Môi trường cho trồng rau thủy canh

Có ba lý do chính giải thích tại sao chúng ta thay đất bằng môi trường trơ trong phương pháp thủy canh:

Thứ nhất, mặc dù đất có chứa các sinh vật có ích như ví khuẩn và giun nhưng nó cũng chứa nhiều hiểm họa đối với cây trồng. Vi khuẩn và nấm mốc trong đất gây hại ở các giai đoạn phát triển khác nhau của cây trồng. Ngoài ra còn có cỏ hoặc câv dại khác mọc quanh.

Thứ hai, phương pháp thủy canh định kỳ cung cấp các chất khoáng theo yêu cầu thông qua các dung dịch dinh dưỡng nên không cần đến đất.

Thứ ba, nếu dùng đất, đất sẽ bị rửa trôi theo hệ thống tuần hoàn dung dịch dinh dưỡng, làm tắc ống dẫn và các vòi phun tưới.

Môi trường thích hợp thay thế đất trong phương pháp thủy canh phải có các đặc tính sau: thành phần của nó phải thích hợp cho hệ thống rễ cây. Môi trường ổn định, chắc chắn, có khả năng hấp thu và giữ ẩm. Hơn nữa, môi trường phải có độ xốp để lưu thông không khí quanh hệ thống rễ và có đặc tính thoát nước tốt. Cuối cùng, môi trường phải bảo vệ hệ thống rễ, chịu được sự khắc nghiệt của nhiệt độ.

Dưới đây ta sẽ xem xét một số loại môi trường thường sử dụng phổ biến nhất.

1. Cát

Cát là một trong những môi trường được sử dụng sớm nhất, rẻ, luôn có sẵn và dễ làm sạch. Thường dùng cát thô vì cát mịn thoát nước kém. Hai nhược điểm trong việc sử dụng cát là trọng lượng cát nặng khi ướt và tốc độ khô nhanh. A. H. Sundström đã có những thành công đáng kể trang việc sử dụng môi trường cát.
Thực tế có rất nhiều loại vật liệu khác nhau. Ví dụ như cát vàng, sỏi với nhiều hình dáng, kích thước, cấu tạo và màu sắc khác nhau. Cát vàng có thể có kích thước từ 0,25 đến 2,0 mm, đá nhỏ có thể có các góc cạnh hoặc tròn. Các vật liệu khoáng có chứa đá vôi như vỏ sò, cát có thể bị nhiễm bẩn các chất phù sa hoặc các chất hữu cơ.
Cát tốt nhất để sử dụng là cát khai thác từ sông hồ được rửa sạch có đường kính theo thứ tự giảm dần 2,0 đến 0,6 mm, hoặc có thể nhỏ hơn nhưng thường rất khó khai thác được loại cát có đường kính nhỏ hơn.

Cát dùng trong xây dựng thường phù hợp và phổ biến hơn cả, dễ khai thác. Một vài loại cát xây dựng có thể lẫn cả vỏ sò hoặc các chất đá vôi khác có thể làm thay đổi cân bằng pH trong dung dịch dinh dưỡng.

Những nhà trồng vườn kinh doanh có thể sơ bộ xử lý cát lẫn đá vôi bằng dung dịch supephosphat qua đêm. Sau khi xử lý vỏ sò vẫn còn phủ một lớp tricanxi phosphat, sau một thời gian nó sẽ khử dung dịch dinh dưỡng.

Có thể kiểm tra đơn giản để xác định xem trong cát có chứa vỏ sò hay không bằng cách đặt một lớp cát dày khoảng 6 mm trong cốc thủy tinh đựng nước pha một lượng axit HCl. Hiện tượng sủi bọt ít hay nhiều trong cốc cho biết lượng vỏ sò ít hay nhiều.

2. Xỉ

Xỉ được sử dụng chủ yếu trong xây dựng làm bêtông nhẹ. Các hạt màu đỏ cứng có nguồn gốc từ núi lửa và hấp thu nước tới 22% trọng lượng thông qua mao dẫn. Xỉ được sử dụng phổ biến trong trồng cây kinh doanh vì tương đối rẻ. Kích thước hạt được sử dụng trong phương pháp thủy canh có đường kính từ 5 đến 10 mm. Bản chất hạt rỗng cho phép tuần hoàn không khí tốt. Nhược điểm chính của xỉ là nặng.

Ở Melbourne xỉ qua sàng kích thước 1 cm được đóng trong các túi 5 kg và 10 kg đóng mác “Hydrorock”, có giá bán khoảng 3 -5 USD /10 kg rất phù hợp với các bình trồng cây trong gia đình.

3.Chất khoáng peclit

Peclit là môi trường rất hữu ích, cực kỳ nhẹ, khả năng giữ nước cao do Công ty liên doanh Peclit Australia sản xuất. Peclit chính do đá ở núi lửa màu xám (nhôm silicat) nung đến trên 1.000°c thành các hạt trơ màu trắng. Hạt có kích thước 3 mm và được bán để sử dụng trong kỹ thuật thủy canh là loại Peclit P500 đựng trong các túi 100 / nặng chỉ khoảng 8 kg. Các túi nhỏ có thể mua ở các vườn ươm, nhưng không kinh tế khi trồng cây bằng phương pháp thủy canh quy mô lớn. Peclit quá mịn không phù hợp cho”trồng rau thủy canh”. Peclit tương đối ổn định, thoát nước tốt mặc dù có mức hấp thu nước cao (27%), nhưng thấm chậm qua các chất khoáng nên đó là ưu điểm. Do giá thành cao nên ít được sử dụng khi trồng cây kinh doanh bằng phương pháp thủy canh. Nhưng peclit mịn được sử dụng để trồng cây giống và các cành chiết. Do nhẹ nên peclit được sử dụng phổ biến để trồng cây bằng phương pháp thủy canh trong nhà.

Phải cẩn thận khi sử dụng peclit khô vì bụi peclit có hàm lượng silic cao, hít phải dễ bị sưng phổi. Để lắng bụi peclit khô cần tưới nước vào các túi bằng plastic đặt trong không khí. Phun nhẹ vào bên trong túi plastic bằng vòi tưới trước khi đưa peclit vào sẽ an toàn khi sử dụng. Không nên cho quá nhiều nước hoặc đóng túi plastic quá nặng.

Một lượng peclit mịn dư có thể lắng thành bùn hoặc đóng thành khối ở chỗ thoát nước của chậu. Để hạn chế ảnh hưởng của chất lắng không nên cho dịch lỏng ngập chậu vì dễ làm cho peclit kết tủa. Peclit chất lượng tốt sinh ra rất ít bùn.

Về bản chất, khoáng chất peclit có nguổn gốc từ các nham thạch núi lửa, được sử dụng rộng rãi tại Mỹ về thành phần cấu tạo, peclit là hợp chất không tan của silic đioxyt nhôm, natri, và kali có thành phần như ở bảng 1.4.

Bảng 1.4. Thành phẩn cấu tạo của peclit

Thành phần	%
Sílic oxyt (S1O2)	73,06
Nhôm oxỵt (Al203)	15,30
Sắt oxyt (Fe203)	1,05
Canxi oxyt (CaO)0,80	1,92
Magie oxyt (MgO)	0,05
Kali oxyt {K2O)	4,50
Natri oxyt (Na20)	3,65

Chất khoáng thiên nhiên cung cấp cho trồng thủy canh phải được sàng lọc và nung ở nhiệt độ 910°c, ở nhiệt độ này sẽ tạo ra nhiều lỗ hổng nhỏ trên bề mặt. Trong quá trình nung nóng, khối khoáng chất phồng to gấp bốn đến hai mươi lần khối ban đầu.

Dấu hiệu để biết được khối lượng đó đã đạt yêu cầu chưa căn cứ vào hình dáng của khoáng chất và khối lượng riêng thấp của nó. Sau khi nung bề mặt riêng tăng lên rất nhiều và các bọt khí bay ra tạo thành những lỗ hổng có khả nâng thấm hút nước nhiều hơn so vói các phần tử khoáng chất chưa nung. Khoáng chất peclit trên thị trường Nam Phi thường sử dụng có đường kính từ 2 đến 3 mm và có khối lượng riêng lừ 80 đến 110 kg/m3.

Khoáng chất peclit là môi trường lý tưởng cho hạt nảy mầm cũng như rễ phát triển theo kỹ thuật thủy canh. Hầu hết sử dụng khoáng chất peclit trong môi trường có pH trung tính. Nhược điểm của khoáng chất peclit là mềm. do đó khi vận chuyển phải nhẹ nhàng.

Khoáng chất là hợp chất silic, sắt, nhôm, magie hyđrat trong thành phần hoá học. Hợp chất này tồn tại tự nhiên ở những phiến đá mỏng. Chất khoáng này được khai thác ở Phalaborwa vùng Đóng bắc Transvaal và được xuất khẩu sang các quốc gia khác.

Để sản xuất khoáng chất phục vụ cho nghề làm vườn cần phải tạo ra lớp bùn lắng, khi nó lơ lửng trong nước thì pH đạt giá trị trung tính. Phần lớn chất khoáng dùng trong công nghiệp có giá trị pH lớn hơn 9 và do vậy chất khoáng dùng trong công nghiệp khỏng thể áp dụng trong nông nghiệp. Nhưng trong thực tế cũng có lớp bùn lắng tự nhiên có giá trị pH chỉ thay đổi xung quanh giá trị trung tính 7 một chút. Kích thước các hạt khoáng vào khoảng 1 đến 3 mm là phù hợp với việc gieo trồng.

Khoáng chất phục vụ cho ngành làm vườn được tiêu thụ rộng rãi. Một công ty nghiên cứu chủ yếu về khoáng chất phục vụ cho ngành làm vườn của Mỹ có chất lượng hàng đầu.

Đầu tiên khoáng chất khai thác đem về được nghiền ra và lọc để có được kích thưóc phù hợp với mục đích trồng trọt. Sau đó đem nung trong lò với nhiệt độ khoảng 1.000°c. Trong quá trình này nước hyđrat hoá thành hơi các khoáng chất tạo thành nhiều lớp mỏng dược nén lại với nhau và sản phẩm cuối cùng có đặc tính hấp thu, nhẹ (khoảng 110 kg/m3) và vô trùng.

Do đó những hạt khoáng chất này rất có lợi đối với môi trường phát triển trong kỹ thuật thủy canh và nó trò nên lý tưởng đối với các trang trại và hộ gia đình không có nhiều cơ hội tiếp cận với những phương pháp khác.

Tuy vậy phương pháp bón cây bàng chất khoáng cũng có những nhược điểm nhất định:

• Nhược điểm thứ nhất: khi các mao quản mới và đầy thì môi trường hoạt động rất tốt, nhưng sau một thời gian sử dụng các mao quản bị hao mòn và hư hỏng, vì vậy vật liệu cần phải được phục hồi những tính chất tự nhiên.

• Nhược điểm thứ hai: khó khăn cho việc khử trùng bằng hóa chất các khoáng chất đã sử dụng. Với cát vàng việc khử trùng và rửa không khó khăn. Nhưng đối với các chất khoáng thi có khó khăn vì độ hấp thu của nó rất lớn. Tại các khu vực có nhiều gió, các phần tử khoáng nhẹ trên bề mặt có xu hướng dễ bay hơn. Có thể khắc phục hiện tượng này bằng cách trộn các phần tử khoáng chất này với cát, nhưng do có sự khác nhau về khối lượng riêng (phần tử khoáng chất 110 kg/m3, cát 1.400 kg/m3) nên không thể khắc phục bằng cách trộn một cách tuyệt đối được (được tác giả đã coi đây là một vấn đề cần thiết đối với bất kỳ một người làm vườn nào). Trộn khoáng chất với môi trường rắn khác, đặc biệt là cát.

Bảng 1.5 Ưu điểm và nhược điểm của khoáng chất

Ưu điểm	Nhược điểm
Tính thấm hút cao, có khả năng giữ được độ ẩm trong nhữg ngày khô, nóng	Độ ẩm quá lớn đối với điều kiện khí hậu ướt
Phải có quạt thoáng khí để cung cấp oxy cho rễ cây	Nếu độ ẩm quá lớn chất khoáng sẽ tơi ra
Chất khoáng rất khó tái sinh	Không thể dễ tái sinh khoáng chất vì rât khó làm sạch bên ngoài nó trong môi trường hoá học
Đặc tính nhẹ nên dễ vận chuyển	ở những vùng có nhiều gió thì các hạt nhẹ không thích hợp

Tuy nhiên khoáng chất là môi trường lý tưởng cho các hạt cây trồng phát triển. Đây là trạng thái ấm bởi vì nó giữ nhiệt tốt, đó là một ưu điểm dễ thấy trong việc gieo hạt.
Nói tóm lại, khoáng chất phù hợp đối với các mô hình như sau:
– Những nơi muốn được tiếp cận thực tế với kỹ thuật thủy canh bằng chai lọ hoặc trong các hốc cửa sổ tại ban công và trong nhà.
– Hầu hết những người làm vườn đều mong muốn có được những kiến thức phổ thông về phương pháp này- phương pháp mà khi gieo hạt trong vườn hay trong chai lọ bằng thủy canh đều có hiệu quả cao.
– Người làm vườn mong muốn được trồng cây theo phương pháp này không chỉ ở quy mô nhỏ mà còn với quy mô lớn.
Những vấn đề trên không được áp dụng với việc trồng hoa và rau để kinh doanh. Vì vậy chỉ có lai tạo và cấy ghép cây theo phương pháp công nghiệp thì mới có hiệu quả, mới đáp ứng được yêu cầu cho kinh doanh. Khi trồng cây theo phương pháp công nghiệp thì giá trị pH trong nước cần đạt lớn hơn 9,5. Với giá trị pH đó không thể sử dụng kỹ thuật thủy canh nếu như không có biện pháp điều chỉnh thích hợp.
Những người trồng cây theo kỹ thuật thủy canh muốn sử dụng khoáng chất vào gieo hạt, nhưng cần phải xác định được giá trị pH thích hợp để cho hạt gieo phát triển. Trong nước cất giá trị pH trên 7,5 nên cần phải xử lý.
Dưới đây là một vài biện pháp xử lý:
– Cho vào mỗi túi nilon 1 kg khoáng chất, 8 lít nước và 20 g monoamoni phosphat rồi khuấy cho tan ra.
– Cho thêm các hạt khoáng chất vào.
– Khuấy liên tục và để lắng qua đêm.
– Rót dung dịch đã lắng vào khay có hạt trong đó.
– Thay nước bốn lần, sau mỗi lần rửa phải tháo nước ra trước khi rửa lần khác.
Bể chứa dung dịch phù hợp cho sự phát triển của cây. Hạt cây sẽ nảy mầm và phát triển bình thường trong dung dịch.
Khi trồng với số lượng lớn áp dụng biện pháp xử lý tương tự như cách sử dụng khoáng chất, ví dụ trồng cây theo phương pháp kỹ thuật thủy canh hoặc trồng trong bồn hoa bên cửa sổ, mỗi trường hợp như vậy sử dụng dung dịch nước theo tỷ lệ monoamoni phosphat 20 g : lkg khoáng chất.
Kinh nghiệm gần đây cho thấy, thành phần khoáng chất trong công nghiệp có giá trị pH quá cao thường phải giảm tới độ pH = 7 bằng cách tưới nhỏ giọt liên tục.

1.3.4. Chat khoáng vecmiculit

Nhờ sản xuất hàng loạt theo quy mô thương mại, ở Úc loại khoáng này đã có giá rẻ hơn nhiều so với trước, hiện giá bán tương tự như peclit. Giống như peclit, vecmiculit được sản xuất ở nhiệt độ cao bằng cách xử lý các khoáng chất. Các mảnh mica thô có chứa nhôm silicat và sắt silicat nở ra gấp vài chục lần thể tích ban đầu và trở thành các hạt cực nhẹ xốp có thể chứa đến 50% thể tích nước. Hầu hết các nhà trồng vườn đều biết đến sản phẩm này với màu nâu tươi, đóng gói hỗn hợp. Các hạt mịn là môi trường lý tưởng giữ ẩm và bảo vệ hạt nảy mầm.

Trong kỹ thuật thủy canh người ta còn dùng hỗn hợp vecmiculit với xỉ hoặc peclit theo tỷ lệ 1:5 hoặc 1:10 để tăng cường khả năng giữ nước của hỗn hợp. Nhược điểm của vecmiculit là không như các môi trường khác, nó có xu hướng bị gãy vỡ theo thời gian, làm tắc hệ thống dẫn, lọc tuần hoàn, ở các hệ thống đơn giản hơn thì khả năng thoát nước giảm.

1.3.5. Vật liệu nền growool

Loại vật liệu nền này do Công ty CSR Bradford (Melbourne) đưa ra thị trường vào năm 1982, một sự kiện đáng kể trong lĩnh vực thủy canh được đón nhận nồng nhiệt. Nhiều năm trước đó người ta chỉ biết có một vật liệu nền dạng hạt tương tự được dùng phổ biến ở Châu Âu, đặc biệt ở Hà Lan và Đan Mạch. Các nhà trồng vườn kinh doanh ở các nước này đã sử dựng loại vật liệu nền này trong nuôi trồng thủy canh, kể cả cà chua, rau diếp, dưa chuột, các loại hoa và nhân giống cây.

Growool được sản xuất bằng cách nung hỗn hợp đá badan, đá vôi và silica đến 1.600°C, sau đó được xử lý đặc biệt để tạo ra các khối sản phẩm.

Sản phẩm growool cực nhẹ, một mét khối chỉ cân nặng có 80 kg, có thể dùng dao sắc cắt thành từng miếng theo hình dạng kích thước yêu cầu. Growool là vật liệu vô cơ khô, trơ và khống liên kết với bất cứ hóa chất nào trong cấu trúc của nó. Growool có khả năng giữ nước và không khí tuyệt vời, đến 80% nước và 17% không khí. Vật liệu này có giá thành tương dối rẻ được bán trên thị trường có dạng khối được bao gói cẩn thận. Người ta gieo hạt hoặc cho hạt đã nảy mầm lên đó. Khi cây đủ lớn thì hạ dần khối vật liệu ngập sâu hơn trong khay chứa dung dịch dinh dưỡng. Ưu điểm đặc biệt của vật liệu nền growool là có thể di chuyển cây từ chỗ này đến chỗ khác. Ví dự khi trồng rau thơm có thể cho vào chỗ thích hợp, đến khi hết lại đưa ra nuôi trồng lứa khác. Tương tự như vậy, khi trồng rau diếp hoặc hoa cũng có thể chuyển đến nơi dùng tại chỗ, sau đó dùng lại vật liệu nền để trồng mới.

Growool là vật liệu không độc, an toàn khi dùng trực tiếp, đây là ưu điểm lớn đối với những ngưòi bận rộn. Ban đầu, khi rửa growool sẽ có bọt vàng nổi lên, chất dịch này hoàn toàn trung tính và không có ảnh hưởng độc hại. Tuy nhiên, người ta vẫn cảnh báo rằng, khi bổ sung những khối vật liệu mới vào hệ thống tuần hoàn, nếu đột ngột xuất hiện bọt vàng nên khử bỏ ngay. Vật liệu growool ngậm nước có pH = 7 sẽ luôn duy trì ở pH =7. Trước khi trồng hạt nảy mầm, tốt nhất nên cho vật liệu bão hòa với dung dịch dinh dưỡng đậm đặc và điều chỉnh sao cho pH xuống 6,2 là mức pH thích hợp với cây trồng. Khi dùng vật liệu growool thường xảy ra hai vấn đề, Thứ nhất, do khả năng giữ nước cao nên cần phải có biện pháp tiêu nước tốt để tránh phải dùng quá nhiều dung dịch dinh dưỡng. Nếu hệ thống rè bị ngập nước sẽ làm cây phát triển chậm. Thứ hai, về mặt mỹ quan, lớp bề mặt nền luôn bị bao phủ lớp rêu, tảo đen thô. Để tránh hiện tượng này người ta khuyên dùng chất dẻo mờ hoặc bọt xốp che chắn quanh cây. Các phương tiện bảo vệ này đều có bán kèm khi mua vật liệu nền growool. Mặc dù growool là vật liệu không độc song vần có khả năng kích thích da khi tiếp xúc với vật liệu khô. Khi xảy ra trường hợp này, nên dùng nước sạch rửa ngay vùng tiếp xúc. Các hạt mịn growool có thể thấm qua da, tuy nhiên chúng sẽ mềm ra khi tiếp xúc với nước. Vật liệu growool cũng có thể chế tạo ở dạng hạt, thông thường loại này thường có được do tận dụng từ vật liệu dạng khối đã qua sử dụng. Chất lượng không hề thua kém loại dạng khối. Hạt growool được đóng gói 12,5kg/bao, chủ yếu làm nền ươm hạt, ví dự như ươm hạt cà chua.

1.3.6. Vật liệu nền là đất sét nung

Cát hạt đất sét nung là loại vật liệu nền đặc biệt, được dùng phổ biến ở Châu Âu. Vật liệu này có sẵn ở Úc song ở đó lại sử dụng rất ít, chỉ thông dụng trồng cây trong gia đình. Người ta nung đất sét trong lò đến 1.200°c và xử lý theo một quy trình đặc biệt. Đất sét nở ra và sản phẩm rắn cuối cùng có độ xốp cao cho phép giữ nước và không khí tốt. Các hạt nung sắc cạnh được sản xuất ở Ôxtrâylia lại không thích ứng cho kỹ thuật thủy canh, chúng được dùng để hấp thu chất thải công nghiệp như dầu động cơ ở các trạm sửa chữa xe máy.

Đất sét nung được ứng dụng rất thành công trong các hệ thống thủy canh đơn giản. Nhiều hăng sản xuất đất sét nung có đại ỉý ở Ôxtrâỵlia, đưa ra thị trường những sản phẩm trọn gói được thiết kế khôn khéo cho sứ dụng trong gia đình, thích hợp với các hệ thống thủy canh nhỏ, tuy nhiên khá đắt so với các loại vật liệu khác.

Các chất nền thủy canh khác cũng có nhiều tài liệu dề cập đến song thường khó sử dụng, Một số nơi dùng mùn cưa cũng cho kết quả tốt, tuy nhiên những người trồng thủy canh không chuyên không nên dùng vì khả nàng thoát nước của mùn cưa kém, mùn cưa hấp thu mất dinh dưỡng và dễ gây bệnh hại. Mùn cưa không phải là vật liệu trơ và thường nhanh hư hỏng.

Các vật liệu hữu cơ tổng hợp cũng được phát triển dùng ỉàm chất nền cho kỹ thuật thủy canh, bao gồm polystiren trương nở, bọt polyuretan và ureformanđehyt. Các vật liệu này hoàn toàn trơ và khá đặc trưng trong ứng dụng thủy canh.

Các hạt phenolit gần đây cũng thu hút sự chú ý của nhiều người trong kỹ thuật thủy canh trồng cà chua, dưa chuột, hồ tiêu và nhiều loại cây trồng trong nhà kính khác. Do cấu trúc ổn định và độ xốp cao (97 – 98%), khả năng giữ nước cao và thông gió tốt.

Bảng 1.6. Những ưu điểm và nhược điểm của các môi trường

Môi truởng	Đơn giá	Trọng lượng	Thời gian sử dụng	Khả năng giữntiớc	Khả năng biẽhdổì
Cất	Thấp	Rất cao	Nhiều năm	Rất kém	Trung bình
Xỉ	Thấp	Rất cao	Nhiều năm	Trung bình	Trung bình
Pedit	Cao	Trung bình(1)	1 -3 năm	Cao	Cao
Chất khoáng	Cao	Trung bìnhí1)	1 -2 năm	Cao	Cao
Chất xơ	Cao	Cao	Nhiều năm	Rất cao	Rất cao
Chất nền dạng hạt	Trung bình	Trung bình (1)	Nhiểu năm	Rất cao	Rất cao

Ghi chú: 1) trọng lượng ẩm.