Ảnh hưởng của tỷ lệ NH4+/NO3- đến sự ổn định pH dung dịch thủy canh

Ảnh hưởng của tỷ lệ NH4+/NO3- đến sự ổn định pH dung dịch thủy canh

Hai dạng đạm NH4+, NO3- rất quan trọng đối với sự biến đổi pH trong dung dịch thủy canh. Để tìm ra giải pháp ổn định pH trong dung dịch, các nhà nghiên cứu đã tiến hành thử nghiệm trên trồng rau muống thủy canh.

Sự biến đổi pH trong dung dịch thủy canh

Thủy canh cây trồng là một công nghệ rất có ý nghĩa trong nghiên cứu cũng như trong sản xuất nông nghiệp, đặc biệt là trong điều kiện dân số đang ngày càng tăng cà đất đai dành cho canh tác nông nghiệp đang ngày càng bị thu hẹp. Tuy nhiên, một trong những trở ngại lớn nhất của kỹ thuật thủy canh đối với những nước đang phát triển là việc điều chỉnh duy trì pH của dung dịch thủy canh trong quá trình trồng cây.

Cây trồng thủy canh trong quá trình hút dinh dưỡng từ dung dịch thường làm biến đổi pH của dung dịch. Trong các nguyên tố dinh dưỡng thi đạm là yếu tố chính gây nên sự biến đổi pH của dung dịch trong quá trình cây sinh trưởng. Hiện tượng này là do cây hấp thu đạm ở 2 dạng là amoni (NH4+) và dạng nitrat (NO3-). Khi cây hút đạm dạng NH4+, pH trong dung dịch giảm. Khi cây hút đạm dạng NO3-, pH trong dung dịch tăng. Sự biến động pH này đặt ra yêu cầu đối với tất cả các hệ thống thủy canh là phải có hệ thống điều chỉnh pH.

Đối với cây trồng thủy canh thì đạm chủ yếu được bón ở dạng NO3- do dinh dưỡng thủy canh là dinh dưỡng hòa tan, cây hấp thụ nhanh, vì vậy nếu bón NH4+ ở tỷ lệ không hợp lý sẽ dẫn đến gây độc cho cây trồng thủy canh (dạng đạm NO3- không gây độc cho cây). Vì vậy ở những mô hình thủy canh có hệ thống điều chỉnh pH thì người ta thường sử dụng dạng đạm NO3-

Tuy nhiên việc sử dụng hệ thống điều chỉnh pH rất khó áp dụng ở Việt Nam do chi phí tốn kém và đây cũng là một trong những nguyên nhân chính khiến cho thủy canh cây trồng công nghệ cao mặc dù có rất nhiều điểm ưu việt nhưng vẫn không thể đi vào sản xuất đại trà được.

Với các hệ thống thủy canh đơn giản, cần phải có một giải pháp hợp lý trong việc tiếp nạp đạm ở cả hai dạng NH4+ (giảm pH) và NO3- (tăng pH) để làm cân bằng tỷ lệ pH trong dung dịch thủy canh.

Tác dụng của tỷ lệ NH4+, NO3- đối với khả năng điều hòa pH dung dịch thủy canh

Đạm là một  nguyên tố dinh dưỡng quan trọng nhất đối với cây trồng, Không giống như các nguyên tố khác, cây trồng có thể sử dụng đạm ở cả dạng ion dương, amoni (NH4+) hoặc ion âm, nitrat (NO3-).

Tất cả đạm NH4+ đều phải được tổng hợp vào các hợp chất hữu cơ trong cây. Việc đồng hóa NH4+ trong rễ sản xuất ra một lượng H+, lượng H+ này sẽ được thải vào môi trường xung quanh,  vì vậy thường làm giảm pH của môi trường xung quanh. Cây trồng thường chỉ hấp thụ NH4+ với một hàm lượng nhỏ do hàm lượng NH4+ cao dễ gây độc cho cây. Sử dụng duy nhất đạm NH4+ thường có ảnh hưởng xấu đến sinh trưởng của cây như làm thay đổi pH của môi trường và tác động gây độc trực tiếp cho cây. Tuy nhiên trong thủy canh, một lượng hợp lý NH4+ sẽ có tác dụng điều hòa pH của dung dịch.

NO3- là dạng đạm chính của cây. So với NH4+, NO3- có ưu điểm là dạng đạm dự trữ trong cây mà không cần thiết phải được đồng hóa vào các hợp chất hữu cơ. Tuy nhiên trong dung dịch thủy canh, khi cây hấp thụ nhiều NO3- sẽ thường làm tăng pH của dung dịch. Thông thường cây không bị độc trong môi trường kiềm, nhưng pH tăng nhanh trong dung dịch sẽ khiến nhiều chất dinh dưỡng trở nên kém hòa tan.

Rất nhiều nghiên cứu cho thấy việc kết hợp NH4+, NO3- với một tỷ lệ hợp lý có thể tăng năng suất cây trồng và giảm dư lượng NO3- trong rau. pH có thể được duy trì ổn định khi lượng H+ tạo ra (do đồng hóa NH4+) và lượng H+ sử dụng (do đồng hóa NO3-) tương đương nhau và do vậy cây sẽ tiêu tốn ít năng lượng. Điều này có thể giải thích vì sao một số loại cây trồng được bón kết hợp cả hai dạng đạm NH4+ và NO3- và thường đạt sinh trưởng tối đa.

Tuy nhiên, sự sai khác về mặt tỷ lệ NH4+/NO3- cũng có thể dẫn đến nhiều tác dụng ngược, ảnh hưởng đến cây trồng. Vì vậy cần có những nghiên cứu cụ thể đối với từng cây trồng trong từng điều kiện cụ thể để tìm ra tỷ lệ NH4+ hợp lý.

Tác dụng của tỷ lệ NH4+, NO3- đối với khả năng điều hòa pH dung dịch thủy canh

Tác dụng của tỷ lệ NH4+, NO3- đối với khả năng điều hòa pH dung dịch thủy canh

Thí nghiệm nghiên cứu tỷ lệ NH4+/NO3- để cân bằng pH

Nghiên cứu được thực hiện bởi chị Hoàng Thị Bích Thảo và anh Trần Văn Điền như sau:

Thí nghiệm rau muống thủy canh không hồi lưu có điều chỉnh pH

Thực hiện thí nghiệm

Thí nghiệm gồm 5 công thức được bố trí với 3 lần nhắc lại theo phương pháp ngẫu nhiên hoàn toàn:

Công thức thí nghiệm Tỷ lệ NH4+/NO3-
Công thức 1 0:100
Công thức 2 25:75
Công thức 3 50:50
Công thức 4 72:25
Công thức 5 100:0

Dung dịch dinh dưỡng nền chứa các nguyên tố dinh dưỡng như sau: 2,3 mM K, 0,77 mM Mg, 1,93 mM Ca, 0,14 mMFe, 0,29 μM Mn, 0,12 μM Cu, 17,62 μM B, 0,04 μM Mo.

Mối công thức dinh dưỡng gồm 3 thùng xốp tương ứng cho 3 lần nhắc lại. Dung dịch dinh dưỡng ban đầu của tất cả các công thức được điều chỉnh về pH 5,5. Trong quá trình cây sinh trưởng, 1 M H2SO4 và 1 M NAOH được dùng để điều chỉnh pH (Dùng 1 M H2SO4 khi điều chỉnh pH và dùng 1 M NAOH khi điều chỉnh tăng pH) 3 ngày/lần về 5,5 nhằm đảm bảo pH luôn trong phạm vi cây sinh trưởng tốt.

Sau 7 ngày, dung dịch dinh dưỡng mới của các công thức tương ứng được bổ sung vào các thùng xốp đảm bảo mỗi thùng chứ đủ 20l như ban đầu giúp cung cấp đầy đủ dinh dưỡng cho cây trong suốt quá trình sinh trưởng. Sau 14 ngày trồng trong dung dịch dinh dưỡng, tiến hành thu hoạch và đo đếm các chỉ tiêu sinh trưởng và năng suất.

Chỉ tiêu theo dõi

  • Chiều cao cây: được đo từ gốc lên vút đầu lá của cây cao nhất trong khóm, đo ngay trước thời điểm thu hoạch cây.
  • Khối lượng thân lá tươi: khối lượng thân lá tươi/khóm được cân ngay sau khi thu hoạch. Thu toàn bộ các khóm của mỗi thùng xốp, cân và xác định khối lượng thân lá tươi trung bình trên khóm.
  • pH của dung dịch: được xác định bằng bút đo pH
  • Hàm lượng NO3- trong cây: lấy ngẫu nhiên 3 khóm của mỗi lần nhắc lại rửa sạch, tráng bằng nước cất, sau đó đem sấy khô ở nhiệt độ 60-70 độ C trong 3 ngày. Cây khô được nghiền nhỏ và triết tách NO3- theo phương pháp được mô tả bởi Thao và cs (2009). Hàm lượng NO3- trong mẫu khô được phân tích bằng phương pháp axit salicylic.

Kết quả nghiên cứu

Kết quả thí nghiệm rau muống thủy canh không hồi lưu có điều chỉnh pH

Kết quả thí nghiệm rau muống thủy canh không hồi lưu có điều chỉnh pH

Khi có điều chỉnh pH của dung dịch dinh dưỡng trong ngưỡng cây sinh trưởng tốt, chiều cao rau muống đạt cao nhất khi tỷ lệ NH4+/NO3- của dung dịch là 0:10025:75. Khối lượng tươi của rau cũng đạt cao nhất ở hai công thức này. ư

Khi tỷ lệ NH4+ trong dung dịch tăng trên 25%, cả chiều cao và khối lượng tươi của rau muống đều giảm dần và đạt thấp nhất khi tỷ lệ NH4+ là 100%, giảm 37% so với công thức 100% NO3-. Mặc dù rau muống không có biểu hiện bị độc do NH4+ nhưng NH4+ cao cho thấy gây ức chế sinh trưởng của cây.

Thí nghiệm rau muống thủy canh không hồi lưu không điều chỉnh pH

Thực hiện thí nghiệm

Thí nghiệm này tương tự thí nghiệm có điều chỉnh pH, chỉ khác là không có sự điều chỉnh pH của dung dịch dinh dưỡng trong suốt quá trình cây sinh trưởng.

Chỉ tiêu theo dõi

  • Chiều cao cây
  • Khối lượng thân lá tươi
  • pH của dung dịch
  • Hàm lượng NO3- trong cây

Cách đo tương tự như trên

Kết quả nghiên cứu

Kết quả thí nghiệm rau muống thủy canh không hồi lưu không điều chỉnh pH

Kết quả thí nghiệm rau muống thủy canh không hồi lưu không điều chỉnh pH

Chiều cao và khối lượng tươi của rau muống đạt cao nhất ở tỷ lệ NH4+/NO3- là 25:75 (chiều cao cây: 49,1 cm, khối lượng tươi: 148 g/khóm) sau đó đến tỷ lệ NH4+/NO3- là 50:50.

Chiều cao cây và khối lượng tươi của rau muống đạt rất thấp ở cả hai công thức 100% NH4+ và 100% NO3-. Khác hoàn toàn với trường hợp có điều chỉnh pH là cây sinh trưởng tốt ở 100% đạm dạng NO3-.

Khi ở 100% dạng đạm NO3- (công thức 0:100), pH tăng mạnh theo quá trình sinh trưởng của cây. Chỉ sau 4 ngày pH đã lên tới ngưỡng cao (7,2), sau đó pH tiếp tục tăng nhẹ sau khoảng 10 ngày và sự tăng chững lại trong những ngày sau đó. Ngược lại ở công thức 100% đạm ở dạng NH4+ thì pH lại giảm mạnh, chỉ sau 4 ngày giảm về 4,1 và tiếp tục giảm đến 3,5 sau 12 ngày và chững lại trong những ngày sau.

Các công thức có tỷ lệ NH4+ thấp hơn (công thức 75:25, 50:50) cũng có xu hướng giảm pH, tuy nhiên mức giảm pH này ít hơn giảm NH4+.

Ảnh hưởng của tỷ lệ Nh4+/NO3- đến pH của dung dich khi không điều chỉnh pH dung dịch

Ảnh hưởng của tỷ lệ Nh4+/NO3- đến pH của dung dich khi không điều chỉnh pH dung dịch

Ảnh hưởng của tỷ lệ NH4+/NO3- đến dư lượng nitrat (NO3-) trong thân lá rau muốn trồng thủy canh

Ảnh hưởng của tỷ lệ NH4+/NO3- đến dư lượng nitrat (NO3-) trong thân lá rau muốn trồng thủy canh

Tỷ lệ NH4+/NO3- trong trồng rau muống thủy canh

Rau muống là một loại rau phổ biến nhất với người Việt Nam, cũng là loại rau rất ưa thủy canh. Xác định được tỷ lệ NH4+/NO3- phù hợp cho rau muống thủy canh sẽ góp phần thúc đẩy phát triển hệ thống thủy canh rau muống đơn giản trong thực tiễn sản xuất ở Việt Nam.

Sau rất nhiều nỗ lực nghiên cứu như ở trên đã đưa ra được những kết  luận như sau:

Trong thủy canh rau muống bằng hệ thống không hồi lưu, sủ dụng các dạng dạm khác nhau sẽ có ảnh hướng rất lớn đến sinh trưởng và pH của dung dịch.

Dạng đạm NO3- có tác dụng làm tăng pH của dụng dịch và dạng đạm NH4+ có tác dụng làm giảm pH của dung dịch dịch trong quá trình cây sinh trưởng.

Trong trường hợp có điều chỉnh pH thường xuyên thì cây sẽ sinh trưởng tốt nhất khi tỷ lệ NH4+ không vượt quá 25%. Trên tỷ lệ này thì sinh trưởng của cây càng giảm khi tỷ lệ NH4+ càng tăng. Khi không có điều chỉnh pH, cây sinh trưởng tốt nhất ở tỷ lệ NH4+/NO3- ;là 25:75. Ở tỷ lệ này dung dịch dinh dưỡng cũng có khả năng đệm pH cao nhất, giúp cho pH ổn định (pH dao động từ 5,5 – 6,1), vì vậy không cần điều chỉnh pH trong dung dịch trong suốt quá trình sinh trưởng của cây.

Rau muống có thể được trồng bằng hệ thống thủy canh không hồi lưu đơn giản và không cần điều chỉnh pH nếu sử dụng tỷ lệ đạm NH4+/NO3= là 25:75. Việc thay thế dạng đạm NO3- bằng đạm NH4+ ở tỷ lệ 25% cũng có tác dụng làm giảm lượng đạm NO3- trong cây, góp phần nâng cao độ an toàn cho rau.

Bài viết được tổng hợp bởi Lisado và tham vấn kết quả nghiên cứu của chị Hoàng Thị Bích Thảo và anh Trần Văn Điền.

Menu chính