Thiết kế hệ thống tự động hoá sản xuất rau sạch668

Vì vậy, về lâu dài để nền sản xuất nông nghiệp trong nước phát triển bền vững và có thể theo kịp các nước khác trong khu vực, chúng ta phải nghiên cứu cơ bản để chủ động nắm được kỹ thuậ

Ngô trí dơng

Thiết kế hệ thống tự động hoá sản xuất rau sạch

Luận án tiến sĩ kỹ thuật

Ngô trí dơng

Thiết kế hệ thống tự động hoá sản xuất rau sạch

đủ chi phí đầu tư nên một số cơ sở sản xuất nông nghiệp phải chấp nhận đổi mới công nghệ bằng cách nhập những thiết bị lạc hậu đã qua sử dụng Mặt khác cũng phải nhìn nhận rằng chiến lược của nhiều nước chỉ chuyển giao cho các nước khác những công nghệ đã lỗi thời Vì vậy, về lâu dài để nền sản xuất nông nghiệp trong nước phát triển bền vững và có thể theo kịp các nước khác trong khu vực, chúng ta phải nghiên cứu cơ bản để chủ động nắm được

kỹ thuật, tự chế tạo được các dây chuyền sản xuất tự động nói chung và các

bộ điều khiển nói riêng hiện đại, chất lượng tốt, giá thành rẻ phục vụ nền sản xuất Đây là bài toán thực tiễn đặt ra cho các nhà nghiên cứu về tự động hoá trong nước

Từ việc nghiên cứu, phân tích qui trình sản xuất rau sạch trong nhà lưới có mái che bằng phương pháp trồng trên giá thể không sử dụng đất, luận

án đã đề cập bài toán thiết kế và chế tạo hệ thống tự động hóa phục vụ quy

ở Việt Nam Với việc thiết kế, chế tạo hệ thống thiết bị trong nước sẽ đảm bảo chí phí thấp hơn nhiều lần so với thiết bị nhập ngoại, điều này rất quan trọng

vì mức thu nhập của người nông dân còn rất thấp Mặt khác việc chế tạo tại Việt Nam thì chúng ta làm chủ được công nghệ chế tạo thiết bị điều khiển, hệ thống tự động hóa để có thể phục vụ công nghệ trồng rau sạch đại trà ở Việt Nam

Với phương pháp trồng rau sạch trên các giá thể thì việc ứng dụng tự động hoá mới đáp ứng được đầy đủ các yêu cầu công nghệ sản xuất rau sạch Nhờ sự hỗ trợ của hệ thống tự động hóa, các nhà trồng có đầy đủ khả năng đảm bảo qui trình sản xuất và kiểm soát được đầy đủ các thông số của quá trình sản xuất rau sạch Hiện nay, việc trồng rau sạch trong nhà lưới bằng

phương pháp không dùng đất đang được phát triển mạnh ở nước ta Tuy nhiên, các hệ thống đáp ứng cho công nghệ trồng rau sạch đều nhập ngoại giá thành rất cao nên chỉ có một số cơ sở sản xuất lớn nhờ sự đầu tư của nhà nước mới hoạt động được

Những phân tích trên cho thấy nghiên cứu quy trình công nghệ để nắm vững đối tượng cần điều khiển để từ đó xây dựng các bài toán điều khiển, vận hành và giám sát cho hệ thống tự động hoá phục vụ sản xuất rau sạch là vấn

đề cần giải quyết đầu tiên Thực hiện phân tích, lựa chọn lời giải, lựa chọn giải pháp kỹ thuật để từ đó thiết kế và chế tạo hệ thống tự động hóa phục vụ qui trình sản xuất rau sạch một vấn đề nghiên cứu vừa mang tính lý thuyết vừa mang tính thực tiễn cấp bách Đó chính là động lực để tác giả thực hiện luận án này

quy trình trồng rau sạch trong nhà trồng rau có mái che bằng phương pháp không dùng đất từ đó đề xuất bài toán tự động hóa phục vụ qui trình công nghệ trồng rau sạch Các nhiệm vụ chính cần được thực hiện:

- Nghiên cứu thiết kế và chế tạo hệ thống thiết bị quá trình phục vụ công nghệ trồng rau sạch như hệ thống tưới nhỏ giọt, hệ thống bình trộn, hệ thống bơm, hệ thống đóng mở mái che, hệ thống quạt gió sử dụng trong nhà

nghệ sản xuất rau sạch trên cơ sở vi điều khiển công nghệ PSoC

và màn hình tinh thể lỏng hoặc bằng máy tính cá nhân PC

xuất rau sạch theo phương pháp mô đun hoá để dễ dàng cho việc phát triển sản xuất kiểu công nghiệp theo qui mô từ nhỏ đến lớn phù hợp với nền sản xuất của Việt Nam hiện nay Mặt khác, tạo ra tính linh hoạt của sản phẩm: dễ dàng lắp đặt, dễ dàng thay thế khi có hỏng hóc

- Các sản phẩm được nghiên cứu thiết kế và chế tạo nhằm mục đích thay thế các sản phẩm nhập ngoại, do vậy tiêu chí của sản phẩm là giá thành phải rẻ hơn rất nhiều so với sản phẩm nhập ngoại và chất lượng phải đảm bảo tương đương hoặc tốt hơn

- Hệ thống phần mềm được thiết kế và chế tạo theo phương pháp mô đun hoá để tạo khả năng mở rộng và nâng cấp khi cần thiết

Toàn bộ hệ thống sản phẩm của đề tài được chạy thử trong nhà trồng

rau của trường Đại Học Nông Nghiệp Hà Nội, để kiểm tra, đánh giá chất lượng sản phẩm trước khi đưa ra thị trường

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu là các yếu tố ảnh hưởng đến sinh trưởng của

loại cây rau sạch được trồng trong nhà trồng rau có mái che bằng phương pháp không dùng đất, qui trình phát triển của một số loại cây rau và qui trình công nghệ chăm sóc các loại cây rau này (Những đề xuất của các nhà nông học) Đây là những cơ sở để xây dựng bài toán điều khiển và tự động hóa quá trình sản xuất rau sạch trên giá thể

Đối tượng nghiên cứu là các kỹ thuật điều khiển, điện, điện tử và kỹ

thuật lập trình Đó là nền tảng để thiết kế hệ thống chăm sóc rau sạch, hệ thống điều khiển và tự động hóa quá trình trồng rau sạch trong nhà trồng rau

có mái che

hệ thống tự động hóa qui trình công nghệ trồng rau sạch không sử dụng đất trong nhà trồng rau có mái che Nghiên cứu các kỹ thuật và công nghệ tiên tiến nhất phục vụ cho việc chế tạo sản phẩm

pháp thiết kế hệ thống tự động hoá vào sản xuất rau sạch trong nhà lưới có mái che bằng phương pháp không dùng đất Việc thiết kế và chế tạo hệ thống

tự động hoá đảm bảo phù hợp với điều kiện ở nước ta hiện nay Hệ thống tự động hoá sau khi đã thiết kế được chạy kiểm định kỹ càng trong phòng thí nghiệm, thông số các số liệu nhận được để kiểm chứng hệ thống Phần mềm điều khiển quá trình được thiết kế đơn giản, thuận tiện cho người sử dụng,

thông qua đó giúp cho người trồng rau theo dõi, giám sát và lưu dữ các thông

số môi trường ảnh hưởng đến quá trình trồng rau Hệ thống được tiến hành lắp đặt trong mô hình sản xuất nhỏ với nhà trồng có sẵn, với kết quả thu được bước đầu đã đánh giá độ đảm bảo đối với quy trình công nghệ đặt ra

4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án

nghiên cứu về việc ứng dụng tự động hoá vào sản xuất rau sạch trong nhà lưới

có mái che bằng phương pháp không dùng đất tại Việt Nam Sản phẩm của

Luận án đã xây dựng thành công qui trình thiết kế và chế tạo hệ thống tự động hóa bằng vi điều khiển công nghệ PSoC, một trong nhũng công nghệ tiên tiến nhất hiện nay Phần mềm điều khiển quá trình sản xuất rau sạch được trình bày trong luận án thuận tiện cho người sử dụng với hai chế độ làm việc: chế

độ làm việc sử dụng các nút ấn và chế độ làm việc trên giao diện máy tính

PC Mặt khác các chức năng có trong phần mềm như hệ thống lưu trữ dữ liệu,

hệ thống quan sát các thông số vào, ra từ đó giúp cho nhà trồng rau kiểm soát được các thông số chính ảnh hưởng đến quá trình trồng rau sạch Sản phẩm phần mềm của luận án cho thấy khả năng ứng dụng của công nghệ thông tin trong lĩnh vực sản xuất nông nghiệp Đó cũng là một minh chứng về khả năng chế tạo các sản phẩm công nghệ cao trong nước phục vụ sản xuất nông nghiệp

cầu thực tế trong thiết kế hệ thống tự động hoá trong quá trình sản xuất rau sạch Từ việc đòi hỏi của quy trình công nghệ trồng rau sạch trong nhà lưới có mái che với hệ thống tự động hoá mới đáp ứng được, do đó kết quả luận án có

ý nghĩa ứng dụng vào thực tế Với kết quả thử nghiệm hệ thống thành công trong phòng thí nghiệm, hệ thống được lắp đặt và tiến hành trồng thử nghiệm

trong mô hình nhà trồng rau đơn giản, bước đầu cho kết quả tốt Sản phẩm của luận án là tiền đề cho việc thiết kế chế tạo hệ thống tự động hóa trồng rau sạch theo kiểu mô đun hóa, một công nghệ chế tạo thiết bị hiện đại ngày nay

Mô đun hóa tạo điều kiện thuận lợi cho việc lắp đặt, mở rộng và khả năng thay thế nhanh gọn, linh hoạt

5 Kết cấu của luận án

Luận án gồm 4 chương và 2 phụ lục, nội dung chính của luận án như sau:

Chương 1: Tổng quan về công nghệ sản xuất rau sạch

Chương 2: Nghiên cứu và phân tích qui trình công nghệ trồng rau sạch không dùng đất

CHƯƠNG 1

hoạt của người Việt Nam Trong gần ba mươi năm qua, nhờ chính sách đổi mới, nông nghiệp Việt Nam đã phát triển vượt bậc về nhiều mặt Sản xuất rau quả đã tăng lên khoảng 9.235.000 tấn trên diện tích trồng trọt 624.000 ha với

sử dụng rau của người Việt Nam cũng đã được cải thiện, đạt trung bình

là một thành tựu đáng kể trong lĩnh vực sản xuất rau quả ì, v sản xuất này đã chiếm 9% GDP của nông nghiệp Việt Nam trong khi diện tích trồng trọt lại chiếm có 6% trên toàn b diện tộ ích canh tác của Quốc gia

Tuy nhiên, song song với tăng trưởng trong s n xu t rau quả ấ ả, nông nghiệp Vi t Nam lệ ại đồng th i phờ ải đối đầu với tình trạng t c thu h p t ố độ ẹ đấnhanh do ti n ế trình công nghiệp hoá và đô thị hoá đ ang di n ra hễ àng ngày

thu h i m t 366.ồ ấ 440 ha đất, chi m 3,ế 89% đất nông nghiệp đang sử ụ d ng Riêng chỉ trong 2 năm từ 2005 đến 2007, đã có 34.330 ha đất trồng lúa bị ấ m t

Đấ ịt b thu h i ph n lồ ầ ớn là đấ ốt, phì nhiêu, thuột t c loại “đất đẳng điền”, nằ ởm

Lân Dũng) Tại các thành phố ớn như Hà Nội và thành phố ồ Chí Minh, l H

diện tích đất nông nghiệp b mị ất trung bình khoảng 1.000 ha (Hà Nội) và khoảng 1.200 ha (thành phố ồ Chí Minh) mỗi năm Phầ H n lớn đất b mị ất là

đất tr ng rau ồ ở các vùng ven đô như Thanh Trì, Hoàng Mai, Đông Anh ở Hà

Nội và Hóc Môn, Củ Chi ở thành phố ồ Chí Minh Việc phát triển công H nghiệp và đô thị hoá này đã dẫn đến tình trạng đất trồng rau, hoa càng lúc

sinh, c n kiạ ệt tài nguyên thiên nhiên Đã có báo cáo về đất, nước ô nhiễm của

r t nhiấ ều nơi, đặc biệt vùng trồng rau thơm Thanh Trì, Hà Nội, do việc đổ thải

bừa bãi các chất kim lo i n ng cạ ặ ủa các công trường hoá học

Bên cạnh việc mất đất sản xuất vì công nghiệp hoá, đô thị hoá và môi trường ô nhiễm, an toàn vệ sinh trong sản xuất rau quả cũng là yếu tố nổi cộm của nông nghiệp Việt Nam hiện nay Gần đây, số vụ ngộ độc thực phẩm đang tăng vọt và số lượng người phải nhập viện để cấp cứu ngày càng nhiều Theo

người ở Việt Nam bị ngộ độc thực phẩm Cụ thể vào năm 2005, toàn quốc đã xảy ra 133 vụ ngộ độc thực phẩm với gần 4.000 nạn nhân Riêng thành phố

Hồ Chí Minh, từ năm 2005 đến nay, xảy ra trên 40 vụ với khoảng 3.000 người

bị ngộ độc, tăng gần gấp rưỡi so với cùng thời gian trước đó Nguyên nhân được xác định là do thực phẩm bị ô nhiễm: rau quả có vi sinh vật gây bệnh, dư lượng thuốc bảo vệ thực vật và kim loại nặng vượt mức cho phép

Trong bối cảnh khó khăn về đất đai, môi trường và an toàn vệ sinh

cao, đưa đến áp lực tăng năng suất và hệ số quay vòng sử dụng đất càng lớn, đặc biệt vùng ven đô Tuy nhiên, vì nhu cầu cấp bách nhằm đảm bảo sức khoẻ

rau sạch và an toàn, không có dư lượng thuốc bảo vệ thực vật Các lượng

cũng phải thấp hơn ngưỡng cho phép (Codex Maximum Residue Limits (MRL))

Từ những yếu t ố được ph n tâ ích ở ê , việc nghiên cứu và phát triển tr ncông nghệ cao trong sản xuất ôn ng nghiệp mà thế giới đang ứng dụng cần

tri b vển ền ững ủa nông nghiệp Việt Nam Giải pháp ông nghệ trồng c c rau

trong những giải pháp kỹ thuật mũi nhọn đang được nghi n cứu ê phát triển và

đưa vào ứng dụng ở nhi n ều ước trên th ế giới, đặc biệt l H Lan, M v à ở à ỹ àIsraen

Việc sản xuất rau sạch phải đạt được các tiêu chuẩn nhất định Theo PGS H H An, Trường Đại học Nông nghiệp Hà ội cho ta thấy n , rau sạch ần c

phải đảm bảo 4 tiêu chuẩn quan trọng nhất: Hàm lượng các kim lo nặng, ại

NO3, c ác hoá chất ảo ệ thực ật ích luỹ b v v t trong rau bằng hoặc ưới ức d m cho

v c h ật ó ại không t t trong rau N s ồn ại ếu ản phẩm rau qu ả không đạt 1 trong 4

tiêu chuẩn êtr n th rau qu đó kh ng đảm bảo an toàn ì ả ô

Theo t ác giả T T C , gi úc áo trình â C y rau (2000), để bảo đảm quyền lợi của người tiêu dùng và an toàn môi sinh, các nhà vườn cần thực hiện đầy đủ

qui định của Quốc tế; Dư lượng kim loại nặng không vượt quá tiêu chuẩn qui định của Quốc tế; Dư lượng thuộc bảo vệ thực vật theo qui định của ngành bảo vệ thực vật; Hạn chế tối đa vi sinh vật gây bệnh cho người và động vật và đảm bảo giá trị dinh dưỡng của sản phẩm”

Sản xuất rau sạch ngoài đồng ruộng: Đây là hình thức sản xuất rộng rãi và đáp ứng được nhu cầu rau sạch của đông đảo quần chúng Phương pháp sản xuất này dựa tr n k thuật ê ỹ canh tác cổ truyền nhưng đảm bảo đúng

nguyên tắc áp dụng “quy trình thực hành sản xuất nông nghiệp tốt” VietGAP (Good Agricultural Practice) [73], bao gồm ả chương trình quản lý dịch hại c

là một phương pháp sản xuất rau qu sạch n n cần ả ê tuyên truyền rộng rãi àv

hướng ẫn ác nhà ô d c n ng trồng trọt theo k thu n ỹ ật ày

Sản xuất rau sạch không dùng đất trong nhà trồng rau có mái che:

tiến đã và đang được áp dụng rộng rãi ở nhiều nước trên thế giới Công nghệ này cũng đang được nghi n cứu v ê à áp dụng ở Việt Nam Ư đ u iểm của c ng ônghệ này l cho phép chuyển à hướng t canh t n ng nghi sang s ừ ác ô ệp ản xuất

công nghiệp ê năng suất, chất lượng, hiệu quả cao và đảmn n bảo an toàn.Trong c ng ngh n , rau sô ệ ày ạch được trồng trong nước hoặc trồng trê n gi á thể

vào dung dịch dinh dưỡng theo mô hình kiểu hồi lưu NFT (Nutrient Film Technique)

không hồi lưu RtW (Run to Waste)

cảnh trong qu á trình sinh trưởng à phát v tri M s y t v m i trển ột ố ếu ố ề ô ường

như địa ình h , kh hậu v í à thời tiết l ữngà nh yếu t c bản g y ra kh ăố ơ â ó kh n, tr ở

ng khại ông nh trong qu trỏ á ình sản ất rau v cxu à ũng l ànhững vấn đề vượt á qu

khả ă n ng ch ựếng của con người S thay đổi a dự đ ạng, phức tạp của địa ình h ,

điều kiện c th ó ể được xem nh l yếu t ư à ố đầu ê ti n kh ó khống ch hoặc kh ng ế ô

phù hợp cho sản ất rau Kh h xu í ậu được ểu ư à ựhi nh l s hợp thành bởi tất c ả

những yếu t thời tiết ễn ra ng n qua ng ố di ày ày ày khác Th ời tiết à ự l s thay đổi,

diễn ến hbi àng ngày của những đ iều ện ki khí hậu Thành phần c ủa khí hậu

như ư m a, gió… là ững ởnh tr ại l cho lo ng ớn ài người trong qu á trình àm l thay đổi v cà ải ện ti m i trô ường S ự ảnh ưởng h của các ếu y t ố thời ti , kh hết í ậu v à

s ự ảnh ưởng h qua l ại giữa chúng được chi ti trong t ết ài liệu tham kh [ ] ảo 16

Ảnh hưởng của nhiệt độ

Theo [ ] [ ] [ ] 16 , 21 , 23 trong sản xuất rau, nhiệt độ là yếu tố ảnh ưởng hrất lớn đến kh n ng sinh trả ă ưởng à v phát triển của chúng nhiệt độ thấp Ở

nhiều cây bị héo khô Đối với nhiều loại rau có thể tồn tại trong thời gian dài

ở nhiệt độ thấp khoảng 150C, thậm chí 100C Hiệu suất quang hợp của hầu hết

ở nhiệt độ 180C ÷ 210C hoặc là 240C

Tốc độ sinh trưởng cây rau phụ thuộc vào sự cung cấp đầy đủ các chất dinh dưỡng, đảm bảo độ ẩm và điều kiện nhiệt độ thích hợp Khi nhiệt độ vượt quá giới hạn, khí khổng sẽ đóng lại ảnh hưởng tới quá trình trao đổi khí

đó kéo dài cây có thể bị chết Nhiệt độ thay đổi theo vĩ độ địa lý, theo mùa,

thuộc vào nguồn gốc, giống, kỹ thuật trồng trọt và sự thuần hóa bồi dưỡng của con người, v.v Đối với mỗi loại rau đều yêu cầu nhiệt độ thích hợp để sinh trưởng, phát triển Khi vượt quá giới hạn nhiệt độ thích hợp cây rau sinh

trưởng phát triển kém, làm giảm năng suất và chất lượng Nhiệt độ quá cao hoặc quá thấp sẽ làm cây ngừng sinh trưởng và chết

cao nh cho ph ất ép là 350C, nhiệt độ thấp nhất cho phép l 10à 0C C ó nghĩa à l khi trồng à c chua ph ải đảm ảo nhiệt độ nhà trồng rau nằm b trong khoảng 100C

nhiệt độ cũng thay đổi

Thí dụ: Cây khoai tây (T T Cúc, 2000)

Nẩy mầm tốt ở nhiệt độ: 180C ÷ 200C Sinh trưởng thân lá : 200C ÷ 220C Hình thành thân củ : 160C ÷ 180C

Ảnh hưởng của ánh sáng

năng suất cây trồng là do quang hợp Không có ánh sáng, cây xanh không thể tiến hành quang hợp Vì ánh sáng thay đổi sẽ làm diễn biến các quá trình quan trọng như: quang tổng hợp, sự nảy mầm của hạt, sự lớn lên của lá, sự thoát hơi

lượng diệp lục, thúc đẩy quá trình quang hợp Trái lại, trong điều kiện thiếu ánh sáng cây sinh trưởng khó khăn, hàm lượng diệp lục giảm, thịt lá mềm và xốp, gian bào chứa đầy nước, do đó làm giảm khả năng chống chịu với điều kiện bất lợi

Chính vì sự ảnh hưởng của nhiệt độ và ánh sáng nêu trên cần ứng dụng

cây rau

Ảnh hưởng của nước

Nước là nguyên nhân hạn chế lớn nhất đến năng suất và chất lượng rau hơn bất kỳ một yếu tố nào khác Nước đóng vai trò quan trong trong đới sống

cây rau, hàm lượng nước trong rau chiếm từ 75% ÷ 95% Theo I.B.Libner Nonneck thì hàm lượng nước từ 85% ÷ 95% Cung cấp đầy đủ nước cho rau trong quá trình sinh trưởng là biện pháp cơ bản để đạt năng suất cao, chất lượng tốt (cây rau tươi, ngon và có hương vị) Nước thiếu cây rau sinh trưởng kém, thấp bé, còi cọc, năng suất chất lượng giảm Nước thừa trong quá trình sinh trưởng làm cho cây mềm yếu, nồng độ đường thấp, nồng độ các chất hòa tan giảm…dẫn đến chất lượng kém

Nước là yếu tố cơ bản để quang hợp, ảnh hưởng đến quá trình trao đổi chất trong cây, đến trạng thái chất nguyên sinh Nước còn có tác dụng quan

có vai trò trong quyết định đến sự sinh trưởng phát triển của cây rau Có nước thì cây mới thực hiện được các hoạt động sống, nên có thể nói không có nước thì không có sự sống Nước là thành phần cơ bản cấu tạo nên chất nguyên

hợp và phân giải chất hữu cơ Nước là nguyên liệu tham gia vào quá trình quang hợp, nước cần thiết cho sự vận chuyển vật chất trong cây, là dung môi hòa tan các chất, duy trì độ căng của tế bào, làm cho cây ở trạng thái cân bằng

các thời kỳ sinh trưởng tới hạn đó thì sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến năng suất và chất lượng [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [36] 23 , 24 , 25 , 28 , 29 , 33 , 34 ,

Trên cơ sở phâ ích trên vin t ệc thiết kế một hệ thống tưới vừa tiết kiệm

trong qu á trình trồng rau

Ảnh hưởng của chất dinh dưỡng và độ pH

70%N, 20%P và 80%K bón vào đất trong suốt vụ trồng Rau là cây trồng có thời gian sinh trưởng ngắn, chất dinh dưỡng phong phú, năng suất cao Thời

-Yêu cầu của cây rau với chất dinh dưỡng cũng thay đổi theo quá trình sinh trưởng Thời kỳ nảy mầm cây lớn lên nhờ chất dự trữ trong hạt, khi cây

với nồng độ dung dịch đất Thời kỳ hình thành các cơ quan sử dụng (bắp, thân, củ, rễ, quả,…) là thời kỳ tốc độ sinh trưởng rất mạnh, cần cung cấp đầy

đủ chất dinh dưỡng, đặc biệt là các chất dinh dưỡng hòa tan Với các rau khác nhau yêu cầu với các nguyên tố đa lượng cũng thay đổi: Loại rau hút nhiều chất dinh dưỡng như cải bắp giống trung; loại rau hút dinh dưỡng trung bình như cà chua, cà, hành…; loại rau hút ít chất dinh dưỡng như: xà lách, rau diếp,

…Ngoài những yếu tố trên cây trồng còn chịu ảnh hưởng của gió, của vật hại như cỏ dại, sâu hại.v.v…

Với tính chất quan trọng việc cung cấp dĩnh dưỡng cho cây rau qua các thời kỳ sinh trưởng rất cần thiết Vì vậy, đối với phương pháp trồng rau

không dùng đất cần phải x y dâ ựng được h ệ thống cung c dung dấp ịch dinh

dưỡng cho cây rau cho đúng tỷ lệ nhất định

Ảnh hưởng của gió

Gió cũng l yếu t g y tr ngại cho sản xu t rau Tr n à ố â ở ấ ê đất ôkh hạn, gi ó

làm ói òn đất ạnh ơ x m m h n trên đất được ưới t Khi đất ị khô b , nh v n thỏ ụ ành

b ột thì ẽ s m i t dất đ ác ụng che ph , b v m ủ ảo ệ ặt đất Đất nhỏ ụ v n c g y ra òn â

hiện tượng phá ỡ v kết cấu của đất à v mất i s li n kết ữa c h cđ ự ê gi ác ạt ủa đất Trên đất được tưới, hàm lượng mùn ở đất cát thấp, gi s làm cho ó ẽ đất à v dinh

dưỡng ị trô ạt à cuốn đ b i d v i Trong quá trình trồng rau sạch trong nh à trồng rau c m che th ó ái ì gió ũng ít ảnh ưởng đến ự phát c h s tri ển quả â c y rau, tuy nhiên gi cũng tham gia vào s th ấn khi tró ự ụph ồngnhững â c y rau lấy ả qu

Ảnh hưởng của những vật hại

S u bâ ệnh ại à ỏ ại à những ật à â h v c d l v m c y trồng không mong muốn, chúng c mó ặt m n i, m l Nhở ọi ơ ọi úc ững ật hại n v ày thường phát triển mạnh ở

những nơi dinh dưỡng phong ph Khi chúng ta s dụng ú ử những ống mới, ginhững loại rau c nhiều ó chất dinh dưỡng cũng l m i trà ô ường thuận lợi cho

những ậ v t hại át tri , nh ng kh ng ph t c s u h ph ển ư ô ải ất ả â ại đề g y nguy hiâ ểmcho s ản xuất rau Rau được trồng trong nh à thì ũng ạn chế được những âu c h s

bệnh, khi s dử ụng ưới chống ô l c n trùng, đây cũng à ưu đ ểm ủa việc trồng l i c rau trong nh là ưới, nhà kính

1.4 CÁC CÔNG TRÌNH LIÊN QUAN

1.4.1 Các công trình trong nước

hiện nay

Hiện nay, Việt Nam cũng đã xây dựng nhiều mô hình sản xuất nông nghiệp ứng dụng công nghệ cao, mang lại hiệu quả kinh tế cao Một số mô hình thử nghiệm đã được triển khai tại các thành phố lớn như sau:

Tại Hà Nội: Khu nông nghiệp công nghệ cao khởi công tháng 4/2002

đã hoàn thành và đi vào hoạt động tháng 9/2004 Vốn đầu tư 24 tỷ đồng (1,5 triệu USD), trong đó 50% vốn ngân sách thành phố và 50% vốn cơ quan chủ

quản – Công ty TNHH Nhà nước một thành viên đầu tư phát triển nông

ISRAEL Hình ảnh ủa c khu c ng ngh cao H n ô ệ à ội được trình ày trê b n hình1.1

Với các tiến bộ mới về giống, quy trình chăm bón, hệ thống dinh

suất cây trồng ở đây đạt khá cao và việc sản xuất bước đầu được xem là hiệu quả Song các thiết b iều khiển ị đ đều được nhập ngoại gi thá ành cao v ph à ụthu r ộc ất nhiều đến ô c ng ngh c nệ ủa ước ngoài 51 [ ]

Tại Hải Phòng: Dự án được thực hiện tại xã Mỹ Đức huyện An Lão với tổng đầu tư 22,5 tỷ đồng Cơ quan chủ trì là Trung tâm phát triển Lâm

thể hiện êtr n hình 1.2

Khu nông – lâm nghiệp công nghệ cao Hải Phòng đã xây dựng các khu chức năng như: khu bảo tồn cây ăn quả đầu dòng và vườn ươm cây giống; khu sản xuất giá thể; khu nhà nuôi cấy mô tế bào; khu nhà kính, khu nhà lưới sản

Hình 1.1 Hình ảnh của khu công nghệ cao sản xuất rau ở Hà nội

xuất rau sạch chất lượng cao; khu nhà lưới sản xuất cây cảnh Hiện nay, các khu nhà lưới, nhà kính sản xuất rau và hoa đã hoạt động và cho sản phẩm được 2 ÷ 3 vụ Năng suất cà chua, dưa chuột đạt 200 ÷ 250 tấn/ha/năm, hoa

Tại Lâm Đồng từ đầu 2004 đã khởi động các chương trình trọng điểm trong đó có chương trình nông nghiệp công nghệ cao Trong kế hoạch phát

sản xuất rau, hoa, dâu tây và chè Tổng số vốn đầu tư là 2.700 tỷ đồng, trong

Qua các mô hình nông nghiệp trồng rau không dùng đất được triển

- Khu nông nghiệp trồng rau kh ng dô ùng đất trong nh là ưới ó ái c m che được xây dựng đều do các địa phương chủ trì xây dựng và giao cho các doanh nghiệp làm chủ đầu tư Việc tiếp nhận và đưa công nghệ cao vào sản xuất đầu

tư lớn (7 tỷ đồng/ha hay xấp xỉ 0,5 triệu USD)

- Những khu sản xuất nông nghiệp trồng rau kh ng dô ùng đất ới quy v

m l ô ớn trình ày ở trê b n s dử ụng công nghệ mới, hiện đại và năng suất đạt được cũng rất cao như dự định

- C ng ngh v thi b ô ệ à ết ị đều nhập ngoại ê n n kinh ph í đầu ư t ban đầu

l ớn đối ới v thu nh c ập ủa người ô n ng dân ướcn ta hi nay M ện ặt khác trong

quá ình tr sản ất rau sxu ạch phụ thuộc nhi ều đến ô c ng ngh ệ trồng rau của nướcngoài v àkhông làm ch ủ được thiết b ập ịnh ngoại

Một số công trình nghiên cứu về công nghệ trồng rau sạch không dùng đất ở nước ta

của bà con nông dân ở một số địa phương với quy mô nhỏ, nhưng hiệu quả

đem lại khá lớn dù mức đầu tư thấp Như vậy, mở rộng việc ứng dụng công nghệ cao trong sản xuất nông nghiệp ven đô là xu thế chung, chúng ta cũng phải đi theo hướng này

-khai ở Việt Nam và cơ quan được giao tiến hành thử nghiệm là Đại học Nông nghiệp Hà Nội Trong vài năm gần đây, tại trung tâm sinh học và Bộ môn

Sinh lý thực vật của trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội đang trồng thử nghiệm một số loại rau ăn lá và ăn quả bằng các dung dịch tự pha chế thay thế dần cho nguyên liệu pha chế dung dịch nhập từ Đài Loan

- Theo t ác giả ồ ữu H H An ch ủ nhiệm đề ài trọng đ ểm ấp Nhà ước t i c n

KC 07 20 (2003 -2005) sản xuất rau sạch (rau an toàn) bằng phương ph áp

t l ức à trồng trong dung dịch hay trồng rau trên cách giá thể, nên không bị ô

nhiễm các kim loại nặng, hoá chất bảo vệ thực vật, vi sinh vật có hại, chủ động trong việc lấy nguồn nước không ô nhiễm để tưới cho cây rau, cây rau được cung cấp đầy đủ các loại phân bón (trên 10 nguyên tố đa, vi lượng), từ lúc cây con giống đến các giai đoạn sinh trưởng, phát triển, do đó chúng phát

hạn chế các loại sâu, bệnh, giảm mức tối đa việc phun thuốc bảo vệ thực vật Với việc trồng rau trong nhà có mái che, luôn chủ động thời vụ, đặc biệt trồng được cả trái vụ, hạn chế được rủi ro, các công việc nặng nhọc nhất của người trồng rau đuợc giải phóng (như cày, cuốc, xới, lên luống, bổ hốc trồng, làm

cỏ, phân bón…), sau mỗi vụ trồng có thể trồng tiếp luôn mà không phải cày bừa, lên luống, làm cỏ như ngoài đồng ruộng Mặt khác với phương pháp trồng rau này tận dụng được diện tích không có khả năng canh tác mà vẫn tạo

An, 2004 đã chứng minh rằng: bằng phương ph áp trồng rau kh ng dô ùng đất

có thể trồng quanh năm, hạn chế sâu bệnh, thuốc bảo vệ thực vật, đảm bảo

có thể đạt 160 ÷ 170 tấn/ha ăm, dưa chuột 250 ÷ 260 tấn/ha ă/n /n m)

- Theo t ác giả Nguy ễn Quốc ọng đã nhiều ă V n m nghi n c v c ng ê ứu ề ônghệ ồng tr rau kh ng dô ùng đất nở ước ngoài thì phương pháp trồng rau này cung cấp cho cây trồng chất dinh dưỡng thích hợp nhất cho mỗi thời kỳ sinh trưởng và sinh sản, kiểm soát được chất dinh dưỡng, nhờ vậy có thể giảm chi

phí đầu tư phân bón Quan trọng hơn, phương pháp này cho phép loại tr ừ

hoàn toàn được thuốc bảo vệ thực vật vì óc khả ă n ng kiểm soát được sâu

con người đã được giải phóng Việc chăm sóc, thu hái dễ dàng, đem lại hiệu quả cao Có thể tận dụng mặt bằng trên diện tích không canh tác, đất cằn cỗi, bạc màu để sản xuất rau

V c k ới ác ết quả ổng ợp à phâ t h v n tích ở trê n vi ệc trồng rau bằng

do đó cần đẩy mạnh nghiên cứu và ứng dụng ra sản xuất phục vụ đời sống 1.4.2 Các công trình nước ngoài

Trên thế giới, quá trình phát triển nông nghiệp công nghệ cao đang diễn

ra mạnh mẽ trên diện rộng ở những nước có khoa học công nghệ phát triển

Ðó là sự kết hợp ứng dụng các công nghệ trọng điểm của thời đại như công nghệ thông tin, công nghệ vật liệu mới, công nghệ sinh học, công nghệ nano

để tạo ra nông sản có năng suất, chất lượng cao, giá thành hạ Dựa vào công nghệ gien, các nước tiên tiến đã tạo ra được các giống cây trồng có năng suất cao, công nghệ chọn lọc lai tạo giống, vật nuôi có thể rút ngắn thời gian nuôi,

Ơ Hà Lan hiện có xấp xỉ 12000 ha diện tích trồng rau trong nh là ưới

Ở Canada hiện có xấp xỉ 600 ha sản xuất rau trong nhà lưới

Ở Úc hiện có xấp xỉ 1500 ha diện tích trồng rau trong nh lướià , cà chua

và dưa chuột có thể đạt được 500 t /ha và 250 tấn ấn/ha

Jeremy Badgery-Parker

Efficient trolley systems

Hình 1.3 Một số hình ảnh sản xuất rau trong nhà lưới ở Hà lan

Jeremy Badgery-Parker

Integrated pest management

Jeremy Badgery-Parker

Hình 1.4 Một số hình ảnh sản xuất rau trong nhà lưới ở Canada

Hình 1.5 Một số hình ảnh sản xuất rau trong nhà lưới ở Úc

Ở Anh năm 1988 đã có 38 khu vườn khoa học Hiện nay ở Anh có xấp

xỉ 120 ha trồng cà chua trong nhà lưới

trong đó 95% là nhà lợp plastic, với những cây chính như rau ăn lá, dâu tây, dưa chuột, cà chua

Khu công nghệ cao xuất hiện đầu tiên ở Mỹ vào năm 1939 và 40 năm

Năm 2002, Trung Quốc đã xây dựng 400 khu công nghệ cao, nhờ đó sự gia tăng giá trị sản xuất nông nghiệp đạt 42%, đạt giá trị sản lượng bình quân

sản xuất trước đó Trung Quốc hiện đã có khoảng 500 khu nông nghiệp công nghệ cao và trên 4.000 mô hình sản xuất nông nghiệp ứng dụng công nghệ cao tại các vùng sinh thái khác nhau Những khu này đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển nền nông nghiệp hiện đại của Trung Quốc: Tăng nhanh được năng suất cây trồng, vật nuôi; tạo được giống lúa cao sản (lúa siêu năng suất 12 tấn/ha) có mang gen kháng sâu bệnh; các giống cà chua năng suất 140 tấn/ha, rau cải đỏ ngọt năng suất 60 tấn/ha… với chất lượng cao và đồng nhất [101 ]

Nhờ ứng dụng thành công và hiệu quả công nghệ tưới phục vụ cho

Jeremy Badgery-Parker

Carbon dioxide

Hình 1.6 Một số hình ảnh sản xuất rau trong nhà lưới ở Anh

canh tác nông nghiệp cũng như trong hệ thống nhà kính, nhà lưới mà nền nông nghiệp Isarel có năng suất và chất lượng cao, chẳng hạn cà chua đạt 250

K ết luận chương 1

Rau sạch đóng vai tr quan trò ọng trong n kinh t v sinh ho cền ế à ạt ủa

người Việt Nam Hi nay, trong xu hện ướngphát tri cển ủa x hã ội c ác nhà máy được â x y dựng ngày một nhiều Các chất thải công nghiệp từ các nh máy g y à âảnh ưởng h trực tiếp đến sản xuất rau v àchất lượng trồng rau Rau sạch (rau an

toàn) l rau ph à ải đảm ảo ác b c qui định ề ê v ti u chuẩn của FAO v cục v sinh à ệ

an to àn thực phẩm ủa Việt c Nam

Ảnh hưởng của điều kiện ngoại cảnh nh nư ước, dinh dưỡng, kh í hậu v.v đến khả ă n ng sinh trưởng ủa â c c y rau v n ng xu c y trà ă ất â ồng

Giới thi v c c ng trệu ề ác ô ình nghiên c ứu liên quan v hà ướng nghiên

c trong v ứu à ngoài ước n trong qu á trình trồng rau sạch ằng phươ b ng ph áp

không dùng đất Trên c s đó, tiếp tục âơ ở ph n tích quy trình ô c ng ngh trồng ệrau sạch à đề v ra hướng nghiên c dứu để áp ụng qui trình ào ản xuất v s rau

sạch

C nác ước trên th ế giới, trong s ản xuất ô n ng nghi , ngệp ành trồng rau

r ất phát tri v c m ển à đã ó ột quá trình ịch ử âu đời Đ ều được ọ l s l i h quan t m l â àchất lượng ă, n ng suất v à hiệu quả kinh t c cế ủa ác s ản phẩm rau sạch, trong đó

n ng su ă ất được quan t m nhâ ất Để ă t ng n ng su , c ă ất ác nhà ô n ng h s dọc ử ụng

phân bón v các à hoá chất ảo v thực vật n n các b ệ ê hoá chất, kim loại nặng,

n at v m s vi sinh v c h t d trong rau qu itr à ột ố ật ó ại ồn ư ả quá ức m cho ph lép àmảnh ưởng đến h sức kho của cẻ ộng đồng ì, v vậy các t chức FAO v WHO đã ổ àqui định ất chặt chẽ ề ấn đề n C r v v ày ũng chính ì ậy à v v m kh niái ệm s ản xuất rau sạch, rau an to àn được quan t m nhi trong th k â ều ập ỷ cuối ủa thế ỷ c k XX

trình nghi n cứu v phát triển của nhiều ê à quốc gia trên th giới ế

V s ấn đề ản xuất rau sạch theo truy ền thống ẫn khô v ng ngừng pháttri , b n cển ê ạnh đó ột ô m c ng ngh ệ trồng rau m ới được ình thành à phát h v triển,

đó l c ng ngh à ô ệ trồng rau kh ng dô ùng đất Trồng rau kh ng dô ùng đất cho

phép c ác quốc gia c ó diện tích canh t h các ẹp ũng t s ự ản xuất được rau sạch

M ặt khác trồng rau theo ki n s ểu ày ẽ tránh được ự â s x m h c c vi sinh v ại ủa ác ật

c h t m i tró ại ừ ô ường ự nhiê t n, d dễ àng ơ h n cho vi ệc chăm s v óc à đảm ảo ác b c nhu c v ầu ề chất à ước v n cho c y rau m â ở ỗi thời ỳ phát k tri Chển ính ì ậy à v v m

c ng ngh ô ệ trồng rau kh ng dô ùng đất cho n ng su cao v ă ất à đảm ảo b an toàn

C ng ngh ô ệ trồng rau kh ng dô ùng đất được chia làm hai loại: trồng trong dung dịch và trồng tr n các gi th C ng ngh này cũng ang ê á ể ô ệ đ được nghi n cứu v ê à

phát tri t ển ại Việt Nam Để đảm b ảo thực hiện đúng qui trình ô c ng ngh s ệ ản

xuất rau sạch trồng tr n gi th cần ê á ể phải c ó những ệ h thống t động hóa ựNghi n c thi k v ê ứu ết ế à chế ạo ệ thống ự động óa t h t h cho qui trình ản xuất s

n ày chính à ục tiê l m u c tủa đề ài

2.1.1 Công nghệ trồng rau không dùng đất

C ng ngh ô ệ trồng rau kh ng dô ùng đấ à phươ t l ng ph dáp áp ụng cho c ác

h ệ thống trồng rau kh ng d v ô ựa ào đất để àm ô l m i trường ọc ễ ó m r , n bao gồm

c ả trồng rau trong dung dịch à trồng trê v n c ác giá thể khác nhau đã ó ột quá c m trình nghi n cứu l u dài ê â

2.1.1.1 Trồng rau trong dung dịch

L à phương ph áp trồng rau bao gồm ác ệ thống khô c h ng c ó giá thể

hoặc chỉ ùng á ể d gi th trong giai oạn gieo v ch m sóc c y con bao gồm các đ à ă â

loại h ệ ống sau: th

- H ệ thống trồng trong dung dịch âu s

- H ệ thống trồng trong dung dịch ổi n

- H ệ thống trồng trong dung d h s u c h l u v ịc â ó ồi ư à không h l u v ồi ư ới

k thu mỹ ật àng ỏng m dinh dưỡng à v phun m dinh dù ưỡng

2.1.1.2 Trồng rau tr n c ê ác giá thể

Khác ới ệ thống trồng v h rau trong dung dịch ở chỗ , khi trồng â c y trên

giá th r c y phát triển tr n m i trể ễ â ê ô ường chất ắn úp o c y c n i c r gi ch â ó ơ ư trú

chắc ắn, kh ng c ch ô ần phải c y nh trong dung dđỡ â ư ịch, đặc biệt c l ó ợi đối ới v

c ác loại rau cao c y trâ ồng trên gi á thể à được ưới v t dung dịch dinh dưỡng

bằng phương ph táp ưới nhỏ giọt Trồng rau tr n gi ê á thể bao gồm ác ệ thống c h sau đây:

- Trồng rau trên giá thể trơ, hệ thống mở: bao gồm ác ệ thống đơ c h n gi ản

dùng át hoặc ác ật liệu khác c c v nhau dạng ạt ịn hoặc ệ thống ô h m h m i trườnglen đá hiện đại Nh ng ngư ười đầu tiê n dùng át hoặc ác giá thể trơ khác để c c

trồng c y, ngâ ười ta chia phương pháp ồng rau tr n gi tr ê á ể ơ ệth tr , h ống m th ở

thành các ại sau: trlo ồng ên cát ành ống, trtr th lu ồng ên cát trong toàn ểtr th nh à

kính, ph ng ph r c , ph ng ph ươ áp ãi át ươ áp trồng trê n c ác giá thể trơ trong t v úi àphương ph áp trồng rau tr n len ê đá

- Trồng rau trên giá thể trơ, hệ thống kín: đặc trưng c h ủa ệ thống ày à n l

m b ột ộ phận ác áng c m hay luống không thấm nuớc chứa ột ết ấu thô hoặc m k c

trơ để tạo iều kiện cho dung dđ ịch sinh trưởng ấm d dth ễ àng

- Trồng rau trên giá thể trơ tự nhiên: c ác chất ữu ơ h c do c kh n ng gi ó ả ă ữ

nước à ác chất v c dinh dưỡng cao h n c v s , v v ơ át à ỏi ì ậy trồng â c y tr n c ê ác giá

thể ữ h u c cần s ch m sóc ít h n Với gi ểơ ự ă ơ á th hữu c ngơ ười ta c ể ồng ó th trrau trong máng, trồng trong t v túi à ưới ĩnh phía ưới ác giá thể hữu cơ t d c Dung dịch dinh dưỡng để trồng â c y kh ng dô ùng đất: Theo PGS.TS H ồ

H An, 2003 c ữu ác chất dinh dưỡng được cung c ấp chủ ếu ưới ạng ác y d d c muối v à axít ô ơ v c , bao gồm nhóm chính: C ác nguyên t a lố đ ượng ar: c bon,

oxi, hydro, nit , kali, canxi, photpho, l u huơ ư ỳnh C ác nguyê ốn t vi lượng: sắt, mangan, kẽm, đồng… Đây à những nguyê ố ối ần l n t t c thi ết đối ới â v c y rau đãđược ph n tâ ích ê tr n c s khoa học u iểm của c ng ngh trồng rau sạch ơ ở Ư đ ô ệkhông dùng đất ở ch : cung cấp ỗ đầy đủ, chính xác cho mỗi loại c y bắt â đầu ừ t

m ỗi thời ụ qu v a c ác thời ỳ k sinh trưởng, ph tri bát ển ằng phương ph táp ưới

nh giỏ ọt dưới ạng d dung dịch Nồng độ v t l c à ỉ ệ ác chất dinh dưỡng trong dung dịch, độ pH v EC c à ó thể đ ều khiển được tuỳ i theo từng thời ỳ k sinh

trưởng phát triển của c y rau Đây l nhâ à ững lợi ếth lớn của c ng ngh ồng ô ệ trrau sạch không dùng đất à ác ô m c c ng ngh ệ khác không c ó được Hi nay c ện ónhiều c ng th pha dung dô ức ịch đã được nghi n c v ê ứu à ứng ụng ào ản d v s xuất rau sạch

Có nhiều kỹ thuật cung cấp dinh dưỡng cho rau trong nhà có mái che

Nhưng hiện nay trên thế giới phổ biến 2 kiểu đó là kiểu hồi lưu (NFT-

Nutrient Film Technique) và không hồi lưu RtW (Run to Waste) [75 ].

Mô hình kiểu hồi lưu NFT

Nguyên lý hoạt động của mô hình: Dung dịch sau khi cung cấp cho cây sẽ được thu hồi tạ ình nhỏ (i b Transfer tank), và được bơm qua thiết bị lọc

(Disinfection system) Nước sau khi xử lý, khử trùng, được đưa vào bơm 1

EC là 1.0 Van 3 chiều có thể được điều chỉnh thủ công hoặc tự động theo giá

trị đặt ướctr (setpoint) của bơm 1 Trong mô hình là ví dụ về EC của cà chua chỉ ra cho thấy lượng dinh dưỡng thêm vào chu trình mới là 1.6 để đạt được

Batch Tank) qua bơm 2 (pump 2) vì (1.0 ở dung dịch tái chế cộng với 1.6 bằng 2.6) Trong hệ thống này người trồng điều chỉnh để đầu ra là 40% nhưng

HÖ thèng luèng c©y trång (Greenhouse Growing System)

B×nh chøa dd sau xö lý (Recycle Tank)

B×nh chøa n íc s¹ch

(Raw Water Tank)

HÖ thèng khö trïng (Disinfection System)

EC = 2.6*

B×nh dung dÞch dinh d ìng (Daily Batch Tank)

Dung dÞch thu håi kho¶ng 40% (Nutrient Recirculation Typically 40%)

B¬m 2

EC = 1.6*

B×nh chøa dd sau läc (Drain Tank )

ThiÕt bÞ läc (Organic filter )

(Pump 2) B¬m 1

(Pump 1)

B×nh dung

dÞch

không bị thất thoát ra môi trường Kết quả là tiết kiệm được 40% phân bón, 40% nước và không làm ô nhiễm môi trường [75]

đó phải được điều chỉnh EC và pH bởi các bình A, B và Acid Sau đó dung dịch này được bơm tới hệ thống luống cây trồng Dung dịch sau khi cung cấp cho cây trồng (khoảng 20 ÷ 30 %) sẽ được thu hồi và xử lý hoặc sử dụng để trồng loại cây khác [78]

2.1.2 Các thiết bị phục vụ cho công nghệ

Để ản xuất s rau sạch theo hướng ô c ng nghi c ệp ần phải đầu ư ác t c thi ết

b tị ương ứng ới ô v c ng ngh ệ trồng được ựa chọn l C ó thể phân thi b s ết ị ản xuấtrau theo ki c ng nghi lểu ô ệp àm 3 lo ại chính: nh à trồng ệ thống chă, h m s v óc à

h ệ thống thi b ết ị phục ụ v cho y u c u ê ầ khác ủa ô c c ng ngh ệ

B

HÖ thèng luèng c©y trång (Greenhouse Growing System)

B×nh chøa n íc s¹ch

(Raw Water Tank)

EC =2.6*

B×nh chøa dd dinh d ìng (Daily Batch Tank)

DD ch¶y ®i (Free-Drainage Nutrient)

B¬m 1

(Pump 1)

B¬m 2 (Pump 2)

Typically

20 -30%

B BA Acid

EC =2.6*

Nhà trồng: Trên th ế giới hiện nay đã nghiên c v ứu à ứng ụng ột ố d m s nhà trồng rau sạch theo kiểu c ng nghiệp: nh lô à ưới kh ng c mái che, nh lưới ô ó à

c m che v ó ái à nhà ính ột ố kiểu nhà trồng ó ái k M s c m che được trinh b hày ình2.3

- Nhà lưới không có mái che: Để chống ô c n trùng truy bền ệnh ạn chế, h phun thu b v ốc ảo ệ thực ật v , m ột phần ào giảm nhiệt độ à tránh ập át n v d n rau khi

m a c ư ần phải ó nhà ưới để trồng c l rau Lưới ó thể ằng thép c b , bằngPolyethylen hay Aluminet v mau kh nhau Khung nh bới độ ác à ằng thép cacbon thường, th ép không r ỉ hoặc ằng ỗ,…Loại ày ó ưu đ ểm: đầu ư b g n c i t ban đầu ít , thích ợp ới người ốn ít h v v Nhược đ ểm i : kh ng c ô ó khả ă n ng t ng ănhiệt mùa đông, kh ng ch mô ịu ưa đá, tuy vết ùng ôn đới Hi nay mện ột s nố ướcnhư Trung Quốc, Thái lan, M hi cê ô, … đã s dụng ử

- Nhà lưới có mái che: Nhà ó thể phủ ằng c b Polyethylen ho bặc ằng ợp chất h cacbon át để chống m a, b , trư ão ánh ập át d n rau, chống tia c t Nh ực ím à loại

n c ày ó thể ố trí thê b m h ệ thống thông gi t ó ự nhiên để giảm nhiệt độ , nh ng ưkhông lắp được ệ h thống iều ho trong nh lúc cần thiết đ à à

- Nhà kính: loại ày n cao c , b c m che v v ấp ởi ó ái à ật liệu che xung quanh trong suốt bằng Polyethylen ho bặc ằng ợp chất h cacbon át đủ ánh áng s cho cây quang h , chợp ống ô c n trùng, chống được tia c t Lo ực ím ại nhà ày ần ó ệ n c c h

f) e)

d)

thống làm thoáng, làm mát, đặc biệt l trong nhà ững áng óngth n Các thiết b ị

c thi h ần ết để ộ trợ cho nh kà ính để â c y rau ph tri t quanh n m: thi b át ển ốt ă ết ị

thông gi có ưỡng bức, t nhi n; h ống lự ê ệ th àm át ấp nhiệt như đ ều hoà nhiệt m , c i

độ ốc, b h i nơ ước, lưới phản quang H ệ thống cung cấp CO2 v h à ệ thống kiểmsoát, điều chỉnh kh hậu trong nh Các h thống này c th iều khiển bí à ệ ó ể đ ằng

thủ ô c ng, c kh hoặc t động hoàn àn ơ í ự to

Các thiết bị chăm sóc: ác ệ thốngC h thi b ết ị phụ thu v c ng ngh ộc ào ô ệ

s ản xuất rau C thi b ác ết ị chăm sóc đối ới ô v c ng ngh s ệ ản xuất rau tr n n ê ền đất

c ó thể chia thành ác ệ thống ưới c h : t , ph n b H â ón ệ thống ưới nhỏ giọt ự động t t được ử s dụng cho c ng ngh trồng rau tr n các gi th theo thời gian, dung ô ệ ê á ể

lượng khác nhau H ệ thống ày ó thể ử ụng trê n c s d n quy m ô diện ích trồng t rau khác nhau tu thuỳ ộc v thi k v tào ết ế à ính toán ệ thống để x h ác định được áp suất đầu đường ống chính M s thi b tột ố ết ị ưới nhỏ giọt được ử ụng trê s d n th ếgiới c ó thể ưới ằng trọng l , t t b ực ưới phun, tưới phun s ng ho phun c ươ ặc ựcnhỏ

c t KC 07 20-2003, Theo t ủa đề ài ác giả, PGS.TS H H An, th s ồ ữu ì ản xuất rau theo ki c ng nghi ểu ô ệp đòi ỏi h qui trình ô c ng ngh ệ phải chính á ở x c m s ột ố

khâu quan trọng ối với c ng ngh này y u cầu các b ận lọc ôĐ ô ệ ê ộ ph kh ng được

t kắc ẹt, định ượng chất phải được hoà trộn đồng đều l trong dung dịch ước n

tưới, theo t l ỷ ệ nhất định à chính ác v x theo qui định ủa nhà ô c n ng h B ọc ộphận tưới ê y u c ầu đảm ảo đúng dung l b ượng à thời v gian B ộ phận đ ều chỉnh i

áp lực, b ộ phân kiểm so pH, EC v hát à ấp thụ ước theo i n đ ều ện ki ánh áng đã sđược nghi n cứu một cê ách hoàn thiện Ngoài ra, còn c h thống thu hồi v x ó ệ à ử

l dung dý ịch thừa sau khi tưới nhằm đảm ảo ô b m i trường theo ti u chu c ê ẩn ủathế giới

Hệ thống điều khiển qu trá ình phục vụ công nghệ

- Hệ thống điều khiển quá trình của Jack Ross, 2001: hệ thống i đ ềukhiển á ìnhqu tr sản xuất rau sạch trong nh lưới c mái che bằng ương ph à ó ph ápkhông dùng đất được ình tr bày hình 2.4

H ệ thống đ ều khiển quá trình ản xuất i s rau sạch trong nh là ưới ó ái c m che bằng phương ph áp không dùng đất bao gồm ác thành phần chính như: c

m táy ính, b àn phím, m hàn ình à ệ thống ết ối ác v h k n c thi b ết ị ngoại vi v ới

m táy ính ới ác v c thi b v ra nh sau: ết ị ào ư

Thi b ết ị đầu vào (Input interface equipment à ác ảm biến đo mức ) l c c

CO2, nhi ệt độ không khí, độ ẩm ường độ ánh áng, c s trong nh là ưới hoặc nhà

kính à ượng v l EC, pH c dung dủa ịch dinh dưỡng ưới t cho c y rau â

Thi b ết ị đầu ra Output interface equipment à các hệ thống bơm, quạt ( ) l

thông gió, hệ thống làm ấm (heaters), h ống phun sương, làm mát ệ th(coolers)

H ệ thống đ ều khiển được thực hiện trê i n m táy ính, đo c ác thông s ố đầu

v ào thông qua h ệ thống ảm biến c Ch ng trươ ình đ ều hiển được viết i k theo quy

trình ô c ng ngh ồngệtr rau t chương trừ ình này iều khiển các ôđ th ng s ố đầu ra

- Hệ thống điều khiển quá trình của Garzoli Keith, 2001: hệ thống điều khiển qu trá ình được ình tr bày hở ình 2.5

C t ác ín hiệu đầu ào ệ thống v h bao gồm ác thô c ng s b n trong, bố ê ên

ngoài nhà trồng rau Trong đó, các thông số bên trong nhà trồng bao gồm:

các thông số bên ngoài nhà trồng như à nhiệt độ khô l ng kh , í độ ẩm không khí, cường độ ánh sáng, tốc độ và hướng gió, tỉ lệ lượng mưa

trưởng của c y rau â

- Kiểm tra c ác thông

s i khi v ố đ ều ển ới chế

độ đặt

- i Đ ều khiển ác thô c ng

s ố ảnh ưởng đến quá htrình sinh trưởng của

c y rau â

- L ựa chọn ác loại ây c crau

- X ác định nhu c c ầu ầnđiều khiển

l t i h l m m , l

ấm, quạt thông gi , mó áy bơm, điều chỉnh ường độ c ánh áng à s v các van iđệnđược gắn đầu các luống trồng rau

Ngo i ra h à ệ thống đ ều khiển quá trình òn ó ác i c c c m un, gi cho ô đ úp

việc theo dõi, giám át s quá ình tr trồng rau, c th ưụ ể nh sau: M ô đun giúp máy tính làm nhiệm vụ ghi lại những điều kiện môi trường hàng giờ (hoặc hàng phút), từ đó xác định những dấu hiệu bất thường đối với cây (như phát triển

đầu vào Mô đ un bảo v h thống ệ ệ giúp cho trong quá ình tr làm việc, nếu phát hiện có ự ố s c nh ư báo tình trạng hỏng bơm, trục trặc điện, tình trạng gió mạnh

thì ệ h ốngth ngừng làm việc hoặc báo v trung t m đề â iều khiển Mô đun giám sát hệ thống theo dõi, kiểm tra việc thực hiện đúng theo quy trình ô c ng ngh ệđặt ra tại các v tr hoặc khu vực Mặt khác, qu trị í á ình làm việc của h thống ệ

điều khiển được thực hiện bởi máy tính với phần mềm iều khiển Th ng qua đ ô

phần mềm ày n người trồng rau nhập các th ng s ô ố đặt qua bàn ím ặc l ph ho ựachọn loại c y trâ ồng Sau , mđó áy tính chọn những hoạt động điều khiển thích hợp và đưa chúng vào quy trình hoạt động như yêu cầu của người điều khiển Trong nhiều hệ thống, giá trị trung bình của các thông số khí hậu khác nhau

có thể được tự động tính toán ở bất kỳ khoảng thời gian nào cần (hàng phút, giờ, ngày và tuần) Những giá trị này được lưu trữ, hiển thị và in theo yêu cầu

Tóm lại, máy tính sẽ điều khiển hệ thống linh hoạt để ra những quyết định liên quan đến việc điều khiển môi trường trong nhà có mái che tạo môi trường khí hậu thuận lợi cho cây trồng Chẳng hạn khả năng thực hiện hệ thống thống gió điều khiển theo hướng gió đó là với đợt gió mạnh, bộ thông

hợp không có gió, cả hai hướng sẽ mở Mặt khác, lu n cung cấp ô đảm bảo chính xác s lố ượng dung dịch dinh dưỡng cho c y rau theo tâ ừng loại c y v â à

giai o sinh trđ ạn ưởng Bảng 2.1 dưới đây chỉ ra những thông s ố điều khiển và

- Bộ thay đổi nhiệt (Heat exchanger)

- Cơ cấu hệ thống cung cấp CO2

Cường độ chi ếu

sáng

(Illumination)

- Rèm che Blackout curtains( )

- Đèn Lights ( )

- Hệ thống điều khiển quá trình của Harford Kevin, 2001: hệ thống điều khiển qu trá ình được ình tr bày hở ình 2.6 H thống iều khiển qu trệ đ á ìnhđược thực hiện bởi việc kết nối b iều khiển với máy tộ đ ính, th ng qua phần ô

khiển quá trình tưới, nhiệt độ, dung dịch dinh dưỡng (đối với hệ thống hồi lưu

NFT), pH, EC, hệ thống làm ấm, thông gió và phun sương, thêm nữa là CO2

H ệ thống à chuyên gia trong việc giám sát và điều khiển nhà lưới ó l c

m ái che, phần mềm tích hợp trên bất kỳ máy tính PC 486 nào có sử dụng Windows 95/98/2000 Phần mềm sau khi được cài đặt cho phép truy nhập bởi những chuyên viên ngành nông nghiệp, nhà cung cấp dịch vụ hoặc người trồng rau Trên hình 2.6 là hệ thống iều khiển qu trđ á ình được ử, s dụng bởi phần mềm ECOS với các th ng s ô ố đầu vào v à đầu ra, c th nh sau: ụ ể ư

C ác thông s ố đầu ào à thô v l ng s m i trố ô ường trong v à ngoài nhà trồng

nh nhiư ệt độ ôkh ng kh , độ í ẩm ường độ , c ánh áng s , CO2, lượng m a, hư ướnggió, pH v EC à

Hình 2.6 Hệ thống điều khiển quá trình của Harford Kevin, 2001

C ác thông s ố đầu ra l c t à ác ín hiệu để đ ều khiển i m b m cho h áy ơ ệ

thống tưới, phun sương, quạt ôth ng gi v h ống cung c dung dó à ệ th ấp ịch dinh

dưỡng cho c y trâ ồng

Qui trình ản xuất s rau sạch kiểu ô c ng nghi p c ệ ủa thế giới

Qui trình sản xuất rau sạch kiếu công nghệ của thế giới được trình ày b trên hình 2.7 nh sau: ư

giới phải kết hợp giữa c ng ngh trồng rau v thiết b ô ệ à ị phục vụ cho c ng ngh ô ệTrong đó ô c ng ngh ệ trồng rau kh ng dô ùng đất trong nh là ưới cho m che áiđược trồng theo hai phương pháp trồng trong dung dịch à v trồng tr n gi th , ê á ể

v hai ph ng ph n c ới ươ áp ày ó thể thích ợp h cho c ác loại rau kh nhau V vác ì ậy,

Qui trình sản xuất rau sạch kiểu công nghiệp của thế giới

C ng ngh ô ệ trồng rau

Trồng trong

dung dịch Trồng trên giá ể th nhà trồng C ác loại chăm sóc Thi b ết ị v T.bị ụ đặc biệtphục

l u ư

Kiểm soát ác thô c ng s ố ảnh

hưởng đến quá trình trồng rau

Hình 2.7 Qu trìnhi sản xuất rau sạch kiểu c ng nghiệp của ô thế giới

ồ

để lựa ch phươọn ng pháp trồng rau người ta căn cứ vào loại c y trâ ồng, v d í ụ

như â c y d a chuột, c ch a, ớt ư à ư ngọt được trồng tr n các áê gi th v c y x ể à â à

l ch, rau muá ống được trồng trong dịch Ngo ra h ài ệ thống trồng rau đượcthi k theo ki h l u v ết ế ểu ồi ư à không h l u v b i ồi ư ới ộ đ ều khiển ết ợp áy ính k h m t

để theo d , kiểm soát ácõi c thông s ố ảnh ưởng đến quá trình h sinh trưởng của

c y rau â Đối ới v thi b ết ị phục ụ v cho c ng ngh ô ệ được chia thành ba lo : Nh ại à

trồng, thi b ết ị chăm s v thi b i óc à ết ị đ ều khiển ới ác v c loại thi b n ết ị ày phảiđược thiết k theo qui trế ình ô c ng ngh trồng rau tu thuộc vào khu vực, ệ ỳ địa

hình à đặc đ ểm thời tiết ại ơi được trồng v i t n rau

Hiện nay, trong nở ước đã ó c nhi chuy n gia n ng h ều ê ô ọc nghiên c ứu

v ề qui trình trồng rau sạch ằng phươ b ng ph áp không dùng đất đã cho k qu ết ảkhả quan nh [3], [5], [9], [10], [11], [22], [26], [35], [37], [38], [40], [46], ư[48], [49] V c k ới ác ết quả ày ước đầu qui trình trồng n , b rau sạch không dùngđất đã được áp dụng một s ở ố địa phương nh các thư ành ph nh H Nội, Hải ố ư àPhòng, Đà lạt….Như ậy v , người trồng rau đã àm được àm l l quen v ới quy

trình ô c ng ngh ồng ệ tr không dùng đất Tuy nhi n, c thi b ê ác ết ị phục v cho ụ

c ng ngh ô ệ chưa được đồng ộ hoặc thủ ô b c ng tr c c s s ừ ác ơ ở ản xuất ớn l thi ết

b ị được nhập ừ ước ngoài thì t n thi b tết ị ương đối đồng ộ như b ng gi á thành ại l

quá cao Qui trình ô c ng ngh sản ất rau sệ xu ạch trong nước ện nay hi được trình

b hày ình 2.8 V ới qui trình ô c ng ngh s ệ ản xuất rau sạch trong nước hiện nay,

cũng được chia thành đó à ô l c ng ngh ệ trồng rau kh ng dô ùng đất à v thi b ết ịphục v c ng ngh Trong ụ ô ệ đó c ng ngh ô ệ trồng rau theo hai ph ng ph ươ áp đó l à

trồng trong dung dịch à ồng ê v tr tr n gi ểá th , với hai phương pháp này được

trồng theo ki ểu không h l u v ồi ư à kiểm soát ác c thông s ảnh hưố ởng đến qu á

trình ồngtr rau ch yếu theo phương ph p o rồi iều chủ á đ đ ỉnh, tuy nhi n ch c ê ỉ ó

m s c s s ột ố ơ ở ản xuất như ở ải phòng à à ội được nhập H v H n thi b ết ị phục ụ v

c ng ngh ô ệ ngoại nhập thì ó thể đ ều khiển quá trình c i Ngo ra thi b ài ết ị phục

v c ng ngh ụ ô ệ bao gồm: nhà trồng, thi b ết ị chăm s v thi b i u khióc à ết ị đ ề ển, trong đó nhà trồng được thi k trong nết ế ước nhưng kh ng ô đồng ộ ác b c thi b ết ịchăm sóc, thiết b iều khiển nhập ngoại hoặc một s c ng ị đ ố ô đoạn ải x l ph ử ýtheo th c ng ủ ô

Để c ó thể đưa c ng ngh sô ệ ản xu rau sất ạch ào v sản xu c ng nghiất ô ệp

c ần phải ô đ m un h c óa ác nhà trồng rau Trong m m un ph ỗi ô đ ải đảm ảo đầy b

đủ trang thiết b ị quá trình ệ th, h ống t ự động óa h qui trình ô c ng ngh sệ ản xu ấtrau sạch T ừ những nghiên c v tứu ề ình ình h trong nước ùng ới ác ết quả c v c k nghiên cứu của đề tài KC 07 20, bài toán thiết k m un sản ất rau sế ô đ xu ạch ẽ s được đề xuất v giải quyết các mục tiếp theo à ở

Qui trình sản xuất rau sạch hiện nay ở Việt Nam