Nghiên cứu tạo loại hạt khoáng dinh dưỡng cho các cây kiểng thủy canh và ứng dụng vào các loại hệ thống thủy canh cây nông

Trong điều kiện kinh tế phát triển như hiện nay thì trang trí nhà cửa là một nhu cầu không thể thiếu trong cuộc sống hàng ngày của con người, và cây kiểng thủy canh với các hạt khoáng di

LỜI CẢM ƠN

Trong quá trình thực hiện luận văn, tôi đã nhận được sự giúp đỡ rất nhiều từ phía Thầy Cô, gia đình và bạn bè Nhờ đó tôi đã vượt qua được những khó khăn, kịp thời chỉnh sửa những sai sót để hoàn thành cuốn luận văn này

Trước hết xin gửi lời cảm ơn đến TS Lê Thị Thủy Tiên – Bộ môn Công nghệ sinh học – đã trực tiếp hướng dẫn tôi thực hiện đề tài luận văn này Cô đã theo sát tiến trình thí nghiệm, kịp thời đưa ra những lời khuyên bổ ích cho luận văn của tôi

Xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc đến các Thầy Cô trong bộ môn Công nghệ sinh học đã giúp đỡ, hướng dẫn những kiến thức có liên quan cũng như đưa ra những lời khuyên bổ ích, giúp tôi làm tốt các thí nghiệm của mình Xin tri ân đến Ba Mẹ, anh chị em đã động viên, hỗ trợ tôi rất nhiều về mặt vật chất cũng như tinh thần, là động lực giúp tôi phấn đấu hết mình để hoàn thành tốt luận văn

Ngoài ra tôi xin ghi nhận và cảm ơn các bạn lớp HC06BSH, các anh chị làm luận văn Cao học, những người đã hỗ trợ tôi hết mình về tài liệu, hỗ trợ tôi làm thí nghiệm, tranh luận kết quả để đi đến những kết luận khoa học chính xác nhất

để tạo nên hạt khoáng như sau:

 Trong số 9 loại dung dịch khảo sát, dung dịch MS ¼ thích hợp nhất để cây đậu xanh 7 ngày tuổi phát triển

 Trong dãy nồng độ từ 1 – 2% (5 nồng độ), nồng độ alginate 1% thích hợp nhất để cố định chất dinh dưỡng

 Trong 2 loại hạt khoáng có đường kính khác nhau, hạt khoáng có đường kính 4mm thích hợp để thủy canh cây đậu xanh 7 ngày tuổi

 Hạt khoáng cố định đã xác định các thông số (tỉ lệ các chất khoáng, tỉ lệ alginate, đường kính hạt) bước đầu thử nghiệm thủy canh cây đậu xanh 7 ngày tuổi cho những kết quả rất khả quan, mở ra hướng mới cho kỹ thuật thủy canh, đặc biệt là áp dụng cho việc thủy canh cây kiểng

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i

TÓM TẮT ii

MỤC LỤC iii

DANH MỤC HÌNH v

DANH MỤC ẢNH vi

DANH MỤC BẢNG vii

CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU 1

1.1 Đặt vấn đề 1

1.2 Mục tiêu đề tài 1

1.3 Nội dung nghiên cứu 2

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 3

2.1 Sơ lược thuỷ canh cây trồng 3

2.1.1 Lịch sử nghiên cứu 3

2.1.2 Lợi ích của thuỷ canh cây trồng 5

2.2 Kỹ thuật thuỷ canh 6

2.2.1 Chất dinh dưỡng 6

2.2.2 Dung dịch dinh dưỡng 16

2.2.3 Các loại môi trường dinh dưỡng 24

2.3 Đặc điểm cây đậu xanh 26

2.4 Đặc điểm gel alginate 29

2.5 Nghiên cứu liên quan 32

CHƯƠNG 3: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP 35

3.1 Vật liệu 35

3.2 Phương pháp khảo sát 35

3.3 Phương pháp thí nghiệm 37

3.3.1 Phương pháp trồng và thủy canh cây đậu xanh 37

3.3.2 Phương pháp pha dung dịch dinh dưỡng 38

3.3.3 Phương pháp cố định khoáng chất trong alginate 39

3.3.4 Đo đạc thông số cây đậu xanh 40

3.3.5 Các chỉ tiêu theo dõi 40

CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 42

4.1 Thí nghiệm 1 42

4.2 Thí nghiệm 2 47

4.3 Thí nghiệm 3 50

4.4 Thí nghiệm 4 53

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 58

5.1 Kết luận 58

5.2 Kiến nghị 58

TÀI LIỆU THAM KHẢO 59

DANH MỤC HÌNH

Hình 2-1 Cấu trúc hóa học của alginate Cấu tạo của loại M ( –D–mannuronic acid) và loại G

( –L–guluronic acid) Các loại liên kết trong phân tử alginate: G-G; M-M; G-M 31

Hình 2-2 Phương pháp sản xuất alginate trong công nghiệp 32

Hình 2-3 Phản ứng kết tủa của alginate 32

Hình 2-5 Biểu đồ thể hiện sự phát triển của cải bẹ xanh mỡ trong hệ thống thủy canh 33

Hình 2-6 Đồ thị thể hiện sự phát triển của rau diếp với các loại giá thể khác nhau 34

Hình 3-1 Thí nghiệm 1: Xác định dung dịch dinh dưỡng thích hợp cho cây đậu xanh 35

Hình 3-2 Thí nghiệm 2: Xác định tỉ lệ alginate thích hợp tạo hạt 36

Hình 3-3 Thí nghiệm 3: Xác định kích thước hạt khoáng tối ưu cho cây phát triển 37

Hình 3-4 Phương pháp cố định khoáng chất bằng alginate 40

Hình 3-5 Cách đo thân và rễ 41

Hình 4-1 Đồ thị kết quả tăng trưởng khi thủy canh với các dung dịch dinh dưỡng khác nhau 43

Hình 4-2 Đồ thị kết quả tăng trưởng khi thủy canh với hạt khoáng có tỉ lệ alginate khác nhau 48

Hình 4-3 Đồ thị kết quả tăng trưởng khi thủy canh với hạt khoáng có đường kính khác nhau 51

Hình 4-4 Đồ thị kết quả tăng trưởng giữa thủy canh bằng dung dịch và bằng hạt khoáng 54

DANH MỤC ẢNH

Ảnh 2-1 Một vài hình ảnh về đậu xanh 28Ảnh 4-1 Cây đậu xanh sau 14 ngày thủy canh trong các loại môi trường MS, MS ½ và MS ¼ (theo thứ tự từ trái sang) 45Ảnh 4-2 Cây đậu xanh sau 14 ngày thủy canh trong các loại môi trường Hoagland 1, Hoagland 1

½, và Hoagland 1 ¼ (theo thứ tự từ trái sang) 45Ảnh 4-3 Cây đậu xanh sau 14 ngày thủy canh trong các loại môi trường Hoagland 2, Hoagland 2

½, và Hoagland 2 ¼ (theo thứ tự từ trái sang) 46Ảnh 4-4 Lá bị nâu, héo, chấm nâu ở gân lá khi thủy canh với các loại môi trường Hoagland 1 46Ảnh 4-5 Lá bị nâu, héo, chấm nâu ở gân lá khi thủy canh với các loại môi trường Hoagland 2 46Ảnh 4-6 Cây đậu xanh sau 14 ngày thủy canh trong môi trường hạt khoáng cố định với các tỉ lệ alginate khác nhau 50Ảnh 4-7 Các kích thước hạt alginate dùng trong thí nghiệm 3 52Ảnh 4-8 Cây đậu xanh sau 14 ngày thủy canh trong môi trường hạt khoáng cố định với đường kính hạt khoáng khác nhau 52Ảnh 4-9 Cây đậu xanh sau 14 ngày thủy canh trong môi trường dung dịch dinh dưỡng (trái) và hạt khoáng cố định (phải) 55

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2-1 Sự liên hệ giữa các nguyên tố với biểu hiện sinh lý thực vật 14

Bảng 2-2 Thành phần môi trường MS 24

Bảng 2-3 Thành phần các chất trong môi trường Hoagland 1 và 2 25

Bảng 2-4 Phần trăm (%) các nguyên tố khoáng trong môi trường Hoagland 25

Bảng 4-1 Bảng so sánh kết quả 9 loại môi trường 42

Bảng 4-2 Bảng so sánh kết quả 5 loại hạt khoáng có tỉ lệ alginate khác nhau 47

Bảng 4-3 Bảng so sánh kết quả 2 loại hạt khoáng có kích thước khác nhau 50

Bảng 4-4 Bảng kết quả khi thủy canh cây bằng dung dịch dinh dưỡng và bằng hạt khoáng 53

Bảng 4-5 So sánh giữa thuỷ canh bằng hạt khoáng cố định và dung dịch dinh dưỡng 57

cố định, sau một thời gian sẽ hoàn toàn phân hủy, không gây ô nhiễm môi trường (vì

có nguồn gốc từ thiên nhiên) Trong điều kiện kinh tế phát triển như hiện nay thì trang trí nhà cửa là một nhu cầu không thể thiếu trong cuộc sống hàng ngày của con người,

và cây kiểng thủy canh với các hạt khoáng dinh dưỡng sẽ là một vật trang trí độc đáo

và mới lạ, góp phần điểm tô cho những ngôi nhà thêm xinh đẹp

1.2 Mục tiêu đề tài

Đề tài này được thực hiện nhằm tạo ra một loại hạt khoáng có thể cung cấp chất dinh dưỡng cho các loại cây kiểng thủy canh cũng như ứng dụng vào các loại hệ thống thủy canh cây nông nghiệp vì vậy mục tiêu của đề tài này bao gồm:

1) Xác định môi trường dinh dưỡng thích hợp nhất cho đối tượng nghiên cứu thí nghiệm là cây đậu xanh Dung dịch phải đáp ứng được 2 mục tiêu là giúp cây phát triển tốt và giá thành rẻ

2) Cố định dung dịch dinh dưỡng đã xác định được bằng alginate với nhiều loại nồng độ alginate cũng như kích thước hạt alginate khác nhau để tạo được hạt

khoáng thích hợp cho thủy canh cây trồng, vừa có thể cung cấp dinh dưỡng cho cây, vừa có thể làm giá thể cho bộ rễ của cây, vừa tiện lợi trong vận chuyển và bảo quản

1.3 Nội dung nghiên cứu

Bao gồm 3 nội dung chính:

1) Tìm hiểu kiến thức về thủy canh cây trồng và dinh dưỡng trong thủy canh cây trồng, đặc điểm sinh thái và sinh trưởng của cây đậu xanh, đặc điểm của algi-nate Kiến thức này làm nền tảng cho việc thao tác, thủy canh cây đậu xanh bằng các loại dung dịch hoặc các hạt gel và giúp giải thích các kết quả thí nghiệm cũng như đưa ra quyết định nên chọn loại môi trường nào, tỉ lệ polymer

là bao nhiêu

2) Nghiên cứu đặc điểm cố định dung dịch bằng alginate, được ứng dụng rất nhiều trong lĩnh vực thực phẩm, enzyme, và nay mở rộng sang lĩnh vực trồng trọt Xác định tỉ lệ alginate cũng như kích thước hạt khoáng tối ưu để giúp hạt khoáng hình thành và vẫn giải phóng được dinh dưỡng ra ngoài dung dịch 3) Sử dụng hạt khoáng thành phẩm để thủy canh cây đậu xanh, so sánh với việc thủy canh cây bằng dung dịch dinh dưỡng nhằm xác định tính hiệu quả của đề tài

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU

2.1 Sơ lược thuỷ canh cây trồng

Thủy canh là kỹ thuật trồng cây không dùng đất mà trồng trực tiếp vào dung dịch dinh dưỡng hoặc các giá thể mà không phải là đất Các giá thể đó có thể là cát, trấu, rán, vỏ xơ dừa, than bùn, vermiculite, perlite

Kỹ thuật thủy canh là một trong những kỹ thuật tiến bộ của nghề làm vườn hiện đại Chọn lựa môi trường tự nhiên cần thiết cho cây phát triển và cây tránh được sự phát triển của cỏ dại, côn trùng và bệnh tật lây nhiễm từ đất

2.1.1 Lịch sử nghiên cứu

Ngoài nước:

Kỹ thuật thủy canh đã có từ lâu Theo những tài liệu ghi chép bằng chữ tượng hình của người Ai Cập trong vài trăm năm trước Công nguyên, đã mô tả lại sự trồng cây trong nước Sự nghiên cứu trong những niên đại gần đây nhất cho thấy vườn treo Babilon và vườn nổi Kashmir và tại Aztec Indians của Mexico cũng còn những nơi trồng cây trên bè trong những hố cạn Hiện tại vẫn còn nhiều bè trồng cây được tìm thấy ở gần thành phố Mexico

1699 John Woodward (người Anh) đã thí nghiệm trồng cây trong nước có chứa các loại đất khác nhau Những năm 60 của thế kỉ 19 Sachs & Knop (Đức) đã sản xuất

ra các dung dịch để nuôi cây

Trong những năm 30 của thế kỉ 20 Tiến sĩ W.F.Gericke (California) đã phổ biến rộng rãi thủy canh ở nước Mỹ Những nông trại thủy canh di động đã cung cấp thực phẩm rau tươi cho lính Mỹ trong suốt thời gian chiến tranh quân sự tại Nam Thái Bình Dương Trong số đó có trại lớn nhất rộng 22 hecta ở Chofu Nhật Bản Ngay tại Mỹ, thủy canh được dùng rộng rãi cho mục đích sản xuất kinh doanh hoa như: Cẩm chướng, Layơn, Cúc, Các cơ sở lớn trồng hoa bằng phương pháp thủy canh còn có ở

Ý, Tây Ban Nha, Pháp, Anh, Đức, Thụy Điển Trong khi đó ở các vùng khô cằn như Vịnh Ả Rập, Israel, phương pháp thủy canh được sử dụng rất phổ biến để trồng rau

Ở các nước Châu Mỹ La Tinh, rau sạch cũng là sản phẩm chính của thủy canh

Hà Lan có hơn 3600 ha cây trồng không cần đất, Nam Phi có khoảng 400 ha Ở pore Liên doanh Aero green Technology là công ty đầu tiên ở Châu Á áp dụng kĩ thuật thủy canh trồng rau trong dung dịch dinh dưỡng, không cần đất và không phải dùng phân hóa học có hại để sản xuất với qui mô lớn Hàng năm Singapore tiêu thụ lượng rau trị giá 260 triệu USD Vì đất có giới hạn nên 90% rau xanh được nhập khẩu, hiện tại nông trại Aero Green ở Lim Chu Kang trị giá 5 triệu USD đang được thu hoạch khoảng 900 kg rau mỗi ngày

Singa-Nhật Bản đẩy mạnh kĩ thuật thủy canh để sản xuất rau sạch An toàn thực phẩm

là một trong những vấn đề mà người Nhật rất quan tâm, họ luôn lo ngại và thận trọng đối với những phụ gia thực phẩm hay thuốc trừ sâu nông nghiệp Hơn nữa vì diện tích đất canh tác quá hạn hẹp nên chính phủ Nhật rất khuyến khích và trợ giúp kiểu trồng này, rau sạch sản xuất bằng phương pháp này giá đắt hơn 30% so với rau trồng ở môi trường bên ngoài nhưng người tiêu dùng vẫn chấp nhận

và Công nghệ ở một số tỉnh thành Công ty Golden Garden & Gino, nhóm sinh viên Đại học Khoa Học Tự Nhiên Thành Phố Hồ Chí Minh với phương pháp thủy canh vài loại rau thông dụng, cải xanh, cải ngọt, xà lách phân viện công nghệ sau thu hoạch, Viên Sinh học nhiệt đới cũng nghiên cứu và sản xuất Nội dung chủ yếu là:

Thiết kế và phối hợp sản xuất thử các vật liệu dùng cho thủy canh

Nghiên cứu trồng các loại cây khác nhau, cấy truyền từ nuôi cấy mô vào hệ thống thủy canh trước khi đưa vào đất một số cây ăn quả khó trồng trực tiếp vào đất

Triển khai thủy canh ở quy mô gia đình, thành thị và nông thôn

Kết hợp thủy canh với dự án rau sạch của thành phố

2.1.2 Lợi ích của thuỷ canh cây trồng

Ngày nay thủy canh có một vai trò ngày càng cao trong sự phát triển của ngành nông nghiệp thế giới sức ép của dân số, sự thay đổi khí hậu, sự xói mòn đất, sự phân phối nước không đồng đều và sự ô nhiễm nguồn nước, đó là tất cả những yếu tố ảnh hưởng đến cách thức canh tác khác nhau Thủy canh đã đáp ứng được nhiều đòi hỏi từ việc canh tác ngoài trời đến việc trồng trong nhà kính, đến việc sử dụng nguồn sáng trong việc sử dụng năng lượng nguyên tử ngầm ở đại dương đã cung cấp rau sạch cho phi hành đoàn Đây là một ngành khoa học cao được sử dụng tại những nước đang phát triển của thế giới thứ ba để cung cấp thức ăn cho những vùng khắc nghiệt, nguồn nước sạch không có

Tại Úc, điều kiện khí hậu khắc nghiệt và không thể tiên đoán được, ít đất canh tác nên thủy canh được sử dụng để cung cấp những sản phẩm hoa tươi cho thị trường

và xuất khẩu, cung cấp thức ăn cho vật nuôi trong suốt mùa đông và những vùng bị hạn hán tác động Trong tương lai, thủy canh được thuyết phục nhiều hơn với sự khám phá vũ trụ Theo nghiên cứu của cơ quan NASA đã thiết lập những cơ sở nuôi trồng

dự kiến sẽ đưa lên mặt trăng Ngày nay người tiêu dùng đã trở nên tin tưởng hơn với những rau cải trồng với phương pháp thủy canh bởi vì sự phân hóa đất, nạn phá rừng,

Không phải sử dụng thuốc trừ sâu bệnh và các hóa chất độc hại khác

Năng suất cao vì có thể trồng liên tục Sản phẩm hoàn toàn sạch, đồng nhất, giàu dinh dưỡng và tươi ngon

Các chất dinh dưỡng hòa tan có sẵn trong dung dịch, bộ rễ không cần phát triển mạnh nhưng hoàn toàn thu được đủ dinh dưỡng cho cây phát triển tốt

Không tích lũy chất độc, không gây ô nhiễm môi trường (đất và nước) vì các khoáng chất quan trọng không bị mất đi

Nhƣợc điểm:

Chỉ trồng các loại cây rau quả, hoa ngắn ngày

Giá thành sản xuất cao hơn rau bình thường

Cần nghiên cứu và phát triển thêm khi thủy canh nhiều loại cây khác nhau

Sự phản ứng của cây đối với môi trường quá giàu hoặc nghèo dinh dưỡng nhanh không thể tưởng tượng được, do đó ta cần phải cẩn thận và có sự quan sát hàng ngày

2.2 Kỹ thuật thuỷ canh

2.2.1 Chất dinh dƣỡng

Những nguyên tố cần thiết cho sự sinh trưởng và phát triển đối với đời sống thực vật là O, H, N, C, S, Mg, Mn, Fe, Cu, Zn, Bo, Mo Một số nguyên tố thì chỉ cần với số lượng rất ít, tuy nhiên một trong các nguyên tố đó có thể trở thành một nhân tố giới hạn đối với sự sinh trưởng bình thường của cây Nhiều nguyên tố được tìm thấy trong các enzyme và co-enzyme (các chất này là nhân tố điều hòa các hoạt động sinh hóa), trong khi những chất khác thì quan trọng đối với sự tích trữ chất dinh dưỡng Sự thiếu hụt bất kì một nguyên tố nào đều thể hiện ra với những triệu chứng và đặc thù riêng,

có thể cho ta biết là cây đang thiếu loại nguyên tố nào

2.2.1.1 Các nguyên tố cơ bản

a) Carbon

Carbon được cung cấp bởi không khí ở dạng CO2 Mặc dù tỷ lệ khí CO2 trong khí quyển thấp (0.03%) nhưng lượng này trong khí quyển cũng đã là rất lớn ngay cả khi thực vật đã tiêu thụ một lượng lớn, nhưng lượng này vẫn luôn được giữ không đổi Khí CO2 xâm nhập vào cơ thể thực vật qua quang hợp

b) Oxygen

O2 đóng một vai trò rất quan trọng đối với sinh trưởng và phát triển của cây, với chức năng quan trọng trong quá trình hô hấp Chức năng sống có thể bị ngừng lại nếu như không có quá trình hô hấp Cây hấp thụ O2 từ khí quyển, qua lá, và từ nước thông qua rễ Thông thường thì không có vấn đề gì xảy ra khi hấp thụ O2 từ lá nhưng sự hấp thụ qua rễ có thể giảm sút nếu như rễ mọc trong nước không được thoáng khí, hoặc ở giữa lớp cát mà không khí không thể vào được

c) Hydrogen

Cây hấp thụ H2 hầu hết là từ nước, thông qua quá trình thẩm thấu ở rễ H2 rất quan trọng vì chất béo và carbohydrate đều có thành phần chính là H, cùng với O và

C Những nhà thủy canh học nhanh chóng nhận thấy tầm quan trọng của H2, khi đo độ

pH của dung dịch dinh dưỡng H2 phải ở trong phạm vi cho phép, những giá trị này được xác định tùy theo nhu cầu của từng loại cây trồng Tính acid của môi trường phụ thuộc vào lượng ion H+, còn tính kiềm phụ thuộc vào lượng ion OH-

2.2.1.2 Các nguyên tố đa lƣợng

Hiện diện vài phần nghìn đến vài phần trăm ( 10-3 – 10-2 g/g trọng lượng khô) Bao gồm: N:1 – 3%; K: 2 – 4%; Ca: 1 – 2%; Mg: 0.1 – 0.7%, S: 0.1 – 0.6%; P: 0.1 – 0.5% Có thể xếp Cl, Na, Si vào nhóm nguyên tố đa lượng vì chúng có hàm lượng rất thay đổi tùy thuộc vào loài thực vật

a) Nitrogen (N)

Là thành phần bắt buộc của protein chất đặc trưng cho sự sống Nó có trong thành phần enzyme, trong màng tế bào, trong diệp lục tố thực hiện chức năng quang hợp Các hợp chất Nitơ còn cung cấp năng lượng cho cơ thể khi tham gia vào cấu tạo của ADP và ATP Nitơ có ý nghĩa quan trọng đối với đời sống thực vật Nitơ tồn tại dưới hai dạng: dạng khí nitơ tự do trong khí quyển (N2) và dạng các hợp chất nitơ hữu

cơ, vô cơ khác nhau Nitơ là yếu tố dinh dưỡng góp phần rất quan trọng trong việc điều tiết quá trình sinh lý, trao đổi chất của cây Nitơ còn là thành phần của nhiều vi-tamin B1, B2, B6, PP đóng vai trò là nhóm hoạt động của nhiều hệ enzyme oxy hóa khử, trong đó có sự tạo thành adenin (Bonner, 1996) Nitơ còn có tác động nhiều mặt đến sự đồng hóa CO2, khi thiếu nitơ cường độ đồng hóa CO2 giảm làm giảm cường độ quang hợp Khi cung cấp đầy đủ nitơ cho cây làm tăng sự tổng hợp auxin (Phạm Đình Thái, 1980) Nitơ còn ảnh hưởng đến các chỉ tiêu hóa keo của chất sống như độ ưa nước, độ nhớt, từ đó ảnh hưởng đến cường độ quang hợp, hô hấp và các quá trình sinh lý trao đổi chất Dạng sử dụng là urê, (NH4)2SO4, NH4NO3,

Nếu cây trồng hấp thu N2 vượt quá nhu cầu thì thân cây sẽ mềm mỏng và khó hình thành hoa Tuy nhiên, nếu không cung cấp đủ lượng cần thiết cây sẽ bị cứng do thừa cellulose và lignin ở thành tế bào Cây trồng hấp thụ N2 từ môi trường dinh dưỡng và từ khí quyển Ở cây cà chua trong giai đoạn sinh trưởng sinh dưỡng cần một lượng N2 vừa đủ (giai đoạn đầu tiên từ 2 đến 3 tháng sau khi trồng), thân cây sẽ phát triển cứng cáp Khi cây đã phát triển cành để đậu quả và khi trái chín thì nhu cầu N2 sẽ cao Nitơ là nguyên tố đa lượng duy nhất, mà cây trồng có thể hấp thụ ở cả dạng anion

và cation Một vài hỗn hợp dinh dưỡng trộn lẫn một lượng lớn NO3 và một lượng nhỏ

NH4+, ion H+ được giải phóng ra từ rễ và làm tăng tính acid của môi trường Đối với

N2 cung cấp từ NO3 , môi trường dinh dưỡng có tính kiềm, vì ion OH giải phóng ra từ

rễ sẽ làm cho môi trường dinh dưỡng cân bằng tĩnh điện Ở môi trường trồng cà chua khi bị giảm pH thì nguồn NH4+ được sử dụng, còn pH tăng khi tất cả các nguồn NO3được sử dụng, độ pH sẽ được giữ không đổi khi người trồng điều chỉnh nguồn N2 thích hợp Tuy nhiên cũng cần phải tiến hành chăm sóc để chắc chắn cân bằng giữa NO3 và

NH4+ không đổi Tỷ lệ 50/50 gây ngộ độc NH4+ Tỷ lệ 75% NO3 và 25% NH4+ thì được một số người trồng cây chấp nhận hơn, trong khi một số thực vật khác lại thích hợp với tỷ lệ 90% – 10% Khi thiếu nitơ thì thân lá, bộ rễ kém phát triển, lá có màu xanh nhợt, phiến lá mỏng, ảnh hưởng đến quang hợp nên năng suất giảm rõ rệt

b) Phosphorus (P)

P là thành phần quan trọng trong sự sinh trưởng, P cần thiết cho sự phân chia tế bào, sự tạo hoa và trái, sự phát triển của rễ P có liên quan đến sự tổng hợp đường, tinh bột vì P là thành phần của các hợp chất cao năng tham gia vào các quá trình phân giải hay tổng hợp các chất hữu cơ trong tế bào Sau khi P xâm nhập vào thực vật dưới dạng các hợp chất vô cơ (P2O5, KH2PO4 ) theo con đường đồng hóa sơ cấp P bởi hệ rễ sẽ tham gia vào hầu hết các quá trình trao đổi chất của cây P đóng vai trò quyết định sự biến đổi vật chất và năng lượng mà mối liên quan tương hỗ của các biến đổi đó, qui định chiều hướng, cường độ các quá trình sinh trưởng, phát triển của cơ thể thực vật và cuối cùng là năng suất Khi thiếu P cây có thể biểu hiện rõ rệt về hình thái bên ngoài: năng suất giảm Đối với những cây họ hòa thảo khi thiếu P thân sẽ mềm yếu, sự sinh trưởng của rễ, sự đẻ nhánh, phân cành kém Lá cây có màu xanh đậm do sự thay đổi tỉ

lệ diệp lục tố a và diệp lục tố b Ở những lá già thì đầu mút của lá và thân có màu đỏ, hàm lượng protein trong cây giảm, hàm lượng nitơ hòa tan tăng Đối với cây ăn quả thì

tỉ lệ đậu quả kém, quả chín chậm, trong quả có hàm lượng acid cao Biểu hiện triệu chứng thiếu ở lá già trước Ở môi trường có pH thấp (acid) nhiều Fe thì dễ bị thiếu P vì làm P ít linh động Sự thiếu P thường đi đôi với sự thiếu nitơ và có triệu chứng gần tương tự nhau vì P liên hệ đến sự biến dưỡng N2

c) Potassium (K)

K làm gia tăng quá trình quang hợp và thúc đẩy sự vận chuyển gluxit từ phiến lá vào các cơ quan K còn tác động rõ rệt đến trao đổi protit, lipit, đến quá trình thành các vitamin K rất dễ xâm nhập vào tế bào, làm tăng tính thấm của thành tế bào đối với các chất khác, tăng quá trình thủy hóa, giảm độ nhớt, tăng hàm lượng nước liên kết K ảnh hưởng đến quá trình sinh tổng hợp các sắc tố trong lá, ảnh hưởng tích cực quá trình đẻ nhánh, hình thành bông và chất lượng hạt của các cây ngũ cốc K rất cần thiết cho sự

sinh trưởng và nó đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì chất lượng quả Ở cây Cà chua có hàm lượng K cao sẽ làm cho quả rắn chắc, phần thịt quả sẽ được giữ cứng trong một thời gian dài, ngay cả khi hái quả vào giai đoạn chín Với lượng K khoảng

300 ppm thì chỉ bảo quản được 20 ngày Tuy nhiên, vấn đề là khi tăng hàm lượng K thì lại gây ảnh hưởng bất lợi cho việc hấp thụ Mg Nếu K quá cao, thì cần phải sử dụng phương pháp phun MgSO4 trên lá Nguồn K được sử dụng nhiều là hợp chất KNO3, mặc dù K2SO4 đôi khi vẫn được sử dụng nhưng chỉ với mục đích là làm giảm nồng độ của nitơ Trong nhiều nghiên cứu của các nước có khí hậu bốn mùa rõ rệt thì trong suốt mùa đông, khi mà cả thời gian dài chỉ có mây, K có thể được sử dụng với nồng độ cao hơn mùa hè Tuy nhiên, khi sử dụng KNO3, lượng N2 dư thừa cần phải được tính toán Nếu quá nhiều N2 hơn mức cho phép, nồng độ đường sẽ giảm và quả sẽ có vị nhạt Kali giúp cho sự gia tăng tính chống chịu của cây với nhiệt độ thấp, khô hạn và bệnh Khi thiếu K thì sự tích tụ amoniac cao gây độc cho cây, biểu hiện là lá có màu xanh dương sẫm, đọt bị cháy hay có những đốm màu nâu, có khi lá cuốn lại, thường xuất hiện ở lá già trước Các triệu chứng khác như chồi cằn cỗi, cây chết, không trổ hoa, rễ kém phát triển, lóng ngắn Kali được sử dụng dưới dạng KCl, KHCO3,

K2HPO4, KNO3, K2SO3

d) Calcium (Ca)

Canxi là thành phần muối pectate của tế bào (pectate calcium) có ảnh hưởng đến tính thấm của màng Trong tế bào Ca hiện diện ở không bào, mô già ở lá già nhiều Ca hơn lá non Canxi cần cho sự thâm nhập của NH4+ và NO3– vào rễ, khi môi trường đất

có pH thấp (3 – 4) thì ion Al3+ bình thường bị keo đất hấp thu sẽ phóng thích ra môi trường và gây độc cho rễ Canxi là ion kém linh động nên màng tế bào thực vật ngoại hấp dễ dàng Khi nồng độ Ca cao trong môi trường thì Fe bị kết tủa cho nên các chất này giảm hoặc không di chuyển vào trong tế bào, kết quả lá bị vàng Ca còn là chất hoạt hóa của vài enzyme nhất là ATPase Ca cần với một khối lượng lớn cho thân và

rễ Ca cũng cần cho sự cho sự hấp thu N2 Ca không được hấp thụ như những nguyên

tố khác nên bất kỳ sự thiếu hụt nào cũng biểu hiện rất nhanh ở trên những lá non Lượng thấp Ca cũng gây ảnh hưởng đến kích thước của trái Sản lượng thu hoạch sẽ bị

giảm rất đáng kể nếu như lượng Ca xuống rất thấp dưới 100ppm Nồng độ Ca trên 100 ppm sản lượng cũng sẽ gia tăng Khi thiếu Ca, đặc biệt trong môi trường thủy canh thì

rễ sẽ bị nhầy nhụa dẫn đến sự hấp thu chất dinh dưỡng bị trở ngại, cây ngừng sinh trưởng, phát triển và chết Biểu hiện thiếu là ngọn chồi lá non thường bị xoắn, lá tua cháy bìa lá, thân, cuống hoa gãy và chết Ca2+ còn là chất đối kháng của ion K+ Sử dụng Ca2+ dưới dạng Ca(NO3)2, CaCl2, CaSO4

e) Magnesium (Mg)

Là thành phần cấu trúc của diệp lục tố, có tác dụng sâu sắc và nhiều mặt đến quá trình quang hợp, hỗ trợ cho nhiều enzyme đặc biệt ATPase liên quan trong biến dưỡng carbohydrate, sự tổng hợp acid nucleic, sự liên kết của ATP với các chất phản ứng Khi thiếu Mg lá bị vàng, quang hợp kém dẫn đến năng suất giảm Sử dụng Mg dưới dạng MgSO4 H2O, MgO

2.2.1.3 Các nguyên tố vi lƣợng

Các nguyên tố vi lượng có vai trò quan trọng trong đời sống thực vật Hàm lượng các nguyên tố này trong mô thực vật biến động trong khoảng một phần nghìn đến một trăm phần nghìn Các nguyên tố vi lượng tham gia vào quá trình oxy hóa khử, quang hợp, trao đổi nitơ và glucid của thực vật, tham gia vào các trung tâm hoạt tính của en-zyme và vitamin, làm tăng tính chống chịu của thực vật đối với các điều kiện môi trường bất lợi Sự thiếu hụt các nguyên tố vi lượng có thể gây ra nhiều bệnh và không hiếm những trường hợp cây bị chết ở tuổi cây non Các nguyên tố như Cu, Bo, Zn, và

Mo cần thiết nhưng chỉ cần với lượng rất nhỏ Những nguyên tố này có ảnh hưởng đến sinh trưởng và phát triển của cây

a) Zinc (Zn)

Tham gia trong quá trình tổng hợp auxin, vì Zn có liên quan đến hàm lượng thophan, tiền thân của quá trình sinh tổng hợp NAA Zn còn là chất hoạt hóa của nhiều enzym dehydrogenaza, có thể có vai trò trong sự tổng hợp protein Zn có tác dụng phối hợp với nhóm GA3 Zn có liên quan đến sinh tổng hợp vitamin nhóm B1, B2, B6, B12 Ngoài ra còn ảnh hưởng đến độ bền của diệp lục tố, có tác dụng tốt đến tổng hợp caro-

tryp-tenoid Zn còn thúc đẩy sự vận chuyển các sản phẩm quang hợp từ lá xuống các cơ quan dự trữ, tăng khả năng giữ nước, độ giữ nước của mô do làm tăng quá trình tổng hợp các cao phân tử ưa nước như protein, axit nucleic Khi thiếu Zn thì cường độ tổng hợp trypthophan từ indol và xerin bị kìm hãm nên rễ không tạo được hoặc kém phát triển, lá bị bạc màu do sắc tố bị hủy hoại, lá kém phát triển dạng lá không bình thường, lóng ngắn Sử dụng Zn dưới dạng ZnSO4.7H2O

b) Sulfur (S)

Giữ vai trò đệm trong tế bào (trao đổi anion với các tế bào) S là thành phần cấu trúc của cystein, methyonin, tạo cầu nối S-S (disulfur) tạo cấu trúc bậc 3 của protein S còn là thành phần của vài enzyme Thiếu S sự sinh tổng hợp protein giảm, cây bị hoàng hóa do không tổng hợp được diệp lục tố, lá có màu lục nhạt thỉnh thoảng có một phần lá bị đỏ, thường xuất hiện ở lá non, cây chậm lớn, năng suất, phẩm chất giảm Sử dụng lưu huỳnh dưới dạng MgSO4.7H2O, FeSO4, amonium sulfate (NH4)2SO4

c) Iron (Fe)

Có vai trò quan trọng trong phản ứng oxy hóa khử, là nhân của pooc phyrin, Fe tham gia trong chuỗi vận chuyển điện tử ở quang hợp (Ferodoxin và khử nitric) Fe còn xúc tác sự khử CO2 của OAA (oxaloacetic acid), succinic acid Fe đóng vai trò kết hợp giữa enzym và đài chất để enzym dễ dàng hoạt động Bệnh thiếu Fe rất dễ xảy ra khi môi trường nhiều Ca hoặc pH môi trường quá kiềm vì Fe bị kết tủa dưới dạng hy-drate Fe là ion bất động trong thực vật, nên khó chẩn đoán trên phần non Sự thiếu hụt nhanh chóng biểu hiện ở trên lá và sẽ ngăn chặn sự sinh trưởng và phát triển Sự thiếu hụt sắt thường dẫn đến bệnh vàng lá trầm trọng, và trong điều kiện yếu như thế sẽ làm giảm lượng clorophin ở lá Sắt không hoạt động mạnh trong cây và tác động thiếu này

sẽ biểu hiện màu vàng trên những lá non Cần phải điều khiển chặt chẽ độ pH cần thiết

để đảm bảo sự ổn định Fe trong dung dịch dinh dưỡng Lượng Fe hòa tan giảm nhanh chóng trong môi trường nếu pH vượt quá 6.5 Lượng Fe giảm trong dung dịch dinh dưỡng khá nhanh, so với những nguyên tố khác có trong môi trường do một số nguyên nhân sau: Quá trình oxy hóa Fe bởi tia UV (ánh nắng mặt trời), khi mà dung dịch dinh dưỡng cung cấp cho cây dưới dạng các tia phun sương Độ pH của dung dịch dinh

dưỡng vượt quá 6.5 Sự hấp thu của cây trồng cho sự sinh trưởng và phát triển Trở thành dạng không tan bởi một số cấu phần khác nhau trong môi trường Sử dụng môi trường làm tăng độ pH, cũng có ảnh hưởng quan trọng đối với khả năng hoạt động của

Fe như việc sử dụng vật liệu đá vôi CaCO3 sẽ làm tăng độ pH trong dung dịch, gây ra

sự kết tủa PO43-, Fe, Mn trong dung dịch dinh dưỡng Cây thiếu Fe thường bị vàng hoàn toàn và bị cháy sém ở ngọn, mép lá Nếu môi trường nhiều Zn, Cu, P dẫn đến thiếu Fe Nếu môi trường thiếu Mg, Ca, K cũng dẫn đến thiếu Fe Sử dụng Fe ở dạng chelat Fe là tốt nhất hoặc FeSO4.7H2O hay Fe – EDTA (ethylenediamin tetra acetate) cung cấp khoảng 13,2% Fe Một vài loại chelate khác có thể ở mức dưới 7%

d) Copper (Cu)

Gần giống vai trò của Fe, đồng là thành phần cấu trúc của nhiều enzyme xúc tác các phản ứng oxy hóa khử, can thiệp vào các phản ứng oxy hóa cần O2 phân tử Thiếu đồng, lá kém phát triển, lá màu xanh đậm, nếu thiếu nhiều dẫn đến chết một phần của

lá Trên lá ngũ cốc nếu thiếu còn gặp triệu chứng bìa lá bị mất diệp lục tố, ngọn lá bị

hư Cây ăn trái thiếu đồng thường bị chết ngược, sự mất diệp lục tố xảy ra, cây dạng phân tán Trong môi trường nuôi trồng thủy canh việc sử dụng Cu trong môi trường còn có tác dụng ngăn cản sự phát triển của vi sinh vật trong môi trường dinh dưỡng nước Sử dụng Cu dưới dạng CuSO4.5H2O

e) Manganese (Mn)

Ảnh hưởng của Mn đối với cây trồng khá giống với Fe, ngoại trừ bệnh vàng lá không xuất hiện ở các lá non, như trong trường hợp của Fe Có một vài dấu hiệu cho thấy có sự ảnh hưởng lẫn nhau giữa các lượng khác nhau Fe và Mn Cần phải phòng ngừa trước để chắc chắn sự cân đối giữa Mn và Fe là không đổi trong giới hạn thích hợp để cây trồng phát triển tốt nhất

f) Silicon (Si)

Mặc dù Si chưa được thừa nhận như là một yếu tố thiết yếu cho thực vật cấp cao nhưng hiệu quả của nó đã được nghiên cứu trong nhiều thực vật Si có nhiều trong các cây đang phát triển, và hầu như không hiện diện ở trong các cây trồng đang phát triển,

nhưng hầu như không hiện diện ở trog các cây trồng thủy canh Từ lâu, Si được thừa nhận như là một yếu tố quan trọng cần cho sự phát triển của lúa và một số cây ngũ cốc, nhưng theo nghiên cứu vừa mới đây cho thấy có lẽ Si chỉ quan trọng trong giai đoạn ra hoa (Ma và cộng sự viên, 1989) Si có hai hiệu quả đáng kể như sau: chống lại sự tấn công của côn trùng và bệnh tật (Cherif và cộng sự, 1944; Winslow, 1992 Samuels, 1991), chống lại tác dụng độc của kim loại (Vlamis và williams, 1967; Baylis và cộng

sự, 1994).Vì những lí do nêu trên nên việc thêm Si (khoảng 0.1mM) vào dung dịch thủy canh cho tất cả các cây là cần thiết

g) Molypdenum (Mo)

Tham gia vào thành phần của enzyme nitrate reductase Thiếu Mo sẽ có sự hoàng hóa và hoại mô ở những lá già, hoa rụng sớm hay không thành lập được Ở vài loại thực vật như bông cải, lá không bị hoại mô nhưng bị xoắn lại và chết sau đó

h) Boron (B)

B tham gia vào sự tổng hợp acid nucleic, các phảm ứng hormone, các chức năng của màng, trong sự vận chuyển carbonhydrate và trong việc sử dụng Ca cho sự thành lập vách Thiếu B, sự phân chia tế bào bị ngăn cản, các lá non bị hoại mô (các đốm đen) chủ yếu ở gốc lá, nụ hay củ; trái và rễ phù to; cây có thể bị mất ưu tính ngọn và phân nhánh nhiều nhưng ngọn nhánh bị hoại mô ngay sau đó

i) Chlorine (Cl)

Clo cần cho sự quang giải nước và sự phân chia của tế bào lá và rễ thiếu Cl, sự hoàng hóa và hoại mô xảy ra dẫn đến ngọn lá bị héo, lá có màu đồng và tăng trưởng chậm, rễ dày lên ở vùng gần chóp rễ

Bảng 2-1 Sự liên hệ giữa các nguyên tố với biểu hiện sinh lý thực vật [1]

Nguyên

Triệu chứng nhiễm độc

N Lá xanh xám, rễ ốm; lá nhỏ với những lá phía

dưới có màu vàng; trái nhỏ; chồi hoa rụng

Thân và lá tăng trưởng quá lớn; lá có màu xanh

rất đậm

P

Tán lá có màu xanh đen với những lá dưới có màu

tía; cây còi cọc; thân cứng; hệ thống rễ nghèo nàn;

sự thiếu hụt đầu tiên thể hiện ở lá trưởng thành; lá

rụng sớm; quá trình tạo quả có thể bị ngừng lại

Không có dấu hiệu

K

Biểu hiện như lá bị cháy; lá cuộn lại và thường

rụng, sinh trưởng hạn chế; quả chín không đều,

thân mềm

Dư thừa K sẽ ảnh hưởng đến hoạt động của các nguyên tố khác

Mg

Vàng ở giữa các vân với các vân vẫn màu xanh;

mép lá xoắn lại; hình thành quả giảm nếu thiếu

nghiêm trọng

Lá lớn có màu sáng

Fe Lá non bị bệnh vàng lá; triệu chứng lan dần đến

những lá già hơn; sinh trưởng kém; hoa rụng Không có dấu hiệu

Mn

Xuất hiện những đốm vàng trên lá; bệnh vàng lá ít

nghiêm trọng hơn do thiếu Fe; lá có mạng; rất ít

hoa được hình thành

Sinh trưởng chậm và thân nhỏ

S Vàng lá, gân lá có màu sáng hơn những vùng

xung quanh; những lá phía trên bị quăn xuống

Giảm kích thước và sự tăng trưởng của lá

Ca

Lá non bị quăn lại, cuối cùng chết ở phía lưng từ

đầu ngọn và mép lá; xuất hiện những điểm chết;

quả phụ thuộc vào nở hoa và cuối cùng bị thối

rữa; thân dày và hóa gỗ; rễ nâu và phát triển kém

Không có dấu hiệu

Bo

Lá non có màu xanh sáng; cuống chết từ phía

lưng; lá trên nhỏ và xoắn vào trong; thân nứt nẻ và

những vùng hóa libe phát triển; trái có màu tối và

khô

Sự chết hàng loạt tăng lên bắt đầu từ trên đỉnh

và dịch chuyển dần vào phía trong

Zn Lá có kích thước nhỏ; mép lá bị vặn, cuống hoa có

lóng ngắn lại

Xuất hiện bệnh vàng lá; thân nhỏ và chậm phát triển

Cu

Lá non bị héo với những chấm và dấu hiệu của

bệnh vàng lá; lá có màu hơi xanh; cuống hoa có

thể cúi xuống dưới, rất ít hoa được tạo thành

Sinh trưởng chậm, rễ dày và đen

Mo

Lá bị xoắn lên; những lốm đốm ở trong gân lá

phát triển đầu tiên ở những lá già; lá bị khô hoặc

cháy xém

Lá chuyển sang vàng

Cl Không có dấu hiệu

Nghiêm trọng thì lá chát, mép lá bị tưa như những mô chết bị rời ra

2.2.2 Dung dịch dinh dƣỡng

2.2.2.1 Pha chế dung dịch

Một khi giá thể không đóng góp gì vào sự sinh trưởng và sản lượng thu hoạch, thì tất cả các chất dinh dưỡng đều phải thêm vào trong nước Bản thân nước cung cấp cho cây cũng có chứa một vài chất khoáng hòa tan có ích cho cây Các chất khoáng được sử dụng trong môi trường bắt buộc phải được hòa tan hoàn toàn trong nước, nếu thêm bất kì chất nào mà không tan được trong nước thì không có tác dụng gì đối với cây

Trong thủy canh tất cả các chất cần thiết cung cấp cho cây đều được sử dụng dưới dạng các muối khoáng vô cơ được hòa tan trong dung môi là nước Nhiều công thức dinh dưỡng được công bố và sử dụng thành công cho nhiều đối tượng cây trồng như cải xà lách, cải ngọt, cải ngọt, bông cải dâu tây, nho và các loại hoa

Điều đáng chú ý là nếu sử dụng các môi trường dinh dưỡng với dạng nước thì phải nắm rõ nguyên tắc pha chế để chúng không bị kết tủa làm mất tác dụng của hóa chất Ví dụ: Ca và P nằm gần nhau thì bị kết tủa, Fe phải được pha riêng Trong thủy canh, các muối khoáng sử dụng phải có độ hòa tan cao, tránh lẫn các tạp chất Môi

trường dinh dưỡng đạt yêu cầu cao khi có sự cân bằng về nồng độ ion khoáng sử dụng trong môi trường để đảm bảo độ pH ổn định trong khoảng từ 5.5 – 6.0 độ là độ pH mà

đa số cây trồng sinh trưởng và phát triển tốt

Sự thành công hay thất bại của việc trồng thủy canh phụ thuộc vào việc xử lí chất dinh dưỡng, điều này có thể đạt được tùy thuộc vào độ pH, nhiệt độ và độ dẫn nhiệt của môi trường

a) pH

Độ pH được hiểu theo nghĩa đơn giản là một số đo chỉ số axit hoặc baz trong khoảng từ 1 – 14 Trong môi trường dinh dưỡng, độ pH rất quan trọng cho sự sinh trưởng và phát triển của cây

Việc xác định pH của môi trường dinh dưỡng có thể bằng giấy đo pH hoặc pH

kế Độ pH được tính dựa trên mức độ hoạt động của các nguyên tố khác nhau với cây trồng Dưới 5.5 thì khả năng hoạt động của P, K, Ca, Mg và Mo giảm đi rất nhanh, trên 6.5 thì Fe và Mn trở nên bất hoạt

Việc điều khiển pH của dung dịch rất quan trọng để ngăn chặn pH tăng lên quá cao, sẽ gây ra tình trạng kết tủa của Ca3(PO4)2, gây nghẹt ống dẫn dung dịch và bám quanh bộ rễ của cây

Nếu pH xuống dưới 5.5, KOH hay một vài chất thích hợp khác có thể thêm vào dung dịch để tăng pH lên

Nếu pH quá cao, H3PO4 hay HNO3 có thể sử dụng H3PO4 thường được sử dụng nhiều hơn, vì nó bổ sung thêm PO4 vào quá trình trồng trọt và tăng thêm lượng khoáng chất cần cho cây trồng Tuy nhiên trong trường hợp đặc biệt nếu pH cao là do lượng Ca(HCO3)2 quá cao trong nước cung cấp, thì nên sử dụng HNO3 Nếu bổ sung H3PO4vào trong trường hợp này thì Ca3(PO4)2 sẽ được hình thành, đây là một loại kết tủa trắng không tan, cây trồng không thể hấp thu được Cuối cùng, quyết định là sử dụng

H3PO4 hay HNO3 sẽ trả lời câu hỏi về sự an toàn HNO3 là một acid rất mạnh trong khi

đó H3PO4 lại là một acid yếu hơn Trong việc điều chỉnh pH thì khi sử dụng KOH,

HNO3, H3PO4, để cẩn thận cần phải tiến hành các thử nghiệm và cho ra những cảnh báo thích hợp H2SO4 cũng là một acid thích hợp

Sử dụng NH3 cũng là một cách để giảm pH NH3 trong khi oxy hóa tạo thành

NO3 làm cho dung dịch có tính acid Sự tạo thành này hay sự oxy hóa được thực hiện bởi các vi khuẩn nitrat hóa

Sự thay đổi pH trong dung dịch dinh dưỡng thường xảy ra khá nhanh, phụ thuộc vào độ lớn của hệ thống rễ và thể tích dinh dưỡng của một cây

Sự sinh trưởng của cây là một trong những nhân tố làm cho môi trường trở nên

có tính acid hơn, vì trong quá trình sống rễ giải phóng ra các acid hữu cơ và ion H+

Trong khi đầu rễ phải đâm xuyên qua lớp giá thể trong suốt quá trình phát triển, thì lớp

tế bào bên ngoài bao quanh đầu rễ bị bong ra do tiếp xúc với những vật thể nhọn trong giá thể, những rễ nhỏ vẫn còn bám lại trong giá thể và sẽ chết Giá thể được sử dụng càng lâu thì những nhân tố hữu cơ đọng lại trong đó càng nhiều và cần nhiều sự điều chỉnh cần thiết để đạt được pH như mong muốn

Với giá thể hoàn toàn mới, không có bất kì một nhân tố hữu cơ nào đọng lại, hay các vật liệu sinh dưỡng từ vụ trước còn lại, độ pH của môi trường sẽ tăng lên khi cây cà chua sinh trưởng, nếu như dung dịch không bị acid hóa từ nước Với sự sinh trưởng nhanh của cây pH sẽ tăng nhanh vượt quá 6.5 và sẽ gây ra sự thiếu hụt sắt pH tăng là do cây hấp thu nhiều NO3 vào quá trình sinh trưởng, và sau đó là giải phóng

CO2 vào dung dịch CO2 sẽ tạo thành HCO3 , một acid yếu khi kết hợp với ion H+ sẽ tạo thành acid không bị phân ly và làm cho pH tăng lên

Trong thủy canh, đa số các cây trồng thích hợp với môi trường hơi axit đến gần trung tính, pH tối ưu từ 5.8 – 6.5 Nếu pH trên 7 thì Fe, Mn, Cu, Zn, Bo trở nên kém hiệu quả đối với cây Do đó, có thể điều chỉnh bằng cách cho thêm axit nếu pH môi trường quá kiềm và ngược lại cho thêm baz khi môi trường quá axit Thông thường người ta sử dụng một số hóa chất có tính đệm nghĩa là có khả năng duy trì nồng độ ion H+ trong một khoảng thích hợp

Tác dụng đệm ở chỗ là làm chậm sự di chuyển của pH về một chỗ nào đó do sự phân ly kết hợp của các gốc acid và phân tử nhiều ion Điều đáng tiếc là hệ thống thủy canh quá nghèo chất đệm nên khó giữ pH ở khoảng 4 – 7 nếu không dùng chế độ điều chỉnh pH tự động P (H2PO4, HPO42 ) trong dung dịch có khả năng đệm, nhưng nếu duy trì P ở mức đủ để làm ổn định pH (1 – 10 mM) sẽ gây hại cho cây Cây hấp thu P một cách chủ động, do đó dung dịch hoàn lưu có nồng độ P là 0,005 mM thì khả năng đệm sẽ kém hơn dung dịch bổ sung tinh khiết (được thêm vào để bù cho lượng bốc thoát hơi nước)

Trong nuôi trồng thủy canh, pH được cân bằng bởi hoạt động của cây Nếu pH tăng (môi trường trở nên quá kiềm) khi đó cây sẽ tách các muối acid vào môi trường,

đó có thể là nguyên nhân làm chất độc trong môi trường tăng lên và làm hạn chế sự dẫn nước Nếu pH giảm xuống (môi trường trở nên quá acid) thì cây sẽ thải ra các thành phần ion base, có thể làm giới hạn việc hấp thu các muối acid, nên rễ cây không cần thiết hấp thu Nhìn chung, pH của môi trường nên kiểm tra thường xuyên khi trồng thủy canh có thể 2 – 3 lần/tuần, nên thực hiện các hình thức kiểm tra này vào thời điểm nhiệt độ giống nhau bởi vì pH của môi trường có thể dao động theo ánh sáng và nhiệt

độ vào các thời điểm khác nhau trong ngày Hoạt động quang hợp mạnh vào ban ngày

là nguyên nhân làm pH tăng, và khi trời tối hoạt động hô hấp của cây tăng là nguyên nhân làm pH hạ xuống

Tuy nhiên cần lưu ý, sự thay đổi pH của môi trường dinh dưỡng trong thủy canh

có thể chính là do các vi sinh vật gây ra; pH nội bào không chỉ phụ thuộc vào môi trường chung quanh mà vi sinh vật có thể kiểm soát được một phần nhờ tiết các ion (kể cả ion H+); pH trong tế bào không giống như môi trường ngoài, ngay trong tế bào,

pH cũng không đồng nhất Những thí nghiệm nghiên cứu gần đây cho thấy: pH của tế bào do pH của môi trường quyết định; pH tác động đến sự vận chuyển các chất dinh dưỡng qua màng tế bào

c) Bổ sung chất dinh dưỡng

Hai yếu tố cần được xem xét để nghiên cứu một dung dịch bổ sung: thành phần dung dịch và nồng độ dung dịch Trong thời gian sinh trưởng và phát triển của cây, cây sẽ sử dụng các chất dinh dưỡng theo nhu cầu đòi hỏi của chúng Đối với loại cây

có thời gian sinh trưởng tương đối dài thì việc bổ sung dinh dưỡng là rất cần thiết

d) Độ dẫn điện

Trong nghiên cứu người ta có thể dựa vào giá trị của độ dẫn điện (EC); sự phân hủy các muối khoáng (TDS) hoặc nhân tố hòa tan (CF) của các máy đo để điều chỉnh

bổ sung chất dinh dưỡng vào môi trường nuôi trồng thủy canh

Độ dẫn điện (EC – Electro Conductivity) hay yếu tố dẫn (CF – Conductivity tor) có thể được biểu diễn như milisiemen (mS) hay phần triệu (ppm) Electro – con-ductivity để chỉ tính chất của một môi trường có thể chuyển tải được dòng điện Độ dẫn điện của một dung dịch là sự dẫn của dung dịch này được đo giữa những điện cực

Fac-có bề mặt là 1cm2 ở khoảng cách 1cm, đơn vị tính là mS/cm; hoặc được thể hiện đơn

vị ppm (parts per million) đối với những máy đo TDS (total dissolved salt) Chỉ số EC chỉ diễn tả tổng nồng độ ion hòa tan trong dung dịch, chứ không thể hiện được nồng

độ của từng thành phần riêng biệt Trong suốt quá trình tăng trưởng, cây hấp thụ khoáng chất mà chúng cần, do vậy duy trì EC ở một mức ổn định là rất quan trọng Nếu dung dịch có chỉ số EC cao thì sự hấp thu nước của cây diễn ra nhanh hơn

sự hấp thu khoáng chất, kết quả là nồng độ dung dịch sẽ rất cao và gây độc cho cây Khi đó cần bổ sung thêm nước vào môi trường Ngược lại, nếu EC thấp, cây sẽ hấp thu

khoáng chất nhanh hơn hấp thu nước và khi đó ta phải bổ sung thêm khoáng chất vào dung dịch

e) Nồng độ oxy hoà tan

DO là đơn vị dùng để đo hàm lượng oxy hòa tan trong một lít nước, đơn vị (mg/l) Đo DO để biết được độ thoáng khí của môi trường dinh dưỡng Chỉ số DO cao thuận lợi cho hoạt động hô hấp và biến dưỡng của hệ rễ DO phụ thuộc vào nhiệt độ,

áp suất và độ mặn của dung dịch

2.2.2.2 Thành phần dung dịch

Được xác định bởi các chất mà cây đòi hỏi Việc phân tích phiến lá dựa trên nồng

độ dinh dưỡng khoáng có trong mô lá, vì lá là nơi xảy ra quá trình quang hợp và do đó lượng enzym trong mô lá cao nhất Nồng độ dinh dưỡng khoáng trung bình trong toàn cây thường ít hơn nồng độ trong lá vì vậy một dung dịch bổ sung căn bản phải dựa trên nồng độ các chất có trong mô lá mà chúng sẽ cung cấp cho thân, hạt và trái

Các cây còn nhỏ dễ dàng thiếu hụt chất dinh dưỡng nhưng hiếm khi nào tạo ra chất độc Chính vì vậy, nên sử dụng dung dịch ban đầu có nồng độ cao Tuy nhiên, dung dịch bổ sung có đầy đủ chất dinh dưỡng này chỉ thích hợp cho cây ở giai đoạn đầu (thích hợp cho sự tạo lá – sau giai đoạn nảy mầm), và nó sẽ trở nên quá đậm đặc khi thân và lá phát triển Cho nên các nhà nghiên cứu đã thay đổi thành phần của dung dịch bổ sung theo từng thời kì phát triển của cây nhằm ngăn cản sự tích lũy dinh dưỡng khoáng trong dung dịch Chu trình sống được chia làm ba giai đoạn (tương ứng với 3 loại dung dịch bổ sung):

Giai đoạn đầu của sự phát triển cây: thường là mô lá (starter solution) Giai đoạn phát triển: trong suốt giai đoạn phát triển, thân và lá phát triển như nhau (vegetative refill solution) Giai đoạn trưởng thành: giai đoạn trưởng thành, lá phát triển tối thiểu, chất dinh dưỡng được huy động vào trong hạt và trái (seed refill solution) Sự phát triển của rễ xảy ra chủ yếu ở giai đoạn đầu và ít quan trọng hơn ở giai đoạn sau Trong suốt giai đoạn trưởng thành, rễ rất ít phát triển và hầu như ngừng hẳn

a) Nồng độ ion trong dung dịch

Nồng độ ion trong dung dịch bổ sung được xác định bởi tỉ lệ thoát hơi nước Sự thoát hơi nước quyết định tỉ lệ tiêu thụ nước, sự phát triển quyết định tỉ lệ tiêu thụ dinh dưỡng khoáng (sự vận chuyển dinh dưỡng khoáng từ dung dịch sang cây) Ước lượng

sự thoát hơi nước đối với sự phát triển của cây trong môi trường thủy canh là 300 –

400 kg (lít) nước/kg sinh khối khô Tỉ lệ chính xác tùy thuộc vào độ ẩm không khí, độ

ẩm khi thấp sẽ làm tăng sự thoát hơi nước nhưng không tăng sự phát triển Lượng CO2

cao làm đóng khẩu và tăng quá trình quang hợp, chính vì vậy sự thoát hơi nước đến một tỉ lệ nào đó sẽ giảm xuống còn 200kg nước/kg sinh khối khô

Hiểu biết về tỉ lệ này sẽ rất có lợi trong việc quyết định nồng độ tương ứng cho dung dịch bổ sung Tổng nồng độ ion có thể được duy trì bằng cách điều chỉnh tính dẫn điện của dung dịch Nếu tính dẫn điện gia tăng cần làm loãng dung dịch bổ sung, nhưng thành phần chất dinh dưỡng vẫn phải giữ nguyên Tính dẫn điện không thay đổi nhanh cho nên chỉ cần theo dõi vài lần trong tuần

b) Sự chuyển vận của dinh dưỡng khoáng trong dung dịch

Các chất dinh dưỡng khoáng thiết yếu có thể được chia theo 3 nhóm dựa trên cách chúng bị loại ra khỏi môi trường dinh dưỡng:

Nhóm 1: NO3 , NH4+, P, K, Mn các chất này được hấp thu một cách chủ động nhờ vào rễ và bị loại môi trường trong vòng vài giờ

Nhóm 2: Mg, S, Fe, Zn,Cu, Mo, C các chất này được hấp thu ở mức trung bình

và bị loại ra khỏi môi trường nhanh hơn nước

Nhớm 3: Ca, B: các chất này được hấp thu một cách thụ động và thường tích lũy trong dung dịch

Một trong những khó khăn trong việc theo dõi và điều chỉnh từng loại ion là nồng độ nhóm 1 phải được giữ ở mức thấp nhất nhằm ngăn cản sự tích lũy chất độc trong mô thực vật Tuy nhiên nồng độ thấp thì rất khó theo dõi và điều chỉnh

Nếu nồng độ chất dinh dưỡng cao thì điều này cho biết là cây cần thêm nước, do

đó nước được thêm vào là cần thiết (nước được thêm vào bởi hoạt động của cây) Khi nồng độ chất dinh dưỡng giảm hơn mức cho phép thì cây cần bổ sung dưỡng chất nhiều hơn nước Điều cần chú ý là việc bổ sung muối khoáng hay nước còn phụ thuộc vào vụ mùa gieo trồng, vào những tháng mưa nhiều, ít nắng thì bổ sung nước vào là ít cần thiết, vì nhu cầu nước cần thiết cho sự quang hợp và lượng nước bốc hơi không quan trọng

Nếu chỉ bổ sung nước mà không chú ý đến bổ sung khoáng chất thì sẽ ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm, có thể làm giảm hương vị của rau quả Trong thực tế việc trồng thủy canh ở Úc cho thấy điều trên khi trồng các loại rau ăn lá như: cải xà lách, cải ngọt, rau cần tây

Trong đa số các loại cây thì nồng độ tổng cộng của chất dinh dưỡng trong khoảng từ 500ppm – 2000ppm để không làm ảnh hưởng đến áp suất thẩm thấu của tế bào Tuy nhiên ở một số loại như cà chua, dâu tây, cần nồng độ môi trường dinh dưỡng cao khoảng 35000ppm, hoặc nồng độ dinh dưỡng có giá trị thấp như cải xà lách xoong, và giá trị trung bình như ở dưa chuột

Tùy thuộc vào giai đoạn tăng trưởng và phát triển của cây, cho nên việc thêm vào dung dịch bổ sung theo một tần số nhất định là điều không cần thiết Các chất dinh dưỡng được hấp thu nhanh chóng sẽ dễ dàng được biến đổi trong mô thực vật, có nghĩa là cây có khả năng dự trữ chất dinh dưỡng trong rễ, thân, lá và sẽ nhanh chóng biến đổi cho nhu cầu cần thiết của cây

Cây sẽ nhanh chóng hấp thu vài loại khoáng thường dùng trong khi các chất khác

ít được cây hấp thu và tích lũy trong dung dịch Cho nên nồng độ của N, P, K trong dung dịch có thể ở mức thấp (0,1 mM hoặc vài ppm) bởi vì các chất này đã được hấp thu vào cây Việc duy trì dinh dưỡng khoáng ở nồng độ cao trong dung dịch có thể dẫn đến tình trạng mất cân bằng dinh dưỡng do cây đã hấp thu các chất quá nhiều

2.2.3 Các loại môi trường dinh dưỡng

2.2.3.1 Môi trường MS

Môi trường Murashige và Skoog (MSO hoặc MS0 (MS-zero)) là một môi trường tăng trưởng cho thực vật được sử dụng trong các phòng thí nghiệm nuôi cấy tế bào thực vật MSO được phát minh bởi các nhà thực vật học Toshio Murashige và Skoog

K Folke trong nghiên cứu của Murashige cho một hệ thống điều chỉnh tốc độ tăng trưởng cây trồng Nó là môi trường phổ biến nhất được sử dụng trong các thí nghiệm nuôi cấy mô thực vật

Đa lượng Hoagland 2

Ca(NO3)2.4H2O 1M 4.0 MgSO4.7H2O 1M 2.0

Vi lượng

MnCl2.4H2O 1.81 ZnSO4.5H2O 0.22 CuSO4.5H2O 0.08

H2MoO4.H2O 0.02

Bảng 2-4 Phần trăm (%) các nguyên tố khoáng trong môi trường Hoagland [5]

Nitrogen (NO3) 242 220

2.3 Đặc điểm cây đậu xanh

Đậu xanh, tên khoa học là Vigna radiata (L.) Wilczek, được trồng ở Ấn Độ từ

thời cổ đại Đậu xanh được trồng rộng rãi ở Đông Nam Á, châu Phi, Nam Mỹ; tralia, và Hoa Kỳ Đậu xanh được sử dụng như một loại thực phẩm cho con người (khô đậu hoặc giá sống), ngoài ra còn có thể được sử dụng như một loại phân xanh, làm thức ăn cho gia súc [8, 11, 12]

Aus-Đậu xanh thuộc gia đình họ đậu và có quan hệ gần gũi với đậu đỏ và đậu đũa (trong cùng một chi, nhưng khác loài) Chúng là cây thân thảo sống hàng năm, ít phân

loại là mọc thẳng đứng và mọc leo, khác nhau từ 30 đến 150 cm chiều dài Các hoa màu vàng nhạt mọc thành cụm từ 12-15 hoa ở gần ngọn cây Quả trưởng thành có nhiều loại màu (màu vàng nâu đến đen), dài khoảng 13 cm, chứa 10-15 hạt nhỏ, phân cách nhau bởi các vách màu lục bóng Cây tự thụ phấn, do đó không cần đến côn trùng

và gió Hạt trưởng thành có thể có màu vàng, nâu, đốm đen hoặc xanh, tùy thuộc vào giống