BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
Nguyễn Thị Thảo
NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ THỬ THẢM TƯỚI TỪ
VẬT LIỆU DỆT CHO CÂY TRỒNG Ở VIỆT NAM
Chuyên ngành: Công nghệ dệt, may
Mã số:
62540205
TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT DỆT MAY
HÀ NỘI - 2014
Công trình được hoàn thành tại:
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
Người hướng dẫn khoa học:
1.T.S. Lê Phúc Bình
2.PGS.TS. Nguyễn Thế Hùng
Phản biện 1:
Phản biện 2:
Phản biện 3:
Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án tiến sĩ
cấp trường họp tại Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
Vào hồi:..................giờ, ngày......tháng.....năm........
Có thể tìm hiểu luận án tại:
1.Thư viện Tạ Quang Bửu - Trường ĐHBK Hà Nội
2.Thư viện Quốc gia
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ
[1]
Nguyễn Thị Thảo (2012) Ảnh hưởng của khối lượng thể
tích vải đến độ thấm hút nước của vải không dệt liên kết
xuyên kim polypropylene. Tạp Chí Công nghiệp số 66
tháng 12, trang 23-25.
[2]
Nguyễn Thị Thảo, Nguyễn Thế Hùng, Lê Phúc Bình,
Phạm Minh Phượng, Trịnh Thị Mai Dung (2012) Ảnh
hưởng của thảm tưới và giá thể đến chu kỳ tưới, lượng
nước, các chỉ tiêu sinh trưởng và chất lượng hoa của
cây cúc (Tagele patula L.). Tạp chí Khoa học và Phát
triển Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội, tập 10, số 6,
trang 876-881.
[3]
Nguyễn Thị Thảo (2011) Lựa chọn bấc mao dẫn dạng
ống xơ polyester có khả năng truyền dẫn nước cho cây
trồng, Tạp chí khoa học và công nghệ các trường Đại
học kỹ thuật, No. 84, trang 95-99.
[4]
Nguyễn Thị Thảo (2011) Đặc tính mao dẫn, thấm hút và
nhả nước của bấc thấm dạng ống xơ bông. Tạp Chí
Công nghiệp, Khoa học và Công nghệ, số tháng 6, trang
45-47.
[5]
Nguyen Thi Thao, Le Phuc Binh (2011) Influence of
fabric longitudinal density on capillary properties of
weft knitted fabric. Journal of science & technology
technical universities, No.82A/2011, page 77-81.
A. THÔNG TIN CHUNG VỀ LUẬN ÁN
I. TÍNH CẤP THIẾT CỦA LUẬN ÁN
Phương pháp tưới truyền thống trong trồng trọt của
Việt Nam đang tồn tại một số hạn chế: tưới nước chưa
đúng, đủ theo nhu cầu của cây trồng, tốn nhiều công chăm
sóc, tiêu hao nhiều nước hơn nhu cầu của cây do thất
thoát.
Vật liệu dệt có đặc tính hút và nhả nước tốt nên có
thể trữ và cấp nước cho cây trồng đúng, đủ theo nhu cầu
của cây, nhờ đó giúp giảm tiêu hao nước tưới do đáp ứng
đủ nước và thất thoát ít nước, giảm công chăm sóc nhờ
kéo dài chu kỳ tưới và từ đó nâng cao chất lượng cây
trồng. Điều này đã thúc đẩy ý tưởng ứng dụng phương
pháp tưới nước cho cây trồng dùng thảm dệt của thế giới
vào Việt Nam.
II. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN ÁN
Sử dụng vật liệu dệt để thiết kế và chế thử thảm tưới trữ
và cấp nước đúng, đủ cho cây trồng, nhằm:
- Tưới nước đúng, đủ theo nhu cầu của cây;
- Nâng cao chất lượng cây trồng;
- Giảm công chăm sóc;
- Giảm tiêu hao nước tưới.
III. ĐỐI TƢỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU CỦA
LUẬN ÁN
- Thảm tưới làm từ vật liệu dệt để trữ và cấp nước đúng và
đủ nước cho cây trồng;
- Thử nghiệm tính thích ứng của một số thảm tưới 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 thảm
tưới mẫu nhỏ.
IV. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN ÁN
- Nghiên cứu khảo sát thời điểm tưới và lượng nước cần tưới
cho cây trồng;
1
- Nghiên cứu thiết kế thảm tưới mẫu của luận án;
- Nghiên cứu lựa chọn vật liệu dệt chế thử thảm tưới mẫu của
luận án;
- Nghiên cứu khả năng thích ứng của thảm tưới mẫu cho cây
trồng
V. Ý NGHĨA KHOA HỌC
- Đã thiết kế chế thử được một chủng loại thảm tưới nước
mẫu nhỏ làm từ vật liệu dệt ứng dụng cho phương pháp
tưới nước tiên tiến trong trồng cây;
- Đã làm rõ được cơ sở khoa học của việc lựa chọn cấu
trúc thảm tưới, chất liệu vật liệu dệt, cấu trúc của từng lớp
chức năng trong khuôn khổ đối tượng nghiên cứu của đề
tài;
- Đã chứng minh được hiệu quả của việc sử dụng loại
thảm tưới này để tưới nước đúng, đủ cho cây cúc Vạn thọ
lùn, nâng cao chất lượng cây trồng, giảm công chăm sóc
và giảm tiêu hao nước tưới.
VI. GÍA TRỊ THỰC TIỄN CỦA LUẬN ÁN
- Đã chỉ ra khả năng ứng dụng hiệu quả phương pháp tưới nước
tiên tiến cho cây trồng sử dụng thảm tưới của Thế giới vào Việt
Nam;
- Đã xác lập được qui trình tưới nước cho cây cảnh trồng trong
chậu sử dụng thảm tưới, giúp cải thiện được điều kiện chăm sóc
cây trồng, tiết kiệm nước tưới;
- Đã chỉ ra một định hướng 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 tưới mẫu nhỏ làm từ vật liệu
dệt lần đầu tiên được thực hiện ở Việt Nam;
- Đã thử nghiệm thành công tính thích ứng của mẫu thảm
tưới 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.
KẾT CẤU CỦA LUẬN ÁN
2
Luận án gồm 3 chương (104 trang), 82 tài liệu tham
khảo, 19 trang phụ lục, 39 bảng số liệu, 73 hình vẽ và đồ thị.
B. NỘI DUNG CHÍNH
Chƣơng 1: NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ PHƢƠNG
PHÁP TƢỚI SỬ DỤNG THẢM DỆT
Chương 1 giới thiệu khái quát về các phương pháp tưới
nước cho cây trồng, trong đó phương pháp tưới sử dụng thảm
tưới làm từ vật liệu dệt có ưu điểm vượt trội hơn hẳn so với các
phương tưới khác. Chức năng của thảm tưới là dự trữ và nhả
nước trực tiếp đến vùng đất có sự tập trung bộ rễ của cây, điều
tiết chất tưới một cách tối ưu cả về lượng và thời gian tưới và
có thể tự động hoá quá trình tưới. Tuỳ theo yêu cầu sử dụng mà
cấu trúc của thảm tưới khác nhau. Tuy nhiên, các loại thảm tưới
dùng cho phương pháp tưới này hiện nay còn một vài hạn chế
là: chưa có khả năng chống lún do áp lực của đất và cây trồng,
dung lượng trữ nước còn thấp. Đặc tính thấm hút nước của vật
liệu dệt có nhiều điểm phù hợp với yêu cầu của thảm tưới, vì
vậy luận án nghiên cứu chúng để có thể tìm ra cấu trúc và vật
liệu phù hợp thiết kế, chế thử thảm tưới mới khắc phục được
các tồn tại kể trên của các loại thảm tưới hiện có là một việc
làm hết sức cần thiết.
Chƣơng 2: ĐỐI TƢỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP
NGHIÊN CỨU
2.1 Đối tƣợng và vật liệu nghiên cứu
2.1.1 Đối tượng nghiên cứu
Thảm tưới trữ và cấp nước làm từ vật liệu dệt đáp ứng
đúng và đủ nhu cầu nước cho cây đồng thời có khả năng chống
lún dưới áp lực của giá thể và cây trồng. Thử nghiệm tính thích
ứng của một số thảm tưới mẫu thiết kế trên cây hoa cúc Vạn thọ
lùn trồng trong chậu cảnh.
2.1.2 Vật liệu nghiên cứu
2.1.2.1 Vật liệu dệt
- Các ống xơ (ống bơm) làm từ các dải xơ duỗi thẳng xếp song
song nhau có mật độ thể tích khác nhau (lồng trong ống nhựa
3
có thể tích không đổi, với các loại xơ khác nhau (ký hiệu OX)
được nghiên cứu lựa chọn:
+ Cúi xơ stapen 100 % PET có chi số mét Nm = 0,22. Xơ PES
có chiều dài cắt 38mm, độ mảnh 1,4D được luồn vào các ống
nhựa PVC với mật độ xơ khác nhau tạo thành các bấc thấm
dạng ống xơ stapen 100 % PET.
+ Tơ filament dún 100 % PET, 150D/48F guồng thành con sợi
được luồn vào các ống nhựa PVC với mật độ xơ khác nhau tạo
thành các bấc thấm dạng ống tơ filament dún100 % PES.
+ Tơ filament không dún 100 % PET, 150D/48F guồng thành
con sợi được luồn vào các ống nhựa PVC với mật độ xơ thay
đổi tạo thành các bấc thấm dạng ống tơ filament không
nhún100 % PET.
-Vải dệt thoi sợi cắt 100% PP kiểu dệt vân điểm được sản xuất
theo dây chuyền dệt vải bao tải, mật độ ngang thay đổi, có độ
bền cơ học cao (ký hiệu DT).
- Vải dệt kim đan ngang kiểu dệt interlock, sợi 100% PET, chi
số sợi Ne =30, mật độ ngang Pn= 110 (cột vòng/10cm), mật độ
dọc thay đổi (ký hiệu DK).
- Vải không dệt xuyên kim 100% PP, độ nhỏ xơ từ 5,4D ÷
6,7D, độ dài xơ từ 97,5mm ÷ 102,5mm được sản xuất tại Công
ty cổ phần dệt Công nghiệp Hà Nội (ký hiệu KD).
- Mẫu thảm tưới do Đức sản xuất (BEWÄSSERUNGSMATTE
AQUAFOL - ký hiệu Mđ) là một trong các loại thảm đang được
sử dụng phổ biến.
- Ngoài các vật liệu dệt kể trên, phụ liệu làm thảm mẫu còn có:
tấm mút xốp PU có khối lượng thể tích 0,0162(g/cm3), vải tráng
phủ PVC có bề dày 0,2mm, ống nhựa PVC có đường kính trong
6mm, đường kính ngoài ngoài 6,5mm.
2.1.2.2 Vật liệu trồng cây
- Cây trồng thử nghiệm dùng thảm tưới cấp nước thích hợp cho
các loại cây trồng đòi hỏi độ ẩm tương đối cao hoặc liên tục.
Luận án đã chọn cây cảnh nhóm cây hoa là cây hoa cúc Vạn thọ
lùn (tên khoa học: Tagete patula L.; ký hiệu TN301) do công ty
Trang nông cung cấp hạt giống.
4
- Giá thể trồng cây ( ký hiệu GT)
+ Mẫu giá thể GT1: 100% đất phù sa (khối lượng thể tích
0,94 g / cm 3 )
+ Mẫu giá thể GT2: đất phù sa, phân chuồng, trấu hun theo tỉ lệ
3:1:1 (khối lượng thể tích 0,78 g / cm3 )
+ Mẫu giá thể GT3: đất phù sa, phân chuồng, trấu hun, xơ dừa
theo tỉ lệ 1,5:1:1:0,5 (khối lượng thể tích 0,73g / cm3 ).
2.2 Nội dung nghiên cứu
2.2.1 Nghiên cứu khảo sát thời điểm tưới và lượng nước cần
tưới
- Khảo sát thời điểm tưới nước thích hợp của cây hoa cúc
- Khảo sát lượng nước cần tưới của cây hoa cúc.
2.2.2 Nghiên cứu thiết kế thảm tưới mẫu của luận án
- Phân tích cấu trúc, các thông số kỹ thuật, đánh giá đặc tính trữ
và cấp nước của mẫu thảm tưới làm từ vật liệu dệt của Đức để
làm cơ sở cho thiết kế mẫu thảm tưới của luận án.
- Thiết kế cấu trúc thảm tưới mẫu của luận án theo chức năng
của các phần tử cấu trúc và đối tượng cây trồng.
- Phân tích nguyên lý làm việc thảm tưới mẫu của luận án
2.2.3 Nghiên cứu chế thử thảm tưới mẫu của luận án
- Nghiên cứu lựa chọn vật liệu cho các phần tử cấu tạo theo các
chức năng thiết kế của thảm tưới mẫu
- Xác định các thông số kỹ thuật các phần tử cấu tạo của thảm
tưới mẫu.
- Xác định các thông số kỹ thuật của thảm tưới mẫu.
2.2.4 Nghiên cứu khả năng thích ứng thảm tưới mẫu của
luận án
- Động thái độ ẩm của giá thể khi trồng thử nghiệm cho cây hoa
cúc.
- Tính thích ứng của thảm tưới thông qua sinh trưởng thân, lá,
hoa và bộ rễ của cây hoa cúc; chù kỳ tưới và lượng nước cần
tưới cho cây hoa cúc.
- Xây dựng qui trình trồng cây sử dụng thảm tưới mẫu của luận
án.
5
2.3 Phƣơng pháp nghiên cứu
2.3.1 Nghiên cứu lý thuyết
- Nghiên cứu tổng quan các tài liệu khoa học từ các nguồn khác
nhau về tưới bón cho cây trồng như lượng nước cần tưới, thời
điểm tưới và phương pháp tưới.
- Nghiên cứu tổng quan tài liệu về đặc tính thấm hút chất lỏng
trong vật liệu dệt làm cơ sở để lựa chọn vật liệu thí nghiệm làm
thảm tưới thỏa mãn các chức năng, yêu cầu của thảm tưới.
- Nghiên cứu tổng quan các tài liệu và các công trình khoa học
về thảm tưới, tìm ra những tồn tại cần khác phục để tìm ra
hướng hoàn thiện thảm tưới trên cơ sở vật liệu dệt được sản
xuất ở Việt Nam.
2.3.2 Nghiên cứu thử nghiệm đặc tính của thảm tưới mẫu
2.3.2.1 Nghiên cứu phân tích cấu trúc
Cấu trúc mẫu thảm tưới đối chứng được phân tích bằng
kính hiển vi số AM 313T (Digital Microscop Dino-Lite AM
313T Plus) của Đài Loan.
2.3.2.2 Nghiên cứu xác định các đặc tính thấm hút và cấp nước
- Phương pháp xác định độ thẩm thấu nước theo tiêu chuẩn BSEN 11058: 1999.
- Phương pháp xác định độ thấm nước toàn phần theo tiêu
chuẩn của DIN 53923: 1978.
- Phương pháp xác định độ mao dẫn theo tiêu chuẩn chuẩn
TCVN 5073:1990.
- Thiết lập phương pháp xác định độ cấp nước của vải, lượng
nước mao dẫn của các mẫu ống xơ, độ trữ nước và cấp nước
của thảm tưới mẫu.
2.3.3 Nghiên cứu thực nghiệm đánh giá tính thích ứng của
thảm tƣới mới mẫu
2.3.3.1 Nghiên cứu khảo sát thời điểm tưới và lượng nước cần
tưới
- Xác định thời điểm tưới: trồng cây hoa cúc sử dụng mẫu giá
thể GT1, 3 công thức thí nghiêm CT1, CT2, CT3 với 3 thời
điểm tưới ở 3 độ ẩm của giá thể khác nhau là 50%≤W, 50% 4,2 ml/giờ. Trong đó mẫu KD4 có khả
năng cấp nước cao nhất, đạt 9,473 ml/giờ.
Vải dệt kim interlock
Vải dệt kim interlock là vải hai mặt phải, có cấu trúc
xốp, ổn định, không quăn mép, ít tụt vòng được lựa chọn làm
vật liệu thử nghiệm đối ứng với vải không dệt mẫu KD4.
Nguyên liệu được lựa chọn ở đây là sợi polyester, bền với môi
trường ẩm ướt và không ngấm nước và sẵn có trên thị trường.
Quan sát đồ thị trên hình 3.11 và hình 3.12 cho thấy,
trong 5 mẫu vải dệt kim thí nghiệm, thì mẫu vải DK 2 tương ứng
với mật độ dọc 115 (hàng vòng/10cm) có độ trữ và cấp nước
lớn nhất sẽ được lựa chọn để so sánh với phương án vải không
dệt KD4.
Xét theo độ cấp nước có thể thấy, nếu sử dụng 1 lớp vải
Interlock cho lớp L2 của thảm tưới thì chỉ có mẫu vải DK2 cấp
đủ nước cho cây dùng trong vòng 1 giờ, do độ cấp nước của nó
là 4,5 ml/giờ/tấm mẫu, lớn hơn lượng nước cần tưới lớn nhất
của cây hoa cúc trồng thử nghiêm (4,2 ml/giờ/cây).
15
Ảnh hưởng của mật độ dọc đến độ cấp
nước của vải dệt kim interlock 100% PET
Ảnh hưởng của mật độ dọc đến độ trữ nước
của vải dệt kim interlock 100% PET
0.92
Độ cấp nước (l/m /giờ)
0.45
0.40
2
Độ trữ nước (l/m )
2
0.9
0.88
0.86
0.84
0.82
0.35
0.30
0.25
0.20
0.15
0.10
0.8
105
105
110
115
120
125
130
110
115
120
125
130
135
135
Mật độ dọc (hàng vòng/10cm)
Mật độ dọc (hàng vòng/10cm)
Hình 3.11 Quan hệ giữa độ
Hình 3.12 Quan hệ giữa độ
trữ nước và mật độ dọc của
cấp nước và mật độ dọc của
vải dệt kim Interlock
vải dệt kim Interlock
100%PET.
100%PET.
So sánh vải dệt kim và vải không dệt
Bảng 3.8 Kết quả thí nghiệm xác định độ trữ, cấp nước của vải
dệt kim Interlock và vải không dệt
Ký
Khối
Độ
Độ cấp
Độ cấp
Hiệu
hiệu lƣợng
trữ
nƣớc
nƣớc
quả cấp
mẫu 1m2
nƣớc (l/m2/giờ) (ml/tấm
nƣớc
2
TN (g/m ) (l/m2)
120mm/giờ) ml/giờ/g
(cột
4/cột 2)
1
2
3
4
5
6
DK2
85
0,902
0,402
4,544
0,473
KD4
190
1,516
0,838
9,473
0,441
Số liệu trên bảng 3.8 cho thấy xét về yêu cầu cấp nước
thì cả 2 loại vật liệu này đều thỏa mãn. Nếu xét về hiệu quả cấp
nước của 1 lượng nguyên liệu khối lượng 1 gam, thì ở phương
án vải không dệt KD4 là 0,441 ml/giờ/g, thấp hơn phương án
DK2 là 0,473 ml/giờ/g ( khoảng 14 %). Tuy nhiên xét về chi phí
sản xuất thì thông thường vải dệt kim đắt hơn vải không dệt
khoảng 200%. Do đó có thể thấy lựa chọn phương án vải không
dệt sẽ đem lại tính kinh tế cao hơn phương án vải dệt kim. Đến
đây có thể thấy vật liệu làm lớp chức năng L2 của thảm tưới
được lựa chọn là vải KD4.
16
3.3.1.3 Vật liệu cho phần tử cấu tạo ống bơm nước
Chức năng của ống bơm nước OX (PT3) trên thảm tưới
của luận án là bơm nước từ lớp dự trữ L4 lên lớp cấp L2 thông
qua lực mao dẫn của ống xơ dệt OX mà không cần dùng năng
lượng ngoài. Do đó việc tổ chức xơ dệt trong ống bơm OX có
ảnh hưởng rất lớn đến hệ mao dẫn trong bơm và hiệu suất của
bơm. Để lựa chọn loại nguyên liệu và mật độ xơ phù hợp cho
ống bơm, luận án tiến hành thử nghiệm trên các loại: cúi xơ
stapen PET, tơ filament PET dún và tơ filament PET không
dún.
Chiều cao mao dẫn nước
Mối quan hệ giữa chiều cao mao dẫn nước và mật độ
xơ của các loại xơ khác nhau được biểu diễn trên hình 3.13.
Như vậy có thể nhận thấy, nếu sử dụng ống xơ OX1 làm
bơm nước, thì độ dày lớp trữ nước L4 không nên cao hơn 5 cm
(90% h1max). Nếu dùng ống xơ OX2 thì chiều dày lớp L4 không
nên vượt 19 cm (90% h2max), và nếu dùng ống xơ OX3 thì chiều
dày lớp L4 không nên vượt 24 cm (90% h3max).
Lưu lượng nước của ống xơ
Thí nghiệm xác định lưu lượng nước của bơm của 3
mẫu ống xơ có chiều cao mao dẫn lớn nhất là OX1.7, OX2.8, X3.9.
Bề dày của thảm tưới càng lớn thì khả năng chứa nước của
thảm càng tăng và chiều cao của ống xơ càng lớn. Trong 3 mẫu
ống xơ kể trên, chiều cao mao dẫn ứng với xơ stapen là nhỏ
nhất (h1= 5,512 cm). Để có cơ sở so sánh các phương án, lựa
chọn các ống xơ này với cùng độ cao và không vượt quá 5 cm.
Đồ thị trên hình 3.14 cho thấy với nhu cầu nước của
cây thí nghiệm (cây hoa cúc Vạn thọ lùn) tại thời điểm cao nhất
(4,2 ml/giờ hay 0,07g/phút) có thể thấy cả ba phương án ống xơ
OX đều có thể cấp nước nhanh và nhiều hơn yêu cầu ít nhất 3
lần. Điều đó cho thấy, việc lựa chọn ống bơm dùng xơ stapen
OX1.7 hoàn toàn đáp ứng được nhu cầu nước của cây thí nghiệm
ngay cả ở độ cao bơm là 5 cm.
17
- Xem thêm -