Tài liệu Pha chế dung dịch dinh dưỡng để trồng rau sạch bằng phương pháp thủy canh tĩnh

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA HÓA PHA CHẾ DUNG DỊCH DINH DƯỠNG ĐỂ TRỒNG RAU SẠCH BẰNG PHƯƠNG PHÁP THỦY CANH TĨNH KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Giáo viên hướng dẫn: Ths. LÊ VĂN ĐĂNG Sinh viên thực hiện: ĐẶNG THỊ KIM DUNG Lớp: HÓA 4A Thành phố Hồ Chí Minh 2013 LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành tốt khóa luận tốt nghiệp “Pha chế dung dịch dinh dưỡng để trồng rau sạch bằng phương pháp thủy canh tĩnh” em đã nhận được sự động viên và giúp đỡ rất nhiều từ gia đình, thầy cô và bạn bè. Qua đây em cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành đến:  Gia đình luôn là nguồn động viên lớn nhất đối với em, luôn ủng hộ và giúp đỡ em về vật chất và tinh thần.  Thầy Lê Văn Đăng đã hướng dẫn tận tình, chỉ dạy, giúp đỡ và động viên em trong suốt quá trình thực hiện đề tài.  Quý thầy cô trong khoa Hóa của trường Đại học Sư phạm Tp. HCM đã tận tình dạy dỗ em trong suốt 4 năm qua.  Quý thầy cô trong tổ hóa hữu cơ, hóa phân tích đã tận tình giúp đỡ, tạo điều kiện để em có thể hoàn thành khóa luận.  Bạn Phạm Thị Thúy, sinh viên lớp hóa 4B đã cùng em vượt qua những trở ngại, cùng động viên nhau vượt qua những khó khăn để có thể hoàn thành khóa luận một cách tốt nhất.  Cùng với sự giúp đỡ nhiệt tình, sự động viên an ủi trong suốt 4 năm học qua của bạn bè. Vì thời gian ngắn ngủi cũng như trình độ và năng lực còn hạn hẹp nên không thể tránh được những thiếu xót. Mong quí thầy cô sẽ tận tình chỉ dạy và đóng góp để em hoàn thành luận văn thật tốt. Thay mặt cho tất cả sinh viên năm cuối khoa hóa và riêng em xin gởi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc nhất đến quí thầy cô. Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 15 tháng 05 năm 2013 Sinh viên thực hiện ĐẶNG THỊ KIM DUNG DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1. So sánh giữa trồng cây bằng kỹ thuật thủy canh và trồng cây cần đất 10 Bảng 2.1. Một số giới hạn EC và TDS đối với một số loại cây trồng 27 Bảng 2.2. Một số muối được dùng trong dinh dưỡng thủy canh 30 Bảng 5.1. Công thức dinh dưỡng 1 trồng rau ăn lá (theo công thức của Howard Resh) (dùng pha 100 lít dung dịch) 52 Bảng 5.2. Công thức dinh dưỡng 2 trồng rau ăn lá nhiệt đới (theo công thức của Douglas Peckenpaugh) (dùng pha 100 lít dung dịch) 53 Bảng 5.3. Công thức dinh dưỡng 3 trồng cây dưa chuột (dùng pha 100 lít dung dịch) 53 Bảng 6.1. So sánh kết quả trồng rau giữa công thức dinh dưỡng 1 và công thức dinh dưỡng 2 65 Bảng 6.2. Kết quả kiểm định hàm lượng các kim loại nặng và hàm lượng nitrat trong rau dền đỏ 72 Bảng 6.3. Kết quả kiểm định hàm lượng các kim loại nặng và hàm lượng nitrat trong rau xà lách 73 DANH MỤC HÌNH Hình 2.1. Giao diện phần mềm HydroBuddy v1.50 35 Hình 2.2. Giao diện mục Main Page 36 Hình 2.3. Giao diện mục Substance selection 37 Hình 2.4. Giao diện mục Results 39 Hình 2.5. Hướng dẫn sử dụng trang web nonghoc.com để pha chế dung dịch dinh dưỡng 39 Hình 2.6. Kết quả tính toán khối lượng hóa chất 40 Hình 3.1. Giá thể xơ dừa 45 Hình 3.2. Giá thể than bùn 45 Hình 3.3. Giá thể vỏ trấu, tro trấu 46 Hình 3.4. Giá thể sỏi 47 Hình 4.1. Hệ thống thủy canh hồi lưu (ống nhựa PVC) 49 Hình 4.2. Hệ thống thủy canh hồi lưu cải tiến (vải bố) 50 Hình 4.3. Hệ thống khí canh 51 Hình 5.1. Cân tiểu li 54 Hình 5.2. Bình định mức 1000 ml 55 Hình 5.3. Dung dịch dinh dưỡng tự pha Hình 5.4. Cốc 100 ml 55 56 Hình 5.5. Hướng dẫn pha dung dịch con 56 Hình 5.6. Giàn thủy canh 58 Hình 5.7. Thùng xốp trồng cây theo kỹ thuật thủy canh tĩnh 59 Hình 5.8. Khoét lỗ trên nắp thùng xốp 59 Hình 5.9. Đục lỗ ly nhựa 60 Hình 5.10. Đóng giá thể vào ly nhựa 60 Hình 5.11. Gieo hạt giống 61 Hình 5.12. Cho dung dịch dinh dưỡng vào trong thùng xốp 61 Hình 5.13. Giấy đo pH 62 Hình 6.1. Rau dền trồng theo công thức 1 và công thức 2 66 Hình 6.2. Rau xà lách trồng theo công thức 1 và công thức 2 Hình 6.3. Cải xanh trồng theo công thức 1 và công thức 2 67 66 Hình 6.4. Rau muống trồng theo công thức 1 và công thức 2 Hình 6.5. Rau cải xanh 68 Hình 6.6. Dưa leo 69 Hình 6.7. Rau muống 69 Hình 6.8. Cải bẹ dún 70 Hình 6.9. Rau dền đỏ 70 Hình 6.10. Đậu bắp 71 Hình 6.11. Rau cần nước 71 Hình 6.12. Rau xà lách 72 67 Hình III.1. Hoa dừa cạn đỏ 75 Hình III.2. Hoa vạn thọ 75 MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN .................................................................................. 2 DANH MỤC BẢNG ........................................................................ 3 DANH MỤC HÌNH ......................................................................... 4 MỤC LỤC ........................................................................................ 6 MỞ ĐẦU ........................................................................................... 8 1. Lý do chọn đề tài ....................................................................................... 8 2. Tình hình nghiên cứu trong nước[3] .......................................................... 9 3. Tình hình nghiên cứu ngoài nước[3], [6], [10] ............................................. 10 4. Mục tiêu nghiên cứu ................................................................................ 12 5. Đối tượng nghiên cứu ............................................................................. 12 6. Phạm vi nghiên cứu ................................................................................. 12 7. Nhiệm vụ nghiên cứu ............................................................................... 12 8. Phương pháp nghiên cứu ........................................................................ 13 9. Kết quả nghiên cứu ................................................................................. 13 Chương 1. Giới thiệu kỹ thuật thủy canh ................................... 14 1.1. Khái niệm về kỹ thuật thủy canh .......................................................... 14 1.2. Lợi ích của việc trồng cây thủy canh[3], [10] ..................................... 14 1.3. Thủy canh với việc trồng rau sạch[3], [9] .......................................... 16 1.4. So sánh giữa trồng cây bằng kỹ thuật thủy canh và trồng cây cần đất[7] ........................................................................................................... 17 1.5. Một số loại rau ăn lá thường được trồng theo kỹ thuật thủy canh[12] ..................................................................................................................... 18 Chương 2. Cơ sở lí luận của dinh dưỡng thủy canh .................. 21 2.1. Chất dinh dưỡng trong dung dịch thủy canh[3], [5] ........................... 21 2.2. Dung dịch dinh dưỡng[3], [4], [5] ...................................................... 29 2.3. Giới thiệu phần mềm pha chế dung dịch dinh dưỡng[6], [7] ............. 38 Chương 3. Các yếu tố môi trường ảnh hưởng đến cây trồng thủy canh ........................................................................................ 48 3.1. Ảnh hưởng của điều kiện bên ngoài đến sự hút các chất dinh dưỡng ở rễ và biến dưỡng của hệ rễ [3], [4] ............................................................ 48 Chương 4. Các loại hình thủy canh hiện nay[10] ....................... 55 4.1. Hệ thống thủy canh không hồi lưu (Thủy canh tĩnh) ........................... 55 4.2. Hệ thống thủy canh hồi lưu .................................................................. 55 4.3. Hệ thống khí canh ................................................................................ 58 Chương 5. Thực nghiệm ............................................................... 59 5.1. Thực nghiệm 1: Pha chế dung dịch dinh dưỡng[2], [6], [7], [8] ................. 59 5.2. Thực nghiệm 2: Trồng rau sạch tại hộ gia đình theo phương pháp thủy canh tĩnh ...................................................................................................... 64 5.3 Thực nghiệm 3: Quay video hướng dẫn trồng rau bằng kỹ thuật thủy canh tĩnh[11] ................................................................................................. 70 5.4 Thực nghiệm 4: Đo đạc các chỉ tiêu hóa, sinh về vệ sinh an toàn thực phẩm một số loại rau thu hoạch.................................................................. 71 Chương 6. Kết quả và thảo luận .................................................. 72 6.1. Kết quả ................................................................................................. 72 6.2. Thảo luận ............................................................................................. 80 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT........................................................... 81 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................ 83 PHỤ LỤC ....................................................................................... 84 MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Đất nước ta đang trên đà phát triển mạnh mẽ kéo theo đó là tốc độ đô thị hóa ngày càng cao làm cho quĩ đất nông nghiệp trồng trọt giảm dần. Bên cạnh đó, hiện trạng sử dụng các loại thuốc kích thích cũng như thuốc trừ sâu trong nông nghiệp đang rất phổ biến. Khi chúng ta phát triển chúng ta cần thích ứng với những điền kiện hiện tại. Một trong những giải pháp để giải quyết hiện trạng mất dần đất canh tác nông nghiệp và bảo vệ sức khỏe của chúng ta đó là đi tìm một kỹ thuật trồng rau sạch mới – kỹ thuật thủy canh. Một loại hình trồng trọt đã phát triển khá lâu trên thế giới và còn khá mới mẻ với Việt Nam. Thủy canh giải quyết tốt nhu cầu trồng rau sạch tại nhà ở thành thị vì vậy đang được mọi người chú ý đến nhiều hơn. Thủy canh còn mang lại cho chúng ta nhiều lợi ích khác là tăng năng suất cây trồng, giảm thời gian canh tác, cây ít bị sâu bệnh... Thủy canh là kỹ thuật trồng cây không dùng đất mà trồng trực tiếp vào môi trường dinh dưỡng cùng các giá thể mà không phải là đất. Vì vậy cái cốt lõi quyết định sự thành công của kỹ thuật thủy canh là dung dịch dinh dưỡng. Là người học hóa học em phần nào biết được cây cần gì cho sự sinh trưởng và phát triển, em muốn áp dụng những kiến thức mình đã học, bên cạnh việc ứng dụng những kết quả đạt được từ quá trình nghiên cứu về dung dịch thủy canh của các nhà khoa học trong và ngoài nước pha chế ra các loại dung dịch dinh dưỡng áp dụng cho kỹ thuật thủy canh đó là lí do em chọn đề tài: “Pha chế dung dịch dinh dưỡng để trồng rau sạch bằng phương pháp thủy canh tĩnh’’. Với mong muốn áp dụng những kiến thức hóa học mà mình học được vào thực tế cuộc sống, em hi vọng rằng đề tài này sẽ góp phần mang đến cho mọi người một cái nhìn mới về sự phát triển của ngành nông nghiệp Việt Nam nói chung và kỹ thuật thủy canh trong nước nói riêng. Quan trọng hơn hết là có thể hướng dẫn mọi người pha chế dung dịch dinh dưỡng để trồng rau sạch bằng kỹ thuật thủy canh tĩnh một cách dễ dàng và hiệu quả. 2. Tình hình nghiên cứu trong nước[3] Việc nuôi trồng thủy canh được biết khá lâu, nhưng chưa được nghiên cứu có hệ thống và được sử dụng để trồng các loại cây cảnh nhiều hơn. Từ năm 1993, GS. Lê Đình Lương – khoa sinh học ĐHQG Hà Nội phối hợp với tổ chức nghiên cứu và triển khai Hồng Kông (R&D HongKong) đã tiến hành nghiên cứu toàn diện các khía cạnh khoa học kỹ thuật và kinh tế xã hội cho việc chuyển giao công nghệ và phát triển thủy canh tại Việt Nam. Đến tháng 10 năm 1995 mạng lưới nghiên cứu và triển khai được phát triển ở Hà Nội, TP.Hồ Chí Minh, Côn Đảo, Sở khoa học công nghệ và môi trường ở một số tỉnh thành. Công ty Golden Garden & Gino, nhóm sinh viên Đại học Khoa học Tự Nhiên Thành phố Hồ Chí Minh đã sử dụng phương pháp thủy canh để trồng vài loại rau thông dụng, cải xanh, cải ngọt, xà lách...Phân viện công nghệ sau thu hoạch, Viện Sinh học nhiệt đới cũng nghiên cứu và sản xuất. Nội dung chủ yếu là: - Thiết kế và phối hợp sản xuất thử các vật liệu dùng cho thủy canh. - Nghiên cứu trồng các loại cây khác nhau, cấy truyền từ nuôi cấy mô vào hệ thủy canh trước khi đưa vào đất một số cây ăn quả khó trồng trực tiếp vào đất. - Triển khai thủy canh ở qui mô gia đình, thành thị và nông thôn. - Kết hợp thủy canh với dự án rau sạch của thành phố. Hiện nay, nước ta đang dần dần ứng dụng những thành tựu của kỹ thuật thủy canh thế giới vào ngành nông nghiệp. Tại các hôi chợ công nghệ ở Tp.HCM, Hải Phòng những thành công bước đầu của cây cà chua, xà lách, dưa leo...trồng theo kĩ thuật thủy canh đã được giới thiệu. Dưa chuột trồng theo cách truyền thống được 2 vụ/năm, trồng theo kĩ thuật thủy canh được 4 vụ/năm. Xà lách thủy canh có thể trồng quanh năm còn với đất chỉ 2 vụ/năm. Thành tựu này đã được Bộ Khoa học và Công nghệ tạo điều kiện thuận lợi để chuyển giao cho các cơ sở trồng rau sạch. Ở khu vực phía Nam Tp.HCM đi tiên phong trong ứng dụng kỹ thuật thủy canh vào nông nghiệp đô thị. Dự án khu nông nghiệp công nghệ cao do Tổng Công ty Nông Nghiệp Sài Gòn xây dựng xong tại huyện Củ Chi. Công nghệ thủy canh là 1 trong 5 loại hình công nghệ được áp dụng tại khu nông nghiệp công nghệ cao này. Pha chế dung dịch dinh dưỡng vừa đảm bảo đủ chất dinh dưỡng vừa tạo điều kiện cho sự phát triển tốt nhất của cây không phải là một việc dễ dàng. Dung dịch dinh dưỡng sử dụng trong kỹ thuật thủy canh hiện nay do một số công ty sản xuất các sản phẩm nông nghiệp cung cấp trên thị trường sau một quá trình nghiên cứu và thử nghiệm thành công. Vì vậy pha chế dung dịch dinh dưỡng trồng cây thủy canh đang và luôn là một vấn đề mới được mọi người quan tâm rất nhiều. Một số công trình nghiên cứu tìm ra công thức dinh dưỡng trong kỹ thuật thủy canh của các trường đại học như Đại Học Nông Lâm TPHCM, Đại Học Khoa Học Tự Nhiên TPHCM, Đại Học Nông Lâm Huế.. đang dần được họ ứng dụng và đưa sản phẩm pha chế vào thị trường trong nước. Việc ứng dụng phần mềm pha chế dung dịch dinh dưỡng trên các trang web cũng đang được một số bạn trẻ ham học hỏi và muốn tìm hiểu sâu về thủy canh quan tâm rất nhiều. 3. Tình hình nghiên cứu ngoài nước[3], [6], [10] Kỹ thuật thủy canh đã có từ lâu. - Theo những tài liệu ghi chép bằng chữ tượng hình của người Ai Cập trong vài trăm năm trước Công nguyên, đã mô tả lại sự trồng cây trong nước. - Sự nghiên cứu trong những niên đại gần đây nhất cho thấy vườn treo Babilon và vườn nổi Kashmir và tại Aztec Indians của Mexico cũng còn những nơi trồng cây trên bè trong những hồ cạn. Hiện tại vẫn còn nhiều bè trồng cây được tìm thấy ở gần thành phố Mexico. - 1699 John Woodward (người Anh) đã thí nghiệm trồng cây trong nước có chứa các loại đất khác nhau. - Những năm 60 của thế kỷ 19 Sachs và Knop (Đức) đã sản xuất ra các dung dịch để nuôi cây. - Trong những năm 30 của thế kỷ 20 TS.W.F.Gericke (California) đã phổ biến rộng rãi thủy canh ở nước Mỹ. Những nông trại thủy canh di động đã cung cấp thực phẩm rau tươi cho lính Mỹ trong suốt thời gian chiến tranh quân sự tại Nam Thái Bình Dương. Trong số đó trang trại lớn nhất rộng 22 hecta ở Chofu Nhật Bản. Ngay tại Mỹ, thủy canh được dùng rộng rãi cho mục đích sản xuất kinh doanh như: Cẩm chướng, Layơn, Cúc.. Các cơ sở lớn trồng hoa bằng thủy canh còn có ở Ý, Tây Ban Nha, Pháp, Anh, Đức và Thụy Điển... Trong khi đó các vùng khô cằn như Vịnh Ả Rập, Israel thủy canh được sử dụng rất phổ biến để trồng rau. Ở các nước Châu Mỹ La tinh rau sạch cũng là sản phẩm chính của thủy canh. Hà Lan có hơn 3600 ha cây trồng không cần đất, Nam Phi có khoảng 400 ha. Ở Singapore Liên doanh Aero green Technology là công ty đầu tiên ở Châu Á áp dụng kỹ thủy canh trồng rau trong dung dịch dinh dưỡng, không cần đất và không phải dùng phân bón hóa học có hại để sản xuất rau với qui mô lớn. Hàng năm Singapore tiêu thụ lượng rau trị giá 260 triệu USD. Vì đất có hạn nên 90% rau xanh được nhập khẩu, hiện tại nông trại Aero Green ở Lim Chu Kang trị giá 5 triệu USD đang thu hoạch khoảng 900 kg rau mỗi ngày. Nhật Bản đẩy mạnh kỹ thuật thủy canh để sản xuất rau sạch. An toàn thực phẩm là một trong những vấn đề mà người Nhật rất quan tâm, họ luôn lo ngại và thận trọng với những phụ gia thực phẩm hay thuốc trừ sâu nông nghiệp. Hơn nữa vì diện tích đất canh tác quá hạn hẹp nên chính phủ Nhật rất khuyến khích và trợ giúp kiểu trồng này, rau sạch sản xuất bằng phương pháp này giá đắt hơn 30% so với rau trồng ở môi trường bên ngoài nhưng người tiêu dùng vẫn chấp nhận. Tại triễn lãm quốc tế tổ chức ở Tsukuba, Nhật Bản vào năm 1985, cây cà chua khổng lồ trồng theo kĩ thuật thủy canh của GS. KeiMori (Đại học Tổng hợp Kelo, Tokyo) đã được giới thiệu. Sau 6 tháng trồng trong môi trường dinh dưỡng và chiếu sáng nhân tạo,đường kính tán cây cà chua này đã lên đến 10m và cho đến 10.000 quả cà chua. Ngoài ra, Giáo sư KeiMori cũng ứng dụng kỹ thuật thủy canh trồng nhiều loại cây khác nhau, thu hoạch được 3.300 quả trên một gốc dưa chuột và 90 quả trên một gốc dưa hấu. Ở qui mô rộng hơn, Thụy Sĩ đã thu hoạch được khoảng 720 - 840 củ cải đường trên 1m2 thuỷ canh. Ở Nga ứng dụng trồng cỏ theo kỹ thuật thủy canh trên 14,4 m2 đã thu hoạch cỏ tương đương với 3 - 3,5 ha đồng cỏ tự nhiên (khoảng 100 120 tấn cỏ tươi), và năng suất cà chua có thể đạt đến 250 tấn quả/ha. Nhà kính trồng rau áp dụng kỹ thuật thủy canh của tập đoàn Eurofresh ở bang Arirona được xem là có qui mô lớn nhất nước Mỹ. Mỗi năm trang trại rộng 110 ha ở đây sản xuất hơn 90.000 tấn cà chua. Một số công thức pha chế dung dịch dinh dưỡng sử dụng thành công trong kỹ thuật thủy canh của các nhà khoa học nổi tiếng như: Dennis R.Hoagland, Douglas Peckenpaugh, Howard Resh ... đang được quan tâm ứng dụng rất nhiều. 4. Mục tiêu nghiên cứu Mang đến cho mọi người cái nhìn mới cụ thể hơn về kỹ thuật thủy canh. Pha chế các loại dung dịch dinh dưỡng giúp cây trồng đặc biệt là các loại rau có thể phát triển tốt và cho năng suất cao. Ứng dụng kiến thức hóa học vào thực tế cuộc sống một cách thiết thực và hiệu quả nhất. Đưa ra một hướng phát triển mới về kỹ thuật thủy canh có thể áp dụng tại Việt Nam. Trồng rau sạch sử dụng cho gia đình và hướng dẫn mọi người xung quanh hiểu biết cơ bản về kỹ thuật thủy canh. 5. Đối tượng nghiên cứu Phân tích hàm lượng các nguyên tố trong dung dịch dinh dưỡng. Công thức dinh dưỡng có được từ phần mềm HydroBuddy và trang web nonghoc.com. 6. Phạm vi nghiên cứu Pha chế dung dịch dinh dưỡng tại nhà. Trồng rau sạch theo phương pháp thủy canh tĩnh sử dụng cho hộ gia đình. 7. Nhiệm vụ nghiên cứu Nghiên cứu dinh dưỡng cây trồng. Nghiên cứu cơ sở lí luận của việc pha chế dung dịch dinh dưỡng. Nghiên cứu kỹ thuật thủy canh tĩnh. Thực nghiệm pha chế dung dịch trồng rau theo kĩ thuật thủy canh tĩnh. Thực nghiệm kiểm định các chỉ tiêu sinh, hóa về vệ sinh an toàn thực phẩm các loại rau thu hoạch. 8. Phương pháp nghiên cứu Thu thập và nghiên cứu tài liệu từ nhiều nguồn khác nhau liên quan đến nội dung của đề tài. Pha chế dung dịch theo các công thức dinh dưỡng khác nhau và trồng thử nghiệm một số loại rau ăn lá theo kĩ thuật thủy canh tĩnh. Tham khảo ý kiến của chuyên gia trong lĩnh vực nghiên cứu và các cơ sở chuyển giao công nghệ thủy canh. 9. Kết quả nghiên cứu Pha chế dung dịch dinh dưỡng để trồng thành công các loại rau ăn lá bằng kỹ thuật thủy canh tĩnh. Hoàn thành video hướng dẫn pha chế dung dịch dinh dưỡng và hướng dẫn trồng rau sạch bằng kỹ thuật thủy canh tĩnh theo qui mô hộ gia đình. Kiểm định các các chỉ tiêu hóa, sinh các loại rau đã trồng được để chứng minh rau trồng đạt tiêu chuẩn an toàn vệ sinh thực phẩm. Chương 1. Giới thiệu kỹ thuật thủy canh 1.1. Khái niệm về kỹ thuật thủy canh Thủy canh (Hydroponics) là kỹ thuật trồng cây không dùng đất mà trồng trực tiếp vào dung dịch dinh dưỡng cùng với các giá thể mà không phải là đất. Các giá thể đó có thể là cát, trấu, vỏ xơ dừa, than bùn... Kỹ thuật thủy canh là một trong những kỹ thuật tiến bộ của nghề làm vườn hiện đại. Chọn lựa môi trường dinh dưỡng cần thiết cho cây phát triển là sự sử dụng những chất thích hợp cho sự sinh trưởng và phát triển của cây tránh được sự phát triển của cỏ dại, côn trùng và bệnh tật lây nhiễm từ đất. 1.2. Lợi ích của việc trồng cây thủy canh[3], [10] Ngày nay thủy canh có một vai trò ngày càng cao trong sự phát triển của ngành nông nghiệp thế giới. Sức ép của dân số, sự thay đổi khí hậu, sự xói mòn đất, sự phân phối nước không đồng đều và sự ô nhiễm nguồn nước, đó là tất cả những yếu tố ảnh hưởng đến cách thức canh tác khác nhau. Thủy canh đã đáp ứng được nhiều đòi hỏi từ việc canh tác ngoài trời đến việc trồng trong nhà kính, đến việc sử dụng nguồn sáng trong việc sử dụng năng lượng nguyên tử ngầm ở đại dương đã cung cấp rau sạch cho phi hành đoàn. Đây là một ngành khoa học cao được sử dụng tại những nước đang phát triển của thế giới thứ ba để cung cấp thức ăn cho những vùng khắc nghiệt, nguồn nước sạch không có. Tại Châu Úc điều kiện khí hậu khắc nghiệt và không thể tiên đoán được, đất trồng trọt ít nên thủy canh được sử dụng để cung cấp những sản phẩm và hoa tươi cho thị trường và xuất khẩu, cung cấp thức ăn cho vật nuôi trồng trong suốt mùa đông và những vùng bị hạn hán tác động . Trong tương lai thủy canh được thuyết phục nhiều hơn với sự khám phá vũ trụ. Theo nghiên cứu của cơ quan Nasa đã thiết lập những cơ sở nuôi trồng dự kiến sẽ đưa lên mặt trăng. Ngày nay người tiêu dùng đã trở nên tin tưởng hơn với những rau cải trồng với phương pháp thủy canh bởi vì sự phân hóa đất, nạn phá rừng, sự sử dụng thuốc trừ sâu... Tóm lại những ưu điểm của kỹ thuật thủy canh: + Không cần đất, chỉ cần không gian để đặt hộp dụng cụ trồng, do vậy có thể triển khai ở những vùng đất cằn cỗi như hải đảo, vùng núi xa xôi, cũng như tại gia đình trên sân thượng, ban công. + Không phải làm đất, không có cỏ dại, không cần tưới. + Trồng được nhiều vụ, có thể trồng trái vụ. + Không phải sử dụng thuốc trừ sâu bệnh và các hóa chất độc hại khác. + Năng suất cao vì có thể trồng liên tục. + Sản phẩm hoàn toàn sạch, đồng nhất, giàu dinh dưỡng và tươi ngon. + Không tích lũy chất độc, không gây ô nhiễm môi trường. + Không đòi hỏi lao động nặng nhọc, người già, trẻ em đều có thể tham gia hiệu quả. Tuy nhiên kỹ thuật thủy canh cũng có những yếu điểm: + Chỉ trồng các loại cây rau quả, hoa ngắn ngày. + Giá thành sản xuất còn cao. + Vốn đầu tư ban đầu cao do chi phí về trang thiết bị. Tuy nhiên, chi phí này không cao so với những chi phí về thuốc trừ sâu bệnh và côn trùng, thuê công nhân. Hơn nữa các máy móc được tái sử dụng nhiều lần nên chỉ tốn chi phí đầu tư ban đầu. + Đòi hỏi trình độ chuyên môn kỹ thuật cao để sản xuất có hiệu quả. Điều này gây cản trở cho việc mở rộng phương pháp thủy canh đại trà. + Trong quá trình hấp thu chất dinh dưỡng thực vật làm thay đổi pH trong dịch thủy canh. Do đó cần phải điều chỉnh pH 2 - 3 lần/ tuần. Giá trị pH thích hợp 5,8 - 6,5. Giá trị pH lệch khỏi khoảng này thì mức độ ảnh hưởng lớn đến sự hấp thu chất dinh dưỡng. + Khi cây hấp thu chất dinh dưỡng và nước từ dung dịch, độ dẫn điện (EC) thay đổi. Độ dẫn điện thể hiện độ đậm đặc của dung dịch dinh dưỡng. Gía trị EC tốt nhất khoảng 1,5 - 2,5 mS/cm. Giá trị EC cao sẽ ngăn cản sự hấp thu dung dịch dinh dưỡng do áp suất thẩm thấu thấp. Giá trị EC thấp sẽ ảnh hưởng đến sức khỏe và sản lượng của cây. + Ngoài ra, những thay đổi đột ngột các yếu tố môi trường cũng như việc cung cấp dinh dưỡng và tưới nước không đúng có thể gây ra những rối loạn sinh lý ở cây. 1.3. Thủy canh với việc trồng rau sạch[3], [9] Việc ngộ độc thực phẩm do thuốc trừ sâu hay hóa chất bảo vệ thực vật chiếm tỉ lệ cao. Tuy ngộ độc không gây nguy hiểm tức thời nhưng gây ảnh hưởng lâu dài có thể gây ung thư. Ở các vùng sản xuất rau việc sử dụng thuốc trừ sâu rất phổ biến, kể cả các loại thuốc có nguồn gốc bị cấm như: lân, clo, cacbonat. Các loại thuốc trừ sâu độc hại thường phun lên rau với nồng độ gấp 10 - 20 lần, có khi 50 lần, thậm chí có nơi trước khi thu hoạch 1 - 3 ngày vẫn phun thuốc, nhiều người lái buôn nhúng rau, đậu vào dung dịch Azodrin để rau giữ được độ tươi ngon. Chúng ta đi đến tiêu chuẩn của một loại rau sạch như sau: Theo viện nghiên cứu rau quả thì tiêu chuẩn dư lượng các kim loại nặng như: Cadimi, Thủy ngân, Crôm... còn rất nhiều sự chênh lệch ở các dự án rau sạch ở mỗi địa phương. Hiện nay, Việt Nam chưa có một qui định chung về rau sạch, mà tạm thời sử dụng tiêu chuẩn về lượng dư tối đa thuốc trừ sâu trên rau quả của tổ chức y tế thế giới WHO: “ Rau an toàn là loại rau có lượng dư thuốc bảo vệ thực vật không vượt mức cho phép dự lượng các độc tố và vi sinh vật có hại tới sức khỏe con người ở mức tối thiểu cho phép”. Dư lượng nitrat, kim loại nặng, nông dược và mức độ nhiễm vi khuẩn, ký sinh trùng có hại có lẽ là những yếu tố quan trọng nhất xác định mức độ “sạch” cho mặt hàng “rau sạch”. Hiện nay việc sản xuất rau sạch được tiến hành theo các mô hình công nghệ khác nhau như: thủy canh cách ly, nhà lưới cách ly, canh tác hữu cơ... và sản xuất trên đồng ruộng. Tuy nhiên với mọi mô hình, các vấn đề then chốt vẫn là chế độ phân bón, nước tưới, qui trình sử dụng nông dược và các biện pháp nông học khác nhau để bảo vệ thực vật. 1.4. So sánh giữa trồng cây bằng kỹ thuật thủy canh và trồng cây cần đất[7] Bảng 1.1. So sánh giữa trồng cây bằng kỹ thuật thủy canh và trồng cây cần đất Trồng cây cần đất Trong đất trồng, các vi khuẩn Trồng cây thủy canh Thức ăn cho cây được cân bằng phải phân cắt chất hữu cơ phức tạp (dung dịch dinh dưỡng) được hòa tan thành các nguyên tố cơ bản như thẳng vào nước nên thực vật có thể nitơ, photpho, kali cũng như các nhận chất dinh dưỡng hoàn hảo mọi nguyên tố vi lượng để thực vật có lúc. thể hấp thu được. Đất trồng không thể sản sinh Thủy canh mang lượng thức ăn rễ nhiều chất dinh dưỡng trên mỗi cần thẳng tới rễ hơn là bắt rễ thực vật diện tích đủ cho hệ rễ có thể hấp tìm kiếm nó. thu. Đất trồng sau một thời gian Giá trị pH và hàm lượng dinh dưỡng giảm sút giá trị dinh dưỡng của nó của dung dịch được đo và duy trì dễ và khó đo các giá trị pH và hàm dàng, vì vậy các thực vật luôn có đủ lượng chất dinh dượng. thức ăn. Chỉ khi các cây trồng trên đất Trong một hệ thống thủy canh, độ được tưới, các nguyên tố cơ bản ẩm hiện diện trong các khoảng thời mới có thể hòa tan vào nước. gian được kéo dài hay trong mọi lúc. Đất trồng đóng vai trò vật chủ Các môi trường trồng thủy canh là đối với nhiều vi sinh vật do đó dễ trơ, vô trùng, một môi trường rất vệ gây một số mầm bệnh hại cho cây sinh cho thực vật và người trồng. trồng. Đất trồng cần tưới nước nhiều, Thủy canh làm tăng sự tăng trưởng có sự hiện diện các vi sinh vật gây và sản lượng trên mỗi diện tích của hại, thực vật lớn chậm, cần nhiều thực vật, giảm các vi sinh vật gây hại, không gian và chăm sóc. bệnh tật và nhu cầu tưới nước thực vật. 1.5. Một số loại rau ăn lá thường được trồng theo kỹ thuật thủy canh[12] 1.5.1. Xà lách - Tên khoa học là: Lactuca sativa L.Var.Capitta L – tên tiếng Anh: Lettuce. - Thuộc họ cúc: Asteraceae - Cây thảo hằng năm có rễ trụ và có xơ. Thân hình trụ và thẳng, cao tới 60 cm, phân nhánh ở phần trên. Lá ở gốc xếp hình hoa thị, tạo thành búp dày đặc hình cầu, các lá ở thân mọc so le, lá có màu lục sáng, gần tròn hay thuôn, hình xoan ngược, lượn sóng, dài 6 – 20 cm, rộng 3 - 7 cm, mép có răng không đều. Cụm hoa chùy dạng ngù ở ngọn gồm nhiều đầu hoa, mỗi đầu có 20 hoa, hình môi màu vàng. Quả bế nhỏ, dẹp, có khía màu xám với mào lông trắng. - Xà lách có nguồn gốc từ vùng nhiệt đới, được trồng ở tất cả các vườn rau trên toàn thế giới và nay trở thành cây toàn thế giới. Có đến 100 thứ Xà lách. Ở nước ta, có trồng thứ xà lách có lá xếp vào nhau thành một đầu tròn tựa như cải bắp thu nhỏ, gọi là xà lách quăn hay xà lách Ðà Lạt. Xà lách được trồng từ vùng đồng bằng tới vùng núi, từ Bắc chí Nam, nó thích ứng với khí hậu mát. 1.5.2. Cải xanh - Tên khoa học: Brassica juncea. - Thuộc họ cải: Brassicaceae. - Cây thảo hàng năm, cao 40 – 60 cm hay hơn, rễ trụ ít phân nhánh. Lá mọc từ gốc hình trái xoan, tù, có cuống, lá có cánh với 2 - 3 cặp tại lá, lá có hơi cay, có răng cưa không đều, lá ở thân tiêu giảm hơn, hoa vàng nhạt, xếp thành chùm dạng ngù, hạt hình cầu, màu đen. - Cải xanh có nguồn gốc từ miền nhiệt đới và cận nhiệt đới châu Á, có nhiều ở vùng Trung Á, ở nước ta cây được trồng khắp cả nước, có thể trồng quanh năm trừ những tháng nóng và mưa nhiều. 1.5.3. Rau muống - Tên khoa học: Ipomoea aquatica. - Thuộc họ khoai lang: Convolvulaceae. - Cây mọc bò, ở mặt nước hoặc trên cạn. Thân rỗng, dày, có rễ mắt, không lông. Lá hình ba cạnh, đầu nhọn, đôi khi hẹp và dài. Hoa to, có màu trắng hay hồng tím, ống hoa tím nhạt, mọc từng 1 - 2 hoa trên một cuống. Quả nang tròn, đường kính 7 - 9 mm, chứa 4 hạt có lông màu hung, đường kính mỗi hạt khoảng 4 mm. - Rau muống có nguồn gốc từ vùng nhiệt đới và được trồng khắp nơi. Rau muống có nhiều ở các nước nhiệt đới châu Á, châu Phi và châu Đại dương. Đặc biệt đây là món ăn rất phổ biến và quen thuộc của người dân nước ta 1.5.4. Rau diếp cá - Cây diếp cá còn có tên là cây giấp cá, dấp cá. - Tên khoa học là Houttuynia cordata. - Thuộc họ lá giấp Saururaceae. - Rễ nhỏ mọc ở các đốt, thân mọc đứng cao 40 cm, có lông hoặc ít lông. Lá mọc cách, hình tim, đầu lá hơi nhọn hay nhọn hẳn. Hoa nhỏ, không có bao hoa, mọc thành bông, có 4 lá bắc màu trắng, trông toàn bộ bề ngoài của cụm hoa và lá bắc giống như một cây hoa đơn độc. Toàn cây vò có mùi tanh như mùi cá. - Giấp cá có nguồn gốc ở Nhật Bản, miền nam Trung Quốc và Đông Nam Á, là một loại cỏ nhỏ, mọc lâu năm, ưa chỗ ẩm ướt, có thân rễ mọc ngầm dưới đất. 1.5.5. Rau dền - Rau dền là tên gọi chung để chỉ các loài trong Chi Dền. - Tên khoa học: Amaranthus. - Chi Dền gồm những loài đều có hoa không tàn, một số mọc hoang dại nhưng nhiều loài được sử dụng làm lương thực, rau, cây cảnh ở các vùng khác nhau trên thế giới. - Chi Dền được cho là có nguồn gốc ở Trung Mỹ và Nam Mỹ nhưng khoảng 60 loài với khoảng 400 giống của nó hiện diện khắp thế giới, cả vùng có khí hậu ôn đới lẫn nhiệt đới. Ở Việt Nam, rau dền thường thấy là dền đỏ, dền gai, dền cơm. 1.5.6. Cải ngọt - Tên khoa học: Brassica integrifolia. - Thuộc họ cúc: Brassicaceae. - Cây thảo, cao tới 50 – 100 cm, thân tròn, không lông, lá có phiến xoan ngược tròn dài, đầu tròn hay tù, gốc từ từ hẹp, mép nguyên không nhăn, mập, trắng trắng, gân bên 5 - 6 đôi, cuống dài, tròn. - Cải ngọt có nguồn gốc ở Ấn Độ, Trung Quốc, ở Việt Nam cải ngọt được trồng khắp nơi dùng làm rau ăn.