Tài liệu Nghiên cứu thiết kế chế thử thảm tưới từ vật liệu dệt cho cây trồng ở việt nam

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Nguyễn Thị Thảo NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ THỬ THẢM TƢỚI TỪ VẬT LIỆU DỆT CHO CÂY TRỒNG Ở VIỆT NAM LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT DỆT MAY Hà Nội - 2014 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Nguyễn Thị Thảo NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ THỬ THẢM TƢỚI TỪ VẬT LIỆU DỆT CHO CÂY TRỒNG Ở VIỆT NAM Chuyên ngành: Công nghệ dệt, may Mã số: 62540205 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT DỆT MAY NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. Lê Phúc Bình PGS.TS. Nguyễn Thế Hùng Hà Nội - 2014 i LỜI CẢM ƠN Trước hết, tác giả xin được bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc nhất tới Tiến sĩ Lê Phúc Bình và Phó Giáo sư, Tiến sĩ Nguyễn Thế Hùng, những người thầy tâm huyết đã tận tình hướng dẫn hết lòng, động viên khích lệ, dành nhiều thời gian trao đổi, góp ý cho tác giả trong quá trình thực hiện luận án. Tác giả cũng xin gửi lời cám ơn chân thành tới các Thầy Cô giáo, các bạn đồng nghiệp thuộc Viện Dệt may - Da giày và Thời trang Trường Đại học Bách khoa Hà Nội đã giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi nhất để tác giả có thể hoàn thành luận án. Đồng thời, tác giả cũng xin trân trọng cám ơn Phòng thí nghiệm Vật liệu dệt, Phòng thí nghiệm Dệt thoi Viện Dệt may - Da giày và Thời trang Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, Phòng thí nghiệm Khoa Nông học Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội, Phòng thí Công ty cổ phần dệt Công nghiệp Hà Nội, Viện Dệt May, Phòng nghiên cứu vật liệu Viện thủy công Hà Nội, Phòng thí nghiệm Vật liệu dệt và Xưởng may Khoa Dệt may và Da giày Trường Đại học Kinh tế - Kỹ thuật Công nghiệp đã tạo điều kiện giúp đỡ chuẩn bị mẫu và thí nghiệm để tác giả có thể hoàn thành luận án này. Lời cảm ơn chân thành của tác giả xin được gửi tới Trường Đại học Kinh tế - Kỹ thuật Công nghiệp, nơi tác giả làm việc đã tạo điều kiện cho tác giả trong suốt thời gian học tập. Cuối cùng, nhưng rất quan trọng là lòng biết ơn chân tình nhất xin được gửi tới Gia đình, những người thân yêu gần gũi nhất đã san sẻ và gánh vác công việc để tác giả yên tâm hoàn thành luận án. Tác giả ii LỜI CAM ĐOAN Tác giả xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tác giả. Các số liệu và kết quả trong luận án là do cá nhân tác giả thực hiện dƣới sự hƣớng dẫn hết lòng, tận tình, chu đáo của TS.Lê Phúc Bình, PGS.TS.Nguyễn Thế Hùng và chƣa từng đƣợc ai khác công bố trong bất kỳ công trình nào. Hà Nội, ngày ...... tháng .....năm 2014 TM Tập thể hƣớng dẫn Tác giả Nguyễn Thị Thảo TS. Lê Phúc Bình iii MỤC LỤC Trang TRANG PHỤ BÌA i LỜI CẢM ƠN ii LỜI CAM ĐOAN iii MỤC LỤC iv DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG viii xi DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ MỞ ĐẦU xiii 1 Chƣơng 1: NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN PHƢƠNG PHÁP TƢỚI SỬ DỤNG THẢM DỆT 1.1 Nhu cầu nƣớc và chất dinh dƣỡng cho cây trồng 4 4 1.1.1 Lƣợng nƣớc cần tƣới cho cây trồng 4 1.1.2 Thời điểm tƣới nƣớc cho cây trồng 6 1.1.3 Chất dinh dƣỡng cho cây trồng 8 1.2 Phƣơng pháp tƣới nƣớc không sử dụng vật liệu dệt 9 1.2.1 Tƣới nƣớc trên mặt đất 9 1.2.2.Tƣới nƣớc dƣới mặt đất 10 1.3 Phƣơng pháp tƣới nƣớc sử dụng vật liệu dệt 10 1.3.1 Tƣới nƣớc dùng bấc mao dẫn 10 1.3.2 Tƣới nƣớc dùng thảm dệt mao dẫn 11 1.3.2.1 Thảm tƣới một lớp 11 1.3.2.2 Thảm tƣới hai lớp 14 1.3.2.3 Thảm tƣới ba lớp 15 1.3.2.4 Thảm tƣới bốn lớp 17 1.3.3 Một số ứng dụng thảm dệt tƣới nƣớc 19 1.4 Tính thấm hút chất lỏng trong vật liệu dệt 23 1.4.1 Khái quát về thấm hút chất lỏng 23 1.4.2 Thấm hút chất lỏng trong xơ 27 1.4.3 Thấm hút chất lỏng trong sợi 29 1.4.4 Thấm hút chất lỏng trong vải 32 iv Trang 1.4.4.1 Vải dệt thoi 32 1.4.4.2 Vải dệt kim 35 1.4.4.3 Vải không dệt 36 1.5 Kết luận chƣơng 1 37 Chƣơng 2: ĐỐI TƢỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Đối tƣợng và vật liệu nghiên cứu 39 39 2.1.1 Đối tƣợng nghiên cứu 39 2.1.2 Vật liệu nghiên cứu 39 2.1.2.1 Vật liệu dệt 39 2.1.2.2 Vật liệu trồng cây 42 2.2 Nội dung nghiên cứu 44 2.2.1 Nghiên cứu khảo sát thời điểm tƣới và lƣợng nƣớc cần tƣới 44 2.2.2 Nghiên cứu thiết kế thảm tƣới mẫu của luận án 44 2.2.3 Nghiên cứu chế thử thảm tƣới mẫu của luận án 44 2.2.4 Nghiên cứu khả năng thích ứng của thảm tƣới mẫu của luận án 44 2.3 Phƣơng pháp nghiên cứu 44 2.3.1 Nghiên cứu lý thuyết 44 2.3.2 Nghiên cứu thử nghiệm đặc tính của thảm tƣới mẫu 44 2.3.2.1 Nghiên cứu phân tích cấu trúc 44 2.3.2.2 Nghiên cứu xác định các đặc tính thấm hút và cấp nƣớc 45 2.3.3 Nghiên cứu thực nghiệm đánh giá tính thích ứng của thảm tƣới mẫu 51 2.3.3.1 Nghiên cứu khảo sát thời điểm tƣới và lƣợng nƣớc cần tƣới 51 2.3.3.2 Nghiên cứu khả năng thích ứng của thảm tƣới mẫu 52 2.3.4 Phƣơng pháp xử lý số liệu thực nghiệm 2.4 Kết luận chƣơng 2 54 56 Chƣơng 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ BÀN LUẬN 57 3.1 Khảo sát thời điểm tƣới và lƣợng nƣớc cần tƣới 57 3.1.1 Khảo sát thời điểm tƣới 57 3.1.2 Khảo sát lƣợng nƣớc cần tƣới 58 3.2 Thiết kế thảm tƣới mẫu của luận án 59 3.2.1 Phân tích thảm tƣới của Đức 59 3.2.1.1 Cấu trúc của thảm tƣới 59 3.2.1.2 Thông số kỹ thuật của thảm tƣới 61 v Trang 3.2.1.3 Đặc tính trữ nƣớc và cấp nƣớc của thảm tƣới 3.2.2 Thiết kế thảm tƣới mẫu của luận án 61 62 3.2.2.1 Bố trí thảm tƣới 62 3.2.2.2 Thiết kế chức năng cho thảm tƣới 62 3.2.2.3 Thiết kế cấu tạo cho thảm tƣới 63 3.2.2.4 Nguyên lý làm viêc của thảm tƣới 64 3.3 Chế thử thảm tƣới mẫu của luận án 3.3.1 Lựa chọn vật liệu cho các phần tử cấu tạo của thảm tƣới mẫu 65 65 3.3.1.1 Vật liệu cho phần tử cấu tạo lớp 1 65 3.3.1.2 Vật liệu cho phần tử cấu tạo lớp 2 66 3.3.1.3 Vật liệu cho phần tử cấu tạo ống bơm nƣớc 71 3.3.1.4 Vật liệu cho phần tử cấu tạo lớp 3 75 3.3.1.5 Vật liệu cho phần tử cấu tạo lớp 4 75 3.3.1.6 Vật liệu cho phần tử cấu tạo ống dẫn nƣớc 76 3.3.2 Thông số kỹ thuật các phần tử cấu tạo của thảm tƣới mẫu 76 3.3.3 Chế thử thảm tƣới mẫu 77 3.3.3.1 Phần tử cấu tạo 1 77 3.3.3.2 Phần tử cấu tạo 2 78 3.3.3.3 Phần tử cấu tạo 3 78 3.3.3.4 Phần tử cấu tạo 4 79 3.3.3.5 Phần tử cấu tạo 5 79 3.3.3.6 Phần tử cấu tạo 6 80 3.3.3.7 Thảm tƣới mẫu 80 3.3.4 Thông số kỹ thuật của thảm tƣới mẫu 80 3.3.4.1 Kích thƣớc và khối lƣợng 80 3.3.4.2 Độ trữ nƣớc và cấp nƣớc 81 3.4 Khả năng thích ứng của thảm tƣới mẫu của luận án 83 3.4.1 Động thái độ ẩm của giá thể khi trồng cây thử nghiệm 83 3.4.2 Sinh trƣởng của cây thử nghiệm dùng thảm tƣới mẫu của luận án 88 3.4.2.1 Sinh trƣởng của thân, lá và hoa 88 3.4.2.2 Sinh trƣởng của bộ rễ cây 92 3.4.2.3 Chu kỳ tƣới và lƣợng nƣớc cần tƣới 94 3.4.3 Qui trình trồng cây sử dụng thảm tƣới mẫu của luận án vi 96 Trang 3.4.3.1 Công tác chuẩn bị 96 3.4.3.2 Quy trình trồng cây 96 3.5 Kết luận chƣơng 3 97 KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 98 TÀI LIỆU THAM KHẢO 99 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN 104 PHỤ LỤC 105 vii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT PET: Polyester PP: Polypropylene PU: Polyurethane PE: Polyethylene PVC: Polyvinylclorua CT: công thức thí nghiệm GT: giá thể trồng cây (đất) TN: thí nghiệm ĐC: đối chứng OD: ống dẫn KT: kiến trúc Mđ : mẫu thảm tƣới của Đức L1: lớp 1 của mẫu thảm tƣới L2: lớp 2 của mẫu thảm tƣới (L1+L2): lớp 1 ghép với lớp 2 L3: lớp 3 của mẫu thảm tƣới L4: lớp 4 của mẫu thảm tƣới DT1: vải dệt thoi sợi cắt 100% PP, mẫu 1 DT2: vải dệt thoi sợi cắt 100% PP, mẫu 2 DT3: vải dệt thoi sợi cắt 100% PP, mẫu 3 DT4: vải dệt thoi sợi cắt 100% PP, mẫu 4 DT5: vải dệt thoi sợi cắt 100% PP, mẫu 5 DK1: vải dệt kim interlock 100% PET, mẫu 1 DK2: vải dệt kim interlock 100% PET, mẫu 2 DK3: vải dệt kim interlock 100% PET, mẫu 3 DK4: vải dệt kim interlock 100% PET, mẫu 4 DK5: vải dệt kim interlock 100% PET, mẫu 5 KD1: vải không dệt xuyên kim 100% PP, mẫu 1 KD2: vải không dệt xuyên kim 100% PP, mẫu 2 KD3: vải không dệt xuyên kim 100% PP, mẫu 3 KD4: vải không dệt xuyên kim 100% PP, mẫu 4 viii KD5: vải không dệt xuyên kim 100% PP, mẫu 5 KD6: vải không dệt xuyên kim 100% PP, mẫu 6 KD7: vải không dệt xuyên kim 100% PP, mẫu 7 KD8: vải không dệt xuyên kim 100% PP, mẫu 8 KD9: vải không dệt xuyên kim 100% PP, mẫu 9 KD10: vải không dệt xuyên kim 100% PP, mẫu 10 OX1.1: ống cúi xơ stapen 100% PET, mẫu 1 OX1.2: ống cúi xơ stapen 100% PET, mẫu 2 OX1.3: ống cúi xơ stapen 100% PET, mẫu 3 OX1.4: ống cúi xơ stapen 100% PET, mẫu 4 OX1.5: ống cúi xơ stapen 100% PET, mẫu 5 OX1.6: ống cúi xơ stapen 100% PET, mẫu 6 OX1.7: ống cúi xơ stapen 100% PET, mẫu 7 OX1.8: ống cúi xơ stapen 100% PET, mẫu 8 OX1.9: ống cúi xơ stapen 100% PET, mẫu 9 OX1.10: ống cúi xơ stapen 100% PET, mẫu 10 OX2.1: tơ filament 100% PET dún, mẫu 1 OX2.2: tơ filament 100% PET dún, mẫu 2 OX2.3: tơ filament 100% PET dún, mẫu 3 OX2.4: tơ filament 100% PET dún, mẫu 4 OX2.5: tơ filament 100% PET dún, mẫu 5 OX2.6: tơ filament 100% PET dún, mẫu 6 OX2.7: tơ filament 100% PET dún, mẫu 7 OX2.8: tơ filament 100% PET dún, mẫu 8 OX2.9: tơ filament 100% PET dún, mẫu 9 OX2.10: tơ filament 100% PET dún, mẫu 10 OX3.1: tơ filament 100% PET không dún, mẫu 1 OX3.2: tơ filament 100% PET không dún, mẫu 2 OX3.3: tơ filament 100% PET không dún, mẫu 3 OX3.4: tơ filament 100% PET không dún, mẫu 4 OX3.5: tơ filament 100% PET không dún, mẫu 5 OX3.6: tơ filament 100% PET không dún, mẫu 6 OX3.7: tơ filament 100% PET không dún, mẫu 7 OX3.8: tơ filament 100% PET không dún, mẫu 8 ix OX3.9: tơ filament 100% PET không dún, mẫu 9 OX3.10: tơ filament 100% PET không dún, mẫu 10 PT1: phần tử cấu tạo 1 PT2: phần tử cấu tạo 2 PT3: phần tử cấu tạo 3 PT4: phần tử cấu tạo 4 PT5: phần tử cấu tạo 5 PT6: phần tử cấu tạo 6 KT1: thảm tƣới mẫu 1, có bề dày 1,5cm KT2: thảm tƣới mẫu 2, có bề dày 2,5cm KT3: thảm tƣới mẫu 3, có bề dày 3,5cm KT4: thảm tƣới mẫu 4, có bề dày 4,5cm KT5: thảm tƣới mẫu 5, có bề dày 5,5cm x DANH MỤC CÁC BẢNG Trang Bảng 1.1 Khoảng giá trị Kc của một số loại cây trồng 5 Bảng 1.2 Lượng nước cần tưới và độ ẩm đất đối với cây bông 5 Bảng 1.3 Mối quan hệ giữa sức giữ nước của đất (pF) với độ ẩm đất và cây trồng 7 Bảng 1.4 Thành phần dung dịch dinh dưỡng thông thường 8 Bảng 1.5 Thông số kỹ thuật của một số loại thảm tưới Fibertex 12 Bảng 1.6 Thông số kỹ thuật của thảm tưới AQUAMAT S-10 bốn lớp 19 Bảng 1.7 Đặc tính sinh trưởng của cây thí nghiệm trồng trên thảm mao dẫn 22 Bảng 1.8 Mối quan hệ giữa góc tiếp xúc và khả năng thấm hút chất lỏng của vật liệu 24 Bảng 1.9 Chiều cao mao dẫn ở vị trí cân bằng và hệ số khuyếch tán của chất lỏng 34 Bảng 1.10 Kết quả thí nghiệm xác định chiều cao mao dẫn, độ thấm hút nước của các mẫu vải dệt kim sau 5 phút 35 Bảng 2.1 Thông số kỹ thuật của ống xơ stapen 100 % PET 39 Bảng 2.2 Thông số kỹ thuật của ống tơ filament dún100 % PET 40 Bảng 2.3 Thông số kỹ thuật của ống tơ filament không dún 100 % PET 40 Bảng 2.4 Thông số kỹ thuật của vải dệt thoi sợi cắt 100% PP 41 Bảng 2.5 Thông số kỹ thuật của dệt kim Interlock 100% PET 41 Bảng 2.6 Thông số kỹ thuật của vải không dệt xuyên kim 100% PP 42 Bảng 2.7 Một số chỉ tiêu vật lý và hóa học của giá thể trồng cây 43 Bảng 3.1 Chu tưới và tổng lượng nước cần tưới khảo sát của cây hoa cúc 58 Bảng 3.2 Lượng nước cần tưới khảo sát của cây hoa cúc 58 Bảng 3.3 Thông số kỹ thuật của vật liệu làm thảm tưới của Đức 61 Bảng 3.4 Kết quả thí nghiệm xác định đặc tính thảm tưới của Đức 61 Bảng 3.5 Kết quả thí nghiệm xác định độ thẩm thấu nước của vải dệt thoi sợi cắt 100% PP 65 Bảng 3.6 Kết quả thí nghiệm xác định độ trữ nước và cấp nước của vải không dệt xuyên kim 100%PP 67 Bảng 3.7 Kết quả thí nghiệm xác định độ trữ nước và độ cấp nước của vải dệt kim Interlock 100%PES 69 Bảng 3.8 Kết quả thí nghiệm xác định độ trữ nước, độ cấp nước của vải dệt kim Interlock và vải không dệt 70 xi Trang Bảng 3.9 Kết quả thí nghiệm xác định chiều cao mao dẫn của ống xơ theo mật độ xơ 71 Bảng 3.10 Lưu lượng nước bơm của ống xơ 73 Bảng 3.11 Mật độ ống bơm nước OX 1.7 với chiều cao ống xơ khác nhau 74 Bảng 3.12 Xác định khối lượng của giá thể và áp lực nén lên mẫu thảm tưới 75 Bảng 3.13 Xác định độ dẫn nước của bơm nước và số lượng ống bơm trong 1 mẫu thảm tưới 75 Bảng 3.14 Lựa chọn vật liệu cho các phần tử cấu tạo của các thảm tưới mẫu của luận án. 77 Bảng 3.15 Tóm tắt thông số kỹ thuật của vật liệu làm các phần tử cấu tạo của thảm tưới mẫu 77 Bảng 3.16 Kết quả xác định kích thước và khối lượng của các thảm tưới thử nghiệm 81 Bảng 3.17 Kết quả xác định lượng nước trữ và cấp tối đa của các thảm tưới thử nghiệm 81 Bảng 3.18 Động thái độ ẩm của giá thể khi trồng cây hoa cúc không sử dụng thảm tưới ĐC1 và sử dụng thảm tưới KT1 84 Bảng 3.19 Các công thức thí nghiệm tính thích ứng của các thảm tưới mẫu cho cây trồng 88 Bảng 3.20 Một số chỉ tiêu sinh trưởng phát triển của cây hoa cúc dùng và không dùng thảm tưới 89 Bảng 3.21 Khối lượng khô của cây hoa cúc 93 Bảng 3.22 Chu kỳ tưới và lượng nước cần tưới cho cây hoa cúc trên 10 công thức 94 xii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Trang Hình 1.1 Sự thay đổi hệ số Kc theo giai đoạn sinh trưởng của cây trồng 5 Hình 1.2 Sơ đồ tổng quát các dạng độ ẩm trong đất 7 Hình 1.3 Bấc mao dẫn cung cấp nước cho cây trồng trong chậu 11 Hình 1.4 Thảm tưới một lớp đặt dưới đáy chậu cây 11 Hình 1.5 Thảm tưới một lớp đặt dưới mặt đất của Eric Stewart Atholl Murray 12 Hình 1.6 Cấu trúc thảm tưới một lớp STFI đặt dưới mặt đất 13 Hình 1.7 Thảm tưới một lớp KISSS đặt dưới mặt đất 13 Hình 1.8 Thảm tưới ECO Rain® một lớp dưới mặt đất 14 Hình 1.9 Thảm tưới hai lớp KISSS đặt dưới mặt đất 15 Hình 1.10 Thảm tưới ba lớp đặt dưới đáy chậu cây của Eric Stewart Atholl Murray 16 Hình 1.11 Thảm tưới ba lớp đặt dưới đáy chậu cây của David Hinton và Atholl Murray 16 Hình 1.12 Thảm tưới ba lớp đặt dưới chậu cây của Foxit 17 Hình 1.13 Thảm tưới bốn lớp đặt dưới đáy chậu cây của Jean Caron và cộng sự 18 Hình 1.14 Thảm tưới bốn lớp của Théoret và cộng sự 19 Hình 1.15 Thử nghiệm trồng cây phong lữ trên thảm tưới nằm ngang 20 Hình 1.16 Thử nghiệm trồng cây cúc vạn thọ trên thảm tưới nằm nghiêng 21 Hình 1.17 Mức độ thấm hút 23 Hình 1.18 Sức căng bề mặt trong quá trình thấm hút chất lỏng 24 Hình 1.19 Các giai đoạn thấm hút 25 Hình 1.20 Mô hình thấm hút chất lỏng trong tơ filament 29 Hình 1.21 Ảnh hưởng của sức căng sợi đến chiều cao mao dẫn trong sợi 31 Hình 1.22 Ảnh hưởng của độ rộng đến chiều cao mao dẫn của sợi lõi nylon/cotton 31 Hình 1.23 Ảnh hưởng của độ săn đến chiều cao mao dẫn của tơ filament PET 32 Hình 1.24 Vải dệt thoi kiểu dệt vân điểm và vân chéo 32 Hình 1.25 Sự di chuyển của giọt nước trên mặt vải 33 Hình 1.26 Đồ thị đường cong lực thấm hút theo thời gian 33 Hình 1.27 Hình dạng giọt chất lỏng khi thấm hút và phân bố trên vải vòng bông 35 xiii Trang Hình 1.28 Mao dẫn giữa các sợi và giữa các xơ 36 Hình 1.29 Hình dạng chất lỏng thấm hút và phân bố trong vải không dệt 37 Hình 2.1 Cây hoa cúc Vạn thọ lùn 43 Hình 2.2 Kính hiển vi số AM 313T của Đài Loan 45 Hình 2.3 Thiết bị thí nghiệm xác định độ thẩm thấu nước của vải 45 Hình 2.4 Mô hình thí nghiệm xác định độ cấp nước của vải 46 Hình 2.5 Mô hình xác định chiều cao mao dẫn của ống xơ 47 Hình 2.6 Mô hình xác định lượng nước mao dẫn của ống xơ 47 Hình 2.7 Mô hình thí nghiệm xác định độ cấp nước của thảm tưới 49 Hình 2.8 Thiết bị đo độ ẩm của giá thể 50 Hình 2.9 Mô hình thí nghiệm trồng cây xác định thời điểm tưới 51 Hình 2.10 Mô hình thí nghiệm trồng cây xác định động thái độ ẩm của giá thể 53 Hình 3.1 Ngoại hình của cây với thời điểm tưới dựa theo độ ẩm của giá thể khác nhau 57 Hình 3.2 Lượng nước cần tưới khảo sát theo chu kỳ tưới của cây hoa cúc 59 Hình 3.3 Cấu trúc thảm tưới của Đức 60 Hình 3.4 Trạng thái thảm tưới trữ và cấp nước cho cây trồng trong chậu 62 Hình 3.5 Sơ đồ các phần tử chức năng của thảm tưới thiết kế 63 Hình 3.6 Cấu tạo thảm tưới thiết kế 64 Hình 3.7 Sơ đồ nguyên lý làm việc của thảm tưới thiết kế 64 Hình 3.8 Quan hệ giữa độ thẩm thấu nước và mật độ vải dệt thoi sợi cắt 100% PP 66 Hình 3.9 Quan hệ giữa độ trữ nước và khối lượng thể tích của vải không dệt xuyên kim 100%PP. 68 Hình 3.10 Quan hệ giữa độ cấp nước và khối lượng thể tích của vải không dệt xuyên kim 100%PP 68 Hình 3.11 Quan hệ giữa độ trữ nước và mật độ dọc của vải dệt kim Interlock 100%PET 69 Hình 3.12 Quan hệ giữa độ cấp nước và mật độ dọc của vải dệt kim Interlock 100%PET 70 Hình 3.13 Quan hệ giữa chiều cao mao dẫn nước và mật độ xơ của các ống xơ 72 Hình 3.14 Quan hệ giữa độ dẫn nước và chiều cao ống xơ 73 Hình 3.15 Cấu tạo lớp L4 trữ nước dự trữ 76 Hình 3.16 Phần tử cấu tạo 1 78 xiv Trang Hình 3.17 Phần tử cấu tạo 2 78 Hình 3.18 Phần tử cấu tạo 3 78 Hình 3.19 Phần tử cấu tạo 4 79 Hình 3.20 Phần tử cấu tạo 5 79 Hình 3.21 Phần tử cấu tạo 6 80 Hình 3.22 Thảm tưới mẫu 80 Hình 3.23 So sánh lượng nước trữ tối đa của các thảm tưới mẫu và thảm tưới của Đức 82 Hình 3.24 So sánh lượng nước cấp tối đa của các thảm tưới mẫu và thảm tưới của Đức 82 Hình 3.25 Quan hệ giữa hiệu quả sử dụng nước và độ dày của thảm tưới mẫu 83 Hình 3.26 Ảnh hưởng của thời gian đến độ ẩm của giá thể khi trồng cây sử dụng thảm tưới KT1 và đối chứng không sử dụng thảm tưới ĐC1 86 Hình 3.27 Biểu đồ nhiệt độ của không khí trong thời gian thí nghiệm đo độ ẩm của giá thể theo giờ trong ngày (1/2/2013 đến 6/2/2013) 87 Hình 3.28 Chiều cao của cây hoa cúc ở các phương án 90 Hình 3.29 Đường kính tán cây hoa cúc ở các phương án 91 Hình 3.30 Chiều cao của hoa cúc ở các phương án 91 Hình 3.31 Đường kính của hoa cúc ở các phương án 92 Hình 3.32 Bộ rễ của cây cúc dùng thảm tưới mẫu KT5 và không dùng thảm tưới mẫu ĐC5 93 Hình 3.33 Chu kỳ tưới của các của các phương án trồng cây 95 Hình 3.34 Lượng cần tưới của các của các phương án trồng cây 95 xv MỞ ĐẦU Hội nhập kinh tế với thế giới của Việt Nam đã cuốn theo tốc độ đô thị hóa cao, ngƣời dân đô thị sống và làm việc căng thẳng. Sự gia tăng thu nhập dẫn đến đòi hỏi cao về chất lƣợng cuộc sống. Trong khi nhu cầu trồng cây trong đô thị ngày một cao thì diện tích đất trồng trong các khu đô thị rất bạn chế, đặc biệt là trong các chung cƣ cao tầng. Trồng cây ở trong các căn hộ chung cƣ sẽ tạo ra môi trƣờng xanh và sạch, giúp chủ nhà nhanh chóng giảm đi các căng thẳng mệt mỏi trong cuộc sống và sau ngày lao động mệt mỏi. Đây là một nhu cầu rất lớn về mặt thị trƣờng cũng nhƣ xã hội. Vật liệu dệt rất đa dạng và phong phú cả về chủng loại lẫn phạm vi ứng dụng. Một trong số các ứng dụng mang tính công nghiệp có ý nghĩa quan trọng của vật liệu dệt là sử dụng vật liệu dệt để dự trữ nƣớc và cấp nƣớc cho cây trồng. Tƣới nƣớc cho cây bằng thảm tƣới làm từ vật liệu dệt nhằm kéo dài chu kỳ tƣới, tiết kiệm thời gian chăm sóc, tiết kiệm nƣớc tƣới, đáp ứng đúng, đủ nhu cầu nƣớc cho cây trồng để tạo ra sản phẩm nông nghiệp với chất lƣợng cao giá thành hạ. Việt Nam hiện là nƣớc có tỉ lệ dân số sống bằng nông nghiệp rất cao (khoảng 70%) do đó đầu tƣ nghiên cứu ứng dụng công nghệ mới vào nông nghiệp nói chung và trồng trọt nói riêng là một việc rất đáng đƣợc quan tâm. Nhằm nâng cao đời sống nông dân và từng bƣớc hiện đại hóa nông nghiệp theo hƣớng sản xuất hàng hóa. Bên cạnh đó sản xuất kinh doanh nông nghiệp theo cơ chế thị trƣờng đã dẫn đến hàng loạt các vấn đề mới nảy sinh, buộc các nhà sản xuất nông nghiệp phải tạo ra các sản phẩm nông nghiệp đa dạng có chất lƣợng cao và giá cả cạnh tranh. Vì vậy, việc nghiên cứu, tìm ra một phƣơng pháp trồng cây hiệu quả mà không tốn nhiều thời gian, công sức chăm bón cũng sẽ là một giải pháp tháo gỡ các vấn đề đƣợc đặt ra ở trên. Tuy nhiên, đến nay, ở Việt Nam các ứng dụng vật liệu dệt để cấp và trữ nƣớc cho cây trồng vẫn còn là vấn đề mới. Dựa vào các đặc tính sẵn có của vật liệu dệt, kế thừa các kết quả nghiên cứu của Thế giới. Luận án này tiến hành nghiên cứu, tìm hiểu khả năng ứng dụng vật liệu dệt làm thảm tƣới để cung cấp nƣớc đáp ứng đƣợc các yêu cầu cho trồng cây, để tiết kiệm công sức chăm sóc, tiết kiệm nƣớc đồng thời nâng cao chất lƣợng cây trồng. Thử nghiệm tính thích ứng của thảm tƣới đƣợc thực hiện với cây cảnh trồng trong chậu. Tiêu đề của luận án là: “Nghiên cứu thiết kế chế thử thảm tưới từ vật liệu dệt cho cây trồng ở Việt Nam” Điều này có thể đem lại lợi ích không nhỏ về kinh tế và xã hội cũng nhƣ góp phần đƣa khoa học kỹ thuật vào sản xuất nông nghiệp để hỗ trợ sản xuất nông nghiệp của Việt Nam có thể cạnh tranh với các sản phẩm trên thị trƣờng quốc tế. 1 I. TÍNH CẤP THIẾT CỦA LUẬN ÁN Phƣơng pháp tƣới truyền thống trong trồng trọt của Việt Nam đang tồn tại một số hạn chế: - Tƣới nƣớc chƣa đúng, đủ theo nhu cầu của cây trồng; - Tốn nhiều công chăm sóc; - Tiêu hao nhiều nƣớc hơn nhu cầu của cây do thất thoát. Vật liệu dệt có đặc tính hút và nhả nƣớc tốt nên có thể trữ và cấp nƣớc cho cây trồng đúng, đủ theo nhu cầu của cây, nhờ đó giúp giảm tiêu hao nƣớc tƣới do đáp ứng đủ nƣớc và thất thoát ít nƣớc, giảm công chăm sóc nhờ kéo dài chu kỳ tƣới và từ đó nâng cao chất lƣợng cây trồng. Điều này đã thúc đẩy ý tƣởng ứng dụng phƣơng pháp tƣới nƣớc cho cây trồng dùng thảm dệt của thế giới vào Việt Nam. II. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN ÁN Ứng dụng phƣơng pháp tƣới nƣớc hiện đại của thế giới cho sản xuất nông nghiệp của Việt Nam bằng cách sử dụng vật liệu dệt để nghiên cứu thiết kế và chế thử thảm tƣới trữ và cấp nƣớc cho cây trồng, nhằm: - Tƣới nƣớc đúng, đủ theo nhu cầu của cây; - Nâng cao chất lƣợng cây trồng; - Giảm công chăm sóc; - Giảm tiêu hao nƣớc tƣới. III. ĐỐI TƢỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN ÁN - Thảm tƣới làm từ vật liệu dệt để trữ và cấp nƣớc đúng và đủ nƣớc cho cây trồng; - Thử nghiệm tính thích ứng của một số thảm tƣới mẫu thiết kế trên cây hoa cúc Vạn thọ lùn trồng trong chậu cảnh; - Nghiên cứu này dừng lại ở lý thuyết và áp dụng mẫu nhỏ. IV. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN ÁN - Nghiên cứu khảo sát thời điểm tƣới và lƣợng nƣớc cần tƣới cho cây trồng thử nghiệm; - Nghiên cứu thiết kế thảm tƣới mẫu của luận án; - Nghiên cứu lựa chọn vật liệu dệt chế thử thảm tƣới mẫu của luận án; - Nghiên cứu khả năng thích ứng của thảm tƣới mẫu cho cây trồng. V. Ý NGHĨA KHOA HỌC - Đã thiết kế chế thử đƣợc một chủng loại thảm tƣới nƣớc mẫu nhỏ làm từ vật liệu dệt ứng dụng cho phƣơng pháp tƣới nƣớc tiên tiến trong trồng cây; - Đã làm rõ đƣợc cơ sở khoa học của việc lựa chọn cấu trúc thảm tƣới, chất liệu vật liệu dệt, cấu trúc của từng lớp chức năng trong khuôn khổ đối tƣợng nghiên cứu của đề tài; 2 - Đã chứng minh đƣợc hiệu quả của việc sử dụng loại thảm tƣới này để tƣới nƣớc đúng, đủ cho cây cúc Vạn thọ lùn, nâng cao chất lƣợng cây trồng, giảm công chăm sóc và giảm tiêu hao nƣớc tƣới. VI. GÍA TRỊ THỰC TIỄN CỦA LUẬN ÁN - Đã chỉ ra khả năng ứng dụng hiệu quả phƣơng pháp tƣới nƣớc tiên tiến cho cây trồng sử dụng thảm tƣới của Thế giới vào Việt Nam; - Đã xác lập đƣợc qui trình tƣới nƣớc cho cây cảnh trồng trong chậu sử dụng thảm tƣới, giúp cải thiện đƣợc điều kiện chăm sóc cây trồng, tiết kiệm nƣớc tƣới; - Đã chỉ ra một định hƣớng mới cho sản xuất sản phẩm dệt và công nghệ trồng trọt của Việt Nam. VII. NHỮNG ĐIỂM MỚI CỦA LUẬN ÁN - Đã thiết kế và chế thử thảm tƣới mẫu nhỏ làm từ vật liệu dệt lần đầu tiên đƣợc thực hiện ở Việt Nam; - Đã thử nghiệm thành công tính thích ứng của mẫu thảm tƣới cho cây cúc Vạn thọ lùn lần đầu tiên ở Việt Nam. - Đã nghiên cứu ứng dụng sản phẩm khoa học của ngành Dệt có sự kết hợp liên ngành với khoa học ngành Nông nghiệp. VIII. KẾT CẤU CỦA LUẬN ÁN Luận án gồm 3 chƣơng: - Chƣơng 1: Nghiên cứu tổng quan phƣơng pháp tƣới sử dụng thảm dệt - Chƣơng 2: Đối tƣợng, nội dung và phƣơng pháp nghiên cứu - Chƣơng 3: Kết quả nghiên cứu và bàn luận 3 Chƣơng 1 NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN PHƢƠNG PHÁP TƢỚI SỬ DỤNG THẢM DỆT 1.1 Nhu cầu nƣớc và dinh dƣỡng cho cây trồng 1.1.1 Lượng nước cần tưới cho cây trồng Nghiên cứu tổng quan về nhu cầu nƣớc và dinh dƣỡng của cây trồng để làm cơ sở xây dựng các chỉ tiêu cho thảm tƣới của luận án. Trên thực tế đã có nhiều công trình nghiên cứu về vai trò của nƣớc đối với cây trồng nói riêng và thực vật nói chung. Các kết quả nghiên cứu đã chỉ ra: Thiếu dinh dƣỡng cây có thể chậm lớn, nhƣng thiếu nƣớc cây sẽ bị chết, cho nên cung cấp nƣớc cho cây theo nhu cầu sinh lý của chúng là hết sức cần thiết [1]. Tỉ lệ nƣớc có trong cấu trúc sinh học của thực vật chiếm 70 ÷ 90% [15], trong quá trình sống của cây trung bình cứ 1giờ có khoảng từ 10÷99% lƣợng nƣớc trong cây đƣợc đổi mới. Lƣợng nƣớc cần tƣới thay đổi theo thời kỳ sinh trƣởng và đạt mức tối đa khi cây trồng có khối lƣợng thân lá lớn nhất hay ở giai đoạn hình thành củ, giai đoạn trỗ bông [8]. Do đó, nƣớc có vai trò rất lớn đến sinh trƣởng và phát triển của cây trồng. Hai quá trình hút nƣớc và thoát hơi nƣớc ở cây có liên quan trực tiếp tới hàm lƣợng nƣớc trong cây và lƣợng nƣớc cây cần. Điều chỉnh chế độ nƣớc hợp lý cho cây trồng bằng cách chủ động tƣới, tiêu nƣớc. Mỗi loại cây, mỗi loại đất trồng, điều kiện canh tác, thời tiết, khí hậu khác nhau cần có chế độ tƣới khác nhau mới đảm bảo sự cân bằng nƣớc trong đất, trong cây [6]. Lƣợng nƣớc cần tƣới bao gồm: nhu cầu nƣớc của cây (lƣợng nƣớc bốc hơi qua bề mặt lá) và lƣợng nƣớc bốc hơi khoảng trống (mặt đất). Về lý thuyết có thể tính tổng lƣợng nƣớc bốc hơi mặt lá và bốc hơi khoảng trống theo công thức sau [6]: ET= Kc(ETp) (mm) (1.1) Trong đó: ET: tổng lƣợng nƣớc bốc hơi mặt lá và bốc hơi khoảng trống (mm) Kc: hệ số cây trồng (phụ thuộc vào loại cây trồng và thời gian sinh trƣởng) ETp đƣợc tính theo công thức Blaney Cridle : ET p  100 .t. p K (1.2) Trong đó: t: nhiệt độ trung bình hàng tháng (oC) p: tỷ lệ phần trăm giữa số giờ chiếu sáng hàng ngày trong thời gian thực nghiệm so với tổng thời gian chiếu sáng cả năm (%) K: hệ số tổng hợp các yếu tố khác Một số các cây rau màu quan trọng đã đƣợc nghiên cứu, qua đó hệ số (K c) đƣợc giới thiệu trên bảng 1.1. 4