Nghiên cứu nhằm thiết kế xây dựng mô hình nhằm đào tạo sinh viên, học sinh chuyên ngành Trồng trọt, Lâm sinh, Kỹ thuật rau hoa công nghệ cao các hệ Cao đẳng và trung cấp, sơ cấp tại trường. Mời các bạn cùng tham khảo!
Trang 134
MÔ HÌNH NHÀ KÍNH NÔNG NGHIỆP CÔNG NGHỆ CAO SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI MÔ PHỎNG HỆ SINH THÁI BỀN VỮNG TRONG TỰ NHIÊN
Đoàn Nam Thành20
, Trần Xuân Lập21
, Lê Minh Đăng22
TÓM TẮT
Mô hình nhà kính nông nghiệp công nghệ cao sử dụng năng lượng mặt trời mô phỏng hệ sinh thái bền vững trong tự nhiên Là mô hình nhà kính nông nghiệp di động sử
dụng năng lượng mặt trời để phục vụ hoạt động của các hệ thống tưới, hệ thống làm mát,
hệ thống chiếu sáng Mô hình có kích thước 4m x 2m x 3,3m được lợp bằng màng kính Ixraen, có bánh xe di chuyển được Bên trong được bố trí các hệ thống trồng cây theo phương pháp thuỷ canh, khí canh, phương pháp tưới phun sương, phương pháp tưới nhỏ giọt; Các hệ thống bơm, làm mát, chiếu sáng được cung cấp năng lượng từ 02 tấm pin mặt trời 300W, lưu trữ ắc quy 50AH Hệ thống hoạt động tự động hoàn toàn cung cấp tiểu khí hậu khác biệt với môi trường bên ngoài nhằm phục vụ trồng thử nghiệm các loài cây rau ăn lá, rau ăn củ quả, hoa
Mục đích thiết kế xây dựng mô hình nhằm đào tạo sinh viên, học sinh chuyên ngành Trồng trọt, Lâm sinh, Kỹ thuật rau hoa công nghệ cao các hệ Cao đẳng và trung cấp, sơ cấp tại trường
Từ khóa:nhà kính, công nghệ cao, nông nghiệp, thuỷ canh, khí canh, nhỏ giọt.
1 ĐẶT VẤN ĐỀ
Mô hình hà kính thông minh sử dụng năng lượng mặt trời do công ty Myfood của Pháp giới thiệu đầu tiên tại triển lãm nông nghiệp Quốc tế Pari từ 25/2 đến 5/3 năm 2017 với diện tích 22m2 Ưu điểm của mô hình này là gọn nhẹ, tiện dụng, dễ lắp đặt và sử dụng sản xuất rau, hoa ở quy mô vườn nhà, hộ gia đình Tuy nhiên, mô hình này mới chỉ phát triển ở các nước Châu Âu chưa nhập về Việt Nam; Chỉ sử dụng năng lượng pin mặt trời
để tưới nước cho cây chưa ứng dụng để điều khiển các nhân tố khí hậu khác trong nhà kính; Mô hình được dựng trên mặt đất cố định và sử dụng tại địa phương Công nghệ Ixraen ứng dụng năng lượng mặt trời để điều khiển máy bơm cho hệ thống tưới nhỏ giọt phục vụ nông nghiệp
Nhược điểm: Mới chỉ ứng dụng để tưới nước chưa hình thành được hệ tuần hoàn bền vững của chu trình nước, chưa tạo ra được hệ sinh thái riêng biệt mang tính bền vững, và chưa điều chỉnh được các nhân tố sinh thái khác
20
Phó trưởng phòng Đào tạo, Trường Cao đẳng Kỹ thuật Công – Nông nghiệp Quảng Bình
21
Giảng viên Khoa Điện, Trường Cao đẳng Kỹ thuật Công – Nông nghiệp Quảng Bình
22
Giảng viên khoa Nông – Lâm - Ngư, Trường Cao đẳng Kỹ thuật Công – Nông nghiệp Quảng Bình
Trang 235
* Việt Nam
Những năm gần đây với sự hỗ trợ của chính phủ đã bắt đầu phát triển mạnh các dự
án nông nghiệp công nghệ cao, hệ thống nhà màng, nhà kính được xây dựng nhiều nơi Nhưng đặc điểm chung của các dự án này là sự dụng nguồn điện lưới và nước từ bên ngoài để sản xuất, một số đã bắt đầu ứng dụng pin năng lượng mặt trời để điều khiển máy bơm tưới nhỏ giọt theo mô hình của Ixraen Nhược điểm chung của các mô hình này là chỉ ứng dụng từng phần nhỏ lẽ năng lượng tái tạo (điện mặt trời) để phục vụ cho một số khâu nhất định trong sản xuất nông nghiệp, chưa hình thành được hệ sinh thái khép kín
sử dụng năng lượng bền vững mô phỏng hệ sinh thái tự nhiên
Tại Quảng Bình bước đầu đã có một số dự án nông nghiệp công nghệ cao, điển hình là mô hình nhà kính trồng hoa của Công ty TNHH Phát triển các dự án Việt Nam đầu tư tại xã Thuận Đức – Đồng Hới Các chương trình hỗ trợ của nhà nước cho các HTX nông nghiệp, doanh nghiệp và nông dân làm nông nghiệp công nghệ cao chủ yếu là
mô hình nhà màng hoặc nửa kính nửa màng sử dụng năng lượng điện lưới Nhược điểm của dự án này là đang sử dụng nguồn điện lưới và nguồn nước từ bên ngoài để cung cấp cho nhà kính, nhà màng và cũng chưa hình thành được hệ sinh thái bền vững mô phỏng
tự nhiên
Với mong muốn hình thành được một mô hình nhà kính sử dụng nguồn năng lượng sẳn có trong tự nhiên (năng lượng mặt trời) để tạo ra một hệ sinh thái tương đối bền vững trong nhà kính mô phỏng hệ sinh thái tự nhiên phục vụ cho đào đạo các chuyên ngành nông nghiệp công nghệ cao chúng tôi đã tiến hành nghiên cứu lắp đặt mô hình:
“Mô hình nhà kính nông nghiệp công nghệ cao sử dụng năng lượng mặt trời mô phỏng hệ sinh thái bền vững trong tự nhiên”
2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1 Địa điểm và thời gian nghiên cứu
Mô hình được xây dựng tại Trường Cao đẳng Kỹ thuật – Công Nông nghiệp
Quảng Bình
Thời gian làm và hoàn thiện mô hình: 01/8/2019 đến 30/8/2019
2.2 Đối tượng, vật liệu và phương pháp nghiên cứu
*Mô tả khung nhà kính:
- Nhà được hàn kiên cố bằng khung thép hộp 4x4 sơn 2 lớp, Vĩ kèo thép hộp 2x4,các máng thu hồi nước được gò bằng tôn
Dài 4m, rộng 2m, cao 3,3m, mở mái 30cm, lợp plastic Ixraen
- Phần sàn nhà được đan thép hộp 1x2,5 với khẩu độ 25cmx25cm, sàn lát gỗ phíp
Trang 336
- Hệ thống bánh xe chịu tải trọng lớn, máng tôn chứa nước mưa dày 5mm có thể tích 4m x 1,2m x 0,15m
* Mô tả các hệ thống phụ trợ, điều khiển:
+ Hệ thống cung cấp năng lượng: Sử dụng 2 tấm pin mặt trời công suất 150W, 01
bộ máy lưu trữ, điều tiết và phát điện năng lượng mặt trời 500W
+ Hệ thống phun sương: sử dụng 01 máy bơm 12V, 30W 8 bét phun
+ Hệ thống trồng rau thuỷ canh, khí canh: gồm bơm tuần hoàn và các hệ thống phụ trợ hiệu suất cao
+ Hệ thống tưới nước nhỏ giọt trồng rau ăn củ quả: Gồm 02 máng thu hồi nước và
20 đầu tưới nhỏ giọt
+ Hệ thống chậu thông minh sản xuất rau mầm tưới phun sương tự động hoặc thuỷ canh tĩnh
+ Hệ thống làm mát không khí: gồm 2.4m panel xốp giữ ẩm, 01 máy bơm 12V 30W cấp nước, 04 quạt thông gió 12V 15W
+ Hệ thống chiếu sáng: Sử dụng 04 dãy đèn LED công suất 6W/dãy, 01 cụm LED bảo vệ bên ngoài cửa vào
+ Hế thống chứa nước và thu hồi nước: Gồm bể chứa nước cấp nước từ 02 nguồn nước mưa và bù nước máy khi thiếu, máng thu nước mưa, máng thu hồi nước làm mát, cảm biến mức nước (Cấp bù nước máy khi thiếu nước mưa)
+ Hệ thống cảm biến, đồng hồ báo:
Cảm biến ánh sáng: điều khiển bật đèn
Cảm biến độ ẩm: điều khiển tưới
Cảm biến nhiệt độ - thông báo ra đồng hồ so sánh nhiệt độ trong nhà ngoài trời + Hệ thống giám sát, bảo vệ: Gồm 01 Camera Wifi 64Mb, 02 đèn LED năng lượng mặt trời gắn cảm biến chuyển động
- Trồng các loại cây vận hành thử nghiệm các hệ thống:
+ Hệ thống tưới nhỏ giọt: Trồng 20 cây Dưa lưới Nhật Bản
+ Hệ Thống Thủy canh, Khí canh: Rau cần, Mồng tơi, Rau muống hạt, Cải mào gà,
Xà lách
+ Hệ thống tưới phun sương: Cải mầm
3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
3.1 Mô hình nhà kính
Trang 437
BẢN VẺ MẶT BẰNG
2m
4m
TỔNG THỂ
Máy làm mát
bể nước
Pin mặt trời 150Wx2
Trang 538
+
-
Vật tư:
- Khung nhà:
+Sàn nhà dùng thép 4x4 và 1x2cm đan 25x25cm, lót gỗ Phím diện tích 8m2 + Cột: dùng thép 4x4cm, tổng cộng: 6x2,4m =14,4m
+ Băng, thanh giằng thép 5x12: 60m
- Mái vòm: Dùng thép 1x2cm và thép bản uốn cong, thanh giằng mái: 32m
- Bồn chứa nước: Dập bằng tôn 5mm bắn keo kích thước: 2mx4mx0,15m
- Vật liệu lợp nhà: Tấm kính PE ixraen: 40m2; Lưới chống côn trùng: 2m2
- Máng thu nước: Gia công tôn
- Giá lắp thiết bị: Nhóm tự gia công
- Hộp điều khiển: Nhóm tự gia công
- Lắp đặt các thiết bị: Ắc quy, máy bơm, ca mê ra, đèn, hộp điều khiển, cảm biến, các hệ thống bên trong như thuỷ canh, khí canh, nhỏ giọt, phun sương… Nhóm tự gia công
Trang 639
Sơ đồ cấu tạo hệ thống làm mát và tưới nước nhỏ giọt trồng cây củ quả
Bơm
Quạt hơi nước 2
Quạt hơi nước 4
Quạt hơi nước 3
Quạt hơi nước 1
bồn nước
12V
DC
Ống tưới
nhỏ giọt
Máng tôn thu nước Cây trồng
Ống cấp nước quạt
Trang 740
Sơ đồ cấu tạo hệ thống trồng cây thuỷ canh và khí canh kết hợp
Thuỷ canh hồi lưu Khí canh
Bơ m
Trang 841
Sơ đồ bố trí hệ thống phun sương cho Phong lan và Rau mầm
bể nước
Pin mặt trời 150Wx2
Bét phun sương
Hệ thống trồng Phong lan, rau mầm
Trang 942
Sơ đồ bố trí hệ thống điện
Pin mặt trời
Bộ điều khiển sạc, Cầu chì
Bình ắc quy 12V, 50AH
Cảm biến nhiệt độ
Cảm biến mực nước
Quạt điều hoà
Máy bơm nhỏ giọt
Cảm biến
độ ẩm
Máy bơm phun sương
Cảm biến ánh sáng
Đèn led chiếu sáng Camera
quan sát
Trang 1043
Sơ đồ tuần hoàn nước
* Đặc điểm hoạt động của hệ thống và một số lưu ý
Bể chứa nước
Bơm cấp bình
nhỏ giọt
Bơm Bơm phun sương Bình Thuỷ canh
Hệ thống
tưới nhỏ
giọt, cấp
cho dưa
chuột, dưa
lưới
Hệ thống Phun sương cấp cho trồng hoa, rau mầm
Hệ thống khí canh và thuỷ canh
Máng thu
nước dư
Máng thu
nước mưa
Thu nước qua sàn
Cấp làm mát cho tấm Coolpad
Trang 1144
a Hệ thống được thiết kế tự động hoàn toàn, lấy năng lượng mặt trời để cung cấp
cho toàn bộ hoạt động của hệ thống bơm, quạt, camera và đèn chiếu sáng Năng lượng mặt trời được sạc dự trữ trong bình acquy 12v 50AH
b.Nguồn nước sử dụng trong hệ thống được lợi dụng tối đa nước mưa thông qua
hệ thống máng thu nước và bể chứa Tuy nhiên, trong quá trình sử dụng một phần nước
bị bốc hơi, một phần được cây xanh hấp thụ vì vậy trong mùa khô nếu thời tiết nắng liên
tục 7 ngày trở lên cần bổ sung bằng nước máy Hệ thống được thiết kế nhằm tiết kiệm tối
đa nguồn nước
c.Đối với hệ thống khí canh và thuỷ canh: Nước được đưa vào ban đầu trong bình chứa để pha dung dịch dinh dưỡng là 40 lít, pha dung dịch AB có nồng độ 600ppm trong
15 ngày đầu sau đó tăng lên 1000ppm, trước khi thu hoạch rau 10 ngày cho giảm về 600-700ppm
d.Để trồng trọt trong nhà kính tuỳ theo ý định của người sản xuất để đưa vào các giống cây, giá thể, phân bón cho phù hợp với từng loài cây khác nhau Nhà kính có thể sản xuất rau, củ quanh năm Các loài cây phù hợp là:
Rau ăn lá: Rau mầm, muống, cải, mồng tơi, rau dền, hành, tỏi, rau gia vị…
Rau ăn quả: Cà chua, Dưa lưới, Dưa chuột, Củ dền, Hành tây, Su hào…
Hoa: Phong Lan, Đồng Tiền, Hồng, Ly, Cúc…
e Hệ thống cảm biến có thể tuỳ chỉnh cho phù hợp với từng loài cây, mùa: Hệ thống hiện được cài đặt cảm biến nhiệt độ 300C, nghĩa là nếu nhiệt độ trong nhà lớn hơn
300C thì hệ thống quạt làm mát tự động chạy Cảm biến ánh sáng được bật vào ban đêm nhằm kích hoạt hệ thống đèn LED xanh đỏ kích cây phát triển Cảm biến mực nước tự động bật bơm khi nước trong bình nhỏ giọt hạ xuống thấp (có thể tuỳ chỉnh độ cao thấp của mực nước trong bình bằng cách kéo cảm biến lên hoặc hạ xuống) Cảm biến độ ẩm sẽ
tự động kích hoạt hệ thống phun sương nếu độ ẩm trong nhà nhỏ hơn 60%
f Hệ thống camera được cài đặt qua điện thoại di động, người sử dụng có thể quan sát hoạt động của nhà kính và sinh trưởng của cây trồng ở bất cứ nơi đâu
3.2 Mô hình sau khi hoàn thành xây dựng
Trang 1245
MỘT SỐ HÌNH ẢNH MÔ HÌNH
GIÀN THUỶ CANH, KHÍ CANH, CHẬU TRỒNG RAU THÔNG MINH, CAMERA,
QUẠT ĐIỀU HOÀ HƠI NƯỚC
Trang 1346
HỘP ĐIỀU KHIỂN TRUNG TÂM GỒM: BỘ ĐIỀU KHIỂN NẠP NĂNG LƯỢNG MẶT
TRỜI, CÁC CẢM BIẾN
HỆ THỐNG ỐNG KHÍ CANH, HỆ THỐNG CẮT NẮNG, MÁY PHUN SƯƠNG
Trang 1447
HỆ THỐNG QUẠT ĐIỀU HOÀ KHÔNG KHÍ
Trang 1548
3.3 Kết quả trồng thử một số loại cây
*Dưa lưới
Trang 1649
*Một số loại rau
Trang 1750
4 KẾT LUẬN
Mô hình nhà kính diện tích 8m2
sử dụng năng lượng tái tạo tương đối bền vững phục vụ trồng rau, hoa công nghệ cao Mô hình được hoạt động theo nguyên tắc sử dụng bền vững năng lượng và nước từ thiên nhiên để điều khiển vi khí hậu trong nhà kính tạo
ra môi trường khác biệt với môi trường bên ngoài phục vụ trồng rau hoa công nghệ cao
Mô hình hoạt động gần như tự động hoàn toàn, chỉ có nguồn nước mưa có thể bị hao hụt một phần trong quá trình tưới cần bổ sung một ít bằng nược máy
Tuy vối thời gian ngắn và kinh phí hạn chế nhưng sáng kiến đã đưa lại những kết quả khả quan Có thể sử dụng mô hìnhvào các lĩnh vực sau:
- Áp dụng làm mô hình dạy học các chuyên ngành Cao đẳng, Trung cấp, Sơ cấp thuộc lĩnh vực Nông học, Kỹ thuật trồng rau hoa công nghệ cao, Lâm sinh
- Áp dụng sản xuất thử nghiệm rau sạch, hoa công nghệ cao trong nhà kính quy mô nhỏ
- Nhân rộng mô hình với diện tích nhà kính lớn hơn phục vụ các dự án nông nghiệp công nghệ cao
- Sản xuất các nhà kính mini cung cấp cho thị trường phục vụ trồng rau, hoa của các hộ gia đình, home stay, nhà hàng, khách sạn với các kích cỡ diện tích khác nhau
Trang 1851
Tài liệu tham khảo
1.Mai Thị Phương Anh Kỹ thuật trồng một số loại rau cao cấp NXB Hà Nội, 1999
2 Tạ Thu Cúc Kỹ thuật trồng một số cây đậu rau NXB Hà Nội, 2003
3 Tạ Thu Cúc, Hồ Hữu An, Nghiêm Thị Bích Hà Giáo trình cây rau NXB Hà Nội,
2000
4 Đường Hồng Dật Sổ tay người trồng rau, tập 2 NXB Hà Nội, 2002
5 Nguyễn Văn Thắng, Trần Khắc Thi Sổ tay người trồng rau NXB Hà Nội, 2000
6 Trần Khắc Thi, Trần Ngọc Hùng Kỹ thuật trồng rau an toàn NXB Hà Nội, 2001
7 Nguyễn Thị Trường (chủ biên) Giáo trình trồng trọt cơ bản NXB Hà Nội, 2005
8 Võ Thị Bích Thủy, Nguyễn Bảo Vệ và Trần Thị Ba Cải thiện năng suất và phẩm chất dưa lê (muskmelon) bằng cách bón phân Kali trên đất phù sa tại Cần Thơ vụ xuân hè năm
2004 Tạp chí Nghiên cứu Khoa học 2005:4 16-25, Trường Đại học Cần Thơ
9 Ngô Quang Vinh Sản xuất cà chua theo hướng công nghệ cao Tài liệu Hội thảo – Viện Khoa học kỹ thuật Nông nghiệp Miền nam, 2006
10.Võ Khiếm (2012), “Ứng dụng tiến bộ khoa học và công nghệ trong sản xuất hoa ở Lâm Đồng”, Tạp chí Hoạt động khoa học (Số tháng 2 -2012), Bộ Khoa học và Công Nghệ
11.Lê Tất Khương (2011), “Chuyển giao kỹ thuật tiến bộ trong NN, nông thôn”, Tạp chí Hoạt động khoa học (Số tháng 1 -2011), Bộ Khoa học và Công Nghệ
12.Lê Tất Khương, Trần Anh Tuấn (2012), “Vai trò của doanh nghiệp trong ứng dụng và chuyển giao công nghệ phục vụ sản xuất NN”, Tạp chí Hoạt động khoa học (Số tháng 2 -2012), Bộ Khoa học và Công Nghệ
13.Phạm Ngọc Minh (2012), “Liên kết hoạt động khoa học và công nghệ phục vụ phát triển bền vững vùng đồng bằng sông Cửu Long”, Tạp chí Hoạt động khoa học (Số tháng
2 -2012), Bộ Khoa học và Công Nghệ
14 http://www.fao.org/
15 http://www.sokhcn.cantho.gov.vn
16 http://www.sonongnghiep.cantho.gov.vn
17 http://rausach.com.vn
18 www.agroviet.gov.vn
19 www.cantho.gov.vn
20 www.chinhphu.vn
21 www.gso.gov.vn