xuất: Chất dinh dƣỡng Khối lƣợng (g/l) NH4H2PO4 0,4 KNO3 2,4 Ca(NO3)2 1,6 MgSO4 0,8 Fe-chelate 0,1 B(OH)3 0,023 MnCl2 0,0045 CuCl2 0,0003 ZnCl2 0,0015 (NH4)6Mo7O24 0,0001 Dịch dinh dƣỡng thủy canh do Alan Cooper đề xuất: Chất dinh dƣỡng Khối lƣợng (gam/l) KH2PO4 0,263 Ca(NO3)2 1,003 KNO3 0,583 MgSO4 0,513 Sắt EDTA 0,079 MnSO4 0,0061 H3BO3 0,0017 CuSO4 0,00039 ZnSO4 0,00044 Amoni molipden 0,00037 (Nguồn: www.home.aonenet.au/~hydroponic) Dịch dinh dƣỡng đƣợc phối trộn cho hệ thống thủy canh với giá thể là perlite, rockwool, cát đòi hỏi tƣới nhỏ giọt suốt ngày. Không thể có một dung dịch dinh dƣỡng nào có thể sử dụng trong tất cả các hệ thống dƣới các điều kiện môi trƣờng khác nhau. Ví dụ, khi sử dụng giá thể có khả năng giữ nƣớc cao thì số lần nhỏ của 16 hệ thống nhỏ giọt giảm lại. Trong trƣờng hợp này nồng độ dung dịch dinh dƣỡng trong hệ thống nhỏ giọt cao hơn thông thƣờng để đảm bảo cung cấp đầy đủ dinh dƣỡng (George J. Hochmuth và cộng sự, 1999). 2.6 Ƣu và nhƣợc điểm trong sản xuất bằng phƣơng pháp thủy canh 2.6.1 Ƣu điểm a. Không phụ thuộc đất: Do không cần đất tốt, những vùng đất xấu, đá sỏi, hải đảo có thể sử dụng cho sản xuất thủy canh (Carruthers, 2001). Các hình thức thủy canh có thể tạo đƣợc độ thông thoáng tốt cho bộ rễ nhờ đó mà có thể cho năng suất cao. b. Kiểm soát pH và dinh dưỡng: Cây trồng đƣợc cung cấp đầy đủ dinh dƣỡng với lƣợng cân đối đã xác định và đƣợc kiểm soát. Thêm vào đó là pH đƣợc kiểm tra nhanh chóng và đƣợc điều chỉnh dễ dàng cho thích hợp với nhu cầu sinh lý của cây. Cây tiếp xúc trực tiếp với dung dịch dinh dƣỡng nên hấp thu dinh dƣỡng dễ dàng hơn, cây khỏe mạnh hơn và tăng trƣởng tốt hơn góp phần tăng năng suất. Trong hệ thống thủy canh, do dinh dƣỡng đƣợc cung cấp đầy đủ nên thực vật không phải cạnh tranh nhau về dinh dƣỡng. Do đó chúng có thể tăng trƣởng tốt trên một diện tích nhỏ. c. Sản lượng cao hơn: Thời gian quay vòng giữa các mùa vụ ngắn hơn, vì vậy tổng lƣợng sản phẩm tạo ra cao hơn so với canh tác truyền thống trên đất. Ví dụ khi trồng xà lách theo cách truyền thống đƣợc 3 – 4 vụ, còn khi canh tác bằng thủy canh thì đƣợc 7 – 14 vụ (Leigh James, 1993). Còn đối với cà chua sản xuất thủy canh cho sản lƣợng từ 25 – 50 kg/m2 so với trồng trên đất thì trung bình đạt 15kg/m2 (Smith, 1987). d. Kiểm soát được sâu, bệnh, cỏ dại: Thủy canh dễ dàng áp dụng các biện pháp IPM và giảm đƣợc lƣợng thuốc hóa học sử dụng trong nông nghiệp. Nó có thể hạn chế sự thiệt hại về năng suất và kiểm soát giá thành do dể dàng kiểm soát sâu hại và cỏ dại từ đất (Donnan, 1998). Ngoài ra còn có thể tránh đƣợc sự phá hoại của tuyến trùng. 17 e. Sự ổn định của môi trường: Sản xuất thủy canh trong nhà kính có khả năng giảm thiệt hại do những biến đổi của khí hậu (hạn hán, lũ lụt, nóng, lạnh), vì vậy cho sản lƣợng ổn định và cao hơn. f.Sản xuất trong điều kiện môi trường khắc nghiệt: Thủy canh cho phép sản xuất trong những khu vực có khí hậu không thích hợp cho cây phát triển bình thƣờng. Chẳng hạn vùng Far North Queensland không sản xuất đƣợc xà lách bình thƣờng nhƣng trong sản xuất thủy canh thì đƣợc. g. Tiết kiệm nước và diện tích đất: Sản xuất thủy canh cần một diện tích đất nhỏ, trên cùng một diện tích nhà kính nhƣng thủy canh có thể trồng với một lƣợng cây lớn hơn vì một số hệ thống thủy canh nhƣ: kỹ thuật túi treo, kỹ thuật dòng sâu đƣợc thiết kế theo kiểu zig-zag có thể tận dụng tối đa không gian cho trồng các loại cây. Hệ thống thủy canh cũng có thể dùng ít nƣớc tƣới so với canh tác truyền thống. Bảng 2.2: So sánh lƣợng nƣớc dùng trong thủy canh và canh tác truyền thống Cây trồng Lƣợng nƣớc sử dụng (l/ha/vụ) Thủy canh Canh tác truyền thống Cà chua 1500 7500 (tƣới chảy tràn) 2000 (tƣới nhỏ giọt) Xà lách 1000 3000 – 4000 (Theo Leigh James, 1993). h. Cho sản phẩm sạch: Môi trƣờng làm việc sạch sẽ, ngƣời lao động không phải tiếp xúc với đất và phân hữu cơ. Các sản phẩm thủy canh không có bùn đất, vết bẩn của đất hay côn trùng (Jim Delaney, 2000). i. Có thể canh tác ở những vùng đô thị: Nơi mà đất bị ô nhiễm nặng bởi kim loại nặng, hóa chất công nghiệp. j. Giá thành rẻ: Chi phí nhân công không cao do không phải tốn công làm đất, hóa chất xử lý đất, nhân công làm cỏ, xới xáo, một lƣợng ít nhân công cũng có thể quản lý, chăm sóc một diện tích lớn.Trên một diện tích có thể quay vòng nhiều vụ. 18 2.6.2 Nhƣợc điểm a. Chi phí đầu tư ban đầu cao: Chi phí xây dựng nhà kính, hệ thống tƣới, hệ thống điều khiển cao hơn so với canh tác truyền thống. Vì thế mà thời gian thu hồi vốn dài. Đòi hỏi nghiên cứu thị trƣờng để có thể đầu tƣ và thu hồi vốn theo chiều hƣớng có lợi nhất, cần có một nguồn tiêu thụ ổn định (Jim Delaney, 2000). b. Sử dụng nhiều năng lượng: Sử dụng năng lƣợng cho các hệ thống máy bơm, điều khiển, cho các quá trình ổn định môi trƣờng nhà kính (làm mát, thông khí khi nhiệt độ môi trƣờng ngoài cao hay lúc nắng gắt hoặc năng lƣợng làm cho nhiệt độ nhà kính tăng cao trong mùa đông ở các nƣớc có khí hậu hàn đới). c. Hạn chế về đối tượng cây trồng: Hệ thống thủy canh không thích hợp cho những cây rau ăn củ nhƣ: khoai tây và cà rốt; các loại hoa; các loại cây dài ngày. d. Vấn đề thụ phấn: Khi sản xuất thủy canh trong nhà kính thì hạn chế đƣợc côn trùng, nhƣng cũng nảy sinh vấn đề thụ phấn đối với một số cây yêu cầu thụ phấn nhờ côn trùng. e. Dinh dưỡng: Trong sản xuất qui mô lớn cần phải có thiết bị pha, trộn, đo, thiết bị điều chỉnh pH, Ec thích hợp. f. Yêu cầu kỹ thuật: Cần phải có tập huấn, hƣớng dẫn về kỹ thuật. 2.7 Những đặc điểm và khuynh hƣớng thủy canh trên thế giới Vào những năm 1940, diện tích sản xuất bằng phƣơng pháp thủy canh cho thƣơng mại trên thế giới là khoảng 10 hecta. Đầu 1970 diện tích này tăng lên 300 ha, 6000 ha vào 1980 (Donnan, 1998), và đạt 20.000 – 25.000 ha vào năm 2001 (Hanger, 1993).Trên thế giới một số nƣớc áp dụng phƣơng pháp thủy canh trong sản xuất là Hà Lan (10.000 ha), Tây Ban Nha (4000 ha), Canada (2000 ha), Nhật Bản (1000 ha), New Zealand (550 ha), Anh (460 ha), Mỹ (400 ha), Italy (400 ha). (Hanger, 1993). 2.7.1 Những đặc điểm của nền sản xuất thủy canh trên thế giới  Sản xuất thủy canh chủ yếu là ở các nƣớc phát triển.  Diện tích thủy canh gia tăng 4 – 5 lần trong 10 năm cuối của thế kỷ XX. 19  Giá thể chủ yếu của hệ thống là rockwool.  Hạn chế về loại cây trong các hệ thống sản xuất bằng thủy canh.  Cây trồng chủ yếu của các hệ thống là cà chua, xà lách, dƣa leo, ớt và hoa cắt cành.  Có hai xu hƣớng chủ yếu là sử dụng hệ thống tuần hoàn và không tuần hoàn. 2.7.2 Sản xuất thủy canh ở một số nƣớc có nền thủy canh phát triển a. Hà Lan: Dẫn đầu thế giới về sản xuất thƣơng mại một số loại rau quả bằng hệ thống thủy canh. Tổng diện tích sản xuất thủy canh là 10.000 ha, đƣợc xây dựng bởi 13.000 hộ gia đình, giải quyết việc làm cho 40.000 ngƣời (Netherlands Department of Environment, Food and Rural Affairs). Hầu hết các loại rau chính của Hà Lan nhƣ cà chua, ớt, dƣa chuột đƣợc sản xuất để xuất khẩu, đặc biệt là hoa cắt cành nhƣ hoa hồng, cẩm chƣớng, gerbera, cúc. Hà Lan đã thành công lớn trong việc sản xuất rau tƣơi, hoa cung cấp trong nƣớc và xuất khẩu bằng thủy canh trong nhà kính với giá thể là rockwool và một số loại giá thể khác đƣợc phổ biến rộng rãi nhằm khắc phục một số mầm bệnh từ đất, các vùng bị hóa mặn (Hanger, 1993). Song song với việc phát triển sản xuất thủy canh là việc áp dụng IPM vào trong sản xuất nhằm hạn chế đến mức thấp nhất tác hại do các loại thuốc hóa học gây ra. b. Tây Ban Nha: Sản xuất thủy canh phát triển nhanh chóng đặc biệt là rau tƣơi. Diện tích nhà kính của Tây Ban Nha hiện nay khoảng 30.000 ha và dự kiến tăng khoảng 12% trong thời gian tới cho việc phát triển sản xuất bằng thủy canh (Ministry of Agriculture, Food and Fisheries Spain). c. Canada: Diện tích cho canh tác thủy canh từ 10 ha năm 1987 đã tăng lên 2.000 ha năm 2001. Hệ thống sản xuất chủ yếu với các loại giá thể là rockwool, perlite và để sản xuất cà chua, dƣa chuột, và ớt. Khoảng 50% cà chua và ớt, 25% dƣa chuột đƣợc sản xuất bằng thủy canh để xuất khẩu sang Mỹ (Khosla, 1999). Tại Canada hiện nay có khuynh hƣớng chuyển đổi dần canh tác truyền thống trên đất thành sản suất thủy canh trong nhà kính, áp dụng IPM nhiều hơn, gia tăng kích thƣớc cũng nhƣ diện tích nhà kính cho phát triển thủy canh, nâng cao chất lƣợng của cà chua và hƣớng xuất khẩu các sản phẩm này sang Mexico và Mỹ (Jensen và cộng sự, 1999). 20 Bảng 2.3: Tình hình phát triển thủy canh ở một số nƣớc (Hanger,1993) Quốc gia Năm Diện tích (ha) Hệ thống chính Cây trồng Hà lan 1987 2001 3500 10000 Rockwool Cà chua, xà lách,dƣa chuột,ớt, đậu, hoa cắt cành Tây ban nha 1996 2001 1000 4000 Perlite, cát, rockwool Cà chua, xà lách, dƣa chuột,ớt Canada 1987 2001 100 2000 Perlite, mùn cƣa, rockwool. Hệ thống NFT Cà chua, xà lách, dƣa chuột, ớt Nam Phi 1984 1996 75 420 Nhiều loại giá thể Cà chua, xà lách, dƣa chuột. Mỹ 1984 1999 228 400 Perlite, cát, Hệ thống NFT Cà chua, xà lách, dƣa chuột. Mexico 1996 1999 15 120 Nhiều loại giá thể Cà chua, dƣa chuột 2.7.3 Tình hình sản xuất cà chua và xà lách bằng phƣơng pháp thủy canh trên thế giới Việc áp dụng thủy canh trong sản xuất cà chua và xà lách thƣơng phẩm đã đƣợc phổ biến rộng rãi trên thế giới đặc biệt là Hà Lan, Úc, Canada….Tại Úc vào năm 1996 sản xuất xà lách đạt 44,9 triệu USD, cà chua là 35,4 triệu USD, phục vụ cho xuất khẩu sang Singapo, Hồng Kông, Đài Loan, Malaysia (Bailey, 1999). Các hệ thống thủy canh trên thế giới đƣợc dùng trong sản xuất cà chua và xà lách chủ yếu vẫn là rockwool, cát, kỹ thuật màng dinh dƣỡng (NFT). 21 Hình 2. 13 Sản xuất cà chua và xà lách bằng thủy canh. 2.7.4 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng thủy canh ở nƣớc ta  Tại Đại Học Nông Nghiệp I Hà Nội, tiến sĩ Hồ Hữu An, đã đƣa công nghệ thủy canh NTF vào nƣớc ta với một số cải biến nhỏ trong đó đáng kể nhất là đã chế tạo dịch phân dùng trong thủy canh và có một số cải biến cho phù hợp với hoàn cảnh nƣớc ta nhƣ: dùng các tấm nhựa tôn, fibro xi măng tạo các rảnh nghiên cho dòng dinh dƣỡng chảy qua cung cấp cho cây, bên trên các tấm nhựa này là các vỉ xốp chứa vật liệu có khả năng giữ nƣớc cao làm giá thể cho các loại rau. Dòng dinh dƣỡng chảy liên tục trên các rảnh và đƣợc hồi lƣu bằng máy bơm hoặc thủ công.  Trƣờng Đại học Khoa Học Tự Nhiên thành phố Hồ Chí Minh đã nghiên cứu thành công bằng kỹ thuật khí canh cây cà chua ( theo Vn-Expess).  Tại Phân viện Sinh học Đà Lạt và Đại học Yersin Đà Lạt cũng đã nghiên cứu thành công qui trình thủy canh xà lách, dâu tây với môi trƣờng dinh dƣỡng thích hợp là 1/5 MS.  Tại Viện khoa học kỹ thuật nông nghiệp miền Nam, tiến sĩ Ngô Quang Vinh cùng nhóm nghiên cứu đã bƣớc đầu thành công trong kỹ thuật trồng rau trên cát, bằng cách tạo một lớp giữ ẩm bằng rơm rạ ở dƣới lớp cát của tầng canh tác nhằm hạn chế sự thoát hơi nƣớc, nghiên cứu này hiện đang thí điểm tại xã Hòa Thắng, Hồng Phong, Bình Thuận và Hóc Môn thành phố Hồ Chí Minh (theo Vn-Express). 22 2.8 Tình hình sản xuất rau ở nƣớc ta Rau là nguồn thực phẩm quan trọng cung cấp một số loại viatamin, khoáng chất, một lƣợng nhỏ protein, đặt biệt là chất xơ tốt cho hoạt động của hệ tiêu hóa. Hiện nay nhu cầu rau tƣơi của ngƣời tiêu dùng ở nƣớc ta cũng nhƣ trên thế giới tăng cao nhƣng sản suất hiện hay vẫn chƣa đảm bảo cả về số lƣợng lẫn chất lƣợng. Diện tích trống rau năm 2000 là 445 nghìn hecta. Trong đó các tỉnh phía bắc có 249.200 hecta, chiếm 56% diện tích; các tỉnh phía nam là 196.000 hecta, chiếm 44% diện tích canh tác. Nhƣng năng suất rau ở những vùng có năng suất cao nhƣ Tây Nguyên và đồng bằng Sông Hồng chỉ là 160 tạ/ha còn thấp so với trung bình của các nƣớc trên thế giới (180 tạ/ha) (Nguyễn Duy Điềm, 2007). 2.8.1 Một số hình thức trồng rau sạch 2.8.1.1 Sản xuất sạch tƣơng đối trên đồng ruộng Là cách trồng phổ biến nhất. Ngƣời ta dùng màng phủ nông nghiệp (còn gọi là bạt, thảm nilon) phủ lên các luống rau. Màng phủ làm bằng nhựa dẽo, mỏng, hai mặt có màu khác nhau. Tuy nhiên, dùng màng phủ phải có vốn ban đầu cao và màng khó phân hủy nên môi trƣờng bị ô nhiễm. 2.8.1.2 Sản xuất rau trong nhà lƣới Là cách trồng rau trong nhà có mái che bằng nilon, xung quanh đƣợc chắn bằng lƣới để ngăn chặn côn trùng nhƣ sâu tơ, sâu xanh, sâu đục trái, nên hạn chế thuốc bảo vệ thực vật. 2.8.1.3 Thủy canh Kỹ thuật trồng rau không cần đất, rau đƣợc trồng trực tiếp trong các dung dịch dinh dƣỡng pha sẵn. Trung tâm nghiên cứu và phát triển rau châu Á (AVRDC) đã đƣa ra một hệ thống thủy canh dễ làm. Dung dịch đƣợc chứa trong thùng xốp, cách nhiệt, tránh ánh sáng xuyên vào bộ rễ, dung dịch này phù hợp