Kỹ thuật màng dinh dưỡng trong thủy canh

Kỹ thuật màng dinh dưỡng ( nutrient film technique hay NFT ) là một dạng kỹ thuật thủy canh mà trong đó một dòng nước rất nông có chứa tất cả các chất dinh dưỡng hòa tan cần thiết cho sự phát triển của cây trồng được tái tuần hoàn qua bộ rễ trần của cây trong một rãnh kín nước ( watertight gully ), hay còn gọi là kênh hoặc máng ( channels ). Việc tự động hóa sẽ dễ dàng hơn nhiều so với nuôi cấy trong dung dịch tĩnh vì việc lấy mẫu, điều chỉnh nhiệt độ, độ pH và nồng độ chất dinh dưỡng đều có thể được thực hiện trong một bể chứa lớn có khả năng phục vụ lên tới hàng ngàn cây trồng. Khác với hệ thống bấc, hệ thống NFT rất hiếm khi sử dụng chất trồng vì rễ cây đã có đủ độ ẩm, chất dinh dưỡng và Ôxy từ hệ thống.

Lần cập nhật nội dung gần nhất: 1/3/2021.

Lưu ý: Thông tin trong bài viết được tham khảo và tổng hợp từ nhiều nguồn nên có thể có sai sót. Rất mong bạn đọc góp ý và sửa lỗi để cải thiện chất lượng đọc của bài viết.

Người tiên phong

Kỹ thuật màng dinh dưỡng được Allen Cooper, một nhà khoa học tại Viện Nghiên cứu Cây trồng Glasshouse ( Glasshouse Crops Research ) ở Littlehampton, Anh đi tiên phong vào năm 1965. Cách giải thích về tên gọi của kỹ thuật này có thể gói gọn như sau; trong một hệ thống lý tưởng, độ sâu của dòng tuần hoàn rất nông, chỉ hơn một màng nước, do đó mới có tên là ‘màng dinh dưỡng’; điều này đảm bảo bộ rễ dày của cây phát triển ở đáy kênh hoàn toàn nhận được đủ lượng không khí tiếp xúc. 

Mô tả kỹ thuật màng dinh dưỡng

Hệ thống màng dinh dưỡng hoạt động như sau, máy bơm sẽ bơm nước được hòa tan các chất dinh dưỡng lên các kênh đã gắn sẵn cây trồng. Kết hợp với một ống xả có nhiệm vụ đưa dung dịch dinh dưỡng không sử dụng hết quay trở lại bể chứa để tái sử dụng.

Điểm đặc biệt của hệ thống màng dinh dưỡng là dòng dinh dưỡng liên tục chảy qua rễ, việc này được thực hiện bằng trọng lực ( kênh được đặt nghiêng so với mặt sàn ). Do vậy điện năng sử dụng sẽ chỉ được dùng để chạy máy bơm. Khi đó, dung dịch thủy canh sẽ được bơm liên tục vào đầu cao và tự động chảy xuống đầu thấp theo độ dốc kênh giúp toàn thể cây trồng đều nhận được lượng dinh dưỡng cần thiết. Cách xây dựng của hệ thống sẽ khiến dòng dinh dưỡng liên tục chảy thành một lớp “màng mỏng” ở đáy kênh nơi rễ cây dễ dàng tiếp cận, đảm bảo rằng tất cả rễ cây được tưới và “cho ăn” nhưng không được ngâm hoàn toàn trong nước; cho phép phần trên của rễ vẫn sẽ khô và có cơ hội được tiếp cận với Ôxy trong không khí. Ngoài ra, hệ thống còn trang bị thêm một ống hứng để kênh thải dung dịch vào đó nhằm dẫn dung dịch vào bể chứa một cách hiệu quả.

Một số hệ thống còn lắp đặt thêm bộ phận theo dõi và kiểm tra nồng độ dinh dưỡng, độ pH và mức nước của dung dịch, giúp người sử dụng có thể dễ dàng nắm bắt và theo dõi quá trình sinh trưởng cũng như tốc độ phát triển của cây.

Trước nhu cầu ngày càng gia tăng, một số hệ thống màng dinh dưỡng đã bắt đầu sử dụng những ống trụ tròn thay vì kênh có đáy phẳng; giúp người dùng có thể dễ dàng đặt để cả hệ thống ở một góc và đảm bảo dòng dung dịch dinh dưỡng chảy trực tiếp đến rễ mà không bỏ sót bất kì phần nào. Hầu hết trong các hệ thống tự làm ( Do It Yourself systems hay DIY systems ) hiên nay, người ta rất hay dùng ống tuýp hoặc ống PVC tròn để thiết kế; với các lỗ được khoan sẵn để đặt vừa rọ nhựa thủy canh. Nhược điểm khi áp dụng ống nhựa tròn là màng dinh dưỡng sẽ không thể thấm đều rễ và nếu người thiết kế tính toán sai độ dốc hoặc tốc độ dòng chảy, các vấn đề về tăng trưởng sẽ rất dễ xảy ra, gây ảnh hưởng lớn đến năng suất. Nhưng khi chuyển qua khay trồng có đáy phẳng, vấn đề này về cơ bản được giải quyết.

Yêu cầu kỹ thuật

Hệ thống NFT được thiết kế dựa trên việc sử dụng độ dốc kênh, tốc độ dòng chảy và chiều dài kênh phù hợp. Cụ thể:

Độ dốc kênh ( channel slope ): Độ dốc kênh có thể được cung cấp bởi sàn, thêm địa chất ( benches ) hoặc giá đỡ chẳng hạn. Theo khuyến nghị, độ dốc dọc theo các kênh phải đạt tỷ lệ 1:100, nhưng theo thực tế sản xuất, rất khó để xây dựng nền đất sao cho các kênh đảm bảo đủ độ dốc như trên để màng dinh dưỡng tuần hoàn mà không bị ứ đọng tại một số khu vực trũng cục bộ. Thay vào đó, người ta sẽ sử dụng độ dốc đạt tỉ lệ từ 1:30 đến 1:40, cho phép kiểm soát tốt những bất thường nhỏ trên bề mặt, nhưng kể cả với những độ dốc như trên, tình trạng ứ đọng và úng nước vẫn có thể xảy ra.

Tốc độ dòng chảy ( flow rates ) và chiều dài kênh: Theo quy định chung, tốc độ dòng chảy cho mỗi rãnh nước ( gully ) phải là một lít trên mỗi phút. Khi trồng, tỷ lệ theo quan sát có thể bằng một nửa mức trên và trường hợp đạt giới hạn trên 2 lít mỗi phút rất hay xảy ra ( liên quan đến một số vấn đề về dinh dưỡng ). Thực tế cho thấy, tỷ lệ tăng trưởng của nhiều loại cây trồng có dấu hiệu suy giảm đối với các kênh dài hơn 12 mét. Với một số loại cây trồng phát triển nhanh và mạnh, nhiều cuộc thử nghiệm đã chỉ ra rằng, trong khi mức Ôxy luôn được cung cấp đầy đủ, nguồn Nitơ vẫn có thể bị cạn kiệt dọc theo chiều dài của kênh. Do đó mà người ta kết luận, chiều dài kênh không được vượt quá 10 – 15 mét; nếu không sẽ gây bất lợi với cây trồng. Trong nhiều tình huống bất khả kháng, việc suy giảm tốc độ tăng trưởng ở cây trồng có thể giảm thiểu bằng cách đặt một nửa nguồn cấp dinh dưỡng khác dọc theo rãnh và giảm một nửa tốc độ dòng chảy qua mỗi đầu ra. 

Ưu điểm của kỹ thuật màng dinh dưỡng

Thuận lợi với cây trồng cạn và đảm bảo độ sạch của thành phẩm: Với “độ mỏng” của dòng tuần hoàn, công đoạn cung cấp dinh dưỡng sẽ không gây “khó dễ” nhiều đến khả năng tiếp cận Ôxy không khí của rễ cây. Qua đó hạn chế được việc sử dụng thuốc bảo vệ thực vật cũng như dễ dàng điều chỉnh hàm lượng dinh dưỡng nên sản phẩm đến tay người dùng thường đạt chất lượng rất cao. Áp dụng được cả với những loại rau trái vụ.

Dễ lắp đặt: Cách xây dựng hệ thống tương đối đơn giản, không yêu cầu nhiều thiết bị, dễ dàng mở rộng trong tương lai theo nhu cầu sản xuất. Cụ thể, các kênh hoặc ống dễ dàng lắp ghép, không chiếm nhiều diện tích, thuận lợi cho việc vệ sinh. Hệ thống sử dụng trọng lực để xả ngược dòng dung dịch vào bể chứa nên không đòi hỏi bất kỳ cơ chế thoát nước phức tạp nào.

Dòng dinh dưỡng liên tục chảy qua rễ: Dưới sự “điều động” của trọng lực, NFT tỏ ra vượt trội hơn hẳn nhất là khi so với hệ thống thủy canh tĩnh. Thứ nhất, dòng tuần hoàn giúp ngăn chặn sự ứ đọng, nguồn cơn cho sự phát triển của tảo và nấm. Thứ hai, sự chuyển động đầy nhất quán này của dòng dinh dưỡng cũng giúp ngăn ngừa sự tích tụ muối trong vùng rễ đến nồng độ có thể gây độc với cây trồng.

Không yêu cầu chất trồng: Hầu hết các quy trình lắp đặt “màng dinh dưỡng” hiện nay đều không yêu cầu chất trồng mà thay vào đó, cây trồng được gắn trực tiếp vào các rọ thủy canh trên kênh hoặc ống thông qua các lỗ cắt giúp rễ cây ẩn hoàn toàn khỏi ánh sáng và dễ dàng tiếp cận với màng nước. Kiểu thiết lập không yêu cầu chất trồng này tuy gây bất lợi với một số cây trồng cần nhiều giá đỡ nhưng lại tiết kiệm được chi phí thuê nhân công đối với những khâu như làm đất, làm cỏ, vun xới và bảo trì.

Thuận lợi trong việc kiểm tra vùng rễ: Khi không sử dụng chất trồng, người làm vườn sẽ dễ dàng kiểm tra xem bộ rễ đang phát triển ra sao và nhanh chóng phát hiện ra vấn đề có thể gây ảnh hưởng đến sức khỏe và sự phát triển bình thường của cây.

Nhược điểm của NFT

Chi phí xây dựng bước đầu thường khá cao, gây khó khăn cho việc áp dụng trên quy mô lớn.

Nguồn dinh dưỡng cần phải đảm bảo theo đúng tiêu chuẩn được quy định sẵn.

Hệ thống không thực sự hoạt động tốt với các cây có bộ rễ lớn cũng như không quá ưu tiên với những cây cần nhiều vật hỗ trợ như cọc, giàn leo ( cà chua, ớt, dây tây, cà tím loại nhỏ, … ). Cây quá cao, tán nhiều hoặc cho quả nặng cũng ít khi hoặc hiếm được triển khai trên NFT như ngô, dưa chuột, các loại bí như bí xanh, bí ngô, …

Hệ thống có rất ít tác dụng đệm ( buffering ) để chống lại sự gián đoạn trong luồng. Cụ thể, NFT không sử dụng bộ hẹn giờ tự động được kết nối đến máy bơm do máy bơm ở đây phải hoạt động liên tục, nên sẽ là một vấn đề lớn trong trường hợp mất điện, tắc nghẽn hoặc hệ thống gặp trục trặc, nguy hiểm nhất là các sự cố trên xảy ra lúc đêm muộn, ít người quản lý.

Tài liệu tham khảo:

• Hydroponics – Wikipedia tiếng Anh
• Hệ thống thủy canh NFT là gì? Công nghệ màng mỏng dinh dưỡng – thietbithuycanh.vn
• Kỹ thuật màng mỏng dinh dưỡng NFT trong thuỷ canh – lisado.vn
• Nutrient Film Technique in Hydroponic Gardens – thespruce.com