TỔNG QUAN
Cây cải bó xôi và giá trị dinh dưỡng
Rau cải bó xôi, còn được gọi là rau chân vịt, rau pố xôi, bố xôi, rau nhà chùa, bắp xôi hay rau bina, mang tên khoa học là Spinacia oleracea L Đây là một loài thực vật có hoa thuộc họ Dền (Amaranthaceae) và lớp Hai lá mầm, có nguồn gốc từ miền Trung và Tây Nam Á.
Phân loại khoa học (USDA, NRCS, 2010)
Giới (Regnum) Plantae Lớp (Class) Magnoliopsida Bộ (Ordo) Caryophyllales
Họ (Familia) Amarathanceae Chi ( Genus) Spinacia
1.1.1.3 Hình thái, sinh lý sinh trưởng
* Hình thái, sinh lý sinh trưởng
Hình 1.1 Hình thái của cây cải bó xôi (A: Cây, B: Hoa ,C: Hạt)
(http://www.botany.hawaii.edu/faculty/carr/chenopodi.htm) [174]
Cải bó xôi là loại cây trồng một năm, có chiều cao khoảng 30 cm với lá hình oval màu xanh đậm và cuống nhỏ Các lá chụm lại tại gốc rất nhỏ, cả lá và thân đều giòn và dễ gãy Hoa của cây có màu vàng xanh Đặc điểm nổi bật của cải bó xôi là vị ngọt và tính mát, mang lại nhiều lợi ích cho sức khỏe.
Cải bó xôi là loại rau ưa khí hậu lạnh, phát triển tốt ở nhiệt độ từ 18-20 độ C và không chịu được nóng Cây sinh trưởng chậm khi nhiệt độ tăng cao.
10 0 C, cây có thể chịu nhiệt độ thấp -10 0 C
Cây cải bó xôi cần ánh sáng nhẹ để phát triển tốt, vì ánh sáng quá mạnh có thể gây hại Loại rau này có khả năng chịu bóng râm, cho phép trồng xen kẽ với các cây cao khác Là cây trồng mùa đông, cải bó xôi thích nghi tốt với điều kiện ánh sáng hạn chế, điều này rất có giá trị khi sử dụng nguồn ánh sáng nhân tạo tốn kém Ngoài ra, với lá lớn, phẳng và khả năng sinh trưởng mạnh mẽ, cải bó xôi có thể đáp ứng linh hoạt với sự thay đổi của môi trường (Proietti et al., 2009) [118].
1.1.2 Giá trị dinh dưỡng và giá trị trong nghiên cứu khoa học Đây là loại rau tốt cho sức khỏe, đồng thời cũng là một vị thuốc Các khoáng chất trong rau cải bó xôi giúp kiềm hóa, cân bằng chế độ ăn uống axit cao, nguyên nhân của bệnh béo phì và các chứng bệnh khác Các carotenoid được tìm thấy trong cải bó xôi có tác dụng bảo vệ mắt khỏi các bệnh như đục thủy tinh thể và thoái hóa điểm vàng… Vitamin K cùng với canxi và magiê có trong cải bó xôi giúp hệ xương chắc khỏe Hàm lượng viamin A giúp da khỏe mạnh, duy trì độ ẩm thích hợp Vitamin C có trong cải bó xôi hoạt động như một chất chống oxi hóa có thể hòa tan trong nước, giúp làm giảm nguy cơ gây ra rất nhiều bệnh tật Do đó, ăn cải bó xôi có thể giúp chống lại nhiễm trùng và giữ cho hệ thống miễn dịch luôn khỏe mạnh Đây cũng là món uống có giá trị dinh dưỡng Trong rau cải bó xôi có một loại hóa chất steroid tên khoa học là phutoecdy có tác dụng thúc đẩy sự sản xuất protein tự nhiên trong cơ thể lên tới 20% [172]
Bảng 1.1 Thành phần dinh dưỡng có trong 100g rau cải bó xôi
Giá trị dinh dưỡng 100g khối lượng tươi
(http://ndb.nal.usda.gov/ndb/foods) [171]
Rau cải bó xôi (Spinacia oleracea L.) đã cho thấy tiềm năng trong việc chống ung thư nhờ vào chế độ ăn nhiều rau quả, giúp giảm nguy cơ mắc bệnh Với hàm lượng cao vitamin K, A, mangan, magiê, axit folic, sắt, vitamin C, B2, kali cùng nhiều chất xơ và vitamin B6, E, rau cải bó xôi cung cấp các dưỡng chất cần thiết cho cơ thể Đặc biệt, rau cải bó xôi chứa các chất chống oxi hóa như carotenoid và polyphenol, cùng với lượng glycoglycerolipid lớn, bao gồm sulfoquinovosyl diacylglycerol (SQDG) và monogalactosyl diacylglycerol (MGDG) Nghiên cứu cho thấy rằng glycoglycerolipid trong rau cải bó xôi có khả năng ức chế sự phát triển tế bào ung thư và tăng sinh khối u, khẳng định vai trò của nó như một thực phẩm chức năng chống ung thư hiệu quả.
Rau cải bó xôi là một trong những cây trồng ALS (Advanced Life Support) được NASA lựa chọn để đa dạng hóa chế độ ăn uống cho phi hành gia trên Trạm vũ trụ quốc tế, Mặt trăng và các căn cứ sao Hỏa NASA đánh giá cao rau cải bó xôi vì nó sản xuất thành phần chống độc như canxi liên kết và axit oxalic, đồng thời cung cấp khả năng sinh sắt cao, điều này rất quan trọng khi phi hành đoàn có thể gặp tình trạng giảm số lượng hồng cầu.
Rau cải bó xôi, với đặc tính tăng trưởng thấp và chu kỳ sinh trưởng ngắn khoảng 30 ngày, là lựa chọn lý tưởng cho chế độ ăn của phi hành gia, cung cấp nguồn rau tươi linh hoạt Tại Mỹ và nhiều nơi trên thế giới, rau cải bó xôi ngày càng trở nên quan trọng về mặt kinh tế, đặc biệt là trong sản xuất thủy canh, nhờ vào công nghệ ALS và CEA Việc sản xuất rau cải bó xôi quanh năm đang trở thành hiện thực khả thi, đáp ứng nhu cầu rau xanh của con người Loại cây này có khả năng thích nghi với điều kiện nhiệt độ thấp nhờ vào sự điều chỉnh sâu sắc của quá trình trao đổi chất ở lá, bao gồm sự gia tăng enzyme quang hợp và khả năng thu dọn oxi hoạt hóa Rau cải bó xôi cũng được sử dụng làm cây mẫu trong nghiên cứu về sự thay đổi sinh lý và chất lượng dưới các điều kiện nhiệt độ và ánh sáng khác nhau, cho thấy hàm lượng axit ascorbic, nitrate và axit oxalic có thể bị ảnh hưởng độc lập bởi các thông số môi trường.
Ánh sáng đèn LED đối với sinh trưởng, phát triển và năng suất cây trồng
Cây cần ánh sáng liên tục từ khi nảy mầm cho đến khi ra hoa và tạo hạt giống Trong ngành công nghiệp nhà kính, ba thông số ánh sáng quan trọng cho sự phát triển của cây trồng là số lượng, chất lượng và thời gian Mỗi thông số này đều có ảnh hưởng khác nhau đến sự phát triển của cây (Singh et al., 2015).
Cường độ ánh sáng là yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến quá trình quang hợp trong lục lạp của tế bào thực vật, nơi năng lượng ánh sáng được sử dụng để chuyển đổi CO2 trong không khí thành các hợp chất carbohydrate.
Chất lượng ánh sáng, hay còn gọi là phân phối quang phổ, đề cập đến sự phân bố của bức xạ trong các vùng bước sóng khác nhau, bao gồm ánh sáng màu xanh lam, xanh lá cây, đỏ và các vùng ánh sáng khác Đối với quá trình quang hợp, thực vật đặc biệt nhạy cảm với ánh sáng đỏ và xanh lam Hơn nữa, phân phối quang phổ cũng ảnh hưởng đến quang phát sinh hình thái, sự sinh trưởng, phát triển và quá trình ra hoa của thực vật.
Thời gian chiếu sáng và tối, hay còn gọi là quang chu kỳ, đóng vai trò quan trọng trong quá trình ra hoa của thực vật Việc điều chỉnh thời gian chiếu sáng có thể kiểm soát hiệu quả thời điểm ra hoa của các loại cây trồng.
Cây chỉ hấp thụ các bước sóng ánh sáng cần thiết cho quá trình quang hợp, với bức xạ hoạt động của quang hợp (PAR) nằm trong khoảng 400-700 nm, tương ứng với quang phổ nhìn thấy của mắt người (Chen et al., 2014) Chlorophyll a và b là những sắc tố chính trong quang hợp, nhưng bên cạnh đó, cây còn có các sắc tố vệ tinh như carotenoid (β-carotene, zeaxanthin, lycopene và lutein), đóng vai trò quan trọng trong việc hấp thụ ánh sáng và nâng cao năng suất cây trồng.
Hình 1.2 Phổ hấp thu của chlorophyll và carotenoid (Nguồn: Chen et al , 2014) [40]
Phổ bức xạ mặt trời chủ yếu bao gồm ba phần: tia cực tím (UV), ánh sáng nhìn thấy và tia hồng ngoại (Hình 1.3 và Hình 1.4):
Hình 1.3 Các phổ bước sóng ánh sáng
(Nguồn: http://dennangluongmattroigivasolar.blogspot.com/2019/01/nhung-phep- do-can-biet-khi-su-dung-den-led-nong-nghiep.html) [175]
Hình 1.4 Những khoảng ánh sáng được hấp thụ bởi thực vật
Các tế bào cảm quang thực vật như phytochromes, cryptochromes, phototropins và UVR8 cảm nhận được các bước sóng ánh sáng, từ đó giúp thực vật thích nghi và phát triển hiệu quả dựa vào nguồn sáng.
(Nguồn: http://www.biologie.ens.fr/smdgs/spip.php?article57) [176]
Tia cực tím C (200-280 nm) là phần quang phổ có hại cho cây trồng do tính độc hại cao Tuy nhiên, tia UVC bị tầng ozone trên bề mặt trái đất chặn lại, nên không chiếu tới bề mặt trái đất.
- 280-315 nm (tia cực tím B): Phần này không phải là rất có hại nhưng khả năng gây mất mầu ở lá cây
- 315-380 nm (tia cực tím A): Phần ánh sáng này không có bất kỳ ảnh hưởng tích cực hoặc tiêu cực nào đến sinh trưởng ở thực vật
Quang phổ ánh sáng nhìn thấy bắt đầu từ 380-400 nm, đánh dấu giai đoạn đầu của quá trình hấp thụ ánh sáng bởi các sắc tố thực vật như chlorophyll và carotenoid.
Ánh sáng nhìn thấy nằm trong khoảng 400-520 nm, bao gồm tia tím, xanh lam và dải màu xanh lá cây Trong phạm vi này, chlorophyll hấp thụ ánh sáng một cách hiệu quả, đóng vai trò quan trọng trong quá trình quang hợp và sự phát triển của thực vật.
Vùng ánh sáng nhìn thấy từ 520-610 nm bao gồm các màu xanh lá cây, vàng và da cam Trong dải ánh sáng này, thực vật ít hấp thụ, dẫn đến ảnh hưởng không đáng kể đến quá trình quang hợp và sự phát triển của chúng.
Dải ánh sáng nhìn thấy từ 610-720 nm chứa màu đỏ, với sự hấp thụ chủ yếu diễn ra trong khoảng này Ánh sáng đỏ có ảnh hưởng đáng kể đến sự sinh trưởng, quang hợp, ra hoa và nở hoa ở thực vật.
- 720-1000 nm (màu đỏ xa/hồng ngoại): Nảy mầm và ra hoa bị ảnh hưởng bởi phạm vi này mặc dù hấp thụ ít xảy ra ở dải ánh sáng này
- > 1000 nm (hồng ngoại): Tất cả hấp thụ ở vùng ánh sáng này được chuyển thành nhiệt
1.2.2 Tính ưu việt của việc sử dụng đèn LED (light-emitting diode) cho cây trồng 1.2.2.1 Đặc điểm và tính ưu việt của đèn LED so với các nguồn sáng khác khi sử dụng cho cây trồng
LED là nguồn sáng trạng thái rắn, được sản xuất từ chất bán dẫn, cho phép điều chỉnh quang phổ và cường độ ánh sáng phù hợp cho cây trồng Sự hoạt động của các cảm biến ánh sáng trong cây ảnh hưởng đến hình thái, quá trình sinh lý, khả năng ra hoa và hiệu quả quang hợp, từ đó thúc đẩy sự phát triển của cây Đèn LED không chỉ phát ra ánh sáng mạnh với nhiệt độ bức xạ thấp mà còn có tuổi thọ dài, kích thước nhỏ gọn và thân thiện với môi trường Ngược lại, các nguồn sáng truyền thống như đèn natri cao áp và đèn halogen kim loại không hiệu quả cho việc trồng trọt, vì chúng phát ra nhiệt độ cao, gây ảnh hưởng tiêu cực đến sự phát triển của cây khi đặt gần Hơn nữa, mặc dù các nguồn sáng này tăng cường photon quang hợp, nhưng chúng cũng phát ra bước sóng không cần thiết và tạo ra nhiệt bức xạ lớn, hạn chế khả năng sử dụng trong hệ thống nhà kính trong tương lai.
Đèn huỳnh quang tiêu tốn nhiều điện năng và cần được thay thế định kỳ, trong khi đèn LED tiết kiệm năng lượng và có tuổi thọ lâu dài từ 30.000 đến 50.000 giờ Đèn huỳnh quang có tuổi thọ khoảng 20.000 giờ và dễ vỡ, trong khi đèn LED không dễ hỏng và có khả năng phát ra ánh sáng mạnh mà không tỏa nhiệt nhiều, cho phép đặt gần cây cối mà không gây hại.
Năng lượng đóng góp khoảng 20-30% tổng chi phí sản xuất trong ngành công nghiệp nhà kính Mặc dù tỏa nhiệt làm tăng chi phí, nhưng nhiệt từ đèn HPS không đáng kể cho việc giữ ấm và phát triển cây trồng Do đó, công nghệ mới giảm điện năng tiêu thụ và tạo ra nhiệt bức xạ thấp là mối quan tâm lớn, giúp duy trì và cải thiện giá trị cây trồng về sinh khối và dinh dưỡng trong ngành công nghiệp nhà kính.
LED ra đời và góp phần đáng kể vào việc giải quyết những hạn chế nêu trên (Bantis et al., 2016) [29]
Trồng cây bằng kỹ thuật thủy canh
Hệ thống thủy canh là một kỹ thuật canh tác hiện đại, sử dụng các giải pháp dinh dưỡng không cần đất mà thay thế bằng các giá thể nhân tạo như xốp, sỏi, đá cuội, cát, mùn cưa, than bùn, xơ dừa, perlite, vỏ đậu phộng, thảm polyester hoặc vermiculite Kỹ thuật này đảm bảo cung cấp oxy, nước và chất dinh dưỡng, hỗ trợ sự phát triển của rễ cây tương tự như khi trồng trên đất (Resh, 2016).
Sự giảm diện tích đất trồng trọt cùng với sự gia tăng dân số và nhu cầu thực phẩm, kết hợp với tiến bộ công nghệ và đầu tư nghiên cứu, đã thúc đẩy sự phát triển của thị trường trồng cây thủy canh Dự báo cho thấy giá trị sản phẩm từ sản xuất thủy canh toàn cầu sẽ tăng từ 226,45 triệu đô la vào năm 2016 lên 724,87 triệu đô la vào năm 2023.
Kỹ thuật thủy canh đã trải qua một quá trình phát triển lâu dài với nhiều cải tiến và hình thức khác nhau Hai kiểu hệ thống thủy canh chính bao gồm hệ thống thủy canh tĩnh và hệ thống thủy canh động Hệ thống thủy canh động lại được phân chia thành hai loại: hệ thống thủy canh mở và hệ thống thủy canh kín.
Từ các đặc điểm của 2 hệ thống thủy canh trên hiện nay đã phát triển thành 7 loại thủy canh khác nhau (El-Kazzaz & El-Kazzaz, 2017; Sambo et al., 2019) [50],
Tùy thuộc vào mục đích sử dụng và điều kiện địa hình kinh tế, có nhiều hệ thống canh tác thích hợp như hệ thống bấc, hệ thống thủy canh tĩnh, hệ thống ngập và rút định kỳ, hệ thống nhỏ giọt, hệ thống màng dinh dưỡng N.F.T, aquaponics và khí canh.
Trong những năm gần đây, phương pháp canh tác hiện đại này đã được nghiên cứu và áp dụng rộng rãi trên toàn cầu Nó hứa hẹn sẽ mang lại nhiều đóng góp quý giá cho nền nông nghiệp Việt Nam.
1.3.1.1 Hệ thống thủy canh tĩnh Đây là hệ thống thủy canh mà trong qua trình sử dụng để trồng cây, dung dịch dinh dưỡng không chuyển động Rễ cây được nhúng một phần hay hoàn toàn trong dung dịch dinh dưỡng Hệ thống này có ưu điểm là chi phí đầu tư thấp vì không cần hệ thống làm chuyển động dung dịch nhưng nhược điểm là thường thiếu oxi trong dung dịch và pH dung dịch dinh dưỡng dễ bị axit gây ngộ độc cho cây
Hình 1.5 Hệ thống thủy canh tĩnh
(Nguồn: https://vi.wikipedia.org)
1.3.1.2 Hệ thống thủy canh động
Hệ thống thủy canh cho phép dung dịch dinh dưỡng chuyển động trong quá trình trồng cây, mặc dù có chi phí cao nhưng đảm bảo cung cấp đủ oxy cho cây Hệ thống này được phân chia thành hai loại khác nhau.
Hệ thống thủy canh mở là một loại hệ thống thủy canh động, trong đó dung dịch dinh dưỡng không được tuần hoàn trở lại, dẫn đến lãng phí Mặc dù vậy, hệ thống này không yêu cầu đầu tư vào thiết bị bơm để tái tuần hoàn dung dịch dinh dưỡng.
Hệ thống thủy canh kín là một phương pháp thủy canh động, trong đó dung dịch dinh dưỡng được tuần hoàn nhờ bơm hút từ bể chứa lên máng trồng cây Mặc dù chi phí đầu tư cao hơn, nhưng hệ thống này giúp duy trì lượng O2 cho dung dịch và tiết kiệm dinh dưỡng Người trồng có thể điều chỉnh dinh dưỡng theo từng giai đoạn phát triển của cây, đồng thời loại bỏ chất gây hại và dư lượng từ vụ trước Hệ thống cũng dễ dàng thanh trùng và kiểm soát dịch bệnh, hạn chế việc sử dụng thuốc bảo vệ thực vật, từ đó tạo ra sản phẩm an toàn cho người tiêu dùng Nhờ kiểm soát tốt dinh dưỡng, năng suất và chất lượng cây trồng được nâng cao, với năng suất có thể cao hơn từ 25-500% so với cây trồng ngoài đất, cho phép trồng liên tục.
Hệ thống thủy canh hồi lưu là phương pháp trồng cây trong dung dịch nông, cho phép cây non trong chậu ươm phát triển nhanh chóng nhờ rễ cây tiếp xúc trực tiếp với dung dịch Với tỷ lệ cao giữa diện tích bề mặt và khối lượng dung dịch, hệ thống này đảm bảo thông khí tốt cho cây Việc chỉ sử dụng một lớp dung dịch nông giúp giảm thiểu yêu cầu về luống trồng sâu và nặng, từ đó dễ dàng thay đổi cách sắp xếp và giảm chi phí sản xuất.
Hiện nay, trồng rau thủy canh hồi lưu là một trong những phương pháp phổ biến nhất trong lĩnh vực thủy canh Phương pháp này có thể áp dụng cho nhiều mô hình khác nhau, từ quy mô nhỏ của hộ gia đình đến các trang trại lớn Nghiên cứu cho thấy rằng trồng rau thủy canh hồi lưu mang lại năng suất cao hơn so với phương pháp thủy canh tĩnh.
Hình 1.6 Hệ thống thủy canh hồi lưu
Hệ thống thủy canh tuần hoàn cơ bản bao gồm một bể chứa dung dịch dinh dưỡng, một máy bơm để cung cấp dung dịch dinh dưỡng, và các máng song song để hỗ trợ quá trình trồng cây hiệu quả.
Bể chứa môi trường dinh dưỡng trong hệ thống thủy canh hồi lưu bao gồm cây trồng và ống hứng để dẫn dung dịch thải về bể hứng Hệ thống này có bộ phận theo dõi nồng độ chất dinh dưỡng, pH và mức nước, giúp điều chỉnh kịp thời Dung dịch dinh dưỡng sẽ được bơm đều từ bể chứa đến các ống thủy canh, sau đó phần dư sẽ quay trở lại bể chứa ban đầu Quá trình này diễn ra liên tục, cho phép điều chỉnh lượng nitơ trong dung dịch, đảm bảo hàm lượng nitrat (NO3-) trong rau không vượt quá mức cho phép (Resh, 2016).
Ngày nay, hệ thống trồng cây trong dung dịch tiên tiến đã được tự động hóa hoàn toàn, cho phép điều chỉnh độ pH, độ dẫn điện (EC), và nồng độ dung dịch dinh dưỡng Các hệ thống này cũng đảm bảo thông khí và cung cấp oxy cho rễ cây, chủ yếu được áp dụng để sản xuất sản phẩm an toàn tại các quốc gia có nền kinh tế phát triển và công nghiệp hiện đại.
Hệ thống này gặp một số hạn chế, bao gồm sự phức tạp và khó khăn trong việc triển khai tại các quốc gia kém phát triển và đang phát triển, do yêu cầu đầu tư cao cho hệ thống bơm tuần hoàn dung dịch nhằm đảm bảo oxy cho rễ cây, điều chỉnh pH và hàm lượng dinh dưỡng Thêm vào đó, khả năng lây lan bệnh từ cây này sang cây khác cũng nhanh chóng hơn khi một cây bị bệnh xuất hiện trong hệ thống.
Một số kết luận rút ra sau tổng quan
Đèn LED là nguồn ánh sáng lý tưởng cho việc trồng cây, tạo ra ánh sáng đơn sắc phù hợp với chất nhận ánh sáng của cây, từ đó thúc đẩy các chức năng sinh lý và tối đa hóa năng suất Việc kết hợp ánh sáng LED với trồng cây trong dung dịch dinh dưỡng giúp kiểm soát môi trường, nâng cao năng suất và chất lượng cây rau, đặc biệt là cây cải bó xôi Với tiềm năng năng suất và giá trị dinh dưỡng cao, cải bó xôi là đối tượng lý tưởng cho nghiên cứu và phát triển sản xuất Phương pháp quản lý dinh dưỡng tiết kiệm, kết hợp với chiếu sáng bổ sung có cường độ và phổ ánh sáng phù hợp, là rất khả thi cho sản xuất rau thủy canh trong các hệ thống thương phẩm Ngoài ra, việc lựa chọn nguồn sáng cũng cần xem xét ảnh hưởng đến an toàn thực phẩm và dinh dưỡng cho con người.
VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1 Đối tượng và vật liệu nghiên cứu
Nghiên cứu được tiến hành trên ba giống cải bó xôi trong thí nghiệm đầu tiên, bao gồm giống F1 chịu nhiệt PD512 (Phú Điền), giống F1 chịu nhiệt (Lucky Seeds) và giống F1 (VA.DASH) (Việt Á).
Giống cải bó xôi chịu nhiệt F1 của công ty TNHH giống cây trồng Lucky nổi bật với khả năng sinh trưởng khỏe mạnh và kháng bệnh tốt Cây có độ đồng đều cao, lá tròn dài và màu xanh mướt, phù hợp để trồng quanh năm nhờ khả năng chịu nhiệt tốt Thời gian thu hoạch chỉ từ 39-40 ngày sau khi gieo.
+ Giống cải bó xôi F1 chịu nhiệt PD512- Phú Điền của công ty THHH TM và
Giống SX Phú Điền nổi bật với khả năng kháng bệnh tốt, cây khỏe mạnh và đồng đều Lá cây có hình dạng tròn dài, màu xanh mướt, cho thấy khả năng chịu nhiệt tốt Giống này có thể trồng quanh năm và cho thu hoạch từ 39 ngày.
Giống cải bó xôi F1 (VA.DASH) của công ty TNHH phát triển nông nghiệp Việt Á nổi bật với khả năng sinh trưởng mạnh mẽ và kháng bệnh tốt Giống này có độ đồng đều cao, lá tròn dài với mép lá trơn, màu xanh trung bình, mang lại hương vị ngon và mềm khi chế biến Thời gian thu hoạch từ 40-50 ngày sau khi gieo, phù hợp để trồng quanh năm tại Đà Lạt và trong vụ Đông Xuân ở các tỉnh phía Bắc.
Dung dịch dinh dưỡng SH1, SH3, và SH5 được phát triển bởi Viện Sinh học Nông nghiệp – Học viện Nông nghiệp Việt Nam, dựa trên công thức dung dịch dinh dưỡng Hoagland & Arnon (1950) Thành phần và hàm lượng dinh dưỡng của các dung dịch này được mô tả chi tiết trong Phụ lục 2.
Hệ thống đèn LED của công ty Cổ phần Bóng đèn Phích nước Rạng Đông cung cấp các sản phẩm chất lượng cao Cường độ ánh sáng của các đèn LED này được đo lường chính xác bằng thiết bị chuyên dụng UPRtek PG100N Handheld Spectral PAR meter.
Một số vật liệu và thiết bị quan trọng trong nghiên cứu bao gồm rọ nhựa, máy đo EC, máy đo pH, máy đo chỉ số SPAD, máy đo diện tích lá, cân kỹ thuật, máy scan rễ, kính hiển vi điện tử, máy đo quang phổ, hệ thống pipet và cốc đong Những công cụ này hỗ trợ đắc lực cho việc phân tích và đánh giá chất lượng cây trồng.
2.2 Địa điểm và thời gian nghiên cứu
2.2.1 Địa điểm nghiên cứu Đề tài được tiến hành thực hiện trên hệ thống thủy canh hồi lưu trong nhà lưới có mái che và hệ thống thủy canh hồi lưu trong nhà điều hòa kết với hệ thống đèn LED, tại Viện Sinh học Nông nghiệp - Học viện Nông nghiệp Việt Nam
2.2.2 Thời gian nghiên cứu Đề tài được thực hiện trong khoảng thời gian từ tháng 12/2017 đến tháng 9/2020
Các thí nghiệm nhằm xác định thông số kỹ thuật tối ưu để trồng cải bó xôi trong hệ thống thủy canh hồi lưu đã được thực hiện trong nhà lưới có mái che, với nhiệt độ trung bình là 37±2°C vào mùa hè và 23±2°C vào mùa đông, cùng độ ẩm trung bình đạt 45%-50%.
Các thí nghiệm xác định phổ ánh sáng và cường độ ánh sáng tối ưu từ đèn LED cho trồng cải bó xôi trong hệ thống thủy canh hồi lưu được thực hiện trong nhà với nhiệt độ duy trì ở 27°C ± 0,4°C và độ ẩm ổn định 65% ± 2%, sử dụng dụng cụ đo Daekwang TH05 Hạt giống được ngâm trong nước ấm với tỉ lệ 3 sôi: 2 lạnh (~ 50°C) trước khi gieo vào giá thể Klasmann TS-2 (Đức) trong khay nhựa 128 lỗ kích thước 60 cm x 30 cm x 5 cm Sau khi chọn cây đồng đều về kích thước và đã ra lá thật, cây được đưa vào hệ thống thủy canh và đặt trong rọ nhựa chứa giá thể mút xốp với chiều cao 10 cm và đường kính miệng 7 cm.
Kiểm tra độ pH và EC định kỳ mỗi 3 ngày để đảm bảo giá trị tối ưu theo kết quả thí nghiệm Cần bổ sung hoặc thay dung dịch dinh dưỡng khi hàm lượng pH và EC không đạt yêu cầu.
EC vượt khỏi ngưỡng Thời gian thu hoạch 40-50 ngày sau gieo
Bố trí thí nghiệm để xác định các thông số kỹ thuật tối ưu trồng cải bó xôi trồng trên hệ thống thủy canh hồi lưu
Các thí nghiệm được thực hiện trong hệ thống nhà lưới tiêu chuẩn với điều kiện ánh sáng được thiết lập theo tỉ lệ ánh sáng đỏ, xanh lam và xanh lá cây là 2:1:2 Cường độ bức xạ hoạt động quang hợp đạt 420 àmol/m²/s.
Nghiên cứu này bao gồm 6 thí nghiệm, mỗi thí nghiệm được thiết kế theo phương pháp khối ngẫu nhiên đầy đủ (RCB) với 3 lần nhắc lại Mỗi lần nhắc lại bao gồm 15 cây được trồng trên hệ thống giàn thủy canh hồi lưu.
Thí nghiệm 1 nhằm xác định giống cải bó xôi phù hợp cho hệ thống thủy canh hồi lưu, với ba công thức thí nghiệm: CT1 sử dụng giống cải bó xôi F1 chịu nhiệt PD512 (Phú Điền), CT2 là giống cải bó xôi chịu nhiệt F1 (Lucky Seeds), và CT3 là giống cải bó xôi F1 (VA.DASH-Việt Á).
Nghiên cứu này tập trung vào việc xác định dung dịch dinh dưỡng tối ưu cho cây cải bó xôi khi trồng trên hệ thống thủy canh hồi lưu, dựa trên giống cây được lựa chọn từ thí nghiệm trước Mục tiêu là tìm ra công thức dinh dưỡng phù hợp nhất để tối đa hóa sự phát triển và năng suất của cây.
Các công thức thí nghiệm: CT1: SH1; CT2: SH3; CT3: SH5
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
Trồng rau trong hệ thống thủy canh hồi lưu là công nghệ tiên tiến, giúp sản xuất rau quanh năm với sản phẩm đồng nhất, sạch và chất lượng cao Hệ thống này tối ưu hóa việc sử dụng phân bón và nước, giảm thiểu sâu bệnh, đồng thời đáp ứng nhu cầu trồng rau sạch tại các khu đô thị.
Mặc dù nhiều dung dịch dinh dưỡng thủy canh hiện nay dựa trên công thức Hoagland Arnon, nhưng vẫn chưa đáp ứng nhu cầu của một số cây trồng, đặc biệt là cải bó xôi, dẫn đến sự sinh trưởng kém và giá trị thương mại thấp Do đó, nghiên cứu và pha chế dung dịch dinh dưỡng chuẩn hóa quốc tế, cân đối giữa các nguyên tố khoáng thiết yếu, là rất cần thiết để tối ưu hóa sự phát triển của từng loại cây Hơn nữa, việc duy trì pH, EC và lựa chọn dạng chất của các nguyên tố khoáng là cực kỳ quan trọng, vì pH và EC khác nhau ảnh hưởng đến khả năng hấp thụ và hiệu quả của các chất dinh dưỡng.
Hàm lượng nitrate thấp là điều quan trọng cần đạt được cho rau ăn lá như cải bó xôi Nghiên cứu về trồng cây trong dung dịch thủy canh cho thấy nồng độ vi lượng của dung dịch dinh dưỡng có thể được giảm và pha loãng Thực vật có thể sống trong nước vài ngày trước khi thu hoạch, giúp giảm bớt NO3-N hoặc thay thế bằng các chất khác.
Việc sử dụng các ion Cl-, SO4 2- và NH4 + có thể giảm hàm lượng nitrate trong rau, theo nghiên cứu của Jakse et al (2013) và Duyar & Kılıç (2016) Điều này một lần nữa khẳng định rằng trồng rau trong dung dịch thủy canh không chỉ mang lại hiệu quả kinh tế mà còn thân thiện với môi trường.
Mục tiêu chính của nghiên cứu này là xác định các thông số tối ưu cho sự sinh trưởng của rau cải bó xôi trong hệ thống thủy canh, bao gồm giống, dung dịch dinh dưỡng, pH, EC, mật độ trồng, và giảm hàm lượng NO3- để nâng cao chất lượng sản phẩm.
Giống cây trồng đóng vai trò quan trọng trong việc quyết định năng suất và chất lượng nông sản Nghiên cứu về ảnh hưởng của giống đến sinh trưởng và năng suất cây cải bó xôi trồng thủy canh được trình bày chi tiết trong Bảng 3.1, Bảng 3.2, Bảng 3.3 và Hình 3.1.
Bảng 3.1 Thời gian từng giai đoạn sinh trưởng của các giống cải bó xôi trên hệ thống thủy canh hồi lưu
Giống Thời gian từ gieo đến ….(ngày)
Nảy mầm Xuất hiện 2 lá thật Thu hoạch
Cải bó xôi F1 chịu nhiệt
Cải bó xôi chịu nhiệt
Nghiên cứu cho thấy tất cả các cây cải bó xôi đều phát triển 2 lá thật sau 10 ngày và có thể thu hoạch sau 42 ngày Thời gian nảy mầm khác nhau giữa các giống, trong đó giống cải bó xôi F1 (VA.DASH) có thời gian nảy mầm là 5 ngày, chậm hơn 1 ngày so với 2 giống còn lại (4 ngày) Toàn bộ quá trình từ gieo hạt, ươm cây con đến khi cây xuất hiện 2 lá thật mất khoảng 10 ngày Tổng thời gian sinh trưởng cần thiết cho cây cải bó xôi trồng thủy canh hồi lưu trong nhà lưới là khoảng 42 ngày.
Sự phát triển của thân lá và chỉ số hàm lượng diệp lục (SPAD) ở các giống cải bó xôi khác nhau có ý nghĩa thống kê rõ rệt Giống cải bó xôi chịu nhiệt F1 PD512 cho thấy chiều cao cây, số lá, diện tích lá và chỉ số SPAD cao nhất, tiếp theo là giống F1(VA.DASH) (Việt Á), trong khi giống F1(Lucky Seeds) có chỉ số thấp nhất Cụ thể, giống F1 PD512 vượt trội hơn so với giống F1(VA.DASH) với tỷ lệ lần lượt là 1,17; 1,33; 1,82; 1,18 và so với giống F1(Lucky Seeds) với tỷ lệ 1,36; 1,71; 2,31; 1,07.
Bảng 3.2 Ảnh hưởng của giống tới sự sinh trưởng của cải bó xôi trên hệ thống thủy canh hồi lưu (42 NST)
Cải bó xôi F1 chịu nhiệt
PD512-Phú Điền 36,33 a 13,70 a 528,43 a 34,38 a Cải bó xôi chịu nhiệt F1-
Ghi chú: Những trị số trong cùng 1 cột có cùng 1 chữ cái là không có sự sai khác ở mức ý nghĩa P < 5% theo phần mềm R
G: Giống; NST: Ngày sau trồng; CCC: Chiều cao cây; SL: Số lá; LA: Diện tích lá
Sự phát triển của thân lá ảnh hưởng đến khối lượng cây, khối lượng rễ và năng suất lý thuyết, dẫn đến năng suất thực thu cao hơn Có sự khác biệt đáng kể về năng suất thực thu giữa ba giống cây thí nghiệm, trong đó giống F1 Phú Điền đạt năng suất gấp 1,17 lần giống F1 (VA.DASH) và gấp 1,31 lần giống cải bó xôi chịu nhiệt F1 (Lucky Seeds).
Giống cải bó xôi F1 (VA.DASH) có trung bình khoảng 10 lá/cây và bắt đầu ra hoa sau 2 tuần trồng, với lá hình mũi mác và thân cây rõ rệt Trong khi đó, giống cải bó xôi F1 Phú Điền nổi bật với lá to, dày và đều, còn cải bó xôi chịu nhiệt F1 (Lucky Seeds) lại có phần thịt lá hẹp và mỏng hơn Kết quả này hoàn toàn phù hợp với năng suất tương ứng của từng giống, do đó, cải bó xôi F1 chịu nhiệt Phú Điền đã được lựa chọn cho các nghiên cứu tiếp theo.
Bảng 3.3 Ảnh hưởng của giống tới yếu tố cấu thành năng suất và năng suất của cải bó xôi trên hệ thống thủy canh hồi lưu (42 NST)
Cải bó xôi F1 chịu nhiệt
PD512-Phú Điền 35,91 a 31,62 a 4,29 3,16 2,23 a Cải bó xôi chịu nhiệt F1-
Cải bó xôi F1 (VA.DASH)-
Ghi chú: Những trị số trong cùng 1 cột có cùng 1 chữ cái là không có sự sai khác ở mức ý nghĩa P < 5% theo phần mềm R
KLC: Khối lượng toàn cây; KLR: Khối lượng rễ; KLTL: Khối lượng thân lá; NSLT: Năng suất lý thuyết; NSTT: Năng suất thực thu
Hình 3.1 Các giống cải bó xôi trồng thủy canh trong thí nghiệm (42 NST)
Dung dịch thủy canh đóng vai trò quan trọng trong việc quyết định chất lượng và năng suất rau trồng thủy canh Số lượng và diện tích lá trên cây không chỉ phụ thuộc vào yếu tố di truyền mà còn rất nhiều vào dinh dưỡng Khi dinh dưỡng đầy đủ và phù hợp, cây sẽ sinh trưởng tốt, ra nhiều lá với kích thước tối đa, dẫn đến năng suất cao và phẩm chất rau tốt Ngược lại, nếu dinh dưỡng không đầy đủ, cây sẽ phát triển chậm, số lá ít, kích thước nhỏ, thời gian sinh trưởng kéo dài, làm giảm năng suất và giá trị thương phẩm.
Bảng 3.4 trình bày ảnh hưởng của các loại dung dịch dinh dưỡng đến sự sinh trưởng của cây cải bó xôi giống PD512 khi được trồng trên hệ thống thủy canh hồi lưu (42 NST) Nghiên cứu này cho thấy sự khác biệt rõ rệt trong sự phát triển của cây tùy thuộc vào loại dung dịch dinh dưỡng sử dụng, từ đó cung cấp thông tin hữu ích cho việc tối ưu hóa quy trình trồng trọt trong thủy canh.
DD dinh dưỡng CCC (cm) SL (lá/cây) LA (cm 2 /cây) SPAD
Ghi chú: Các trị số trong cùng một cột với cùng một chữ cái không có sự khác biệt có ý nghĩa thống kê P < 5% theo phần mềm R NST biểu thị ngày sau khi trồng; CCC là chiều cao cây; SL là số lá; và LA là diện tích lá.
Dung dịch dinh dưỡng Hoagland Arnon thường được sử dụng trong nghiên cứu trồng rau ăn lá bằng phương pháp thủy canh, cung cấp chất dinh dưỡng chất lượng cao cho cây trồng thu hoạch ngắn hạn Đây cũng là dung dịch đầu tiên được công nhận là phù hợp cho sự phát triển của cây cà chua với năng suất cao Tuy nhiên, một số nghiên cứu chỉ ra rằng hàm lượng các nguyên tố trong dung dịch này có thể vượt quá mức quy định cho rau ăn lá, cùng với nguy cơ ô nhiễm môi trường do dư lượng dinh dưỡng sau thu hoạch Do đó, việc tối ưu hóa tiềm năng của dung dịch Hoagland trong trồng rau ăn lá cần được nghiên cứu thêm, đồng thời là cơ sở cho các thí nghiệm trồng cây cải bó xôi với ba dung dịch dinh dưỡng SH1, SH3 và SH5.
Bảng 3.5 trình bày ảnh hưởng của các loại dung dịch dinh dưỡng đến các yếu tố cấu thành năng suất và năng suất của cây cải bó xôi giống PD512 được trồng trên hệ thống thủy canh hồi lưu (42 NST) Nghiên cứu này giúp xác định sự tương tác giữa dinh dưỡng và năng suất cây trồng, từ đó tối ưu hóa quy trình canh tác trong môi trường thủy canh.