Mục đích nghiên cứu của Luận án nhằm xác định ảnh hưởng của chiếu sáng nhân tạo bằng đèn LED đến sinh trưởng, năng suất và chất lượng của cây cải bó xôi được trồng trên hệ thống thủy canh hồi lưu. Mời các bạn cùng tham khảo!
TỔNG QUAN
Cây cải bó xôi và giá trị dinh dưỡng
Rau cải bó xôi, còn được gọi là rau chân vịt, rau pố xôi, bố xôi, rau nhà chùa, bắp xôi hay rau bina, có tên khoa học là Spinacia oleracea L Đây là một loài thực vật có hoa thuộc họ Dền (Amaranthaceae), lớp Hai lá mầm, với nguồn gốc từ miền Trung và Tây Nam Á.
Phân loại khoa học (USDA, NRCS, 2010)
Giới (Regnum) Plantae Lớp (Class) Magnoliopsida Bộ (Ordo) Caryophyllales
Họ (Familia) Amarathanceae Chi ( Genus) Spinacia
1.1.1.3 Hình thái, sinh lý sinh trưởng
* Hình thái, sinh lý sinh trưởng
Hình 1.1 Hình thái của cây cải bó xôi (A: Cây, B: Hoa ,C: Hạt)
(http://www.botany.hawaii.edu/faculty/carr/chenopodi.htm) [174]
Cải bó xôi là một loại cây trồng trong vòng một năm, thường cao khoảng 30 cm với lá hình oval màu xanh đậm và cuống nhỏ Các lá của cây thường chụm lại tại gốc, có kích thước nhỏ, và cả lá lẫn thân đều giòn, dễ bị dập gãy Hoa của cải bó xôi có màu vàng xanh Đặc biệt, loại cải này nổi bật với vị ngọt và tính mát, mang lại nhiều lợi ích cho sức khỏe.
Cải bó xôi là loại rau ưa khí hậu lạnh, phát triển tốt trong điều kiện mát mẻ và chịu được rét, nhưng không thích hợp với thời tiết nóng Nhiệt độ lý tưởng cho sự sinh trưởng của cây là từ 18-20 độ C, và cây sẽ phát triển chậm khi nhiệt độ cao hơn.
10 0 C, cây có thể chịu nhiệt độ thấp -10 0 C
Cải bó xôi cần ánh sáng nhẹ để phát triển, và ánh sáng quá mạnh có thể gây hại cho cây Loại rau này có khả năng chịu bóng râm, cho phép trồng xen kẽ với các cây cao khác Là cây trồng mùa đông, cải bó xôi thích nghi tốt với ánh sáng hạn chế, điều này rất có giá trị trong điều kiện sử dụng ánh sáng nhân tạo tốn kém Với lá lớn, phẳng và khả năng sinh trưởng mạnh, cải bó xôi có thể đáp ứng tốt với sự thay đổi của môi trường (Proietti et al., 2009) [118].
1.1.2 Giá trị dinh dưỡng và giá trị trong nghiên cứu khoa học Đây là loại rau tốt cho sức khỏe, đồng thời cũng là một vị thuốc Các khoáng chất trong rau cải bó xôi giúp kiềm hóa, cân bằng chế độ ăn uống axit cao, nguyên nhân của bệnh béo phì và các chứng bệnh khác Các carotenoid được tìm thấy trong cải bó xôi có tác dụng bảo vệ mắt khỏi các bệnh như đục thủy tinh thể và thoái hóa điểm vàng… Vitamin K cùng với canxi và magiê có trong cải bó xôi giúp hệ xương chắc khỏe Hàm lượng viamin A giúp da khỏe mạnh, duy trì độ ẩm thích hợp Vitamin C có trong cải bó xôi hoạt động như một chất chống oxi hóa có thể hòa tan trong nước, giúp làm giảm nguy cơ gây ra rất nhiều bệnh tật Do đó, ăn cải bó xôi có thể giúp chống lại nhiễm trùng và giữ cho hệ thống miễn dịch luôn khỏe mạnh Đây cũng là món uống có giá trị dinh dưỡng Trong rau cải bó xôi có một loại hóa chất steroid tên khoa học là phutoecdy có tác dụng thúc đẩy sự sản xuất protein tự nhiên trong cơ thể lên tới 20% [172]
Bảng 1.1 Thành phần dinh dưỡng có trong 100g rau cải bó xôi
Giá trị dinh dưỡng 100g khối lượng tươi
(http://ndb.nal.usda.gov/ndb/foods) [171]
Rau cải bó xôi (Spinacia oleracea L.) đã cho thấy tiềm năng trong việc chống ung thư nhờ vào chế độ ăn nhiều rau quả, giúp giảm nguy cơ mắc bệnh Loại rau này cung cấp nhiều vitamin và khoáng chất thiết yếu như vitamin K, A, mangan, magiê, axit folic, sắt, vitamin C, B2, kali, cùng với chất xơ và axit béo omega-3, hỗ trợ duy trì và cải thiện sức khỏe mô Ngoài ra, cải bó xôi chứa các chất chống oxi hóa carotenoid và polyphenol, cùng với hàm lượng glycoglycerolipid cao, đặc biệt là sulfoquinovosyl diacylglycerol (SQDG) và monogalactosyl diacylglycerol (MGDG), có khả năng ức chế sự phát triển tế bào ung thư Nghiên cứu cho thấy cải bó xôi có thể là một thực phẩm chức năng mạnh mẽ trong việc phòng ngừa ung thư, với lượng glycoglycerolipid lớn thứ hai trong các loại rau thử nghiệm.
Rau cải bó xôi là một trong những cây trồng ALS (Advanced Life Support) của NASA, được lựa chọn để tăng cường sự đa dạng trong chế độ ăn uống cho các phi hành gia trên Trạm vũ trụ quốc tế, Mặt trăng và các căn cứ sao Hỏa NASA quan tâm đến loại cây này vì nó sản xuất thành phần chống độc (liên kết canxi) và có khả năng sinh sắt khả dụng cao, điều này đặc biệt quan trọng khi các phi hành đoàn có thể bị giảm số lượng hồng cầu.
Rau cải bó xôi, với đặc tính tăng trưởng thấp và chu kỳ sinh trưởng ngắn (30 ngày), là lựa chọn lý tưởng cho chế độ ăn của phi hành gia như một nguồn rau tươi linh hoạt Tại Mỹ, rau cải bó xôi thủy canh đang trở nên phổ biến và có tầm quan trọng kinh tế ngày càng cao Việc chuyển giao công nghệ ALS và CEA sang sản xuất thủy canh thương mại giúp sản xuất rau cải bó xôi quanh năm trở thành hiện thực khả thi Loại cây này có khả năng thích nghi với điều kiện nhiệt độ thấp nhờ vào quá trình trao đổi chất ở lá, bao gồm sự gia tăng enzyme quang hợp và khả năng thu dọn oxi hoạt hóa Rau cải bó xôi cũng được sử dụng làm cây mẫu để nghiên cứu sự thay đổi sinh lý và chất lượng trong các điều kiện nhiệt độ và ánh sáng khác nhau, cho thấy hàm lượng axit ascorbic, nitrate và axit oxalic có thể bị ảnh hưởng bởi các thông số môi trường như nhiệt độ không khí và cường độ ánh sáng.
Ánh sáng đèn LED đối với sinh trưởng, phát triển và năng suất cây trồng
Cây cần ánh sáng suốt quá trình phát triển từ nảy mầm đến ra hoa và tạo hạt giống Trong ngành công nghiệp nhà kính, ba thông số ánh sáng quan trọng là số lượng, chất lượng và thời gian, mỗi thông số này ảnh hưởng khác nhau đến sự phát triển của cây trồng (Singh et al., 2015).
Cường độ ánh sáng là yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến quá trình quang hợp, trong đó năng lượng từ ánh sáng được sử dụng để chuyển đổi CO2 trong không khí thành các hợp chất carbohydrate trong lục lạp của tế bào thực vật.
Chất lượng ánh sáng, hay phân phối quang phổ, đề cập đến sự phân bố của bức xạ ở các bước sóng khác nhau, bao gồm cả vùng ánh sáng nhìn thấy và không nhìn thấy Thực vật đặc biệt nhạy cảm với ánh sáng đỏ và xanh lam trong quá trình quang hợp Ngoài ra, phân phối quang phổ cũng ảnh hưởng đến sự phát triển hình thái, sinh trưởng và ra hoa của thực vật.
Thời gian chiếu sáng và tối, hay còn gọi là quang chu kỳ, đóng vai trò quan trọng trong quá trình ra hoa của thực vật Việc điều chỉnh thời gian chiếu sáng có thể kiểm soát thời điểm ra hoa, giúp tối ưu hóa sự phát triển của cây trồng.
Cây chỉ hấp thụ các bước sóng ánh sáng phù hợp với nhu cầu quang hợp của chúng, với bức xạ hoạt động của quang hợp (PAR) nằm trong khoảng 400-700 nm, tương ứng với quang phổ nhìn thấy của mắt người (Chen et al., 2014) Chlorophyll (chlorophyll a và b) là sắc tố chính trong quang hợp, nhưng bên cạnh đó, cây còn có các sắc tố quang hợp khác như carotenoid (β-carotene, zeaxanthin, lycopene, lutein), đóng vai trò quan trọng trong việc hấp thụ ánh sáng và nâng cao năng suất cây trồng.
Hình 1.2 Phổ hấp thu của chlorophyll và carotenoid (Nguồn: Chen et al , 2014) [40]
Phổ bức xạ mặt trời chủ yếu bao gồm ba phần: tia cực tím (UV), ánh sáng nhìn thấy và tia hồng ngoại (Hình 1.3 và Hình 1.4):
Hình 1.3 Các phổ bước sóng ánh sáng
(Nguồn: http://dennangluongmattroigivasolar.blogspot.com/2019/01/nhung-phep- do-can-biet-khi-su-dung-den-led-nong-nghiep.html) [175]
Hình 1.4 Những khoảng ánh sáng được hấp thụ bởi thực vật
Các bước sóng ánh sáng được nhận biết bởi các tế bào cảm quang thực vật như phytochromes, cryptochromes, phototropins và UVR8, giúp thực vật điều chỉnh sự phát triển và thích nghi với môi trường ánh sáng.
(Nguồn: http://www.biologie.ens.fr/smdgs/spip.php?article57) [176]
Tia cực tím C (200-280 nm) là phần quang phổ có hại cho cây do tính độc hại cao Tuy nhiên, tia UVC bị tầng ozone trên bề mặt trái đất chặn lại, nên không chiếu tới bề mặt trái đất.
- 280-315 nm (tia cực tím B): Phần này không phải là rất có hại nhưng khả năng gây mất mầu ở lá cây
- 315-380 nm (tia cực tím A): Phần ánh sáng này không có bất kỳ ảnh hưởng tích cực hoặc tiêu cực nào đến sinh trưởng ở thực vật
Quang phổ ánh sáng nhìn thấy bắt đầu từ 380-400 nm, đánh dấu quá trình hấp thụ ánh sáng bởi các sắc tố thực vật như chlorophyll và carotenoid.
Ánh sáng nhìn thấy trong khoảng 400-520 nm bao gồm tia tím, xanh lam và dải màu xanh lá cây, với đỉnh hấp thụ của chlorophyll nằm trong phạm vi này Phạm vi ánh sáng này có ảnh hưởng quan trọng đến quang hợp và sự phát triển của thực vật.
Vùng ánh sáng nhìn thấy từ 520-610 nm bao gồm các màu xanh lá cây, vàng và da cam Dải ánh sáng này ít bị hấp thụ bởi sắc tố thực vật, do đó nó có ảnh hưởng hạn chế đến quá trình quang hợp và sự phát triển của thực vật.
Dải ánh sáng nhìn thấy từ 610-720 nm, chủ yếu chứa màu đỏ, có vai trò quan trọng trong sự hấp thụ ánh sáng của thực vật Phần lớn quá trình quang hợp, sinh trưởng sinh dưỡng, cũng như sự ra hoa và nở hoa của cây cối đều chịu ảnh hưởng mạnh mẽ từ ánh sáng trong dải này.
- 720-1000 nm (màu đỏ xa/hồng ngoại): Nảy mầm và ra hoa bị ảnh hưởng bởi phạm vi này mặc dù hấp thụ ít xảy ra ở dải ánh sáng này
- > 1000 nm (hồng ngoại): Tất cả hấp thụ ở vùng ánh sáng này được chuyển thành nhiệt
1.2.2 Tính ưu việt của việc sử dụng đèn LED (light-emitting diode) cho cây trồng 1.2.2.1 Đặc điểm và tính ưu việt của đèn LED so với các nguồn sáng khác khi sử dụng cho cây trồng
LED là ánh sáng trạng thái rắn được phát ra từ chất bán dẫn, cho phép kiểm soát quang phổ và cường độ ánh sáng phù hợp cho cây trồng Sự hoạt động của các bộ phận cảm biến ảnh hưởng đến hình thái thực vật, quá trình sinh lý và hiệu quả quang hợp, giúp cây phát triển tốt hơn LED có khả năng phát quang cao, nhiệt bức xạ thấp và tuổi thọ dài, đồng thời thân thiện với môi trường Ngược lại, các nguồn sáng truyền thống như đèn natri cao áp và đèn halogen kim loại không hiệu quả, phát ra nhiệt độ cao gây ảnh hưởng tiêu cực đến sự phát triển của cây Điều này lý giải tại sao đèn HPS thường được đặt ở độ cao lớn hơn 2m Mặc dù chúng tăng lượng photon quang hợp, nhưng lại phát ra bước sóng không cần thiết và tạo ra nhiệt bức xạ cao, hạn chế khả năng sử dụng trong hệ thống nhà kính tương lai.
Các bóng đèn huỳnh quang cần được thay thế định kỳ và tiêu tốn nhiều điện năng, đồng thời tỏa nhiệt ra môi trường (Tennessen et al., 1994) Chúng có tuổi thọ khoảng 20.000 giờ, trong khi bóng đèn sợi đốt chỉ đạt tối đa 1.000 giờ Bóng đèn huỳnh quang có vỏ mỏng manh và dễ vỡ, trong khi đèn LED không có lớp vỏ dễ hỏng, nên bền hơn và an toàn hơn Đèn LED thường có tuổi thọ từ 30.000 đến 50.000 giờ hoặc hơn, và do phát ra ít nhiệt bức xạ, chúng có thể được đặt gần cây cối và thiết kế để phát ra ánh sáng lớn với cường độ cao.
Năng lượng đóng góp khoảng 20-30% tổng chi phí sản xuất trong ngành công nghiệp nhà kính Mặc dù tỏa nhiệt làm tăng chi phí, nhiệt từ đèn HPS không đáng kể cho việc giữ ấm và phát triển cây trồng Do đó, công nghệ mới giúp giảm điện năng tiêu thụ và tạo ra nhiệt bức xạ thấp, đồng thời duy trì hoặc cải thiện giá trị cây trồng, đang được quan tâm lớn trong ngành công nghiệp này.
LED ra đời và góp phần đáng kể vào việc giải quyết những hạn chế nêu trên (Bantis et al., 2016) [29]
Trồng cây bằng kỹ thuật thủy canh
Hệ thống thủy canh là một kỹ thuật canh tác hiện đại, sử dụng giải pháp dinh dưỡng không cần đất mà thay vào đó là các giá thể nhân tạo như xốp, sỏi, đá cuội, cát, mùn cưa, than bùn, xơ dừa, perlite, vỏ đậu phộng, thảm polyester hoặc vermiculite Kỹ thuật này đảm bảo cung cấp oxy, nước và chất dinh dưỡng, hỗ trợ cho sự phát triển của rễ cây tương tự như khi trồng trên đất (Resh, 2016).
Sự giảm diện tích đất canh tác cùng với dân số gia tăng và nhu cầu thực phẩm ngày càng cao, kết hợp với những tiến bộ công nghệ và đầu tư nghiên cứu phát triển, đang thúc đẩy sự phát triển của thị trường trồng cây thủy canh Dự báo cho thấy giá trị sản phẩm từ sản xuất thủy canh toàn cầu sẽ tăng từ 226,45 triệu đô la vào năm 2016 lên 724,87 triệu đô la vào năm 2023.
Kỹ thuật thủy canh đã trải qua một quá trình phát triển dài với nhiều cải tiến và hình thức khác nhau Hiện nay, có hai kiểu hệ thống thủy canh chính: hệ thống thủy canh tĩnh và hệ thống thủy canh động Trong đó, hệ thống thủy canh động được phân chia thành hai loại: hệ thống thủy canh mở và hệ thống thủy canh kín.
Từ các đặc điểm của 2 hệ thống thủy canh trên hiện nay đã phát triển thành 7 loại thủy canh khác nhau (El-Kazzaz & El-Kazzaz, 2017; Sambo et al., 2019) [50],
Tùy thuộc vào mục đích sử dụng và điều kiện địa hình kinh tế, có nhiều hệ thống trồng cây phù hợp như: hệ thống bấc (Wick system), hệ thống thủy canh tĩnh (water culture system), hệ thống ngập và rút định kỳ (Ebb & Flow system), hệ thống nhỏ giọt (Drip systems), hệ thống màng dinh dưỡng N.F.T (Nutrient Film Technique), aquaponics và khí canh (Aeroponics).
Trong những năm gần đây, phương pháp canh tác hiện đại này đã được nghiên cứu và áp dụng rộng rãi trên toàn cầu Nó hứa hẹn sẽ mang lại những đóng góp quý giá cho nền nông nghiệp Việt Nam.
1.3.1.1 Hệ thống thủy canh tĩnh Đây là hệ thống thủy canh mà trong qua trình sử dụng để trồng cây, dung dịch dinh dưỡng không chuyển động Rễ cây được nhúng một phần hay hoàn toàn trong dung dịch dinh dưỡng Hệ thống này có ưu điểm là chi phí đầu tư thấp vì không cần hệ thống làm chuyển động dung dịch nhưng nhược điểm là thường thiếu oxi trong dung dịch và pH dung dịch dinh dưỡng dễ bị axit gây ngộ độc cho cây
Hình 1.5 Hệ thống thủy canh tĩnh
(Nguồn: https://vi.wikipedia.org)
1.3.1.2 Hệ thống thủy canh động
Hệ thống thủy canh cho phép dung dịch dinh dưỡng di chuyển trong quá trình trồng cây, mặc dù chi phí cao nhưng đảm bảo cung cấp đủ oxy cho cây Hệ thống này được chia thành hai loại khác nhau.
Hệ thống thủy canh mở là một phương pháp thủy canh động, trong đó dung dịch dinh dưỡng không được tuần hoàn trở lại, dẫn đến sự lãng phí Tuy nhiên, ưu điểm của hệ thống này là không cần đầu tư vào thiết bị bơm để tái tuần hoàn dung dịch dinh dưỡng.
Hệ thống thủy canh kín là một phương pháp thủy canh động, trong đó dung dịch dinh dưỡng được tuần hoàn nhờ hệ thống bơm, giúp tiết kiệm dinh dưỡng và duy trì nồng độ oxy Mặc dù chi phí cao, nhưng hệ thống này cho phép điều chỉnh dinh dưỡng theo từng giai đoạn phát triển của cây, đồng thời loại bỏ chất gây hại và tồn dư từ vụ trước Nó cũng dễ dàng trong việc thanh trùng và kiểm soát dịch bệnh, giảm thiểu việc sử dụng thuốc bảo vệ thực vật, từ đó tạo ra sản phẩm an toàn cho người tiêu dùng Nhờ vào việc kiểm soát dinh dưỡng, năng suất cây trồng trong hệ thống này có thể cao hơn từ 25-500% so với cây trồng ngoài đất.
Hệ thống thủy canh hồi lưu là phương pháp trồng cây trong dung dịch nông, cho phép cây non đứng trong máng và rễ phát triển nhanh chóng vào dung dịch Tỉ lệ cao giữa diện tích bề mặt và khối lượng dung dịch giúp thông khí tốt Với chỉ một lớp dung dịch nông, hệ thống này không cần luống trồng sâu, dễ dàng thay đổi cách xếp đặt và giảm chi phí sản xuất.
Trồng rau thủy canh hồi lưu hiện đang là một trong những phương pháp phổ biến nhất trong lĩnh vực thủy canh Phương pháp này có thể được áp dụng cho nhiều mô hình trồng rau khác nhau, từ quy mô nhỏ của các hộ gia đình cho đến các trang trại lớn Nghiên cứu và thực nghiệm cho thấy, trồng rau thủy canh hồi lưu mang lại năng suất cao hơn so với phương pháp thủy canh tĩnh.
Hình 1.6 Hệ thống thủy canh hồi lưu
Hệ thống thủy canh tuần hoàn cơ bản bao gồm bể chứa dung dịch dinh dưỡng, máy bơm để cung cấp dung dịch này, và các máng song song để hỗ trợ quá trình phát triển cây trồng.
Hệ thống thủy canh hồi lưu bao gồm bể chứa dinh dưỡng với cây trồng, ống hứng dung dịch thải và bộ phận theo dõi nồng độ chất dinh dưỡng, pH, và mức nước Dung dịch dinh dưỡng được bơm đều từ bể chứa qua các ống thủy canh, sau đó phần dư sẽ được đưa trở lại bể chứa ban đầu Quá trình này diễn ra liên tục, cho phép điều chỉnh lượng nitơ trong dung dịch nhằm đảm bảo hàm lượng nitrat (NO3 -) trong rau không vượt quá mức cho phép (Resh, 2016).
Hiện nay, các hệ thống trồng cây trong dung dịch đã được tự động hóa hoàn toàn, cho phép điều chỉnh pH, độ dẫn điện (EC), và nồng độ dung dịch dinh dưỡng một cách chính xác Những hệ thống này cũng đảm bảo thông khí và cung cấp oxy cho rễ cây, chủ yếu được áp dụng để sản xuất sản phẩm an toàn tại các quốc gia có nền kinh tế phát triển và công nghiệp hiện đại.
Hệ thống này gặp một số hạn chế, bao gồm tính phức tạp và khó triển khai tại các nước kém phát triển và đang phát triển do yêu cầu đầu tư cao cho hệ thống bơm tuần hoàn dung dịch Điều này cần thiết để đảm bảo oxy cho rễ cây, điều chỉnh pH và hàm lượng dinh dưỡng trong dung dịch Hơn nữa, hệ thống cũng có nguy cơ lây lan bệnh từ cây này sang cây khác một khi có sự xuất hiện của cây bị bệnh.
Một số kết luận rút ra sau tổng quan
Đèn LED là nguồn ánh sáng tiên tiến, tạo ra ánh sáng đơn sắc phù hợp với các chất nhận ánh sáng của cây, giúp thúc đẩy các chức năng sinh lý và tối đa hóa năng suất Việc sử dụng đèn LED kết hợp với trồng cây trong dung dịch dinh dưỡng có thể kiểm soát môi trường, nâng cao năng suất và chất lượng rau, đặc biệt là cải bó xôi Cải bó xôi, với tiềm năng năng suất và giá trị dinh dưỡng cao, là cây trồng lý tưởng cho nghiên cứu và phát triển sản xuất Phương pháp quản lý dinh dưỡng với nồng độ thấp, tiết kiệm và kiểm soát nhiệt độ, kết hợp với chiếu sáng bổ sung có cường độ và phổ phù hợp, rất khả thi cho sản xuất rau thủy canh Ngoài ra, việc lựa chọn nguồn sáng cũng cần chú ý đến ảnh hưởng của ánh sáng đến an toàn thực phẩm và dinh dưỡng cho con người.
VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1 Đối tượng và vật liệu nghiên cứu
Nghiên cứu này được thực hiện trên ba giống cải bó xôi, bao gồm G1 - giống cải bó xôi F1 chịu nhiệt PD512 (Phú Điền), G2 - giống cải bó xôi chịu nhiệt F1 (Lucky Seeds), và G3 - giống cải bó xôi F1 (VA.DASH) (Việt Á).
Giống cải bó xôi chịu nhiệt F1 của công ty TNHH giống cây trồng Lucky có đặc điểm sinh trưởng khỏe mạnh, kháng bệnh tốt và độ đồng đều cao Cây có lá tròn dài, màu xanh mướt, đặc biệt có khả năng chịu nhiệt tốt, cho phép trồng quanh năm Thời gian thu hoạch của giống này chỉ từ 39-40 ngày sau khi gieo.
+ Giống cải bó xôi F1 chịu nhiệt PD512- Phú Điền của công ty THHH TM và
Giống SX Phú Điền nổi bật với khả năng kháng bệnh tốt, cây khỏe mạnh và độ đồng đều cao Lá của giống này có hình dạng tròn, dài và màu xanh mướt, đồng thời chịu nhiệt tốt Giống cây này có thể trồng quanh năm và cho thu hoạch từ 39 ngày.
Giống cải bó xôi F1 (VA.DASH) của công ty TNHH phát triển nông nghiệp Việt Á nổi bật với khả năng sinh trưởng mạnh mẽ và khả năng kháng bệnh tốt Giống này có độ đồng đều cao, lá tròn dài với mép lá trơn, không có khía, màu xanh trung bình và vị ngon mềm Thời gian thu hoạch từ 40-50 ngày sau khi gieo, có thể trồng quanh năm ở Đà Lạt và trong vụ Đông Xuân tại các tỉnh phía Bắc.
Dung dịch dinh dưỡng SH1, SH3 và SH5, được nghiên cứu và cải biến bởi Viện Sinh học Nông nghiệp – Học viện Nông nghiệp Việt Nam, có thành phần và hàm lượng dinh dưỡng được mô tả trong Phụ lục 2, dựa trên dung dịch dinh dưỡng Hoagland & Arnon (1950).
Hệ thống đèn LED của công ty Cổ phần Bóng đèn Phích nước Rạng Đông cung cấp các sản phẩm chất lượng cao Cường độ ánh sáng của các đèn LED được đo bằng thiết bị chuyên dụng UPRtek PG100N Handheld Spectral PAR meter, đảm bảo hiệu suất chiếu sáng tối ưu.
Trong nghiên cứu và phân tích cây trồng, một số vật liệu và thiết bị quan trọng bao gồm rọ nhựa, máy đo EC, máy đo pH, máy đo chỉ số SPAD, máy đo diện tích lá, cân kỹ thuật, máy scan rễ, kính hiển vi điện tử, máy đo quang phổ, hệ thống pipet và cốc đong Những công cụ này hỗ trợ tối ưu trong việc theo dõi và đánh giá tình trạng sức khỏe của cây trồng.
2.2 Địa điểm và thời gian nghiên cứu
2.2.1 Địa điểm nghiên cứu Đề tài được tiến hành thực hiện trên hệ thống thủy canh hồi lưu trong nhà lưới có mái che và hệ thống thủy canh hồi lưu trong nhà điều hòa kết với hệ thống đèn LED, tại Viện Sinh học Nông nghiệp - Học viện Nông nghiệp Việt Nam
2.2.2 Thời gian nghiên cứu Đề tài được thực hiện trong khoảng thời gian từ tháng 12/2017 đến tháng 9/2020
Các thí nghiệm đã xác định các thông số kỹ thuật tối ưu cho việc trồng cải bó xôi trong hệ thống thủy canh hồi lưu, được thực hiện trong nhà lưới có mái che Nhiệt độ trung bình trong nhà lưới vào mùa hè là 37±2°C và vào mùa đông là 23±2°C, với độ ẩm trung bình dao động từ 45% đến 50%.
Các thí nghiệm nhằm xác định phổ ánh sáng tối ưu và cường độ ánh sáng tối ưu cho trồng cải bó xôi bằng đèn LED trong hệ thống thủy canh hồi lưu được thực hiện trong nhà với nhiệt độ duy trì ở mức 27°C ± 0,4°C và độ ẩm ổn định 65% ± 2%, sử dụng dụng cụ đo nhiệt độ và độ ẩm Daekwang TH05 Hạt giống được ngâm trong nước ấm với tỉ lệ 3 sôi: 2 lạnh (~50°C) trước khi gieo vào giá thể Klasmann TS-2 (Đức) trong các khay nhựa 128 lỗ kích thước 60 cm x 30 cm x 5 cm Các cây có kích thước đồng đều và đã ra lá thật được chọn và đưa vào hệ thống thủy canh tuần hoàn, được đặt trong rọ nhựa chứa giá thể mút xốp có chiều cao 10 cm và đường kính miệng rọ 7 cm.
Kiểm tra độ pH và EC định kỳ 3 ngày một lần, đảm bảo giá trị tối ưu theo kết quả thí nghiệm Cần bổ sung hoặc thay dung dịch dinh dưỡng khi hàm lượng pH và EC không đạt yêu cầu.
EC vượt khỏi ngưỡng Thời gian thu hoạch 40-50 ngày sau gieo
Bố trí thí nghiệm để xác định các thông số kỹ thuật tối ưu trồng cải bó xôi trồng trên hệ thống thủy canh hồi lưu
Các thí nghiệm được thực hiện trong hệ thống nhà lưới tiêu chuẩn, với điều kiện ánh sáng có tỉ lệ ánh sáng đỏ, xanh lam và xanh lá cây (R/B/G) là 2/1/2, và cường độ bức xạ hoạt động quang hợp đạt 420 µmol/m²/s.
Nghiên cứu được thực hiện thông qua 6 thí nghiệm, mỗi thí nghiệm được bố trí theo kiểu khối ngẫu nhiên đầy đủ (RCB) với 3 lần nhắc lại Mỗi lần nhắc lại gồm 15 cây được trồng trên hệ thống giàn thủy canh hồi lưu.
Thí nghiệm 1 tập trung vào việc xác định giống cải bó xôi phù hợp để trồng trong hệ thống thủy canh hồi lưu Các giống cải bó xôi được thử nghiệm bao gồm: CT1 - giống cải bó xôi F1 chịu nhiệt PD512 (Phú Điền), CT2 - giống cải bó xôi chịu nhiệt F1 (Lucky Seeds) và CT3 - giống cải bó xôi F1 (VA.DASH-Việt Á).
Thí nghiệm 2 tập trung vào việc xác định dung dịch dinh dưỡng tối ưu cho cây cải bó xôi khi được trồng trong hệ thống thủy canh hồi lưu, dựa trên giống cây đã được lựa chọn từ thí nghiệm 1 Việc nghiên cứu này nhằm nâng cao năng suất và chất lượng cây trồng trong môi trường thủy canh.
Các công thức thí nghiệm: CT1: SH1; CT2: SH3; CT3: SH5
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
Trồng rau trong hệ thống thủy canh hồi lưu là công nghệ cao, giúp duy trì sản xuất rau quanh năm với sản phẩm đồng nhất, sạch và chất lượng Công nghệ này tối ưu hóa phân bón và lượng nước sử dụng, giảm thiểu sâu bệnh, đồng thời đáp ứng nhu cầu trồng rau sạch tại các khu vực đô thị.
Mặc dù nhiều dung dịch dinh dưỡng thủy canh hiện nay dựa trên công thức Hoagland Arnon, nhưng vẫn chưa đáp ứng nhu cầu của một số cây trồng như cải bó xôi, dẫn đến sinh trưởng kém và giá trị thương mại thấp Do đó, việc nghiên cứu và pha chế dung dịch dinh dưỡng chuẩn hóa quốc tế, cân đối các nguyên tố khoáng thiết yếu để tối ưu hóa sự phát triển của từng loại cây là rất cần thiết Hơn nữa, việc duy trì pH, EC và lựa chọn dạng chất của các nguyên tố khoáng thiết yếu trong dung dịch dinh dưỡng là cực kỳ quan trọng, vì pH và EC khác nhau sẽ ảnh hưởng đến khả năng hấp thụ và hiệu quả của từng chất dinh dưỡng đối với cây trồng.
Hàm lượng nitrate thấp là yêu cầu quan trọng đối với rau ăn lá như cải bó xôi Nghiên cứu về trồng cây trong dung dịch thủy canh cho thấy nồng độ vi lượng của dung dịch dinh dưỡng có thể giảm và pha loãng Thực vật có thể tồn tại trong nước vài ngày trước khi thu hoạch, giúp giảm bớt hoặc thay thế NO3-N.
Cl-, SO4 2- và NH4 + có khả năng giảm hàm lượng nitrate trong rau (Jakse et al., 2013; Duyar & Kılıç, 2016) Điều này chứng tỏ rằng trồng rau trong dung dịch thủy canh không chỉ mang lại hiệu quả kinh tế mà còn thân thiện với môi trường.
Mục tiêu chính của nghiên cứu này là xác định các thông số tối ưu cho sinh trưởng của rau cải bó xôi trồng thủy canh, bao gồm giống, dung dịch dinh dưỡng, pH, EC, mật độ trồng, và giảm hàm lượng NO3- để nâng cao chất lượng sản phẩm.
Giống cây trồng đóng vai trò quyết định đến năng suất và chất lượng nông sản Nghiên cứu về ảnh hưởng của giống đến sinh trưởng và năng suất cây cải bó xôi trồng thủy canh được thể hiện rõ qua các bảng và hình ảnh trong tài liệu.
Bảng 3.1 Thời gian từng giai đoạn sinh trưởng của các giống cải bó xôi trên hệ thống thủy canh hồi lưu
Giống Thời gian từ gieo đến ….(ngày)
Nảy mầm Xuất hiện 2 lá thật Thu hoạch
Cải bó xôi F1 chịu nhiệt
Cải bó xôi chịu nhiệt
Nghiên cứu cho thấy tất cả các cây cải bó xôi đều phát triển 2 lá thật sau 10 ngày và có thể thu hoạch sau 42 ngày Thời gian nảy mầm khác nhau tùy thuộc vào giống, trong đó giống cải bó xôi F1 (VA.DASH) mất 5 ngày, chậm hơn 1 ngày so với 2 giống còn lại (4 ngày) Từ giai đoạn gieo hạt đến khi cây xuất hiện 2 lá thật, cần khoảng 10 ngày Tổng thời gian sinh trưởng khoảng 42 ngày là cần thiết cho cây cải bó xôi trồng thủy canh hồi lưu trong nhà lưới.
Giống cải bó xôi chịu nhiệt F1 PD512 cho thấy sự phát triển vượt trội về chiều cao cây, số lượng lá, diện tích lá và chỉ số hàm lượng diệp lục (SPAD), với các chỉ tiêu này cao hơn lần lượt 1,17; 1,33; 1,82; 1,18 lần so với giống F1 (VA.DASH) và 1,36; 1,71; 2,31; 1,07 lần so với giống F1 (Lucky Seeds) Sự khác biệt này có ý nghĩa thống kê, cho thấy tiềm năng phát triển vượt bậc của giống PD512 trong điều kiện nhiệt độ cao.
Bảng 3.2 Ảnh hưởng của giống tới sự sinh trưởng của cải bó xôi trên hệ thống thủy canh hồi lưu (42 NST)
Cải bó xôi F1 chịu nhiệt
PD512-Phú Điền 36,33 a 13,70 a 528,43 a 34,38 a Cải bó xôi chịu nhiệt F1-
Ghi chú: Những trị số trong cùng 1 cột có cùng 1 chữ cái là không có sự sai khác ở mức ý nghĩa P < 5% theo phần mềm R
G: Giống; NST: Ngày sau trồng; CCC: Chiều cao cây; SL: Số lá; LA: Diện tích lá
Sự phát triển của thân lá ảnh hưởng đến khối lượng cây, khối lượng rễ, cũng như năng suất lý thuyết và thực thu Có sự khác biệt thống kê đáng kể về năng suất thực thu giữa ba giống thí nghiệm Trong đó, giống F1 Phú Điền đạt năng suất cao hơn 1,17 lần so với giống F1 (VA.DASH) và gấp 1,31 lần so với giống cải bó xôi chịu nhiệt F1 (Lucky Seeds).
Giống cải bó xôi F1 (VA.DASH) có trung bình khoảng 10 lá/cây và bắt đầu ra hoa sau 2 tuần trồng, với lá hình mũi mác và thân cây rõ rệt So với giống cải bó xôi F1 Phú Điền, lá của giống này to, dày và đều hơn, trong khi cải bó xôi chịu nhiệt F1 (Lucky Seeds) có thịt lá hẹp và mỏng hơn Kết quả này phù hợp với năng suất của từng giống, do đó, giống cải bó xôi F1 chịu nhiệt Phú Điền đã được chọn cho các nghiên cứu tiếp theo.
Bảng 3.3 Ảnh hưởng của giống tới yếu tố cấu thành năng suất và năng suất của cải bó xôi trên hệ thống thủy canh hồi lưu (42 NST)
Cải bó xôi F1 chịu nhiệt
PD512-Phú Điền 35,91 a 31,62 a 4,29 3,16 2,23 a Cải bó xôi chịu nhiệt F1-
Cải bó xôi F1 (VA.DASH)-
Ghi chú: Những trị số trong cùng 1 cột có cùng 1 chữ cái là không có sự sai khác ở mức ý nghĩa P < 5% theo phần mềm R
KLC: Khối lượng toàn cây; KLR: Khối lượng rễ; KLTL: Khối lượng thân lá; NSLT: Năng suất lý thuyết; NSTT: Năng suất thực thu
Hình 3.1 Các giống cải bó xôi trồng thủy canh trong thí nghiệm (42 NST)
Dung dịch thủy canh đóng vai trò quan trọng trong việc quyết định chất lượng và năng suất rau trồng Số lượng và diện tích lá trên cây không chỉ phụ thuộc vào yếu tố di truyền mà còn rất nhiều vào dinh dưỡng Khi dinh dưỡng đầy đủ và phù hợp, cây sẽ phát triển tốt, ra lá nhanh và đạt kích thước tối đa, từ đó nâng cao năng suất và chất lượng rau Ngược lại, nếu dinh dưỡng không đầy đủ, cây sẽ sinh trưởng chậm, số lượng lá ít, kích thước nhỏ, dẫn đến năng suất thấp và giá trị thương phẩm giảm.
Bảng 3.4 trình bày ảnh hưởng của các loại dung dịch dinh dưỡng đến sự sinh trưởng của cây cải bó xôi giống PD512 khi được trồng trên hệ thống thủy canh hồi lưu (42 NST) Các dung dịch dinh dưỡng khác nhau có tác động rõ rệt đến sự phát triển của cây, góp phần tối ưu hóa năng suất và chất lượng sản phẩm Việc lựa chọn dung dịch dinh dưỡng phù hợp là yếu tố quan trọng trong việc nâng cao hiệu quả của hệ thống thủy canh.
DD dinh dưỡng CCC (cm) SL (lá/cây) LA (cm 2 /cây) SPAD
Ghi chú: Các trị số trong cùng một cột có cùng một chữ cái không có sự khác biệt có ý nghĩa ở mức P < 5% theo phần mềm R NST đại diện cho ngày sau trồng, CCC là chiều cao cây, SL là số lá, và LA là diện tích lá.
Dung dịch dinh dưỡng Hoagland Arnon là lựa chọn phổ biến cho nghiên cứu trồng rau ăn lá trong thủy canh, cung cấp dinh dưỡng chất lượng cho cây trồng thu hoạch nhanh Đây cũng là dung dịch đầu tiên được xác nhận phù hợp cho sự phát triển cà chua với năng suất cao Tuy nhiên, một số nghiên cứu chỉ ra rằng hàm lượng nguyên tố trong dung dịch này có thể cao hơn mức quy định cho rau ăn lá, dẫn đến nguy cơ ô nhiễm môi trường sau thu hoạch Do đó, việc khai thác hiệu quả tiềm năng của dung dịch Hoagland trong trồng rau ăn lá cần tiếp tục được nghiên cứu, làm cơ sở cho thí nghiệm trồng cải bó xôi với ba dung dịch dinh dưỡng SH1, SH3 và SH5.
Bảng 3.5 trình bày ảnh hưởng của các loại dung dịch dinh dưỡng đến yếu tố cấu thành năng suất và năng suất của cây cải bó xôi giống PD512 được trồng trên hệ thống thủy canh hồi lưu (42 NST) Các loại dung dịch dinh dưỡng khác nhau có tác động đáng kể đến sự phát triển và năng suất của cây, từ đó ảnh hưởng đến hiệu quả sản xuất trong hệ thống thủy canh.