Nghiên cứu, ứng dụng hệ thống thủy canh không hồi lưu trong việc trồng một số loại rau sạch

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÁI NGUYÊN
-------------------------------------------

BÁO CÁO KẾT QUẢ
ĐỀ TÀI NGHÊN CỨU KHOA HỌC CẤP ĐHTN
Mã số: ĐH2011-03-04

Tên đề tài:

“Nghiên cứu, ứng dụng hệ thống thủy canh không hồi lưu trong
việc trồng một số loại rau sạch”

Chủ nhiệm:
TS. Hoàng Thị Bích Thảo
Tổ chức chủ trì:
Trường Đại học Nông Lâm Thái Nguyên
Thời gian thực hiện: 2011-2012

Thái Nguyên – 2013


ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÁI NGUYÊN
-------------------------------------------

Phần 1
BÁO CÁO KẾT QUẢ
ĐỀ TÀI NGHÊN CỨU KHOA HỌC CẤP ĐHTN
Mã số: ĐH2011-03-04

Tên đề tài:

“Nghiên cứu, ứng dụng hệ thống thủy canh không hồi lưu trong
việc trồng một số loại rau sạch”

Chủ nhiệm:
TS. Hoàng Thị Bích Thảo
Tổ chức chủ trì:
Trường Đại học Nông Lâm Thái Nguyên
Thời gian thực hiện: 2011-2012

Thái Nguyên – 2013

1


MỤC LỤC
DANH MỤC BẢNG BIỂU..................................................................................... 4
DANH MỤC HÌNH VÀ BIỂU ĐỒ ....................................................................... 5
TÓM TẮT KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ................................................................ 6
SUMARY .................................................................................................................. 8
ĐẶT VẤN ĐỀ ........................................................................................................ 10
1.1 Tính cấp thiết của đề tài.............................................................................. 10
1.2 Mục tiêu ..................................................................................................... 11
TỔNG QUAN TÀI LIỆU ..................................................................................... 12
2.1. Cơ sở khoa học của đề tài .......................................................................... 12
2.2. Tình hình nghiên cứu thủy canh trên thế giới ............................................ 13
2.2.1. Tổng quan về công nghệ thủy canh trên thế giới ................................. 13
2.2.2. Hệ thống thủy canh đơn giản ................................................................ 15
2.2.3. Hệ thống thủy canh đơn giản và vấn đề điều chỉnh pH ...................... 17

2.3. Tình hình nghiên cứu thủy canh trong nước .............................................. 19
ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ............... 21
3.1. Đối tượng nghiên cứu: ............................................................................... 21
3.2. Phạm vi nghiên cứu ................................................................................... 21
3.3. Nội dung và phương pháp nghiên cứu ....................................................... 21
3.3.1. Nghiên cứu thử nghiệm kỹ thuật sản xuất cây con giống phục vụ sản
xuất rau sạch thủy canh. .................................................................................. 21
3.2.2. Nghiên cứu chế tạo mô hình sản xuất thủy canh từ những vật liệu sẵn
có tại Việt nam .................................................................................................. 23
3.3.3. Nghiên cứu pha chế dung dịch dinh dưỡng từ các hóa chất khác nhau
sẵn có trên thị trường Việt Nam ...................................................................... 23
3.3.4. Thử nghiệm dung dịch dinh dưỡng trên một số loại rau.................... 23
3.3.5. Thử nghiệm cải thiện khả năng duy trì pH của dung dịch dinh dưỡng
bằng các tỷ lệ đạm NH4: NO3 khác nhau....................................................... 25
3.3.6. Phân tích số liệu ................................................................................... 28
3.3.7. Thử nghiệm toàn bộ mô hình cho một số loại rau ............................... 28
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .............................................................................. 29
4.1. Nghiên cứu thử nghiệm kỹ thuật sản xuất cây con giống phục vụ sản xuất
rau sạch thủy canh. ........................................................................................... 29
2


4.2. Nghiên cứu chế tạo mô hình sản xuất thủy canh từ những vật liệu sẵn có tại
Việt nam........................................................................................................... 32
4.3. Nghiên cứu pha chế dung dịch dinh dưỡng từ các hóa chất khác nhau sẵn có
trên thị trường Việt Nam .................................................................................. 36
4.4. Thử nghiệm dung dịch dinh dưỡng trên một số loại rau............................ 42
4.5. Thử nghiệm cải thiện khả năng duy trì pH của dung dịch dinh dưỡng bằng
các tỷ lệ đạm NH4: NO3 khác nhau .................................................................. 44
4.6. Thử nghiệm toàn bộ mô hình cho một số loại rau ...................................... 48

KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ................................................................................... 51
TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................... 52

3


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 3.1. Công thức thí nghiệm nghiên cứu giá thể ......................................... 22
Bảng 3.2. Công thức thử nghiệm dung dịch dinh dưỡng trên rau cải ................ 24
Bảng 3.3. Dung dịch dinh dưỡng không có đạm sử dụng cho các thí nghiệm 4 và
5. ...................................................................................................................... 26
Bảng 3.4. Công thức thí nghiệm 4 và 5 ............................................................ 27
Bảng 4.1. Ảnh hưởng của tỷ lệ Đất: Trấu hun đến tỷ lệ nảy mầm và tỷ lệ sống
của cây con rau cải ........................................................................................... 30
Bảng 4.2. Ảnh hưởng của tỷ lệ Đất: Trấu hun đến độ đồng đều và sinh trưởng
của cây ............................................................................................................. 30
Bảng 4.3. Các nguyên tố dinh dưỡng thường sử dụng trong thủy canh ............. 38
Bảng 4.4. Công thức dung dịch thủy canh phổ biến.......................................... 39
Bảng 4.5. Nồng độ phổ biến của các nguyên tố dinh dưỡng sử dụng trong thủy
canh.................................................................................................................. 40
Bảng 4.6. Nồng độ các chất trong dung dịch A ................................................ 41
Bảng 4.7. Nồng độ các chất trong dung dịch B................................................. 41
Bảng 4.8. Kết quả thử nghiệm dung dịch dinh dưỡng trên rau cải .................... 42
Bảng 4.9. Thử nghiệm dung dịch dinh dưỡng trên rau muống .......................... 43

4


DANH MỤC HÌNH VÀ BIỂU ĐỒ
Hình 2.1: Mô hình hệ thống thủy canh không hồi lưu (Kratky, 2005) ............... 16

Hình 4.1. Rau cải được gieo trồng trên đất trộn trấu hun (2 ngày sau khi nảy
mầm). Dung dịch dinh dưỡng được đổ vào khay và thẩm thấu lên phần đất trộn
trong các khay bầu. .......................................................................................... 31
Hình 4.2. Cây giống rau cải gieo trong đất trộn 20% trấu sau 2 tuần, sẵn sàng
chuyển vào dung dịch thủy canh ...................................................................... 31
Hình 4.3. Một số dụng cụ pha chế dung dịc thủy canh: A. Thùng pha chế dung
dịch; B. Bộ dung cụ đong; C. Xy lanh hút ....................................................... 33
Hình 4.4. Bộ thùng xốp thủy canh .................................................................... 36
Biểu đồ 1. Ảnh hưởng của tỷ lệ NH4+: NO3− đến sinh trưởng của rau muống
trồng bằng hệ thủy canh đơn giản không hồi lưu trong trường hợp có điều chỉnh
pH. Các kí tự khác nhau biểu hiệu sự sai khác giữa các công thức ở mức tin cậy
95%. Các thanh bar là sai số chuẩn của công thức tương ứng (SEM). .............. 45
Biểu đồ 2. Ảnh hưởng của tỷ lệ NH4+: NO3− đến sinh trưởng của rau muống
trồng bằng hệ thủy canh đơn giản không hồi lưu trong trường hợp không điều
chỉnh pH dung dịch. Các kí tự khác nhau biểu hiệu sự sai khác giữa các công
thức ở mức tin cậy 95%. Các thanh bar là sai số chuẩn của công thức tương ứng
(SEM). ............................................................................................................. 45
Biểu đồ 3. Ảnh hưởng của tỷ lệ NH4+: NO3− đến pH của dung dịnh trong trường
hợp không điều chỉnh pH dung dịch. Các kí tự khác nhau biểu hiện sự sai khác
giữa các công thức ở mức tin cậy 95%. ............................................................ 46
Hình 4.5. Một số hình ảnh kết quả mô hình thử nghiệm....................................49

5


TÓM TẮT KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

1. Tên đề tài: “Nghiên cứu, ứng dụng hệ thống thủy canh không hồi lưu
trong việc trồng một số loại rau sạch”.
2. Mã số: ĐH2011-03-04

3. Cơ quan chủ trì đề tài: Trường Đại học Nông Lâm Thái Nguyên
Điện thoại: 84 – 280-3855564
E-mail:
Địa chỉ: Xã Quyết Thắng – TP Thái Nguyên
Họ và tên thủ trưởng cơ quan chủ trì: Trần Văn Điền
4. Chủ nhiệm đề tài:
Họ và tên: Hoàng Thị Bích Thảo
Học hàm, học vị: TS
Địa chỉ cơ quan: ĐHNL-TN
Điện thoại cơ quan: 84 – 280-3852884
Di động: 01697429300
E-mail:
5. Thời gian thực hiện đề tài: 24 tháng (Từ tháng 01 năm 2011 đến tháng 12
năm 2012)
6. Mục tiêu của đề tài:
- Xác định được công thức pha chế dung dịch thủy canh tối ưu phục vụ sản
xuất rau thuỷ canh không hồi lưu.
- Xây dựng hoàn thiện được quy trình sản xuất cây con giống sạch nguồn
bệnh phục vụ sản xuất thủy canh.

6


- Xây dựng hoàn thiện được quy trình sản xuất rau sạch bằng hệ thủy canh
không hồi lưu cho 1 số loại cây có thể đưa vào áp dụng trong thực tế nhằm thúc
đẩy việc sản xuất rau sạch.
7. Kinh phí: 37.000.000 đồng
8. Sản phẩm của đề tài
01 Quy trình sản xuất cây con giống phục vụ thuỷ canh
01 Quy trình pha chế dung dịch dinh dưỡng thuỷ canh.

01 Quy trình trồng rau thuỷ canh
01 Bài báo đăng tạp chí trong nước
02 Khóa luận tốt nghiệp đại học

7


SUMARY
1. Project title: “Research and application of non-circulating simple
hydroponic system on safetive vegetable cultivation”.
2. Project code: ĐH2011-03-04
3. Project Executing Institution: Thai Nguyen University of Agriculture and
Forestry
Address: Thainguyen city, Vietnam
Tel: 84 -280-3855564
Fax: 84-280-3852921
Webside: />4. Project team Leader: Dr. Hoang Thi Bich Thao
Address: Thai Nguyen University of Agriculture and Forestry,
Thainguyen city, Vietnam
Tel : 84 -0974408029/ 84 – 280-3852884

/

E-mail:
5. Duration: 24 months (1/2011-12/2012)
6. Objectives:
- Proper recipes and prepareation method of nutrient solution suitable for
non- circulating hydroponic vegetable production will be detemined.
- Completed procedure of seedlings production for clean hydroponic
production will be determined.

- Completed procedure of saftive vegetable production for some vegetable
crops using the simple non-circulating hydroponic system will be determined the
procedure can be applicable in practice clean vegetable production in Vietnam.
7. Budget: 37.000.000 VND
8. Project Outputs
8


01 Procedure of seedling production for non-circulation hydroponic
vegetable production.
01 Procedure of nutrient solution preparation.
01 Procedure of non-circulation hydroponic vegetable production
01 Article publiched on domestic Jounral.
02 Undergraduated thesises.

9


PHẦN THỨ NHẤT
ĐẶT VẤN ĐỀ
1.1 Tính cấp thiết của đề tài
An toàn thực phẩm hiện đang là vấn nạn của xã hội, trong quá trình sản
xuất, nhiều nhà nông đã lạm dụng hóa chất, phân bón, thuốc bảo vệ thực vật.
Những thông tin hằng ngày về ngộ độc thực phẩm mà một phần nguyên nhân là
do dư lượng thuốc bảo vệ thực vật, kim loại nặng... trên các loại rau, quả đã gây
ra sự lo lắng trong cộng đồng. Có thời điểm người tiêu dùng chọn rau quả theo
tiêu chí rất ngược đời là... có sâu hoặc lá rau không có vẻ tươi mơn mởn. Chính
vì nhu cầu rau sạch, rau an toàn rất lớn nên nhiều hợp tác xã, cơ sở sản xuất rau
an toàn ra đời nhưng mới chỉ đáp ứng được một phần. Để tránh những tình
huống xấu về ngộ độc thực phẩm, biện pháp kỹ thuật lý tưởng nhất để có được

rau quả tươi sạch là ứng dụng thủy canh cho việc trồng những loại rau thường
dùng. Thủy canh là kỹ thuật trồng cây không dùng đất mà trồng trực tiếp vào
dung dịch dinh dưỡng hoặc các giá thể không phải đất. Các giá thể có thể là cát,
trấu, vỏ xơ dừa, than bùn, Vermiculite, Perlite....Thủy canh cây trồng - trồng rau
không cần đất, không sử dụng thuốc bảo vệ thực vật, không gây ô nhiễm môi
trường, sản phẩm sạch tươi ngon và an toàn với người tiêu dùng. Kỹ thuật thủy
canh là một trong những kỹ thuật tiến bộ của nghề làm vườn hiện đại. Chọn lựa
môi trường thích hợp cho cây phát triển bằng việc 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. Công nghệ thuỷ canh đã và đang được ứng
dụng ở nhiều nước để cung cấp thực phẩm cho con người đặc biệt khi tình hình
dân số ngày càng tăng mà đất trồng thì ngày càng bị thu hẹp và bị ô nhiễm như
hiện nay.
Hiện nay sản xuất rau sạch bằng công nghệ thủy canh đã được áp dụng
rộng rãi trên thế giới như ở Nhật Bản, Isreal, các nước Châu Âu. Tại Việt Nam,
mặc dù được đánh giá rất cao, tuy nhiên hiện nay ở Việt Nam, việc ứng dụng kỹ
10


thuật thuỷ canh trong sản xuất rau sạch cũng đã bắt đầu phát triển. Một số đơn vị
đã nghiên cứu tạo ra các dung dịch mẹ cho sản xuất rau sạch thuỷ canh, tuy
nhiên các kết quả nghiên cứu đặc biệt là các bí quyết pha chế dung dịch thuỷ
canh vẫn được giữ kín. Điều này gây khó khăn cho việc nghiên cứu và phát triển
thuỷ canh tại nhiều đơn vị khác. Đối với các trường Đại học nông nghiệp, việc
đào tạo, nghiên cứu và phát triển các kỹ thuật thuỷ canh phục vụ sản xuất nông
nghiệp hiện đại là một vấn đề cấp bách. Để đáp ứng vấn đề này thì bài toán đặt
ra là phải chủ động nghiên cứu tìm ra những công thức cơ bản để pha chế dung
dịch thuỷ canh, từ đó làm tiền đề cho những nghiên cứu chuyên sâu để đưa ra
được những quy trình canh tác đối với từng loại cây trồng phù hợp với điều kiện
sản xuất của các tỉnh Miền núi phía Bắc.

Kết quả của đề tài này sẽ là nền tảng bền vững trong phát triển công nghệ
thuỷ canh tại Trường, góp phần đẩy mạnh các nghiên cứu trong lĩnh vực nông
nghiệp hiện đại.
1.2 Mục tiêu
- Xác định được công thức pha chế dung dịch thủy canh phù hợp với sản xuất
rau thuỷ canh không hồi lưu.
- Xây dựng hoàn thiện được quy trình sản xuất cây con giống sạch nguồn bệnh
phục vụ sản xuất thủy canh.
- Xây dựng hoàn thiện được quy trình sản xuất rau sạch bằng hệ thủy canh
không hồi lưu cho 1 số loại cây có thể đưa vào áp dụng trong thực tế nhằm thúc
đẩy việc sản xuất rau sạch.

11


PHẦN THỨ HAI
TỔNG QUAN TÀI LIỆU
2.1. Cơ sở khoa học của đề tài
Thuỷ canh (hydroponic) là kỹ thuật trồng thực vật trong dung dịch dinh
dưỡng. 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 dinh dưỡng, bảo đảm đủ ánh sáng,
CO2 cho quá trình quang hợp, O2 cho quá trình hô hấp, cây trồng có thể phát
triển khỏe mạnh theo ý muốn của người trồng. Công nghệ hydroponis đã được
nghiên cứu từ thế kỷ XVII. Ðến nay, công nghệ này đã hoàn thiện, hướng đến
những nông sản sạch, xanh, không ô nhiễm. Với quy mô gia đình nhỏ lẻ, những
chậu hoa hay rau xanh có thể phát triển mạnh mẽ không cần đất nơi góc sân
thượng, lan can, bậu cửa. Với quy mô thương mại, những nhà kính trồng hoa,
rau, củ, quả… phát triển sạch, năng suất cao, chủ động, đáp ứng đầy đủ các tiêu
chuẩn an toàn vì không bị ảnh hưởng của những nguồn ô nhiễm từ đất. Không
những vậy, vì trồng không cần đất nên có thể chia không gian thành nhiều tầng

để nhân đôi, nhân ba diện tích sản xuất.
* Lợi ích của việc áp dụng mô hình thủy canh trong sản xuất rau sạch
* Lợi ích của trồng cây bằng phương pháp 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, balcon.
Không phải làm đất, không có cỏ dại, không cần tưới.
Trồng được nhiều 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.

12


Không đòi hỏi lao động nặng nhọc, người già, trẻ em đều có thể
tham gia hiệu quả.
* Hạn chế của kỹ thuật thủy canh
Chỉ trồng các loại cây rau quả, hoa ngắn ngày.
Giá thành sản xuất còn cao do công nghệ thủy canh cây trồng chưa
được nghiên cứu, chuyển đổi phù hợp với điều kiện Việt Nam
Kinh nghiệm thực tiễn về trồng cây thủy canh phần lớn là kinh nghiệm nhỏ
lẻ.
Khả năng tài chính của các nhà đầu tư say mê thủy canh khi thực
hiện ý muốn áp dụng hiện đại hóa thủy canh còn hạn chế.
2.2. Tình hình nghiên cứu thủy canh trên thế giới
2.2.1. Tổng quan về công nghệ thủy canh trên thế giới
Hiện nay trên thế giới đã nghiên cứu nhiều loại hệ thống thuỷ canh khác
nhau và được chia thành 6 hệ thống cơ bản, đi từ đơn giản đến phức tạp. Từ 6

hệ thống cơ bản này có thể biến tấu thành nhiều kiểu khác nhau.
Hệ thống dạng bấc (wick system): Là dạng hệ thống hydroponics đơn giản
nhất. Bí quyết của hệ thống này nằm ở chỗ sợi bấc. Đặt một đầu của sợi bấc hút
sao cho chạm vào phần rễ cây. Đầu kia của bấc chìm trong dung dịch dinh
dưỡng. Sợi bấc này sẽ làm nhiệm vụ hút nước và dung dịch dinh dưỡng lên cung
cấp cho rễ cây. Như vậy cây sẽ có đủ nước và chất dinh dưỡng để phát triển.
Hệ thống thủy canh (water culture): Là hệ thống thuỷ canh mà phần bệ giữ
các cây và đặt nổi ngay trên dung dịch dinh dưỡng, rễ cây ngập chìm trong nước
có chứa dung dịch dinh dưỡng. Có 1 máy bơm bơm khí để cung cấp oxy cho rễ.
Hệ thống ít tốn kém, có thể tận dụng bể chứa nước hay những bình chứa không
rỉ khác. Hệ thống thuỷ canh không hồi lưu chính là một kiểu thuỷ canh thuộc
loại này.

13


Hệ thống ngập & rút định kỳ (ebb và flow system): Hệ thống này có một
máy bơm điều khiển để có thể bơm dung dịch dinh dưỡng vào khay trồng và rút
ra theo chu kỳ đã được định sẵn. Như vậy rễ cây sẽ có những lúc không ngập
trong nước để “thở” một cách tự nhiên, tránh bị ngộp.
Hệ thống nhỏ giọt (Drip systems): Là loại hệ thống hydroponics được sử
dụng rộng rãi nhất trên thế giới. Máy bơm sẽ bơm dung dịch dinh dưỡng lên,
nhỏ trực tiếp vào gốc của cây trồng bởi những đường ống nhỏ giọt theo định kỳ.
Dung dịch dinh dưỡng dư chảy xuống sẽ được thu hồi trong bể tái sử dụng. Như
vậy, hệ thống này sử dụng dung dịch dinh dưỡng khá hiệu quả, nước dư ra được
tái sử dụng, không bị hao phí.
Hệ thống “màng dinh dưỡng” NFT (Nutrient Film Technique): Dung dịch
dinh dưỡng được bơm liên tục vào khay trồng và chảy qua rễ của cây, sau đó
chúng chảy về bồn chứa để tái sử dụng. Thường thì trong hệ thống NFT không
cần dùng thêm chất trồng, giúp tiết kiệm chi phí thay chất trồng sau mỗi vụ mùa.

Hệ thống này thường sử dụng trong quy mô lớn với mục đích thương mại.
Khí canh (Aeroponics): Giống như hệ thống NFT, chất trồng chủ yếu là
không khí. Rễ phơi trong không khí và được phun sương bằng dung dịch dinh
dưỡng. Việc phun sương thường được thực hiện mỗi vài phút. Như vậy, cây vừa
có đủ thức ăn, vừa có đủ nước uống và luôn có không khí để thở.
Từ năm 1966 đến nay (tháng 9/2009) có trên 500 sáng chế về kỹ thuật
hydroponics. Nhật Bản là nước vượt lên dẫn đầu với khoảng 260 sáng chế,
chiếm 47%. Theo sau đó là Hàn Quốc với 103 sáng chế, chiếm 19%, Mỹ với 46
sáng chế, chiếm 9%...
Tại triển lãm quốc tế tổ chức ở Tsukuba, Nhật Bản vào năm 1985, cây cà
chua khổng lồ trồng theo kỹ thuật hydroponics của GS. KeiMori (Ðại 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 hydroponics trồng nhiều loại cây khác nhau, thu hoạch được 3.300 quả
14


trên một gốc dưa chuột, 90 quả trên một gốc dưa hấu. Ở quy mô rộng hơn, Thụy
Sỹ đã thu hoạch được khoảng 720-840 củ cải đường trên 1m2 trồng không đất. Ở
Nga, ứng dụng trồng cỏ theo kỹ thuật hydroponics, trên 14,4m2 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 hydroponics của tập đoàn Eurofresh ở bang Arizona được xem là có quy
mô lớn nhất nước Mỹ. Mỗi năm trang trại rộng 110 ha ở đây sản xuất hơn
90.000 tấn cà chua.
2.2.2. Hệ thống thủy canh đơn giản
Trên thế giới, hệ thống thủy canh đơn giản (hay còn gọi là hệ thống thủy
canh thụ động) đã được nghiên cứu và phát triển lần đầu tiên bởi Kratky B.A và
cộng sự tại trường đại học Hawaii (Kratky 1993, 1995, 1996). Những hệ thống

này đơn giản và đỡ tốn kém hơn rất nhiều so với hệ thống thủy canh thông
thường. Những nghiên cứu ban đầu ở Florida (Fedunak và Tyson, 1997) đã cho
thấy rằng rau xà lách ngắn ngày rất phù hợp với hệ thống thủy canh đơn giản.
Theo R.V. Tyson (1998), nguyên lý của hệ thống thủy canh đơn giản là một
phần rễ cây phải được treo trong không khí với ẩm độ cao hoặc trong các túi
chứa khí (phần rễ này được gọi là rễ khí). Phần rễ này phát triển nhiều rễ nhánh
có chức năng giúp hấp thụ O2 cung cấp dưỡng khí cho cây. Phần rễ còn lại nằm
trong dung dịch làm nhiệm vụ hút nước và dinh dưỡng (rễ hút nước và dinh
dưỡng). Dung dịch dinh dưỡng cần chú ý không được làm ngập phần rễ khí này.
Về cơ bản một hệ thống thủy canh không hồi lưu sẽ gồm 1) Chậu/thùng
chứa dung dịch dinh dưỡng (ví dụ có thể là chậu nhựa hay thùng xốp); 2) khung
đỡ (ví dụ nắp chậu nhựa hay nắp hộp xốp), và 3) giá thể đỡ cây. Trung tâm
nghiên cứu và phát triển rau Đông Nam Á (AVRDC) đã nghiên cứu ra dung
dịch dinh dưỡng cung cấp dinh dưỡng gần như tối ưu cho rau. Hiện nay dung
dịch dinh dưỡng này được bán sẵn ở Đài Loan. Tuy nhiên khi sử dụng dung dịch
dinh dưỡng này cũng thường làm tăng pH, vì vậy cần phải theo dõi khi pH tăng
15


trên 7.8 (xảy ra đối với cây trồng lâu ngày) thì cần phải điều chỉnh giảm pH về
5.5-5.6 bằng dung dịch axit H2SO4 (Imai, H. 1987).
Arnon và Hoagland (1940) đã trồng cà chua bằng hệ thống thủy canh thụ
động mà dưỡng khí của cây được tạo ra bằng cách duy trì một khoảng không
gian 5 cm trên bề mặt của dung dịch dinh dưỡng. Tuy nhiên năng suất giảm 25%
so với trồng trong dung dịch có sục khí. Năng suất cà chua đạt được từ hệ thống
thủy canh không hồi lưu tương đương với năng suất đạt được khi trồng trên đất
(Kratky, 1995).
Theo các nghiên cứu Kratky (1993, 1995, 1996, 2004, 2005) cho thấy có thể
trồng cây bằng hệ thống thủy canh không hồi lưu mà không cần đến điện hay
máy bơm, do vậy giảm được rất nhiều chi phí tốn kém so với hệ thống các

phương pháp thủy canh thông thường yêu cầu sục khí và tuần hoàn dung dịch
dinh dưỡng. Phương pháp thủy canh không hồi lưu cũng đặc biệt hiệu quả trong
việc sử dụng nước. Lượng nước sử dụng/1 kg xà lách chỉ là 11 L so với thủy
canh thông thường là 20L (Kratky và cs., 2008). Với phương pháp này, lượng
dinh dưỡng tiêu tốn cho một cây xà lách là 3-6 lít.
Mô hình hệ thống thủy canh không hồi lưu đơn giản được Kratky xây dựng
năm 2005 như sau:

Hình 2.1: Mô hình hệ thống thủy canh không hồi lưu (Kratky, 2005)
16


Theo mô hình trên, cây sẽ được cố định vào phần nắp của thùng chứa dung
dịch dinh dưỡng. Rễ cây sẽ gồm hai phần, phần rễ khí nằm trên dung dịch dinh
dưỡng giúp cung cấp dưỡng khí cho cây và phần rễ cây nằm trong dung dịch sẽ
giúp cung cấp nước và dinh dưỡng cho cây.
2.2.3. Hệ thống thủy canh đơn giản và vấn đề điều chỉnh pH
Thủy canh cây trồng là một công nghệ rất có ý nghĩa trong nghiên cứu
cũng như trong sản xuất nông nghiệp đặc biệt là trong điều kiện dân số đang
ngày càng tăng và đất đai dành cho canh tác nông nghiệp đang ngày càng bị thu
hẹp lại. Tuy nhiên một trong những trở ngại lớn nhất của kỹ thuật thủy canh đối
với những nước đang và kém phát triển là kỹ thuật còn phức tạp, chi phí lớn, đặc
biệt là việc điều chỉnh duy trì pH của dung dịch trong quá trình trồng cây. Vì
vậy cần phải có những nghiên cứu tìm ra được dung dịch thủy có khả năng đệm
pH tốt nhằm đảm bảo cây sinh trưởng tốt mà không cần phải điều chỉnh pH của
dung dịch trong suốt quá trình trồng cây.
Trong các yếu tố dinh dưỡng thì đạm là nguyên tố có ảnh hưởng rất lớn
đến pH của dung dịch trong quá trình cây sinh trưởng. Cây trồng có thể sử dụng
đạm ở cả dạng ion dương, ammonium (NH4+) hoặc ion âm, nitrate (NO3−)
(Miller and Donahue, 1990).

Tất cả đạm NH4+ đều phải được tổng hợp vào các hợp chất hữu cơ trong
cây. Việc đồng hóa NH4+ trong rễ sản xuất ra một lượng H+, lượng H+ này sẽ
được thải vào môi trường xung quang (Buchanan và cs., 2002) vì vậy thường
làm giảm pH của môi trường xung quanh. NO3− là dạng đạm chính của cây, so
với NH4+, NO3− có ưu điểm là dạng đạm dự trữ trong cây mà không cần thiết
phải được đồng hóa vào các hợp chất hữu cơ. Tuy nhiên trong dung dịch thủy
canh, khi cây hấp thụ nhiều NO3− sẽ thường làm tăng pH của dung dịch, thông
thường cây không bị độc trong môi trường kiềm, nhưng pH tăng nhanh trong
dung dịch sẽ khiến nhiều chất dinh dưỡng như trở nên kém hòa tan. Cây trồng
thường chỉ hấp thụ NH4+ với một lượng nhỏ do hàm lượng NH4+ cao dễ gây độc
17


cho cây (Salsac và cs., 1987). Sử dụng duy nhất đạm NH4+ do vậy thường có
ảnh hưởng xấu đến sinh trưởng của cây (Walch và cs., 2000). Ảnh hưởng xấu
của NH4+ gây ra do nhiều nguyên nhân như làm thay đổi pH của môi trường và
tác động gây độc trực tiếp của NH4+. Tuy nhiên trong thủy canh cây trồng, một
lượng hợp lý NH4+ sẽ có tác dụng điều hòa pH của dung dịch (Andriolo và cs.,
2006). Đối với ra xà lách, tỷ lệ NH4+ được đưa ra là 9-12% (Faquin & Furlani,
1999). Ngoài ra rất nhiều nghiên cứu khác cho thấy việc kết hợp NH4+ ở một tỷ
lệ NH4+: NO3− hợp lý có thể tăng năng suất cây trồng và giảm dư lượng NO3−
trong rau (Shen và cs., 2003: Dong và cs., 2005; Chen và cs., 2005). pH có thể
được duy trì ổn định khi lượng H+ tạo ra (do đồng hóa NH4+) và lượng H+ sử
dụng (do đồng hóa NO3−) tương đương nhau và do vậy cây sẽ tiêu tốn ít năng
lượng. Điều này có thể giải thích vì sao một số loại cây trồng được bón kết hợp
cả hai dạng đạm NH4+ và NO3− thường đạt sinh trưởng tối đa. Tuy nhiên khi tỷ
lệ NH4+: NO3− cao khoảng 50:50, thì sinh trưởng lại giảm đối với hầu hết các cây
trồng ngoại trừ lúa trong mọi điều kiện đều cho sinh trưởng tốt hơn khi tỷ lệ
NH4+: NO3− là khoảng 50:50 (Yang và cs., 2003). Do cây trồng có độ mẫn cảm
rất khác nhau với NH4+, vì vậy cần có những nghiên cứu cụ thể đối với từng cây

trồng trong từng điều kiện cụ thể để tìm ra tỷ lệ NH4+ hợp lý.
Khi cây hút đạm ở dạng NH4+ cây sẽ có su thế thải ra H+ để trao đổi với
môi trường, gây axít hóa môi trường xung quanh. Vì vậy tỷ lệ đạm bón ở dạng
NH4+ cao sẽ làm giảm nhanh chóng pH của dung dịch. Ngược lại khi cây hút
đạm NO3− cây sẽ thải ra OH− để trao đổi và như vậy sẽ làm tăng nhanh pH của
dung dịch. Sự biến động pH này đặt ra yêu cầu đối với tất cả các hệ thống thủy
canh là phải có hệ thống điều chình pH. Ở các nước tiên tiến trên thế giới, pH
của dung dịch thường được kiểm soát và điều chỉnh bằng một hệ thống máy móc
tự động. Tuy nhiên điều này rất khó áp dụng ở Việt nam do chi phí tốn kém và
đây cũng là một trong những nguyên nhân chính khiến cho thủy canh cây trồng
công nghệ cao mặc dù có rất nhiều tính ưu việt nhưng vẫn không thể đi vào sản
xuất đại trà được ở Việt Nam. Đối với cây trồng cạn thì thông thường đạm được
18


bón ở cả hai dạng, nhưng đối với cây trồng thủy canh thì đạm chủ yếu được bón
ở dạng NO3− do dinh dưỡng thủy canh là dinh dưỡng hòa tan cao, cây hấp thụ
nhanh vì vậy nếu bón NH4+ ở tỷ lệ không hợp lý sẽ rất dễ dẫn đến gây độc cho
cây trồng thủy canh (dạng đạm NO3− không độc đối với cây). Vì vậy ở các hệ
thống thủy canh hiện đại trên thế giới khi pH được điều chỉnh bằng hệ thống tự
động hóa người ta chủ yếu lựa chọn dạng đạm NO3−. Tuy nhiên đối với những
hệ thống thủy canh đơn giản, nếu không có những hệ thống tự động để điều
chỉnh pH thì việc bón đạm ở dạng NO3− sẽ thường dẫn đến tăng nhanh pH của
dung dịch khiến cho nhiều nguyên tố dinh dưỡng như Fe, P…trở nên kém hòa
tan. Vì vậy để đơn giản hóa kỹ thuật thủy canh, cần thiết phải nghiên cứu tỷ lệ
NH4+: NO3− phù hợp đảm bảo cây sinh trưởng tốt đồng thời điều hòa duy trì độ
ổn định của pH của dung dịch trong quá trình cây sinh trưởng nhằm giảm bớt
yêu cầu phải điều chỉnh pH của dung dịch. Đây là một trong những yếu tố cơ
bản giúp đơn giản hóa kỹ thuật thủy canh cây trồng và tăng khả năng ứng dụng
của thủy canh vào thực tiễn sản xuất ở Việt Nam.

2.3. Tình hình nghiên cứu thủy canh trong nước
Việt Nam cũng đang dần dần ứng dụng thành tựu nông nghiệp của thế giới.
Năm 1997 trường Ðại học Nông nghiệp I Hà Nội đã nghiên cứu ứng dụng công
nghệ hydroponics ở Việt Nam. Tại các kỳ hội chợ Techmart ở Hải Phòng, TP.
HCM, những thành công bước đầu của cây cà chua, dưa leo, xà lách... trồng theo
công nghệ hydroponics Việt Nam đã được giới thiệu. Rau xà lách có thể trồng
quanh năm (canh tác với đất: 2 vụ /năm). Dưa chuột, trồng theo cách truyền
thống được 2 vụ /năm, kỹ thuật hydroponics được 4 vụ /năm; chất lượng mẫu
mã và năng suất cao gấp 4 - 5 lần so với canh tác cũ. Thành tựu này đã được Bộ
Khoa học và Công nghệ tạo điều kiện hoàn thiện để chuyển giao cho các cơ sở
trồng rau sạch.
Ở khu vực phía Nam, thành phố Hồ Chí Minh đi tiên phong ứng dụng công
nghệ hydroponics trong nông nghiệp đô thị. Từ tháng 9 năm 2006, phương pháp
19


trồng rau thuỷ canh được thử nghiệm tại Phân viện Sinh học Đà Lạt. Hệ thống
thuỷ canh này không cần công chăm sóc bởi hệ thống tự cung cấp nước tưới, chế
độ dinh dưỡng cho cây rau hoàn toàn tự động. Sau khi trồng thành công rau xà
lách bằng phương pháp thuỷ canh, Phân viện Sinh học Đà Lạt tiếp tục trồng
khoai tây và cũng cho kết quả tốt. Dự án Khu nông nghiệp công nghệ cao đã
được Tổng Công ty Nông nghiệp Sài Gòn xây dựng xong tại huyện Củ Chi.
Công nghệ hydroponics là 1 trong 5 loại hình công nghệ được áp dụng tại khu
nông nghiệp công nghệ cao này. Bước đầu đã cho ra những sản phẩm xà lách, cà
chua, dưa leo… hoàn toàn “xanh, sạch”, nhưng giá bán vẫn còn cao, kỹ thuật
vẫn còn phức tạp nên vẫn chưa thể ứng dụng mạnh và cạnh tranh với thị trường
truyền thống.
Những khó khăn hạn chế của việc ứng dụng thủy canh cây trồng tại Việt
Nam
Ở Việt Nam mặc dù còn khá mới mẻ nhưng sản xuất rau thủy canh được

đánh giá rất cao và rất phù hợp cho Việt Nam hiện nay cũng như lâu dài. Tuy
nhiên sản xuất rau sạch đặc biệt là bằng công nghệ thủy canh vẫn chưa thực sự
phát triển ở Việt Nam do các kỹ thuật sản xuất còn phức tạp chưa được cải tiến
để thực sự phù hợp với những điều kiện sản xuất cụ thể.
Mặc dù hệ thống thủy không hồi lưu đơn giản đã được nghiên cứu và ứng
dụng trên một số nước, dung dịch dinh dưỡng tương ứng cho hệ thống thủy canh
đơn giản cũng đã được nghiên cứu và thương mại hóa trên thế giới. Tuy nhiên
những nghiên cứu này vẫn còn đang rất hạn chế ở Việt Nam, có thể nói cho đến
nay vẫn chưa có một nghiên cứu nào hoàn chỉnh bao gồm cả việc xây dựng hệ
thống, xây dựng dung dịch dinh dưỡng áp dụng cho hệ thống thủy canh không
hồi lưu đơn giản đảm bảo giảm thiểu yêu cầu điều chỉnh pH trong suốt quá trình
cây sinh trưởng phát triển. Ở Việt Nam cho đến nay cũng chưa có một nghiên
cứu nào hoàn thiện về dung dịch thủy canh chuyên áp dụng cho hệ thống thủy
canh không hồi lưu đơn giản.

20


PHẦN THỨ BA
ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

3.1. Đối tượng nghiên cứu:
Lựa chọn thử nghiệm trên hai loại rau (tùy vào thời vụ tiến hành thử
nghiệm để lựa chọn loại rau cho phù hợp) trong số các loại rau thông dụng ở
Việt Nam như rau muống, rau cải, rau xà lách….
3.2. Phạm vi nghiên cứu
- Nghiên cứu hoá chất và phương pháp pha chế dung dịch thuỷ canh
- Nghiên cứu kỹ thuật canh tác thuỷ canh
- Nghiên cứu thiết kế chế tạo một số dụng cụ phục vụ sản xuất thuỷ canh
không hồi lưu

3.3. Nội dung và phương pháp nghiên cứu
3.3.1. Nghiên cứu thử nghiệm kỹ thuật sản xuất cây con giống phục vụ sản
xuất rau sạch thủy canh.
Thí nghiệm 1: Nghiên cứu ảnh hưởng của giá thể đến sản xuất cây con
giống.
Trấu hun là một trong những vật liệu phổ biến dễ làm và sẵn có nhất trên
thị trường Việt Nam đồng thời trấu hun cũng là một trong vật liệu thường được
sử dụng nhất trên thế giới. Vì vậy, vật liệu trấu hun được lựa chọn nghiên cứu
làm giá thể sản xuất cây con giống thủy canh.
Thí nghiệm được tiến hành trên rau cải gồm 06 công thức là các tỷ lệ đất
trộn với trấu hun như sau:

21


Bảng 3.1. Công thức thí nghiệm nghiên cứu giá thể
Công thức thí nghiệm

Trấu hun : Đất

Công thức 1

00:100

Công thức 2

20:80

Công thức 3

40:60

Công thức 4

60:40

Công thức 5

80:20

Công thức 6

100:00

Đất và trấu hun được trộn đều theo các tỷ lệ trên rồi đưa vào các khay bầu.
Mỗi khay bầu được đặt vào trong một khay nhựa. Dung dịch dinh dưỡng pha
loãng được đổ vào các khay nhựa để đảm bảo thấm đều lên các bầu. Hạt rau cải
được ngâm ủ nứt nanh (2 ngày) và đem gieo vào từng khay bầu (gieo 1 hạt/bầu).
Mỗi công thức được nhắc lại 3 lần, mỗi lần nhắc lại là một khay bầu chứa 100
cây con.
Các chỉ tiêu theo dõi:
- Độ đồng đều của cây con. Đánh giá bằng mắt thường cho điểm từ 1-5; 1 –đồng
đều nhất, 5- kém đồng đều nhất.
- Khả năng tách nguyên bộ rễ khi nhổ. Đánh giá bằng mắt thường cho điểm từ 15 (1 - dễ tách rễ nhất; 5- khó tách rễ nhất).
- Tỷ lệ nảy mầm: Số lượng cây con/số lượng hạt gieo
- Tỷ lệ sống (số lượng cây sống/số lượng bầu)
- Khối lượng cây con sau 2 tuần (g/cây).

22

3.2.2. Nghiên cứu chế tạo mô hình sản xuất thủy canh từ những vật liệu sẵn
có tại Việt nam
- Tìm hiểu những vật dụng sẵn có trên thị trường Việt Nam
- Tính toán, thiết kế mô hình thủy canh từ một số vật liệu sẵn có dựa trên
nguyên lý của thủy canh.
3.3.3. Nghiên cứu pha chế dung dịch dinh dưỡng từ các hóa chất khác nhau
sẵn có trên thị trường Việt Nam
- Nghiên cứu thành phần, hàm lượng dung dịch thủy canh trên thế giới, các
hóa chất phổ biến dùng để pha dung dịch thủy canh trên thế giới.
- Nghiên cứu những loại chất sẵn có ở Việt Nam
- Xác định một số công thức pha chế thủy canh ở Việt Nam
- Pha chế thử dung dịch dinh dưỡng theo công thức pha chế xác định được.
3.3.4. Thử nghiệm dung dịch dinh dưỡng trên một số loại rau
Tiến hành thử nghiệm dung dịch dinh dưỡng trên 2 loại rau (rau cải và rau
muống).
Công thức thí nghiệm: 2 loại rau x 2 loại dung dịch dinh dưỡng x 3 mức độ
pha loãng.
Thí nghiệm 2. Thử nghiệm dung dịch dinh dưỡng trên rau cải
Thí nghiệm trên rau cải được tiến hành từ tháng 10-11/2011, gồm 7 công
thức (Bảng 3.2) là các mức độ pha loãng khác nhau của hai chất dinh dưỡng
(TC-MOBI và dung dịch dinh dưỡng được pha ở phần trên. TC-MOBI (đối
chứng) do công ty cổ phần NI-VIỆT sản xuất, phân bón này được bán phổ biến
trên thị trường cho thủy canh cây trồng. Hàm lượng dinh dưỡng của phân bón
này như sau: 18% N; 2% P2O5; 20% K2O; và vi lượng gồm: 250 ppm B, 250
ppm Mn, 28 ppm Zn, 12 ppm Cu, 7 ppm Mo, 120 ppm Fe.
Rau cải được gieo trong các khay bầu (mỗi khay bầu chứa 200 bầu nhỏ),
mỗi hạt gieo vào một bầu. Cây con sau gieo 15 ngày được chuyển vào các hộp
23

xốp có chứa 20 L các dung dịch dinh dưỡng của các công thức khác nhau. Mỗi
hộp xốp có nắp được đục thành 20 lỗ cách đều nhau để trồng 20 cây con và
được coi là một lần nhắc lại.
Mỗi công thức được nhắc lại 3 lần (3 hộp xốp/1 công thức). pH của các
dung dịch trong hộp xốp được điều chỉnh 3 ngày/lần về 5.5 để đảm bảo nằm
trong phạm vi cây sinh trưởng tốt. Dung dịch dinh dưỡng được thay mới hàng
tuần nhằm đảm bảo cung cấp đủ dinh dưỡng cho cây. Cây được thu hoạch sau 3
tuần tính từ ngày chuyển vào dung dịch để tính khối lượng tươi (g/cây).
Bảng 3.2. Công thức thử nghiệm dung dịch dinh dưỡng trên rau cải
Công thức

Hệ số pha
loãng

Cách pha

TC-MOBI -0.5

0,5 g/L

0,5 g TC-MOBI + nước sạch

1 L DD trồng

TC-MOBI-0.7

0,7 g/L

0,7 g TC-MOBI + nước sạch

1 L DD trồng

TC-MOBI-1.0

1,0 g/L

1,0 g TC-MOBI + nước sạch

1 L DD trồng

TC-MOBI-1.5

1,5 g/L

1,5 g TC-MOBI + nước sạch

1 L DD trồng

Dung dịch-2

2 mL/L

Dung dịch -3

3 mL/L

2mL DD mẹ A + 2 mL DD mẹ B + nước
1L DD trồng
3mL DD mẹ A + 3 mL DD mẹ B + nước

1L DD trồng

Dung dịch -4

4 mL/L

4mL DD mẹ A + 4 mL DD mẹ B + nước
1L DD trồng

Thí nghiệm 3. Thử nghiệm dung dịch dinh dưỡng trên rau muống. Thí
nghiệm trên rau muống được tiến hành từ tháng 8-9/2011, gồm 7 công thức là
các mức độ pha loãng khác nhau của hai chất dinh dưỡng tương tự như thí
nghiệm với rau cải.
Rau muống được ủ nứt nanh và gieo trong các khay bầu (mỗi khay bầu
chứa 200 bầu nhỏ), mỗi hạt gieo vào một bầu. Cây con sau gieo 18 ngày được
24