- Hệ thống ánh sáng;
- Hệ thống cảm biến để đo pH, nhiệt độ, ánh sáng, độ ẩm.
Sơ đồ hệ thống khí canh
Khí canh áp suất thấp: cây treo lơ lửng trên bồn đựng dưỡng chất. Bơm có áp suất thấp cung cấp dung dịch dưỡng chất qua vòi phun hay bộ chuyển đổi siêu âm (ultrasonic transducers). Dung dịch còn dư sẽ nhỏ giọt trở lại bồn chứa. Thích hợp dùng trong hộ gia đình trồng các loại rau như xà lách, cải ngọt, cà chua bi.
Khí canh áp suất cao: sương mù được tạo ra bằng bơm cao áp (áp suất đạt 550 kPa, tán sương dung dịch dưỡng chất với đầu phun 20-50 micromet), đồng thời nước và không khí cần được làm sạch, tiệt trùng dưỡng chất. Hệ thống này được dùng gieo trồng các loại cây có giá trị cao hoặc có tính nghệ thuật.
Hệ thống khí canh thương mại: là hệ thống hoàn chỉnh gồm hệ thống phun áp suất cao; hệ thống sinh học nhằm tăng cường sự trưởng thành của cây trồng; hệ thống kiểm soát và chống dịch bệnh; hệ thống theo dõi thời gian và dưỡng chất cung cấp; hệ thống phân phối điều tiết ánh sáng; cảm biến nhiệt độ môi trường; cảm biến bảo vệ an toàn,…Hệ thống này phù hợp cho cây trồng giá trị cao, quay vòng nhiều vụ mùa. Hệ thống thương mại tiên tiến còn bao gồm dữ liệu thu hoạch, quan sát phân tích phản hồi, kết nối internet.
Khí canh: bắt đầu và phát triển
Hoa lan nhiệt đới mọc lơ lửng trên cây trong tự nhiên có lẽ là cảm hứng để các nhà khoa học trong những năm 1920 nghĩ đến khí canh nhằm tạo điều kiện dễ dàng để nghiên cứu sự phát triển của cây trồng. Tuy nhiên khí canh không được phát triển cho đến những năm 1970, và đến nay, khí canh đã chứng tỏ rất thích hợp để nhân giống, nghiên cứu sinh lý phát triển cây trồng và phát triển nông nghiệp đô thị.
Năm 1942, W. Carter, được biết là người đầu tiên trồng cây trong không khí và đã mô tả một phương pháp trồng cây trong hơi nước để thuận tiện kiểm soát rể.
Năm 1944, L.J. Klotz lần đầu tiên nghiên cứu bệnh rể trên cây có múi qua cách trồng trong sương mù.
Năm 1952, G.F. Trowel đã trồng táo trong sương phun.
Năm 1957, F. W. Went, người đầu tiên gọi phương pháp trồng cây trong không khí là “aeroponics”, đã trồng cà phê và cà chua với rể lơ lửng trong không khí và phun sương mù dưỡng chất lên rể cây.
Năm 1966, B. Briggs lần đầu tiên giới thiệu khí canh và đưa công nghệ này từ phòng thí nghiệm ra thương trường.
Hè năm 1976, John Prewer, nhà nghiên cứu người Anh đã trồng thực nghiệm cải xà lách (lettuces) lớn lên trong 22 ngày trong ống nhựa và không khí được cấp bằng quạt, nước và không khí cấp dạng giọt sương.
Năm 1982 tại Disney Epcot Center, hệ thống khí canh xuất hiện lần đầu trước công chúng. Kỹ thuật này trở nên phổ biến hơn khi Cơ quan Hàng không và Vũ trụ Mỹ (NASA - National Aeronautics and Space Administration) đặc biệt quan tâm và bắt đầu nghiên cứu khí canh trong môi trường không trọng lực trên các tàu con thoi và trạm không gian. Cũng trong năm này, ở Israel, Nir Isaac sáng chế thiết bị khí canh áp suất thấp cung cấp dưỡng chất cho cây treo lơ lửng được giữ bằng chất dẻo xốp (styrofoam) trên khay.
Năm 1983, Richard J. Stoner đã nộp đơn đăng ký sáng chế thiết bị và qui trình khí canh đầu tiên được gọi là “Genesis Growing System” (tạm dịch “Hệ thống sáng tạo của Chúa”) và được coi là sự đột phá trong canh nông. Trong năm này, Richard J. Stoner cũng đã nộp đơn đăng ký sáng chế bộ vi xử lý đầu tiên phân phối đồng thời nước và dưỡng chất đến khay trồng.
Năm 1985, Công ty Genesis Technology INC (Gti - công ty của Stoner) lần đầu tiên sản xuất, đưa ra thị trường hệ thống "Genesis Growing System" quy mô lớn, là hệ thống khép kín, tuần hoàn và được kiểm soát bằng vi xử lý để trồng cây thương mại. Stoner đã khởi đầu công nghiệp khí canh, là người đứng đầu trong nghiên cứu và là tác giả nhiều bằng sáng chế về khí canh của NASA, ông còn là thành viên hiệp hội BioServe Space Technology. Công ty Stoner hiện có mặt trên thị trường với nhãn hàng True Aeroponics™.
Đến năm 2006, khí canh được sử dụng trên toàn cầu.
Hệ thống “Genesis Growing System” của GTi’s
Khí canh dưới góc nhìn sáng chế
Theo dữ liệu sáng chế (SC) Wipsglobal, Công ty ADI-Aeroponics Growth Ltd. đã nộp đơn đăng ký SC liên quan đến khí canh sớm nhất vào ngày 26/07/1976 tại Israel, tên SC là: “Phát triển cây trồng trong điều kiện khí canh” (Plant growth under aeroponic conditions), tác giả SC là Nir Isaac. Tuy nhiên người đầu tiên tạo ra công nghệ và hệ thống khí canh hoàn chỉnh là Richard J. Stoner, ông là đồng tác giả với Steven M Schorr trong SC: “Phương pháp và thiết bị để nhân giống cây trồng bằng khí canh” (Method and apparatus for aeroponic propagation of plants) được đăng ký tại Mỹ vào năm 1983 (số SC US 1983 -455989) với chủ quyền SC thuộc về Công ty Genesis Technology INC. Sau đó SC này được tiếp tục đăng ký bảo hộ độc quyền vào năm 1984 tại các nơi: Nam Phi (số SC ZA 8400087), Tổ chức sáng chế châu Âu (số SC EP 1984-200064), Canada (số SC CA 444736), Úc (số SC AU 1984-024364) và Tổ chức Sở hữu Trí tuệ Thế giới (số SC PCT-EP1984- 000016).
Đến nay đã có 132 SC về khí canh trên thế giới. Những năm gần đây số lượng đăng ký SC về khí canh gia tăng nhiều hơn (BĐ 1), chủ yếu về các hệ thống, trang thiết bị dùng trong kỹ thuật khí canh. Các đơn vị sở hữu nhiều SC về khí canh là Tập đoàn Aerogrow International INC. (Mỹ), Công ty Consulagri SRL (Rumani) và Công ty Said S P A (Ý) (BĐ 2). Nơi có nhiều đăng ký SC về khí canh là Mỹ chiếm đến 47 %, kế đến là Tổ chức Sở hữu Trí tuệ Thế giới (14 %) và Trung Quốc (11 %) (BĐ 3).
BĐ 1: Phát triển số lượng đăng ký SC về khí canh trên thế giới
Nguồn: Wipsglobal, KL.
BĐ 2: Các đơn vị sở hữu nhiều SC về khí canh
Nguồn: Wipsglobal, KL.
BĐ 3: Nơi có nhiều đăng ký SC về khí canh
Nguồn: Wipsglobal, KL.
Phát triển khí canh ở Việt Nam
Nghiên cứu về khí canh ở Việt Nam bắt đầu vào năm 2006, GS.TSKH Nguyễn Quang Thạch (Viện Sinh học Nông nghiệp - Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội) thực hiện đề tài cấp Nhà nước thuộc Chương trình công nghệ sinh học quốc gia “Nghiên cứu làm chủ công nghệ khí canh và xây dựng mô hình công nghiệp sinh học sản xuất giống khoai tây, rau, hoa sạch bệnh”, được nghiệm thu năm 2010.
Huỳnh Thúy Oanh và Hoàng Hiểu Phú, sinh viên Khoa Sinh học Trường Đại học Khoa học Tự nhiên TP.HCM đã nghiên cứu thành công phương pháp khí canh trồng các loại cải xanh, cà chua, khoai tây, rau muống… Kết quả đạt năng suất ít nhất cao gấp 2 lần so với trồng và chăm sóc bình thường trên đất trong cùng một diện tích; sức tăng trưởng nhanh gấp 2,5 lần; tiết kiệm hơn 70% nước tưới*.
Là nước nông nghiệp nhưng khí canh xuất hiện còn khiêm tốn ở Việt Nam dù năng suất và chất lượng nông sản từ khí canh thật thuyết phục. Ứng dụng khí canh nhân giống khoai tây đã cho hệ số nhân giống đạt 8 - 11 lần/tháng (Nguyễn Quang Thạch, 2006); giống cây cà chua F1 cho hệ số đạt 9,84 – 11,44 lần/2 tháng so với thủy canh và trên nền đất lần lượt chỉ đạt 4,07 và 2,13 lần (Hoàng Thị Nga, 2009)**. Cà chua trồng khí canh với các thông số kỹ thuật tối ưu cho khả năng sinh trưởng tốt, đạt năng suất cao: 102 tấn/ha/vụ đông và 70,28 tấn/ha/vụ xuân hè***.
Ngoài khoai tây, Viện Sinh học Nông nghiệp còn nhân giống cà chua, dâu tây, ớt ngọt, hoa cẩm chướng,.. bằng công nghệ khí canh. Các công nghệ này đã được chuyển giao cho những người chuyên trồng rau, củ sạch ở những vùng trọng điểm của Hà Nội và Lâm Đồng.
Ông Lê Văn Cường - Giám đốc Công ty TNHH Dalat G.A.P cho biết, sau khi được GS-TS Nguyễn Quang Thạch chuyển giao công nghệ trồng khoai tây bằng khí canh, ông đã đầu tư 500 triệu đồng thực hiện mô hình trồng trên 500m2 trong nhà kính. Trải qua 3 vụ trồng thử nghiệm, ông Cường tự tin khẳng định phương pháp mới này đã cơ bản thành công và có thể ứng dụng để chủ động giải quyết nguồn giống sạch bệnh với “chất lượng ngoại mà giá cả nội” ****.
Để phù hợp với điều kiện kinh tế của Việt Nam, GS.TSKH Nguyễn Quang Thạch đã dựa trên cơ sở hệ thống khí canh của trường Đại học Colorado (Mỹ) tạo ra một hệ thống trồng rau khí canh đơn giản với hộp xốp và hệ thống bơm chỉ tốn gần 1 triệu đồng chi phí cho 1 m2.
Hy vọng với nỗ lực của các nhà khoa học, công nghệ khí canh sẽ là nền tảng để phát triển nông nghiệp đô thị tại Việt Nam, nhất là tại TP.HCM.
Nhà trồng khoai tây khí canh, người đứng giữa
là GS. TSKH. Nguyễn Quang Thạch(Ảnh: QT)
*: Chánh Trung/ Trồng rau không cần đất/ 2011.
**: Trần Thế Mai, Nguyễn Thị Sơn, Hoàng Thị Nga, Nguyễn Hoàng Thạch, Nguyễn Thị Lý Anh/Ứng dụng hệ thống khí canh trong nhân giống Lan Hoàng Thạch Thảo ở vườn ươm/ 2012.
***: Hoàng Thị Nga, Nguyễn Quang Thạch, Trần Khắc Thi/Nghiên cứu trồng cây cà chua F1 bằng kỹ thuật khí canh/ 2012.
****: Phan Hữu Dụng/ Trồng khoai tây bằng công nghệ khí canh/ 2013.
ANH TRUNG, STINFO Số 5/2014
Tải bài này về tại đây.