Luận án này tiến hành nghiên cứu, tìm hiểu khả năng ứng dụng vật liệu dệt làm thảm tưới để cung cấp nước đáp ứng được các yêu cầu cho trồng cây, tiết kiệm công sức chăm sóc, tiết kiệm nư
Trang 1BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
Trang 2i
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
Nguyễn Thị Thảo
NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ THỬ THẢM TƯỚI TỪ
VẬT LIỆU DỆT CHO CÂY TRỒNG Ở VIỆT NAM
Chuyên ngành: Công nghệ dệt, may
Mã số: 62540205
LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT DỆT MAY
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS Lê Phúc Bình
PGS.TS Nguyễn Thế Hùng
Hà Nội - 2014
Trang 3ii
LỜI CẢM ƠN
Trước hết, tác giả xin được bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc nhất tới Tiến
sĩ Lê Phúc Bình và Phó Giáo sư, Tiến sĩ Nguyễn Thế Hùng, những người thầy tâm huyết đã tận tình hướng dẫn hết lòng, động viên khích lệ, dành nhiều thời gian trao đổi, góp ý cho tác giả trong quá trình thực hiện luận án
Tác giả cũng xin gửi lời cám ơn chân thành tới các Thầy Cô giáo, các bạn đồng nghiệp thuộc Viện Dệt may - Da giày và Thời trang Trường Đại học Bách khoa Hà Nội đã giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi nhất để tác giả có thể hoàn thành luận án
Đồng thời, tác giả cũng xin trân trọng cám ơn Phòng thí nghiệm Vật liệu dệt, Phòng thí nghiệm Dệt thoi Viện Dệt may - Da giày và Thời trang Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, Phòng thí nghiệm Khoa Nông học Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội, Phòng thí Công ty cổ phần dệt Công nghiệp Hà Nội, Viện Dệt May, Phòng nghiên cứu vật liệu Viện thủy công Hà Nội, Phòng thí nghiệm Vật liệu dệt và Xưởng may Khoa Dệt may
và Da giày Trường Đại học Kinh tế - Kỹ thuật Công nghiệp đã tạo điều kiện giúp đỡ chuẩn
bị mẫu và thí nghiệm để tác giả có thể hoàn thành luận án này
Lời cảm ơn chân thành của tác giả xin được gửi tới Trường Đại học Kinh tế - Kỹ thuật Công nghiệp, nơi tác giả làm việc đã tạo điều kiện cho tác giả trong suốt thời gian học tập
Cuối cùng, nhưng rất quan trọng là lòng biết ơn chân tình nhất xin được gửi tới Gia đình, những người thân yêu gần gũi nhất đã san sẻ và gánh vác công việc để tác giả yên tâm hoàn thành luận án
Tác giả
Trang 4iii
LỜI CAM ĐOAN
Tác giả xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tác giả Các số liệu và kết quả trong luận án là do cá nhân tác giả thực hiện dưới sự hướng dẫn hết lòng, tận tình, chu đáo của TS.Lê Phúc Bình, PGS.TS.Nguyễn Thế Hùng và chưa từng được ai khác công
bố trong bất kỳ công trình nào
Hà Nội, ngày tháng 07 năm 2014
TM Tập thể hướng dẫn
TS Lê Phúc Bình
Tác giả
Nguyễn Thị Thảo
Trang 51.1 Nhu cầu nước và chất dinh dưỡng cho cây trồng 4
1.2 Phương pháp tưới nước không sử dụng vật liệu dệt 9
Trang 62.2.1 Nghiên cứu khảo sát thời điểm tưới và lượng nước cần tưới 44 2.2.2 Nghiên cứu thiết kế thảm tưới mẫu của luận án 44 2.2.3 Nghiên cứu chế thử thảm tưới mẫu của luận án 44 2.2.4 Nghiên cứu khả năng thích ứng của thảm tưới mẫu của luận án 44
2.3.2 Nghiên cứu thử nghiệm đặc tính của thảm tưới mẫu 44
2.3.2.2 Nghiên cứu xác định các đặc tính thấm hút và cấp nước 45 2.3.3 Nghiên cứu thực nghiệm đánh giá tính thích ứng của thảm tưới mẫu 51 2.3.3.1 Nghiên cứu khảo sát thời điểm tưới và lượng nước cần tưới 51 2.3.3.2 Nghiên cứu khả năng thích ứng của thảm tưới mẫu 52
3.2 Thiết kế thảm tưới mẫu của luận án 59
Trang 7vi
Trang 3.2.1.3 Đặc tính trữ nước và cấp nước của thảm tưới 61
3.3 Chế thử thảm tưới mẫu của luận án 65
3.3.1 Lựa chọn vật liệu cho các phần tử cấu tạo của thảm tưới mẫu 65
3.3.1.3 Vật liệu cho phần tử cấu tạo ống bơm nước 71
3.3.1.6 Vật liệu cho phần tử cấu tạo ống dẫn nước 76 3.3.2 Thông số kỹ thuật các phần tử cấu tạo của thảm tưới mẫu 76
3.4 Khả năng thích ứng của thảm tưới mẫu của luận án 83
3.4.1 Động thái độ ẩm của giá thể khi trồng cây thử nghiệm 83 3.4.2 Sinh trưởng của cây thử nghiệm dùng thảm tưới mẫu của luận án 88
3.4.3 Qui trình trồng cây sử dụng thảm tưới mẫu của luận án 96
Trang 9Mđ: mẫu thảm tưới của Đức
L1: lớp 1 của mẫu thảm tưới
L2: lớp 2 của mẫu thảm tưới
(L1+L2): lớp 1 ghép với lớp 2
L3: lớp 3 của mẫu thảm tưới
L4: lớp 4 của mẫu thảm tưới
DT1: vải dệt thoi sợi cắt 100% PP, mẫu 1
DT2: vải dệt thoi sợi cắt 100% PP, mẫu 2
DT3: vải dệt thoi sợi cắt 100% PP, mẫu 3
DT4: vải dệt thoi sợi cắt 100% PP, mẫu 4
DT5: vải dệt thoi sợi cắt 100% PP, mẫu 5
DK1: vải dệt kim interlock 100% PET, mẫu 1
DK2: vải dệt kim interlock 100% PET, mẫu 2
DK3: vải dệt kim interlock 100% PET, mẫu 3
DK4: vải dệt kim interlock 100% PET, mẫu 4
DK5: vải dệt kim interlock 100% PET, mẫu 5
KD1: vải không dệt xuyên kim 100% PP, mẫu 1
KD2: vải không dệt xuyên kim 100% PP, mẫu 2
KD3: vải không dệt xuyên kim 100% PP, mẫu 3
KD4: vải không dệt xuyên kim 100% PP, mẫu 4
Trang 10ix
KD5: vải không dệt xuyên kim 100% PP, mẫu 5
KD6: vải không dệt xuyên kim 100% PP, mẫu 6
KD7: vải không dệt xuyên kim 100% PP, mẫu 7
KD8: vải không dệt xuyên kim 100% PP, mẫu 8
KD9: vải không dệt xuyên kim 100% PP, mẫu 9
KD10: vải không dệt xuyên kim 100% PP, mẫu 10
OX1.1: ống cúi xơ stapen 100% PET, mẫu 1
OX1.2: ống cúi xơ stapen 100% PET, mẫu 2
OX1.3: ống cúi xơ stapen 100% PET, mẫu 3
OX1.4: ống cúi xơ stapen 100% PET, mẫu 4
OX1.5: ống cúi xơ stapen 100% PET, mẫu 5
OX1.6: ống cúi xơ stapen 100% PET, mẫu 6
OX1.7: ống cúi xơ stapen 100% PET, mẫu 7
OX1.8: ống cúi xơ stapen 100% PET, mẫu 8
OX1.9: ống cúi xơ stapen 100% PET, mẫu 9
OX1.10: ống cúi xơ stapen 100% PET, mẫu 10
OX2.1: tơ filament 100% PET dún, mẫu 1
OX2.2: tơ filament 100% PET dún, mẫu 2
OX2.3: tơ filament 100% PET dún, mẫu 3
OX2.4: tơ filament 100% PET dún, mẫu 4
OX2.5: tơ filament 100% PET dún, mẫu 5
OX2.6: tơ filament 100% PET dún, mẫu 6
OX2.7: tơ filament 100% PET dún, mẫu 7
OX2.8: tơ filament 100% PET dún, mẫu 8
OX2.9: tơ filament 100% PET dún, mẫu 9
OX2.10: tơ filament 100% PET dún, mẫu 10
OX3.1: tơ filament 100% PET không dún, mẫu 1
OX3.2: tơ filament 100% PET không dún, mẫu 2
OX3.3: tơ filament 100% PET không dún, mẫu 3
OX3.4: tơ filament 100% PET không dún, mẫu 4
OX3.5: tơ filament 100% PET không dún, mẫu 5
OX3.6: tơ filament 100% PET không dún, mẫu 6
OX3.7: tơ filament 100% PET không dún, mẫu 7
OX3.8: tơ filament 100% PET không dún, mẫu 8
Trang 11x
OX3.9: tơ filament 100% PET không dún, mẫu 9
OX3.10: tơ filament 100% PET không dún, mẫu 10
KT1: thảm tưới mẫu 1, có bề dày 1,5cm
KT2: thảm tưới mẫu 2, có bề dày 2,5cm
KT3: thảm tưới mẫu 3, có bề dày 3,5cm
KT4: thảm tưới mẫu 4, có bề dày 4,5cm
KT5: thảm tưới mẫu 5, có bề dày 5,5cm
Trang 12xi
DANH MỤC CÁC BẢNG
Trang
Bảng 1.1 Khoảng giá trị Kc của một số loại cây trồng 5
Bảng 1.2 Lượng nước cần tưới và độ ẩm đất đối với cây bông 5
Bảng 1.3 Mối quan hệ giữa sức giữ nước của đất (pF) với độ ẩm đất và
cây trồng
7
Bảng 1.4 Thành phần dung dịch dinh dưỡng thông thường 8
Bảng 1.5 Thông số kỹ thuật của một số loại thảm tưới Fibertex 12
Bảng 1.6 Thông số kỹ thuật của thảm tưới AQUAMAT S-10 bốn lớp 19
Bảng 1.7 Đặc tính sinh trưởng của cây thí nghiệm trồng trên thảm mao
Bảng 1.10 Kết quả thí nghiệm xác định chiều cao mao dẫn, độ thấm hút
nước của các mẫu vải dệt kim sau 5 phút
35
Bảng 2.1 Thông số kỹ thuật của ống xơ stapen 100 % PET 39
Bảng 2.2 Thông số kỹ thuật của ống tơ filament dún100 % PET 40
Bảng 2.3 Thông số kỹ thuật của ống tơ filament không dún 100 % PET 40
Bảng 2.4 Thông số kỹ thuật của vải dệt thoi sợi cắt 100% PP 41
Bảng 2.5 Thông số kỹ thuật của dệt kim Interlock 100% PET 41
Bảng 2.6 Thông số kỹ thuật của vải không dệt xuyên kim 100% PP 42
Bảng 2.7 Một số chỉ tiêu vật lý và hóa học của giá thể trồng cây 43
Bảng 3.1 Chu tưới và tổng lượng nước cần tưới khảo sát của cây hoa cúc 58
Bảng 3.2 Lượng nước cần tưới khảo sát của cây hoa cúc 58
Bảng 3.3 Thông số kỹ thuật của vật liệu làm thảm tưới của Đức 61
Bảng 3.4 Kết quả thí nghiệm xác định đặc tính thảm tưới của Đức 61
Bảng 3.5 Kết quả thí nghiệm xác định độ thẩm thấu nước của vải dệt thoi
sợi cắt 100% PP
65
Bảng 3.6 Kết quả thí nghiệm xác định độ trữ nước và cấp nước của vải
không dệt xuyên kim 100%PP
67
Bảng 3.7 Kết quả thí nghiệm xác định độ trữ nước và độ cấp nước của vải
dệt kim Interlock 100%PES
69
Bảng 3.8 Kết quả thí nghiệm xác định độ trữ nước, độ cấp nước của vải
dệt kim Interlock và vải không dệt
70
Trang 13xii
Trang
Bảng 3.9 Kết quả thí nghiệm xác định chiều cao mao dẫn của ống xơ theo
Bảng 3.10 Lưu lượng nước bơm của ống xơ 73
Bảng 3.11 Mật độ ống bơm nước OX 1.7 với chiều cao ống xơ khác nhau 74
Bảng 3.12 Xác định khối lượng của giá thể và áp lực nén lên mẫu thảm tưới 75
Bảng 3.13 Xác định độ dẫn nước của bơm nước và số lượng ống bơm trong
Bảng 3.15 Tóm tắt thông số kỹ thuật của vật liệu làm các phần tử cấu tạo
của thảm tưới mẫu
Bảng 3.21 Khối lượng khô của cây hoa cúc 93
Bảng 3.22 Chu kỳ tưới và lượng nước cần tưới cho cây hoa cúc trên 10 công
thức
94
Trang 14xiii
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ
Trang
Hình 1.1 Sự thay đổi hệ số Kc theo giai đoạn sinh trưởng của cây trồng 5
Hình 1.2 Sơ đồ tổng quát các dạng độ ẩm trong đất 7
Hình 1.3 Bấc mao dẫn cung cấp nước cho cây trồng trong chậu 11
Hình 1.4 Thảm tưới một lớp đặt dưới đáy chậu cây 11
Hình 1.5 Thảm tưới một lớp đặt dưới mặt đất của Eric Stewart Atholl
Murray
12
Hình 1.6 Cấu trúc thảm tưới một lớp STFI đặt dưới mặt đất 13
Hình 1.7 Thảm tưới một lớp KISSS đặt dưới mặt đất 13
Hình 1.8 Thảm tưới ECO Rain® một lớp dưới mặt đất 14
Hình 1.9 Thảm tưới hai lớp KISSS đặt dưới mặt đất 15
Hình 1.10 Thảm tưới ba lớp đặt dưới đáy chậu cây của Eric Stewart Atholl
Hình 1.12 Thảm tưới ba lớp đặt dưới chậu cây của Foxit 17
Hình 1.13 Thảm tưới bốn lớp đặt dưới đáy chậu cây của Jean Caron và
cộng sự
18
Hình 1.14 Thảm tưới bốn lớp của Théoret và cộng sự 19
Hình 1.15 Thử nghiệm trồng cây phong lữ trên thảm tưới nằm ngang 20
Hình 1.16 Thử nghiệm trồng cây cúc vạn thọ trên thảm tưới nằm nghiêng 21
Hình 1.18 Sức căng bề mặt trong quá trình thấm hút chất lỏng 24
Hình 1.20 Mô hình thấm hút chất lỏng trong tơ filament 29
Hình 1.21 Ảnh hưởng của sức căng sợi đến chiều cao mao dẫn trong sợi 31
Hình 1.22 Ảnh hưởng của độ rộng đến chiều cao mao dẫn của sợi lõi
Hình 1.24 Vải dệt thoi kiểu dệt vân điểm và vân chéo 32
Hình 1.25 Sự di chuyển của giọt nước trên mặt vải 33
Hình 1.26 Đồ thị đường cong lực thấm hút theo thời gian 33
Hình 1.27 Hình dạng giọt chất lỏng khi thấm hút và phân bố trên vải vòng
bông
35
Trang 15xiv
Trang
Hình 1.28 Mao dẫn giữa các sợi và giữa các xơ 36
Hình 1.29 Hình dạng chất lỏng thấm hút và phân bố trong vải không dệt 37
Hình 2.2 Kính hiển vi số AM 313T của Đài Loan 45
Hình 2.3 Thiết bị thí nghiệm xác định độ thẩm thấu nước của vải 45
Hình 2.4 Mô hình thí nghiệm xác định độ cấp nước của vải 46
Hình 2.5 Mô hình xác định chiều cao mao dẫn của ống xơ 47
Hình 2.6 Mô hình xác định lượng nước mao dẫn của ống xơ 47
Hình 2.7 Mô hình thí nghiệm xác định độ cấp nước của thảm tưới 49
Hình 2.8 Thiết bị đo độ ẩm của giá thể 50
Hình 2.9 Mô hình thí nghiệm trồng cây xác định thời điểm tưới 51
Hình 2.10 Mô hình thí nghiệm trồng cây xác định động thái độ ẩm của giá
Hình 3.2 Lượng nước cần tưới khảo sát theo chu kỳ tưới của cây hoa cúc 59
Hình 3.3 Cấu trúc thảm tưới của Đức 60
Hình 3.4 Trạng thái thảm tưới trữ và cấp nước cho cây trồng trong chậu 62
Hình 3.5 Sơ đồ các phần tử chức năng của thảm tưới thiết kế 63
Hình 3.6 Cấu tạo thảm tưới thiết kế 64
Hình 3.7 Sơ đồ nguyên lý làm việc của thảm tưới thiết kế 64
Hình 3.8 Quan hệ giữa độ thẩm thấu nước và mật độ vải dệt thoi sợi cắt
Hình 3.14 Quan hệ giữa độ dẫn nước và chiều cao ống xơ 73
Hình 3.15 Cấu tạo lớp L4 trữ nước dự trữ 76
Trang 16Hình 3.26 Ảnh hưởng của thời gian đến độ ẩm của giá thể khi trồng cây sử
dụng thảm tưới KT1 và đối chứng không sử dụng thảm tưới ĐC1
86
Hình 3.27 Biểu đồ nhiệt độ của không khí trong thời gian thí nghiệm đo độ
ẩm của giá thể theo giờ trong ngày (1/2/2013 đến 6/2/2013)
87
Hình 3.28 Chiều cao của cây hoa cúc ở các phương án 90
Hình 3.29 Đường kính tán cây hoa cúc ở các phương án 91
Hình 3.30 Chiều cao của hoa cúc ở các phương án 91
Hình 3.31 Đường kính của hoa cúc ở các phương án 92
Hình 3.32 Bộ rễ của cây cúc dùng thảm tưới mẫu KT5 và không dùng thảm
tưới mẫu ĐC5
93
Hình 3.33 Chu kỳ tưới của các của các phương án trồng cây 95
Hình 3.34 Lượng cần tưới của các của các phương án trồng cây 95
Trang 17
1
MỞ ĐẦU
Hội nhập kinh tế với thế giới của Việt Nam đã cuốn theo tốc độ đô thị hóa cao, người dân đô thị sống và làm việc căng thẳng Sự gia tăng thu nhập dẫn đến đòi hỏi cao về chất lượng cuộc sống Trong khi nhu cầu trồng cây trong đô thị ngày một cao thì diện tích đất trồng trong các khu đô thị rất bạn chế, đặc biệt là trong các chung cư cao tầng Trồng cây ở trong các căn hộ chung cư sẽ tạo ra môi trường xanh và sạch, giúp chủ nhà nhanh chóng giảm đi các căng thẳng mệt mỏi trong cuộc sống và sau ngày lao động mệt mỏi Đây
là một nhu cầu rất lớn về mặt thị trường cũng như xã hội
Vật liệu dệt rất đa dạng và phong phú cả về chủng loại lẫn phạm vi ứng dụng Một trong số các ứng dụng mang tính công nghiệp có ý nghĩa quan trọng của vật liệu dệt là sử dụng vật liệu dệt để dự trữ nước và cấp nước cho cây trồng Tưới nước cho cây bằng thảm tưới làm từ vật liệu dệt nhằm kéo dài chu kỳ tưới, tiết kiệm thời gian chăm sóc, tiết kiệm nước tưới, đáp ứng đúng, đủ nhu cầu nước cho cây trồng để tạo ra sản phẩm nông nghiệp với chất lượng cao giá thành hạ
Việt Nam hiện là nước có tỉ lệ dân số sống bằng nông nghiệp rất cao (khoảng 70%)
do đó đầu tư nghiên cứu ứng dụng công nghệ mới vào nông nghiệp nói chung và trồng trọt nói riêng là một việc rất đáng được quan tâm Nhằm nâng cao đời sống nông dân và từng bước hiện đại hóa nông nghiệp theo hướng sản xuất hàng hóa Bên cạnh đó sản xuất kinh doanh nông nghiệp theo cơ chế thị trường đã dẫn đến hàng loạt các vấn đề mới nảy sinh, buộc các nhà sản xuất nông nghiệp phải tạo ra các sản phẩm nông nghiệp đa dạng có chất lượng cao và giá cả cạnh tranh Vì vậy, việc nghiên cứu, tìm ra một phương pháp trồng cây hiệu quả mà không tốn nhiều thời gian, công sức chăm bón cũng sẽ là một giải pháp tháo
gỡ các vấn đề được đặt ra ở trên Tuy nhiên, đến nay, ở Việt Nam các ứng dụng vật liệu dệt
để cấp và trữ nước cho cây trồng vẫn còn là vấn đề mới
Dựa vào các đặc tính sẵn có của vật liệu dệt, kế thừa các kết quả nghiên cứu của Thế giới Luận án này tiến hành nghiên cứu, tìm hiểu khả năng ứng dụng vật liệu dệt làm thảm tưới để cung cấp nước đáp ứng được các yêu cầu cho trồng cây, tiết kiệm công sức chăm sóc, tiết kiệm nước đồng thời nâng cao chất lượng cây trồng Thử nghiệm tính thích ứng của thảm tưới được thực hiện với cây cảnh trồng trong chậu
Tiêu đề của luận án là:
“Nghiên cứu thiết kế chế thử thảm tưới từ vật liệu dệt cho cây trồng ở Việt Nam”
Nghiên cứu này có thể đem lại lợi ích không nhỏ về kinh tế và xã hội cũng như góp phần đưa khoa học kỹ thuật vào sản xuất nông nghiệp để hỗ trợ sản xuất nông nghiệp của Việt Nam có thể cạnh tranh với các sản phẩm trên thị trường quốc tế
Trang 182
I TÍNH CẤP THIẾT CỦA LUẬN ÁN
Phương pháp tưới truyền thống trong trồng trọt của Việt Nam đang tồn tại một số hạn chế:
- Tưới nước chưa đúng, đủ theo nhu cầu của cây trồng;
- Tốn nhiều công chăm sóc;
- Tiêu hao nhiều nước hơn nhu cầu của cây do thất thoát
Vật liệu dệt có đặc tính hút và nhả nước tốt nên có thể trữ và cấp nước cho cây trồng đúng, đủ theo nhu cầu của cây, nhờ đó giúp giảm tiêu hao nước tưới do đáp ứng đủ nước
và thất thoát ít nước, giảm công chăm sóc nhờ kéo dài chu kỳ tưới và từ đó nâng cao chất lượng cây trồng Điều này đã thúc đẩy ý tưởng ứng dụng phương pháp tưới nước cho cây trồng dùng thảm dệt của thế giới vào Việt Nam
II MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN ÁN
Ứng dụng phương pháp tưới nước hiện đại của thế giới cho sản xuất nông nghiệp của Việt Nam bằng cách sử dụng vật liệu dệt để nghiên cứu thiết kế và chế thử thảm tưới trữ và cấp nước cho cây trồng, nhằm:
- Tưới nước đúng, đủ theo nhu cầu của cây;
- Nâng cao chất lượng cây trồng;
- Giảm công chăm sóc;
- Giảm tiêu hao nước tưới
III ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN ÁN
- Thảm tưới làm từ vật liệu dệt để trữ và cấp nước đúng và đủ cho cây trồng;
- Thử nghiệm tính thích ứng của một số thảm tưới mẫu thiết kế trên cây hoa cúc Vạn thọ lùn trồng trong chậu cảnh;
- Nghiên cứu này dừng lại ở lý thuyết và áp dụng mẫu nhỏ
IV NỘI DUNG NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN ÁN
- Nghiên cứu khảo sát thời điểm tưới và lượng nước cần tưới cho cây trồng thử nghiệm;
- Nghiên cứu thiết kế thảm tưới mẫu của luận án;
- Nghiên cứu lựa chọn vật liệu dệt chế thử thảm tưới mẫu của luận án;
- Nghiên cứu khả năng thích ứng của thảm tưới mẫu cho cây trồng
Trang 193
- Đã chứng minh được hiệu quả của việc sử dụng loại thảm tưới này để tưới nước đúng, đủ cho cây cúc Vạn thọ lùn, nâng cao chất lượng cây trồng, giảm công chăm sóc và giảm tiêu hao nước tưới
VI GÍA TRỊ THỰC TIỄN CỦA LUẬN ÁN
- Đã chỉ ra khả năng ứng dụng hiệu quả phương pháp tưới nước tiên tiến cho cây trồng sử dụng thảm tưới của Thế giới vào Việt Nam;
- Đã xác lập được qui trình tưới nước cho cây cảnh trồng trong chậu sử dụng thảm tưới, giúp cải thiện được điều kiện chăm sóc cây trồng, tiết kiệm nước tưới;
- Đã chỉ ra một định hướng mới cho sản xuất sản phẩm dệt và công nghệ trồng trọt của Việt Nam
VII NHỮNG ĐIỂM MỚI CỦA LUẬN ÁN
- Đã thiết kế và chế thử thảm tưới mẫu nhỏ làm từ vật liệu dệt lần đầu tiên được thực hiện ở Việt Nam;
- Đã thử nghiệm thành công tính thích ứng của mẫu thảm tưới cho cây cúc Vạn thọ lùn lần đầu tiên ở Việt Nam
- Đã nghiên cứu ứng dụng sản phẩm khoa học của ngành Dệt có sự kết hợp liên ngành với khoa học ngành Nông nghiệp
VIII KẾT CẤU CỦA LUẬN ÁN
Luận án gồm 3 chương:
- Chương 1: Nghiên cứu tổng quan phương pháp tưới sử dụng thảm dệt
- Chương 2: Đối tượng, nội dung và phương pháp nghiên cứu
- Chương 3: Kết quả nghiên cứu và bàn luận
Trang 204
Chương 1 NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN PHƯƠNG PHÁP
TƯỚI SỬ DỤNG THẢM DỆT
1.1 Nhu cầu nước và dinh dưỡng cho cây trồng
1.1.1 Lượng nước cần tưới cho cây trồng
Nghiên cứu tổng quan về nhu cầu nước và dinh dưỡng của cây trồng để làm cơ sở
xây dựng các chỉ tiêu cho thảm tưới của luận án Trên thực tế đã có nhiều công trình
nghiên cứu về vai trò của nước đối với cây trồng nói riêng và thực vật nói chung Các kết
quả nghiên cứu đã chỉ ra:
Thiếu dinh dưỡng cây có thể chậm lớn, nhưng thiếu nước cây sẽ bị chết, cho nên
cung cấp nước cho cây theo nhu cầu sinh lý của chúng là hết sức cần thiết [1]
Tỉ lệ nước có trong cấu trúc sinh học của thực vật chiếm 70 ÷ 90% [15], trong quá
trình sống của cây trung bình cứ 1giờ có khoảng từ 10÷99% lượng nước trong cây được
đổi mới Lượng nước cần tưới thay đổi theo thời kỳ sinh trưởng và đạt mức tối đa khi cây
trồng có khối lượng thân lá lớn nhất hay ở giai đoạn hình thành củ, giai đoạn trỗ bông [8]
Do đó, nước có vai trò rất lớn đến sinh trưởng và phát triển của cây trồng
Hai quá trình hút nước và thoát hơi nước ở cây có liên quan trực tiếp tới hàm lượng
nước trong cây và lượng nước cây cần Điều chỉnh chế độ nước hợp lý cho cây trồng bằng
cách chủ động tưới, tiêu nước Mỗi loại cây, mỗi loại đất trồng, điều kiện canh tác, thời
tiết, khí hậu khác nhau cần có chế độ tưới khác nhau mới đảm bảo sự cân bằng nước trong
đất, trong cây [6]
Lượng nước cần tưới bao gồm: nhu cầu nước của cây (lượng nước bốc hơi qua bề
mặt lá) và lượng nước bốc hơi khoảng trống (mặt đất) Về lý thuyết có thể tính tổng lượng
nước bốc hơi mặt lá và bốc hơi khoảng trống theo công thức sau [6]:
ET= Kc(ETp) (mm) (1.1)
Trong đó:
ET: tổng lượng nước bốc hơi mặt lá và bốc hơi khoảng trống (mm)
Kc: hệ số cây trồng (phụ thuộc vào loại cây trồng và thời gian sinh trưởng)
ETp được tính theo công thức Blaney Cridle :
t p
K
ET p 100 (1.2) Trong đó:
t: nhiệt độ trung bình hàng tháng (o
C) p: tỷ lệ phần trăm giữa số giờ chiếu sáng hàng ngày trong thời gian thực nghiệm so với
tổng thời gian chiếu sáng cả năm (%)
K: hệ số tổng hợp các yếu tố khác
Một số các cây rau màu quan trọng đã được nghiên cứu, qua đó hệ số (Kc) được
giới thiệu trên bảng 1.1
Trang 21Cải bắp 0,30 ÷ 0,40 0,70 ÷ 0,80 0,95 ÷ 1,10 0,80 ÷ 0,95
Cà rốt 0,40 ÷ 0,50 0,70 ÷ 0,80 0,95 ÷ 1,10 0,80 ÷ 0,95 Bông vải 0,40 ÷ 0,50 0,70 ÷ 0,80 1,00 ÷ 1,10 0,65 ÷ 0,70 Lạc 0,40 ÷ 0,50 0,70 ÷ 0,80 0,95 ÷ 1,05 0,55 ÷ 0,65 Đậu xanh 0,30 ÷ 0,40 0,65 – 0,75 0,95 ÷ 1,05 0,85 ÷0,95 Thông thường, nhu cầu nước tăng dần theo độ lớn của cây và đạt tối đa khi cây có khối lượng thân lá và bề mặt phát tán nước lớn nhất (giai đoạn ra hoa, kết trái), sau đó giảm dần [13] (hình 1.1)
Hình 1.1 Sự thay đổi hệ số K c theo giai đoạn sinh trưởng của cây trồng (nguồn: [13])
Lượng nước cần tưới và độ ẩm đất thích hợp cũng có biến động lớn trong suốt quá trình sinh trưởng Ví dụ về lượng nước cần tưới và độ âm đối với cây bông được giới thiệu trong bảng 1.2 sau:
Bảng 1.2 Lượng nước cần tưới và độ ẩm đất đối với cây bông (nguồn: [10])
Giai đoạn Lượng nước cần tưới
Nhận xét: nhu cầu nước cho cây có quan hệ mật thiết đến các thời kỳ sinh thưởng
trong vòng đời của cây, đồng thời chịu ảnh hưởng không nhỏ bởi điều kiện ngoại cảnh diễn
ra từng ngày, từng giờ như: độ ẩm, nhiệt độ môi trường, cường độ nắng, gió, số giờ nắng trong ngày Vì vậy nhu cầu nước của cây là một đại lượng rất khó xác định chính xác để có thể đáp ứng đúng và đủ trong từng ngày, từng giờ cho cây
Trang 226
1.1.2 Thời điểm tưới nước cho cây trồng
Nước được cung cấp cho cây theo nhu cầu sinh lý của cây ở từng giai đoạn phát triển Có nhiều cách xác định thời điểm tưới nước như sau [7]:
Dựa vào ngoại hình
Khi quan sát cây trồng có dấu hiệu héo hay biến đổi hình thái bên ngoài của cây như thay đổi màu sắc lá và thân của cây trồng, sinh trưởng, phát triểm kém là cây có biểu hiện thiếu nước, cần phải được tưới Tuy nhiên tiêu chí này không chính xác vì khi cây đã
có biểu hiện ngoại hình thì các hoạt động sinh lý, sinh hóa bên trong đã bị vi phạm nghiêm
trọng
Dựa vào hệ số héo của đất
Lượng nước còn lại trong đất mà cây không có khả năng hút được tức là đất đã hết nước sử dụng được (điểm héo) Chỉ tiêu này cũng không chính xác vì khi đất đã đạt tới hệ
số héo thì cây cũng đã hút đến phần tử nước cuối cùng mà cây có khả năng lấy được
Dựa vào các chỉ tiêu sinh lý của cây trồng
Độ mở của khí khổng, nồng độ dịch bào, áp suất thẩm thấu, sức hút nước của lá…Đây là các chỉ tiêu có quan hệ rất nhạy cảm đến tình trạng nước của cây Để tiến hành tưới nước theo các chỉ tiêu sinh lý chỉ cần làm các thí nghiệm để xác định trị số ngưỡng của từng chỉ tiêu, tại trị số ngưỡng đó cây bắt đầu cần nước để quyết định thời điểm tưới
Đây là cách tưới nước tiên tiến mà các nước có nền nông nghiệp phát triển sử dụng
Dựa vào độ ẩm của đất
Có nhiều loại độ ẩm của đất: độ ẩm đồng ruộng, độ ẩm bão hòa, độ ẩm tối đa đồng ruộng, độ ẩm cây héo, độ ẩm hữu hiệu
Độ ẩm đồng ruộng là tỷ lệ khối lượng nước có trong đất so với khối lượng đất khô
kiệt hoặc khối lượng nước chứa trong khối đất ở trạng thái tự nhiên tại thời điểm lấy mẫu đất
Độ ẩm bão hòa là độ ẩm ứng với trạng thái các khe rỗng của đất chứa đầy nước, trong đất không có không khí Độ ẩm bão hòa còn gọi là khả năng giữ nước tối đa của đất hay là giới hạn trên mà đất có thể chứa được Sức hút nước của đất ở độ ẩm bão hòa gần bằng 0 Trạng thái này không thích hợp với cây trồng cạn vì đất thiếu không khí, rễ ngừng
hô hấp
Độ ẩm tối đa đồng ruộng là trạng thái độ ẩm ứng với khả năng giữ nước lớn nhất của đất, phụ thuộc chủ yếu vào đặc tính vật lý nước của đất, độ sâu mực nước ngầm Nếu mực nước ngầm gần mặt đất độ ẩm tối đa lớn và ngược lại Với cây trồng cạn, giá trị giới hạn trên của tiêu chuẩn tưới trùng với giới hạn độ ẩm tối đa
Độ ẩm cây héo là trạng thái nước trong đất mà cây trồng không hút được, cây bị héo và chết nếu không được tưới nước
Độ ẩm hữu hiệu là giới hạn độ ẩm mà cây trồng sử dụng được nước tốt nhất Cây trồng sinh trưởng và phát triển tốt nhất khi đất có lượng nước tương ứng với độ ẩm hữu hiệu
Nhận xét: nhờ việc xác định độ ẩm đất có thể biết được tình trạng nước trong đất và
chọn thời điểm tưới nước ở độ ẩm hữu hiệu là độ ẩm cây sử dụng nước dễ dàng nhất Tuy nhiên, các phương pháp tưới cây thông thường chỉ có thể tạo ra độ ẩm hữu hiệu trong một thời gian rất ngắn sau mỗi lần tưới Vì khi vừa tưới thường đạt đến độ ẩm bão hòa Sau đó
Trang 237
nước nhanh chóng bị bay hơi và ngấm xuống tầng đất sâu Phần còn lại bị cây hút đi, nên vùng đất có rễ cây phân bố nhanh chóng trở về độ ẩm héo cây
Hình 1.2 Sơ đồ tổng quát các dạng độ ẩm trong đất (nguồn:[7])
Khả năng giữ nước của đất
Trong thực tế có nhiều trường hợp đất có độ ẩm phù hợp với sự sinh trưởng và phát triển của cây nhưng cây trồng vẫn không hút được nước Vì vậy xác định thời gian tưới nước cho cây còn dựa vào sức giữ nước của đất (pF) Tùy theo trạng thái nước có trong đất
mà đất được gọi với tên gọi khác nhau Số liệu trong bảng 1.3 giúp lựa chọn thời điểm tưới nước thích hợp cho cây trồng Kết quả nghiên cứu cho thấy khi sức hút nước của đất (pF) trong khoảng 3,20 ÷ 3,70 đây là thời điểm giới hạn trước khi cây bắt đầu héo
Bảng 1.3 Mối quan hệ giữa sức giữ nước của đất (pF) với độ ẩm đất và cây trồng (nguồn:[7])
(héo vĩnh viễn)
4,20 4,15
được
Đất ẩm
4,00 3,80 3,20
Độ ẩm hữu hiệu
Cây sử dụng nước dễ dàng
3,10 3,00 2,70
Độ ẩm tối đa đồng ruộng 2,00
Đất ướt
1,80 1,70 1,65
Tiêu nước theo
trọng lực
1,50 1,00
Độ ẩm bão hòa 0,00
Vậy, làm thế nào để tưới nước cho cây đúng lúc và đủ lượng?
Trang 248
Tất cả các biện pháp theo dõi phát hiện và đáp ứng nhu cầu nước cho cây kể trên đều còn bị động trước trạng thái sinh lý của từng cây và cả ruộng cây Vì vậy, các phương pháp tưới nước thông thường hiện nay chưa thể đáp ứng tốt cho nhu cầu nước của cây trồng
1.1.3 Chất dinh dưỡng cho cây trồng
Cơ chế hút chất dinh dưỡng hay chất khoáng của cây gồm quá trình hút chất khoáng ở rễ và đồng hóa chúng trong cây Trao đổi dinh dưỡng khoáng là một trong các chức năng sinh lý quan trọng của thực vật Các nguyên tố khoáng được rễ cây lấy từ đất có thể chia thành nguyên tố đa lượng và vi lượng.Các nguyên tố khoáng từ đất thâm nhập vào
rễ qua hệ thống lông hút Các ion khoáng tan trong dung dịch đất hoặc hấp thụ trên bề mặt keo đất sẽ được hấp thụ trên bề mặt rễ theo nguyên tắc trao đổi với ion H+
và HCO3- của
rễ một cách trực tiếp hay gián tiếp Các chất khoáng sẽ đi qua các nguyên sinh để vào trong
tế bào và được vận chuyển từ tế bào này đến tế bào khác vào mạch dẫn và được vận chuyển đến các bộ phận của cây trên mặt đất Các nguyên tố khoáng đóng vai trò hết sức quan trọng trong đời sống cây trồng, quyết định sinh trưởng phát triển và tạo năng suất sinh vật học
Ngày nay việc cung cấp các nguyên tố khoáng cho cây trồng được thực hiện theo nhiều cách khác nhau: cách truyền thống là bón phân vào đất, sử dụng dung dịch các chất dinh dưỡng bón qua lá, sử dụng các phương pháp thủy canh, khí canh Các nguyên tố trong dung dịch dinh dưỡng thông thường được giới thiệu trong bảng 1.4 như sau:
Bảng 1.4 Thành phần dung dịch dinh dưỡng thông thường (nguồn: [10])
Hóa chất Số lượng (g/l)
Supe photphat calci: [CaSO4 +Ca(HPO4)] 0,80
Amonat molipden: [(NH4)6Mo7O244H2O] 0,0006
Khi sử dụng dung dịch dinh dưỡng cần căn cứ vào yêu cầu cụ thể của cây để tăng hay giảm bớt mỗi số lượng mỗi loại hóa chất trong bảng trên Việc bón dinh dưỡng hợp lý cho cây trồng phải dựa trên nhu cầu sinh lý của cây [10]
Nhận xét: bên cạnh nhu cầu về nước, thì nhu cầu về chất dinh dưỡng là rất quan
trọng đối với cây trồng Dinh dưỡng cho cây trồng rất đa dạng và phức tạp Chủng loại
Trang 259
chất dinh dưỡng có thể là vô cơ, hữu cơ, có thể là đơn chất, hợp chất, có thể ở dạng rắn, lỏng hay khí Loại và lượng chất dinh dưỡng được lựa chọn phụ thuộc vào chủng loại cây, loại đất, vào thời kỳ sinh trưởng của cây và điều kiện ngoại cảnh gieo trồng Thành phần chất dinh dưỡng cho cây khá phức tạp, nên có thể làm nảy sinh rất nhiều quan hệ hóa lý và sinh học khó kiểm soát với môi trường Vì vậy, việc nghiên cứu đồng thời khả năng cấp nước và cấp chất dinh dưỡng thông qua thảm tưới sẽ rất phức tạp và khó phân biệt được tác động của từng yếu tố nghiên cứu Do đó, trong luận án này chọn giải pháp nghiên cứu thảm tưới để cấp nước, còn việc bón các chất dinh dưỡng được thực hiện theo phương pháp truyền thống bên ngoài thảm
1.2 Phương pháp tưới nước không sử dụng vật liệu dệt
Có nhiều phương pháp tưới nước khác nhau tùy theo các điều kiện thổ nhưỡng và loại cây trồng khác nhau như: tưới trên mặt đất (tưới ngập, tưới rãnh, tưới dải, tưới phun, tưới nhỏ giọt), tưới dưới mặt đất (tưới ngầm nhỏ giọt, thuỷ canh, khí canh)
1.2.1 Tưới nước trên mặt đất
Phương pháp tưới trên mặt đất là phương pháp nước được cung cấp cho cây trồng
do ngấm qua đất (giá thể) từ phía trên xuống dưới tới bộ rễ của cây hoặc thấm thấu qua thân và lá cây, hoặc cả qua rễ, thân và lá cây Có thể kể ra một số kiểu tưới thường dùng như:
Tưới ngập
Trong phương pháp tưới này nước di chuyển ở trên và qua đất do trọng lực dòng chảy để ướt và xâm nhập vào đất, nước phủ tràn, ngập đất canh tác Mực nước ngập thường từ 5 ÷ 15 cm tùy từng loại cây [9], [75]
Tưới rãnh
Tưới rãnh là hình thức đưa nước vào rãnh theo luống, nước thấm dần vào đất theo lực mao dẫn và một phần theo trọng lực ngấm xuống đáy rãnh Hiệu quả thấm nước vào thân luống phụ thuộc vào loại đất, độ sâu nước đưa vào rãnh [75]
Tưới nhỏ giọt trên mặt đất
Tưới nhỏ giọt trên mặt đất là hình thức dùng hệ thống ống dẫn nhỏ giọt đặt trên mặt đất để cung cấp nước bằng cách nhỏ từng giọt vào từng gốc cây theo nhu cầu của cây [6], [13]
Nhận xét: phương pháp tưới trên mặt đất có ưu điểm nổi bật là thiết bị tưới đơn
giản, không đòi hỏi kỹ thuật cao, dễ tưới, người nông dân dễ làm quen, áp dụng mọi nơi, mọi lúc và khả năng sử dụng rộng, diện tích lớn Các phương pháp tưới trên cần cấp nước tưới dư so với nhu cầu của cây để đáp ứng yêu cầu nước của cây, bù lại phần ngấm xuống mạch nước ngầm và phần bay hơi vào không khí Điều này dẫn đến sự rửa trôi chất mầu, tốn nước thậm chí gây ô nhiễm môi trường do các hóa chất bị ngấm vào tầng nước ngầm
Trang 2610
Bên cạnh đó hiện tượng bay hơi làm cho đất nhanh chóng bị khô, nên phải tăng tần suất hay lượng nước tưới
1.2.2 Tưới nước dưới mặt đất
Ở phương pháp tưới dưới mặt đất, nước được cấp đến vùng đất chứa rễ của cây trồng từ bên dưới bề mặt và được mao dẫn ra xung quanh và lên trên Có một số kiểu thường dùng là:
Tưới nhỏ giọt dưới mặt đất
Ở đây nước được cấp vào hệ thống ống dẫn nước ngầm dưới đất và thông qua các
lỗ nhỏ trên ống, nước thấm dần ra đất nhờ hệ mao dẫn của đất [6], [13]
Tưới máng
Các chậu cây được đặt trong các máng, được định kỳ nhúng nước bằng cách cấp nước vào máng trong thời gian ngắn Khi có nước trong máng, nước qua các lỗ ở đáy chậu ngấm vào đất và cung cấp cho cây [46], [47]
Nhận xét: phương pháp tưới dưới mặt đất giảm lượng nước tưới nhờ cắt giảm được
lượng bay hơi Tuy nhiên, các phương pháp tưới dưới mặt đất vẫn còn tồn tại một số nhược điểm như: chi phí lớn do đầu tư hệ thống thiết bị tưới ban đầu, kỹ thuật phức tạp nên khả năng phổ biến rộng bị hạn chế, lỗ và đường ống cung cấp nước dễ bị tắc nghẽn làm cho độ
ẩm các vùng đất không đều, lưu lượng cấp vẫn do con người quyết định nên chưa hẳn đã đáp ứng đúng được nhu cầu của cây
1.3 Phương pháp tưới nước sử dụng vật liệu dệt
1.3.1 Tưới nước dùng bấc mao dẫn
Một số mô hình cấp nước cho cây trồng trong chậu dùng bấc mao dẫn được giới thiệu trên hình 1.3 Một đầu bấc mao dẫn được nhúng vào nguồn nước, đầu còn lại được dẫn đến vùng đất cần cấp nước Nước được mao dẫn qua bấc đều đặn lên đất trồng cây Bấc mao dẫn có thể đưa nước từ mặt đất xuống bộ rễ sử dụng tưới nhỏ giọt trên mặt đất bằng bấc mao dẫn (hình 1.3a) hoặc đưa nước dự trữ ở đáy chậu cây lên đất trồng cây bằng bấc mao dẫn hoặc miếng vải mao dẫn (hình 1.3b) Bấc thấm có thể là sợi, cũng có thể là miếng vải [80], [81], [82]
Trang 2711
(a) Tưới trên nhỏ giọt bằng bấc mao dẫn [80]
1: bấc mao dẫn; 2: chậu nước dự trữ; 3: chậu cây
(b) Tưới dưới bằng bấc mao dẫn [81]
1: chậu ngoài; 2: chậu trong; 3: bấc mao dẫn; 4: lớp đất có tính mao dẫn cao; 5: đất trồng cây; 6: nguồn nước dưới đáy chậu cây; 7: rễ
cây
Hình 1.3 Bấc mao dẫn cung cấp nước cho cây trồng trong chậu (nguồn: [80], [81])
Nhận xét: phương pháp dùng bấc thấm có khả năng cung cấp nước cho cây, nhưng
chỉ với dung lượng thấp Thích hợp cho cây trồng đơn lẻ hay trên diện tích hẹp
1.3.2 Tưới nước dùng thảm dệt mao dẫn
1.3.2.1 Thảm tưới một lớp
Thảm tưới một lớp là tấm vật liệu dệt dạng vải không dệt có chức năng giữ và phân phối nước cho đất, có thể thay đổi chiều rộng và độ dày thích hợp Thảm tưới có thể được
bố trí trên hoặc dưới mặt đất Có thể kể ra một số dạng ứng dụng thảm tưới một lớp như:
Thảm tưới một lớp đặt trên mặt đất, dưới đáy chậu cây Chậu cây thủng lỗ, nước được cấp liên tục từ nguồn chứa hữu hạn và mao dẫn từ thảm tưới qua đáy chậu cây như hình 1.4 [78]
Trang 2812
Bảng 1.5 Thông số kỹ thuật của một số loại thảm tưới Fibertex (nguồn:[54])
Đặc tính kỹ thuật Tiêu chuẩn
Chiều cao mao dẫn DIN 53 924 8,0 cm *) 7,0 **) 7,0 ***)
Viscose
PP + PET + Viscose
PP + PAC
Eric Stewart Atholl Murray [48] đã thiết kế cấu trúc thảm tưới một lớp đã được cấp bằng sáng chế của Mỹ có cấu tạo như hình 1.5 Hệ thống mao dẫn cung cấp nước, dung dịch dinh dưỡng và không khí đến vùng rễ của cây Hệ thống sử dụng một hoặc nhiều ống (10) có các lỗ nhỏ (11) cách nhau một khoảng nhất định dọc theo chiều dài ống với những đường ống được giữ trong túi (14) Các túi được hình thành với lớp trên của vải mao dẫn (12) và một lớp dưới vải mao dẫn (13) Các ống (10) được nối với một nguồn cung cấp nước thích hợp Hệ thống mao dẫn được chôn với một độ sâu thích hợp trong đất dưới cây trồng Lớp vải mao dẫn bị ướt nhờ dòng chảy của các lỗ (11) và phân phối nước đồng đều đến rễ cây Van điều khiển dòng chảy qua các đường ống
10: ống polyethylene; 11: các lỗ;
12: lớp vải địa kỹ thuật mao dẫn;
13: lớp lót vải địa kỹ thuật mao dẫn;
Trang 2913
Hình 1.6 là thảm tưới một lớp được phát triển bởi Viện nghiên cứu dệt may Saxion của Đức (STFI) sáng chế năm 2001 Sau khi bán bản quyền vào năm 2005, thảm tưới được lắp đặt ở Dubai bởi công ty mới ECO Rain, cấu trúc lớp mao dẫn bao gồm hai lớp trên cùng là vải không dệt PP có khối lượng 1m2 vải là 185g/m2, lớp dưới vải không dệt PP có khối lượng 1m2 vải là 200g/m2, đường may chỉ PP, đường ống nhỏ giọt PE có đường kính
12 ÷16mm, vỏ bọc ống nhỏ giọt PP có khối lượng 1m2 vải là 150g/m2
Hình 1.6 Thảm tưới một lớp STFI đặt dưới mặt đất (nguồn: [47])
1: lớp vải không dệt phía trên; 2: lớp vải không dệt phía dưới; 3: đường may; 4: ống dẫn nhỏ giọt; 5: vỏ bọc ống nhỏ giọt
David Hinton and Atholl Murray đã phát triển cấu trúc thảm một lớp được cấp bằng sáng chế của Mỹ như hình 1.7 [77]
1: lớp phân tán;
2: lớp vải không dệt mao dẫn;
3: ống dẫn phân phối nước.
Hình 1.7 Thảm tưới một lớp KISSS đặt dưới mặt đất (nguồn:[77])
Thảm tưới ECO Rain® [45] đặt hoàn toàn dưới mặt đất, cấp chất tưới bằng các ống dẫn nhỏ giọt lồng vào trong thảm (hình1.8)
Trang 3014
Hình 1.8 Thảm tưới ECO Rain® một lớp đặt dưới mặt đất (nguồn: [45])
1: thảm tưới; 2: ống dẫn phân phối nước; 3: nước;4: rễ cây; 5: mặt đất; 6: cây trồng
Thông số kỹ thuật của thảm tưới ECO Rain® một lớp [45]:
- Kích thước của thảm tưới: dài 25m x rộng 0,80m
- Khối lượng m² khô của thảm tưới: xấp xỉ 1000g/m2
- Khối lượng ướt của thảm tưới/m²: xấp xỉ 5100g/m2
- Đường kính trong của ống nhỏ giọt: 16mm
- Đường kính ngoài của ống nhỏ giọt: 33mm
- Khoảng cách giữa những lỗ nhỏ giọt trong đường ống: 0,30 cm
- Lượng nước cấp cho m2
thảm tưới: 17lít/h
Nhận xét: thảm tưới một lớp có cấu trúc đơn giản, giá thành thấp nhưng còn một số
tồn tai như: toàn bộ mặt vải luôn ướt nên tổn thất do nước bay hơi lớn và thấm xuống lớp đất bên dưới thảm; là môi trường thuận lợi cho nấm mốc, rêu, cỏ dại phát triển; dễ bị rễ cây xâm nhập phá hỏng thảm làm giảm thời gian sử dụng thảm; bị lún do áp lực của đất; khả năng trữ nước phụ thuộc vào lớp vải mao dẫn khi cấp nước từ nguồn chứa không liên tục 1.3.2.2 Thảm tưới hai lớp
Thảm hai lớp ngoài lớp chính là lớp vật liệu mao dẫn còn có thêm lớp thứ hai phía dưới không cho chất lỏng đi qua Lớp một được bố trí trên cùng là lớp vật liệu mao dẫn, có chức năng và vật liệu giống như lớp chính của thảm một lớp, lớp 2 được bố trí dưới cùng
có chức năng chống đâm thủng cao, không thấm nước, bao phủ mặt đất, ngăn cản nước thấm vào đất, sử dụng tấm polyethylene làm vật liệu lớp này
Eric Stewart Atholl Murray [75] đã tiếp tục thiết kế cấu trúc thảm tưới hai lớp có cấu tạo như hình 1.5 nhưng thay lớp lót vải địa kỹ thuật mao dẫn 13 bằng lớp chống thấm
David Hinton and Atholl Murray đã tiếp tục thiết kế cấu trúc thảm hai lớp và được sản xuất ở Australia như hình 1.9 Năm 2000 được lắp đặt thử nghiệm đầu tiên và được đưa ra thị trường vào năm 2005 [77]
Trang 3115
Qua 10 năm phát triển và đang thử nghiệm kết quả cho thấy: lượng nước tưới nhỏ hơn 75% so với tưới phun và nhỏ hơn 60% so với tưới nhỏ giọt đường ống đặt ngầm dưới đất, cây phát triển đồng đều, nước được cung cấp đến vùng rễ cây nhiều hơn và giảm sự thất thoát nước
Hình 1.9 Thảm tưới hai lớp KISSS đặt dưới mặt đất (nguồn:[77])
1: lớp phân tán; 2: lớp mao dẫn (lớp 1); 3: ống dẫn phân phối nước; 4: lớp dưới chống thấm (lớp 2)
Nhận xét: với cấu trúc của thảm tưới hai lớp như trên đã loại bỏ được một số tồn tại
của thảm một lớp như chất tưới không bị thấm xuống lớp đất nên không gây ô nhiễm môi trường và tiết kiệm chất tưới Tuy nhiên thảm tưới hai lớp vẫn là môi trường thuận lợi cho nấm mốc, rêu, cỏ dại phát triển; rễ cây vẫn có khả năng xâm nhập phá hỏng thảm làm giảm
thời gian sử dụng thảm và chất tưới bốc hơi qua bề mặt thảm; bị lún do áp lực của đất; khả
năng chứa nước phụ thuộc vào lớp vải mao dẫn khi cấp nước từ nguồn chứa hữu hạn Thảm hai lớp được sử dụng tương tự như thảm một lớp
1.3.2.3 Thảm tưới ba lớp
Ngoài hai lớp cơ bản giống như thảm hai lớp, thảm ba lớp còn có thêm lớp trên cùng che chắn có cấu trúc vi lỗ Mỗi lớp của thảm được cấu tạo bằng vật liệu khác nhau và
có chức năng riêng
Lớp 1: được bố trí trên cùng có chức năng cho nước thấm qua cung cấp cho bộ rễ
của cây, bảo vệ thảm, ngăn cản rễ cây xuyên qua phá hỏng thảm, đồng thời có khả năng nhả nước và hơi ẩm tốt từ lớp bên dưới cho đất và ngược lại Sử dụng một trong các vật liệu sau để làm lớp 1 như: màng PE (polyethylene) đục vi lỗ, thấm nước và ngăn cản rễ cây; vải dệt thoi bền, chặt dệt bằng sợi từ tơ filament PP (polypropylene) kháng UV; vải dệt thoi bền, chặt dệt bằng sợi từ xơ xtapen PE (polyethylene) kháng UV được tráng một lớp nhựa màu đen cung cấp một bề mặt sạch mịn Sau đó đục vi lỗ bằng cách sử dụng quá trình đặc biệt để tạo ra một sản phẩm cho nước thấm qua, rễ không thể xâm nhập, chống rách
Lớp 2: được bố trí ở giữa là lớp vật liệu mao dẫn, có chức năng và vật liệu giống
Trang 32David Hinton and Atholl Murray[79] đã thiết kế cấu trúc thảm tưới ba lớp như hình 1.11
Hình 1.11 Thảm tưới ba lớp đặt dưới đáy chậu cây của David Hinton và Atholl Murray
Trang 3317
Hình 1.12 Thảm tưới ba lớp đặt dưới chậu cây của Foxit (nguồn: [51])
1: lớp bảo vệ phía trên; 2: lớp thảm mao dẫn ở giữa; 3: lớp chống thấm dưới cùng; 4: các ống nhỏ giọt cung cấp nước; 5: hướng di chuyển của nước vào giá thể trồng cây; 6: giá đỡ; 7: chậu cây thủng đáy
Nhận xét: với cấu trúc của thảm ba lớp như trên đã hạn chế được tồn tại của thảm
hai lớp như ngăn cản rễ cây phá hỏng thảm, tăng thời gian sử dụng thảm Tuy nhiên thảm tưới ba lớp chất tưới bị thất thoát do bốc hơi qua bề mặt thảm; bị lún do áp lực của đất; khả năng chứa nước phụ thuộc vào lớp vải mao dẫn khi cấp nước từ nguồn chứa không liên tục
1.3.2.4 Thảm tưới bốn lớp
Thảm bốn lớp ngoài ba lớp cơ bản giống như thảm ba lớp còn có thêm lớp dưới lớp trên cùng và trên lớp mao dẫn, có chức năng ngăn cản sự bốc hơi bề mặt, ngăn ngừa sự phát triển của tảo và nảy mầm cỏ dại Thảm bốn lớp hạn chế được nhược điểm của thảm ba lớp như giảm thất thoát nước lớn do bốc hơi bề mặt Mỗi lớp của thảm được cấu tạo bằng vật liệu khác nhau và có chức năng riêng
Lớp 1: bố trí trên cùng là lớp thấm nước có chức năng và vật liệu giống như lớp 1
của thảm ba lớp
Lớp 2: bố trí dưới lớp 1 trên cùng có chức năng ngăn cản sự bốc hơi bề mặt, ngăn
ngừa sự phát triển của tảo và nảy mầm cỏ dại
Sử dụng một tấm vải lông đặc biệt làm vật liệu lớp 2, dựng lên và phân tách các lớp trên cùng với lớp thấm hút ở dưới để ngăn chặn sự bốc hơi bề mặt, hoạt động như một van Khi chậu được đặt trên thảm, trọng lượng của chậu cây làm lớp thứ hai xẹp xuống, cho phép nước hút lên chậu cây thông qua sự hấp thụ mao dẫn Nước chỉ được giải phóng dưới
áp lực từ các chậu cây Lớp này vật liệu là 100% xơ polyester đàn hồi cao để khôi phục lại
độ dày ban đầu của nó khi không đặt chậu cây Nhờ vào tính chất cách nhiệt của nó, lớp 1 trên mặt đất vẫn sạch sẽ và khô ráo, ngăn ngừa sự phát triển của tảo và nảy mầm cỏ dại
Lớp 3: bố trí dưới lớp 2 là lớp mao dẫn có chức năng và vật liệu giống như lớp 2
của thảm ba lớp
Trang 3418
Lớp mao dẫn cho phép lưu thông nước đồng đều trong tất cả các hướng tạo thành một mạng lưới phân phối nước hiệu quả Nước được sử dụng nhờ các cây tự động hút nước, đảm bảo nguồn cung cấp không đổi, liên tục
Lớp 4: được bố trí dưới cùng là lớp chống thấm, có chức năng và vật liệu giống như
lớp 3 của thảm ba lớp
Jean Caron và cộng sự [49] đã sáng chế thảm mao dẫn bốn lớp được cấu tạo như hình 1.13 Thảm tưới mao dẫn bốn lớp bao gồm: một lớp không thấm nước polyethylene (18) dưới cùng và một lớp thấm nước màu tối vi lỗ (15) trên cùng bao bọc một thảm cứng mao dẫn mịn (17) và thảm mao dẫn nén đàn hồi thô (16) nằm phía trên Hai thảm mao dẫn chứa nước (16), (17) được cung cấp nước từ các thiết bị tưới Các chậu cây (12) đặt trên và được cấp nước nhờ sự mao dẫn nước từ thảm
(a) Khi chưa đặt chậu cây (b) Khi đặt chậu cây
Hình 1.13 Thảm tưới bốn lớp đặt dưới đáy chậu cây của Jean Caron và cộng sự (nguồn: [49])
10: thảm mao dẫn; 11: rào cản sinh học, ngăn cản không cho rễ cây ăn sâu phá hoại thảm; 12: các chậu cây; 13: đất; 14: các cây; 15: lớp trên cùng thấm nước (lớp 1); 16: thảm nén mao dẫn có kích thước lỗ lớn, có khả năng đàn hồi, mao dẫn kém ở trạng thái không nén, cản trở sự bốc hơi nước (lớp 2); 17: thảm mao dẫn có kích thước lỗ nhỏ, có khả năng trữ nước, vận chuyển nước thấm qua đáy chậu 20 tới vùng rễ cây (lớp 3); 18: lớp dưới cùng không thấm nước ngăn cản nước thấm xuống nền đất 19 (lớp 4); 20: đáy chậu cây
Theo sáng chế của Théoret và cộng sự [50] là hệ thống thảm tưới (10) bốn lớp (hình 1.14) bao gồm lớp không thấm nước (11) dưới cùng (lớp 4), lớp thấm nước qua được trên cùng (12) (lớp 1) và lớp thảm mao dẫn (13) được bố trí ở giữa lớp dưới cùng và lớp trên cùng Thảm mao dẫn (13) có lớp vật liệu tổng hợp thấm hút dưới (13') có đặc tính mao dẫn cao, nhờ đó cho phép lưu thông nước trong tất cả các hướng Phần trên của thảm mao dẫn là một lớp vải lông tổng hợp hoặc bất kỳ vật liệu chịu nén nào (như bọt) (13") (lớp 2) được gắn vào vật liệu thấm hút13' (lớp 3) Khi nén bằng trọng lượng của chậu cây bố trí trên tấm trên cùng (12), nước từ lớp vật liệu thấm hút dưới (13') của thảm mao dẫn do lực mao dẫn và thấm vào vào chậu cây qua lỗ hở đáy chậu Thảm mao dẫn (13) có sức chứa nước là 11,6 lít/m2 Lớp dưới cùng (11) không thấm nước được cấu trúc bằng vật liệu polyethylene Lớp trên cùng (12) là một tấm vải sợi tổng hợp dệt thoi chống tia UV, thấm nước qua được, ngăn chặn rễ cây xâm nhập vào hoặc bất kỳ vật liệu chịu cho nước đi qua
có thể được sử dụng như các lớp trên cùng
Trang 3519
Hình 1.14 Thảm tưới bốn lớp của Théoret và cộng sự (nguồn:[50])
10: thảm tưới; 11: lớp dưới cùng không thấm nước; 12: lớp trên cùng thấm nước qua được; 13: thảm mao dẫn được bố trí ở giữa tấm cơ sở và tấm trên cùng; 13’: lớp vật liệu thấm hút có đặc tính mao dẫn cao; 13”: lớp vải lông hoặc vật liệu bất kỳ nén nào(như bọt); 15’: đường hàn nhiệt (liên kết 11 với 13’); 18’: đường hàn nhiệt (liên kết 12 với 13”); 19: băng nhỏ giọt phẳng, mềm
uốn; 20: những lỗ khoan trên 19; 28: vùng nén keo
Nhận xét: với cấu trúc như trên thảm tưới bốn lớp đã hạn chế được nhược điểm của
thảm ba lớp như giảm thất thoát nước lớn do bốc hơi bề mặt, ngăn cản cỏ dại phát triển Tuy nhiên thảm tưới bốn lớp vẫn bị lún do áp lực của đất và khả năng chứa nước phụ thuộc vào lớp vải mao dẫn khi cấp nước từ nguồn chứa không liên tục
Bảng 1.6 Thông số kỹ thuật của thảm tưới bốn lớp AQUAMAT S-10 (nguồn: [59])
Đặc tính Tiêu chuẩn kiểm tra Giá trị
Chiều cao mao dẫn SAGEOS GX 009-02 5 inch (125 mm)
Độ trữ nước SAGEOS GX 010-02 2,5 gal/yd2 (11,6 l/m2)
Tốc độ truyền nước SAGEOS GX 009-02 4,14 inch/ph (10,5 cm/ph)
Tóm lại, các công trình đã nghiên cứu về cấu trúc thảm tưới cho thấy: thảm tưới có
dạng một lớp hoặc nhiều lớp Tuỳ theo yêu cầu sử dụng mà số lớp và cấu trúc của thảm tưới khác nhau nhưng để đáp ứng được yêu cầu tưới cho cây thì bất cứ loại thảm tưới nào cũng có ít nhất một lớp có chức năng trữ nước và mao dẫn cao Tuy nhiên các cấu trúc thảm tưới khả năng trữ nước chưa cao và bị nén bẹp do áp lực của giá thể và cây trồng
1.3.3 Một số ứng dụng thảm tưới nước
J.W Buxton and J.A Pfeiffer [52] đã thí nghiệm trồng cây phong lữ sử dụng thảm tưới nằm trên mặt phẳng nằm ngang (hình 1.15a) Kết quả nghiên cứu cho biết ở mức nước điều tiết ở khoảng cách từ bề mặt nước tưới tới mặt giá đỡ thảm tưới h = 2cm (hình 1.15b)
và vị trí của cây trồng gần máng cấp chất tưới (hình 1.15c) có diện tích lá lớn nhất Như vậy, tốc độ sinh trưởng của cây càng gần máng cấp chất tưới càng tốt
Trang 3620
(a)Hệ thống máng cấp nước cho thảm tưới đặt trên mặt phẳng ngang
1: lớp ngăn cản rễ, thấm nước; 2: lớp thảm mao dẫn; 3: lớp chất dẻo đen, không thấm nước; 4: giá đỡ; 5: máng chứa nước; 6: chiều cao h giữa mặt chất tưới và mặt trên giá đỡ; 7: nước được hút lên
từ máng tới thảm mao dẫn; 8: chậu cây
(b) Diện tích lá và độ xa của cây đến nguồn nước
(c) Diện tích lá của cây và độ cao mực nước
Hình 1.15 Thử nghiệm trồng cây phong lữ trên thảm tưới nằm ngang (nguồn:[52])
Nhận xét: kết quả thí nghiệm cho thấy thảm mao dẫn không cho độ ẩm đồng đều
trên diện tích rộng Càng xa nguồn nước thì độ ẩm càng giảm
Mare W.van iersel and Krishna S.nemali [53] đã bố trí thí nghiệm với các chậu cây cúc vạn thọ được sắp xếp trên thảm tưới nằm trên mặt phẳng nghiêng theo 7 cột và 12 hàng Chậu cây cao nhất cao hơn khoảng 15cm so với nguồn nước cung cấp (hình 1.16a)
Trang 3721
Một số kết quả thí nghiệm thu được từ những chậu không trồng cây cho biết lượng nước trung bình trong mỗi chậu cây càng lớn thì ở cuối thí nghiệm khối lượng cành khô, diện tích lá, số lá và chiều cao cây của cây cúc vạn thọ càng lớn (hình 1.16b), thời gian càng tăng thì lượng nước hấp thụ càng giảm, lượng nước hấp thụ của hàng chậu gần máng cấp nước lớn hơn những chậu cây xa máng cấp nước (hình 1.16c)
(a) Hệ thống máng cấp nước cho thảm tưới đặt trên mặt phẳng nghiêng
1: thảm mao dẫn;
2: giá đỡ;
3: máng chứa nước ; 4: chậu cây;
và chiều cao cây của cây cúc Vạn thọ ở cuối thí nghiệm
(c) Thể tích nước hấp thụ của những chậu không trồng cây cấp nước bằng thảm tưới
(A): Lượng nước trung bình tmỗi chậu trong một hàng từ 1 đến 5 tuần
(B): Lượng nước trung bình mỗi chậu cây trên một hàng trung bình thời gian thí nghiệm
Hình 1.16 Thử nghiệm trồng cây cúc Vạn thọ trên thảm tưới nằm nghiêng (nguồn:[53])
Trang 3822
Nhận xét: lượng nước trung bình trong mỗi chậu cây càng lớn thì ở cuối thí nghiệm
khối lượng cành khô, diện tích lá, số lá và chiều cao cây của cây cúc vạn thọ càng lớn, nghĩa là tốc độ sinh trưởng của cây tốt hơn với những chậu cây đặt gần máng cấp nước
Điều này cũng cho thấy khả năng cấp nước của thảm trên toàn diện tích là khác nhau
Ursula K Schuch and Jack J Kelly [55] đã tiến hành một số nghiên cứu để so sánh
sự cung cấp nước, tốc độ sinh trưởng của các cây trồng sử dụng thảm mao dẫn và tưới phun từ phía trên trong thời gian 3 tháng từ 20/8 đến 8/11/ 2005 Một số cây được trồng thử nghiệm: cây hoa xôn đỏ, cỏ roi ngựa đỏ Pê-ru, Salvia splendens đỏ, ma tiên thảo Peru… Cây được trồng trong nhà kính tại Đại học Arizona ở Tucson Tùy theo điều kiện thời tiết sẽ ảnh hưởng đến chu kỳ tưới cây Nước được cấp ba lần một ngày Đối với tưới phun, bình tưới phun nước bật trong thời gian từ 8 đến 12 phút/mỗi lần tưới, trong khi thảm mao dẫn được cung cấp nước trong thời gian từ 5 đến 8 phút /mỗi lần tưới Qua giai đoạn ba tháng nghiên cứu, kết quả cho thấy đối với những cây trồng bằng thảm mao dẫn lượng nước tưới ít hơn trung bình 71% so với những cây trồng sử dụng tưới phun ở phía trên Chiều cao của những cây trồng bằng thảm mao dẫn cao hơn 11% và 20% so với những cây trồng sử dụng tưới phun ở phía trên
B.K.Harbaugh, R.W.Henley and C.D Stanley [56] đã so sánh tốc độ sinh trưởng của một số cây theo phương pháp tưới truyền thống và phương pháp tưới dùng thảm mao dẫn Qua bảng 1.10 cho thấy chiều cao và độ rộng tán cây trồng theo phương pháp tưới dùng thảm mao dẫn lớn hơn theo phương pháp tưới truyền thống Chiều cao cây và độ
rộng tán cây Thu Hải đường (Vodka), cây Violet (Blue Charm), cây Trạng nguyên (Diva)
và cây Môn cảnh (Heart-throb) với đường kính chậu 4 inch trong nhà kính được giới thiệu trên bảng 1.7
Bảng 1.7 Đặc tính sinh trưởng của cây thí nghiệm tưới bằng thảm mao dẫn (nguồn:[56])
Phương pháp tưới Chiều cao cây (inch) Chiều rộng tán cây (inch)
Cây Thu Hải đường (Loài lai có tên thương mại là Vodka)
Cây Violet (Loài lai có tên thương mại là Blue Charm)
Cây Trạng nguyên (Loài lai có tên thương mại Diva)
Cây Môn cảnh (Môn trổ) (Loài lai có tên thương mại Heart-throb)
Trang 3923
Ursula K Schuch và các công sự [57] đã nghiên cứu cây trồng trong các chậu trên thảm tưới có lượng nước tưới ít hơn khoảng 71% trong mùa hè và khoảng 62% trong mùa đông so với tưới phun phía trên
Khi sử dụng phương pháp tưới bằng thảm tưới tránh phá hoại hệ thống bề mặt, ít bị ảnh hưởng của gió [50], chi phí và lợi nhuận kinh tế dự kiến trong khoảng thời gian 6 năm nên thảm tưới có lợi nhuận cao nhất so với các phương pháp tưới khác [58] Tuy nhiên, phương pháp tưới dùng thảm tưới cần có chi phí lắp đặt ban đầu, cần tạo một bề mặt đất rất phẳng để tránh các điểm tập trung nước hoặc khô trên tấm thảm, cần pha trộn đất có độ xốp cho phép để tăng khả năng mao dẫn chất tưới lên khu vực tập trung bộ rễ của cây và làm sạch và bảo dưỡng thảm [76] Độ sâu lắp đặt thảm tưới phụ thuộc vào vật liệu chế tạo thảm, từng loại cây và đất trồng cây [45]
1.4 Thấm hút chất lỏng trong vật liệu dệt
1.4.1 Khái quát về thấm hút chất lỏng
Theo Harnet và Mehta 66, thấm hút mô tả hoạt động ban đầu của xơ, sợi, vải khi tiếp xúc với nước, chất lỏng; truyền dẫn là khả năng duy trì dòng chảy mao dẫn, chất lỏng chuyển động dọc theo bề mặt của xơ nhưng không hấp thụ vào trong xơ dưới ảnh hưởng của sức căng giữa hai bề mặt
Nhiều công trình nghiên cứu dòng chảy chất lỏng qua vật liệu dệt đã được công bố Như mô hình lắp ráp sợi như là một bó các ống mao quản song song thông qua đó các dòng chất lỏng tuân theo phương trình Lucas-Washburn [67] Nghiên cứu vật liệu dệt như môi trường xốp thông qua đó dòng chảy chất lỏng đặc trưng bởi định luật Darcy [20] Liu Tao đã nghiên cứu đồng thời quá trình thấm hút và truyền dẫn chất lỏng cùng với những thay đổi trong kích thước hình học và tính chất cơ học sau khi vật liệu dệt đã thấm hút chất lỏng Vật liệu dệt thay đổi cấu trúc lỗ giữa các xơ, sợi, do đó ảnh hưởng đến quá trình thấm hút và vận chuyển chất lỏng [19] Vật liệu dệt là môi trường tạo nên từ nhiều các mao quản
có đường kính và chiều dài khác nhau và không đều Do đó sự thấm hút chất lỏng trong vật liệu dệt tuân theo các định luật mao dẫn [25] Như vậy có thể thấy, vật liệu dệt là môi trường thuận lợi cho mao dẫn chất lỏng nhờ cấu trúc xốp và có nhiều mao quản
Sự thấm hút chất lỏng trong vật liệu dệt là một trong các hiện tượng vật lý quan trọng xảy ra khi chế biến và sử dụng vật liệu dệt hiểu được hiện tượng này giúp tối ưu hóa việc sử dụng và lựa chọn chúng Hai tính chất cơ bản để đánh giá sự thấm hút chất lỏng trong vật liệu dệt là sự thấm hút và mao dẫn [68]
Sự thấm hút chất lỏng của vật liệu dệt được đo theo góc tiếp xúc θ Góc tiếp xúc được tạo thành giữa bề mặt vật liệu với bề mặt giới hạn của chất lỏng Khi nhỏ một giọt chất lỏng lên một bề mặt vật liệu dệt có các hiện tượng khác nhau xảy ra: không thấm hút, thấm hút một phần và thấm hút hoàn toàn (Hình 1.17) [74]
180o (a) Không thấm hút 0o ≤ < 180o
(b) Thấm hút một phần 0o
(c) Thấm hút hoàn toàn
Hình 1.17 Mức độ thấm hút (nguồn:[74])
Trang 4024
Nếu các phân tử chất lỏng có lực hút tương tác với nhau mạnh hơn so với lực hút tương tác giữa chất lỏng với các phân tử bề mặt chất rắn mà chúng tiếp xúc, thì sự thấm hút không xảy ra, và chất lỏng có xu hướng tụ lại thành giọt (θ180o) Nếu các phân tử chất lỏng có lực hút tương tác mạnh với các phân tử bề mặt chất rắn hơn là giữa các phân
tử chất lỏng với nhau, thì chất lỏng sẽ chảy lan ra trên bề mặt rắn, đó là sự thấm hút hoàn toàn (θ0o) Nếu tương tác giữa hai loại phân tử chất lỏng và chất rắn không trội hơn nhau nhiều, sẽ có sự thấm hút một phần (0o
≤ θ < 180o) Như vậy, độ lớn góc tiếp xúc phản ánh khả năng thấm hút chất lỏng của vật liệu Mối quan hệ giữa góc tiếp xúc và khả năng thấm hút chất lỏng của vật liệu được biểu thị trong bảng 1.8 Góc tiếp xúc càng nhỏ thì khả năng thấm hút chất lỏng của vật liệu càng cao
Bảng 1.8 Mối quan hệ giữa góc tiếp xúc và khả năng thấm hút chất lỏng của vật liệu
hệ giảm sức căng bề mặt Ngoài ra, góc thấm ướt còn phụ thuộc vào nhiệt độ, áp suất khí quyển, bản chất và độ nhớt của chất lỏng, bản chất của vật liệu dệt
Hình 1.18 Sức căng bề mặt trong quá trình thấm hút chất lỏng (nguồn:[69])
Lực cân bằng ở ranh giới giữa chất rắn(S) - lỏng(L) - khí(V) được mô tả bởi phương trình Young-Dupre [33]
SV (1.3) Theo Brojeswari Das và cộng sự [33], quá trình thấm hút bao gồm 2 giai đoạn: giai
đoạn hấp thụ các phân tử chất lỏng lên bề mặt tiếp xúc và giai đoạn khuyếch tán các phân
tử đã hấp thụ vào trong vật liệu Hai giai đoạn xảy ra đồng thời và tạo nên hai vùng khác biệt hấp thụ (thấm hút) và truyền dẫn (mao dẫn) Trong vùng hấp thụ 1 (vùng trung tâm) vải tiếp nhận chất lỏng trên cả bề mặt vải và các khoảng trống giữa chúng như những bể