I. GIỚI THIỆU CHUNG
Việt Nam là một nước nông nghiệp, có đến 70% dân số lao động trong lĩnh vực này. Tuy nhiên, sản xuất nông nghiệp đóng góp vào tỷ trọng kinh tế quốc gia chỉ khoảng 22% GDP (World Factbook, 2013).
Trong những năm gần đây, thực hiện theo chủ trương “Chuyển đổi cây trồng trên đất trồng lúa giai đoạn 2014 – 2020” của Bộ NN & PTNT (Số: 3367/QĐ-BNN-TT) nhằm chuyển đổi khoảng 260 nghìn ha đất trồng lúa sang cây trồng khác, trong đó có 51 nghìn ha rau, hoa giai đoạn 2014–2015 và tiếp tục chuyển đổi 510 nghìn ha đất trồng lúa (116 nghìn ha rau, hoa) giai đoạn 2016 – 2020, kết quả đạt được đã mang lại những tín hiệu đáng mừng cho ngành Nông nghiệp Việt Nam.
Có thể thấy rằng, rau, quả và hoa là những mặt hàng có giá trị cao với tiềm năng lớn trong ngành nông nghiệp. Những kết quả đạt được nêu trên là nhờ sự đóng góp rất đáng kể của việc nghiên cứu chọn tạo, nhân giống cây trồng mới và ứng dụng công nghệ cao vào sản xuất.
Như vậy, việc áp dụng công nghệ tiên tiến mới vào sản xuất, đặc biệt trên đối tượng rau – hoa – quả là hướng đi quan trọng cho sự phát triển của nền Nông nghiệp Việt Nam.
II. MỘT SỐ CÔNG NGHỆ TIÊN TIẾN CÓ THỂ ÁP DỤNG TRONG SẢN XUẤT NÔNG NGHIỆP
1. Công nghệ nhân giống nuôi cấy mô kết hợp tẩy sạch virus
Trong các ứng dụng của CNSH nông nghiệp ở Việt Nam, công nghệ nhân giống in vitro là lĩnh vực phát triển rõ nét và rộng rãi nhất, thu được nhiều thành tựu cụ thể, đóng góp tích cực vào sự phát triển kinh tế – xã hội.
Hiện cả nước ta có trên 100 phòng thí nghiệm nuôi cấy mô (Lâm Đồng đã có tới trên 50 xưởng sản xuất cây giống bằng nuôi cấy mô do các doanh nghiệp tự đầu tư). Trong đó Công ty Rừng hoa Đà Lạt là một trong 3 công ty đầu tiên của cả nước được Bộ NN & PTNT cấp giấy chứng nhận Doanh nghiệp nông nghiệp ứng dụng công nghệ cao. Công ty xây dựng 2 phòng thí nghiệm rộng 5.000 m2 cùng nhiều trang thiết bị hiện đại với công suất sản xuất 24 triệu cây giống/năm; hệ thống vườn ươm diện tích 0,5 ha, sản xuất 400.000 cây con/tháng, trong đó có khu nhà kính 3.000 m2 theo công nghệ châu Âu trị giá 7 tỷ đồng. Cho tới nay chúng ta đã xây dựng được quy trình nhân giống cho hầu hết các loại cây có thể nhân giống vô tính: Cây hoa cảnh, cây ăn quả, cây lâm nghiệp, cây dược liệu.
Đã sản xuất được một số lượng lớn cây giống. Đến hết năm 2013, đã sản xuất được gần 30 triệu cây giống bạch đàn, keo bằng công nghệ mô, hom; 2,5 triệu cây giống hoa cúc, 200.000 cây giống hoa hồng môn, 150.000 cây giống hoa đồng tiền và 200.000 củ giống hoa lily, lay ơn; 2 triệu củ giống khoai tây sạch bệnh, 500.000 cây giống hoa lan, 1.3 triệu cây giống, cành cẩm chướng bằng kỹ thuật nuôi cấy mô và giâm ngọn… (Báo cáo tổng kết chương trình KH & CN trọng điểm cấp nhà nước giai đoạn 2006 – 2010).
Mặc dù đã thu được những kết quả đáng khích lệ, lĩnh vực nghiên cứu phát triển công nghệ nhân giống ở Việt Nam còn bộc lộ một số tồn tại:
-
Chưa làm chủ được trên một số đối tượng có nhu cầu thị trường lớn (VD: hàng năm Việt Nam vẫn phải nhập hàng triệu cây giống Lan Hồ điệp, hàng chục triệu củ giống hoa ly…).
-
Chưa kiểm tra mức độ sạch bệnh của vật liệu đưa vào nhân giống vô tính. Sẽ là tội lỗi khi nhân nhanh với tốc độ không hạn chế những vật liệu mang mầm bệnh, đặc biệt là bệnh virus.
-
Việc phân bổ đề tài và đầu tư cơ sở vật chất cho hướng nghiên cứu công nghệ nhân nhanh còn chưa được coi trọng như công nghệ sinh học phân tử. Vấn đề này cần được rút kinh nghiệm trong thời gian tới.
2. Công nghệ nhân giống Seed chip
Để khắc phục tỷ lệ nảy mầm và sống của hạt giống nhiều cây quan trọng: nhân sâm, phong lan,… đã ra đời công nghệ Seed chip.
Seed chip là một loại giá thể sản xuất từ những vật liệu thân thiện với môi trường như than bùn, xơ dừa, rêu… có cấu tạo đặc hiệu cho loài bao gồm đầy đủ chất thúc đẩy sự nảy mầm và chất dinh dưỡng, độ ẩm… giúp cây con phát triển trong giai đoạn đầu tiên.
Seed chip có cấu tạo gồm 3 lớp. Lớp trên cùng có tác dụng bảo vệ hạt, tránh bị các loài côn trùng hoặc động vật phá hoại. Hạt được đặt ở lớp thứ 2, lớp dưới cùng chứa các chất dinh dưỡng đủ đảm bảo cho cây con phát triển.
Nguyên lý thiết kế Seed chip là dựa vào thông tin về đặc điểm sinh lý, sinh thái, đặc điểm nảy mầm của hạt, từ đó thiết kế Seed chip đặc hiệu cho loài đó mang tối ưu các điều kiện nảy mầm cho hạt. Hạt giống được đặt trên bề mặt Seed chip, với các điều kiện tối ưu đảm bảo cho hạt giống nảy mầm và cây con phát triển. Do được cấu tạo từ những vật liệu hữu cơ thân thiện với môi trường, Seed chip sau đó sẽ tự phân huỷ thành chất dinh dưỡng trong đất sau khi hạt nảy mầm và phát triển thành cây con.
3. Công nghệ sản xuất rau thủy canh (Hydroponics)
Thủy canh (trồng cây trong dung dịch – Hydroponics) là một giải pháp tiên tiến trong nông nghiệp hiện đại.
Theo tiếng Hy Lạp thì Hydroponics (thủy canh), được ghép từ hai chữ hydro (nước) và ponos (lao động), là hình thức canh tác trên các giá thể không phải là đất (Sri Lanka Department of Agriculture, 2000). Thủy canh có thể sử dụng hoặc không sử dụng giá thể, cây trồng được cung cấp đầy đủ dinh dưỡng và nước để sinh trưởng và phát triển (Jensen, 1999; Hanger, 1993).
Ưu điểm: không phụ vào đất, kiểm soát được pH và dinh dưỡng, kiểm soát được sâu bệnh và cỏ dại, sản xuất quanh năm và trong những điều kiện khắc nghiệt, cho sản phẩm sạch. Canh tác ở những khu đô thị không đòi hỏi công lao động cao.
Nhược điểm: Chi phí đầu tư ban đầu lớn, đòi hỏi trình độ kỹ thuật cao.
Một số dạng thủy canh:
-
Thủy canh tĩnh: Là hệ thống có dung dịch dinh dưỡng được chứa trong thùng xốp hoặc các vật chứa cách nhiệt khác, dung dịch được bổ sung đều đặn vào thùng chứa khi cần thiết cho đến khi thu hoạch. Hệ thống này thích hợp với quy mô hộ gia đình ở các nước đang phát triển.
-
Thủy canh động: Là hệ thống có dung dịch dinh dưỡng được bơm tuần hoàn từ một bình chứa có lắp đặt các thiết bị điều chỉnh tự động các thông số của dung dịch để đưa tới các bộ rễ nuôi cây, sau đó quay trở lại bình chứa để điều chỉnh lại các thông số và tiếp tục đi nuôi cây.
-
Thủy canh có sử dụng giá thể.
4. Công nghệ khí canh – Đổi mới sáng tạo công nghệ trong nhân giống cây trồng
Công nghệ khí canh là một đổi mới sáng tạo công nghệ trong nhân giống cây trồng với nhiều ưu điểm: môi trường hoàn toàn sạch bệnh, chu trình khép kín từ trồng đến thu hoạch, có thể điều khiển bán tự động, điều khiển được sinh trưởng phát triển của cây thông qua điều khiển môi trường nuôi trồng, tăng hệ số nhân, tăng năng suất cây trồng, giảm chi phí về nước, giảm chi phí về phân bón, giảm chi phí về thuốc bảo vệ thực vật (hầu như không sử dụng). Công nghệ này đặc biệt thành công trong nhân giống khoai tây sạch bệnh.
5. Aquaponics – Công nghệ sản xuất rau sạch hữu cơ bằng phương pháp thủy canh kết hợp nuôi cá trong chu trình khép kín
Aquaponics: là thuật ngữ (ra đời 1970) kết hợp giữa Aquaculture (nuôi trồng thủy sản) và Hydroponics (thủy canh).
Aquaponics: là sự kết hợp nuôi cá và trồng cây trong một hệ thống nuôi trồng thủy sản tuần hoàn.
Hệ thống kết hợp này tăng cường sản lượng thủy sản đồng thời sản xuất ra thêm sản phẩm thứ hai là cây trồng. Giúp giải quyết vấn đề loại bỏ chất thải trong nuôi trồng thủy sản và sử dụng nước dư thừa trong nông nghiệp truyền thống, các vấn đề của cỏ dại, tưới nước, bón phân. Aquaponics trở thành hệ thống canh tác mới và đầy tiềm năng trong tương lai. Trên thế giới nhiều nước đã nghiên cứu và ứng dụng thành công Aquaponic để sản xuất rau và cá sạch, hữu cơ như: Úc, Mỹ, Nhật… Trong khi đó ở Việt Nam, phương pháp này còn rất mới mẻ Nguyên tắc vận hành của hệ thống Aquaponic: Tôm cá, cây trồng phát triển một cách cách tự nhiên nhờ vào sự tận dụng lợi ích của nhau.
-
Aquaponics sử dụng chất thải từ cá nhờ sự chuyển hóa từ các loài vi sinh vật thành chất dinh dưỡng cần thiết và đầy đủ cho sự phát triển của cây.
-
Ngược lại, thay vì phải xử lý rồi xả nước từ nuôi cá ra môi trường, Aquaponics sử dụng cây trồng để làm sạch nước và trả lại cho bể cá. Nước này có thể được tái sử dụng vô thời hạn và chỉ cần bổ sung thêm do bay hơi.
Áp dụng công nghệ này trên quy mô lớn khi kết hợp với mô hình “sông trong ao” (nuôi cá tập trung ở quy mô lớn theo công nghệ của Hoa Kỳ). Lượng cá 15 – 20 tấn/ô (5 x 25 m), cung cấp một lượng lớn chất thải (thức ăn thừa và phân cá) sử dụng chế biến phân hữu cơ tự nhiên. Kết nối với hệ thống thủy canh để sản xuất rau hữu cơ ở quy mô lớn. Để làm được như vậy thì việc duy trì nồng độ oxi hòa tan trong hồ nuôi là vô cùng quan trọng – sự ra đời của Công nghệ bọt Nano.
6. Công nghệ bọt Nano
Trong nuôi trồng thủy sản, để tăng cường hàm lượng oxy hòa tan, người nuôi thường sử dụng thiết bị sục khí. Các thiết bị này có khả năng tạo các bọt khí có kích thước từ vài mm đến cm. Các bọt khí trao đổi oxy với nước trong quá trình di chuyển từ phía dưới lên trên bề mặt, rồi vỡ ra khi tiếp xúc với không khí. Kích thước bọt khí càng lớn tốc độ di chuyển càng nhanh, do đó hiệu suất làm giàu oxy hòa tan trong nước thấp.
Công nghệ tạo bọt khí cỡ micro hoặc Nano khắc phục được những điểm yếu này do tạo ra bọt khí có kích thước siêu nhỏ, cỡ vài trăm nm đến 40 micromet. Bọt khí cỡ micro có tốc độ di chuyển rất chậm trong môi trường nước làm gia tăng hiệu suất làm giàu oxy trong môi trường nước. Ngoài ra, vì kích thước càng nhỏ thì áp suất bên trong càng cao, giúp oxy có trong bọt khí sẽ dễ hòa tan vào trong môi trường nước hơn.
Hiệu suất làm giàu oxy cao và sự hiện diện của các bọt khí nano chìm xuống nền đáy có thể là nguyên nhân giúp cho hàm lượng oxy hòa tan trong ao nuôi thủy sản sử dụng công nghệ mới này luôn ở mức cao hơn cả mức bão hòa trong điều kiện bình thường. Khi hàm lượng oxy hòa tan trong nước cao, áp suất riêng phần lớn của oxy trong nước sẽ đẩy bớt các loại khí khác vào không khí, trong đó có CO2, nhờ vậy hạn chế sự phát triển của tảo.
Ngoài việc giúp làm giàu oxy hòa tan trong nước hiệu quả hơn, bọt khí cỡ nano còn có nhiều đặc tính rất lý thú. Chúng tích điện âm trên bề mặt. Nhờ vậy luôn luôn đẩy nhau cho dù tồn tại ở mật độ rất cao. Trong thực tiễn, đặc tính này bọt khí cỡ nano có thể giúp tách các chất ô nhiễm ra khỏi môi trường nước, đặc biệt là chất béo và được cho là ảnh hưởng rất nhiều đến độ pH của nước. Theo Marui (2013) khi các bọt khí cỡ micro hoặc nano khi bị teo nhỏ lại rồi vỡ ra sẽ phóng thích nhiều gốc tự do, có khả năng diệt khuẩn, khử mùi hôi.
7. Công nghệ IMEC – Intelligent Membrane culture
Imec® (Film Farming) là màng hydrogel đầu tiên thế giới dựa trên công nghệ nông nghiệp để giải quyết những vấn đề nghiêm trọng liên quan tới tình trạng thiếu nước, khan hiếm nước và ô nhiễm đất trên toàn cầu.
Nguyên lý hoạt động:
Rễ và cây sinh trưởng trên Membran (Hydromembran) hấp thu dinh dưỡng chứa trong một loại vải không dệt (a non-woven fabric).
Hydromembran tạo nên từ các amorphous tan được trong nước và các vùng vi tinh thể của các polymer ưa nước chứa nhóm OH–. Vùng amorphous như một lỗ chứa dung dịch dinh dưỡng. Kích thước của lỗ được điều khiển bởi vùng vi tinh thể. Vùng vi tinh thể như một điểm nối cho phép chuyển polymer tan thành hydrogel không tan. Kích thước vùng vi tinh thể phụ thuộc vào điều kiện nhiệt và thời gian khô của quá trình xử lý tẩm ướt Hydromembran.
Imec film là một phương pháp thay thế cho nông nghiệp hữu cơ, hệ thống có sử dụng một màng hydro bao gồm một polymer tan trong nước (hydrophillic booster, SkyGel) và một hydrogel dựa trên bộ phim IMEC.
SkyGel đóng vai trò như một hồ chứa nước và phân bón cho cây trồng, giữ nước lên đến 1.000 lần trọng lượng của nó. Bộ phim IMEC và SkyGel hoạt động cùng nhau để giảm lượng nước tiêu hao tới 90% trong khi tăng năng suất và chất lượng cây trồng. Hệ thống Imec® đơn giản và dễ dàng điều khiển với hiện quả cao. Hệ thống này bao gồm cung cấp đơn vị nước, đáy trồng cây bao gồm film, khung lưới/ một loại vải không dệt (unwoven fabrics), tấm chống thấm nước và hai ống tưới.
Hệ thống Imec® cho phép canh tác “ở bất cứ đâu” ví dụ như trên đất sa mạc hoặc thậm chí trên bê tông bằng cách tách cây với mặt đất bằng các tấm chống thấm nước. Hơn nữa, hệ thống làm giảm đáng kể mức tiêu thụ nước và phân bón, gánh nặng môi trường. Vì các tấm chống thấm nước hoàn toàn ngăn chặn dòng chảy của nước cung cấp và phân bón ra bên ngoài.
8. Công nghệ biến đổi nước mặn thành nước sử dụng được cho cây trồng
Nước nhiễm mặn không những làm giảm năng suất cây trồng mà còn làm tích lũy muối trên lớp đất bề mặt, có thể hạn chế khả năng hấp thụ dinh dưỡng của cây trồng. Nước nhiễm mặn là hiện tượng phổ biến và xảy ra thường xuyên tại nhiều nơi trên thế giới trong đó có Việt Nam. Để khắc phục và giải quyết vấn đề chúng ta có giải pháp – công nghệ từ tính – giúp phá vỡ các phân tử muối trong nước, giúp nước có thể được hấp thụ dễ dàng bởi cây trồng. Hệ thống được thiết kế từ các nam châm điện khớp với các ống thép chống gỉ, được kết nối trực tiếp tới nguồn nước, tạo ra một từ trường bên trong ống. Khi điện được đưa tới các pin, các phân tử nước đi qua ống rung, liên kết của các hạt muối sẽ bị phá vỡ. Các muối hòa tan lúc này sẽ không thể hình thành nên cặn tinh thể cứng gây hại tới cây trồng. Công nghệ này giúp hoạt hóa đất, giảm độ mặn từ đó tăng diện tích đất canh tác và sử dụng được nguồn nước ngập mặn trong tưới tiêu.
9. Công nghệ bảo quản thực phẩm mới “cấp đông mềm”
Công nghệ bảo quản Cấp đông mềm (Point Warp Fresh Keeping System) phát minh bởi ông Yoshiro Komiyama (PCT HĐQT SJF). Đây là công nghệ bảo quản tiên tiến hàng đầu thế giới, sử dụng nguyên lý điện từ trường, đã sử dụng rộng rãi tại Nhật 20 năm giúp bảo quản hoa quả, thực phẩm tươi sống trong thời gian dài từ 3 – 6 tháng, “HOÀN TOÀN KHÔNG SỬ DỤNG CHẤT BẢO QUẢN’’.
10. Công nghệ chiếu sáng bổ sung trong nông nghiệp ứng dụng công nghệ cao
Ngày 29/01/2010, Chính phủ đã đưa ra đề án Nông nghiệp ứng dụng Công nghệ cao (Quyết định 176/QĐ-TTG) với nhiều mục tiêu, trong đó đối với trồng trọt: ‘‘Nghiên cứu phát triển quy trình công nghệ tổng hợp và tự động hóa quá trình trồng trọt và thu hoạch các loại cây trồng trong nhà lưới, nhà kính như: giá thể, công nghệ thủy canh, tước nước tiết kiệm, điều tiết tự động dinh dưỡng, ánh sáng, chăm sóc, thu hoạch…’’.
Ánh sáng là yếu tố quyết định đến sự sống, sinh trưởng, phát triển hình thành năng suất và phẩm chất của cây trồng. Thông qua sự thay đổi chế độ chiếu sáng cho cây trồng chúng ta có thể làm thay đổi sự sinh trưởng, phát triển của cây, điều khiển sự phát sinh hình thái, sự ra hoa, năng suất và phẩm chất của cây.
Hiện nay ở Việt Nam có hàng trăm phòng thí nghiệm nuôi cấy mô để sản xuất cây giống bao gồm cây hoa cảnh, cây lâm nghiệp, cây nông nghiệp. Vấn đề rất bức xúc của lĩnh vực nhân giống bằng nuôi cấy mô là chi phí về năng lượng. Năng lượng phục vụ cho quá trình thắp sáng chiếm đến 65% và làm mát chiếm đến 25% tổng năng lượng của một quy trình nhân giống. Việc chế tạo đèn phát ra những tia sáng phù hợp với phổ hấp phụ của diệp lục sẽ nâng cao hiệu quả sử dụng ánh sáng của cây và làm giảm chi phí năng lượng nhưng vẫn đảm bảo được sự sinh trưởng, phát triển và hệ số nhân của cây được nhân giống.
Thông qua việc chế tạo ra đèn có nguồn sáng với phổ thích hợp cho cây nuôi cấy mô, năng lượng tiêu tốn giảm được khoảng 60%. Ngoài ra, việc chế tạo ra các balat điện tử thay thế cho balat sắt từ đã giảm tổn hao nhiệt điện trên balat từ 13w xuống còn 3w, giảm được năng lượng làm mát bằng điều hòa nhiệt độ. Thiết kế chao chụp đèn cũng giúp tập trung bức xạ tối đa vào đối tượng cần chiếu sáng, tạo độ đồng đều chiếu sáng cao đạt 70-75%.
PGS.TS. Mai Thành Phụng
