Nghiên cứu ảnh hưởng của một số môi trường dinh dưỡng thủy canh đến khả năng sinh trưởng và phát triển của rau cải xanh và xà lách tại thành phố đà nẵng

Kỹ thuật này có nhiều ưu điểm vượt trội trong việc sản xuất các loại rau như cho năng suất cao, chất lượng tốt và sản phẩm rau an toàn với người sử dụng do kiểm soát được hàm lượng các h

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KHOA SINH – MÔI TRƯỜNG

NGUYỄN TRỌNG VINH

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ MÔI TRƯỜNG DINH DƯỠNG THỦY CANH ĐẾN KHẢ NĂNG SINH TRƯỞNG, PHÁT TRIỂN CỦA RAU CẢI XANH VÀ XÀ LÁCH

TẠI THÀNH PHỐ ĐÀ NẴNG

Đà Nẵng, 05 - 2016

LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các

số liệu, kết quả nêu trong khóa luận là trung thực và chưa từng được

ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Trọng Vinh

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến giáo viên hướng dẫn: ThS Đàm Minh Anh, người đã tận tình hướng dẫn, giúp

đỡ và động viên tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài

Tôi cũng xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ và góp ý của các thầy cô trong khoa Sinh – Môi trường cùng các thành viên trong lớp 12CNSH đã quan tâm và động viên để tôi hoàn thành luận văn này

Đà Nẵng, tháng 5 năm 2016

Sinh viên

Nguyễn Trọng Vinh

MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN

LỜI CẢM ƠN

DANH MỤC CÁC BẢNG

DANH MỤC CÁC HÌNH

MỞ ĐẦU 1

1 Tính cấp thiết của đề tài 1

2 Mục tiêu đề tài 2

3 Ý nghĩa khoa học của đề tài 2

Chương 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 3

1.1 Giới thiệu về kỹ thuật thủy canh 3

1.1.1 Khái niệm về kỹ thuật thủy canh 3

1.1.2 Phân loại kỹ thuật thủy canh 3

1.1.3 Ưu điểm và nhược điểm của kỹ thuật thủy canh 4

1.1.4 Triển vọng của ứng dụng kỹ thuật thủy canh và sản xuất rau 6

1.2 Tình hình nghiên cứu dung dịch thủy canh và ứng dụng kỹ thuật trồng rau thủy canh trên thế giới và Việt Nam 7

1.2.1 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng trên thế giới 7

1.2.2 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng tại Việt Nam 10

1.3 Vai trò của các nguyên tố khoáng đối với thực vật 12

1.3.1 Nhóm đa lượng 12

1.3.2 Nhóm trung lượng 13

1.3.3 Nhóm vi lượng 14

CHƯƠNG 2 ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 17

2.1 Đối tượng nghiên cứu 17

2.2 Nội dung nghiên cứu 18

2.3 Phương pháp nghiên cứu 18

2.3.1 Phương pháp bố trí thí nghiệm 18

2.3.2 Phương pháp xác định các chỉ tiêu sinh trưởng và phát triển 19

2.3.3 Năng suất của rau cải xanh và xà lách 20

2.3.4 Phương pháp xử lý số liệu 20

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ BIỆN LUẬN 21

3.1 Ảnh hưởng của các môi trường dinh dưỡng đến khả năng sinh trưởng và phát triển của rau ăn lá 21

3.1.1 Ảnh hưởng của các môi trường dinh dưỡng đến khả năng tăng trưởng chiều cao của rau ăn lá 21

3.1.2 Diện tích lá và số lá TB/cây 25

3.2 Ảnh hưởng của các môi trường dinh dưỡng đến năng suất của rau ăn lá 27 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 30

TÀI LIỆU THAM KHẢO 31 PHỤ LỤC

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

DDDD : Dung dịch dinh dưỡng

NSSH : Năng suất sinh học

3.1 Chiều cao của rau cải xanh và xà lách được trồng

trong các môi trường dinh dưỡng

3.1 Chiều cao của rau cải xanh qua các giai đoạn nghiên cứu 22

3.2 Chiều cao của rau xà lách qua các giai đoạn nghiên cứu 22

3.3 Diện tích lá và số lá TB/cây của rau cải xanh và xà lách 26

3.4 Khối lượng TB/cây và năng suất thực thụ của rau cải

xanh và xà lách sau khi thu hoạch

28

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Diện tích rau xanh ở nước ta đang bị thu hẹp bởi quá trình đô thị hóa và phát triển các khu công nghiệp Bên cạnh đó, tình trạng ô nhiễm hóa chất ngày càng gia tăng do sử dụng quá liều lượng các chất kích thích và chất bảo quản, gây mất an toàn thực phẩm Để góp phần đảm bảo nhu cầu rau xanh cần tìm biện pháp canh tác hiệu quả Một trong những biện pháp hiện nay đó là áp dụng công nghệ thủy canh vào sản xuất rau an toàn Kỹ thuật này có nhiều ưu điểm vượt trội trong việc sản xuất các loại rau như cho năng suất cao, chất lượng tốt và sản phẩm rau an toàn với người sử dụng do kiểm soát được hàm lượng các hợp chất và kim loại nặng trong pha chế dung dịch dinh dưỡng [7]

Hiện nay, kỹ thuật thủy canh đã được nghiên cứu và ứng dụng từ lâu với quy mô sản xuất lớn ở các nước như các tiểu vương quốc Ả Rập, Mỹ, Bỉ, Đan Mạch và Nhật Bản… [6].Tại Việt Nam, kỹ thuật này đã được đưa vào nghiên cứu từ năm 1993 Mặc dù, trong những năm vừa qua nhiều nghiên cứu của các tác giả như Vũ Quang Sáng và Nguyễn Quang Thạch (1999), Võ Thị Bạch Mai (2004), Đỗ Thị Trường (2009) và Đàm Minh Anh (2011) đã chứng minh việc ứng dụng kỹ thuật thủy canh trong sản xuất các loại rau ăn lá có tính khả thi và hoàn toàn có thể chủ động được về môi trường dinh dưỡng nhưng kỹ thuật này vẫn chưa được ứng dụng rộng rãi ở nước ta, mà một trong nguyên nhân chính đó là giá thành đầu tư ban đầu còn cao và công thức môi trường còn phức tạp do việc phần đa sử dụng hóa chất tinh khiết trong pha chế dung dịch dinh dưỡng nên chưa đem lại lợi nhuận kinh tế và tính thuận tiện cho người sản xuất

Từ những cơ sở lý luận trên chúng tôi tiến hành chọn đề tài: “Nghiên

cứu ảnh hưởng của một số môi trường dinh dưỡng thủy canh đến khả năng sinh trưởng và phát triển của rau cải xanh và xà lách tại thành phố

Đà Nẵng”

2 Mục tiêu đề tài

Đánh giá được ảnh hưởng của một số môi trường dinh dưỡng thủy canh điều chế từ các loại phân bón đến khả năng sinh trưởng và phát triển của rau

ăn lá, từ đó lựa chọn môi trường tối ưu để sản xuất tại thành phố Đà Nẵng

3 Ý nghĩa của đề tài

Chương 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1 Giới thiệu về kỹ thuật thủy canh

1.1.1 Khái niệm về kỹ thuật thủy canh

Thủy canh (Hydroponic) là hình thức canh tác trồng cây trong dung dịch, kỹ thuật trồng cây không dùng đất Cây được trồng trên hoặc trong DDDD cùng với các loại giá thể, sử dụng dinh dưỡng hòa tan trong nước dưới dạng dung dịch Tùy theo từng kỹ thuật mà toàn bộ hoặc một phần bộ rễ cây được ngâm trong dung dịch dinh dưỡng Trồng cây trong dung dịch đã được

đề xuất từ lâu đời bởi các nhà khoa học như Knop, Kimusa [5], [7]

Kỹ thuật thủy canh là một trong những kỹ thuật tiến bộ của nền nông nghiệp hiện đại Những năm gần đây phương pháp này đang được nghiên cứu chuyên sâu để hoàn thiện và sử dụng rộng rãi ở nhiều nước trên thế giới

1.1.2 Phân loại kỹ thuật thủy canh

Căn cứ vào đặc điểm sử dụng dung dịch dinh dưỡng có thể chia thành

ba hệ thống thủy canh như sau [7]:

- Kỹ thuật thủy canh tĩnh (thủy canh không hồi lưu): là hệ thống có dung dịch dinh dưỡng được chứa trong thùng xốp hoặc các vật chứa cách nhiệt khác, dung dịch được bổ sung đều đặn vào thùng chứa theo các giai đoạn phát triển của cây cho đến khi thu hoạch Hệ thống này thích hợp với quy mô hộ gia đình Có ưu điểm là đơn giản, không phải đầu tư nhiều chi phí cho các máy móc, thiết bị làm chuyển động dung dịch, nhưng hạn chế là thường thiếu oxi trong dung dịch và dễ sinh ra chua gây ngộ độc cho cây

- Kỹ thuật thủy canh động: Đây là kỹ thuật mà trong quá trình trồng cây, dung dịch dinh dưỡng có sự chuyển động tuần hoàn nên oxi trong dung dịch được bổ sung thường xuyên, chi phí đầu tư ban đầu cao nhưng có độ bền lâu Các hệ thống thủy canh động hoạt động trên nguyên lý thủy triều, sục khí

và nhỏ giọt Kỹ thuật thủy canh này chia làm hai loại như sau:

+ Thủy canh mở là hệ thống thủy canh động mà trong đó dung dịch dinh dưỡng không có sự tuần hoàn trở lại, gây lãng phí dung dịch

+ Thủy canh kín là hệ thống thủy canh động mà trong đó dung dịch dinh dưỡng có sự tuần hoàn trở lại nhờ một hệ thống bơm hút dung dịch dinh dưỡng từ bể chứa

1.1.3 Ưu điểm và nhược điểm của kỹ thuật thủy canh [5], [7]

a Ưu điểm

Trồng rau ứng dụng kỹ thuật thủy canh cũng như đối với các loại cây trồng khác là có thể chủ động điều chỉnh dinh dưỡng cho cây, các loại dinh dưỡng được cung cấp theo nhu cầu của từng loại rau, đồng thời có thể lọai bỏ được các chất có hại cho cây và không có các chất tồn dư của vụ trước

Tiết kiệm nước do cây sử dụng trực tiếp nước trong dụng cụ đựng dung dịch, nước không bị thất thoát do ngấm vào đất và ít bốc hơi

Giảm chi phí nhân công do giảm được một số khâu như: không phải làm đất, không phải làm cỏ, vun xới và không phải tưới nước

Dễ thanh trùng vì chỉ cần rửa bằng formaldehyt loãng và nước lã sạch Không phải sử dụng thuốc bảo vệ thực vật, không có vi sinh vật gây hại… và điều chỉnh được dinh dưỡng nên tạo ra sản phẩm rau an toàn đối với người sử dụng

Trồng được rau trái vụ do điều khiển được các yếu tố môi trường tác động như: điều chỉnh được dinh dưỡng, nhiệt độ, ánh sáng,…

Nâng cao được năng suất và chất lượng rau do cung cấp đầy đủ các yêu cầu dinh dưỡng đối với rau, không bị sâu, bệnh hại và cỏ dại… Theo Lê Đình Lương (1995), năng suất của cây trồng trong dung dịch có thể cao hơn so với trồng đất từ 25 – 50% do có thể trồng được liên tục [4]

Tăng khả năng áp dụng trong các không gian hẹp, đối với những nơi thiếu đất sản xuất hoặc đất sản xuất nghèo dinh dưỡng do thiết kế linh hoạt,

dễ lắp đặt và dễ vận hành

b Nhược điểm

Giá thành cao do đầu tư ban đầu lớn Điều này rất khó mở rộng diện tích trồng rau đối với nước ta, do điều kiện kinh tế của người trồng rau còn nhiều khó khắn, đầu tư ban đầu cao dẫn đến giá thành sản phẩm cao, tiêu thụ sản phẩm sẽ khó khăn Trong khi đó, nước ta lại là nước nông nghiệp được ưu đãi của điều kiện tự nhiên vào chính vụ, nên việc sản xuất rau theo phương pháp truyền thống rất dễ và giá thành rẻ, điều này dẫn đến việc cạnh tranh của rau thủy canh đối với rau trồng theo phương pháp truyền thống rất khó Bên cạnh đó, lại chưa có phương pháp nào để phân biệt rau trồng theo phương

pháp truyền thống và rau trồng theo phương pháp thủy canh

Thời gian thu hồi vốn lâu do đầu tư ban đầu cao, giá thành sản phẩm thấp nên ảnh hưởng lớn đến khả năng thu hồi vốn khi đầu tư kỹ thuật thủy canh để trồng rau

Yêu cầu trình độ kỹ thuật cao: khi sử dụng kỹ thuật thủy canh yêu cầu người thực hiện có kiến thức về sinh lý cây trồng, về hóa học và kỹ thuật trồng trọt cao hơn vì tính đệm hóa trong dung dịch dinh đưỡng thấp hơn trong đất, nên việc sử dụng quá liều một chất dinh đưỡng nào đó có thể gây hại, thậm chí có thể dẫn đến chết cây [2] Mỗi loại rau có yêu cầu về mặt dinh dưỡng khác nhau, chính vì vậy mà việc nghiên cứu từng loại dinh dưỡng phù hợp với từng loại rau gặp nhiều khó khăn nên người trồng rau phải mua dung dịch dinh dưỡng của nhà sản xuất với giá thành cao, ảnh hưởng đến chi phí sản xuất và giá thành sản phẩm

Sự lan truyền bệnh: canh tác thủy canh tuy đã giảm được rất nhiều về mặt số lượng các nguồn bệnh mà ở địa canh thường gặp phải, nhưng vấn đề bệnh cây trong kỹ thuật thủy canh vẫn xảy ra và thỉnh thoảng tổn thất do bệnh gây ra còn lớn hơn nhiều so với địa canh vì trong không khí luôn tồn tại mầm bệnh khi có điều kiện thuận lợi nó sẽ sinh sôi nảy nở Khi mầm bệnh đã xuất

hiện thì trong thời gian rất ngắn chúng đã có mặt ở toàn bộ hệ thống, đặc biệt càng nhanh với các hệ thống kín hoặc dùng lại dung dịch dinh dưỡng [2]

Trong hệ thống thủy canh thì ẩm độ luôn gần như bão hào, còn nhiệt độ thường ổn định hơn nhiệt độ ngoài trời; do đó, môi trường thủy canh là nơi rất thuận lợi cho sự sinh sôi phát triển nhanh của bệnh cây Cây trồng trong hệ thống thủy canh thường ít tiếp xúc với ánh sáng trực xạ nên non yếu, mềm hơn, hàm lượng cellulose ít, hàm lượng nước cao, các mô thịt lá xốp hơn nên

dễ dàng xuất hiện những vết thương do ngoại cảnh mang lại, đây là cơ hội để nhiễm bệnh

Đòi hỏi nguồn nước đảm bảo tiêu chuẩn nhất định Theo Midmore (1993) thì độ mặn trong nước cần được xem xét kỹ khi dùng cho thủy canh, tốt nhất là nhỏ hơn 2.500 ppm [25]

1.1.4 Triển vọng của ứng dụng kỹ thuật thủy canh và sản xuất rau

Đối với Việt Nam, việc ứng dụng kỹ thuật thủy canh trong trồng rau có

ý nghĩa thực tiễn rất lớn vì:

Việt nam có 3/4 diện tích là đồi núi, diện tích cho khai thác nông nghiệp, nhất là diện tích đất trồng rau đã ít, nhưng ngày càng bị thu hẹp do phục vụ các mục đích như: phát triển công nghiệp, quá trình đô thị hóa, ô nhiễm môi trường do sản xuất nông nghiệp hóa học và các hoạt động sinh hoạt của con người

Người dân Việt Nam có truyền thống sản xuất nông ngiệp lâu đời, nên

có kinh nghiệm trong việc trồng và sản xuất các loại rau Với phẩm chất cần

cù, chịu khó, ham học hỏi và giàu tính sáng tạo, nên khả năng nắm bắt và ứng dụng khoa học kỹ thuật nhanh

Ngày 29/01/2010, Chính phủ Việt Nam đã ban hành Đề án phát triển nông nghiệp công nghệ cao đến năm 2020, trong đó đã xác định rõ lộ trình phát triển các khu ứng dụng công nghệ cao, các doanh nghiệp sản xuất nông

nghiệp công nghệ cao Trong đó, có việc ứng dụng kỹ thuật thủy canh trong sản xuất rau an toàn [17]

Kinh tế ngày càng phát triển, đời sống của nhân dân ngày càng được nâng cao, nên nhu cầu sản phẩm rau an toàn nhằm đảm bảo chất lượng cuộc sống của nhân dân ngày càng lớn

Ứng dụng kỹ thuật thủy canh vào sản xuất rau góp phần nâng cao chất lượng, sức cạnh tranh của sản phẩm rau xanh nước ta trên thị trường Góp phần chuyển dịch cơ cấu sản xuất nông nghiệp, tạo việc làm tăng thu nhập cho nông dân

1.2 Tình hình nghiên cứu dung dịch thủy canh và ứng dụng kỹ thuật trồng rau thủy canh trên thế giới và Việt Nam

1.2.1 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng trên thế giới

Kỹ thuật thủy canh đã có từ lâu nhưng khoa học hiện đại về thủy canh thực tế chỉ bắt đầu vào khoảng năm 1936 khi những thử nghiệm của tiến sĩ W.E.Gericke ở trường đại học California được công bố Ông đã trồng thành công một số loại cây trong nước, trong đó có cây cà chua trong 12 tháng có chiều cao 7,5 m Gericke công bố khả năng thương mại của ngành thủy canh

và đặt tên cho nó là “hydroponic” trong tiếng Hy Lạp là nước và “ponos” có nghĩa là lao động Vì vậy thủy canh hiểu theo nghĩa đen là làm việc với nước [6]

Sau đó có rất nhiều nhà khoa học nghiên cứu về nhu cầu, thành phần dinh dưỡng cho cây trồng và hoàn thiện phương pháp trồng trọt trong dung dịch, đưa ra các công thức môi trường dinh dưỡng khác nhau cho các đối tượng cây trồng như Tollens (1882), Tottingham (1914), Shive (1915), Hoagland (1919), Deutschmanm (1932), Trelease (1933), Arnon (1938) và Robbin (1946) [5], [7] Đến nay, nhiều công thức vẫn còn được sử dụng để nghiên cứu sinh lý cây trồng trong các phòng thí nghiệm

Năm 1960, nhà thực vật học người Anh, Allan Cooper đã đưa ra khái niệm “Kỹ thuật thủy canh màng dinh dưỡng” được gọi tắt là hệ thống NFT (Nutrient Film Technology) trong các tập san trồng cây trồng của Winsor, Spensley và cộng sự [18]

Năm 1986, Lin đã thí nghiệm phương pháp thủy canh trên các hệ thống máng bằng polyetylen, hệ thống trồng cây trong dung dịch tuần hoàn với đối tượng cà chua, dưa chuột, dưa hấu tại Malaysia, áp dụng cho các vùng ôn đới vào điều kiện nhiệt đới Nhưng hệ thống này không phù hợp với điều kiện nhiệt độ cao [18]

Nghiên cứu của Hideo Ikeda et al (2000), đã sử dụng phân bón urea làm nguồn cung cấp nitơ duy nhất cho cây để so sánh khả năng sinh trưởng của cây cà chua trong bốn giai đoạn: cây con, ra hoa, đậu trái và kết quả với hai nghiệm thức đối chứng có nguồn nitơ là nitrate và ammonium đã cho thấy khả năng hấp thụ, chuyển vị và đồng hóa urea tăng lên trong các giai đoạn về sau Nghiên cứu này đã góp phần cải tiến dung dịch dinh dưỡng và giảm giá thành vì urea là loại phân bón phổ biến và rẻ tiền Nhưng một nghiên cứu ngay sau đó đã cho thấy việc đồng hóa của urea trong cây bị giới hạn do thiếu nồng độ niken trong dung dịch, một ion làm tăng hoạt tính của ezyme urease giúp thủy phân urea nhanh chóng [21], [22]

Năm 2006, Diver, S đã thí nghiệm một phương pháp mới với sự kết hợp của hai hệ thống là thủy canh (hydroponic) và nuôi trồng thủy sản (aquaculture) và đặt tên là “aquaponic” đã mở ra một hướng đi mới trong việc sản xuất rau nhằm tạo bộ lọc sinh học cải tạo môi trường nước nuôi kết hợp nuôi các loại thủy sản như cá, tôm,…

Hiện nay, với sự nhiên cứu và cho ra các sản phẩm phân bón lá, trong

đó tích hợp nhiều dinh dưỡng đa lượng và vi lượng khác nhau, góp phần hỗ trợ trong từng giai đoạn sinh trưởng và phát triển của các loại cây trồng đã cho thấy hiệu quả ưu việt về năng suất cũng như phẩm chất của sản phẩm cây

trồng Chính vì vậy các nghiên cứu về việc áp dụng các loại phân bón lá nhằm tăng năng suất trong kỹ thuật aquaponic đã được tiến hành trong các năm

2011 trở đi đã cho những kết quả tốt

Năm 2011, Hamid R Roosta et al đã nghiên cứu tác động của việc ứng dụng một số dinh dưỡng đa lượng và vi lượng của phân bón lá để so sánh sự sinh trưởng, phát triển và năng suất của cây cà chua trồng bằng hệ thống aquaponic và thủy canh đã chỉ ra rằng: các chỉ tiêu sinh trưởng và phát triển như chiều cao, số cụm, trọng lượng tươi và trọng lượng khô cũng như năng suất quả ở cả hai hệ thống tăng lên và tăng cao hơn ở trong hệ thống thủy canh có cùng phương pháp thí nhiệm so với hệ thống aquaponic [23]

Đến năm 2012, Hamid R Roosta, Yaser Mohsenian đã nghiên cứu tác động của việc phun phân bón lá với các nguồn sắt khác nhau lên cây tiêu trồng bằng kỹ thuật aquaponic cho thấy khả năng khắc phục tình trạng thiếu sắt ở cây, nguyên nhân gây ra bệnh úa vàng ở lá, một cách hiệu quả nhất với dung dịch chứa FeSO4.7H2O so với các dung dịch chứa Fe-EDTA và Fe-EDDHA [24]

Thành công của các nghiên cứu về trồng cây trong dung dịch dinh dưỡng, các công bố về nhu cầu, hàm lượng, thành phần các nguyên tố khoáng cần thiết cho cây trồng đã mở ra một hướng trồng trọt mới Hiện nay, công nghệ trồng cây bằng kỹ thuật thủy canh đã được phát triển rộng rãi trên thế giới Từ đơn giản đến tinh vi, phức tạp Ở các nước phát triển, công nghệ này được nghiên cứu, thiết kế điều khiển bằng công nghệ cao có thể sản xuất công nghiệp, tạo ra sản phẩm có độ đồng đều, năng suất cao và đảm bảo an toàn vệ sinh thực phẩm đối với người sử dụng

Hà Lan là nước dẫn đầu về sản xuất rau bằng công nhệ thủy canh trên thế giới với 13.000 ha và thu hút khoảng 40.000 lao động Giá trị sản xuất thủy canh chiếm 50% giá trị sản xuất rau và quả với các sản phẩm rau ăn quả như ớt, cà chua và dưa chuột [19]

Tại Nhật Bản, ngoài các hệ thống trồng thủy canh cây cà chua, dưa leo, dâu tây,… còn sử dụng các hệ thống trồng cây khác như hệ thống khí canh,

kỹ thuật trồng cây trên màng mỏng dinh dưỡng NFT máng trượt, trồng các loại rau ăn lá và rau cao cấp Năm 1894 – 1983 diện tích trồng cây trong dung dịch là 135 ha các loại rau Năm 1997 diện tích thủy canh lên đến 500 ha Năng suất rất cao: cà chua đạt 130 - 140 tấn/ha, dưa leo đạt 250 tấn/ha/năm [7]

Tháng 2 năm 2009, tại trang trại nông nghiệp Canterbury New Zealand, dưa leo và cà chua được sản xuất quanh năm trên diện tích 1.4 ha Tại đây, David Barton đã nghiên cứu nhu cầu dinh dưỡng và nước tưới trồng cà chua, dưa leo theo phương pháp màng dinh dưỡng và nhỏ giọt hồi lưu Nhận thấy rằng: những yêu cầu về dinh dưỡng của cây trồng là giống hệt nhau dù cho nó được trồng bất kì bằng phương pháp nào, nhu cầu nước của cây cà chua và dưa leo trong điều kiện nắng nóng là 4 lít/cây, trong đó 80% được sử dụng để cung cấp cho các hoạt động của cây, 20% là chảy trong hệ thống và thoát hơi Hiện nay, có khoảng 600ha nhà kính trồng thủy canh rau ăn lá và rau ăn quả tại Canada và 400 ha tại Mỹ với cây trồng chính là cà chua, dưa chuột, ớt và rau diếp [20]

1.2.2 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng tại Việt Nam

Ở việt Nam, kỹ thuật này mới được đưa vào nghiên cứu và ứng dụng từ những năm 1993 nhờ sự hợp tác giữa Đại học quốc gia Hà Nội với tổ chức R&D Hong Kong (Hong Kong Reseach and Development) đã đề xuất việc nghiên cứu chuyển dao kỹ thuật thủy canh vào nước ta Năm 1995, các thử nghiệm đầu tiên trên một số loại cây trồng bắt đầu được triển khai, chủ yếu là các loại rau, cây trồng có giá trị kinh tế cao [7]

Khi bắt đầu được nghiên cứu thì dung dịch dinh dưỡng chủ yếu được nhập từ Đài Loan Để chủ động về dinh dưỡng và tiết kiệm chi phí vận chuyển, đã có một số tác giả nghiên cứu về môi trường dinh dưỡng để trồng

cây bằng kỹ thuật thủy canh như Vũ Quang Sáng và Nguyễn Quang Thạch (1999) Trồng cây trong dung dịch tự pha chế cho năng suất và chất lượng tương đương với dung dịch nhập từ Trung tâm phát triển rau chấu Á (AVRC) Đồng thời giảm giá thành hơn 57 – 60% [9]

Đến năm 2004, công nghệ hiện đại, đồng bộ của Israel lần đầu tiên được lựa chọn áp dụng ở Hà Nội từ năm 2004 với diện tích hơn 1 ha trong nhà kính, nhà lưới tại Trung tân kỹ thuật rau hoa quả Hà Nội (nay là Công ty Đầu tư và PTNN Hà Nội) Rau trồng được điều khiển tự động do chương trình phần mềm hợp tác nghiên cứu và lập trình bởi Netagrow (giữa Công ty Netafim của Israel và Công ty Priva của Hà Lan) [12]

Tháng 9 năm 2006, Phân viện sinh học Đà Lạt cùng trường Đại học Bách khoa TP.HCM đã hợp tác thiết kế và ứng dụng trồng cây theo phương pháp thủy canh hoàn toàn tự động Nước và các chất dinh dưỡng được cấp dưới dạng dung dịch và tự động hoàn toàn Đã thành công trên đối tượng xà lách và khoai tây [8]

Phạm Ngọc Sơn (2006) nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật thủy canh và khí canh trong sản xuất cải xanh và xà lách tại Hải Phòng đã kết luận: cây con gieo bằng kỹ thuật thủy canh và khí canh cho xuất vườn sớm hơn so với gieo trên nền đất; cây con có khả năng thích ứng nhanh với điều kiên sản xuất và cho năng suất cao hơn [10]

Năm 2008, các nhà khoa học của Công ty Long Đỉnh đã thử nghiệm

mô hình thủy canh cải tiến (để phù hợp với điều kiện việt Nam) bao gồm: hệ thống NFT, hệ thống Dripper (nhỏ giọt có hồi lưu), hệ thống Ebb & Flow nhằm áp dụng cho quy mô gia đình Kết quả theo dõi cho thấy thời gian thu hoạch nhanh hơn cảu rau xà lách là khoảng 23 ngày, trọng lượng bình quân mỗi cây khoảng 30 g, hoàn toàn không bị sâu bệnh gây hại trên lá Cà chua 30 ngày có hoa và 35 ngày có trái [15]

Năm 2010, Đỗ thị Trường đã thử nghiệm ảnh hưởng của một số môi trường dinh dưỡng tự pha chế trồng bằng kỹ thuật thủy canh tĩnh, áp dụng cho cây cà chua đã cho năng suất tốt, đạt gần 5 kg/thùng [13]

Qua phần tổng quan cho ta thấy những thành công nhất định và tiềm năng của việc trồng rau bằng kỹ thuật thủy canh trong điều kiện Việt Nam, kỹ thuật này sẽ góp phần hỗ trợ cho việc cung cấp một phần rau xanh an toàn và chất lượng cao cho nhu cầu phát triển hiện nay

1.3 Vai trò của các nguyên tố khoáng đối với thực vật

Các nguyên tố khoáng đóng vai trò rất quan trọng trong đời sống thực vật Chất khoáng là thành phần xây dựng nên các chất hữu cơ cơ bản nhất của chất nguyên sinh, cấu trúc nên tế bào và cơ quan

Nguyên tố khoáng tham gia vào quá trình điều chỉnh các hoạt động trao đổi chất, các hoạt động sinh lý của cây Vai trò điều chỉnh của các nguyên tố khoáng thông qua tác dụng điều tiết một cách mạnh mẽ các chỉ tiêu hóa lý, hóa keo của chất nguyên sinh như điện tích, độ bền, khả năng ngậm nước, độ phân tán, độ nhớt v.v… của hệ keo

Các nguyên tố khoáng có khả năng làm tăng tính chống chịu của thực vật đối với các điều kiện bất lợi như hạn, rét và chịu bệnh

và nhiều loại vitamin trong cây

Bón nitơ thúc đẩy cây tăng trưởng, đâm nhiều chồi, cành lá, làm lá có kích thước to, màu xanh, lá quang hợp mạnh do đó tăng năng suất

b Photpho (P)

Photpho có vai trò quan trọng trong đời sống cây trồng Có trong trong thành phần của nhân tế bào, rất cần cho sự hình thành bộ phận mới của cây Photpho kích thích quá trình đẻ nhánh, nảy chồi, thúc đẩy cây ra hoa kết quả sớm và nhiều Tăng đặc tính chống chịu của cây đối với các yếu tố không thuận lợi, chống rét, chống hạn, chịu độ chua của đất, chống một số loại sâu bệnh hại

Photpho tham gia vào thành phần các enzyme, các protein, tham gia vào quá trình tổng hợp các acid amin

do dư thừa một số chất như K+, NH4+ Nó cũng cần thiết cho sự đồng hóa đạm nitrat và vận chuyển gluxit từ tế bào đến các bộ phận dự trữ của cây

Canxi giúp cây chịu úng tốt hơn do làm giảm độ thấm của tế bào và việc hút nước của cây

b Magie (Mg)

Magie là thành phần cấu tạo chất diệp lục nên giữ vai trò quan trọng trong quá trình quang hợp và tổng hợp chất gluxit trong cây Magie tham gia trong thành phần của nhiều loại men, đặc biệt các men chuyển hóa năng lượng, đồng hóa lân, tổng hợp nhiều protein và lipit Magie giữ cho độ pH trong tế bào cây ở phạm vi thích hợp, tăng sức trương của tế bào nên ổn định cân bằng nước, tạo điều kiện cho các quá trình sinh học trong tế bào xảy ra bình thường

c Lưu huỳnh (S)

Được coi là yếu tố dinh dưỡng thứ 4 của cây trồng sau nito, photpho và kali Lưu huỳnh tham gia trong thành phần của các acid amin, protein và vitamin Trong đó, có acid amin không thay thế như methionin Lưu huỳnh còn có trong thành phần của men coenzim A xúc tiến nhiều quá trình sinh lý trong cây như quang hợp, hô hấp và sự cố định đạm của vi sinh vật cộng sinh

1.3.3 Nhóm vi lượng

Đây là nhóm các chất dinh dưỡng khoáng chiếm tỷ lệ rất nhỏ trong cây nhưng nếu thiếu một trong số đó cây sẽ không thể hoàn thành chu trình sống của mình một cách bình thường Các nguyên tố vi lượng bào gồm Kẽm, Sắt, Đồng, Mangan, Bo, Molypden và Clo

a Đồng (Cu)

Đồng cần thiết cho sự hình thành diệp lục và làm xúc tác cho một số phản ứng khác trong cây, nhưng thường không tham gia vào thành phần của chúng Những cây hòa thảo không trổ hoa hoặc không hình thành được hạt nếu thiếu đồng Nhiều loại cây thiếu đồng có biểu hiện lá thiếu sức trương, rủ xuống và có màu xanh, chuyển sang quầng màu da trời tối trước khi trở nên bạc lá

b Bo (B)

Bo cần thiết cho sự nảy mầm của hạt phấn, sự tăng trưởng của ống phấn, cần thiết cho sự hình thành của thành tế bào và hạt giống Bo cũng hình thành nên các phức chất đường/borat có liên quan tới sự vận chuyển đường và đóng vai trò quan trọng trong việc hình thành protein B tác động trực tiếp đến quá trình phân hóa tế bào, trao đổi hocmon, trao đổi N, nước và chất khoáng khác Ảnh hưởng rõ rệt nhất của B là tới mô phân sinh ở đỉnh sinh trưởng và quá trình phân hóa hoa, thụ phấn, thụ tinh và hình thành quả

c Sắt (Fe)

Sắt là chất xúc tác hình thành nên diệp lục và hoạt động như là một chất mang oxy, giúp hình thành nên một số hệ thống men hô hấp Thiếu sắt gây ra hiện tượng màu xanh lá cây nhợt nhạt (bạc lá) với sự phân biệt rõ ràng giữa các gân lá màu xanh trong khi thịt lá chuyển màu vàng Vì sắt không được vận chuyển giữa các bộ phận trong cây nên biểu hiện thiếu trước tiên xuất hiện ở các lá non gần đỉnh sinh trưởng của cây

d Mangan (Mn)

Mangan là thành phần của hệ thống men (enzyme) trong cây Nó hoạt hóa một số phản ứng trao đổi chất quan trọng trong cây và có vai trò trực tiếp trong quang hợp bằng cách hỗ trợ sự tổng hợp diệp lục Mangan tăng cường

sự chin và sự nảy mầm của hạt khi nó làm tăng sự hữu dụng của photpho và canxi Cũng như sắt, mangan không được tái sử dụng trong cây nên hiện tượng thiếu bắt đầu từ lá non, với màu vàng giữa những gân lá, và đôi khi xuất hiện nhiều đốm màu đen Ở những cây hòa thảo xuất hiện những vùng

mù xám ở gần cuống lá non

e Molypden (Mo)

Molypden cần cho sự tổng hợp và hoạt động của men khử nitrat Loại men này khử nitrat thành ammonium trong cây Molypden có vai trò trong việc tổng hợp đạm cộng sinh bởi vi khuẩn Rhizobia trong nốt sần cây họ đậu