Chương 1 TỔNG QUAN
1.8. Một số yếu tố ảnh hưởng đến cây trồng thủy canh
Trong môi trường dinh dưỡng thủy canh, pH rất quan trọng cho quá trình sinh trưởng và phát triển. pH là số đo chỉ số axit hoặc kiềm trong môi trường dung dịch.
Một tính năng quan trọng của dung dịch dinh dưỡng là có các ion trong dung dịch và các chất hóa học hấp thụ bởi cây trồng, vì vậy trong các hệ thống thủy canh năng suất cây trồng có liên quan chặt chẽ với sự hấp thụ chất dinh dưỡng và độ pH của dung dịch (Bridgewood, 2003).
Theo Asao (2012), pH được tính dựa trên mức độ hoạt động của các nguyên tố khác nhau với cây trồng. Dưới 5,5 thì khả năng bất hoạt của P, K, Ca, Mg, Mo tăng
lên rất nhanh, trên 6,5 thì Fe và Mn lại trở nên bất hoạt. Trong dung dịch dinh dưỡng, NH3 chỉ tạo phức với ion H+. Trong phạm vi pH từ 2 đến 7 thì N có ở dạng NH4
+, khi tăng pH lên trên 7 thì nồng độ NH4+
giảm, trong khi đó làm nồng độ NH3 tăng. Trong một nghiên cứu để xác định tỷ lệ phản ứng nitrate hóa của dung dịch dinh dưỡng thủy canh trên đá núi lửa (một loại môi trường cho rễ phát triển), khi thay đổi nồng độ NO3-
cùng với hai mức pH 6,5 và 8,5 cho thấy rằng phản ứng nitrate hóa ảnh hưởng bởi pH của nước. Trong vùng rễ photpho có thể được tìm thấy dưới dạng ion PO43-
, HPO42-
và H2PO42-
. Hai ion HPO42-
và H2PO42-
được cây trồng hấp thu. Kali gần như hiện diện như một ion tự do trong một dung dịch dinh dưỡng với các giá trị pH 2-9, chỉ một lượng nhỏ của K+ có thể tạo thành một phức hòa tan với SO42- hoặc có thể bị hạn chế bởi Cl-.
Việc điều khiển pH trong dung dịch thủy canh là rất quan trọng để pH tăng lên quá cao sẽ gây ra tình trạng kết tủa muối Ca3(PO4)2 làm nghẹt hệ thống tưới và bám quanh vùng rễ cây làm cho cây không hút được dưỡng chất. Để giảm pH trong dung dịch ta có thể dùng một số loại axit như H3PO4, HCl, H2SO4, HNO3. Nếu pH xuống thấp hơn 5,5 thì ta có thể dùng một số bazơ như KOH, NaOH để tăng pH cho dung dịch (Jones, 2014).
pH có thể thay đổi bởi nhiều yếu tố như nguồn nước tưới, loại giá thể hoặc thời gian sử dụng của các loại giá thể (Raviv và Lieth, 2008). Do đó, nên kiểm tra thường xuyên pH của dung dịch và thực hiện các hình thức kiểm tra này vào thời điểm nhiệt độ giống nhau bởi vì pH của môi trường có thể dao động theo ánh sáng và nhiệt độ (ban ngày làm tăng pH, và khi trời tối hoạt động hô hấp của cây tăng là nguyên nhân làm giảm pH). Nghiên cứu của Jones (2005) và Sonneveld và Voogt (2009) cho biết mức pH tối ưu cho dung dịch thủy canh là từ 5,8 đến 6,5 và pH của dung dịch dinh dưỡng dao động nhiều nhất là 0,5.
1.8.2. Độ dẫn điện (EC) của dung dịch dinh dưỡng
Trong nước, các vật liệu ion hoặc các chất lỏng có thể tồn tại sự chuyển động của các ion tích điện. Độ dẫn điện (Electrical Conductivity-EC) của dung dịch liên quan đến sự có mặt của các ion trong nước. Các ion này thường là muối của các ion như Na+, K+, Mg+, SO42-
, NO3-
và PO2-
. Do đó, độ dẫn điện của dung dịch còn cho biết được tổng lượng chất rắn hòa tan trong đó. EC của một dung dịch còn được đo giữa điện cực có bề mặt 1 cm2, đơn vị tính là mS/cm hoặc được biểu hiện đơn vị ppm
với máy đo TDS (total dissolved). Chỉ số EC diễn tả tổng nồng độ các chất hòa tan trong dung dịch, chứ không thể hiện nồng độ của từng thành phần riêng biệt.
Việc cung cấp các yếu tố vi lượng, cụ thể là Fe, Cu, Zn, Mn, B, Mo và Ni, tỷ lệ rất nhỏ so với các yếu tố khác, do đó nó không ảnh hưởng đáng kể đến nồng độ EC (Sonneveld và Voogt, 2009). Chỉ số EC lý tưởng cụ thể cho từng loại cây trồng phụ thuộc vào điều kiện môi trường (Sonneveld và Voogt, 2009). Tuy nhiên, chỉ số EC lý tưởng cho các hệ thống thủy canh là từ 1,5 đến 2,5 mS/cm (Asao, 2012).
Trong suốt quá trình tăng trưởng, cây hấp thụ chất khoáng mà chúng cần, do vậy việc duy trì EC ở mức độ ổn định là rất quan trọng. Khi nồng độ các chất khoáng hoà tan trong dung dịch giảm thì giá trị EC sẽ xuống thấp (Roberto, 2003). Vì vậy, trong nghiên cứu và sản xuất thủy canh, người ta thường dựa vào chỉ số EC để điều chỉnh bổ sung chất khoáng vào môi trường dinh dưỡng (Patten, 2008).
1.8.3. Độ thoáng khí (DO) và nồng độ CO2 trong dung dịch thủy canh
DO là đơn vị đo hàm lượng oxy có sẵn trong dung dịch dinh dưỡng. Rễ cần oxy để thực hiện hô hấp và sẽ bị ảnh hưởng nếu lượng oxy không đủ. Nước được chứa trong các hồ chứa hay ao phải được cung cấp oxy nếu cây trồng phát triển trực tiếp trong đó. Nếu mức oxy không đủ cho cây, hô hấp kỵ khí sẽ dẫn đến sản sinh ra ethanol với nồng độ độc hại cho cây (Roberto, 2003). Các nghiên cứu đã cho thấy sự hút các chất khoáng đạt mức cao nhất ở môi trường có nồng độ O2 từ 2% đến 3%.
Khi nồng độ O2 dưới 2% tốc độ hút khoáng giảm. Nhưng nếu tăng nồng độ O2 từ 3%
đến 10% thì tốc độ hút khoáng cũng không thay đổi.
Trong môi trường khép kín, nồng độ bình thường của CO2 (326-425 ppm) có thể nhanh chóng bị cạn kiệt, dẫn đến cây tăng trưởng chậm lại do sự thiếu quang hợp.
Bổ sung CO2 (trong phạm vi 1000-1500 ppm) sẽ giữ cho chất diệp lục hoạt động liên tục và cây trồng tăng trưởng nhanh chóng (Roberto, 2003).
Trong dung dịch dinh dưỡng, CO2 tác dụng với nước cho H2CO3. Khi nồng độ CO2 trong nước giảm thì bicarbonat hòa tan trong nước phân giải thành carbonat kết tủa, CO2 và H2O. Khi hàm lượng CO2 cao hơn ngưỡng thì một phần CO2 trở thành hoạt hoá và kết hợp với carbonat chuyển thành dạng bicarbonat hòa tan làm cho độ cứng của nước tăng lên. Khi hàm lượng CO2 trong không khí tăng lên một ít thì làm tăng cường độ quang hợp, quá trình phát triển của bộ phận trên không thuận lợi nhưng khi CO2 trong nước tăng thì ảnh hưởng lớn đến hô hấp của hệ rễ. Hệ thống
carbonat không chỉ là nguồn dinh dưỡng mà còn là chất đệm để giữ nồng độ H+ trong môi trường nước ở gần với giá trị trung tính (Schwarz, 1995).
Tóm lại: pH tối ưu cho dung dịch thủy canh từ 5,8 đến 6,5; khi pH thay đổi 0,5 thì phải điều chỉnh pH dung dịch. EC lý tưởng cho các hệ thống thủy canh là từ 1,5 đến 2,5 mS/cm. Cần cân bằng nồng độ CO2 trong dung dịch, đồng thời tạo độ thông thoáng cho giá thể để tăng nồng độ O2 giúp tăng cường khả năng trao đổi chất của cây trồng thủy canh.
Tổng quan tài liệu từ các công trình nghiên cứu khác nhau đã cho thấy khái quát về tình hình nghiên cứu và sản xuất rau cần nước trong nước. Qua tìm hiểu từ các nguồn trích dẫn rau cần nước được trồng ở những vùng sình lầy, ngập nước, trong điều kiện canh tác theo tập quán của nông dân; chưa có công trình nào liên quan đến thủy canh rau cần nước trong nhà màng.
Rau cần nước trồng tại các địa phương trong nước chủ yếu được nhân giống bằng phương pháp vô tính. Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến nhân giống bằng hom như giá thể, loại hom, chất điều hòa sinh trưởng. Trong nhân giống, thường sử dụng giá thể mụn dừa hoặc mụn dừa phối trộn với phân hữu cơ vi sinh, phân trùng. Do đó, việc tìm ra một môi trường giá thể phù hợp là rất cần thiết trong nhân giống cây rau cần nước góp phần vào quá trình sản xuất bền vững và an toàn loại rau này. Nhiều kết quả thí nghiệm cũng chỉ ra rằng loại hom là yếu tố quyết định đến sức sống và tỉ lệ nảy chồi của hom trong quá trình nhân giống. Theo phương pháp truyền thống người dân sử dụng cả cây rau cần nước để nhân giống. Ngoài ra, việc sử dụng chất điều hòa sinh trưởng BA là một phương pháp khá phổ biến để giúp hom ra nhiều rễ, nảy chồi nhiều đem lại sức sống tốt cho cây giống và hiệu quả cao trong công tác nhân giống. Chính vì vậy, ứng dụng phương pháp này vào nhân giống rau cần nước sẽ tạo được nguồn cây giống chất lượng cung cấp cho các mục đích cải thiện chất lượng rau an toàn và chủ động được thời vụ sản xuất.
Trong thủy canh, dụng cụ thủy canh là một trong những yếu tố làm giảm giá thành. Do đó, dụng cụ thủy canh đơn giản, dễ làm, chi phí ít, có thể áp dụng cho các hộ gia đình được ưu tiên lựa chọn. Cây trồng được trồng trên giá thể trơ nên thành phần dinh dưỡng thiết yếu đều được cung cấp thông qua dung dịch dinh dưỡng. Mỗi dung dịch dinh dưỡng có chứa các thành phần nguyên tố đa lượng và vi lượng khác nhau, vì vậy để đảm bảo cho cây trồng sinh trưởng, phát triển tốt cần có một môi
trường dinh dưỡng hợp lý nhằm nâng cao năng suất và chất lượng của cây trồng. Rau cần nước phát triển lý tưởng khi có đầy đủ nước, dinh dưỡng, ánh sáng và nhiệt độ.
Vì vậy, tìm ra một môi trường dinh dưỡng tốt nhất trong điều kiện ánh sáng như thế nào đối với cây rau cần nước là điều cần thiết.
Ngoài ra, trong môi trường thủy canh khoảng cách trồng cũng có ảnh hưởng đến sự tiếp nhận ánh sáng của cây trong quần thể và tác động đến khả năng sinh trưởng phát triển của cây rau cần nước.
Đặc biệt vấn đề cung cấp O2 rất quan trọng, rễ có thể hút và vận chuyển được các chất dinh dưỡng hay không cần phải có môi trường thoáng khí cho rễ. Vì vậy song song với khoảng cách trồng thì tần suất sục khí phù hợp tạo điều kiện cho rễ có khả năng hấp thụ dinh dưỡng một cách hiệu quả nhất, giúp cây sinh trưởng phát triển là rất quan trọng. Để tăng năng suất và chất lượng sản phẩm của cây rau cần nước nói riêng cũng như giảm tối đa chi phí, nhằm mang lại lợi nhuận lớn nhất thì việc nghiên cứu xác định loại dung dịch dinh dưỡng, biện pháp che sáng, khoảng cách trồng phù hợp với tần suất sục khí; nồng độ đạm, lân, kali và chất điều hòa sinh trưởng GA3 là rất cần thiết trong sản xuất rau cần nước trồng trong nhà màng hiện nay.