Chương 6: Cây trồng trong hệ thống aquaponic

Với hầu hết các dự án aquaponic thương mại, sản xuất rau có giá trị kinh tế hơn nuôi cá. Tuy nhiên, vẫn có trường hợp nông dân kiếm được nhiều tiền hơn từ các loài cá có giá trị. Ước tính 90% lợi nhuận đến từ rau trong các mô hình aquaponic thương mại ở phương tây, nguyên nhân chính do cây trồng có thời gian thu hoạch nhanh hơn.

Thông tin chi tiết hơn mô tả trong chương 8, phụ lục 1, 2, đề cập đến mùa vụ, các loài cây phù hợp, và phòng trừ sâu bệnh trong aquaponic.

6.1 Khác biệt chính giữa trồng cây trên đất và trồng cây không cần đất
Khác biệt chủ yếu giữa hai phương pháp canh tác này là khả năng sử dụng đất phi nông nghiệp, cách sử dụng phân bón, lượng nước tiêu thụ, công chăm sóc…

6.1.1 Phân bón
Trong đất thường có sẵn phân bón. Tuy nhiên để tăng năng suất, người ta phải bổ sung phân bón – thường khá tốn kém và một phần bị mất đi do cỏ dại và nước mưa. Ngược lại, trồng cây trong môi trường nước, các chất dinh dưỡng được hòa tan trong dung dịch được chuyển trực tiếp tới cây trồng và có thể được điều chỉnh cụ thể cho nhu cầu của cây trồng.

6.1.2 Sử dụng nước
Aquaponics chỉ sử dụng khoảng 10% lượng nước so với trồng cây trong đất. Nước chủ yếu dùng để tăng trưởng cây trồng và một phần mất đi do bị bốc hơi qua lá.

6.1.3 Sử dụng đất phi nông nghiệp
Mô hình aquaponics xây dựng các khu vực đô thị có thể giảm đáng kể chi phí vận chuyển. Aquaponic cũng có lợi thế về khả năng canh tác trên sa mạc, đất ven biển, đất thuê.

6.1.4 Năng suất
Năng suất của aquaponic khi được tối ưu có thể tương đương với thủy canh và gấp 2-5 lần so với nông nghiệp truyền thống.

6.1.5 Giảm bớt công lao động
Aquaponic không yêu cầu phải cày bừa, làm cỏ, giảm phụ thuộc vào máy móc nông nghiệp. Lực lượng lao động phù hợp với nhiều độ tuổi và giới tính khác nhau.

6.1.6 Mô hình độc canh bền vững
Aquaponic có thể trồng một loại cây năm này qua năm khác. Tuy nhiên, cũng như các mô hình khác, độc canh đòi hỏi một mức độ chú ý cao hơn để kiểm soát dịch bệnh.

6.1.7 Phức tạp và vốn đầu tư ban đầu cao
Aquaponic là một hệ thống phức tạp, yêu cầu công lắp đặt và chi phí ban đầu cao, cần phải giám sát hàng ngày, ngoài ra cần nguồn điện liên tục và ổn định. Tuy nhiên, một khi nông dân đã quen với quy trình, aquaponic trở nên đơn giản hơn.

6.2 Sinh học cơ bản
6.2.1 Cấu tạo của thực vật
Rễ lấy nước và khoáng chất trong đất, giúp cây đứng vững. Trong môi trường nước như thủy canh hoặc aquaponic, rễ lấy chất dinh dưỡng nhanh hơn. Thân cây hoạt động như một hệ thống bơm, đưa nước và dinh dưỡng từ rễ đến các bộ phận khác và ngược lại. Lá cây tổng hợp dinh dưỡng qua quá trình quang hợp. Hoa giúp cây sinh sản…

6.2.2 Quang hợp
Tất cả cây xanh đều quang hợp, quá trình này cần ôxy, CO₂, nước và ánh sáng. Vì vậy, khi trồng cây ở khu vực kín, cần thông khí và cung cấp đầy đủ ánh sáng.

6.2.3 Yêu cầu dinh dưỡng
Cây trồng cần một số chất dinh dưỡng để quang hợp, tăng trưởng và sinh sản. Trong aquaponics, tất cả các chất dinh dưỡng cần thiết này lấy từ chất thải cá.

Có 2 loại dinh dưỡng là đa lượng và vi lượng. Một số thành phần như kali, sắt, canxi thường bị thiếu hụt trong aquaponic, vì thế cần bổ sung từ bên ngoài hoặc tăng cường quá trình khoáng hóa.

6.2.4 Dinh dưỡng cho hệ thống aquaponic
Nguyên nhân thiếu hụt dinh dưỡng ở cây thường do thành phần thức ăn của cá. Ngoài ra, cây trồng cần đảm bảo pH, nồng độ Nitrat… vui lòng xem lại Chương 3: Chất lượng nước.

6.4 Lựa chọn cây trồng
Cho đến nay, hơn 150 loại rau đã được trồng thành công trong hệ thống aquaponic. Phụ lục 1 tóm tắt trồng 12 loại cây phù hợp nhất. Một số loại cần kỹ thuật đặt biệt, chỉ có thể trồng ở mô hình Lớp giá thể (media bed) hoặc mô hình dạng bấc (wicking bed).

Mỗi loại rau đều có nhu cầu dinh dưỡng khác nhau, chia thành 3 nhóm. Nhóm cây có nhu cầu dinh dưỡng thấp bao gồm các loại rau ăn lá và rau thơm, ví dụ như xà lách, húng quế, mùi tây, cải xoong, một số loài cây họ đậu. Nhóm cây có nhu cầu dinh dưỡng cao như cà chua, cà tím, dưa chuột, mướp, dâu tây, mướp. Và nhóm cây có nhu cầu dinh dưỡng trung bình như cải bắp, su hào, củ cải đường, hành tây, cà rốt…

Trong mô hình Media bed, thông thường người ta trồng kết hợp các loại rau xanh, rau thơm, rau lấy quả… để tận dụng không gian. Còn với mô hình DWC và NFT, người ta chỉ trồng một loại cây để đảm bảo lợi ích kinh tế.

Mô hình NFT có thể trồng các loại cây lớn như cà chua, tuy nhiên cần ống nước lớn hơn, khoảng cách giữa các lỗ cũng dài hơn, và đảm bảo dòng nước liên tục. Còn các loại cây lấy củ chỉ thích hợp với mô hình Lớp giá thể (media bed) và tốt nhất là để chiều sâu khay rau tối thiểu là 30cm.

Nếu tất cả cây trồng được thu hoạch cùng một lúc, hệ thống sẽ bị mất cân bằng. Một số nông dân giải quyết vấn đề bằng cách tiêu thụ bớt cá, hoặc giảm khẩu phần ăn. Tuy nhiên đây không phải là giải pháp tối ưu, tốt nhất là trồng cây ở nhiều vòng đời khác nhau để tạo ra một chu kỳ thu hoạch đều đặn. Xây dựng một kế hoạch trồng và thu hoạch sẽ thảo luận kỹ hơn ở chương 8.

6.5 Kiểm soát sâu bọ và dịch bệnh
Sức khỏe thực vật là một khía cạnh quan trọng trong hệ thống aquaponic.

6.5.1 Kiểm soát sâu bọ
Sâu bọ là một vấn đề lớn đối với cây trồng, biện pháp phòng trừ trong nhà kính và bên ngoài cũng khác nhau. Ở các vùng nhiệt đới, kiểm soát sâu bọ khó hơn nhiều so với vùng ôn đới và vùng có khí hậu khô cằn.

Trong hệ thống aquaponic, sử dụng thuốc trừ sâu có thể làm chết cá và vi khuẩn có lợi. Vì vậy, tốt nhất chỉ dùng các biện pháp sinh học và tăng cường sức đề kháng cho cây.

Dưới đây là một số biện pháp phòng ngừa với chi phí thấp:
Dùng lưới bảo vệ
Phương pháp này khá phổ biến, kích thước mắt lưới tùy thuộc vào lợi côn trùng gây hại. Mắt lưới 0.15mm ngừa bọ trĩ, 0.35mm ngừa bọ chét và ruồi trắng, 0.8mm để ngừa sâu ăn lá.

Cách ly
Trồng rau trên sân thượng giúp giảm bớt sâu bệnh tấn công. Quét dầu nhớt xung quanh khay rau để ngăn kiến bò lên.

Loại bỏ bằng tay
Loại bỏ sâu bọ, côn trùng bằng tay hoặc dùng vòi nước phun vào lá cây. Đây là phương pháp hiệu quả nhất trong mô hình aquaponic quy mô nhỏ, đặc biệt là đối với bọ chét và ruồi trắng. Tuy nhiên với quy mô lớn sẽ gây tốn công và mất nhiều nước.

Đặt bẫy
Dùng các loại bẫy dính trong nhà kính hoặc nhà lưới. Loại màu xanh để bẫy bọ trĩ, màu vàng bẫy các loại bướm và ruồi trắng. Một phương pháp khác rất hiệu quả là dùng bẫy pheromone để thu hút côn trùng đực, làm giảm khả năng giao phối của côn trùng.

Quản lý môi trường
Tạo ra một hệ thống có thể thay đổi cường độ ánh sáng, độ ẩm, nhiệt độ để gây bất lợi cho côn trùng và sâu bọ. Ví dụ như nhện không chịu được môi trường ẩm ướt…

Lựa chọn cây trồng
Mỗi loại rau đều có khả năng chống chịu sâu bọ khác nhau, đây là lý do chính mà mô hình trồng xen canh chống sâu bọ hiêu quả hơn trồng độc canh. Ngoài ra, nên chọn giống cây có khả năng kháng sâu bệnh tốt.

Thu hút sâu bọ ra ngoài
Có nghĩa là trồng các loại cây dễ bị sâu bệnh xung quanh hệ thống aquaponic. Đây là các loại cây “hiến tế” để thu hút sâu bọ, côn trùng ra ngoài, rồi sau đó phun thuốc trừ sâu. Ví dụ như một số loại cây dưa chuột, các cây họ đậu dễ thu hút bọ chét và nhện đỏ.

Trồng kết hợp
Trồng kết hợp các loại cây có khả năng hỗ trợ cho nhau. Một số loại cây có thể tiết ra hóa chất tự nhiên, các hóa chất này có thể thu hút hoặc đẩy lùi một số loại côn trùng nhất định và có thể tăng hoặc hạn chế tốc độ sinh trưởng và sản lượng của các cây lân cận. Xem phụ lục 2 để biết thêm chi tiết.

Phân bón
Cây trồng dư đạm dễ bị sâu bệnh tấn công, vì vậy cần phải pha loãng nước nếu hàm lượng nitrat lớn hơn 120mg/lít.

Khoảng cách
Cây trồng mật độ cao tạo điều kiện cho sâu bệnh phát triển. Vì vậy, cần giảm mật độ, cắt tỉa, kết hợp trồng các loại cây chịu bóng, tăng cường thông gió để cây phát triển tốt hơn.

Luân canh cây trồng
Trồng một loài liên tục trong nhiều mùa có thể có tác động chọn lọc đối với sâu bệnh xung quanh. Do đó, thay đổi cây trồng, thậm chí trong một thời gian ngắn, có thể làm giảm mạnh các loài gây hại.

Vệ sinh
Loại bỏ tất cả rễ cây, lá chết vào cuối vụ thu hoạch giúp giảm tỷ lệ sâu bệnh. Trong điều kiện ngoài trời không có lưới, nên giảm tối thiểu cây cối xung quanh để phòng sâu bệnh lây lan.

Kiểm soát hóa học
Nếu sau khi sử dụng các biện pháp trên mà vẫn không hiệu quả thì có thể phải dùng thuốc trừ sâu. Tất nhiên cũng chỉ dùng với liều lượng rất ít, thay vào đó nên tự chế thuốc từ sâu chiết xuất từ thảo mộc. Phụ lục 2 chứa một danh chỉ dẫn và mức độ độc hại đối với cá.

Kiểm soát sinh học
Hai sinh vật được sử dụng rộng rãi trong aquaponic và nông nghiệp hữu cơ là vi khuẩn Bacillus thuringiensis và nấm Beauveria bassiana, dùng để phun trực tiếp lên lá hoặc côn trùng. Bacillus thuringiensis gây tổn thương hệ tiêu hóa của côn trùng, nấm Beauveria bassiana gây bệnh cho rầy thân, rầy lá, sâu đục thân, sâu cuốn lá, bọ xít hại lúa và bọ xít đen.

Thiên địch
Cuối cùng là dùng các loài thiên địch để kiểm soát côn trùng, rất hiệu quả trong môi trường nhà kính hoặc nhà lưới. Tuy nhiên, biện pháp này yêu cầu kiến thức về từng loại thiên địch khác nhau, và cần giám sát thường xuyên để chọn loại thiên địch trong từng thời điểm khác nhau.

Phương pháp này có nhược điểm là không thể tiêu diệt toàn bộ các loài gây hại, và chỉ phù hợp với mô hình quy mô lớn, ở mô hình quy mô nhỏ không đủ sâu bọ cho thiên địch dễ khiến cho chúng bay đi.

6.5.2 Dịch bệnh
Khác với thủy canh có thể phòng ngừa dịch bệnh trong điều kiện vô trùng, aquaponic là một hệ sinh thái nên chỉ có thể sử dụng các biện pháp hữu cơ để hạn chế dịch bệnh.

Kiểm soát môi trường
Nhiệt độ và độ ẩm có vai trò quan trọng. Mỗi mầm bệnh (tức là vi khuẩn, nấm hoặc ký sinh trùng) có nhiệt độ tăng trưởng tối ưu có thể khác với cây trồng. Do đó, dịch bệnh thường xảy ra ở một số thời điểm trong năm. Độ ẩm có vai trò quan trọng đối với sự nảy mầm của bào tử nấm, đòi hỏi phải có một màng mỏng nước che phủ các mô.

Kiểm soát độ ẩm trong nhà kính bằng cách dùng quạt đối lưu để tránh nước ngưng tụ trên rau. Che bớt bể cá, kênh DWC, tạo một lớp khô trên khay rau để ngăn ngừa bốc hơi.

Kiểm soát nhiệt độ để tránh dịch nấm bùng phát. Trong aquaponic hoặc thủy canh, loại nấm nguy hiểm nhất là Pythium chủ yếu lọt vào từ nguồn đất, cây con từ vườn ươm. Vì vậy, cần phải duy trì nhiệt độ trong hệ aquaponic dưới 30^oC để tránh bào tử nấm nảy mầm.

Chú ý mật độ cây quá cao dễ làm tăng độ ẩm làm mô thực vật mềm hơn dẫn đến cây trồng dễ bị dịch bệnh tấn công hơn.

Giống cây trồng
Chọn giống có khả năng kháng bệnh tốt, trồng các loại cây ở địa phương cũng giảm bớt nguy cơ dịch bệnh.
Ngoài ra cũng có thể phải luân canh cây trồng trong một thời gian. Ví dụ như để tránh pythium tấn công xà lách thì chuyển qua trồng loài khác như húng quế - có khả năng đề kháng và chịu nhiệt độ nước cao.

Hạt giống phải mua ở vườn ươm uy tín. Hạn chế làm tổn thương cây trồng vì từ các vết cắt dễ bị bệnh và lây lan cho cây xung quanh.

Dinh dưỡng thực vật
Dinh dưỡng ảnh hưởng đến khả năng phản ứng của cây đối với bệnh tật như chống ôxy hóa hoặc kháng sinh.
Nitơ: Dư nitơ làm cây mọng nước dễ bị nấm tấn công, thiếu nitơ làm cây còi cọc tạo điều kiện cho các loại vi khuẩn cơ hội.
Kali: Tăng cường khả năng tự chữa lành vết thương, chống rét, tăng thời gian sinh trưởng.
Phốt pho (lân): Kích thích ra hoa đậu quả.
Canxi: Cho tế bào khỏe mạnh, hạn chế nấm thâm nhập.
Silic: Giúp cây giải phóng hợp chất phenol – kháng sâu bệnh.

Giám sát – Ngăn chặn
Phát hiện sớm và loại bỏ là nền tảng của quản lý dịch bệnh. Cây trồng cần được kiểm tra thường xuyên, nếu phát hiện cây bị vàng, héo cần phải loại bỏ ngay để tránh lây lan.

Xử lý hóa học
Aquaponic là một hệ sinh thái có khả năng kháng bệnh tốt hơn thủy canh. Tuy nhiên trong khí hậu nhiệt đới, dịch bệnh có thể bùng phát và không thể dùng các biện pháp theo tiêu chuẩn nông nghiệp thông thường. Các loại hóa chất và liều lượng dùng với điều kiện không gây hại cho cá được liệt kê ở phụ lục 2.

Xử lý sinh học
Một số loại nấm hoặc vi khuẩn có thể sử dụng cho aquaponic như nấm Trichoderma, Ampelomices, vi khuẩn Bacillus subtilis có thể áp dụng trên lá hoặc xung quanh gốc cây. Cụ thể Trichoderma kiểm soát hiệu quả nấm Pythium và hầu hết các bệnh trên đất.  Ampelomices có thể thay thế các biện pháp hóa học chống lại nấm mốc bột.

6.6 Bố trí cây trồng
Đa dạng loại cây trồng
Mỗi loại cây đều dễ bị một số loại bệnh và virus ký sinh, nếu chỉ trồng một loại cây thì nguy cơ lây nhiễm và bệnh dịch cao hơn. Vì vậy, nông dân được khuyến khích trồng nhiều loại rau khác nhau.

Trồng xen kẽ
Bằng cách này, có thể thu hoạch và trồng lại thường xuyên, giúp duy trì mức độ cân bằng chất dinh dưỡng trong hệ thống, đồng thời có thể cung cấp rau ổn định cho thị trường. Hãy nhớ rằng một số cây trồng lấy quả hoặc rau thơm có thể thu hoạch liên tục như húng quế và cà chua, trong khi một số loại rau khác phải thu hoạch toàn bộ, như cải xoăn, xà lách, cà rốt. Để trồng xen kẽ phải luôn có sẵn nguồn cung cấp cây con (phát triển vườn ươm được thảo luận trong Chương 8).

Tận dụng tối đa không gian
Trong mô hình Media bed quy mô nhỏ, tận dụng không gian cần phải cân nhắc thời gian thu hoạch. Ví dụ như trồng các loại rau ăn lá có thời gian thu hoạch ngắn (xà lách) kết hợp với cây lấy quả (cà tím), sau khi thu hoạch xà lách tạo ra nhiều không gian hơn cho cà tím, sau đó tiếp tục trồng xà lách. Với các loại cây dây leo có thể làm giàn cách xa khay rau để tạo điều kiện trồng các loại cây khác.