ĐẠI HỌC LẠC HỒNG
KHOA CƠ ĐIỆN ĐIỆN TỬ
---
BÁO CÁO NGHIÊN CỨU KHOA HỌC
Đề tài:
THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH THỦY
CANH THÔNG MINH
Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện - Điện tử
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
TS. LÊ PHƯƠNG TRƯỜNG
Đồng Nai, 11/2019
LỜI CẢM ƠN
Sau thời gian học tập và rèn luyện tại Trường Đại học Lạc Hồng bằng sự tôn
trọng và biết ơn, chúng em xin chân thành cảm ơn quý thầy cô trường Đại học Lạc
Hồng, quý thầy cô khoa Cơ Điện - Điện Tử đã truyền dạy tận tình cho chúng em những
kiến thức quý báu trong những năm học vừa qua.
Đặc biệt chúng em xin giành lời cảm ơn chân thành đến thầy Lê Phương Trường
đã tận tình truyền đạt kiến thức và chia sẽ kinh nghiệm cũng như hướng dẫn và đồng
hành cùng chúng em trong suốt quá trình học cũng như hoàn thành đồ án này.
Chúng em cũng xin gửi lời cảm ơn đến gia đình và bạn bè, những người đã luôn
quan tâm và giúp đỡ để chúng em hoàn thành đồ án một cách tốt nhất.
Tuy nhiên do sự hạn chế của bản thân chúng em, đề tài nghiên cứu khoa học
không tránh khỏi những thiếu sót. Kính mong nhận được sự góp ý của quý thầy cô giáo
và mọi người để đề tài nghiên cứu của chúng em được hoàn thiện hơn.
Đồng Nai, ngày 15 tháng 11 năm 2019
Sinh viên thực hiện
Lê Đức Hoàng
Đào Trung Hiếu
Nguyễn Bá Huy Hoàng
Trang 2
LỜI CAM ĐOAN
Với đề tài “THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH THỦY CANH THÔNG
MINH” với mong muốn là tìm ra các giải pháp tối ưu để nâng cao năng suất cây trồng
và giải phóng sức lao động, đồng thời áp dụng những kiến thức đã học vào thực tế giúp
cải thiện năng suất, nâng cao chất lượng nông nghiệp.
Chúng tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu là của tôi, các số liệu, kết quả
nêu ra trong đồ án tốt nghiệp là trung thực và chính xác.
Chúng tôi xin cam đoan mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện đồ án tốt nghiệp này
đã được xin phép, tất cả các thông tin trích dẫn trong luận văn đều được ghi rõ nguồn
gốc.
Chúng tôi cam đoan công trình nghiên cứu tuyệt đối không có sự gian lận, sao
chép dữ liệu từ người khác và sẵn sàng chịu mọi trách nhiệm nếu như công trình nghiên
cứu của chúng tôi bị phát hiện gian lận.
Đồng Nai, ngày 15 tháng 11 năm 2019
Nhóm thực hiện đề tài
Lê Đức Hoàng
Nguyễn Bá Huy Hoàng
Trang 3
Đào Trung Hiếu
MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ................................................................................................................2
LỜI CAM ĐOAN ..........................................................................................................3
MỤC LỤC......................................................................................................................4
DANH MỤC BẢNG BIỂU ...........................................................................................7
DANH MỤC HÌNH ẢNH .............................................................................................8
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT .............................................................................10
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN .........................................................................................11
1.1 Đặt vấn đề ..........................................................................................................11
1.2 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước........................................................11
1.2.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới .............................................................11
1.2.2 Tình hình nghiên cứu trong nước ...............................................................12
1.3 Mục đích và phạm vi nghiên cứu ......................................................................13
1.4 Đối tượng nghiên cứu và phương pháp nghiên cứu ..........................................14
1.5 Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài ..............................................14
CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT .............................................................................15
2.1 Kỹ thuật trồng rau thủy canh .............................................................................15
2.1.1 Giới thiệu ....................................................................................................15
2.1.2 Giá thể trồng cây ........................................................................................16
2.1.3 Chất dinh dưỡng cần thiết cho cây trồng....................................................17
2.1.4 Yếu tố môi trường ......................................................................................18
2.2 Các hệ thống canh tác thủy canh cơ bản............................................................21
2.3 Internet of Things ..............................................................................................24
2.3.1 IoT trong nông nghiệp ................................................................................24
Trang 4
2.3.2 Hệ thống sever và ứng dụng Blynk ............................................................25
CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG ....................................................................26
3.1 Hệ thống thủy canh ............................................................................................26
3.1.1 Kích thước tổng quan .................................................................................27
3.1.2 Vật liệu .......................................................................................................27
3.1.3 Thi công mô hình .......................................................................................28
3.2 Hệ thống điện .....................................................................................................29
3.2.1 Thiết kế hệ thống ........................................................................................29
3.2.2 Khối truyền dữ liệu và tín hiệu ...................................................................30
3.2.3 Khối xử lý và điều khiển trung tâm ............................................................31
3.2.4 Khối cảm biến ............................................................................................36
3.2.5 Khối thiết bị chấp hành ..............................................................................42
3.2.6 Khối nguồn động lực ..................................................................................46
3.2.7 Khối nguồn điều khiển ...............................................................................46
3.3 Giải thuật lập trình .............................................................................................47
3.3.1 Giải thuật kết nối truyền dữ liệu .................................................................47
3.3.2 Giải thuật điều khiển máy bơm ..................................................................48
3.3.3 Giải thuật điều khiển hệ thống chiếu sáng .................................................48
3.3.4 Giải thuật điều khiển hệ thống phun sương................................................49
3.3.5 Giải thuật điều khiển hệ thống van điện độ pH ..........................................49
3.3.6 Giải thuật điều khiển hệ thống van điện TDS ............................................50
3.4 Thiết kế giao diện trên ứng dụng Blynk ............................................................51
CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ ...............................................................................................55
4.1 Trồng rau trên mô hình thủy canh .....................................................................55
4.2 Đánh giá về phần điện .......................................................................................56
Trang 5
4.3 Đánh giá về mô hình thủy canh .........................................................................57
4.4 Lợi ích về kinh tế ...............................................................................................57
4.5 Kết quả trên ứng dụng Blynk.............................................................................57
CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN ............................................................................................58
TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................................60
PHỤ LỤC ........................................................................................................................i
Trang 6
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2. 1 So sánh thủy canh và thổ canh [2] .................................................... 16
Bảng 2. 2 Chất dinh dưỡng cần thiết cho cây trồng [3] .................................... 17
Bảng 3. 1 Vật liệu hệ thống thủy canh .............................................................. 28
Bảng 3. 2 Thông số kỹ thuật Module NodeMCU ESP8266 [7] ....................... 31
Bảng 3. 3 Thông số kỹ thuật Arduino Mega 2560 [8] ...................................... 32
Bảng 3. 4 Các cổng Serial trên board Arduino Mega 2560 [8] ........................ 33
Bảng 3. 5 Thông số kỹ thuật Module RTC DS1307 [9] ................................... 35
Bảng 3. 6 Thông số kỹ thuật Module L298N [10] ............................................ 35
Bảng 3. 7 Thông số kỹ thuật của module TDS Meter [11] ............................... 36
Bảng 3. 8 Bảng thông số kỹ thuật của module cảm biến độ pH [12] ............... 37
Bảng 3. 9 Sơ đồ chân của module DFRobot pH [12] ....................................... 38
Bảng 3. 10 Bảng quy đổi điện áp đầu ra với giá trị pH tương ứng [12] ........... 38
Bảng 3. 11 Thông số kỹ thuật của cảm biến DS18B20 [13] ............................. 39
Bảng 3. 12 Thông số kỹ thuật module cảm biến DHT22 [14] .......................... 40
Bảng 3. 13 Thông số kỹ thuật cảm biến quang trở CDS [15] ........................... 40
Bảng 3. 14 Thông số kỹ thuật cảm biến XKC-Y25-V [16] .............................. 41
Bảng 3. 15 Thông số kỹ thuật............................................................................ 42
Bảng 3. 16 Bảng thông số kỹ thuật của Module 6 relay 5V ............................. 43
Bảng 3. 17 Bảng thông số kỹ thuật máy bơm DP-521...................................... 44
Bảng 3. 18 Thông số kỹ thuật AP3100 ............................................................. 45
Bảng 3. 19 Thông số kỹ thuật của Thanh led 5WA1RD-500 ........................... 46
Bảng 4. 1 Một số loại rau đã trồng được ........................................................... 56
Trang 7
DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1. 1 Một số sản phẩm trên thế giới ........................................................... 12
Hình 1. 2 Một số hệ thống thủy canh trong nhà................................................ 12
Hình 1. 3 Một số hệ thống thủy canh ngoài trời ............................................... 13
Hình 2. 1 Cây được trồng trong nước .........................................................................15
Hình 2. 2 Bút đo nồng độ dinh dưỡng .........................................................................17
Hình 2. 3 Dung dịch thủy canh....................................................................................18
Hình 2. 4 Thang đo pH ................................................................................................20
Hình 2. 5 Bút đo độ pH ...............................................................................................20
Hình 2. 6 Nguyên lý dạng bấc [4] ...............................................................................21
Hình 2. 7 Nguyên lý thủy canh tĩnh[4]........................................................................22
Hình 2. 8 Nguyên lý ngập rút định kỳ[4] ....................................................................22
Hình 2. 9 Nguyên lý màng dinh dưỡng[4] ..................................................................23
Hình 2. 10 Nguyên lý khí canh[4] ...............................................................................23
Hình 2. 11 Internet kết nối vạn vật ..............................................................................24
Hình 2. 12 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của hệ thống với Blynk .................................25
Hình 3. 1 Mô hình thủy canh 3D trên Solidworks ......................................................26
Hình 3. 2 Sơ đồ khối tổng quan hệ thống điện ............................................................29
Hình 3. 3 Module Wi-Fi NodeMCU ...........................................................................31
Hình 3. 4 Board Arduino Mega 2560 ..........................................................................32
Hình 3. 5 Giao diện phần mềm lập trình IDE .............................................................33
Hình 3. 6 Module RTC DS1307 ..................................................................................34
Hình 3. 7 Module L298N ............................................................................................35
Hình 3. 8 Module đo TDS ...........................................................................................36
Hình 3. 9 Cảm biến pH hãng DFRobot .......................................................................37
Hình 3. 10 Cảm biến DS18B20 ...................................................................................39
Hình 3. 11 Module cảm biến DHT22 ..........................................................................39
Hình 3. 12 Cảm biến quang trở CDS ..........................................................................40
Trang 8
Hình 3. 13 Cảm biến XKC-Y25-V..............................................................................41
Hình 3. 14 Phao điện từ ...............................................................................................42
Hình 3. 15 Module 6 relay...........................................................................................43
Hình 3. 16 Van nước điện từ 10mm 12VDC .............................................................43
Hình 3. 17 Hộp đựng dung dịch cân bằng pH và nồng độ dinh dưỡng ......................44
Hình 3. 18 Máy bơm phun sương................................................................................44
Hình 3. 19 Máy bơm Lifetech AP3100 .......................................................................45
Hình 3. 20 Thanh led cho rau – 5WA1RD – 500 ........................................................46
Hình 3. 21 Bộ adapter chuyển đổi nguồn 220VAC sang 12VDC ..............................46
Hình 3. 22 Bộ adapter chuyển đồi nguồn 220VAC sang 5VDC ................................47
Hình 3. 23 Lưu đồ giải thuật kết nối truyền dữ liệu ....................................................47
Hình 3. 24 Lưu đồ giải thuật lập trình máy bơm .........................................................48
Hình 3. 25 Lưu đồ giải thuật lập trình đèn ..................................................................48
Hình 3. 26 Lưu đồ giải thuật hệ thống phun sương ....................................................49
Hình 3. 27 Lưu đồ giải thuật hệ thống van điện pH ....................................................50
Hình 3. 28 Lưu đồ giải thuật hệ thống van điện TDS .................................................50
Hình 3. 29 Tạo dự án mới trên Blynk .........................................................................51
Hình 3. 30 Chọn thiết bị kết nối với trong mạch điện .................................................52
Hình 3. 31 Chọn giao thức kết nối ..............................................................................52
Hình 3. 32 Khởi tạo các màn hình hiển thị thông số ...................................................53
Hình 3. 33 Tùy chọn chân kết nối và thời gian làm mới thông số ..............................53
Hình 3. 34 Giao diện sau khi tạo xong ........................................................................54
Hình 4. 1 Biểu đồ nhiệt độ, độ ẩm không khí và nhiệt độ nước trong 3 ngày ............55
Hình 4. 2 Mô hình trong thực tế ..................................................................................55
Hình 4. 3 Tủ điện sau khi hoàn thành .........................................................................56
Hình 4. 4 Thông số môi trường báo về ứng dụng Blynk ............................................57
Trang 9
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
DC
Direct Current
AC
Alternating Current
GND
Gemeinsame Normdatei
IoT
Internet of Things
TDS
Total Dissolved Solids USB Universal Serial Bus
UART
Universal Asynchronous Receiver / Transmitter
LED
Light Emitting Diode
I2C
Inter-Integrated
LCD
Liquid Crystal Display
OLED
Organic light-emitting diode
SRAM
Static Random Access Memory
EEPROM
Electrically Erasable Programmable Read Only Memory
PPM
Parts per million
Ca
Cansium
K2O
Potassium Oxide
P2O5
Phosphorus Nitrogen
NH4
Ammonium Nitrogen
Mg
Magnesium
Zn
Zincum
Cu
Cuprum
Trang 10
Chương 1 Tổng quan
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN
1.1 Đặt vấn đề
Trong thời đại ngày nay, với sự phát triển như vũ bão của khoa học kỹ thuật và
đặc biệt là công nghệ thông tin. Việc thiết kế, chế tạo ra các hệ thống có khả năng tự
vận hành và có thể được điều khiển, giám sát từ xa đang dần trở thành xu hướng. Các
hệ thống này đã chứng minh được sự hữu ích thông qua rất nhiều các ứng dụng như:
hệ thống nhà thông minh, hệ thống đỗ xe thông minh, …
Từ sự hữu ích mà các hệ thống trên đem lại cho con người, nhóm đã quyết định
nghiên cứu đề tài thiết kế và thi công mô hình thủy canh thông minh nhằm áp dụng
khoa học kỹ thuật vào nông nghiệp. Khi mô hình hoàn thành có thể tự vận hành và
người dùng ở bất cứ nơi nào có mạng internet đều có thể điều khiển, giám sát mô hình
từ xa thông qua các thiết bị cầm tay như điện thoại di động, máy tính bảng, máy tính
cá nhân. Thuận tiện cho việc theo dõi và kiểm soát trạng thái của mô hình cũng như
các thông số môi trường xung quanh mô hình như: nhiệt độ, độ ẩm, mức nước, độ pH,...
Với các vấn đề được đặt ra như trên, hướng nghiên cứu đề tài của nhóm là nghiên
cứu, xây dựng mạch điều khiển và giám sát mô hình thông qua mạng internet (IoT). Từ
hướng nghiên cứu như vậy nên tên đề tài được chọn là: “Thiết kế và thi công hệ thống
thủy canh thông minh”. Và nhóm chúng em đã làm một mô hình cụ thể đó là mô hình
trồng rau thủy canh trong nhà.
1.2 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước
1.2.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới
Kỹ thuật trồng cây thủy canh (Hydroponics) đã được nghiên cứu từ thế kỷ XVII
cho đến nay [1]. Tiếp nối kỹ thuật trồng rau thủy canh, các công ty lớn trên thế giới đã
sản xuất ra các hệ thống là các sản phẩm trồng rau thủy canh tại gia để cung cấp cho
những gia đình có nhu cầu về rau sạch. Các sản phẩm hiện đại hiện nay đã có mặt trên
thị trường như: Herbert đến từ công ty Ponix Systems (Mỹ), Click & Grow Smart Herb
Garden, Calla – Smart Indoor Garden, GrowChef, Nutri Tower, Grass Lamp, …
Trang 11
Chương 1 Tổng quan
Hình 1. 1 Một số sản phẩm trên thế giới
Các sản phẩm trên thế giới có thiết kế đẹp mắt nhưng hiện tại chỉ truyền được
dữ liệu không dây về cho người dùng để người dùng kịp thời bổ sung các chất dinh
dưỡng, bật tắt máy bơm thông qua ứng dụng chứ chưa tự động hóa hoàn toàn khâu đảm
bảo các yếu tố cần thiết cho cây trồng.
1.2.2 Tình hình nghiên cứu trong nước
Tại Việt Nam, một số cá nhân và tổ chức đã cập nhật kịp thời kỹ thuật trồng cây
thủy canh, một xu hướng mới trong phát triển nông nghiệp của thế giới. Họ đã bắt đầu
nhập và tự sản xuất được một số mô hình thủy canh cho hộ gia đình để cung cấp cho
số lượng lớn người dân tại các khu đô thị.
Hình 1. 2 Một số hệ thống thủy canh trong nhà
Trang 12
Chương 1 Tổng quan
Hình 1. 3 Một số hệ thống thủy canh ngoài trời
Các hệ thống tại Việt Nam hầu như còn phụ thuộc vào sự chăm sóc thủ công
của con người. Các yếu tố nhiệt độ, độ ẩm, nồng độ dinh dưỡng trong nước hay độ pH
của nước vẫn được đo bằng tay và người ta điều chỉnh các yếu tố trên một cách thủ
công. Tốn khá nhiều thời gian để chăm sóc cho cây trồng.
1.3 Mục đích và phạm vi nghiên cứu
Mục đích nghiên cứu:
- Thiết kế hệ thống trồng rau thủy canh trong nhà.
- Hệ thống tự vận hành và điều chỉnh độ pH, TDS và ánh sáng, mực nước.
- Thực hiện giao tiếp mạch điện tử với mạng internet.
- Điều khiển các thiết bị thông qua internet.
- Giám sát hoạt động của mô hình qua internet.
- Theo dõi các thông số nhiệt độ, độ ẩm, độ pH, nồng độ chất dinh dưỡng TDS,
ánh sáng thông qua internet.
- Thông báo cho người dùng để kịp thời khắc phục sự cố.
Phạm vi nghiên cứu:
- Nghiên cứu tổng quan về các sản phẩm và hệ thống trồng rau thủy canh
tại Việt Nam và trên thế giới.
- Nghiên cứu tổng quát về kỹ thuật thủy canh.
- Thiết kế và thi công hệ thống điện, hệ thống cơ phù hợp cho mô hình để
có thể cải tiến cho phù hợp với yêu cầu: Tự vận hành, giá thành rẻ, năng
suất ổn định.
Trang 13
Chương 1 Tổng quan
1.4 Đối tượng nghiên cứu và phương pháp nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu:
- Bo mạch Arduino.
- Bo mạch kết nối wifi.
- Cảm biến nhiệt độ, độ ẩm.
- Cảm biến nhiệt độ nước.
- Cảm biến ánh sáng.
- Module cảm biến độ pH.
- Module cảm biến nồng độ dinh dưỡng trong nước.
Phương pháp nghiên cứu:
- Tìm hiểu tổng quan về IoT.
- Xây dựng lưu đồ thuật toán và lập trình thuật toán cho Arduino.
- Tìm hiểu cách điều chỉnh các thông số môi trường phù hợp với mô hình.
- Tính toán, thiết kế mô hình.
- Tìm hiểu về cách kết nối mạch điện với internet.
1.5 Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài
Ý nghĩa khoa học: Đề tài có thể là tài liệu hữu ích cho những ai quan tâm đến
lĩnh vực IoT trong nông nghiệp.
Ý nghĩa thực tiễn: Kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ góp phần giải quyết vấn đề
điều khiển và giám sát các hệ thống nông nghiệp thông qua internet.
Trang 14
Chương 2 Cơ sở lý thuyết
CHƯƠNG 2
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1 Kỹ thuật trồng rau thủy canh
2.1.1 Giới thiệu
Hình 2. 1 Cây được trồng trong nước
Thủy canh là kỹ thuật trồng cây không dùng đất mà trồng trực tiếp vào môi
trường nước hoặc giá thể. Nguyên lý của kỹ thuật này là ngâm rễ cây vào hỗn hợp nước
có pha thêm dinh dưỡng thủy canh (bao gồm các khoáng chất và các chất dinh dưỡng
cần thiết cho cây trồng như Ca, K2O, P2O5, NH4, Mg, Zn, Cu…[2]) vì trồng trong nước
không có sẵn các khoáng chất này như trong đất nên chúng ta phải pha nước cùng dung
dịch dinh dưỡng, đồng thời chúng ta có thể dễ dàng điều chỉnh các yếu tố cần để cho
cây phát triển một cách tốt nhất.
Bí quyết của kỹ thuật này là cung cấp đủ và đúng lúc cho cây trồng các nguyên
tố khoáng cần thiết. Cung cấp đầy đủ chất dinh dưỡng, bảo đảm đủ ánh sáng, CO2 cho
quá trình quang hợp, O2 cho quá trình hô hấp, từ đó cây trồng có thể phát triển khỏe
mạnh theo ý muốn của người trồng.
Cây trồng dựa vào kỹ thuật này hoàn toàn có bộ rễ nằm trong hỗn hợp nước và
chất dinh dưỡng nên theo tính toán, kỹ thuật trồng rau thủy canh có thể giảm 90% chi
phí về nước, 95% phân bón và 99% thuốc bảo vệ thực vật [2].
Trong hệ thống thủy canh, nhiệt độ ở vùng rễ luôn thấp hơn nhiệt độ ngoài trời
khoảng 10% - 15%, con số này có thể tăng thêm nếu ta áp dụng thêm một số cách như:
mua loại ống cách nhiệt chuyên biệt được sản xuất cho việc trồng rau thủy canh hoặc
bọc thêm giấy chống nhiệt cho ống chứa nước. [3]
Trang 15
Chương 2 Cơ sở lý thuyết
Và nhờ vào việc không sử dụng đất nên môi trường có độ sạch cao, cây trồng
sạch bệnh, trong trường hợp có cây bị nhiễm bệnh thì chúng ta có thể di chuyển cây ra
khỏi hệ thống để tránh ảnh hưởng đến các cây khác.
Bảng 2. 1 So sánh thủy canh và thổ canh [2]
PHƯƠNG PHÁP THỦY CANH
PHƯƠNG PHÁP THỔ CANH
Dễ dàng điều chỉnh dinh dưỡng
Khó có thể điều chỉnh dinh dưỡng
Tối ưu hóa diện tích trồng
Không tối ưu diện tích đất trồng
Tốc độ phát triển nhanh hơn 30-50%
Tốc độ phát triển chậm hơn
Ít sâu bệnh
Nhiều sâu bệnh
Không sử dụng thuốc bảo vệ thực vật
Cần sử dụng thuốc bảo vệ thực vật
Trồng được quanh năm
Phụ thuộc vào thời tiết
Năng suất cao
Năng suất thấp
Chăm sóc ít hơn
Chăm sóc thường xuyên
Chi phí cao
Chi phí thấp
Không đa dạng chủng loại
Đa dạng nhiều loại cây trồng
Cần cập nhật kiến thức
Kiến thức cơ bản
2.1.2 Giá thể trồng cây
Giá thể rất là quan trọng đối với việc trồng rau thủy canh và đặc biệt quan trọng
nhất trong giai đoạn hạt giống nảy mầm, giai đoạn khi đem cây con đi trồng trồng các
rọ. Lượng giá thể sử dụng trong mỗi rọ cũng vừa phải, bởi khi dùng quá nhiều giá thể
sẽ làm tốn kém nguyên liệu, công sức xử lý nguyên liệu.
Đặc điểm:
-
Giá thể dùng trong thủy canh phải đảm bảo có khả năng giữ được độ ẩm và đảm
bảo thoáng khí tốt.
-
Đảm bảo giá thể của rau thủy canh có độ pH trung tính và độ pH phải ổn định
để không làm ảnh hưởng đến sự sinh trưởng của rau.
-
Các giá thể này phải thấm nước để cây có thể sử dụng dễ dàng.
-
Các giá thể này dễ dàng phân hủy trong môi trường hoặc có thể tái sử dụng lại.
-
Giá thể phải đảm bảo dễ kiếm, nhẹ và có giá thành thấp.
Các giá thể có thể là cát, trấu, vỏ sơ dừa, than bùn, đất tổ ong, đất sét nung, mút xốp,…
Trang 16
Chương 2 Cơ sở lý thuyết
2.1.3 Chất dinh dưỡng cần thiết cho cây trồng
Bảng 2. 2 Chất dinh dưỡng cần thiết cho cây trồng [3]
Các nguyên tố đa
Các nguyên tố trung
Các nguyên tố vi
lượng
lượng
lượng
Đạm(N)
Canxi(Ca)
Sắt(Fe),
Lân(P)
Magiê(Mg)
Kẽm(Zn)
Kali(K)
Lưu Huỳnh(S)
Mangan(Mn)
Đồng(Cu)
Bo(B)
Molypđen(Mo)
Trong kỹ thuật canh tác thủy canh, các chất dinh dưỡng cần thiết cho cây trồng
đã được tổng hợp vào dung dịch thủy canh. Chúng ta có thể dễ dàng hòa vào nguồn
nước cung cấp cho cây trồng theo tỷ lệ mong muốn để cây trồng có thể phát triển một
cách tốt nhất trong từng giai đoạn phát triển của cây.
Ta có thể dùng thiết bị đo dinh dưỡng để biết được nồng độ dinh dưỡng của
dung dịch thủy canh sau khi pha, kiểm tra chất lượng của nước, đo nồng độ các chất
hòa tan hữu cơ và vô cơ, i-on có chứa trong dung dịch.
Hình 2. 2 Bút đo nồng độ dinh dưỡng
Có rất nhiều các loại dung dịch thủy canh trên thị trường hiện nay như: TCMobi, Bio-Life, Gwall, General Hydoponics Flora Grow, Bloom, Micro Combo Fertilizer set, Fox Farm FX14050 Big Bloom, Grow Big & Tiger Bloom Liquid Fertilizer
Nutrient Trio Hydro-Formula, 3/32-Ounce Bottles, Hydro Umat V…
Trang 17
Chương 2 Cơ sở lý thuyết
Hình 2. 3 Dung dịch thủy canh
2.1.4 Yếu tố môi trường
Các yếu tố môi trường luôn ảnh hưởng rất nhiều đến quá trình sinh trưởng và
phát triển của các loại cây trồng thủy canh từ lúc nảy mầm đến khi thu hoạch. Vì thế
để đảm bảo cây có thể phát triển tốt ta cần lưu ý những thông số sau.
Nhiệt độ nước
Nhiệt độ nước hay nhiệt độ của dung dịch thủy canh nếu quá cao sẽ gây mất cân
bằng nồng độ axit, bazo và làm thay đổi nồng độ pH trong dung dịch. Từ đó khiến rễ
cây bị khô không thể hút được các chất dinh dưỡng, lá bị héo làm cây không thể quang
hợp và còn có thể gây bệnh cho cây trồng. Ngưỡng nhiệt độ dung dịch thủy canh cho
hầu hết các loại rau cơ bản hiện tại là 18-32°C.[3]
Nhiệt độ môi trường
Ngoài yếu tố nhiệt độ nước thì nhiệt độ môi trường cũng góp phần quan trọng
không kém vào sự phát triển của cây. Nếu nhiệt độ quá cao lá cây sẽ nhanh bị héo khiến
cây khó có thể hô hấp, quang hợp với môi trường xung quanh. Từ đó việc hấp thu nước
và chất dinh dưỡng của cây cũng bị ảnh hưởng làm cây phát triển bất thường, giảm
năng suất. Các loại cây trồng sẽ có các ngưỡng nhiệt độ khác nhau, thông thường là từ
24-27°C và ngưỡng nhiệt độ này có thể dao động lớn nhất trong khoảng 15-40°C tùy
theo chất lượng hạt giống, khả năng chịu nhiệt của từng loại cây, khí hậu của vùng
trồng.[3]
Độ Ẩm môi trường
Độ ẩm là lượng hơi nước có trong không khí, nó ảnh hưởng đến từng thời kỳ
phát triển của cây. Từ lúc ươm mầm, hạt giống cần độ ẩm cao để có thể nảy mầm cho
Trang 18
Chương 2 Cơ sở lý thuyết
đến lúc cây phát triển cần độ ẩm vừa phải. Nếu độ ẩm quá cao sự hô hấp, quang hợp
của cây sẽ bị ảnh hưởng, ngoài ra độ ẩm cao còn tạo điều kiện cho các vi khuẩn, vi sinh
vật phát triển gây bệnh cho cây. Ngược lại nếu độ ẩm quá thấp cây sẽ nhanh bị héo do
mất nước. Độ ẩm phù hợp cho cây trồng trong khoảng 50-80% nhưng thông thường thì
khoảng 60-65% [3].
Ánh Sáng
Ánh sáng là một trong những điều kiện không thể thiếu để cây phát triển với hai
quá trình chính là quang hợp và hô hấp. Hai quá trình này thể hiện thông qua thời gian
chiếu sáng mỗi ngày của cây trồng, từ đây ta phân ra được ba nhóm cây chính.
Cây quang kỳ dài (cây dài ngày): Chúng cần từ 12-18 giờ ánh sáng mặt trời mỗi
ngày. Ví dụ như lúa mì, dâu tây, xà lách, cà rốt, táo, khoai tây, rau bina và củ cải, …
Cây quang kỳ ngắn (cây ngắn ngày): Chúng không cần quá nhiều ánh
sáng vẫn có thể ra hoa, kết trái và phát triển mạnh, thông thường là dưới 12 giờ ánh
sáng mặt trời mỗi ngày. Các loại cây này gồm đu đủ, cà tím, bắp, dừa, cao su, đậu nành,
mè, lúa mùa, …
Cây trung gian (cây không có quang kỳ): Là nhóm cây có thể ra hoa và phát
triển trong cả điều kiện ngắn ngày và dài ngày. Một số ví dụ bao gồm hoa hồng, ngô, ớt,
cà chua, dưa, bầu, bí, dưa hấu, đậu phộng, cam quít, …
Thông thường cây trồng thủy canh cần từ 8-10 giờ chiếu sáng để quang hợp,
trong điều kiện trồng cây trong nhà không tiếp xúc với ánh sáng mặt trời thì cần thời
gian chiếu sáng từ 12-16 giờ.
Với cây trồng thủy canh thì theo các nghiên cứu trong và ngoài nước, cây sẽ hấp
thụ hai dải ánh sáng chính gồm dải ánh sáng màu xanh dương (425nm-475nm) và dải
ánh sáng màu đỏ (620nm-730nm) là thích hợp cho việc quang hợp. Vì vậy nếu lựa chọn
đèn led để thay thế cho ánh sáng mặt trời chúng ta nên lựa chọn loại đèn có bước sóng
từ 350-800nm.[1]
Độ pH
Độ pH cho ta biết mức độ hòa tan các chất dinh dưỡng trong hỗn hợp nước và
do đó cho ta biết khả năng hấp thụ các chất dinh dưỡng của cây.
Trang 19
Chương 2 Cơ sở lý thuyết
Hình 2. 4 Thang đo pH
Các nguyên tố đa lượng và trung lượng (các chất dinh dưỡng cần thiết với số
lượng lớn) khó bị hòa tan nếu độ pH quá cao hoặc quá thấp. Điều này làm cây trồng
khó có thể hấp thụ các chất dinh dưỡng này ảnh hưởng đến sự phát triển của cây. Đối
với các nguyên tố vi lượng (các chất dinh dưỡng cần thiết với số lượng nhỏ) thường dễ
bị ảnh hưởng tại các độ pH nằm ở phần cuối của thang đo pH. Nếu độ pH quá thấp các
nguyên tố vi lượng sẽ bị hòa tan quá mức làm cây không thể hấp thụ hết được gây độc
cho cây, còn khi độ pH quá cao thì các nguyên tố vi lượng này lại khó bị hòa tan khiến
việc hấp thụ các chất dinh dưỡng này của cây bị giảm đi.
Vì vậy, điểm lý tưởng mà cây trồng có thể hấp thụ được nhiều chất dinh dưỡng
nhất là từ 5.5 đến 6.5.
Ta có thể dùng thiết bị đo độ pH cầm tay để đo được chỉ số pH của nước.[2]
Hình 2. 5 Bút đo độ pH
Sâu bệnh
Các loại bệnh thường gặp ở cây trồng là bệnh vàng lá, bệnh thối nhũn, bệnh cháy
lá, bệnh xoăn lá, bệnh đốm lá do cây không hấp thu đủ chất dinh dưỡng, các yếu tố môi
trường như ánh sáng, nhiệt độ không phù hợp, các loại nấm và vi khuẩn phá hoại.
Các loại sâu phổ biến có thể kể đến như sâu tơ, rệp rau cải, sâu xanh…
Trang 20