Nuôi trồng thủy sản

Trồng cây trong dung dịch (thủy canh) là kỹ thuật trồng cây không dùng đất mà trồng trực tiếp vào môi trường dinh dưỡng hoặc giá thể mà không phải là đất. Các giá thể có thể là cát, trấu, vỏ xơ dừa, than bùn, vermiculite perlite… Thường được định nghĩa như là 'trồng cây trong nước' hoặc 'trồng cây không cần đất', kỹ thuật thủy canh là một trong những nghề làm vườn hiện đại. 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 cái ăn, 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. 

Nếu không tính phần nước 'uống', thì cây chỉ lấy khoảng 5% chất dinh dưỡng từ đất để 'ăn', 95% chất dinh dưỡng còn lại thì 'nhà máy cây' tự sản xuất (quang hợp) và tự tiêu thụ. Đất chỉ đóng vai trò như cái kho lưu giữ các chất dinh dưỡng để cây dùng từ từ. Nếu có cách để dự trữ và biến các chất dinh dưỡng thành dung dịch lỏng để cây trực tiếp hấp thụ thì cái 'kho đất' không còn cần thiết nữa. Khi đó ta hoàn toàn có thể trồng cây không cần đất. Công nghệ này gọi là thủy canh.

Công nghệ thủy canh đã được nghiên cứu từ thế kỷ 17. Hiện nay, công nghệ này đã hoàn thiện, nhằm mục đích sản xuất nông sản sạch, xanh, không ô nhiễm. Với quy mô gia đình nhỏ, các chậu hoa hoặc rau xanh có thể phát triển mạnh mẽ mà không cần đất, được đặt ở góc sân thượng, lan can hay bậu cửa. Đối với quy mô thương mại, các nhà kính trồng hoa, rau, củ, quả... phát triển sạch, năng suất cao, đáp ứng đầy đủ các tiêu chuẩn an toàn vì không bị ảnh hưởng bởi nguồn ô nhiễm từ đất. Hơn nữa, vì trồng không cần đất, có thể chia không gian thành nhiều tầng để mở rộng diện tích sản xuất.

Lịch sử

Lịch sử ghi nhận rằng việc trồng cây trong hỗn hợp không đất, chỉ có cát và sỏi, đã xuất hiện từ lâu. Vườn treo Babylon và vườn nổi Aztec Mexico là những minh chứng rõ ràng nhất cho kỹ thuật thủy canh. Các nhà sử học phát hiện ra rằng ở Ai Cập, đã có những chữ tượng hình mô tả việc trồng cây trong nước được ghi lại cách đây hàng ngàn năm trước Công nguyên.

Vào năm 1937, nhà khoa học W.F. Gericke là người đầu tiên sử dụng thuật ngữ hydroponics để mô tả phương pháp canh tác trong dung dịch nước, hòa tan các chất dinh dưỡng cần thiết cho cây sinh trưởng và phát triển.

Trong Thế chiến II, thủy canh được quân đội Hoa Kỳ sử dụng tại một số quần đảo Tây Thái Bình Dương để cung cấp rau sạch cho quân đội trong khi đất đai bị ô nhiễm do chiến tranh (Eastwood, 1947). Từ những năm 80, kỹ thuật thủy canh đã được áp dụng rộng rãi để sản xuất rau quả (Elliott, 1989) và hoa (Fynn và Endres, 1994) có giá trị thương mại cao.

Với sự tiến bộ của khoa học, không có tổ chức nào tốt hơn NASA đã chứng minh tính ưu việt của phương pháp thủy canh một cách khách quan. Nhiều người hiện nay tin rằng canh tác bằng phương pháp thủy canh là 'tương lai' của nền nông nghiệp hiện đại.

Các mô hình

Hiện nay hầu hết các khuôn máng trồng được làm từ nhựa, nhưng cũng có thể làm từ các vật liệu khác như bê tông, thủy tinh, kim loại và gỗ. Để ngăn không cho tảo và rong rêu phát triển trong dung dịch thủy canh, các khuôn máng trồng nên được che nắng.

Các mô hình dưới đây có thể được nghiên cứu và biến tấu thành các loại phù hợp với từng điều kiện cụ thể.

Hệ thống dạng bậc

Hệ thống dạng bấc (wick system) cho đến nay là loại hệ thống thủy canh đơn giản nhất. Đúng như tên gọi, bí quyết của hệ thống này nằm ở sợi bấc. Đặt một đầu của sợi bấc vào gần phần rễ cây để hút dung dịch dinh dưỡng. Đầu kia của sợi bấc chìm trong dung dịch dinh dưỡng và sẽ hút lên cung cấp cho rễ cây (tương tự như sợi bấc trong đèn dầu, hút dầu lên để duy trì sự cháy). Như vậy, cây sẽ có đủ nước và chất dinh dưỡng để phát triển.

Hệ thống thủy canh tĩnh

Hệ thống thủy canh tĩnh (water culture) thường sử dụng bể chứa dung dịch thủy canh, phần bệ giữ cây thường làm bằng vật liệu nhẹ như xốp và đặt nổi ngay trên dung dịch dinh dưỡng. Rễ cây được ngập chìm trong nước có chứa dung dịch dinh dưỡng. Vì môi trường thiếu oxy, cần có máy bơm khí bơm vào để cung cấp oxy cho rễ. Hệ thống này thường được sử dụng trong giáo dục vì chi phí thấp và có thể tái sử dụng các bể nước hoặc các bình chứa không rỉ khác.

Hệ thống ngập, rút định kỳ

Hệ thống ngập, rút định kỳ (ebb và flow system) khác với hệ thống thủy canh tĩnh bởi việc rễ cây luôn chìm trong nước theo chu kỳ cụ thể. Hệ thống này sử dụng máy bơm để bơm dung dịch dinh dưỡng vào khay trồng và rút ra theo chu kỳ đã định sẵn. Như vậy, rễ cây có thể thở tự nhiên khi không bị ngập, giúp cây phát triển khỏe mạnh. Hệ thống này thường được áp dụng trong mô hình aquaponics.

Hệ thống thủy canh nhỏ giọt là một trong những phương pháp phổ biến nhất trên thế giới. Dung dịch dinh dưỡng được bơm lên và nhỏ xuống gốc cây qua các đường ống nhỏ giọt. Dư dung dịch sẽ được thu hồi để tái sử dụng, giúp tiết kiệm nước và dinh dưỡng.

Hệ thống nhỏ giọt là một trong những giải pháp thủy canh phổ biến nhất. Dung dịch dinh dưỡng được bơm lên và nhỏ trực tiếp xuống gốc cây thông qua các đường ống nhỏ giọt. Nước thừa sẽ được thu hồi trong bể tái sử dụng, giúp tối ưu hóa sử dụng dung dịch dinh dưỡng.

Hệ thống thủy canh màng dinh dưỡng là một trong những phương pháp hiệu quả để trồng cây. Dung dịch dinh dưỡng được cung cấp liên tục qua các ống thủy canh và chảy qua rễ cây trước khi được thu hồi lại để tái sử dụng. Phương pháp này thường không cần sử dụng chất trồng, giúp tiết kiệm chi phí.

Hệ thống màng dinh dưỡng (NFT) là một trong những phương pháp thủy canh phổ biến. Dung dịch dinh dưỡng được bơm liên tục qua các ống thủy canh và chảy qua rễ cây trước khi được thu hồi lại để tái sử dụng. Đặc biệt, hệ thống này giúp tiết kiệm chi phí và không cần thay chất trồng sau mỗi vụ mùa.

Khí canh là một phương pháp trồng cây hiệu quả. Dung dịch dinh dưỡng được cung cấp cho rễ cây qua các hệ thống thủy canh. Phương pháp này thường được áp dụng trong quy mô lớn để mục đích thương mại.

Khí canh là một hệ thống thủy canh tiên tiến nhất, sử dụng không khí làm chất trồng chủ yếu. Rễ cây được phơi bày trong không khí và được phun sương dung dịch dinh dưỡng định kỳ. Phương pháp này đảm bảo cây có đủ nước và dinh dưỡng, đồng thời luôn cung cấp không khí cho quá trình hô hấp. Hiện nay, khí canh được áp dụng rộng rãi trong trồng cây khoai tây.

Giá thể là yếu tố vô cùng quan trọng đối với việc trồng rau thủy canh, đặc biệt là trong giai đoạn nảy mầm và chăm sóc cây con. Việc sử dụng lượng giá thể phù hợp giúp tiết kiệm nguyên liệu và công sức xử lý. Điều quan trọng là:

Giá thể sử dụng trong thủy canh cần đảm bảo khả năng giữ ẩm và thoáng khí tốt, đồng thời đảm bảo độ pH trung tính và ổn định để không ảnh hưởng đến sự phát triển của cây. Ngoài ra, giá thể phải có khả năng thấm nước tốt và có thể phân hủy trong môi trường hoặc tái sử dụng lại.

Các loại giá thể thường được sử dụng trong thủy canh:

Các loại giá thể dùng trong thủy canh cần đáp ứng nhiều yêu cầu như dễ kiếm, nhẹ, và có giá thành phải chăng.

Xơ dừa là nguyên liệu giá thể rẻ, thấm nước tốt và dễ kiếm. Cách xử lý xơ dừa là ngâm trong thùng để tạo ra chất chát.

Dưỡng chất cần thiết cho cây trồng

Các nguyên tố dinh dưỡng quan trọng: Nitơ (N), Phốt pho (P), Kali (K)

Đạm là chất cần thiết để thúc đẩy sự sinh trưởng và phát triển của cây, tạo diệp lục tố, nguyên sinh chất, axit nucleic và protein. Thiếu đạm: cây mọc chậm, lá non nhỏ và dễ rụng. Thừa đạm: cây mọc mạnh, lá to nhưng dễ bị sâu bệnh.

Lân là chất cần thiết trong quá trình trao đổi năng lượng, protein và phân chia tế bào của cây, cũng như là thành phần quan trọng của axit nucleic, amino axit và các lipid phospho. Lân kích thích sự phát triển rễ và ra hoa của cây.

Kali giúp tăng cường khả năng hoạt động của khí khổng, kích hoạt enzyme quang hợp và thúc đẩy tổng hợp hydrat carbon và protein trong cây. Nó cũng nâng cao khả năng sử dụng ánh sáng trong điều kiện thời tiết lạnh và mây mù, đồng thời cải thiện chất lượng và kích thước của trái cây.

Các nguyên tố trung lượng: Canxi - Magiê - Lưu huỳnh

Khi thiếu canxi: lá và đọt non dễ bị biến dạng, cong queo, nhỏ, mép lá không đều, có màu xanh không bình thường, chồi chết ngọn, rễ yếu, dễ gãy và thối, hoa rụng sớm, thân yếu, năng suất, chất lượng thấp. Khi thừa canxi thường gây thiếu các nguyên tố vi lượng: B, Mn, Fe, Zn, Cu…

Là thành phần tạo nên diệp lục tố. Là hoạt chất trong hệ enzyme giúp chuyển hoá hydratcacbon và tổng hợp axit nucleic. Thúc đẩy hấp thu và vận chuyển lân, đường. Thiếu magiê: lá nhỏ, mép lá cong lên, rụng sớm, xuất hiện những vùng sáng (vàng nhạt đến cam, tía) giữa gân lá, hoa ra ít, rễ kém phát triển, thân yếu dễ bị nấm bệnh tấn công. Thừa magiê: lá bị biến đổi hình dạng, cuốn theo hình xoắn ốc và rụng…

Là thành phần của một số axit amin liên quan đến hoạt động trao đổi chất, vitamin và các coenzim A giúp cấu trúc protein vững chắc. Thiếu lưu huỳnh: các lá non chuyển sang màu vàng, vàng từ ngọn xuống. Sinh trưởng của chồi bị hạn chế, ảnh hưởng đến số hoa. Thân cứng, nhỏ và hoá gỗ sớm.

Các nguyên tố vi lượng

Các nguyên tố vi lượng đều đóng vai trò quan trọng như là thành phần của các enzyme hoặc diệp lục tố, kích thích và điều hòa sự chuyển hóa, vận chuyển chất trong cây.

Là chất cần để tổng hợp và duy trì diệp lục tố trong cây. Thiếu sắt: lá non úa vàng, đỉnh và mép lá có màu xanh lâu nhất. Trường hợp thiếu nhiều sắt: toàn bộ thịt và gân lá chuyển vàng và cuối cùng trở thành trắng nhợt.

Kẽm có vai trò quan trọng trong việc tổng hợp đạm, hình thành các chất điều hòa sinh trưởng trong cây… Thiếu kẽm: Các lá non nhỏ, biến dạng, mọc xít nhau, chuyển thành màu vàng trắng và xù ra. Ít hoa, quả, năng suất, chất lượng giảm.

Là chất cần thiết cho quá trình hô hấp của cây. Hoạt hoá các enzyme chuyển hoá đạm và tổng hợp diệp lục tố. Kiểm soát các quá trình xảy ra trong tế bào ở các pha sáng và tối. Thiếu mangan: Gân lá non úa vàng, xuất hiện các đốm vàng và hoại tử và các vùng xám vàng gần cuống lá non.

Xúc tiến quá trình hình thành vitamin A. Giúp cây tăng khả năng chịu hạn, chịu nóng, chịu lạnh… Thiếu đồng: ở cây ngũ cốc xuất hiện lá màu vàng và quăn, ít hoa, hạt kém phát triển, ở cây có múi chết đen ở phần mới sinh trưởng, quả có những đốm nâu, khả năng chống chịu sâu bệnh ở cây kém.

Tăng khả năng thấm ở màng tế bào, giúp dễ dàng vận chuyển hydrát carbon. Cần cho quá trình tổng hợp và phân chia tế bào. Giúp điều chỉnh tỷ lệ K/Ca trong cây. Thiết yếu với sự tổng hợp protein trong cây. Đóng vai trò quan trọng trong việc hình thành phấn hoa Thiếu Bo: Lá biến dạng, dày, đôi khi giòn, hoa kém phát triển, dễ bị rụng, hạt bị lép, ít đậu quả, quả non hay rụng, dễ bị sâu bệnh phá hại, khả năng chống chịu điều kiện bất lợi kém.. Vỏ quả dày, lõi thường bị thâm đen, rỗng ruột, lệch tâm, Năng suất, chất lượng kém.

Là chất xúc tác cho quá trình cố định và sử dụng đạm của cây, là thành phần của men khử nitrat và men nitrogense. Tham gia các quá trình trao đổi chất, tổng hợp chất diệp lục… Thiếu molypden: xuất hiện đốm vàng ở gân giữa của các lá dưới, hoại tử mép lá và lá bị gập nếp lại. ở rau, các mô lá bị héo, chỉ còn lại gân giữa của lá và một vài miếng phiến lá nhỏ. Các hiện tượng này thấy rõ ở các cây họ đậu: nếu thiếu molypden cây phát triển kém, ít nốt sần, giảm cố định đạm tự do

Chất Clo ảnh hưởng đến quá trình chuyển hóa hydrat carbon và khả năng giữ nước của mô thực vật. Thiếu Chất Clo: lá non bị co rút, mất màu xanh tươi, sau đó chuyển sang màu nâu đồng và dần chết khô.

• Canh tưới