Thủy canh (hydroponics) là phương pháp canh tác không đất. Trong đó, rễ cây được đặt trong dung dịch dinh dưỡng tĩnh, được sục khí liên tục hoặc dòng chảy tuần hoàn liên tục, rễ cây được cố định trong giá thể là vật liệu vô cơ (chẳng hạn như cát, sỏi, đá trân châu, rockwool) hoặc vật liệu hữu cơ (chẳng hạn như rêu than bùn sphagnum, vỏ thông hoặc xơ dừa), dung dịch dinh dưỡng gồm các nguyên tố khoáng đa lượng và vi lượng được cung cấp định kỳ (Jones, 2005).
Hình 1: Sơ đồ hệ thống thủy canh hoàn lưu
IoT (Internet of Thing) được định nghĩa là hệ thống tất cả các đối tượng được tích hợp trong các thiết bị, cảm biến, máy móc, phần mềm và con người thông qua internet để giao tiếp, trao đổi thông tin và tương tác nhằm cung cấp giải pháp toàn diện (Sinche và ctv, 2020). Trong những năm gần đây, IoT đã được ứng dụng trong hàng loạt lĩnh vực như nhà thông minh, thành phố thông minh, năng lượng thông minh, xe không người lái, chăm sóc sức khỏe, nông nghiệp thông minh (Quy và ctv, 2022). IoT là một thuật ngữ cho phép chúng ta sử dụng các thiết bị công nghệ, làm việc cùng nhau, giao tiếp với nhau, cung cấp dữ liệu thời gian thực từ các cảm biến không dây để xử lý và cung cấp nhiều thông tin có giá trị hơn để đưa ra quyết định hiệu quả trong lĩnh vực nghiên cứu tương ứng. IoT là một công nghệ đang phát triển đáng kể trong các lĩnh vực ứng dụng như chăm sóc sức khỏe, quốc phòng, công nghiệp, nông nghiệp. Phát triển một hệ thống thông minh sử dụng IoT cho nông nghiệp có thể giám sát sự phát triển của cây trồng và điều kiện môi trường canh tác (Shin và ctv, 2019; An và ctv, 2019).
Hình 2: Một số thiết bị trong hệ thống Iot
Mô hình giám sát và trồng tự động có thể áp dụng tại các thành phố lớn giúp tạo ra nguồn rau sạch chất lượng cao và giảm hiệu ứng nhà kính: - Hệ thống trồng rau sạch thủy canh công nghệ cao có thể giúp tiết kiệm 90% lượng nước sử dụng và 75% lượng phân bón so với mô hình thổ canh truyền thống. - Lượng nước và dinh dưỡng sử dụng có thể tái sử dụng cho mô hình thổ canh. - Có thể canh tác nhiều vụ trong năm với năng suất cao mà ít phụ thuộc vào điều kiện môi trường - Mô hình khép kín, hạn chế 100% việc sử dụng phân hoá học làm ô nhiễm đất và nguồn nước.
Hình 3: Sơ đồ hoạt động của hệ thống IoT
Ứng dụng công nghệ 4.0 vào mô hình thuỷ canh, để biến mô hình trồng rau thuỷ canh trở thành mô hình nông nghiệp công nghệ cao, sử dụng những cảm biến nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng, pH, EC để kiểm soát tốt nồng độ dinh dưỡng và kết nối mạng 3G, wifi để tự giám sát mọi nơi, mọi lúc, tạo ra điều kiện sinh trưởng lý tưởng nhất cho rau thuỷ canh.
Các ưu điểm khi sử dụng hệ thống cảm biến trong sản xuất rau xà lách trên hệ thống thủy canh hoàn lưu như: + Mô hình canh tác, tiết kiệm diện tích nhưng năng suất cao hơn từ 25 đến 500%. + Tiết kiệm đến 95% lượng nước sử dụng so với mô hình thông thường. + Ứng dụng công nghệ cảm biến để đo lường nồng độ dinh dưỡng, hạn chế tối đa việc tồn dư đạm (NO3). + Sử dụng hệ thống nhà màng và lưới chắn côn trùng để giảm 100% việc phun và sử dụng thuốc trừ sâu.
Trung tâm Ươm tạo Doanh nghiệp Nông nghiệp Công nghệ cao đã ứng dụng hệ thống cảm biến vào sản xuất rau xà lách thủy canh hoàn lưu cho thấy xà lách sinh trưởng tốt, dư lượng nitrat thấp, đạt năng suất 1.357 kg/500m2/vụ với tổng doanh thu 74.635.000 đồng/500 m2/vụ cao hơn so với mô hình đối chứng. Đồng thời, lợi thuận thu được từ mô hình trồng rau xà lách thủy canh hoàn lưu áp dụng hệ thống cảm biến đạt 11.143.533 đồng/500 m2/vụ cao hơn so với mô hình đối chứng (9.255.200 đồng/500 m2/vụ). Tỷ suất lợi nhuận cận biên (MBCR) đạt 1,78, điều này cho thấy mô hình áp dụng hệ thống cảm biến cho lợi nhuận trung bình, có thể chấp nhận được và khuyến cáo áp dụng trong sản xuất.
Hình 4: Xà lách được trồng trên hệ thống thủy canh hồi lưu áp dụng hệ thống cảm biến
Nguồn tin: Phòng Hỗ trợ Công nghệ cây trồng - Trung tâm Ươm tạo Doanh nghiệp Nông nghiệp Công nghệ cao:
