Giảm thiểu nguy cơ hư hỏng toàn bộ hệ thống vì nếu một module hỏng thì vẫn sẽ được tháo dỡ từ đó hệ thống vẫn có thể làm việc bình thường.Ngoài ra mô hình thủy canh còn có những điểm khá
GIỚI THIỆU SẢN PHẨM
Tính ổn định, độ tin cậy
Sau một tuần hoạt động, một số kết quả vận hành ban đầu đã được ghi nhận để điều chỉnh và hoàn thiện hệ thống Tỉ lệ tuần hoàn nước đạt 80%, nguyên nhân do rò rỉ tại các đường ống, sẽ được khắc phục bằng keo dính và băng keo non tại các khớp nối Lưu lượng dòng chảy qua từng máng là 1 lít/phút, và cây phát triển tốt sau 3 ngày ươm mầm mà không có dấu hiệu sâu bệnh hay thiếu dưỡng chất Bể chứa dung dịch có nắp đậy giúp hạn chế lượng lớn chất bẩn không cần thiết Sản phẩm có độ bền cao nhờ chất liệu nhựa PVC, với tuổi thọ lên tới 5 năm Mô hình ít chi tiết giúp giảm thiểu hỏng hóc không đáng có, tuy nhiên, nó rất phụ thuộc vào độ phẳng và độ nghiêng của mặt nền.
Kết luận: Mô hình có độ tin cậy cao và hoạt động ổn định sau 1 thời gian chạy thử
Tính ổn định của thủy canh sẽ được nói chi tiết hơn ở phần 2.6.
Tính mới sáng tạo, độc đáo
Mô hình được thiết kế theo dạng module, giúp dễ dàng lắp ráp và tách rời, thuận tiện cho việc nâng cấp hệ thống Điều này không chỉ giảm chi phí vận chuyển nhờ vào việc chia nhỏ mô hình thành các phần, mà còn giảm chi phí lắp ráp Hơn nữa, mô hình này giảm thiểu nguy cơ hư hỏng toàn bộ hệ thống, vì nếu một module gặp sự cố, nó có thể được tháo dỡ mà không ảnh hưởng đến hoạt động của các phần còn lại Bên cạnh đó, mô hình thủy canh còn có những điểm khác biệt nổi bật so với phương pháp nuôi trồng truyền thống.
- Hoàn toàn không dùng đất từ đó giảm đáng kể khả năng nhiễm bệnh, không cần cày xới lại đất mỗi khi kết thúc mùa vụ.
Trồng cây theo tầng giúp tiết kiệm diện tích và tăng năng suất trên cùng một không gian, rất phù hợp với môi trường đô thị chật chội.
- Có thể tự động hóa hoàn toàn, giảm thiểu sức lao động đến tối đa.
Hệ thống thủy canh là giải pháp lý tưởng cho nhà lưới, cho phép trồng trọt quanh năm Phương pháp này không chỉ tối ưu hóa không gian mà còn giúp giảm chi phí xây dựng và mở rộng cho nhà lưới.
Tính ổn định của thủy canh sẽ được nói chi tiết hơn ở phần 2.7.
Tính thẩm mỹ, thu hút người dùng
Mặc dù mô hình thủy canh này chủ yếu được làm từ nhựa PVC không có vẻ ngoài bắt mắt như các giàn thủy canh thương mại hiện nay, nhưng nó vẫn mang lại sự đơn giản và gọn gàng trong thiết kế Mô hình thủy canh theo module có thể dễ dàng sắp xếp phù hợp với nhiều không gian khác nhau như tầng thượng, ban công hay sân vườn.
Mô hình thủy canh theo module còn đặc biệt nhỏ gọn với diện tích chiếm dụng chỉ 0.72 m nên tính thẩm mỹ vẫn được duy trì 2
Tính thẩm mỹ của mô hình sẽ được nói chi tiết hơn ở phần 2.8.
Khả năng ứng dụng
Mô hình thủy canh theo module có khả năng ứng dụng cả vào đời sống sinh hoạt lẫn sản xuất.
Mô hình thủy canh theo module là giải pháp lý tưởng cho các hộ gia đình muốn trồng rau theo phương pháp hiện đại, giúp tiết kiệm công sức và chi phí duy trì Mô hình này không chỉ cung cấp nông sản sạch mà còn tạo ra một không gian xanh, giúp giảm căng thẳng và thanh lọc không khí, mang lại môi trường sống lành mạnh cho gia đình.
Mô hình thủy canh theo module là giải pháp lý tưởng cho sản xuất quy mô thương mại, nhờ vào tính đơn giản của hệ thống Điều này không chỉ giúp dễ dàng sửa chữa khi có sự cố mà còn cho phép thay thế nhanh chóng từng module, hạn chế tối đa tình trạng toàn bộ hệ thống bị tê liệt do một thành phần gặp vấn đề.
Thủy canh còn được mở rộng thành nhiều phương pháp phù hợp từng mục đích khác nhau.
Tính ứng dụng của mô hình sẽ được nói chi tiết hơn ở phần 2.9.
Hướng phát triển
Dựa trên nhu cầu của người dùng, nhóm có lộ trình phát triển sản phẩm:
Trong nghiên cứu khoa học về thủy canh, việc đo đạc lưu lượng nước trong ống là rất quan trọng Cần cân chỉnh thời gian vận hành của máy bơm để đảm bảo hiệu quả Đồng thời, việc theo dõi mức độ hao hụt nồng độ dinh dưỡng và lượng nước trong bồn chứa cũng không kém phần quan trọng Cuối cùng, xác định thể tích của thùng chứa nước với các quy mô khác nhau của dàn thủy canh sẽ giúp tối ưu hóa quy trình trồng trọt.
Trong ứng dụng, hệ thống được cải tiến với việc tích hợp đồng hồ điện tự động để bật tắt máy bơm dinh dưỡng, tối ưu hóa khoảng cách giữa các lỗ thủy canh, và bổ sung bộ lọc cặn cho máy bơm Ngoài ra, máy bơm oxy cũng được tích hợp để xử lý nước trước khi đưa vào các ống thủy canh Việc nâng cấp thiết bị trong hệ thống nhằm nâng cao năng suất và tạo thêm module tự cung cấp nước cho thùng dinh dưỡng, phù hợp với quy mô thương mại Hướng phát triển của mô hình sẽ được trình bày chi tiết hơn ở phần 2.11.
QUÁ TRÌNH THỰC HIỆN SẢN PHẨM
Hạn chế bất cập, nỗi đau của người dùng và nhu cầu
2.1.1 Tổng quát về thị trường:
Rau củ là nguồn thực phẩm thiết yếu, cung cấp vitamin và dinh dưỡng cho cơ thể, đồng thời mang lại giá trị kinh tế cao Với sự đa dạng, rau củ có thể đáp ứng nhu cầu toàn cầu, tạo ra lợi nhuận lớn Xuất khẩu rau củ của Việt Nam đã đạt 800 triệu USD vào năm 2012 và tăng gấp đôi lên 1,8 tỷ USD vào năm 2015 Từ năm 2016 đến 2019, giá trị xuất khẩu tiếp tục tăng từ 2.457 tỷ USD lên 3.747 tỷ USD, chứng tỏ sức mạnh kinh tế của ngành rau củ quả.
Hình 1: Biểu đồ giá trị xuất khẩu rau quả của Việt Nam sang EU (Nguồn WTO Center).
Việt Nam không chỉ nổi bật trong xuất khẩu rau củ mà còn là một trong những quốc gia tiêu thụ rau củ lớn Theo số liệu thống kê năm 2016 của chuyên gia Vũ Thục Linh và Warner Uiterwijk, trung bình mỗi người dân tiêu thụ 78kg rau củ mỗi năm, và con số này dự kiến sẽ tiếp tục gia tăng trong tương lai.
Với nhu cầu rau củ ngày càng tăng, nhiều thương lái đã sử dụng chất bảo quản để giữ cho rau củ tươi lâu hơn, nhằm tối đa hóa lợi nhuận mà không quan tâm đến sức khỏe người tiêu dùng Bên cạnh đó, một số người cũng đã áp dụng thuốc kích thích tăng trưởng để rút ngắn thời gian nuôi trồng rau củ.
Trên thị trường hiện nay, có rất nhiều loại rau củ quả đa dạng, nhưng phần lớn lại có nguồn gốc không rõ ràng và không đảm bảo an toàn vệ sinh thực phẩm Người tiêu dùng thường phải đối mặt với rau củ quả chứa dư lượng thuốc bảo vệ thực vật, hóa chất độc hại, dẫn đến nguy cơ ngộ độc thực phẩm cao Nhiều phương tiện truyền thông đã cảnh báo về tình trạng rau bẩn, rau nhiễm độc và việc thu hoạch rau đã được phun thuốc kích thích chỉ sau một đêm để bán ra thị trường.
Theo Cục Thống kê, năm 2019, cả nước ghi nhận 76 vụ ngộ độc thực phẩm, với gần 2.000 người mắc, 1.918 người phải nhập viện và 8 trường hợp tử vong So với năm 2018, số vụ ngộ độc giảm 32 vụ (29,6%), số người mắc giảm 1.478 (42,6%), số người đi viện giảm 1.135 (37,2%) và số ca tử vong giảm 9 (52,9%) Tính đến tháng 10 năm 2020, tình hình ngộ độc thực phẩm vẫn tiếp tục được theo dõi chặt chẽ.
81 vụ ngộ độc thực phẩm với 2.040 người bị ngộ độc, trong đó có 21 người tử vong(Hình 2).
Năm 2020, khoảng 600 triệu người, tương đương gần 1/10 dân số thế giới, đã bị bệnh do thực phẩm ô nhiễm, dẫn đến 420.000 ca tử vong hàng năm Bệnh tiêu chảy là căn bệnh phổ biến nhất liên quan đến thực phẩm ô nhiễm, ảnh hưởng đến 550 triệu người và gây ra 230.000 ca tử vong Đặc biệt, trẻ em dưới 5 tuổi chiếm 40% gánh nặng bệnh tật do thực phẩm.
125 000 ca tử vong hàng năm.
Nhu cầu về rau sạch trên thế giới và tại Việt Nam
Rau quả được tiêu thụ toàn cầu, với nhu cầu tăng 5% mỗi năm theo FAO (2020), trong khi cung cấp chỉ tăng 3,8% Sự kết hợp giữa rau và trái cây mang lại lợi ích sức khỏe, dẫn đến nhu cầu tiêu thụ ngày càng cao Mặc dù sản lượng rau quả toàn cầu đang gia tăng, nhưng vẫn chưa đáp ứng đủ nhu cầu Vào năm 2000, tổng sản lượng rau quả chỉ đạt 306 gam/người mỗi ngày.
Bắc Mỹ là thị trường tiêu thụ rau quả sạch và an toàn lớn nhất, tiếp theo là Châu Âu và Châu Á - Thái Bình Dương Doanh thu từ trái cây và rau quả đạt 29,05 tỷ đô la vào năm 2017 và tiếp tục tăng lên 30,77 tỷ đô la vào năm 2019, với tỷ lệ tăng trưởng 5,3% Dự báo thị trường rau quả sạch sẽ đạt 55,86 tỷ đô la vào năm 2027, với tốc độ CAGR 7,9% từ năm 2020 đến 2027 Nhu cầu về trái cây và rau hữu cơ tại Hoa Kỳ đang gia tăng do người tiêu dùng ngày càng quan tâm đến sức khỏe, với gần 14% tổng số trái cây và rau quả bán ra vào năm 2019 thuộc loại sạch và an toàn.
Hình 3: Thị trường rau quả sạch và an toàn trên thế giới: Doanh thu từ năm 2014 -2027.
Tại Việt Nam, Tp Hà Nội đặt mục tiêu duy trì 5.100 ha trồng rau sạch đến năm 2020, đồng thời phát triển thêm từ 3.000 đến 4.000 ha rau được chứng nhận an toàn thực phẩm Thành phố cam kết đảm bảo 100% sản phẩm rau xanh có nguồn gốc rõ ràng và an toàn Trong khi đó, Tp Hồ Chí Minh đã cung cấp 285.000 tấn rau củ mỗi năm, trong đó có 98,63 tấn rau đạt tiêu chuẩn an toàn thực phẩm.
Theo nghiên cứu của Học viện Nông nghiệp Việt Nam năm 2017, các hộ gia đình tại Hà Nội và Tp Hồ Chí Minh chi khoảng 8-9% ngân sách hàng tháng cho thực phẩm, trong đó 12-13% dành cho rau Trung bình, mỗi người Việt Nam tiêu thụ 71 kg rau quả mỗi năm, với rau chiếm 75% tổng lượng tiêu thụ.
Giới thiệu khái quát về hệ thống Hydroponics
Thủy canh (Hydroponics) là phương pháp canh tác cây trồng không cần đất, mà sử dụng dung dịch dinh dưỡng để cung cấp chất dinh dưỡng cho cây Cây được trồng trong hoặc trên dung dịch dinh dưỡng, với bộ rễ hoàn toàn hoặc một phần ngâm trong dung dịch hòa tan.
Công nghệ Hydroponics, được nghiên cứu từ thế kỷ XVII, hiện nay đã phát triển hoàn thiện, mang lại nông sản sạch và an toàn Với quy mô gia đình, người trồng có thể phát triển hoa và rau xanh mà không cần đất, tận dụng không gian như sân thượng hay bậu cửa Ở quy mô thương mại, nhà kính trồng rau củ quả cho năng suất cao và đảm bảo an toàn thực phẩm, không bị ảnh hưởng bởi ô nhiễm từ đất Đặc biệt, phương pháp này cho phép tối ưu hóa không gian sản xuất bằng cách chia thành nhiều tầng.
Một hệ thống Hydroponics được ứng dụng hiện nay.
Hệ thống Hydroponics điển hình bao gồm các thành phần chính như hệ thống cấp nước, dung dịch dinh dưỡng, khay trồng, giá thể cho cây, bơm duy trì dòng nước, hệ thống thông khí và cung cấp oxy, cùng với các thành phần xử lý nước nhằm đảm bảo chất lượng nước tối ưu cho sự phát triển của cây trồng.
Tình hình nghiên cứu và ứng dụng hệ thống Hydroponics trên thế giới
Kỹ thuật thủy canh, hay còn gọi là hydroponics, đã tồn tại từ lâu và có nguồn gốc từ những nền văn minh cổ đại như vườn treo Babylon và vườn nổi Kashmir của người Aztec ở Mexico Nghiên cứu gần đây đã chỉ ra rằng phương pháp này không chỉ có giá trị lịch sử mà còn mang lại nhiều lợi ích trong nông nghiệp hiện đại.
Khoa học thủy canh bắt đầu phát triển từ năm 1936 khi tiến sỹ W.E Gericke tại đại học California thành công trong việc trồng cây trong nước, bao gồm cả cây cà chua cao 7,5 m Ông đã đặt tên cho phương pháp này là “hydroponics”, có nghĩa là làm việc với nước Tại Ấn Độ, hydroponics được giới thiệu vào năm 1946 bởi W J Shalto Duglas, người đã thành lập phòng thí nghiệm ở Kalimpong và viết cuốn sách ‘Hydroponics The Bengal System’ Trong những năm 1960 và 1970, các trang trại thủy canh thương mại đã xuất hiện ở nhiều quốc gia như Abu Dhabi, California, và Nhật Bản Đến thập niên 1980, nhiều trang trại thủy canh tự động hóa đã được thành lập, và thủy canh tại nhà trở nên phổ biến vào những năm 1990.
So sánh với các sản phẩm hiện có
- Phân tích và so sánh các sản phẩm hiện nay:
Các sản phẩm hiện nay Sản phẩm của chúng em
Hầu hết các sản phẩm hiện nay có nhiều hình dạng khác nhau, nhưng các bộ phận rời thường được làm từ cùng một loại vật liệu Điều này dẫn đến giá thành cao do chi phí sản xuất các bộ phận như khung kim loại, máy bơm công suất cao và ống nối bằng nhựa vinyl.
- Thường phải có người lắp ráp vì các khớp nối phải bắt vít cố định.
- Ngày nay người ta thường dùng ống hình lục giác( 55000vnd/m).
- Thay thế khung và các bộ phận khác bằng ống nhựa PVC nhằm tiện lợi cho di chuyển và lắp ráp, chi phí lắp đặt.
- Sử dụng hình thức module để người mua dễ dàng lắp ráp mà không phải tốn công sức nhiều.
- Sử dụng ống hình tròn( 8000vnđ/m). Ống thuỷ canh lục giác (Nguồn: Lisado) Ống thuỷ canh tròn (Nguồn: SkyFarms) Đánh giá chung:
Vấn đề lớn nhất hiện nay là chi phí lắp đặt ban đầu và kinh nghiệm sử dụng, với mức chi phí khoảng 2.300.000 vnđ – 4.000.000 vnđ không phải là dễ dàng đối với nhiều hộ dân Để giúp những người có nguồn vốn hạn hẹp có thể sở hữu sản phẩm thủy canh tại nhà, chúng tôi xin đề xuất một số giải pháp nhằm tiết kiệm chi phí và giảm thiểu các hạn chế.
Giải pháp
Tìm vật liệu thay thế để tiết kiệm chi phí là một giải pháp hiệu quả Thay vì sử dụng khung làm bằng sắt hợp kẽm không gỉ hoặc inox, chúng tôi đã thay thế bằng ống nhựa PVC Đặc biệt, ở những ống PVC phía dưới chân, chúng tôi đã đổ xi măng vào ruột để tiết kiệm chi phí, nhưng vẫn đảm bảo cảm giác vững chắc như khung kim loại.
Chúng em sử dụng ống nối bằng nhựa PVC thay vì nhựa vinyl để tiết kiệm chi phí, mặc dù nhựa PVC không đẹp bằng Đối với máng trồng cây, chúng em chọn ống hình tròn đã đục sẵn thay vì ống lục giác, giúp giảm chi phí và tăng số lượng ống, từ đó trồng được nhiều cây hơn Mặc dù có sự linh hoạt trong việc lựa chọn cây trồng, chúng em khuyến khích người tiêu dùng nên trồng các loại rau dễ chăm sóc như rau xà lách, rau chân vịt và nhiều loại rau củ khác.
Giàn thủy canh theo tầng (Nguồn: Thủy canh Miền Nam) Giàn thủy canh chữ A (Nguồn: Thủy canh Miền Nam).
Các chức năng, đặc điểm của sản phẩm
2.4.1 Các đặc điểm của mô hình o Kích thước: 0.72m (1.2m x 0.6m) / 1 module Cao 0.6m 2 o Chức năng: trồng cây bằng phương pháp thủy canh, dùng bơm điện để đưa nước vào các ống thủy canh.
2.4.2 Ưu điểm của mô hình o Hệ thống sản xuất lương thực bền vững và có thể trồng thâm canh. o Sản phẩm nông nghiệp (rau) được cung cấp từ một nguồn dinh dưỡng o Tiết kiệm nước. o Không cần đất. o Không sử dụng phân bón hoặc thuốc trừ sâu. o Sản lượng và chất lượng cao hơn. o Sản phẩm hữu cơ và đảm bảo an toàn thực phẩm. o Mức độ an toàn cao hơn và rủi ro thấp hơn do cách ly với các chất gây ô nhiễm bên ngoài. o Kiểm soát tốt hơn o Có thể được sử dụng trên đất không canh tác như sa mạc, đất thoái hóa hoặc đảo mặn, cát. o Tạo ra ít chất thải. o Tiết kiệm sức lao động. o Sản xuất hiệu quả cho mô hình gia đình hoặc mô hình quy mô lớn. o Vật liệu dễ tìm và thông tin khá phổ biến trên internet. o Đảm bảo nông nghiệp bền vững, phù hợp với mọi quy mô sản xuất.
Một mô hình thủy canh trồng tăng vụ (Nguồn: HydroWorks)
2.4.3 Nhược điểm của mô hình o Chi phí ban đầu tốn kém so với các loại canh tác khác. o Yêu cầu nhiều kiến thức về vi khuẩn và cây trồng. o Nhu cầu của thực vật không phải lúc nào cũng phù hợp. o Chỉ thích hợp ở những nơi có nhiệt độ môi trường ổn định để trồng cây. o Những sai sót hoặc tai nạn có thể gây ra thiệt hại lớn. o Bắt buộc phải giám sát hằng ngày. o Yêu cầu phải dùng điện liên tục. o Nguồn điện cần liên tục và ổn định, hạt giống phải an toàn.
Quá trình thực hiện sản phẩm
Thành công của hệ thống thủy canh chủ yếu phụ thuộc vào vị trí lựa chọn, bao gồm khí hậu địa phương, chất lượng và sự sẵn có của nước, cũng như nhu cầu thị trường đối với sản phẩm trồng trọt.
Khí hậu quyết định loại cây trồng và thời gian trồng trọt trong năm Dù có nhà kính hay biện pháp kiểm soát môi trường, yếu tố bên ngoài vẫn ảnh hưởng lớn đến hiệu quả kinh tế của hệ thống thủy canh.
Chất lượng môi trường là quan trọng, nhưng số lượng cũng không kém phần thiết yếu Chẳng hạn, để trồng dưa chuột, không chỉ cần thời tiết ấm áp mà số ngày có thời tiết ấm áp cũng đóng vai trò quan trọng.
Nhiệt độ đóng vai trò quan trọng trong sự phát triển của hoa và quả ở nhiều loại cây Cây trồng không chỉ cần nhiệt độ đạt mức nhất định mà còn cần một trình tự nhiệt độ trong ngày Chẳng hạn, nhiều loài hoa cúc yêu cầu nhiệt độ ban ngày ấm áp trong giai đoạn đầu phát triển, sau đó cần trở nên mát mẻ hơn khi nụ hoa phát triển và gần đến thời điểm trưởng thành.
Băng giá có thể gây thiệt hại nghiêm trọng cho cây trồng, thậm chí dẫn đến cái chết của chúng Những loại thực vật thường chịu được sương giá cũng có thể bị ảnh hưởng nặng nề nếu hiện tượng này xảy ra vào thời điểm không thích hợp trong năm.
Hầu hết các loại hoa quả và nụ hoa đều nhạy cảm với sương giá Nếu sương giá xảy ra gần thời điểm nụ hoa nở, sự phát triển của quả có thể bị ngừng lại, mặc dù phần còn lại của cây vẫn không bị ảnh hưởng.
■ Một số cây con bị chết do sương giá.
Biết thời điểm có khả năng xảy ra sương giá tại một khu vực cụ thể là rất quan trọng Việc lựa chọn cây trồng phù hợp cho khu vực đó sẽ giúp giảm thiểu nguy cơ bị tổn hại do sương giá.
Cường độ ánh sáng là yếu tố quan trọng đối với nhiều loại cây, đặc biệt là rau và thảo mộc, vì chúng có thể cho năng suất hoặc chất lượng kém nếu ánh sáng quá thấp Ngược lại, một số cây khác lại ưa thích điều kiện ánh sáng thấp và bóng râm Các khu vực bị che khuất bởi cây cao hoặc tòa nhà sẽ có cường độ ánh sáng thấp hơn so với những nơi có ánh sáng trực tiếp từ mặt trời vào buổi trưa Ngoài ra, địa điểm trong thung lũng thường có cường độ ánh sáng thấp hơn so với những khu vực trên sườn núi hoặc đồng bằng bằng phẳng.
Ở những khu vực có lượng mưa thấp đến trung bình, việc lắp đặt hệ thống thủy canh thường ít cần thiết hơn so với các khu vực có lượng mưa lớn Lượng mưa lớn có thể làm loãng dung dịch dinh dưỡng hoặc rửa trôi các chất dinh dưỡng ra khỏi hệ thống.
Môi trường ẩm ướt phù hợp cho một số loại cây trồng nhưng không thích hợp cho những loại khác Độ ẩm cao có thể làm tăng nguy cơ nấm bệnh và khiến phấn hoa trở nên dính, giảm khả năng di chuyển Hệ quả là khả năng thụ phấn của hoa bị giảm, dẫn đến số lượng quả hình thành cũng giảm.
Trong những khu vực có gió mạnh, việc trồng cây chắn gió là cần thiết để bảo vệ cây trồng Một số loại gió cũng đóng vai trò quan trọng trong việc thụ phấn chéo cho các loại cây Hơn nữa, sự chuyển động của không khí giúp ngăn chặn bào tử bệnh lây lan, bảo vệ sức khỏe cho cây trồng Do đó, việc lựa chọn cây trồng cần phải phù hợp với điều kiện khí hậu của khu vực.
2.5.1.2 Yêu cầu chất lượng nước
Chất lượng và số lượng nước là yếu tố quyết định đến sự tồn tại của hệ thống thủy canh Nguồn nước có thể đến từ nhiều nơi như thị trấn, sông, mưa, đập, lỗ khoan hoặc nước biển chưng cất Tuy nhiên, trong bối cảnh ô nhiễm ngày càng gia tăng, việc duy trì nguồn cung cấp nước ổn định trong thời gian dài trở nên khó khăn hơn bao giờ hết.
Nước có mức natri dưới 500 ppm có thể sử dụng cho thủy canh, nhưng mức thấp hơn được ưu tiên hơn Các loại muối ảnh hưởng đến độ mặn mà cây trồng có thể chịu đựng Nước có thể chứa nhiều khoáng chất, một số có lợi cho thực vật, do đó công thức dinh dưỡng cần điều chỉnh để ngăn ngừa sự tích tụ và mất cân bằng dinh dưỡng.
Các khoáng chất quan trọng như canxi, magiê, lưu huỳnh và các nguyên tố vi lượng thường có mặt trong nhiều nguồn nước Trong khi đó, natri là muối phổ biến nhất thường xuất hiện với nồng độ cao trong các giếng nước tự nhiên.
Một số vấn đề chất lượng nước phổ biến bao gồm sự hiện diện của sắt và các nguyên tố vi lượng như bo, đồng, mangan và kẽm Mặc dù những chất này cần thiết cho sự phát triển của thực vật, nhưng nếu có mặt với nồng độ cao, chúng có thể tích tụ và trở nên độc hại trong nguồn nước.
Tính ổn định, độ tin cậy của sản phẩm
Sau một tuần hoạt động, một số kết quả vận hành ban đầu đã được ghi nhận để điều chỉnh và hoàn thiện hệ thống Tỉ lệ tuần hoàn nước đạt 80%, nguyên nhân do rò rỉ tại các đường ống, sẽ được khắc phục bằng keo dính và băng keo non tại các khớp nối Lưu lượng dòng chảy qua từng máng là 1 lít/phút, và cây phát triển tốt sau 3 ngày ươm mầm mà không có dấu hiệu sâu bệnh hay thiếu dưỡng chất Bể chứa dung dịch có nắp đậy giúp hạn chế lượng lớn chất bẩn không cần thiết Sản phẩm có độ bền cao nhờ chất liệu nhựa PVC, với tuổi thọ lên tới 5 năm Mô hình thiết kế đơn giản giúp giảm thiểu hỏng hóc không đáng có, tuy nhiên, nó rất phụ thuộc vào độ phẳng và độ nghiêng của mặt nền.
Kết luận: Mô hình có độ tin cậy cao và hoạt động ổn định sau 1 thời gian chạy thử
Tính độc đáo của sản phẩm
Mô hình thiết kế theo dạng module giúp dễ dàng lắp ráp và tách rời, thuận tiện cho việc nâng cấp hệ thống Điều này không chỉ giảm chi phí vận chuyển nhờ vào việc chia nhỏ thành từng phần mà còn giảm chi phí lắp ráp Hơn nữa, việc này cũng giảm thiểu nguy cơ hư hỏng toàn bộ hệ thống, vì nếu một module gặp sự cố, nó có thể được tháo dỡ mà không ảnh hưởng đến hoạt động của hệ thống.
Dàn thủy canh khi kết hợp 4 module với nhau
Ngoài ra mô hình thủy canh còn có những điểm khác biệt so với mô hình nuôi trồng truyền thống:
- Hoàn toàn không dùng đất từ đó giảm đáng kể khả năng nhiễm bệnh, không cần cày xới lại đất mỗi khi kết thúc mùa vụ.
Trồng cây theo tầng giúp tiết kiệm diện tích và tăng năng suất trên cùng một không gian, rất phù hợp với môi trường đô thị chật chội.
- Có thể tự động hóa hoàn toàn, giảm thiểu sức lao động đến tối đa.
Hệ thống thủy canh là giải pháp lý tưởng cho nhà lưới, cho phép trồng trọt quanh năm Phương pháp này không chỉ tối ưu hóa không gian mà còn giúp giảm chi phí xây dựng và mở rộng cho nhà lưới.
- Sử dụng ít hơn 10 lần so với phương pháp trồng trọ thông thường (theo như nps.gov).
Dự án thủy canh tĩnh của AeroFarms (Nguồn: AeroFarms)
Tính thẩm mỹ của sản phẩm
Mặc dù mô hình thủy canh này được làm chủ yếu từ nhựa PVC không có vẻ ngoài bắt mắt như các giàn thủy canh thương mại hiện nay, nhưng nó vẫn mang lại sự đơn giản và gọn gàng trong thiết kế Mô hình thủy canh theo module có thể dễ dàng sắp xếp phù hợp với nhiều không gian khác nhau như tầng thượng, ban công hoặc sân.
Mô hình thủy canh theo module còn đặc biệt nhỏ gọn với diện tích chiếm dụng chỉ0.72 m nên tính thẩm mỹ vẫn được duy trì 2
Những hình dạng tiêu biểu mô hình thủy canh module có thể được lắp ráp
Khả năng ứng dụng
Mô hình thủy canh theo module có khả năng ứng dụng cả vào đời sống sinh hoạt lẫn sản xuất.
Mô hình thủy canh theo module là giải pháp lý tưởng cho các hộ gia đình muốn trồng rau sạch với ít công sức và chi phí duy trì thấp Phương pháp này không chỉ cung cấp nông sản an toàn mà còn tạo ra một không gian xanh, giúp giảm căng thẳng và thanh lọc không khí, mang lại môi trường sống lành mạnh cho gia đình.
Mô hình thủy canh theo module là giải pháp lý tưởng cho sản xuất quy mô thương mại, nhờ vào tính đơn giản của hệ thống Điều này không chỉ giúp dễ dàng sửa chữa khi có sự cố mà còn cho phép thay thế nhanh chóng từng module, hạn chế tối đa tình trạng toàn bộ hệ thống bị tê liệt do một thành phần gặp vấn đề.
Thủy canh còn được mở rộng thành nhiều phương pháp phù hợp từng mục đích khác nhau:
Hệ thống canh tác nước sâu, hay kỹ thuật dòng chảy sâu (DWC), là phương pháp trồng cây trên các giá đỡ nổi hoặc treo như bè, tấm, hoặc ván trong các thùng chứa chứa dung dịch dinh dưỡng với độ sâu từ 10 đến 20 cm Trong thực tế, độ sâu này có thể lên đến mức cao hơn, mang lại hiệu quả tối ưu cho việc phát triển cây trồng.
Hệ thống nuôi trồng thủy sản đơn giản có thể được xây dựng với độ sâu từ 20 đến 30 cm, sử dụng các vật liệu khác nhau và được chống thấm bằng màng polyetylen Các bể này được trang bị bè nổi để nâng đỡ cây trồng trên mặt nước, cho phép rễ cây xuyên qua nước Hệ thống này không chỉ tiết kiệm chi phí mà còn dễ quản lý, mang lại hiệu quả cao trong việc ứng dụng.
Mô hình hệ thống kỹ thuật dòng chảy sâu (DWC).
Hệ thống canh tác màng dinh dưỡng là một kỹ thuật thủy canh tuần hoàn, trong đó cây trồng được đặt trên một dòng dung dịch dinh dưỡng chảy qua các đầu rễ Các rãnh giữ cây được thiết kế nghiêng để nước chảy theo chiều dài khay trồng và thoát vào bể chứa bên dưới, nơi nước được sục khí và bơm trở lại đầu kênh Rễ cây chỉ tiếp xúc với dòng nước ở phần cuối, giúp chúng hút nước và oxy hiệu quả Để đảm bảo cung cấp dinh dưỡng đầy đủ, bể chứa nên được tháo cạn và bổ sung dung dịch mỗi tuần Hệ thống này phù hợp cho các loại cây nhẹ như cải bẹ xanh, rau diếp và dâu tây, trong khi các cây nặng hơn như cà chua cần giàn hỗ trợ Thủy canh màng dinh dưỡng tiết kiệm nước và chất dinh dưỡng, đồng thời giảm thiểu sự tích tụ muối trên rễ cây và không yêu cầu chất trồng, giúp tiết kiệm chi phí.
Mô hình kỹ thuật màng dinh dưỡng (NFT) là hệ thống lý tưởng cho thương mại và quy mô lớn, cho phép dễ dàng mở rộng kênh sau khi thiết lập Nên sử dụng bể chứa riêng biệt cho mỗi kênh để bảo vệ cây trồng khỏi rủi ro do hỏng máy bơm hoặc dịch bệnh Việc duy trì hệ thống thủy canh này đòi hỏi sự chú ý, vì nếu kênh bị tắc nghẽn do rễ cây, nước sẽ không lưu thông và cây sẽ chết, đặc biệt là những cây ở cuối kênh Nếu nhận thấy cây ở cuối kênh kém hiệu quả, hãy xem xét việc loại bỏ hoặc chuyển sang đơn vị nhỏ hơn.
Hệ thống khí canh là một phương pháp trồng cây trong không khí, nơi rễ cây được phơi trần và tiếp xúc với sương mù chứa đầy chất dinh dưỡng Các khung kín như khối lập phương hoặc tháp cho phép trồng nhiều loại cây cùng lúc, với nước và chất dinh dưỡng được lưu trữ trong hồ chứa và phân phối qua vòi phun thành sương mù mịn Mặc dù kỹ thuật này chủ yếu hướng đến các loài cây nhỏ và chưa phổ biến do chi phí đầu tư và quản lý cao, nhưng nó mang lại lợi ích vượt trội trong việc phát triển cây trồng Cây được nâng đỡ bằng các tấm nhựa hoặc polystyrene, được sắp xếp theo chiều ngang hoặc trên đỉnh nghiêng của hộp trồng, tạo thành các hộp kín cho hệ thống rễ lơ lửng phát triển.
Mô hình kỹ thuật khí canh (Aeroponics) sử dụng ít nước hơn bất kỳ hình thức thủy canh nào khác, với việc tiết kiệm hơn 95% nước so với trồng cây trên cánh đồng tưới tiêu Cấu trúc thẳng đứng của hệ thống khí canh giúp tiết kiệm diện tích, cho phép sản xuất năng suất cao ngay cả trong không gian hạn chế Hơn nữa, nhờ vào việc tiếp xúc tối đa với oxy, cây trồng trong môi trường khí canh phát triển nhanh hơn so với các loại cây trồng thủy canh khác.
Hệ thống bấc là một trong những phương pháp thủy canh đơn giản nhất, hoạt động theo cơ chế thụ động mà không cần đến các bộ phận cơ khí như ống nước, làm cho nó lý tưởng cho những nơi không có điện Hệ thống này dựa vào hành động mao dẫn, trong đó dung dịch dinh dưỡng được chứa trong bồn dưới khay trồng, và chất trồng như vermiculite, perlite, hay xơ dừa giúp chuyển hóa chất dinh dưỡng và nước Các sợi bấc, có thể làm từ dây thừng, dây chỉ hay nỉ, sẽ vận chuyển dung dịch dinh dưỡng từ bồn chứa đến khay trồng, nơi cây sẽ hấp thụ qua bộ rễ Để tăng cường oxy cho hệ thống, nhiều người chọn thêm đá không khí và máy bơm không khí vào bể chứa.
Mô hình thủy canh dạng bấc (Wick Hydroponics).
Hệ thống thủy canh theo phương pháp trồng giá thể sử dụng các luống trồng lớn chứa đầy giá thể, nơi cây trồng được đặt Dung dịch dinh dưỡng ngập trong luống trồng đến một mức nhất định, với một lỗ thoát nước giúp duy trì mực nước chỉ vài cm dưới đỉnh giá thể để tránh tràn Máy bơm nước được điều khiển bằng bộ hẹn giờ, tự động tắt sau khoảng thời gian đã định, cho phép nước chảy ngược xuống máy bơm và làm cạn hoàn toàn luống trồng.
Mô hình thủy canh theo phương pháp trồng giá thể (Ebb & Flow Hydroponics).
Hệ thống thủy canh tưới nhỏ giọt là giải pháp dễ sử dụng và thiết lập, phù hợp cho những ai thường xuyên thay đổi Dung dịch dinh dưỡng được bơm qua các ống đến gốc cây, với bộ phát nhỏ giọt ở cuối ống cho phép điều chỉnh lưu lượng dung dịch Hệ thống này có thể hoạt động theo dạng không tuần hoàn hoặc tuần hoàn, mang lại sự linh hoạt cho người sử dụng.
Hệ thống tưới nhỏ giọt không tuần hoàn cung cấp chất dinh dưỡng cho cây một cách từ từ và đồng đều Ngược lại, hệ thống tưới nhỏ giọt tuần hoàn hoạt động thường xuyên hơn, cho phép các chất dinh dưỡng dư thừa chảy ngược vào bể chứa.
Mô hình thủy canh tưới nhỏ giọt (Drip Hydroponics).
Hiện nay, với sự gia tăng chất lượng cuộc sống, vấn đề thực phẩm và lương thực trở thành mối quan tâm thiết yếu của mỗi gia đình Do đó, việc cung cấp thực phẩm ngày càng được chú trọng Nuôi trồng truyền thống không còn đáp ứng đủ nhu cầu, vì vậy các hệ thống hiệu quả hơn như Hydroponics và Aquaponics đang dần trở nên phổ biến.
Các mô hình canh tác truyền thống hiện đang có nhiều khuyết điểm, sau đây là một số khuyết điểm điển hình:
- Tốn công tưới, nông dân phải tốn công mang bình đi tưới nước 1 ngày 2 lần.
Hình 1.11: Người nông dân cực công tưới khi canh tác truyền thông
Sử dụng nước tưới không hiệu quả dẫn đến việc 60%-90% lượng nước bị thấm xuống đất hoặc trôi đi, gây lãng phí nguồn nước ngọt đang ngày càng khan hiếm trên toàn cầu.
Nước thải từ hoạt động tưới tiêu chứa phân bón và thuốc trừ sâu, không chỉ gây lãng phí lớn mà còn gây hại nghiêm trọng cho môi trường.
Phương hướng, lộ trình phát triển sản phẩm
Dựa trên nhu cầu của người dùng, nhóm có lộ trình phát triển sản phẩm:
Trong nghiên cứu khoa học về thủy canh, việc đo đạc lưu lượng nước trong ống là rất quan trọng Đồng thời, cần cân chỉnh thời gian vận hành của máy bơm để đảm bảo hiệu quả Ngoài ra, việc theo dõi mức độ hao hụt nồng độ dinh dưỡng và lượng nước trong bồn chứa cũng không kém phần quan trọng Cuối cùng, xác định thể tích của thùng chứa nước với các quy mô khác nhau của dàn thủy canh sẽ giúp tối ưu hóa quy trình trồng trọt.
Hệ thống ứng dụng bao gồm việc tích hợp đồng hồ điện tự động để bật tắt máy bơm dinh dưỡng, tối ưu hóa khoảng cách giữa các lỗ thủy canh, và thêm bộ lọc cặn cho máy bơm Ngoài ra, hệ thống còn tích hợp máy bơm oxy cho nước trước khi bơm vào các ống thủy canh Việc nâng cấp các thiết bị trong hệ thống nhằm nâng cao năng suất và tạo thêm module tự cung cấp nước cho thùng dinh dưỡng, phù hợp với quy mô thương mại.
Một số cách thức phát triển sản phẩm bao gồm đồng hồ tự động tắt mở máy bơm, giúp tiết kiệm năng lượng (Nguồn: Điện thông minh Nam Việt) Bên cạnh đó, đầu cảm biến mực nước trong thùng dinh dưỡng cũng được sử dụng để tự động bơm nước vào thùng, nâng cao hiệu quả sử dụng (Nguồn: Thế giới Điện Cơ).
Máy bơm oxi cho nước (Nguồn: Đồ Chơi Chợ Lớn).
Tài liệu thiết kế, minh họa
Sản phẩm được phát triển dựa trên mô hình thủy canh của “Thủy canh Miền Nam” và áp dụng phương pháp bán hàng tự lắp ráp tương tự như hãng nội thất IKEA.
Mô hình được lấy cảm hứng (Nguồn: Thủy canh Miền Nam).
- Bảng các vật liệu cần thiết cho mô hình thủy canh theo module:
STT Tên Thông số Số lượng
11 Cặp dinh dưỡng thủy canh 500ml 1
12 Rọ thủy canh 50 Ống nhựa Bình Minh (Nguồn:
Nhựa Bình Minh) Co nhựa PVC (Nguồn: Nhựa
Bình Minh). Ống thu PVC (Nguồn: Nhựa Bình Minh) Tê nhựa PVC (Nguồn: Nhựa Bình
Thùng nước (Nguồn: Duy Tân) Bơm chìm (Nguồn: Lazada).
Bút đo dinh dưỡng (Nguồn: Cityfarm) Mút xốp thủy canh (Nguồn: Gwall.vn).
Cặp dinh dưỡng thủy canh (Nguồn:
Rọ thủy canh (Nguồn: Shopee).
Một module sau khi hoàn thành lắp ráp.
Giới thiệu về sản phẩm, vận hành sản phẩm
Video 1: Thuyết trình + vận hành sản phẩm – https://drive.google.com/file/d/1ERbm0ZjK-Pyc1uqIHOD0HFQ-oIbmDUFH/view? usp=sharing
Video 2: Vận hành sản phẩm - https://drive.google.com/file/d/1mIIJVCVhzQHp- nU8fSM_uXHhz-6o2fCSi/view?usp=sharing
Hình ảnh tổng quan của sản phẩm.
Mực nước trọng rọ thủy canh.
Cây sau khi trồng 3 tuần trên giàn.
Lượng nước đầu ra của mô hình.